信號調理數據采集論文范文

本站小編為你精心準備了信號調理數據采集論文參考范文，愿這些范文能點燃您思維的火花，激發您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

1信號調理電路

信號調理電路根據功能分為輸入保護電路、抗混疊低通濾波電路、衰減電路、增益電路和電壓抬升電路。(1)輸入電壓幅值最高在24V，為防止輸入電壓超出可測范圍，在輸入端采用兩個24V的穩壓管支路進行電壓鉗位保護，并且分別在兩個支路串聯不同顏色的發光二極管以顯示正反向超壓。(2)為了消除高頻噪聲信號和被測信號中的高頻成分對信號采集的混疊效應，設計了二階低通抗混疊濾波電路。為保證較好的抗混疊效果和測量帶寬，設定濾波器的截止頻率為300kHz。濾波電路形式固定如圖2所示，其頻域傳遞函數為。由式可得濾波器的截止頻率fp≈0．64f0，fp=300kHz，得RC=3．4×10－7s。通過multisim仿真比較確定參數值。抗混疊低通濾波電路如圖2所示。(3)LM3S9B96的ADC的輸入電壓范圍是0V～3V，要實現采集0V～±24V的輸入信號需要對信號進行衰減處理，衰減網絡采用兆歐級精密電阻組成，其中固定電阻設定為1MΩ。這里選擇8，4，2，1四級衰減，后期處理的數據可以通過移位操作進行數據還原。電路實現選用OMRON公司G5V－1小信號繼電器作為開關控制，根據上位機傳輸的命令來選擇合適的電阻支路。具體的數值對應關系如表1所示。(4)為滿足采集小信號的需求，采用TI公司的增益可編程儀表放大器PGA205。PGA205具有四級數控增益，數控端直接連接到微控制器的I/O引腳［5］。輸入幅值、放大倍數和數控端的對應關系同上述衰減電路類似，這里不列表贅述。增益電路如圖3所示，PC4、PC5為數控端。(5)信號經過衰減和放大電路的調理后電壓范圍為0V～±3V電壓信號將信號調理至0V～6V范圍，再經過比例運算電路做1/2分壓處理。運放選擇TL052，是由TI公司生產的低失調加強型的JFET運算放大器，相對于TL07和TL08系列具有更快的轉換速度。

2電源供電系統

本文中需要三級電源供電:3．3V，5V，±10V。5V電壓通過SPX1117－3．3V穩壓芯片轉變為3．3V為系統供電，±10V要是給可編程放大器PGA205和運放TL052供電，該電壓需要5V電壓經過Boost升壓電路得到，設計選用TPS61040開關電源芯片，其為低功耗的DC/DCBoost轉換芯片，內部集成開關管，開關頻率可達1MHz，輸出電壓紋波低［6］。雙電源供電電路如圖4所示。

3系統軟件設計

本文軟件設計任務主要是LM3S9B96芯片的初始化和內部各模塊之間的邏輯控制，包括根據上位機的指令來設定調理電路。數據采集系統總的軟件任務框圖如圖5所示。信號調理任務負責根據上位機發出的指令完成調理電路的設定;采樣任務實現對模擬信號的采集;數據轉移存儲任務負責將數據從ADC轉移到內存，再轉移到USB緩存。數據轉移任務利用DMA來實現，DMA的工作模式分為基本模式、乒乓模式和外設散聚模式，為了ADC采集不丟失數據，本文采用了乒乓模式，在程序設計時創建主數據結構體和副數據結構體交替接收數據，高效的完成數據轉移任務;數據傳輸任務負責將數據從微控制器通過USB總線傳輸到上位機。USB總線標準是在1994年由英特爾、康柏、IBM、Microsoft等多家公司聯合提出，包含了四種基本數據傳輸類型:控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和等時傳輸，本文需要向上位機傳輸大量數據，選擇批量傳輸模式(BULK)傳輸數據［7］。基于LM3S系列芯片，TI公司提供了多層次十分豐富靈活的USB驅動庫，簡化軟件的實現。

4上位機軟件設計

NIVISA(VirtualInstrumentSoftwareArchitecture)是NI公司開發的一種用來與各種儀器總線進行通信的高級應用編程接口，VISA總線I/O軟件是一個綜合軟件包，不受平臺、總線和環境的限制。VISA是NI公司隨LabVIEW配套提供的，從3．0版本開始支持USB通訊，根據是否符合USB測試和測量協議，VISA分為兩種VISA類函數，可以控制兩類USB設備:USBINSTR設備和USBRAW設備。這里使用USBRAW設備。利用VISA驅動程序開發向導產生INF文件用來通知Window系統將NI－VISA用作USB設備的默認驅動，完成之后才可以正常和下位機通訊。USBRAW類設備的讀寫時序為(1)ViOpen打開VISA設備;(2)ViProperty設定VISA設備的屬性節點參數(指令端點和傳輸方式);(3)ViRead讀寫USBRAW(發送命令和設定字數);(4)ViClose關閉VISA(釋放VISA設備所占資源)。上位機程序總體分為指令接受程序，數據接受程序、數據處理程序和波形顯示程序。數據處理程序框圖如圖6所示。

5系統測試與結果

為了測試系統的可靠性，本文使用數字合成信號發生器DF1405模擬傳感器輸出信號作為數據采集系統的測試信號。經測試，設計系統完整實現了設計要求。5V10kHz正弦波測試結果如圖7所示，通過點擊Save控件可以完成數據的存儲。

6結束語

從本文的硬件設計上看并不復雜，直接使用了集成AD的LM3S9B96芯片為主控制器，綜合了USB總線技術和功能強大的LabVIEW平臺，相對于傳統的示波器，這將大大減少了數據采集系統的成本，并且能夠滿足中低頻的數據采集需要。經過測試證明，設計方案高效，可靠，性能良好，具有較高的使用價值。

作者：丁君武殳國華張斌斌單位：上海交通大學電子信息與電氣工程學院