基于labview的材料测试系统设计毕业论文

基于labview的材料测试系统设计毕业论文内容摘要：

2 V 图 22 信号调理电路图 详细的电路图可以参考附录 2。 测量过程中，除了待测量的信号外，各种不可见的、随机的信号可能出现在测量系统中。 这些信号与有用信号叠加在一起，可能会严重扭曲测量结果。 因此不仅仅是将信号放大就可以了，还需要对放大的信号进行调理。 其中电和磁都可以通过电路和磁路对检测系统 产生干扰作用。 电场和磁场的变化也会在有关电路中感应出干扰电压。 电磁干扰对于检测系统来说是最为普遍和影响最严重的干扰 [5]。 电源线是电磁干扰传入设备和传出设备主要途径。 通过电源线，电网上的干扰可以传入设备，干扰设备的正常工作。 同样，设备的干扰也可以通过电源线传到电网上，对网上其它设备造成干扰，因此必须进行电源的去耦，可以用一个 10uf 和 的电容连接成电源去耦电路。 另外，调理电路中有时输出的信号会有漂移，可以用 OP07 进行调零，具体调零电路和去耦电路见附录 2. A/D 转换及其接口方法 A/D 转换器的选取 (1)转换时间的选择 转换速度是指完成一次 A/D 转换所需时间的倒数，是一个很重要的指标。 A/D 转换器型号不同，转换速度差别很大。 通常， 8 位逐次比较式 ADC 的转换时间为 128us 左右。 由于本系统的控制时间允许，可选 8位逐次比较式 A/D 转换器。 (2)ADC 位数的选择 A/D 转换器的位数决定着信号采集的精度和分辨率。 基于 LabVIEW 的材料测试系统设计 —— 载荷测量 7 8位 A/D 转换器，其精度为 ： 8 %2  () 输入为 0～ 5V 时，分辨率为 ： 85 0 . 0 1 9 6 1 9 . 6 m v1122FsN Vv    () Fsv— A/D 转换器的满量程值 ； N — ADC 的二进制位数 量化误差为 ： 8 5 0 . 0 0 9 8 9 . 8 m v( 1 ) 2 ( 1 ) 222FsNQVv       () ADC0809 是 TI 公司生产的 8位逐次逼近式模数转换器，包括一个 8位的逼近型的 ADC部 分，并提供一个 8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑，为模拟通道的设计提供了很大的方便 [7]。 用它可直接将 8个单端模拟信号输入，分时进行 A/D 转换，在多点巡回监测、过程控制等领域中使用非常广泛 ,所以本设计中选用该芯片作为 A/D 转换电路的核心。 (3)采样 定理 为了能不失真的恢复原模拟信号，采样频率应不小于输入模拟信号的频谱中最高频率的两倍，这就是采样定理，即 s Imax2ff () 由于 A/D 转换需要一定的时间，所以在每次采样结束后，应保持采样电压在一段时间内不变，直到下一次采样的开始。 实际中采样 保持是做成一个电路。 (4)量化与编码 模拟信号经采样 保持电路后，得到了连续模拟信号的样值脉冲，他们是连续模拟信号在给定时刻上的瞬时值，并不是数字信号。 还要把每个样值脉冲转换成与它幅值成正比的数字量。 以上为 A/D转换的一般步骤，在本电路中由 ADC0809 芯片完成。 ADC0809 内部功能与引脚介绍 分辨率和精度在第一 部分 中已作了相应的计算和分析。 ADC0809 八 位逐次逼近式 A／ D 转换器是一种单片 CMOS 器件，包括 8 位模拟转换器、8 通道转换开关和与微处理器兼容的控制逻辑。 8 路转换开关能直接连通 8 个单端模拟信号中的任何一个。 其内部结构如图 23所示 ： 福州大学本 科生毕业设计（论文） 8 图 23 ADC0809内部结构 ① .ADC0809 主要性能  逐次比较型  CMOS 工艺制造  单电源供电  无需零点和满刻度调整  具有三态锁存输出缓冲器，输出与 TTL 兼容  易与各种微控制器接口  具有锁存控制的 8 路模拟开关  分辨率： 8位  功耗： 15mW  最大不可调误差小于 177。 1LSB （最 低有效位）  转换时间（ 500CLKf KHz ） 128us  转换精度： %  ADC0809 没有内部时钟，必须由外部提供，其范围为 10～ 1280kHz。 典型时钟频率为 640kHz ② 引脚排列及各引脚的功能，引脚排列如图 24 所示。 基于 LabVIEW 的材料测试系统设计 —— 载荷测量 9 图 24 ADC0809引脚图 各引脚的功能如下： IN0～ IN7： 8 个通道的模拟量输入端。 可输入 0～ 5V待转换的模拟电压。 D0～ D7： 8位转换结果输出端。 三态输出， D7 是最高位， D0 是最低位。 A、 B、 C：通道选择端。 当 CBA=000 时， IN0输入；当 CBA=111 时， IN7 输入。 ALE：地址锁存信号输入端。 该信号在上升沿处把 A、 B、 C 的状态锁存到内部的多路开关的地址锁存器中，从而选通 8路模拟信号中的某一路。 START：启动转换信号输入端。 从 START 端输入一个正脉冲，其下降沿启动 ADC0809 开始转换。 脉冲宽度应不小于 100～ 200ns。 EOC：转换结束信号输出端。 启动 A/D 转换时它自动变为低电平。 OE：输出允许端。 CLK：时钟输入端。 ADC0809 的典型时钟频率为 640kHz，转 换时间约为 100μs。 REF()、 REF(+)：参考电压输入端。 ADC0809 的参考电压为＋ 5V。 VCC、 GND：供电电源端。 ADC0809 使用＋ 5V单一电源供电。 当 ALE为高电平时，通道地址输入到地址锁存器中，下降沿将地址锁存，并译码。 在START 上升沿时，所有的内部寄存器清零，在下降沿时，开始进行 A/D 转换，此期间 START应保持低电平。 在 START 下降沿后 10us 左右，转换结束信号变为低电平， EOC 为低电平时，表示正在转换，为高电平时，表示转换结束。 OE 为低电平时， D0～ D7 为高阻状态， OE 为高电平时，允许转换结果输出。 ADC0809 芯片的转换速度在最高时钟频率下为 100us 左右，速度低，故可以在和 CPU接口时要求采用查询方式或中断方式。 A/D 转换器一般总是和取样保持电路一起使用，如 LF398 采样保持器：单片的模拟集福州大学本 科生毕业设计（论文） 10 成电路。 采样所得的模拟信号也在同一芯片中保存。 也是暂存，所以 A/D 转换器一般不需要数据锁存器了。 系统中 CPU对 A/D 转换板的主要操作为：多通道选择命令、启动 A/D 转换命令、判断A/D 转换是否完成、读 A/D 转换结果。 这些操作是靠执行对不同端口地址的读 /写命令来完成的。 选定通道后 ，模拟量即为通过采样 /保持器 AD582 的 +LOGIC IN 端，使 AD582 处于采样状态，其保持电容器 CH上的电压随输入的模拟信号的变化而变化，即处于跟随状态。 转换的启动：进行转换时，要由外部发出启动信号。 逐次比较寄存器和比较器是 ADC0809 的核心。 ADC0809 的时序逻辑 图 25 ADC0809时序逻辑 如图 25所示，启动脉冲 START 和地址锁存允许脉冲 ALE 的上升沿将地址送上地址总线，模拟量经 C、 B、 A选择开关所指定的通道送到 A/D 转换器。 在 START 信号下降沿的作用下，逐次逼近过程开始，在时钟的控制下，一位一位地逼近。 此时，转换结束信号 EOC呈低电平状态。 由于逐次逼近需要一定的过程，所以，在次期间内，模拟输入值应维持不变，比较器要一次次进行比较，直到转换结束。 此时，如果计算机发出一输入允许命令（ OE呈高电平），则可读出数据。 ADC0809 具有较高的转换速度和精度，受温度影响较小，能较长时间保证精度，重现性好，功能较低，且带有 8路模拟开关，可以直接与微机系统相连，而不需要另加接口逻辑。 也可以单独使用。 所以用于过程控制是比较理想的器件。 基于 LabVIEW 的材料测试系统设计 —— 载荷测量 11 ADC0809 与单片机的接口和工作 ADC0809 的工作过程是：首先输入 3 位地址，并使 ALE=1，将地址存入地址锁存器中。 此地址经译码器选通 8 路模拟信号之一到比较器。 START 上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动 A/D转换，之后 EOC 输出信号变低，指示转换正在进行。 直到 A/D 转换完成，EOC 变为高电平，指示 A/D 转换结束，结果数据已存入锁存器中。 这个信号可用作中断申请。 当 OE 输入高电平时，打开三态输出锁存器，转换结果的数字量输出到数据总线上，完成模拟量到数字量的变化。 下图是 ADC0809 与单片机的接口方法： X T A L 218X T A L 119A L E30EA31P S E N29RS T9P 0 .0 /A D 039P 0 .1 /A D 138P 0 .2 /A D 237P 0 .3 /A D 336P 0 .4 /A D 435P 0 .5 /A D 534P 0 .6 /A D 633P 0 .7 /A D 732P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 .0 /R X D10P 3 .1 /T X D11P 3 .2 /I NT 012P 3 .3 /I NT 113P 3 .4 /T 014P 3 .7 / R D17P 3 . 6 / W R16P 3 .5 /T 115P 2 .7 /A 1 528P 2 .0 / A 821P 2 .1 / A 922P 2 .2 /A 1 023P 2 .3 /A 1 124P 2 .4 /A 1 225P 2 .5 /A 1 326P 2 .6 /A 1 427A T 8 9 C5 1A1B2C3E16E24E35Y015Y114Y213Y312Y411Y510Y69Y777 4 L S 1 3 82317 4 L S 0 25647 4 L S 0 22 1 M S B21A DD B24A DD A25A DD C23V RE F ( + )12V RE F ( )16I N31I N42I N53I N64I N75S T A RT62 58E O C7O UT P UT E NA B L E9CLO C K10V C C112 220G ND132 7142 6152 8 L S B172 4182 319I N228I N127I N026A L E22A DC 0 8 0 9127 4 L S 0 4D2Q5CL K3Q6S4R17 4 L S 7 41uF5 1 k3 0 p F3 0 p F1 2 M H z1k 图 26 ADC0809 与单片机接法 设计 ADC0809 与单片机的接口时，主要解决一下几个问题： (1)8路模拟信号通道选择 A、 B、 C 分别接地，以提供的低 3 位地址，如使 ALE=1，并将三位地址写入 ADC0809的通道地址锁存器并译码，就实现了模拟通道的选择。 为将这三位地址写入通道地址锁存器中，就要使 ADC0809 的 ALE 信号有效。 如上图中所示， ALE 的信号是通过单片机的 、 经过 3— 8 译码器 74LS138 的输 出 3Y 与 WR 的信号相“或”后再经过反相器产生。 因此 ADC0809 的 8 路通道地址可以确定为： 6000H 6007H（ 、 、 = 001）。 (2） 提供有效的 START 信号 上图中 ADC0809 的 START 引脚是和 ALE 引脚接在一起的。 因此只要 WR 非核 Y3 非都为0，反相器的输出信号就会出现高电平。 在这个高电平的上升沿，将 A、Ｂ、Ｃ地 址状态送人地址锁存器中；在下降沿时，启动 ADC0809 转换。 因此启动上图中的 ADC0809 的转换只需执行下面的几条指令（以通道０为例）： MOV A, 00H。