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多通道数据采集系统研制与测试

作 者: 范存志
导 师: 江海鹰
学 校: 济南大学
专 业: 计算机技术
关键词: 电流切换 C8051F020 USB通信 多通道数据采集 Labview
分类号: TP274.2
类 型: 硕士论文
年 份: 2013年
下 载: 17次
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内容摘要


根据国内激光粒度仪在性能方面存在的不足,本文主要对激光粒度仪的多通道数据采集系统进行了设计与研究。同时,为了对设计的数据采集系统能够进行正确合理的评价,设计了相应的测试系统,对采集系统的性能进行评判。多通道数据采集系统采用直接切换电流,然后再进行I/V转换的方案,这样只需要同一个I/V转换电路就可以达到对信号进行转换的目的,简化了电路的设计,消除了由于多个I/V转换电路性能参数差异而产生的分散性误差。系统设计的通道数是36路,所以考虑选用单刀多掷开关进行通道选择,然而,在测试中发现,不能采用单刀多掷开关,因为开关断开的通道会处于高阻状态,有漏电流,实际输出的电流是闭合通道的电流与断开通道漏电流之和。为消除这种影响,系统采用单刀双掷开关,测试发现开关切换时存在尖峰脉冲现象,这种现象会持续一段时间才能消失,这种现象是由于模拟开关各通道间存在寄生电容造成的,为减小这种影响,设计了一种电路即每一个通道利用两个开关进行控制,在通道切换之前一个开关与电阻串联接地,处于闭合状态,另一个开关与后级I/V转换电路相连,处于打开状态,这样能够通过对开关进行编程控制,保证在进行通道切换时,电容上的电流放电完毕,消除尖峰脉冲的现象。系统设计了自动比较编码电路来实现自动量程切换,从硬件的角度来采集速率。单片机采用C8051F020,其数据处理的速度快,引脚资源丰富,能满足36路通道的需求,而且内部有ADC和PGA,能够简化电路的设计。ADC采用单片机内部自带的分辨率12位、转换速率为100Ksps的ADC0,能够满足基本的精度要求,由于传统的RS232串口传输数据的速度慢、而且不方便,所以考虑采用新的通信方式来替代RS232,最终确定选用USB通信的方式,USB通信传输速率高、而且稳定方便,是以后通信接口的必然趋势。最后,测试系统采用Labview进行设计开发,完成对采集系统性能的正确评判。

全文目录


目录  5-7
摘要  7-8
Abstract  8-10
第一章 绪论  10-14
  1.1 数据采集技术概述  10-11
  1.2 国内外现状  11
  1.3 课题的研究目标与内容  11-14
第二章 方案选定  14-20
  2.1 分时采集思想  14
  2.2 同步多通道采集电路  14-15
  2.3 伪同步采集方案  15-16
  2.4 先 I/V 转换方案  16
  2.5 直接切换电流方案  16-17
  2.6 系统总体方案  17-20
第三章 硬件电路的设计  20-38
  3.1 多路模拟开关模块  20-24
    3.1.1 多路模拟开关介绍  20
    3.1.2 模拟开关的测试及选择  20-22
    3.1.3 ADG1633 的介绍  22-23
    3.1.4 开关电路设计  23-24
  3.2 I/V 转换模块  24-25
  3.3 比较编码电路模块  25-27
  3.4 系统中心控制模块  27-30
  3.5 USB 通信模块  30-32
    3.5.1 USB 通信接口介绍  30
    3.5.2 PDIUSBD12 简介  30-31
    3.5.3 USB 通信模块电路设计  31-32
  3.6 其他设计模块设计  32-34
  3.7 整体电路设计  34-38
    3.7.1 原理图和 PCB 设计  34-35
    3.7.2 整体电路实物图  35-38
第四章 下位机软件设计  38-48
  4.1 下位机软件流程设计  39
  4.2 下位机初始化  39-41
    4.2.1 普通输入输出端口配置  39-40
    4.2.2 A/D 转换器的控制  40-41
  4.3 USB 固件程序设计  41-48
    4.3.1 PDIUSBD12 的控制指令  41-42
    4.3.3 PDIUSBD12 固件编程  42-45
    4.3.4 主要模块的流程图  45-48
第五章 驱动程序及测试系统的设计  48-56
  5.1 WDM 驱动程序  48-50
    5.1.1 WDM 设备驱动简介  48
    5.1.2 Driver Studio 简介  48
    5.1.3 USB WDM 驱动程序的编写  48-50
  5.2 测试系统设计  50-56
    5.2.1 LABVIEW 介绍  50-51
    5.2.2 软件程序设计  51-56
第六章 系统的测试与调试  56-62
  6.1 采集速度测试  56
  6.2 准确度测试  56-57
  6.3 线性度测试  57-58
  6.4 均匀一致性测试  58-59
  6.5 稳定度测试  59-62
第七章 总结与期望  62-64
参考文献  64-68
致谢  68-70
附录  70

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 自动化技术及设备 > 自动化系统 > 数据处理、数据处理系统 > 数据收集和处理系统
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