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1、中北大学课程设计说明书学 生 姓 名 :学院 :专业 :题目 :高晋钟学 号：0706024216电子与计算机科学技术学院微电子学多路数据采集电路指导教师：孟令军职称:副教授2023 年 1 月 15 日名目1、 课程设计目的22、 设计内容和要求2.1 设计内容22.2 设计要求33、 设计方案3.1 采样保持电路43.2 8031 单片机53.3 A/D 数模转换器63.4 AD574A 参数及电路73.5 系统处理储存84、 多路数据采集电路原理图95、 多路数据采集电路 PCB 电路板图106、 课程设计心得107、 参考书目12- 10 -一、 设计目的1 把握电子电路的一般设计方法
2、和设计流程；2 学习使用 PROTEL 软件绘制电路原理图及印刷板图；二、 设计内容和要求包括原始数据、技术参数、条件、设计要求1 设计内容：S/H1多路数据开关A/D系统处理器D/A滤波-s/H10图 1采集电路示意图数据采集系统是一种通用测试系统，它可以对各种物理量(如温度、压力、转速、位移等)进展测量、存储、处理和结果输出。10 路模拟信号通过采样/保持电路进展采样，然后进展保持，将保持的信号通过由地址掌握的多路开关送进 A/D 数模转换器，将模拟信号量转换为数字信号量。A/D 转换的数字信号送入系统处理器FPGA、微机等处理系统处理、储存，在数字处理完成后，将数字信号量输入 D/A 数
3、模转换器，将数字信号量转换为模拟信号。最终经过运算放大器滤波，输出到 PC。操作人员就可以看到所采集的信号了。2 设计要求：10 路数据采集系统，由单片机8031、10 路模拟开关 AD7506、采集保持器LP398、模数转换器 AD574A 组成。单片机 8031 作为系统的掌握器，治理整个数据采集系统。10 路输入信号范围均为 010V，由模拟开关 AD7506 将被测信号分时的接入到系统中。LF398 对输入信号进展采集保持，并将采样保持的信号送进模数转换器AD574A 中。AD574A 是 12 位逐次靠近式模数转换器，转换速度为 25us。AD574A 的管脚 212/8接+5V，接
4、成12 位转换形式，单极性输入。其数据采集系统的工作过程如下：8031 单片机通过 P3 口，掌握模拟开关 AD7506 的输入通道的选通端 A0、A1、A2、A3 可以按挨次选通 10 路输入通道，也可以依据需要有选择的接通输入信号。单片机选通模拟开关时，同时给采样保持器 LF398 的掌握端 8 脚发出高电平，使之进入采样状态。待采样保持器捕获到输入信号后，单片机发出保持命令， 给 LF398 的 8 脚发低电平，使之进入保持状态。同时启动 AD574A 进展 A/D 转换， 即 8031 通过 PO 口经 74ALS373 锁存器使 AD574A 的 A0=0，R/C=0.然后，单片机进
5、入等待状态。当 A/D 转换完毕时，AD574A 的 STS=0，8031 通过 P3.3INT1 查询到转换完毕后，开头读取数据，先读高8 位数据，再读低8 位数据，分两个字节送到 8031 单片机内部 RAM 中图 2 单片机数据采集系统组成框图三、 设计方案(1) 采样保持电路图 3采样保持电路采样保持电路的猎取时间：猎取时间是从开头采样到达精度指标输出之间的时间。如以下图。它与电容器的充电时间常数、放大器的响应时间及保持电压的变化幅度有关保持电压的变化幅度越大，猎取时间越长。图 4采样保持电路猎取时间及保持电压的下降保持电压的下降：在保持电容的漏电流和其它掺杂散漏电流，引起保持电压下降
6、。下降幅度用 V/s 表示。8031 单片机是 Intel 公司生产的 MCS-51 系列单片机中的一种，除无片内ROM 外，其余特性与MCS-51 单片机根本一样。8031 单片机都承受 40 引脚的直插封装DIP 方式，在单片机的 40 条引脚中有 2 条专用于主电源的引脚， 2 条外接晶体的引脚，4 条掌握或与其它电源复用的引脚，32 条输入/输出I/O 引脚。8031 单片机的引脚除了电源、复位、时钟接入，用户I/O 口外，其余管脚是为实现系统扩展而设置的。这些引脚构成 8031 单片机片外三总线构造，即：地址总线AB：地址总线宽为16 位，因此，其外部存储器直接寻址为64K 字节，1
7、6 位地址总线由P0 口经地址锁存器供给 8 位地址A0 至 A7； P2 口直接供给 8 位地址A8 至 A15。数据总线DB：数据总线宽度为 8 位，由 P0 供给。28031 单片机：掌握总线CB：由P3 口的其次功能状态和 4 根独立掌握线 RESET、EA、ALE、PSEN 组成。图 58031 单片机引脚图(3) A/D 数模转换器AD7506：图 6 AD7506 工作原理及其管脚图如上图所示4 AD574A 参数及电路：AD574A 是美国模拟数字公司Analog推出的单片高速 12 位逐次比较型 A/D 转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换显片，具有外接元件少， 功耗低，
8、精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的 A/D 转换器，其主要功能特性如下： 区分率：12 位 非线性误差：小于1/2LBS 或1LBS 转换速率：25us 模拟电压输入范围： 010V 和 020V，05V 和 010V 两档四种 电源电压：15V 和 5V 数据输出格式：12 位/8 位 芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式。图 7AD574A 芯片管脚图图 8ad574 的电路接法参考图规律掌握信号由、和 A0由 8051 的数据口 P0 发出，并由三态锁存器 74 来说 73 锁存到输出端 Q0、Q1 和 Q2 上，用于掌握 AD5
9、74A 的工作过程。(5) 系统处理储存：本设计是利用 MCS-51 汇编语言编制的数据采集系统掌握的SMADLE:MOVRO,#20H；存放采样数据的内部 RAM 的起始地址MOVB, #10H；起始通道号START:MOVA,BMOV NOP NOP NOPNOP CLRP1,AP1.4；切换通道，启动采样；采样/保持器开头保持MOVDPTR,#7F00HMOVXDPTR,A；启动 A/D 进展 12 位转换WAIT:JB P3.3 WAIT MOV DPTR,#7F02H MOVXA,DPTR MOV R0,AINC DPTR INC ROMOVX A,DPTR MOV RO,A INC
10、 ROINC BCJNE B,# 20HSTART；等待 A/D 转换完毕；读高 8 位数据的地址；读高 8 位数据；存放；读低 4 位数据的地址；读低四位数据；存放；通道地址加 1；10 通道是否采集完毕四、多路数据采集电路原理图图 9多路数据采集电路原理图五、多路数据采集电路 PCB 电路板图：图 10多路数据采集电路 PCB 电路板图六、 课程设计心得通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的力量。在整个设计过程中，通过这个方案包括设计了一套多路数据采集电路原理图和 PCB 连接图。我觉得做课程设计同时也是对课本学问的稳固和加强，由于课本上的学问太多，寻常课间的学习并不能很好的理
11、解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的生疏。寻常看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比方一些芯片的功能，寻常看课本，这次看了， 下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。生疏来源于实践，实践是生疏的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是格外大的。这次课程设计最终顺当完成了，在设计中遇到了很多专业学问问题，最终在学长的辛勤指导下，最终游逆而解。同时，在学长的身上我们学也到很多有用的学问，在次我们表示感谢！在此，感谢于教师和学长的细心指导，也同样感谢其他各组同学的无私帮助！七、 主要参考书目 童诗白模拟电子技术根底北京：高等教育出版社，2023 张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2023 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2023 毕满清电子技术试验与课程设计北京：机械工业出版社，2023 潘永雄电子线路 CAD 有用教程西安：西安电子科技大学出版社，2023 张亚华电子电路计算机关心分析和关心设计北京：航空工业出版社，2023