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低频功率放大器毕业设计
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2010-04-21
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本课题来源于淮安市2009年全国大学生电子设计竞赛G题——低频功率放大器,多路数据采集系统的原理图如图1所示,包含个部分:功放部分,功率测量,。
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绪论
第一章 绪论
1.1 课题来源
本课题来源于淮安市 2009 年全国大学生电子设计竞赛 G 题——低频功率放
大器,多路数据采集系统的原理图如图 1 所示,包含个部分:功放部分,功率测
量,。本人和其他同学共同完成整个课题,本人负责第二部分:八路数据采集
器的设计制作。
图一
1.2 课题要求
根据赛题要求现场信号产生器部分,能产生 200~2000Hz 的正弦波信号,并
经过 F/V 转换为电压信号,200Hz 对应 1V,2000Hz 对应 5V,供数据采集器中
的 1 路采样测量。赛题隐含一个要求,即数据采集器对 F/V 转换的电压信号测量
应能计算出对应的频率,即 1V 计算出 200Hz,5V 计算出 2000Hz,为了能对 1-
5V 电压测量计算出 200~2000Hz 频率,则数据采集器的 A/D 分辨率必需达到:
(5-1)/(2000-200)4/1800≈2.2(mv)
需要 12 位(数据采集器电压测量范围:0~5V),才能满足测量要求。因此本课
题作为项目的子课题,需要设计一个 8 通道 12 位(满量程 5V)的 A/D 转换电路。
赛题还要求把数据传送给上位机(主控器)显示,并接受上位机的控制命令,
实现 8 路循环采集和 1 路选择性(跟踪)采集,本采集器需有通信接口,实现和
主控器的通信。
1.3 课题研究的意义
本子课题的核心工作在于设计一个八通道 12 位 A/D 转换电路,并能将 A/D 转
换结果传送给主控器。数据采集在现实中应用很广泛,如各种物理量的测量,
传统的方法是将物理量转换为电信号,用表头测量显示,不直观,现在逐步被
先进的数字转换技术所取代,物理量产生的电信号通过 A/D 转换的方法,直接
转换为数字量,我们现在所用到的许多测量仪器,全都是数字式的,直接显示
数据。这些仪器仪表内部,都是通过数据采集的方法,实现对物理量的测量。
所以研究数据采集技术,提高数据采集的精度,灵活解决测量过程的问题,具
有现实意义。
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淮安信息职业技术学院毕业设计论文
1.4 本课题主要的工作研究
本课题的主要工作是用 10 位串行 A/D1549 设计八通道 12 位 A/D 转换电路。
A/D 转换芯片从接口上可分为并行接口芯片和串行接口芯片。早期的 A/D 芯片
都是并行的,引脚多,控制的时序复杂。随着微控制技术及半导体技术的发展 ,
串行接口 A/D 技术发展迅速,串行芯片引脚少,操作时序简单,也符合微控制
器应用趋势。在应用系统中尽可能使用串行接口芯片,这样可以微控制器有限
的口资源,扩展更多的外围电路,实现更多的应用,提高产品的性价比。
串行 A/D 芯片由于引脚少,一般 A/D 转换的通道数量也少,在通道要求较
多的场合有局限性。本课题研究用串行的 A/D 芯片设计多路通道数据采集电路,
通过通道扩展的方法实现多路数据采集电路设计。另外通过提升串行 A/D 测量
分辨率,提高测量的精度和准确度。
设计相应的控制程序,完成系统要求。
1.1 单片机技术
1.1.1 单片机的概述
单片机是一个单芯片系统、面向控制对象的嵌入式应用计算机系统。它的
出现及发展使计算机技术从通用型数值计算领域进入到智能化的控制领域。从
此,计算机技术在两个重要领域——通用计算机领域和嵌入式计算机领域都得
到了极其重要的发展,并正在深深地改变着我们的社会。 所谓单片机,即把组成
微型计算机的各个功能部件,如中央处理器 CPU、随机存储器 RAM、只读存储
器 ROM、输入/输出接口电路、定时器/计数器以及串行通信接口等集成在一块
芯片中,构成一个完整的微型计算机。因此单片机早期的含义为单片微型计算
机,直接译为单片机,并一直沿用至今。单片机是单芯片形态作为嵌入式应用
的计算机,它有惟一的、专门为嵌入式应用而设计的体系结构和指令系统,加
上它的芯片级体积的优点和在现场环境下可高速可靠地运行的特点,因此单片
机又称之为嵌入式微控制器。但是,在国内单片机的叫法仍然有着普遍的意义。
我们已经把单片机理解为一个单芯片形态的微控制器,它是一个典型的嵌入式
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绪论
应用计算机系统。目前,
按单片机内部数据通道的宽度,把它们分为 4 位、8 位、16 位及 32 位单片机。
1.1.2 单片机的基本组成
单片机的结构特征是将组成计算机的基本部件集成在一块晶体芯片上,
构成一台功能独特的、完整的单片微型计算机,下面简要介绍各组成部分:
(1)中央处理器:单片机中的中央处理器 CPU 和通用微处理器基本相同,
由运算器和控制器组成,另外增设了“面向控制”的处理功能,如位处理、查表、
多种跳转、乘除法运算、状态检测、中断处理等,增强了实时性。
(2)存储器:单片机的存储空间有两种基本结构。一种是普林斯顿结构
(Princeton),将程序和数据合用一个存储器空间,即 ROM 和 RAM 的地址同
在一个空间里分配不同的地址。CPU 访问存储器时,一个地址对应惟一的一个
存储单元,可以是 ROM,也可以是 RAM,用同类的访问指令。另一种是将程
序存储器和数据存储器截然分开,分别寻址的结构,称为哈佛(Harvard)结构。
CPU 用不同的指令访问不同的存储器空间。由于单片机实际应用中“面向控制”的
特点,一般需要较大的程序存储器。目前,包括 MCS-51 和 80C51 系列的单片机
均采用程序存储器和数据存储器截然分开的哈佛结构。
(3)并行 I/O 口:单片机为了突出控制的功能,提供了数量多、功能强、
使用灵活的并行 I/O 口。使用上不仅可灵活地选择输入或输出,还可作为系统总
线或控制信号线,从而为扩展外部存储器和 I/O 接口提供了方便。
(4)串行 I/O 口:高速的 8 位单片机都可提供全双工串行 I/O 口,因而能和
某些终端设备进行串行通信,或者和一些特殊功能的器件相连接。
(5)定时器/计数器和中断系统:在实际的应用中,单片机往往需要精确地
定时,或者需对外部事件进行计数,因而在单片机内部设置了定时器/计数器电
路,通过中断,实现定时/计数的自动处理。
单片机独特的结构决定了它具有高集成度、高可靠性;控制功能强;低电
压、低功耗;优异的性能价格比等特点。
经过研究,本系统设计将使用由 ATMEL 公司的出品的 AT89S52 单片机,
引脚如图 1 所示。该单片机具有独特的优点,如在线系统编程,“看门狗”功能等。
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淮安信息职业技术学院毕业设计论文
图 1 AT89S52 封装与引脚
1.2 A/D 转换技术
1.2.1 A/D 转换概述
A/D 转化电路,亦称“模拟数字转换器”,简称“模数转换器”。将模拟量或
连续变化的量进行量化(离散化),转换为相应的数字量的电路。
随着数字技术,特别是信息技术的飞速发展与普及,在现代控制。通信及检
测等领域,为了提高系统的性能指标,对信号的处理广泛采用了数字计算机
技术。由于系统的实际对象往往都是一些模拟量(如温度。压力。位移。图像
等),要使计算机或数字仪表能识别。处理这些信号,必须首先将这些模拟信号
转换成数字信号;而经计算机分析。处理后输出的数字量也往往需要将其转
换为相应模拟信号才能为执行机构所接受。这样,就需要一种能在模拟信号
与数字信号之间起桥梁作用的电路-模数和数模转换器。将模拟信号转换成数
字信号的电路,称为模数转换器(简称 A/D 转换器或 adc,analog to digital
converter);
1.2.2 ICL7135 芯片概述
a.ICL7135 的主要特性
ICL7135 是双斜积分式 4 位半单片 A/D 转换器。转换精度高、抗干扰性
能好、价格低,应用十分广泛。采用 CMOS 工艺制作,只要附加译码器,数码
显示器,驱动器及电阻电容等元件,就可组成一个满量程为 2V 的数字电压表。
以下列出其主要特点。
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绪论
(1)输入阻抗达 10
9
Ω 以上,对被测电路几乎没有影响;
(2) 在每次 A/D 转换前,内部电路都自动进行调零操作;
(3) 有精确的差分输入电路;
(4) 自动判别信号极性;
(5) 有超、欠压输出信号,机过量程(OR)、欠量程( UR)标志信号输
出,可用作自动量程转换的控制信号;
(6) 采用位扫描与 BCD 码输出;
(7) 在±20000 字(2V 满量程)范围内,转换精度±1 字;
(8) 输出电流典型值 1PA;
输出为动态扫描 BCD 码;
(9) 对外提供六个输入\输出控制信号
R/H,BUSH,ST,POL,OR,UR。因此除用于数字电压表外,还能
与异步接收/发送器,微处理器或其它控制电路连接使用;
(10) 功耗:1000mW(MAX)。
b. ICL7135 的引脚功能
采用 28 脚 DIP 和 SOP 封装。其引脚功能如下图 2 所示:
1 脚(V-)-5V 电源端;
2 脚(VREF)基准电压输入端;
3 脚(AGND)模拟地;
4 脚(INT)积分器输入端,接积分电容;
5 脚(AZ)积分器和比较器反相输入端,接自零电容;
6 脚(BUF)缓冲器输出端,接积分电阻;
7 脚(CREF+)基准电容正端;
8 脚(CREF-)基准电容负端;
9 脚(IN-)被测信号负输入端;
10 脚(IN+)被测信号正输入端;
11 脚(V+)+5V 电源端;
12、17~20 脚(D1~D5)位扫描输出端;
13~16 脚(B1~B4)BCD 码输出端;
21 脚(BUSY)忙状态输出端;
22 脚(CLK)时钟信号输入端;
23 脚(POL)负极性信号输出端;
24 脚(DGND)数字地端;
25 脚(R/H)运行/读数控制端;
26 脚(STR)数据选通输出端;
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