万方数据一、概述二、系统硬件组成[摘要]本文介绍的多路数据采集系统是以8031作为微处理器，以ADl674作为高精度的模数转换器。并采用AD7506作为多路开关以实现多路数据采集，并采用程控放大器，实现放大倍数的可程控性。[关键词]程控放大器模数转换器辨能力，通常采用的办法是增加ADC的量度。例如：若传感器的输入电压范围为20肛V流信号，再经过采样缓冲电路，将电流信号内。经过放大的模拟信号由12位模数转换器计算机自动测量与控制1998年第3期(总第22期)模拟开关在现代测量系统中，都配有数据采集系统。仪器的精度很大程度上是由所采用的模数转换器ADC来决定的。AI)C的转换精度限定了仪器的转换精度。为了提高仪器的分化位数。但ADC的量化位数越高，价格越令人难以接受。而这种线性量化方式还具有信号越小，其量化信号噪声比越低的弊端。同时由于各输入量送到放大器的信号强弱不同，放大器的增益亦应不同。即使对于同一通道的信号输入，如果该信号的变化范围较大，而放大器的增益固定，也常会出现小信号得不到有效的放大而降低AD转换的精～50mY，为使上限不超过AD转换量程(假设为5V)，放大倍数增益量应选为100，则经放大后的小信号电压为2mY。显然2mY左右的信号其转换的结果位数少、精度低。一般情况下，应使被转换量落在AD转换器的线性区间之内，并尽可能使模拟量在1／2满刻度～接近满刻度的区域转换。解决这个问题的方法就是对弱信号采用高放大倍数；对强信号输入采用低放大倍数。并根据未知参数量值的范围，自动选择合适的增益或衰减倍数。n1假设ADC器件的转换位数为N，数控增益级数为I。+1，各级增益分别为K。，K，⋯，K。，且有：K。<K。<⋯<KL．即放大电路最大增益为K。，则ADC分辨率为：其量化位数等效于：N+l092“若K。一23，则增益控制位码为Log：¨¨’=2，即采用12位ADC可实现14位的量化效果。并且由于采用程控放大器，保证了进入ADC器件的模拟信号幅度几乎总是处于半量程的范围内，因而量化信噪比将近似保持一致。2．1系统工作原理这套系统应用于12路光强信号采集系统中(见图1)。系统由8031及27256组成中央处理单元，6264用来存放系统常数及采样的数据。十二路光强信号经光电池转换成电转变成电压信号，并加到多路模拟切换电路的输入端，经过通道译码，选取相应的通道信号，加到程控运算放大器上。CPU根据输入信号的强弱，调节程控放大器的放大倍数，使输入信号尽可能处在AD转换半量程范围转换成数字信号。转换的结果依次存入RAM中。系统的主要性能指标如下：数据采集通道为12路；最高采集速率为10kHz；AD转换器分辨率为12位；每通道数据采集时间大K。×(21—1)31l万方数据i，““沁‰舯盯邬懿卧∞乩吼脒们M眦L-J数据存储I．I—_J程序存储器‰㈩t蒲多路程控变增益数据采集系统数据存储使能信号；2．2可变输入通道切换电路的设计[2]用一个ADC。采用了多路模拟转换开关，便可以公用采样保持电路和AD转换器。在％f■多路模拟开关，其内部包含16路模拟通道300n；导通电阻温漂5‰／。C；路间误差4％；过采样电路，将电流信号转变成电压信号，各(A0～A3)进行地址译码，并使其使能端(EN)为高电平，就可以实现16路通道的切-——；—_于90毫秒。CPU产生数据采集、通道切换、程控放大、AD转换、RAM存储所需的全部控制信号。主要包括：数据采样信号；模拟通道切换信号；放大器增益信号；模数转换驱动信号；模数转换结束信号；由于ADC价格因素，不允许在多路通道采集系统中采用多个ADC。通常的解决办法是采用多个通道通过多路模拟切换电路共AD转换器对采样保持电路的输出进行转换时，多路转换器就可以搜索下一通道。所以这种方案的效率很高。输入通道的切换是通过采用模拟集成开关AD7506实现的。AD7506为单端16选一(如图2)。其主要参数为：导通电阻R。=开关时间为：t。。一0．8ps；tdf=0．8ps。信号经路信号加在多路开关AD7506的输入端。由于模拟开关在接通时，有一定的导通电阻，在某些情况下，可能对信号传递精度带来较大影响。作为一种补救，在传感器与AD7506之间加入缓冲器。通过CPU对其地址译码端12．路多路程控模数传感器模拟---放大转换@031)切换开关参考数据采集27256电压I控制器电路原理框图AD7506管脚及原理图32RAM地址译码I．图1S坞cQ-sv)"．LEVELTRANSI．“TOR图2CPU6264AD52616747506VbDNCGNDGND：EMA上D，rL／TT乙，r00_M8DECODER／DRIVERS16S上sS14S12S上上SIOS臼A3A：lA2AoC·万方数据甲甲圆i换。信号经模拟多路开关切换