武汉理工大学《计算机控制技术》课程设计说明书
数据采集及处理系统的设计
1 设计方案
1.1 设计原理
数据采集和处理是计算机控制系统的重要组成部分,在工业控制机和生产过程之间 ,
要对生产过程进行实时控制,就要实时的了解生产状态,这就要求采集大量的模拟信号
或数字信号进行分析,并输出有一定意义的、更直观和易于理解的模拟量或数字量,以
对控制进行指导,调整控制方案。随着自动控制的发展,数据采集及处理将会得到越来
越多的应用。
本次设计要求设计一个 64 路巡回数据采集及处理系统,系统循环周期为 1 秒,16 路
模拟信号输入,16 路开关信号输入,16 路模拟输出,16 路数字输出。数据采集及数据处
理的过程比较简单,很直观的想象为采集数据,输入到 CPU,输出数据。在这一过程中,
还要有数据通道选择,为了适应芯片的电压值,还可能需要把传入的模拟电压放大或缩
小。转换成模拟信号后,以便驱动相应的执行机构,达到控制的目的。
在输出过程中,芯片输出可能为电流信号,可能为电压信号,按照本题目,需将电
流信号转换成电压信号。
1.2 设计方案认证
因为设计架构较简单,可以选择一些性能参数不是太高但是能满足设计要求、价格
低廉的芯片。
数据采集系统主要需要解决的是模拟量输入通道问题,在众多的模拟量输入中,需要确
定模拟量输入通道的结构。模拟量通道结构有两种:其一,每路模拟量均有各自独立的
A/D 转换器、采样/保持器;其二,多路模拟量共用一套采样/保持器、A/D 转换器。
在两种结构中,前者电路结构简单,程序设计方便,由于每路模拟量均需各自独立的 AD
转换器,所以,尽管只有一个处理器,但 A/D 转换是并行的,具有很快的转换速度。由于使用
的 A/D 转换器数量多,故总体成本高昂,仅在高速数据采集系统中采用;后者具有经济实用等
良好特点,在性能指标要求许可的情况下,一般采用该方案。尤其高性能的 A/D 转换器件不
断推出,选择一种 A/D 转换器满足多路数据采集还是比较容易的。因此,设计中选择了多
路选择开关 4067。
D/A 转换部分主要解决数字到模拟的功能,最常用的数模转换器为 DAC0832,将输
入的数字量转换成差动的输出。为了使其能变成电压输出,又要经过运算放大器。
模拟输出通道也有两种基本结构形式:一个通道设置一个数/模转换,速度快,工作
可靠,缺点是使用了较多的 D/A 转换器;多个通路共用一个数/模转换器,即转换成模拟
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