用單片機實現(xiàn)高頻信號的數(shù)據(jù)采集

一.概述

　在對高頻信號的處理中，一般情況下，人們習慣于選用速度快，內(nèi)存大的計算機，并配備高速的a/d采樣板，但這樣造成儀器成本的增加，體積大，對運行環(huán)境要求嚴格，而且當距信號源距離較遠或測量多路信號時，都將為信號的處理，傳輸增加困難，有些情況甚至無法實現(xiàn)。用單片機實現(xiàn)高速采集又受到她本身存儲容量及運行速度的限制。但考慮到8031單片機具有很強的外圍擴展能力，采取在進行數(shù)據(jù)采集時，由硬件實現(xiàn)。當采集完畢，由8031進行數(shù)據(jù)分析處理。從而實現(xiàn)容量擴充和高速數(shù)據(jù)采集。 二.系統(tǒng)的組成及工作原理

　本系統(tǒng)以8031單片機為中央處理器，外擴8keprom（2764），8kram（6264）等。采樣部分采用美國rca公司的ca3318芯片（ca3318為cmos視頻速度8位閃爍a/d轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速率最高可達15mhz，它的a/d轉(zhuǎn)換電路如圖1所示）及靜態(tài)ram為核心。另配二進制計數(shù)器、三態(tài)輸出緩沖器、觸發(fā)器等芯片構(gòu)成。采用對ram進行雙端口隔離，首先控制8031啟動無需其干預(yù)的由硬件實現(xiàn)的采樣、存儲。再由計數(shù)器的最高位控制實現(xiàn)采樣存儲數(shù)據(jù)的分析、計算等工作。三.系統(tǒng)的工作過程

　電路原理為了啟動系統(tǒng)進行高速數(shù)據(jù)采集，首先由8031單片機的p1.0口發(fā)出一脈沖信號，該信號使單脈沖觸發(fā)電路清零，使u16:a輸出高電平，打開與非門u7：a。當有信號輸入時，供給u14：b上升沿觸發(fā)信號，使u14：b的q端置“1”狀態(tài)。　當u7：a輸出兩個脈沖時，u4：b輸出一個脈沖，同時u16：a低電平輸出，使74ls132輸出固定電平。u14：b的單脈沖輸出使二進制地址發(fā)生器清零，以確保采集到的數(shù)據(jù)從存儲器的零地址開始存儲。同時經(jīng)反相后控制觸發(fā)器u1，使觸發(fā)器u1置“1”狀態(tài)，u1的q端控制三態(tài)輸出緩沖器u2、u3及收發(fā)器u4使其高阻狀態(tài)，關(guān)閉8031最小系統(tǒng)與外部ram側(cè)的總線。而u1的端控制三態(tài)輸出緩沖器u5、u6、u7使其處于使能狀態(tài)，以及使ca3318工作。此時系統(tǒng)為采樣存數(shù)狀態(tài)，把模擬信號經(jīng)a/d轉(zhuǎn)換后高速的送到外部ram中。當全部數(shù)據(jù)存滿后，利用二進制地址發(fā)生器的最高位向cpu發(fā)出中斷申請，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序，同時將u1置“0”，u5、u6、u7禁止，而u2、u3、u4使能，即關(guān)閉外部ram與ca3318側(cè)的總線，打開外部ram與cpu一側(cè)的總線，由8031控制系統(tǒng)進行后續(xù)的數(shù)據(jù)處理。為增強系統(tǒng)的抗干擾能力，利用內(nèi)部的8kram（6264），可進行數(shù)據(jù)濾波工作。系統(tǒng)實現(xiàn)采樣、數(shù)據(jù)濾波、顯示、報警、打印及向上位機傳遞工作?！楸ＷC系統(tǒng)采集到正確的信號，對放大濾波后的模擬信號，分別送入采樣環(huán)節(jié)和經(jīng)過比較、光隔離后的觸發(fā)控制環(huán)節(jié)。利用d型觸發(fā)器74ls74構(gòu)成單脈沖輸出電路控制觸發(fā)器u1置“1”。其原理如圖3所示。四.結(jié)論

　對于靜態(tài)ram的存儲速度是納秒級的，只要a/d轉(zhuǎn)換速率允許，通過對8031單片機外圍的擴展，系統(tǒng)可實現(xiàn)對高頻信號的采樣要求。在采樣頻率小于300khz的實驗中達到了設(shè)計要求。對多路、遠距離信號可采用串行通訊方式加以解決。啟動數(shù)據(jù)采集只需一個清零負脈沖而且當需要增加數(shù)據(jù)采集量時只需改變二進制計數(shù)器的位數(shù)和選用較大的ram就可。該系統(tǒng)具有體積小、功能全、安裝方便、投資少等特點。　　信息來源：ｉｃ７２