胡继英朔 王儒涛 付 冲
（山东科技大学电子信息工程 山东省 青岛市 266590）
摘要：本文主要针对测控系统参数进行测量并进行监控及处理的研究，利用多路数据采集系统被广泛应用于监控电信号如电压、电流等和非电信号如温度、湿度、压力、声音、光等场合。做了数据采集系统沟通模拟域与数字域的必不可少的桥梁，地位十分重要。首先一个多路数据采集系统在提高产品质量，降低成本中起着举足轻重的作用。其次设计应用模拟电路和数字电路设计多路数据采集系统，系统分为数据采集模块、A/D转换模块、显示模块、方波产生模块等，采集到对应路数的信号经A/D转换后以10进制数在LED 数码管上显示，并能够通过按键操作切换显示不同路数的采样值，同时可以实现0.1s巡检：每0.1s数码管变换并显示下一路数的采样值。最后本系统的精度可达到0.1mv，此外，设计在精度保证的条件下提高采样速度，满足实时采集、实时处理和实时控制的要求。
关键词：数据采集；A\D转换；0.1s巡检；按键控制
引言
应用电路原理图进行模拟时，我们将暂时采用电源battery对8路模拟输入提供直流信号的输入；当该系统正式投入应用时，则8路模拟输入则应该输入想要采集并显示的电子器件的电压值。此外，所选用的采集电路需要能够采集到0-1V的电压值，所选用的A\D转换模块要能够转换0-1V的电压值，与此同时，应保持精度与速度。需要将8进制计数器的四位输出接在译码器的四位输入上，译码器的输出接在数码管上，使其显示对应的路数。也可以直接将8进制计数器的四位输出接在BCD数码管上，BCD数码管中本身包含译码电路，可以直接显示对应的路数。
1、问题分析
测量值的显示需要用到A\D转换芯片的输出特性。采集到的模拟量经过ICL7135模块转化后输出数字量，ICL7135的输出端具位扫描输出特性，因而我们将其BCD输出端接在译码电路的输入上，将其位扫描输出端接在数码管的位选引脚上，由此我们也将测量值由3位扩展到5位。与此同时，译码器的输出接在数码管的段选引脚上。这样方能实现测量值的正常显示。测量精度0.1mV，这里主要是确保A\D转换模块的精度，从而保证测量精度。即由模拟量转化为数字量的误差精度≤0.1mV，即A\D转换的分辨率要足够高，A\D转化电路的位数应大于10位。在这里我们选用ICL7135芯片，其为四位半的A\D转换芯片，相当于14位的二进制分辨率，理论上符合设计要求。
2、设计思路
应用8进制计数器记录按键按下次数，将八进制计数器的输出一方面连接到译码器的输入，利用数码管显示所接入的路数。另一方面，将八进制计数器的输出作为8选1数据选择器的输入，选择相应路数的电压接入A\D转换电路，通过译码电路后显示电压值。
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2.1设计的思路框图
74161构成的8进制计数器记录按键按下次数或者记录周期为0.1s的巡检信号，其中该周期为0.1s的方波巡检信号由555定时器构成的多谐振荡电路，并调节R,C对的值产生。将8进制计数器的输出一方面连接到译码器74LS47的输入，经过译码后，应用数码管显示所接入的路数。另一方面，将其输出作为八选一模拟开关4051的输入，利用4051选择相应路数的电压接入ICL7135，ICL7135将采集到的模拟量转化为数字数码管的位选信号接ICL7135的位扫描输出端将BCD输出端作为译码电路的输入，数码管的段选信号为译码电路的输出。这样译码器74LS47后即可驱动共阳数码管显示电压值。ICL7135的时钟同样由555定时器构成的多谐振荡电路产生，由于产生频率过高，方波质量下降，需加整形电路提高方波质量。
3、参数计算
555定时器构成的多谐振荡电路参数的计算方法及结果：
（R1+R2）Cln2=T
R1=R2
T1=0.1s
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根据上述公式，求得RC的值，并根据电路误差调整电路，使得其输出理想方波：
T = 0.1S时，RC = 0.007213；T = 2us时，RC = 1.4427×10-6；
注：考虑到电路本身误差及工艺水平误差，我们将会在振荡电路中加入滑动变阻器，一是为了保证R1=R2；二是为了便于调整电路电阻。
A\D转换电路的参数计算方法及结果：
（1）分辨率：四位半精度，相当于14位二进制，
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（2）模数转换转化一次的时间计算：f为输入ICL7135的方波信号频率：
一秒转化的次数：u为模数转化一次的时间：
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0.1s巡检，则一秒至少转化10次，根据上述公式算得，即输入信号频率必须大于400khz，因此我们在这选择500KHZ的clk输入。
（3）输出数字量：VIN为采集到的模拟电压，VREF为基准电压，在这选择1V
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（4）积分电容选择0.47uf
（5）积分电阻选择100k
（6）基准电容选择1uf
（7）自零电容选择1uf
4、具体电路设计及仿真
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4.1系统电路原理图
表一 实测数据与模拟电压的差异分析
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单刀双掷开关在按键端时按键按下一次八进制计数器计数一次，BCD数码管显示对应数字，共阳数码管显示对应路数的电压。单刀双掷开关在巡检端时每0.1s八进制计数器计数一次，共阳数码管每0.1s变换并显示相应电压测量值，且其测量精度可以达到0.1mV。因此，仿真结果正确，整个系统电路正常工作。
结论
电路的搭建完成了市面上大多采用的以单片机为代表的可编程逻辑器件为核心的多路数据采集系统。为多路数据采集系统开拓了新的发展道路。本系统 8路模拟输入均能够识别0-1V的电压并能转化、显示0-1V的电压，精度可达到0.1mv，大大增加了采集的准确度，为精确的工业生产提供了有力的支持，另外，系统可以实现0.1s巡检一路电压并显示，同时也可以通过按键控制某一路的电压显示。利用555定时器构成多谐振荡电路调整R、C的值，产生对应周期的方波，使得系统所需要的信号可以自己供给。综上所述，本系统脱离可编程逻辑器件、利用模拟、数字电路完成。生产成本低，集成度高，系统最终只需要输入电源电压即可正常工作，使用方法简洁、使用效率高。
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