數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基于AD轉(zhuǎn)換芯片AD0809

提起LABVIEW，就不能不涉及到數(shù)據(jù)采集和控制。

曾經(jīng)在網(wǎng)上辯論過LV是不是通用編程語(yǔ)言，NI的創(chuàng)始人的一篇文章的標(biāo)題就是“LV是通用語(yǔ)言嗎”，這的確很難說，說它是通用語(yǔ)言，因?yàn)樗拇_具備了通用語(yǔ)言的基本能力，但是只能說是基本的，但是對(duì)很多VC容易實(shí)現(xiàn)的東西，在LV中卻是個(gè)問題，尤其是系統(tǒng)相關(guān)的一些操作，所以，我個(gè)人更愿意認(rèn)為，LABVIEW是傾向于測(cè)量和控制的硬件工程師的語(yǔ)言，它是語(yǔ)言，而不是一般意義上的專用軟件，所以，LABVIEW逐漸成為工科院校學(xué)生的基本課程。

數(shù)據(jù)采集是LV最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，對(duì)于開發(fā)過單片機(jī)的人來說，數(shù)據(jù)采集是再熟悉不過的了，如果想真正了解數(shù)據(jù)采集，就必須從AD，DA，COUNTER等轉(zhuǎn)換芯片開始，數(shù)據(jù)采集卡不過是集合了各種AD，DA，COUNTER等芯片，結(jié)合專門的微處理器和總線通訊在一起，使板卡具有了綜合采集功能。

數(shù)據(jù)采集卡都有AD轉(zhuǎn)換精度，速度和通道數(shù)的指標(biāo)。可以說AD是數(shù)據(jù)采集卡的基本功能。

A--ANOLOG 模擬量，D--DIGITAL數(shù)字量 AD很多時(shí)候稱做ADC，這里的C是CONVERTER，轉(zhuǎn)換器。ADC--就是模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。數(shù)據(jù)采集卡最基本的ADC是電壓轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，所以先從最經(jīng)典的8位模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片0809談起。

AD0809是雙列直插的DIP28 ， 8路模擬信號(hào)的分時(shí)采集，片內(nèi)有8路模擬選通開關(guān)，以及相應(yīng)的通道抵制鎖存用譯碼電路，其轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs左右。

看看它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

對(duì)ADC0809主要信號(hào)引腳的功能說明如下：

IN7～I(xiàn)N0——模擬量輸入通道

ALE——地址鎖存允許信號(hào)。對(duì)應(yīng)ALE上跳沿，A、B、C地址狀態(tài)送入地址鎖存器中。

START——轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；在A/D轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持 低電平。本信號(hào)有時(shí)簡(jiǎn)寫為ST.

A、B、C——地址線。 通道端口選擇線，A為低地址，C為高地址，引腳圖中為ADDA，ADDB和ADDC。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見表9-1。

CLK——時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)

EOC——轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0,正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。

D7～D0——數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，可以和單片機(jī)的數(shù)據(jù)線直接相連。D0為最低位，D7為最高

OE——輸出允許信號(hào)。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。

VCC—— +5V電源。

Vref——參考電源參考電壓用來與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).

可以看出ADC0809四個(gè)關(guān)鍵部分組成，譯碼器、多路開關(guān)、AD轉(zhuǎn)換器和三態(tài)門電路組成。

首先通過譯碼器，指定通道，然后多路開關(guān)打開，（好的AD有采樣保持電路），外部電壓進(jìn)入ADC0809。

START信號(hào)有高到抵，在脈沖的下降沿ADC0809開始轉(zhuǎn)換，同時(shí)狀態(tài)管腳EOC自動(dòng)變低，表示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，每個(gè)時(shí)鐘CLK的脈沖轉(zhuǎn)換一位。

轉(zhuǎn)換完成后，EOC自動(dòng)變高。

如果在START端外部也加一個(gè)時(shí)鐘，這樣ADC0809就可以自動(dòng)不斷地采集數(shù)據(jù)。START每個(gè)時(shí)鐘的下降沿，都會(huì)采集一個(gè)數(shù)據(jù)，如果需要采集1000個(gè)數(shù)據(jù)，START端只需要有1000個(gè)脈沖就可以了。

對(duì)于一般的數(shù)據(jù)采集板卡，都支持單點(diǎn)、多定點(diǎn)和連續(xù)采集三種方式。

所謂單點(diǎn)，就是通過軟件給定START一個(gè)下降沿信號(hào)，產(chǎn)生一次數(shù)據(jù)采集結(jié)果。

所謂多頂點(diǎn)，就是給定START端一個(gè)固定次數(shù)的脈沖，產(chǎn)生固定次數(shù)的數(shù)據(jù)采集結(jié)果。

所謂連續(xù)采集，就是給定START端一個(gè)持續(xù)不斷地脈沖。

對(duì)于連續(xù)采集，一般都要設(shè)定兩個(gè)參數(shù)，SAMPLE RATE 采樣頻率和samples per channel（每通道采樣數(shù)），針對(duì)0809，采樣頻率對(duì)應(yīng)START端脈沖的頻率。而每通道采樣數(shù)則是另外一個(gè)問題。

連續(xù)采樣的結(jié)果是在計(jì)算機(jī)中還是在板卡上那，答案是在計(jì)算機(jī)的內(nèi)存緩沖區(qū)中。

容易混淆的概念是板卡上也有也有一個(gè)先入先出的BUFFER,板卡采集的數(shù)據(jù)首先被放入到這個(gè)BUFFER中,然后板卡一次性把多個(gè)數(shù)據(jù)通過DMA(直接內(nèi)存訪問)轉(zhuǎn)送到內(nèi)存緩沖區(qū)中.

數(shù)據(jù)采集程序經(jīng)常遇到的問題是提示錯(cuò)誤,數(shù)據(jù)被覆蓋的錯(cuò)誤,這是如何產(chǎn)生的那?

一般板卡的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)是分成兩個(gè)區(qū)域,一個(gè)是準(zhǔn)備好的數(shù)據(jù)供計(jì)算機(jī)讀取,

另一個(gè)區(qū)域是板卡不斷地把硬件FIFO的數(shù)據(jù)通過DMA傳送到計(jì)算機(jī)內(nèi)存緩沖區(qū),當(dāng)這部分區(qū)域滿的時(shí)候,如果另一部分的數(shù)據(jù)已經(jīng)被計(jì)算機(jī)讀取空閑,則把這部分的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到空閑區(qū)域.如果上一次的數(shù)據(jù)未被計(jì)算機(jī)讀取,則會(huì)發(fā)生數(shù)據(jù)覆蓋錯(cuò)誤.

假如SAMPLE RATE=10000,SAMPLES PER CHANNEL=1000,表示計(jì)算機(jī)每次讀1000個(gè)數(shù)據(jù),則每秒需要循環(huán)的次數(shù)=10000/1000=10,也就是必須保證100MS讀一次,如果在讀取數(shù)據(jù)后需要處理或者寫文件等操作超過100MS,則導(dǎo)致下一次的數(shù)據(jù)未來得急讀取,因此發(fā)生覆蓋錯(cuò)誤.

通過ADC0809我們了解了模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本知識(shí)，后續(xù)的文章中將通過ＤＡＣ０８３２介紹ＤＡ，８２５４介紹計(jì)數(shù)器，８２５５介紹數(shù)字ＩＯ，只有深入了解了這些基本原理，才能真正理解板卡是如何采集的