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目录 1 设计方案 1 1.1 设计任务及要求分析 1 1.2 设计方案认证 1 1.3 系统实现原理 2 1.3.1模拟量输入通道 3 1.3.2模拟量输出通道 3 1.3.3数字量输入通道 3 1.3.4数字量输出通道 4 2硬件设计 4 2.1 A/D转换电路 5 2.1.1各芯片功能说明 6 2.2D/A转换电路 9 2.2.1DAC0832说明 10 2.3数字量输入电路 11 2.3.1CD4014介绍 11 2.4数字量输出电路 12 2.4.1CD4094介绍 13 3 软件设计 14 3.1A/D转换 14 3.1.1A/D转换流程图 14 3.1.2A/D转换程序 14 3.2A/D转换 16 3.2.1A/D转换流程图 16 3.2.2A/D转换程序 16 3.3数字量输入/输出 18 3.3.1数字量输入/输出流程图 18 3.3.2数字量输入输出程序 19 4心得体会 20 参考文献 21 附录 22 数据采集及处理系统的设计 1 设计方案 1.1 设计任务及要求分析 本次设计要求设计一个64路巡回数据采集及处理系统，系统循环周期为1秒，16路模拟信号输入，16路开关信号输入，16路模拟输出，16路数字输出。要求主要完成的任务有1.输入通道及输出通道的设计（0～20mV输入），（0～10V输出）；2.每个周期各通道采样10次；3.采用数字滤波算法；4.完成硬件设计及软件设计。 由于题目要求输入通道电压范围非常小，只是0809转换的最小精度，而0809的电压转换范围是0～5V，所以要将模拟量进行放大，再接到ADC0809上进行转换，然后将转换得到的数字量存入单片机的RAM中。由于题目要求用数字滤波法，所以在每个周期对每个通道采集数据后要计算平均值作为最终的数据（算术平均值法），再进行相关的操作。要完成16路的模拟输出所以要使用DAC0832从单片机中读取数字量进行转换，并从模拟输出通道输出，在输出过程中，芯片DAC0831输出是电流信号，所以按照本题目，需将电流信号转换成电压信号,再输出。 另外，系统循环周期为1s，所以在完成对一路通道的操作后要设计延时，再对下一通道进行操作。 1.2 设计方案认证 因为设计架构较为复杂，使用的芯片比较多，所以在设计时要尽可能的少使用一些芯片而达到相同的要求。 1.模拟采集系统主要需要解决的是模拟量输入通道问题,在众多的模拟量输入中,需要确定模拟量输入通道的结构。模拟量通道结构有两种：其一,每路模拟量均有各自独立的A/D转换器、采样/保持器;其二,多路模拟量共用一套采样/保持器、A/D转换器。 在两种结构中,前者电路结构简单,程序设计方便,由于每路模拟量均需各自独立的AD转换器,所以,尽管只有一个处理器,但A/D转换是并行的,具有很快的转换速度。由于使用的A/D转换器数量多,故总体成本高昂,仅在高速数据采集系统中采用;后者具有经济实用等良好特点,在性能指标要求许可的情况下,一般采用该方案。尤其高性能的A/D转换器件不断推出,选择一种A/D转换器满足多路数据采集还是比较容易的。因此，设计中选择了16路选择开关4067进行，模拟通道的选通。 2.D/A转换部分主要解决数字到模拟的功能，最常用的数模转换器为DAC0832，它可工作于单缓冲、双缓冲、直通3种方式。由于题目要求只有一个模拟量输出，并且记录模拟量输出不同步，所以只需要使用单缓冲方式即可。 3.模拟输出通道也有两种基本结构形式：一个通道设置一个数/模转换，速度快，工作可靠，缺点是使用了较多的D/A转换器；多个通路共用一个数/模转换器，即转换成模拟电压后，通过多路模拟开关传送给输出采样保持器。这种结构形式的优点是节省了数/模转换器，但因为分时工作，只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。还要用多路开关，且要求输出采样保持器与采样时间之比较大。 1.3 系统实现原理 由于本系统要求有模拟量和数字量的输入输出，所以叫进行模拟量输入电路，模拟量输出电路，开关量输出电路和数字量输出电路的设计，总的设计思想如下所示： 1.3.1模拟量输入通道 在计算机控制系统中，模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，在经过接口送往计算机。本设计的模拟量输入通道如图1所示，过程参数经过测量和转换电路转换成电压信号，再送至多路开关；在单片机的控制下由多路开关将各个模拟量依次的切换到后级。进行信号放大和A/D转换，实现模拟电压的的循环检测。 图 1 1.3.2模拟量输出通道 模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制输出的关键，它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制目的。本设计的模拟量输出如图2，这种结构形式的优点是节省了数模转换器，因为是分时工作，只适用于