電子、通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)--波形產(chǎn)生及單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集（理論部分）

1、電子、通信系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)之一波形產(chǎn)生及單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集(理論課部分)波形產(chǎn)生及單片機(jī)多路數(shù)據(jù)采集本課題設(shè)計(jì)包含以下兩個(gè)內(nèi)容：一、EEPROM的非計(jì)算機(jī)應(yīng)用；二、多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。可編程程序存貯器EEPROM的非計(jì)算機(jī)應(yīng)用模擬心電信號(hào)發(fā)生器必須滿足兩個(gè)條件：?存貯器的各個(gè)單元依次存放：模擬信號(hào)按時(shí)間順序變化的各電壓幅值所對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼模擬信號(hào)的數(shù)字編碼值?能夠順序讀出各存貯單元的二進(jìn)制數(shù)碼，并經(jīng)DA變換后，還原為模擬信號(hào)?？删幊坛绦虼尜A

2、器EEPROM的非計(jì)算機(jī)應(yīng)用1.模擬信號(hào)的數(shù)字編碼值的獲?。簝煞N方法?取樣法：關(guān)鍵根據(jù)所需的波形，逐點(diǎn)取樣，逐點(diǎn)進(jìn)行人工量化編碼。優(yōu)點(diǎn)不管何種波形均可量化且取樣量化頻率越高，波形精度越高。缺點(diǎn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)事含有人工誤差?？删幊坛绦虼尜A器EEPROM的非計(jì)算機(jī)應(yīng)用?函數(shù)法：根據(jù)波形的函數(shù)表達(dá)式，利用軟件產(chǎn)生各種基本函數(shù)，經(jīng)微機(jī)運(yùn)行后，得到各點(diǎn)的相應(yīng)二進(jìn)制編碼。優(yōu)點(diǎn)精度高缺點(diǎn)波形各部分一定可以某種固定的函數(shù)耒表示；要求微機(jī)有一定的運(yùn)算功能和速度

3、；占用微機(jī)內(nèi)存故：根據(jù)實(shí)際情況可任選一種方法耒完成模擬量的數(shù)字編碼?？删幊坛绦虼尜A器EEPROM的非計(jì)算機(jī)應(yīng)用2.利用EPROM產(chǎn)生模擬心電信號(hào)：要點(diǎn)順序讀出EPROM按時(shí)間順序存入各單元的二進(jìn)制數(shù)碼，正確送往DA芯片，再經(jīng)濾波消除高頻成份后即可正確復(fù)原。注意毛刺干擾的消除：由于在地址切換的一剎那EPROM輸出的數(shù)據(jù)會(huì)產(chǎn)生短暫不穩(wěn)定現(xiàn)象（毛刺）電路中加入了數(shù)據(jù)鎖存器，在時(shí)鐘脈沖的控制下它可以完全抑制這種毛刺干擾。多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集

4、是信息科學(xué)的重要分支數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)、智能系統(tǒng)與外界物理世界聯(lián)系的橋梁，是獲取信息的重要途徑。無(wú)論是過(guò)程控制、狀態(tài)檢測(cè)還是故障診斷，質(zhì)量檢測(cè)都離不開(kāi)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。它廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)、國(guó)防軍事及科學(xué)研究等方面。多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成：核心部件計(jì)算機(jī)；其它部分?數(shù)據(jù)采集器：含多路模擬開(kāi)關(guān)、測(cè)量放大器、采樣保持器、AD轉(zhuǎn)換器等；?微機(jī)接口電路?DA轉(zhuǎn)換器?應(yīng)用軟件典型的多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)如講義圖所示。多路數(shù)據(jù)采集系

5、統(tǒng)2.數(shù)據(jù)采集中要注意的幾個(gè)問(wèn)題：?采樣頻率的選?。?它決定了采樣后信號(hào)的質(zhì)量)必須遵循奈奎斯特采樣定理：若信號(hào)本身的頻帶是有限的，而采樣頻率又大于、等于兩倍信號(hào)所包含的最高頻率，則在理論上可以根據(jù)其離散采樣值完全恢復(fù)出原始信號(hào)。工程上考慮到各種因素，常常選用信號(hào)最高頻率的三倍、四倍甚至十倍。多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?AD轉(zhuǎn)換器和微機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)：任何一種AD轉(zhuǎn)換芯片均是通過(guò)接口電路與微處理器相連耒完成模擬量的數(shù)字轉(zhuǎn)換的。接口電路功能：a.

6、發(fā)出啟動(dòng)命令根據(jù)不同的AD器件所需要的啟動(dòng)信號(hào)，由IO電路送出一種固定的電平或者脈沖信號(hào)給AD轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)管腳。b.取AD轉(zhuǎn)換結(jié)果將AD變換后的數(shù)字量送往CPU注意：AD的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)線并行還是串行有無(wú)三態(tài)門控制的鎖存器多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?采樣保持電路SH：a.作用：在AD進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間保持AD輸入端信號(hào)不變b.兩個(gè)重要參數(shù)：孔徑時(shí)間：采樣→保持所需時(shí)間，影響AD轉(zhuǎn)換精度；捕捉時(shí)間：保持→采樣到達(dá)當(dāng)前信號(hào)值所需時(shí)間，影響采樣頻率的提高。多路數(shù)據(jù)

7、采集系統(tǒng)?多路模擬開(kāi)關(guān)MUX：主要在多通道采集時(shí)應(yīng)用。作用：a.將多個(gè)通道模擬信號(hào)有序地轉(zhuǎn)接至同一負(fù)載信號(hào)的合成。b.將同一信號(hào)有序地轉(zhuǎn)接至多個(gè)負(fù)載，且每時(shí)刻僅有一個(gè)通道被接通信號(hào)的分解。重要特性：開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)先于接通—從原先通道斷開(kāi)經(jīng)過(guò)一很小延時(shí)后才接通下一通道避免了兩個(gè)通道有同時(shí)接通而造成短路的可能性。多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)?DA轉(zhuǎn)換器與微機(jī)的接口及程序設(shè)計(jì)：分為兩類：a.DA芯片內(nèi)設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器，具有數(shù)據(jù)寫(xiě)入選通信號(hào)和片選控制信號(hào)，可直

8、接與微機(jī)總線相連，芯片本身作為一個(gè)擴(kuò)展的IO接口。b.芯片內(nèi)無(wú)鎖存器，輸出信號(hào)（電流或電壓）隨數(shù)據(jù)輸入線的狀態(tài)變化而變化，不能直接與CPU相連，必須通過(guò)接口（并行或串行）也可以利用微機(jī)自身的IO接口與CPU相連。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、DA通道的幾種形式根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，微處理器可以同時(shí)采集一路或多路信號(hào)，故數(shù)據(jù)采集統(tǒng)就有單通道轉(zhuǎn)換和多通道轉(zhuǎn)換之分。在這兩種轉(zhuǎn)換形式中，根據(jù)信號(hào)的特點(diǎn)，AD、DA通道可以有如下結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、

9、DA通道的幾種形式1.AD通道有如下結(jié)構(gòu)：⑴單通道：?直流或者低頻信號(hào)：不帶采樣保持器(SH)的AD變換信號(hào)直接送至AD輸入端?頻率較高的信號(hào)：帶有采樣保持器(SH)的AD變換信號(hào)經(jīng)采樣保持器(SH)后送至AD輸入端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、DA通道的幾種形式⑵多通道：每個(gè)通道有獨(dú)自的采樣保持器及AD轉(zhuǎn)換器：適合于高速系統(tǒng)，允許各通道同時(shí)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、DA通道的幾種形式⑵多通道：?多通道共享AD轉(zhuǎn)換器此形式每路轉(zhuǎn)換串行進(jìn)行，故比

10、?形式速度慢因采用了多個(gè)SH，故捕捉時(shí)間可以忽略。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、DA通道的幾種形式⑵多通道：?多通道共享SH和AD此電路比上述兩種形式工作速度都慢，但使用硬件資源最少。采用了公共SH啟動(dòng)AD前必須考慮SH的捕捉時(shí)間和孔經(jīng)時(shí)間數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、DA通道的幾種形式2.DA通道有如下結(jié)構(gòu)：?多通道DA：每個(gè)通道有獨(dú)自的數(shù)字寄存器和DA轉(zhuǎn)換器一般用于高速系統(tǒng)，此時(shí)各通道數(shù)字量并行輸出數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，AD、DA通道的幾種形式?多通道共

11、享DA：此種形式速度較?形式慢，但節(jié)省硬件，降低成本微機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)1.設(shè)計(jì)中不需要任何繁雜的電路參數(shù)計(jì)算，而需要請(qǐng)楚地掌握和理解微處理機(jī)以及所需的告種外圍電路芯片的功能及其特點(diǎn)。2.在硬件設(shè)計(jì)的同時(shí)必須充分考慮到系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，追求使用最少的硬件投資具備同樣功能的系統(tǒng)，即設(shè)計(jì)成最小系統(tǒng)，以達(dá)到性價(jià)比最優(yōu)。結(jié)束語(yǔ)本課題內(nèi)容較多，涉及面較廣，為確有收獲，請(qǐng)同學(xué)們注意：1.做好實(shí)驗(yàn)前準(zhǔn)備，按照講義要求，預(yù)習(xí)各相應(yīng)內(nèi)容，了解系統(tǒng)各部分原理、