一种应用于虚拟示波器的双通道数据采集系统设计

2011-08-16 14:58:48来源: 互联网
0 引 言
    示波器是一种用途十分广泛的精密电子测量仪器,在科学研究领域和实验室中应用广泛,但目前这类仪器设计复杂,价格较昂贵。
    随着科学技术的发展,1986年美国国家仪器公司首先提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器是在以PC机为核心的硬件平台支持下,通过软件编程来实现仪器的功能。与传统的实体仪器相比。虚拟仪器最大的特点在于其功能的可重构性和应用的灵活性,使用者可以通过修改软件来方便地修改、增减仪器的功能,提高了仪器的使用效率,降低了成本。利用虚拟仪器技术只需配备必要的数据采集硬件,不仅可以实现传统示波器的各项功能,而且还具有存储、回放等特点。
    鉴于虚拟示波器的各种优点和广泛用途,研制出性能优越的虚拟示波器具有重要的实际应用价值。数据采集系统是整个虚拟示波器的重要组成部分,其性能的优劣直接关系到整个系统的品质,所以需要专门为其设计高速、高精度的数据采集系统。


1 系统总体设计方案
    本数据采集系统的总体结构如图1所示。模拟信号经过多路选择开关CD4051选通后进入信号调理电路,先经过两片放大倍数可自动设定的AD526适当放大,然后进入采样保持模块。采样保持电路由LF398芯片完成,它的逻辑输入引脚与AD574的状态转换引脚通过一个非门进行连接,这样就实现了采样状态与保持状态的自动转换,无需单片机进行控制。信号经过采样保持电路后进入AD574进行模/数转换,转换后的数据存放到高速缓存芯片IDT7202中,单片机通过查询缓存器的标志位,执行向其写入数据或者从中读出数据命令。当数据存满时,从IDT7202中读出数据并将它写入CH372,再通过USB将数据上传至PC机进行相关调理与显示。


1.1 信号调理电路
    为了保证高精度的模/数转换结果,要求输入信号接近A/D模块的满量程值。信号调理的作用是使输入信号满足A/D转换器的幅度要求,同时也扩大了输入信号的幅度范围。比如大信号必须经过适当的衰减,以免因为幅度过大而损坏电路中的元器件或引起信号失真。而小信号又需要适当的放大,否则采集恢复后的信号幅度太小,难以正确的观测信号,并且也没能够充分利用A/D转换器的分辨率,会增大A/D转换的误差。
    在本系统中,利用两片AD526和单片机AT—mega32设计了能够进行自动增益控制的放大器。AD526是美国AD公司生产的一款性能优良的软件可编程放大器,单片AD526的放大倍数是1,2,4,8和16,两片AD526级联后可获得32,64,128和256倍增益。由于输入模拟信号幅度大小的差异,有可能要求使用不同的放大倍数进行放大,以满足线性放大要求,则放大器的放大倍数需要实时控制,AD526能够满足这样的要求,它的放大倍数随时可以由一组数码控制。将从CD4501输入的现场信号根据要求自动调整到适合A/D转换的最佳输入范围,再启动AD574进行转换,能够有效地保证在低输入时的转换精度,扩大采集系统的动态范围。可编程控制增益电路如图2所示。

1.2 A/D转换电路
    采用Ateml公司的AVR系列单片机ATmega32与AD574构成数据采集部分。ATmega32是一款高性能、低功耗的8位AVR微调理器,先进的RISC结构,具有32 KB的系统内可编程FLASH。AD574是美国AD公司研制的12位逐次逼近型模数转换器,具有外接元件少、功耗低和精度高等特点,它的转换速度为25μs,转换精度为O.05%,输入的模拟电压可以是单极性也可以是双极性,内部集成转换时钟,可广泛应用在数据采集系统中。由于AD574芯片内有三态输出缓冲电路,因而可直接与单片机的数据总线相连,而无须附加逻辑接口电路。

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关键字:于虚拟示波器  双通道数据采集

编辑:什么鱼 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2011/0816/article_3252.html
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