高精度高自动化电压数据采集系统实现方案

青岛农业大学

大学生创新教育立项方案

项目名称高精度高自动化电压数据采集系统

申请人陈昌栋

专业班级通信工程09级2班

指导教师李言照李吉忠

申请日期 2011 年 10 月 28 日

一、人员结构：

项目人员情况

项目主持人

姓名

性

别

年

龄

学院专业班级专长、发表文章及奖励承担的工作陈昌栋男22

理学与信

息科学学

院

通信工程

09级2班

曾获得全国大学生

电子设计大赛山东赛区

一等奖、第五届电子设

计大赛一等奖、网页设

计大赛三等奖、电脑知

识竞赛三等奖。精通电

子系统设计，精通C语

言编程、模拟电子设计

和单片机系统设计。

系统整体设

计整合，软

件部分编

程，电路设

计,软件部

分编程。

项目组主要成员

姓名

性

别

年

龄

学院专业班级专长、发表文章及奖励承担的工作丁胜朋男22

理学与信

息科学学

院

通信工程

09级2班

曾获得全国大学生

电子设计大赛一等奖、

第五届电子设计大赛一

等奖。精通C语言编程、

模拟电子设计和单片机

系统设计。

软件部分编

程，系统组

装实现。

指导教师情况

姓名性别年龄学历学位职称学院研究方向

李言照男52 硕士教授

理学与信息科

学学院主要从事计算机应用方面的教学与科研工作

李吉忠男41 博士副教授

理学与信息科

学学院主要从事通信算法应用方面的教学与科研工作

指导教师情况简介（包括专长、曾发表文章、奖励情况、指导学生情况等）：

李言照，1960年6月出生，大连理工大学硕士研究生毕业，中共党员，教授。中国计算机学会会员，青岛市计算机学会副秘书长。青岛市计算机学会教育分会委员，嵌入式分会委员。青岛农业大学理信学院总支书记，多次被评为“优秀教师”、“优秀共产党员”、“六和奖教金”等荣誉称号。

主要从事计算机应用方面的教学与科研工作，主持国家科技部项目1项，参加国家自然基金项目1项，主持或参加省级科研及教学课题8项，青岛市科研项目4项，目前在研课题经费80余万元。主编全国高等农林院校十五规划教材1部，“十一五”规划教材2部。获国家专利1项，软件著作权一项，农业部优秀教材2部，山东省优秀教学成果二等奖1项，山东省计算机应用优秀成果二等奖1项。山东省教育厅优秀科研成果三等奖 1项，08年主持山东省科技攻关计划“县域土壤养分管理和施肥信息系统的开发与应用”鉴定达到国内领先水平。发表论文40余篇。

参加工作以来，主讲过《微机原理及应用》、《微机接口原理及应用》、《计算机应用基础》、《PASCAL 程序设计》、《C语言程序设计》、《VB 程序设计》、《单片机原理》等课程。

李吉忠，1970年5月出生，北京邮电大学博士研究生毕业，副教授。青岛农业大学理信学院通信工程教研室主任。

1.指导老师参加的科研项目

1）参加了与GPSign公司合作项目“GSM-GPS混合定位系统的研究与开发”，负责研究定位算法，利用最优化理论中的Gauss-Newton法解算终端位置。

2）参加了与企业合作项目“移动通信系统中用户混合定位设备与系统研发”，整个混合定位系统采用AGPS（Assisted GPS）原理，负责其中定

位算法仿真、测试与分析。

3）参加了863项目“时空混沌密码系统及其在通信中的应用（2001AA144130）”，负责采用语音编码与混沌加密结合。

4）参加了863项目“时空混沌密码系统及其在通信中的应用（2001AA144130）”，负责采用语音编码与混沌加密结合。

5）参加了国家自然科学基金“具有感知能力的自适应可重配置Ad hoc网络（60772109）”。负责仿真分析部分。

2.已发表与本课题内容相关的科研论文

[1]李吉忠, 武穆清. 三颗星的AGPS定位算法与实现. 电子科技大学学报，

2010,39(3): 372-375,424. EI(20102613046058).

[2]Jizhong Li. Two satellites positioning algorithm based on AGPS

system with two clock bias. IEEE ICCET, Apr. 2010, vol.2, 416-419, EI(20104313316780).

[3]Jizhong Li. Eliminating abnormal positioning bias with

translation technology in AGPS method, IEEE ICCAE, Feb. 2010, vol.3, 570-574, EI(20102112955814).

[4]Jizhong Li, Muqing Wu. The improvement of positioning accuracy

with weighted least square based on SNR, IEEE WICOM, 2009.09, 6, 1-4, EI(20100112610354).

[5]李吉忠, 武穆清, 李筱叶. 利用Marquardt算法进行两颗卫星的AGPS

定位, 北京邮电大学学报, 2009.05,32(2),39-42, 61,EI(20092112090941).

[6]Jizhong Li, Muqing Wu. A positioning algorithm of AGPS, IEEE ICSPS,

2009.05, 385-388, EI(20094812496781).

[7]Jizhong Li, Muqing Wu. A weighted model for improving the

positioning accuracy, IEEE ICSPS, 2009.05, 66-69, EI(20094812496719).

[8]Jizhong Li, Muqing Wu. The positioning algorithm of two satellites

and its performance analysis, IEEE NSWCTC, 2009.04, 1, 83-86, EI(20093012206587).

高精度高自动化电压数据采集系统

摘要：本文介绍一种基于STC89C52单片机的一种电压测量电路,该电路采用CD4052模拟电子

开关自动选择量程，低温漂运放OP07放大信号，真有效值转换AD637，高精度、逐步逼近MAX197A/D 转换电路，无线传输NRF905，可进行远距离的数据传输，测量范围直流0-5伏，使用LCD液晶模块显示，可以与PC机进行串行通信。以此研发出一套高电压数据采集系统，它包括是采用数字化测量技术，把连续的模拟量转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压采集仪，有精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便等特点。通过无线传输可与上位机进行实时通信，数据采集后通过上位机软件与连接数据库对所采集数据进行分析处理。在提高测量精度的同时，大大提高测量效率。

关键词：自动换量程，真有效值转换，逐步逼近式 AD转换器，无线传输，12864液晶显示一．前言

数字电压表（Digital Voltmeter）简称DVM，它是采用数字化测量技术无线传输，把连续的模拟量（直流输入电压）转换成不连续、离散的数字形式并加以显示的仪表。传统的指针式电压表功能单一、精度低，不能满足数字化时代的需求，采用单片机的数字电压表，由精度高、抗干扰能力强，可扩展性强、集成方便，还可与PC进行实时通信。目前，由各种单片A/D 转换器构成的数字电压表，已被广泛用于电子及电工测量、工业自动化仪表、自动测试系统等智能化测量领域，示出强大的生命力。与此同时，由DVM扩展而成的各种通用及专用数字仪器仪表，也把电量及非电量测量技术提高到崭新水平。本章重点介绍单片A/D 转换器以及由它们构成的基于单片机的数字电压表的工作原理。

二．系统原理及基本框图

系统整体框图如下：

其中电压数据采集模块框图如下：

1. 主控模块

单片机STC89C52具有低电压供电和体积小等特点，四个端口只需要两个口就能满足电路系统的设计需要，所以整个系统我们采用STC89C52单片机作为主控模块。

8051单片机包含中央处理器、程序存储器(ROM)、数据存储器(RAM)、定时/计数器、并行接口、串行接口和中断系统等几大单元及数据总线、地址总线和控制总线等三大总线，现在我们分别加以说明： ·中央处理器：

中央处理器(CPU)是整个单片机的核心部件，是8位数据宽度的处理器，能处理8位二进制数据或代码，CPU 负责控制、指挥和调度整个单元系统协调的工作，完成运算和控制输入输出功能等操作。

·数据存储器(RAM)

8051内部有128个8位用户数据存储单元和128个专用寄存器单元，它们是统一编址的，专用寄存器只能用于存放控制指令数据，用户只能访问，而不能用于存放用户数据，所以，用户能使用的RAM 只有128个，可存放读写的数据，运算的中间结果或用户定义的字型表。 ·程序存储器(ROM)：

8051共有4096个8位掩膜ROM ，用于存放用户程序，原始数据或表格。 ·定时/计数器(ROM)：

8051有两个16位的可编程定时/计数器，以实现定时或计数产生中断用于控制程序转向。 ·并行输入输出(I/O)口：

8051共有4组8位I/O 口(P0、 P1、P2或P3)，用于对外部数据的传输。 ·全双工串行口：

8051内置一个全双工串行通信口，用于与其它设备间的串行数据传送，该串行口既可以用作异步通信收发器，也可以当同步移位器使用。 ·中断系统：

8051具备较完善的中断功能，有两个外中断、两个定时/计数器中断和一个串行中断，可满足不同的控制要求，并具有2级的优先级别选择。

可变增益放大电路 AD637 模/数转

MPU

信号输入

·时钟电路：

8051内置最高频率达12MHz的时钟电路，用于产生整个单片机运行的脉冲时序，但8051单片机需外置振荡电容。

单片机引脚图

2. 可变增益放大电路设计

该方案要求的测量信号电平的动态范围大小为（0.001~4.99V），频带宽（20Hz~0.2MHz）,电压测量误差为土（3%读数+2个字）。由以上分析，我们采用衰减电阻网络对信号进行衰减，低温漂放大器OP07对信号进行放大，采用CD4051模拟电子开关，以实现增益放大的可变，即测量量程的自动更换。

由于最小输入信号为毫伏级，我们采用两级放大，但系统要求输入阻抗比较大，可变增益放大电路可采用射随器加可变增益放大器的结构形式，但是加入射极跟随器，严重限制了输入信号的动态范围，即通频带变小，所以我们决定不采用加入设计跟随器的方案，而是增大电路的输入电阻，在第一级运放的反相输入端电阻为500k，增益为20，第二级增益为50。由于大多数AD变换器的满刻度输出为5V，增益变换档位应为5V、0.5V、50mV和5mV4个档位。该可变增益放大电路可采用电阻网络衰减器和固定增益放大器相串联形式，放大器增益为1000，，输入信号的范围是0-5V，上述档位对应的衰减器衰减量分别为0.001倍、0.01倍、0.1倍和1倍。

2.1 OP07

Op07芯片是一种低噪声，非斩波稳零的双极性运算放大器集成电路。由于OP07具有非常低的输入失调电压（对于OP07A最大为25μV），所以OP07在很多应用场合不需要额外的调零措施。OP07同时具有输入偏置电流低（OP07A为±2nA）和开环增益高（对于OP07A为300V/mV）的特点，这种低失调、高开环增益的特性使得OP07特别适用于高增益的测量设备和放大传感器的微弱信号等方面。

OP07管脚图

特点：

<1>超低偏移： 150μV最大。

<2>低输入偏置电1.8nA 。

低失调电压漂移：

0.5μV/℃ 。

<3>超稳定，时间： 2μV/month

<4>最大高电源电压范围：±3V

至±22V

2.2 CD4051

CD4051相当于一个单刀八掷开关，开关接通哪一通道，由输入的3位地址码ABC来决定。INH”是禁止端，当“INH”=1时，各通道均不接通。此外，CD4051还设有另外一个电源端VEE，以作为电平位移时使用，从而使得通常在单组电源供电条件下工作的 CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关，并使这种多路开关可传输峰－峰值达15V的交流信号。例如，若模拟开关的供电电源VDD=＋5V，VSS=0V，当VEE=－5V时，只要对此模拟开关施加0～5V的数字控制信号，就可控制幅度范围为－5V～＋5V的模拟信号。

CD4051参数

<1>电源电压范围…………3V～15V

<2>输入电压范围…………0V～VDD

<3>工作温度范围

<4>M类…………－55℃～125℃

<5>E 类………….－40℃～85℃

<6>极限值：

<7>电源电压…...－0.5V～18V

<8>输入电压……－0.5V~VDD+0.5V

<9>输入电流…………….±10mA

<10>储存温度…………－65℃～150℃

放大器应选择单位增益带宽大于0.6MHz，输入失调电压、失调电流小的运放芯片，可选择OP07单运放芯片。其在15V供电时，输入失调电压的典型值和最大值分别为20UF和75UF；输入偏置电流的典型值和最大值分别为6NA和12NA；增益带宽积大于0.6MHZ，完全满足设计精度要求。

由于放大器增益至少应大于200，放大器芯片的选择主要考虑输入失调电压、电流和增益带宽参数，选择OP07芯片。其开环在1MHZ 时可达50DB ，输入失调电压典型值为35UV ，失调电流典型值50NA ，满足设计要求。

可变增益放大电路的电路图如图所示。待测电信号由VIN 输入电路，从VOUT 输出。档位选择采用模拟开关芯片CD4051。，MPU 根据采样获得的测量值大小，自动完成档位转换。档位在5V 时，CD4051选择对应信号衰减0.001的通道，然后由两级运放放大1000倍，然后送到真有效值转换电路。由电路图可知，CD4051采用+-5V 供电，为了保证精度，OP07采用+-15V 供电。

91K R19.1K R2910R

R391R

R4GND

Vin

X013X114X215X312X41X55X62X74INH 6A 11B 10C 9VEE 7

CD4051

-5V

GND

100K R523

OP07

+15V

-15V

+15V

-15V

2M R6500K R1010K

R92M

R8500K

R12100K

R710K R11GND

GND

Vout

可变增益放大电路

3 真有效值转换电路的设计

真有效值转换电路采用芯片AD637。AD637是AD 公司RMS-DC 产品中精度最高、带宽最宽的交直流转换电路，对于1VRMS 的信号，它的3dB 带宽为8MHz,并且可以对输入信号的电平以dB 形式指示，另外，AD637还具有电源自动关断功能，使得静态电流从3mA 降至45μA.，可以测出任意波形交变信号的有效值，实验数据表明，在电源为正负15V 供电情况下，当输入信号的频率不大于2MHz 时，其输入信号的电压有效值在0.7V ～14V 范围内能保证测量误差

有效值测量芯片采用后置二阶滤波连接方式，其中的CAV （C1）取值为1UF 时满足信号在20H~1MHZ 频带范围内的测量精度要求，此时测量时间为365MS ，此时间参数可作为采样周期的参考值。在该电路中，由于AD637输出的最小电压幅度为200MV ，A/D 转换精度应大于8BITS 方能在A/D 转换的参考电压为5V 时满足系统测量误差小于3%的要求。经实际测量，AD637在输入信号为2MHz 以下，信号有效值为0.7~7Vrms 范围内能保证无误，当输入电压为200mV 时，频率上限高达600kHz ，考虑到芯片供电与输入电压的关系，AD637的供电电压选为15V ，最大输出电压达到14v 左右，完全满足可变增益放大电路输出的5V 的要求。为了防止电源中高频波纹对AD637转换精度的影响，我们在电源及AD637的电源部分增加了电容滤波。

真有效值转换电路图如图所示。

GND

R14147R R15

10K

R13+15V

-15V

+15V 1uF

C11K

R16真有效值转换

Vin

Vout

Vin 15Vout 11COM 3OFFSET 4+Vs 13-Vs 12Cav 10NC 2CS 5NC 14NC 8

NC 9

DB OUT 7 B IN 1 B OUT 16

DEN IN 6*

AD637

4. A/D 转换电路的设计

AD 转换我们采用逐步逼近式高速AD 转换芯片MAX197。

4.1 逐步逼近式A/D 转换器的工作原理

逐步逼近式A/D 转换器的工作原理图，如图8所示：

图8 A/D 工作原理图

4.2 MAX197转换的基本原理

MAX197无需外接元器件就可独立完成A/D 转换功能。它可分为内部采样模式和外部采样模式，采样模式由控制寄存器的D5位决定。在内部采样控制模式(控制位置0)中，由写脉冲启动采样间隔，经过瞬间的采样间隔(芯片时钟为2MHz 时，为3ms)，即开始A/D 转换。在外部采样模式(D5=1)中，由两个写脉冲分别控制采样和A/D 转换。在第一个写脉冲出现时，写入ACQMOD 为1，开始采样间隔。在第二个写脉冲出现时，写入控制字ACQMOD 为0，MAX197停止采样，开始A/D 转换。这两个写脉冲之间的时间间隔为一次采样时间。当一次转换结束后，MAX197相应的INT 引脚置低电平，通知处理器可以读取转换结果。

D/A 转换器 N 位寄存器

控制逻辑 V I N START EOC

V N V R EF 锁存

缓存器

D7 D0/D8 D3/D11 D5 D1/D9 D2/D10 D4 D6 OE

A/D 转换器的转换精度对测量电路极其重要，它的参数关系到测量电路性能。本设计采用逐步逼近式A/D 转换器，它的性能比较稳定，转换精度高，具有很高的抗干扰能力，电路结构简单，其缺点是工作速度较低。在对转换精度要求较高，而对转换速度要求不高的场合如电压测量有广泛的应用。

4.3 max197的特点

<1>.仅使用单5V 电源供电； <2>12位分辨率，1/2LSB 线性度；

<3> 四种量程可选：0V ～＋5V 、0V ～＋10V 、－5V ～＋5V 、－

10V ～＋10V ；

<4> 8路模拟输入通道，具有输入电压保护（－16.5V ～＋16.5V ）；

<5> 最小6微秒转换时间，最大100KBPS 采样率；

<6> 内部4.096V 参考电压；两种掉电工作模式，两种工作时钟可选，两种采集模式可选。 MAX197 的电路设计如图：

D77D68D59D410D3/D1111D2/D1012D1/D913D0/D814

CLK 1CS 2

WR 3

RD 4HBEN 5SHDH 6AGND 15

CH016CH117CH218CH319CH420CH521CH622CH723INT 24REFADJ 25REF 26VDD 27DGND 28MAX197

100p F C1

GND

GND 0.01u F

C2VCC

4.7u F

C3GND 4.7u F C40.1u F

GND

AD 转换电路

5. 无线传输电路设计

5.1 NRF905的基本原理

nRF905可以自动完成处理字头和CRC（循环冗余码校验）的工作，可由片内硬件自动完成曼彻斯特编码/解码，使用SPI接口与微控制器通信，配置非常方便，其功耗非常低，以-10dBm的输出功率发射时电流只有11mA，在接收模式时电流为12.5mA。 nRF905单片无线收发器工作由一个完全集成的频率调制器，一个带解调器的接收器，一个功率放大器，一个晶体震荡器和一个调节器组成。ShockBurst工作模式的特点是自动产生前导码和CRC，可以很容易通过SPI接口进行编程配置。

5.2 NRF905的工作模式

nRF905采用Nordic公司的VLSI ShockBurst技术。ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurst RX模式中，地址匹配AM和数据准备就绪DR信号通知MCU一个有效的地址和数据包已经各自接收完成。在ShockBurst TX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成。总之，这意味着降低MCU的存储器需求也就是说降低MCU成本，又同时缩短软件开发时间。

1）、典型ShockBurst TX模式：

①、当应用MCU有遥控数据节点时，接收节点的地址TX-address和有效数据TX-payload 通过SPI接口传送给nRF905应用协议或MCU设置接口速度；

②、MCU设置TRX_CE、TX_EN为高来激活nRF905 ShockBurst传输；

③、nRF905 ShockBurst：

无线系统自动上电λ

数据包完成（加前导码和CRC校验码）λ

数据包发送（100kbps，GFSK，曼λ切斯特编码）

④、如果AUTO_RETRAN被设置为高nRF905将连续地发送数据包直到TRX_CE被设置为低；

⑤、当TRX_CE被设置为低时，nRF905结束数据传输并自动进入standby模式。

2）、典型ShockBurst RX模式

①、通过设置TRX_CE高，TX_EN低来选择ShockBurst模式；

②、650us以后，nRF905监测空中的信息；

③、当nRF905发现和接收频率相同的载波时，载波检测CD被置高；

④、当nRF905接收到有效的地址时，地址匹配AM被置高；

⑤、当nRF905接收到有效的数据包（CRC校验正确）时，nRF905去掉前导码、地址和CRC位，数据准备就绪（DR）被置高；

⑥、MCU设置TRX_CE低，进入standby模式低电流模式；

⑦、MCU可以以合适的速率通过SPI接口读出有效数据；

⑧、当所有的有效数据被读出后，nRF905将AM和DR置低；

⑨、nRF905将准备进入ShockBurst RX、ShockBurst TX或Powerdown模式。

3）、掉电模式

在掉电模式中，nRF905被禁止，电流消耗最小，典型值低于2.5uA。当进入这种模式时，nRF905是不活动的状态。这时候平均电流消耗最小，电池使用寿命最长。在掉电模式中，配置字的内容保持不变。

5.3 NRF905的原理图

26 显示电路设计

显示电路128264液晶显示和独立按键组成。为了节省IO口我们采用两个独立按键，一个为主功能键，用于菜单的选择，另一个为选择键，进行进入返回操作。

6.1液晶介绍

12864M是一种图形液晶显示器，它主要由行驱动/列驱动和128*64全点阵液晶显示器组成。可完成图形显示，也可显示8*4个（16*16点阵）汉字。

1、电源：VDD+5V，模块内自带-10V负压，用于LCD的驱动。

2、显示内容：128（列）*64（行）点。

3、七种指令。

VCC 1

DATA 2

NC 3

GND

DHT11

VCC GND

5K R1

VCC MCU

4、与CPU 接口采用8位数据总线并行输入输出和8条控制线。

5、工作温度：0-60。

6.2 显示电路图

VSS 1VDD 2Vo 3RS 4R/W 5E 6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714PSB 15NC 16REST 17Vout 18A 19K 20

12864

20K

R1VCC

VCC

GND

VCC

147R

R2*

功能键

选择键

7. 温湿度电路设计

考虑到电压会受到温度和湿度的影响，我们增加了温湿度电路，用于实时测量环境的温湿度。此模块我们采用DHT11单总线温湿一体的传感器。

DHT11数字温湿度传感器是一款含有已校准数字信号输出的温湿度复合传感器。它应用专用的数字模块采集技术和温湿度传感技术，确保产品具有极高的可靠性与卓越的长期稳定性。传感器包括一个电阻式感湿元件和一个NTC 测温元件，并与一个高性能8位单片机相连接。因此该产品具有品质卓越、超快响应、抗干扰能力强、性价比极高等优点。每个DHT11传感器都在极为精确的湿度校验室中进行校准。校准系数以程序的形式储存在OTP 内存中，传感器内部在检测信号的处理过程中要调用这些校准系数。单线制串行接口，使系统集成变得简易快捷。超小的体积、极低的功耗，信号传输距离可达20米以上，使其成为各类应用甚至最为苛刻的应用场合的最佳选则。产品为 4 针单排引脚封装。连接方便，特殊封装形式可根据用户需求而提供。

特点及原理图如下： <1>相对湿度和温度测量 <2>全部校准，数字输出 <3>卓越的长期稳定性 <4>无需额外部件

<5>超长的信号传输距离 <6>超低能耗

<7>4 引脚安装 <8>完全互换

三.整体硬件电路图

91K

R 19.1K R 2910R

R 391R

R 4G N D

V i n X 013X 114X 215X 312X 41X 55X 62X 7

4I N H 6A 11B 10C

9V E E

C D 4051-5V

G N D

100K R 52

367

O P 072

O P 07+15V -15V

+15V -15V 2M R 6

500K R 10

10K R 92M

R 8500K

R 12100K R 710K R 11G N D G N D

G N D 1M

R 14147R R 1510K R 13+15V -15V

-15V +15V 1u F

C 11K

R 16V i n 15V o u t 11C O M 3O F F S E T 4+V s 13-V s 12C a v 10N C 2C S 5N C 14N C 8N C

D B O U T 7B I N 1B O U T 16

D E N I N 6*

A D 637

1D 22D 33D 44D 55D 66D 77D 88D

1Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 12O C 1C 11*

573

1D 22D 33D 44D 55D 66D 77D 88D

91Q 192Q 183Q 174Q 165Q 156Q 147Q 138Q 12O C 1C 11*573D 77D 68D 59D 410D 3/D 1111D 2/D 1012D 1/D 913D 0/D 814

C L K 1C S 2W R 3R

D 4H B

E N 5S H D H 6A G N D

C H 016C H 117C H 218C H 319C H 420C H 521C H 622C H 723I N T 24R E F A

D J 25R

F 26V D D 27D

G N D 28M A X 197

100p F C 1

G N D

0.01u F

C 2

V C C 4.7u F

C 3

G N D

4.7u F C 40.1u F

C 5G N D

G N D V S S

V D D 2V o 3R S 4R /W 5E 6D B 07D B 18D B 29D B 310D B 411D B 512D B 613D B 714P S B 15N C 16R E S T 17V o u t 18A 19K 20*

12864

20K

R 1

V C C

G N D

V C C

147R

R 2

*功能键

*选择键

S T C 89c 52

V C C 1D A T A 2N C 3G N D

4*D H T 11V C C G N D

5K R 1

V C C M C U

V C C 1T R X C E 3T X E N 2P W R U P 4U C L K 5C D 6A M 7D R 8M I S O 9M O S I 10S C K 11C S N 12G N D 13

G N D

905

四.系统流程图

欢迎界面

主界面

测量电压显示温度显示湿度

5V 0.5V 50mV 5mV

判断超量程？

是否

提示错误显示电压

无线发射

五．参考文献

[1] 徐爱钧.《智能化测量控制仪表原理与设计》（第二版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2004.

[2] 吴金戌，沈庆阳，郭庭吉.《8051单片机实践与应用》[M].北京：清华大学出版社，2002.

[3] 张国勋，《缩短ICL7135A/D采样程序时间的一种方法》［J］. 《电子技术应用》，1993，第一期.

[4] 高峰，《单片微型计算机与接口技术》[M].北京：科学出版社，2003.

[5] 刘伟，赵俊逸，黄勇，《一种基予C8051F单片机的SOC型数据采录器的设计与实现》［A］.天津市计算机学会单片机分会编. 《2003年全国单片机及嵌如入式系统学术年会论文集（下册）》[C] .北京：北京航空航天大学出版社,2003 .790-794

一种用于高速高精度ADC的电压基准源设计

0引言随着集成电路规模不断扩大，尤其是芯片系统集成技术的提出，对模拟集成电路基本模块(如A／D、D／A转换器、滤波器以及锁相环等电路)提出了更高的精度和速度要求，这也就意味着系统对其中的基准源模块提出了更高的要求。用于高速高精度A DC的片内电压基准源不仅要满足A DC精度和采样速率的要求，并应具有较低的温度系数和较高的电源抑制比，此外，随着低功耗和便携的要求，A DC也在朝着低压方向发展，相应的基准源也要满足低电源电压的要求。本文分析了基准源对流水线A DC精度的影响，并建立了相应的模型，确定了高速高精度A DC对电压基准源的性能要求。给出了基于1.8 V的低电源电压，并采用结构简单的VBE非线性二阶补偿带隙基准源的核心电路，该补偿方式可以实现较低的温度系数，能满足高速高精度A DC的要求。箝位运放采用一种低噪声两级运算放大器，该运放可提供小于0.02 mV 的失调电压，因而保证了基准源的补偿精度。为了提高基准源的电源抑制比，本文除采用常用的共源共栅电流镜技术以外，还设计了一种简单有效的电源抑制比提高电路，从而使得基准源的电源抑制比有了较大提高。 1 电压基准源影响的建模分析在Pipelined A DC系统中，基准源的主要作用是为子A DC提供比较电平，同时为MD A C提供残差电压。差分基准电压源发生偏移会导致子A DC比较电平和MDA C残差电压发生变化。而通过引入冗余位矫正技术可大大减小差分基准电压源所引起的比较电平变化对系统指标造成的影响，但是，MDA C残差电压变化的影响却无法消除，系统的转移特性曲线仍将会发生变化，从而造成系统指标下降。其中基准电压源的偏移主要来源于温度和电源电压的影响。下面分析基准电压源温度漂移特性对DNL的影响。一般情况下，实际相邻输出与理想相邻输出之间的偏差可以表示为：对于首级精度为3.5位的12位A DC，在-40℃～85℃的温度范围内，对温度要求最严格的比较器一般要求基准电压源的最大温漂不超过(7／8)V diff。根据下列两式：可以得到DNL对基准电压源温度系数的要求，即温度系数T C≤6.84 ppm／℃。式中，V T0为室温25℃时的基准电压值。

电流采样电路的设计

电流采样电路的设计文中研制了一套模拟并网发电系统，实现了频率跟踪、最大功率跟踪、相位跟踪、输入欠压保护、输出过流保护、反孤岛效应等功能；采用Atmega16高速单片机，实现了内部集成定时、计数器功能；利用定时器T／C2的快速PWM功能，实现SPWM信号的产生；采用T／C1的输入捕获功能，实现了频率相位监测和跟踪以及对失真度、输入电压、输出电流等物理量的检测与控制。 1 整体方案设计设计采用Atmega16单片机为主体控制电路，工作过程为：与基准信号同频率、同相位正弦波经过SPWM调制后，输出正弦波脉宽调制信号，经驱动电胳放大，驱动H桥功率管工作，经过滤波器和工频变压器产生于基准信号通频率、同相位的正弦波电流。其中，过流、欠压保护由硬件实现，同步信号采集、频率的采集、控制信号的输出等功能，均由Atmega16完成。系统总体设计框图如图1所示。 2 硬件电路设计分为DC／AC驱动电路、DC／AC电路和滤波电路3部分和平滑电容C1，电路原理如图2所示。 2．1 DC—AC驱动电路是由R1、R2、R3、R4、R5、R6、Q3、Q4、P3和P4组成，其中P3和P4是控制信号输入

端，R3和R4为限流电阻。集电极的电流直接影响波形上升沿的陡峭度，集电极电流越大输出的波形越陡峭。因为R2和R1与集电极pn节的寄生电容形成了一个RC充放电的时间常数，集电极pn结的寄生电容无法改变，只有通过改变R1和R2的值来改变时间常数，所以R1和R2值越小，Q3和Q4的集电极电流就越大；RC的充电时间常数越小，波形的上升沿越陡峭，而增加集电极电流，会增加系统的功耗，权衡利弊选择一个合适的值。其次，射级pn 结的寄生电容也会影响Q3和Q4的关断时间和波形上升沿的陡峭度。所以在驱动电路中各加了一个放电回路，即拉地电阻R5和R6，R5和R6的引入，加快了Q3和Q4的关闭速度，这样就使集电极的波形更陡峭。同样在保证基极射极pn不损坏的条件下，基极的电流也是越大越好，但也会带来损耗问题，权衡利弊选择一个合适的值。关于两个电阻的取值，这里假设三极管的放大倍数为β，基极电流Ib，集电极电流Ic，流过R5的电流为I5，流过R3的电流为I3，R3的压降为V3，驱动信号为V，R5的压降为V5，有实际中R3和R5应该比计算值小，这样是为了让三极管工作在饱和状态，提高系统稳定性。 2．2 DC-AC电路是由两只p沟道MOSFET。Q1、Q2和两只n沟道MOSFET Q5、Q6组成。在这里没有采用4只n沟道MOSFET，原因是驱动电路复杂，如果采用上面的驱动电路接近电源的两个导体管不能完全导通，发热量为接近地一侧导体管4倍以上，功耗增加，所以采用对管逆变即减小了功耗，而且驱动电路简单。通过控制4个导体管的开关速度再通过低通滤波器即可实现DC／AC功能。 2．3 滤波电路两个肖特基整流二极管1N5822为续流二极管，这里为防止产生负电压，C2、C3、C4、C5、L1、L2组成低通滤波器，其中C5、C6为瓷片电容，C2、C3用电解电容，充放电电流可以流进地，L1、L2为带铁芯的电感，带铁芯的电感对高频的抑制比空心电感更好，电感值更高。关于参数的选取和截止频率的计算如下 3 采样电路 3．1 电流采样电路的设计由于终端负载一定，所以电流采样实际等同于一个峰值检测的过程，此电路实际是一个峰值检测电路，P3为信号的2个输入端，调整R10，R11和R17、R18取值来实现峰值测功能，电路中的阻值并不准确，需要实际中根据信号的幅值来调整R10、R11和R17、R18阻值

带隙基准电压源的设计

哈尔滨理工大学软件学院课程设计报告指导老师董长春 2013年6月28日

.课程设计题目描述和要求二.课程设计报告内容2.1课程设计的计算过程 2.2带隙电压基准的基本原理 2.3指标的仿真验证结果 2.4网表文件三.心得体会四．参考书目

课程设计题目描述和要求 1.1电路原理图: CD MQ MS MlO Ml I MI2^ ——I 匚13 M 匚11 jir Ml Tl ---- M4 ------ 1 M2 TC

1.2 设计指标放大器：开环增益：大于 70dB 相位裕量：大于 60 度失调电压：小于 1mV 带隙基准电路：温度系数小于 10ppm/ C 1.3 要求 1＞手工计算出每个晶体管的宽长比。通过仿真验证设计是否正确，是否满足指标的要求，保证每个晶体管的正常工作状态。 2＞使用Hspice 工具得到电路相关参数仿真结果，包括：幅频和相频特性(低频增益，相位裕度，失调电压)等。 3＞每个学生应该独立完成电路设计，设计指标比较开放，如果出现雷同按不及格处理。 4＞完成课程设计报告的同时需要提交仿真文件，包括所有仿真电路的网表，仿真结果。二. 课程设计报告内容由于原电路中增加了两个BJT 管，所以Vref 需要再加上一个Vbe ，导致最后结果为M (In n) 8.6，最后Vref 大概为1.2V ，且电路具有较大的电流, 可以驱动较大的负载。 2.1 课程设计的计算过程 1＞ M8， M9 ， M10， M11， M12 ， M13 宽长比的计算 (W/L)8=(W/L)9=20uA 为了满足调零电阻的匹配要求，必须有 Vgs13=Vgs6 -＞因此还必须满足 (W/L)13=(Im8/I6)*(W/L)6 即(W/L)13/(W/L)6=(W/L)9/(W/L)7 取(W/L)13=27 取(W/L)10=(W/L)11=(W/L)13=27 因为偏置电路存在整反馈，环路增益经计算可得为 1/(gm13*Rb)，若使环路 5＞相关问题参考教材第六章，仿真问题请查看 HSPICE 手册。设 Im8=Im9=20uA

数据采集系统

湖南工业大学科技学院毕业设计（论文）开题报告（2012届）教学部：机电信息工程教学部专业：电子信息工程学生姓名：肖红杰班级： 0801 学号 0812140106 指导教师姓名：杨韬仪职称讲师 2011年12 月10 日

题目：基于单片机的数据采集系统的控制器设计 1.结合课题任务情况，查阅文献资料，撰写1500～2000字左右的文献综述。近年来，数据采集及其应用技术受到人们越来越广泛的关注，数据采集系统在各行各业也迅速的得到应用。如在冶金、化工、医学、和电器性能测试等许多场合需要同时对多通道的模拟信号进行采集、预处理、暂存和向上位机传送、再由上位机进行数据分析和处理，信号波形显示、自动报表生成等处理，这些都需要数据采集系统来完成。但很多数据采集系统存在功能单一、采集通道少、采集速率低、操作复杂、并且对操作环境要求高等问题。人们需要一种应用范围广、性价比高的数据采集系统，基于单片机的数据采集系统具有实现处理功能强大、处理速度快、显示直观，性价比高、应用广泛等特点，可广泛应用于工业控制、仪器、仪表、机电一体化，智能家居等诸多领域。总之，无论在那个应用领域中，数据采集与处理越及时，工作效率就超高，取得的经济效益就越大。数据采集系统的任务，就是采集传感器输出的模拟信号转换成计算机能识别的信号，并送入计算机，然后将计算得到的数据进行显示或打印，以便实现对某些物理量的监测，其中一些数据还将被生产过程中的计算机控制系统用来控制某些物理量。数据采集系统的市场需求量大，特别是随着技术的发展，可用数据器为核心构成一个小系统,而目前国内生产的主要是数据采集卡，存在无显示功能、无记忆存储功能等问题，其应用有很大的局限性，所以开发高性能的，具有存储功能的数据采集产品具有很大的市场前景。随着电子技术的迅速发展，，一些高性能的电子芯片不断推出，为我们进行电子系统设计提供的更多的选择和更多的方便，单片机具有体积小、低功耗、使用方便、处理精度高、性价比高等优点，这些都使得越来越广泛的选用单片机作为数据采集系统的核心处理器。一些高性能的A/D转换芯片的出现也为数据采集系统的设计提供了更多的方便，无论是采集精度还是采样速度都比以前有了较大的提高。其中一些知名的大公司如MAXIM公司、TI公司、ADI公司都有推出性能比效突出的 A/D转换芯片，这些芯片普通具有低功耗、小尺寸的特点，有些芯片还具有多通道的同步转换功能。这些芯片的出现，不仅因为芯片价格便宜，能够降低系统设计的成本，而且可以取代以前繁琐的设计方法，提高系统的集成度。数据采集器是目前工业控制中应用较多的一类产品，数据采集器的研制已经相当成熟，而且数据采集器的各类不断增多，性能越来越好，功能也越来越强大。在国外，数据采集器已发展的相当成熟，无论是在工业领域，还是在生活中的应用，比如美国FLUKE公司的262XA系列数据采集器是一种小型、便携、操作简单、使用灵活的数据采集器，它既可单独使用又可和计算机连接使用，它具有多种测量

双通道同步数据采集系统的设计与实现

双通道同步数据采集系统的设计与实现作者：徐灵飞，李健， Xu Lingfei， Li Jian 作者单位：成都理工大学工程技术学院,四川,乐山,614007 刊名：自动化仪表英文刊名：PROCESS AUTOMATION INSTRUMENTATION 年，卷(期)：2011,32(1) 参考文献(14条) 1.周立功ARM嵌入式系统基础教程 2005 2.项志遴.俞昌旋高温等离子体诊断技术 1982 3.渠海青;孙艳萍;朱正伟数字示波表中超高速数据采集系统的设计[期刊论文]-自动化仪表 2009(11) 4.李亚磊.邓新绿.俆军.丁万昱高信噪比Langmuir探针系统 2006(4) 5.曹军军;陈小勤;吴超基于USB2.0的数据采集卡的设计与实现[期刊论文]-仪器仪表用户 2006(01) 6.黄新财.佃松宜.汪道辉基于FPGA的高速连续数据采集系统的设计 2005(2) 7.张健;刘光斌多通道测试数据采集处理系统的设计与实现[期刊论文]-计算机测量与控制 2005(10) 8.张健.刘光斌多通道测试数据采集处理系统的设计与实现 2005(10) 9.黄新财;佃松宜;汪道辉基于FPGA的高速连续数据采集系统的设计[期刊论文]-微计算机信息 2005(02) 10.曹军军.陈小勤.吴超.何正友基于USB2.0的数据采集卡的设计与实现 2006(1) 11.李亚磊;邓新绿;徐军高信噪比Langmuir探针系统[期刊论文]-核聚变与等离子体物理 2006(04) 12.渠海青.孙艳萍.朱正伟数字示波表中超高速数据采集系统的设计 2009(11) 13.项志遴;俞昌旋高温等离子体诊断技术 1982 14.周立功ARM嵌入式系统基础教程 2005 本文链接：https://www.360docs.net/doc/425144907.html,/Periodical_zdhyb201101021.aspx

电压基准芯片的参数解析及应用技巧(精)

电压基准芯片的参数解析及应用技巧电压基准芯片是一类高性能模拟芯片，常用在各种数据采集系统中，实现高精度数据采集。几乎所有电压基准芯片都在为实现“高精度”而努力,但要在各种不同应用场合真正实现高精度，则需要了解电压基准的内部结构以及各项参数的涵义，并要掌握一些必要的应用技巧。电压基准芯片的分类根据内部基准电压产生结构不同，电压基准分为：带隙电压基准和稳压管电压基准两类。带隙电压基准结构是将一个正向偏置PN结和一个与VT（热电势）相关的电压串联，利用PN结的负温度系数与VT的正温度系数相抵消实现温度补偿。稳压管电压基准结构是将一个次表面击穿的稳压管和一个PN结串联，利用稳压管的正温度系数和PN结的负温度系数相抵消实现温度补偿。次表面击穿有利于降低噪声。稳压管电压基准的基准电压较高(约7V)；而带隙电压基准的基准电压比较低，因此后者在要求低供电电压的情况下应用更为广泛。根据外部应用结构不同，电压基准分为：串联型和并联型两类。应用时，串联型电压基准与三端稳压电源类似，基准电压与负载串联；并联型电压基准与稳压管类似，基准电压与负载并联。带隙电压基准和稳压管电压基准都可以应用到这两种结构中。串联型电压基准的优点在于,只要求输入电源提供芯片的静态电流，并在负载存在时提供负载电流；并联型电压基准则要求所设置的偏置电流大于芯片的静态电流与最大负载电流的总和，不适合低功耗应用。并联型电压基准的优点在于，采用电流偏置，能够满足很宽的输入电压范围，而且适合做悬浮式的电压基准。电压基准芯片参数解析安肯（北京）微电子即将推出的ICN25XX系列电压基准，是一系列高精度，低功耗的串联型电压基准，采用小尺寸的SOT23-3封装，提供1.25V、2.048V、2.5V、3.0V、3.3V、4.096V输出电压,并提供良好的温度漂移特性和噪声特性。

各种电压电流采样电路设计

常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。信号调理 TMS320 LF2407A DSP 键盘显示电路电压电流信号驱动电路保护电路控制电路检测与驱动电路主电路图2-1 DSTATCOM系统总体硬件结构框图 1.1常用电网电压同步采样电路及其特点 1.1.1 常用电网电压采样电路 1 从D-STATCOM的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。

图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R5=1K，C4=15pF，则时间常数错误！未找到引用源。<

带隙基准电压源设计解析

0 引言基准电压是集成电路设计中的一个重要部分，特别是在高精度电压比较器、数据采集系统以及A／D和 D／A转换器等中，基准电压随温度和电源电压波动而产生的变化将直接影响到整个系统的性能。因此，在高精度的应用场合，拥有一个具有低温度系数、高电源电压抑制的基准电压是整个系统设计的前提。传统带隙基准由于仅对晶体管基一射极电压进行一阶的温度补偿，忽略了曲率系数的影响，产生的基准电压和温度仍然有较大的相干性，所以输出电压温度特性一般在20 ppm／℃以上，无法满足高精度的需要。基于以上的要求，在此设计一种适合高精度应用场合的基准电压源。在传统带隙基准的基础上利用工作在亚阈值区MOS管电流的指数特性，提出一种新型二阶曲率补偿方法。同时，为了尽可能减少电源电压波动对基准电压的影响，在设计中除了对带隙电路的镜相电流源采用cascode结构外还增加了高增益反馈回路。在此，对电路原理进行了详细的阐述，并针对版图设计中应该的注意问题进行了说明，最后给出了后仿真结果。 l 电路设计 1．1 传统带隙基准分析通常带隙基准电压是通过PTAT电压和CTAT电压相加来获得的。由于双极型晶体管的基一射极电压Vbe呈负温度系数，而偏置在相同电流下不同面积的双极型晶体管的基一射极电压之差呈正温度系数，在两者温度系数相同的情况下将二者相加就得到一个与温度无关的基准电压。传统带隙电路结构如图1所示，其中Q2的发射极面积为Q1和Q3的m倍，流过Q1～Q3的电流相等，运算放大器工作在反馈状态，以A，B两点为输入，驱动Q1和Q2的电流源，使A，B两点稳定在近似相等的电压上。

假设流过Q1的电流为J，有：由于式(5)中的第一项具有负温度系数，第二项具有正温度系数，通过调整m值使两项具有大小相同而方向相反的温度系数，从而得到一个与温度无关的电压。理想情况下，输出电压与电源无关。然而，标准工艺下晶体管基一射极电压Vbe随温度的变化并非是纯线性的，而且由于器件的非理想性，输出电压也会受到电源电压波动的影响。其中，曲线随温度的变化主要取决于Vbe自身特性、集电极电流和电路中运放的失调电压，Vbe

关于数据采集技术的内容

关键词：声卡数据采集MATLAB 信号处理论文摘要：利用数据采集卡构建的数据采集系统一般价格昂贵且难以与实际需求完全匹配。声卡作为数据采集卡具有价格低廉、开发容易和系统灵活等优点。本文详细介绍了系统的开发背景,软件结构和特点,系统地分析了数据采集硬件和软件设计技术,在此基础上以声卡为数据采集卡,以MATLAB为开发平台设计了数据采集与分析系统。本文介绍了MATLAB及其数据采集工具箱, 利用声卡的A/ D、D/ A 技术和MATLAB 的方便编程及可视化功能,提出了一种基于声卡的数据采集与分析方案,该方案具有实现简单、性价比和灵活度高的优点。用MATLAB 语言编制了相应软件,实现了该系统。该软件有着简洁的人机交互工作界面,操作方便,并且可以根据用户的需求进行功能扩充。最后给出了应用该系统采集数据的应用实例。 1绪论 1.1 课题背景数据也称观测值，是实验、测量、观察、调查等的结果，常以数量的形式给出。数据采集，又称数据获取，就是将系统需要管理的所有对象的原始数据收集、归类、整理、录入到系统当中去。数据采集是机管理系统使用前的一个数据初始化过程。数据采集技术广泛引用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。数据采集（Data Acquisition）是将被测对象(外部世界、现场)的各种参量(可以是物理量，也可以是化学量、生物量等)通过各种传感元件作

适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储记录的过程。被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。采集一般是采样方式，即隔一定时间（称采样周期）对同一点数据重复采集。采集的数据大多是瞬时值，也可是某段时间内的一个特征值。准确的数据测量是数据采集的基础。数据测量方法有接触式和非接触式，检测元件多种多样。不论哪种方法和元件，都以不影响被测对象状态和测量环境为前提，以保证数据的正确性。数据采集含义很广，包括对连续物理量的采集。在计算机辅助制图、测图、设计中，对图形或图像数字化过程也可称为数据采集，此时被采集的是几何量数据。在智能仪器、信号处理以及自动控制等领域，都存在着数据的测量与控制问题，常常需要对外部的温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集。数据采集技术是一种流行且实用的技术。它广泛应用于信号检测、信号处理、仪器仪表等领域。近年来，随着数字化技术的不断，数据采集技术也呈现出速度更高、通道更多、数据量更大的发展态势。数据采集系统是一种应用极为广泛的模拟量测量设备，其基本任务是把信号送入计算机或相应的信号处理系统，根据不同的需要进行相应的计算和处理。它将模拟量采集、转换成数字量后，再经过计算机处理得出所需的数据。同时，还可以用计算机将得到的数据进行储存、显示和打印，以实现对某些物理量的监视，其中一部分数据还将被用作生产过程中的反馈控制量。

电压电流采样

电压电流采样前言：在学习这个主题的时候，上网查了大量的资料，但大多都是基于电网里的交流大电压和大电流的采样，我个人觉得关于交流的采样以下链接有非常详尽的介绍，而我自己也只是对其进行了较为细致的阅读 https://www.360docs.net/doc/425144907.html,/view/2d389e06a6c30c2259019e2f.html?from=search 因为我们队里用的直流电压最大为24V，所以接下来我就直流电压及电流的采样说一下自己的见解。一、基本电路设计及原理学习 1、电压采集回路的设计工作原理如下所述：从分压电阻取来的电压信号经滤波后，被单片机周期采样。将采样信号转化为0～5V的模拟电压量送给单片机的A/D采样通道，使单片机能采集到当时的电压，以便进行稳压、稳流或限压、限流调节，为控制算法的分析、处理，实现控制、保护、显示等功能提供依据。（公式推导参见电气专业的模电书，不作详细介绍）根据上述原理，设计电压采样电路如图下图所示由于521－4的四个光耦制的电流放电倍数是相同的。即

即把输入电压从较大的直流电压衰减到0～5V。 2、电流采集回路的设计电流采集的原理图如上图所示。其工作原理与电压采集的原理基本相同，区别主要在电流的输入信号为分流器输出的信号，信号范围为0－75mV，显然信号太弱，对于分辨率不高的A/D精度显然不够。通过LM324将其放大。根据放大器的工作原理，放大的倍数为β＝R63B/R61B=400K/10K=40。从而使得VI点的电压范围为0－3V，而VI点相对于AGNDW的电压与AC1点相对于AGND的电压的关系跟中，Vi点电压与AC0点电压的关系类似。在此处我们通过调节RW6，将0－75mV 的电压信号（分流器上的电压）放大到0－5V，供单片机采样。二、自己设计（DIY）经过一段时间的学习，我根据上述基本原理和所学知识设计了一款新的采样电路

带隙基准源电路与版图设计

论文题目：带隙基准源电路与版图设计摘要基准电压源具有相对较高的精度和稳定度，它的温度稳定性以及抗噪性能影响着整个系统的精度和性能。模拟电路使用基准源，或者是为了得到与电源无关的偏置，或者为了得到与温度无关的偏置，其性能好坏直接影响电路的性能稳定，可见基准源是子电路不可或缺的一部分，因此性能优良的基准源是一切电子系统设计最基本和最关键的要求之一，而集成电路版图是为了实现集成电路设计的输出。本文的主要目的是用BiCMOS工艺设计出基准源电路的版图并对其进行验证。本文首先介绍了基准电压源的背景发展趋势及研究意义，然后简单介绍了基准电压源电路的结构及工作原理。接着主要介绍了版图的设计，验证工具及对设计的版图进行验证。本设计采用40V的0.5u BiCMOS工艺库设计并绘制版图。仿真结果表明，设计的基准电压源温度变化为-40℃~~85℃，输出电压为2.5V及1.25V。最后对用Diva 验证工具对版图进行了DRC和LVS验证，并通过验证，表明本次设计的版图符合要求。关键字：BiCMOS，基准电压源，温度系数，版图

Subject: Research and Layout Design Of Bandgap Reference Specialty: Microelectronics Name: Zhong Ting (Signature)＿＿＿＿Instructor: Liu Shulin (Signature)＿＿＿＿ ABSTRACT The reference voltage source with relatively high precision and stability, temperature stability and noise immunity affect the accuracy and performance of the entire system. Analog circuit using the reference source, or in order to get the bias has nothing to do with power, or in order to be independent of temperature, bias, and its performance directly affects the performance and stability of the circuit shows that the reference source is an integral part of the sub-circuit, excellent reference source is the design of all electronic systems the most basic and critical requirements of one of the IC layout in order to achieve the output of integrated circuit design. The main purpose of this paper is the territory of the reference circuit and BiCMOS process to be verified. This paper first introduces the background of the trends and significance of the reference voltage source, and then briefly introduced the structure and working principle of the voltage reference circuit. Then introduces the layout design and verification tools to verify the design of the territory. This design uses a 40V 0.5u BiCMOS process database design and draw the layout.The simulation results show that the design of voltage reference temperature of -40 °C ~ ~ 85 °C, the output voltage of 2.5V and 1.25V. Finally, the Diva verification tool on the territory of the DRC and LVS verification, and validated, show that the territory of the design meet the requirements. I

多路高精度数据采集系统

多路高精度数据采集系统无线电技术的快速发展，A/D 和D/A 向射频端靠近，对ADC、DAC的性能有了更高的要求：需要实现高速度、大的带宽、需要较大的动态范围，ADC技术是系统设计的难点，数据采集系统是数字信号处理系统的输入端，系统的模拟输入带宽、采样速率和动态范围等系统性能指标对电子系统的方案设计起着极其重要的影响，现在，越来越多的工程应用中，不只是单路采集系统要求高性能，多路采集系统也提出了更高的要求。 1研制背景及意义当今时代，微电子技术的快速发展，随着时间发展，数据采集及其应用越来越受到人们的广泛关注，数据采集系统得以迅速发展，它被广泛的应用于各个领域。在工厂及实验室等应用中的高精度数据采集装置在信号进行转换之前会有单级或多级的放大装置，放大装置的作用是把传感器检测到的微弱的模拟信号放大到进行将模拟信号转换为数字信号的要求，但数据采集系统的前置放大装置容易引起干扰，导致数据采集系统采集到的数据存在一定范围的误差，影响了采集系统采集信号的精度，对系统后面的运行有较大的不利影响，通常信号的采集是用多路模拟开关来对需要检测的信号进行分类选择，另外。采集系统的主要控制芯片用来模拟采样开关并控制A/D 转换芯片，造成了系统采集的误差，对系统性能产生了不利影响。选用单片机AT89S51为主要控制芯片大大减少了数据采集系统的成本，并且不需要外置的前置放大装置，避免了使用前置放大装

置使系统抵抗外界扰动的作用大大提高，使用单片机AT89S51使数据采集系统变的构造更加简单，并且使系统控制精度变的更高，系统的工作也更加稳定，便于维护、维修，大大提高改善了以往的数据采集系统的弊端。 2系统设计原理多路高多路高精度数据采集系统的设计必须考虑以下问题： ①输入模拟信号特征。 ②输出的数字信号需求。 ③电路的抗干扰问题。 ④高速数字电路部分的信号完整性分析。输入模拟信号的特征包括模拟信号的带宽和频段等性能特征，这些系统性能的特征参数决定了A/D 转换器及外围电路的选取，输出数字信号的特定需求决定采样数据处理的方式，前置放大电路易引起扰动。本设计中以单片机AT89S51为系统的控制核心，该系统从机负责数据采集并应答主机的命令。8路被测电压通过模数转换器ADC0809进行模数转换，实现对采集到的数据进行模拟量到数字量的转换，并将转换后的数据通过串行口MAX232专输到上位机，由上位机负责数据的接受、处理和显示，并用LED数码显示器来显示所采集的结果。软件部分应用VC++编写控制软件，对数据采集系统、模数转换系统、数据显示、数据通信等程序进行了设计。系统采集段可分为十六个不同的部分，每个部分有检测系统数据参数的传

常用电流和电压采样电路

2常用采样电路设计方案比较配电网静态同步补偿器（DSTATCOM ）系统总体硬件结构框图如图2-1所示。由图2-1可知DSTATCOM 的系统硬件大致可以分成三部分，即主电路部分、控制电路部分、以及介于主电路和控制电路之间的检测与驱动电路。其中采样电路包括3路交流电压、6路交流电流、2路直流电压和2路直流电流、电网电压同步信号。3路交流电压采样电路即采样电网三相电压信号；6路交流电流采样电路分别为电网侧三相电流和补偿侧三相电流的电流采样信号；2路直流电压和2路直流电流的采样电路DSTATCOM 的桥式换流电路的直流侧电压信号和电流信号；电网电压同步信号采样电路即电网电压同步信号。图2-1 DSTATCOM 系统总体硬件结构框图 2.2.11 常用电网电压同步采样电路及其特点 .1 常用电网电压采样电路1 从D-STATCOM 的工作原理可知，当逆变器的输出电压矢量与电网电压矢量幅值大小相等，方向相同时，连接电抗器内没有电流流动，而D-STATCOM 工作在感性或容性状态都可由调节以上两矢量的夹角来进行控制，因此，逆变器输出的电压矢量的幅值及方向的调节都是以电网电压的幅值和方向作为参考的，因此，系统电压与电网电压的同步问题就显得尤为重要。

图2-2 同步信号产生电路1 从图2-2所示同步电路由三部分组成，第一部分是由电阻、电容组成的RC 滤波环节，为减小系统与电网的相位误差，该滤波环节的时间常数应远小于系统的输出频率，即该误差可忽略不计。其中R 5=1K Ω，5pF，则时间常数错误！未因此符合设计要求;第二部分由电压比较器LM311构成，实现过零比较;第三部分为上拉箝位电路，之后再经过两个非门，以增强驱动能力，满足TMS320LF2407的输入信号要求。 C 4=1找到引用源。<

带隙基准设计实例

带隙基准电路的设计基准电压源是集成电路中一个重要的单元模块。目前,基准电压源被广泛应用在高精度比较器、A/ D 和D/ A 转换器、动态随机存取存储器等集成电路中。它产生的基准电压精度、温度稳定性和抗噪声干扰能力直接影响到芯片,甚至整个控制系统的性能。因此,设计一个高性能的基准电压源具有十分重要的意义。自1971 年Robert Widla 提出带隙基准电压源技术以后,由于带隙基准电压源电路具有相对其他类型基准电压源的低温度系数、低电源电压,以及可以与标准CMOS 工艺兼容的特点,所以在模拟集成电路中很快得到广泛研究和应用。带隙基准是一种几乎不依赖于温度和电源的基准技术,本设计主要在传统电路的基础上设计一种零温度系数基准电路。一设计指标： 1、温度系数：ref F V TC V T ?=? 2、电压系数：ref F dd V VC V V ?= ? 二带隙基准电路结构：

三性能指标分析如果将两个具有相反温度系数（TCs ）的量以适合的权重相加，那么结果就会显示出零温度系数。在零温度系数下，会产生一个对温度变化保持恒定的量V REF 。 V REF = a 1V BE + a 2V T ㏑(n) 其中, V REF 为基准电压, V BE 为双极型三极管的基极-发射极正偏电压, V T 为热电压。对于a 1和a 2的选择，因为室温下/ 1.5m /BE T V V K ??≈-,然而/0.087m /T V T V K ??≈+,所以我们可以选择令a 1=1,选择a 2lnn 使得2(ln )(0.087/) 1.5/n mV K mV K α=,也就是 2ln 17.2n α≈，表明零温度系数的基准为： 17.2 1.25REF BE T V V V V ≈+≈ 对于带隙基准电路的分析，主要是在Cadence 环境下进行瞬态分析、dc 扫描分析。 1、瞬态分析电源电压Vdd=5v 时，Vref ≈，下图为瞬态分析图。 2.电压系数的计算：下图为基准电压Vref 随电源电压Vdd 变化dc 分析扫描。扫描电压范围为：3到6v ，基准电压Vref 为，保持基本不变。

电压基准源选型

摘要：电压基准源简单、稳定的基准电压，作为电路设计的一个关键因素，电压基准源的选择需要考虑多方面的问题并作出折衷。本文讨论了不同类型的电压基准源以及它们的关键特性和设计中需要考虑的问题，如精确度、受温度的影响程度、电流驱动能力、功率消耗、稳定性、噪声和成本。几乎在所有先进的电子产品中都可以找到电压基准源，它们可能是独立的、也可能集成在具有更多功能的器件中。例如：在数据转换器中，基准源提供了一个绝对电压，与输入电压进行比较以确定适当的数字输出。在电压调节器中，基准源提供了一个已知的电压值，用它与输出作比较，得到一个用于调节输出电压的反馈。在电压检测器中，基准源被当作一个设置触发点的门限。要求什么样的指标取决于具体应用，本文讨论不同类型的电压基准源、它们的关键指标和设计过程中要综合考虑的问题。为设计人员提供了选择最佳电压基准源的信息。理想情况理想的电压基准源应该具有完美的初始精度，并且在负载电流、温度和时间变化时电压保持稳定不变。实际应用中，设计人员必须在初始电压精度、电压温漂、迟滞以及供出/吸入电流的能力、静态电流(即功率消耗)、长期稳定性、噪声和成本等指标中进行权衡与折衷。基准源的类型两种常见的基准源是齐纳和带隙基准源。齐纳基准源通常采用两端并联拓扑；带隙基准源通常采用三端串连拓扑。齐纳二极管和并联拓扑齐纳二极管优化工作在反偏击穿区域，因为击穿电压相对比较稳定，可以通过一定的反向电流驱动产生稳定的基准源。齐纳基准源的最大好处是可以得到很宽的电压范围，2V到200V。它们还具有很宽范围的功率，从几个毫瓦到几瓦。

齐纳二极管的主要缺点是精确度达不到高精度应用的要求，而且，很难胜任低功耗应用的要求。例如：BZX84C2V7LT1，它的击穿电压，即标称基准电压是2.5V，在2.3V至2.7V之间变化，即精确度为±8%，这只适合低精度应用。齐纳基准源的另一个问题是它的输出阻抗。上例中器件的内部阻抗为5mA时100Ω和1mA时600Ω。非零阻抗将导致基准电压随负载电流的变化而发生变化。选择低输出阻抗的齐纳基准源将减小这一效应。埋入型齐纳二极管是一种比常规齐纳二极管更稳定的特殊齐纳二极管，这是因为采用了植入硅表面以下的结构。作为另一种选择，可以用有源电路仿真齐纳二极管。这种电路可以显著改善传统齐纳器件的缺点。MAX6330就是一个这样的电路。负载电流在10 0μA至50mA范围变化时，具有1.5% (最大)的初始精度。此类IC的典型应用如图1所示。图1.

基于STM及的通道同步数据采集系统设计

基于S T M及的通道同步数据采集系统设计文件管理序列号：[K8UY-K9IO69-O6M243-OL889-F88688]

基于STM32及AD7606的16通道同步数据采集系统设计摘要：介绍了基于STM32及AD7606的同步数据采集系统的软硬件设计。主控芯片采用基于ARMCortex-M4内核的STM32F407IGT6，实现对AD采集数据的实时计算并通过以太网络进行数据传输。A7606为16位、8通道同步采样模数数据采集系统[]，利用两片AD7606，可以实现对16路通道的实时同步采样。经过测试，该系统可以实现较高精度的实时数据采集。 0引言 [此处找书介绍STM32]，该芯片主频可达168MHz,具有丰富的片内外设，并且与前代相比增加了浮点运算单元(FloatingPointUnit,FPU)，使其可以满足数据采集系统中的 [介绍AD7606] 1系统总体方案设计整个系统由传感器模块、信号调理模块、数据采集模块、处理器STM32、及通信模块及上位机系统组成。系统整体结构框图如图1所示。本系统是为液态金属电池性能测试设计，需要测量电池的充放电电压、电流以及交流加热系统的电压、电流，并以此计算出整个液态金属电池储能系统的效率。因此两片AD7606的16个通道分为两组，每组8个通道，这两组分别测量4路直流、交流的电压和电流信号。AD7606通过并行接口与STM32连接，STM32读取AD采样数据后进行计算，并将数据通过网络芯片DP83848通过UDP协议发送给上位机。上位机负责显示各通道采集信息、绘制波形以及保存数据等。图1系统整体结构框图 2系统硬件设计 2.1模拟信号采集电路设计

电压基准

电压基准芯片型号芯片技术资料 MAX8069 MAX8069: 低电压基准 DS4305 DS4305K DS4305 DS4305K: 可编程电压基准 MAX1358 MAX1359 MAX1360 MAX1358 MAX1359 MAX1360: 16位数据采集器带有ADC 、DAC 、UPIO 、RTC 、电压监视器和温度传感器 DS4303 DS4303K DS4303 DS4303K: 可编程电压基准 AX6173 MAX6174 MAX6175 MAX6176 MAX6177 MAX6173 MAX6174 MAX6175 MAX6176 MAX6177: 高精度电压基准,带有温度传感器 DS3902 DS3902: 双路、非易失、可变电阻器,带有用户EEPROM MAX6143 MAX6143: 高精度电压基准,带有温度传感器 MAX6037 MAX6037A MAX6037B MAX6037C MAX6037 MAX6037A MAX6037B MAX6037C: 低功耗、固定或可调输出基准,SOT23封装 MAX6043 MAX6043: 精密的高压基准,SOT23封装 MAX6029 MAX6029: 超低功耗、高精度串联型电压基准 MAX6035 MAX6035: 高电源电压、精密电压基准,SOT23封装 MAX6126 MAX6126: 超高精度、超低噪声、串联型电压基准 MAX6133 MAX6133: 3ppm/°C 、低功耗、低压差电压基准 MAX6129 MAX6129: 超低功耗、串联型电压基准 LM4050 LM4051 LM4050 LM4051: 50ppm/°C 、精密的微功耗并联型电压基准,提供多种反向击穿电压 DS3903 DS3903: 三路、128抽头、非易失数字电位器 MAX6034 MAX6034: 精密、微功耗、低压差、SC70串联型电压基准 MAX6033 MAX6033: 超高精度、SOT23封装、串联型电压基准 MAX6138 MAX6138: 0.1%、25ppm 、SC70并联型电压基准,带有多种反向击穿电压 MAX5420 MAX5421 MAX5420 MAX5421: 数字可编程精密分压器,用于PGA MAX5430 MAX5431 MAX5430 MAX5431: ±15V 数字编程精密分压器,用于PGA MAX6018 MAX6018A MAX6018B MAX6018 MAX6018A MAX6018B: 精密的、微功耗、1.8V 电源、低压差、SOT23封装电压基准