4.4数据采集系统设计实例2..ppt

§4.4 数据采集系统设计实例2动态压力测试系统设计 压强 在工程上习惯称之为压力； 绝对压力：作用于单位面积上的全部压力（包括大气压力）； 表压力：在压力表上所指示的压力，也称为相对压力，是绝对压力与当地大气压力的差值； 压力的单位： 国际单位N/m2 _帕斯卡,Pa; dyn/cm2 bar；标准大气压 760mmHg; 压电式压力传感器用来将压力的变化量转换为电荷 的变化，选用的传感器是瑞士Kistler公司的压电式 压力传感器。  内触发 外触发 触发是一种状态，用触发器来表征未触发状态或已触发状态 内触发是用比较器实现的，有时也用计数时间到来实现 正确地应用触发，是至关重要的！ 4.4 电源管理电路的设计 电源管理：MAX894 三种电源：VCC：系统总电源 VDD；数字电路电源；VEE：模拟电路电源 ADC conv信号的产生：十进制计数器HC160 library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL; use IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY counter17 IS PORT ( clk : IN std_logic; clr : IN std_logic; Q : out std_logic_vector(16 downto 0) ); END counter17; 4.3 控制模块的设计 包括时基电路、负延迟计数逻辑电路 延迟计数逻辑电路： 和触发比较器共同实现系统的负延时记录功能，当延 时计数器计满预定的点数，立即停止采样记录过程， 进入待读出状态，同时关断电荷放大器和晶振电路， 使整个系统处于低功耗状态。 正、负延迟的实现 延迟的意义，延迟是相对于触发点而言 正延迟 只有触发后的记录 负延迟 有触发前的记录 ADC的读信号、存储器写信号的产生 ADC转换、ADC读、存储器写的时序仿真 时基电路 ：将晶振的高频信号分频产生A/D和存储器需要的定时信号。 4MHz 2分频 * 一、测试对象及特点 测试对象：瞬态过程的压力变化； 例如火药燃气压力特点：压力变化范围较宽，从零至数百兆帕， 持续时间有长有短，从几毫秒到数十毫秒； 压力有明显的上升和下降过程，上升时间 1ms-6ms。 瞬时性、单次性； 测试环境非常恶劣：高温、高压、高冲击 二、主要技术指标： 测量量程：0～600MPa 分辨率：12bit 采样频率： 100kHz、200kHz、500kHz(可编程设定) 存储容量：128KWords 负延时点数：8KWords 触发方式：内触发 触发压力：1/16FS 通信接口：USB接口 三、测试系统设计 1、系统结构框图（原理框图） （单通数据采集系统，由电池供电） 高强度壳体 电源电路 电池 2、工作状态图 1 3、传感器的选择 三、测试系统设计 4、电路设计 主要由电荷放大器（含电压放大）、A/D转换器、存储器、数字逻辑控制电路和接口电路组成。 三、测试系统设计 5、 电路模块原理框图 数字逻辑控制电路的设计（1）ASIC专用集成电路 国内集成 （2）CPLD Xilinx公司XCR3064，BGA封装，低功耗 （３）低功耗高集成度单片机MSP430FG4618 ，内部集成了ADC，DAC，Timer，OPA，DMA,116KB的 FLASH和8KB的RAM ,具有10×8个I/O端口，其中端口Pl、P2具有中断能力 。BGA封装,外形尺寸为7mm×7mm 4.1 电荷放大器电路的设计 电荷放大器（包括放大、滤波） 压电传感器与电荷放大器连接的等效电路 压电传感器本身的内阻抗很高，而输出值较小，因此它的适配电路通常需要接入一个高输入阻抗前置放大器。其作用为： 一是把它的高输出阻抗变换为低输出阻抗；二是放大传感器输出的微弱信号。压电传感器的输出可以是电压信号，也可以是电荷信号， 因此前置放大器也有两种形式：电压放大器和电荷放大器。数据采集系统用到的是电荷前置放大电路。电荷前置放大电路包括电荷放大器和运算放大电路组成. 触发 4.2 触发比较器电路 内触发的实现 送至ADC 4.3 基准电源电路 为电荷放大器提供偏置基准、 为A/D变换器提供基准。 AD7492自带基准电源。 4.5 数字电路的设计 包括A/D转换器、存储器及地址发生器电路。 12bitA/D变换器：AD7492。其工作电压2.7～5.25V，最高采样频率1.5MHz具有