电子、通信系统课程设计

1、电子、通信系统课程设计之一波形产生及单片机多路数据采集(理论课部分)波形产生及单片机多路数据采集 本课题设计包含以下两个内容： 一、EEPROM的非计算机应用； 二、多路数据采集系统。 可编程程序存贮器EEPROM的非计算机应用 -模拟心电信号发生器必须满足两个条件： 存贮器的各个单元依次存放：模拟信号按时间 顺序变化的各电压幅值所对应的二进制数码 -模拟信号的数字编码值 能够顺序读出各存贮单元的二进制数码， 并经D/A变换后，还原为模拟信号。可编程程序存贮器EEPROM的非计算机应用 1.模拟信号的数字编码值的获取：两种方法 取样法： 关键- 根据所需的波形，逐点取样， 逐点进行人工量化编码

2、。 优点- 不管何种波形均可量化 且取样量化频率越高，波形精度越高。 缺点-费时、费事 含有人工误差。可编程程序存贮器EEPROM的非计算机应用 函数法： 根据波形的函数表达式，利用软件产生各种基本函数，经微机运行后，得到各点的相应二进制编码。优点-精度高缺点-波形各部分一定可以某种固定的函数耒表示； 要求微机有一定的运算功能和速度； 占用微机内存故：根据实际情况可任选一种方法耒完成模拟量的 数字编码。可编程程序存贮器EEPROM的非计算机应用 2. 利用EPROM产生模拟心电信号： 要点-顺序读出EPROM按时间顺序存入各单元 的二进制数码，正确送往D/A芯片，再经滤波 消除高频成份后即可正

3、确复原。 注意-毛刺干扰的消除：由于在地址切换的一刹那EPROM输出的数据会产生短暂不稳定现象（毛刺） 电路中加入了数据锁存器，在时钟脉冲的控制下 它可以完全抑制这种毛刺干扰。多路数据采集系统 数据采集是信息科学的重要分支 数据采集系统是计算机、智能系统与外界物理世界联系 的桥梁，是获取信息的重要途径。 无论是过程控制、状态检测还是故障诊断， 质量检测都离不开数据采集系统。 它广泛地应用于现代工业生产、国防军事及 科学研究等方面。多路数据采集系统 1. 数据采集系统的组成： 核心部件-计算机； 其它部分- 数据采集器：含多路模拟开关、测量 放大器、采样保持器、A/D转换器等； 微机接口电路 D

4、/A转换器 应用软件 典型的多通道数据采集系统 如讲义图所示。 多路数据采集系统 2. 数据采集中要注意的几个问题： 采样频率的选取：(它决定了采样后信号的质量) 必须遵循奈奎斯特采样定理： 若信号本身的频带是有限的，而采样频率又大于、 等于两倍信号所包含的最高频率，则在理论上可以 根据其离散采样值完全恢复出原始信号。 工程上考虑到各种因素， 常常选用信号最高频率的三倍、四倍甚至十倍。多路数据采集系统 A/D转换器和微机的接口及程序设计： 任何一种A/D转换芯片均是通过接口电路 与微处理器相连耒完成模拟量的数字转换的。 接口电路功能： a. 发出启动命令-根据不同的A/D器件所需要的启动 信号

5、，由I/O电路送出一种固定的电平或者脉冲信号 给A/D转换器的相应管脚。 b. 取A/D转换结果-将A/D变换后的数字量送往CPU 注意：A/D的结构-数据线并行还是串行 有无三态门控制的锁存器多路数据采集系统 采样保持电路S/H： a. 作用： 在A/D进行转换期间保持A/D输入端信号不变 b. 两个重要参数： 孔径时间：采样保持所需时间， 影响A/D转换精度； 捕捉时间：保持采样到达当前信号值 所需时间，影响采样频率的提高。多路数据采集系统 多路模拟开关MUX：主要在多通道采集时应用。 作用：a. 将多个通道模拟信号有序地转接至 同一负载 - 信号的合成。 b. 将同一信号有序地转接至多个

6、负载， 且每时刻仅有一个通道被接通- 信号的分解。 重要特性：开关的断开先于接通 从原先通道断开经过一很小延时后才接通下一通道 避免了两个通道有同时接通 而造成短路的可能性。多路数据采集系统 D/A转换器与微机的接口及程序设计： 分为两类： a. D/A芯片内设置有数据寄存器，具有数据 写入选通信号和片选控制信号，可直接与 微机总线相连，芯片本身作为一个扩展的I/O接口。 b. 芯片内无锁存器，输出信号（电流或电压） 随数据输入线的状态变化而变化，不能直接与 CPU相连，必须通过接口（并行或串行） 也可以利用微机自身的I/O接口 与CPU相连。数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式根据现

7、场的实际情况，微处理器可以 同时采集一路或多路信号，故数据采集 统就有单通道转换和多通道转换之分。在这两种转换形式中，根据信号的特点， A/D、D/A通道可以有如下结构：数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式 1.A/D通道有如下结构： 单通道： 直流或者低频信号： 不带采样保持器(S/H)的A/D变换 信号直接送至A/D输入端 频率较高的信号： 带有采样保持器(S/H)的A/D变换 信号经采样保持器(S/H)后送至A/D输入端数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式 多通道： 每个通道有独自的采样保持器及A/D转换器： 适合于高速系统，允许各通道同时转换 S/HS/HS/HA/DA

8、/DA/DI/OI/OI/OCPUS/HA/DI/O数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式 多通道： 多通道共享A/D转换器 此形式每路转换串行进行，故比形式速度慢 因采用了多个S/H，故捕捉时间可以忽略。数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式 多通道：多通道共享S/H和A/D 此电路比上述两种形式工作速度都慢，但使用硬件资源最少。 采用了公共S/H 启动A/D前必须考虑S/H的捕捉时间和孔经时间 数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式 2. D/A 通道有如下结构： 多通道D/A： 每个通道有独自的数字寄存器和D/A转换器 一般用于高速系统，此时各通道数字量并行输出数据采集系统中，A/D、D/A通道的几种形式 多通道共享D/A： 此种形式速度较形式慢，但节省硬件，降低成本微机系统的设计特点1.设计中不需要任何繁杂的电路参数计算， 而需要请楚地掌握和理解微处理机以及 所需的告种外围电路芯片的功能及其特点。2. 在硬件设计的同时必须充分考虑到系统的软件设计，追求使用最少的硬件投资 具备同样功能的系统，即设计成最小系