一种高精度实时数据采集系统的实现

　　我们平时使用的一些测试仪器由于很多原因不能达到我们具体测试的要求。如实验室使用的单色仪由光栅转台、波长扫描和计数装置、光电转换座、绘图仪等几部分组成,但有几方面原因使其在使用中有很大误差,且绘图仪不能定值,使用很不方便且不准确。我们在实际工作中设计了一个实时高精度数据采集系统完善了它的功能。这种设计方法同样可推广到其它实时数据采集系统中使用,具有较强通用性。

　　一、系统构成框图

　　系统设计要求为:以对单色仪的输出进行计算机处理为例,要求其精确测试每0.1nm的光谱特性(原为5nm ),自动对数据进行校正和处理,实时绘图打印其光谱特性。

　　按照要求设计的原理框图如图1所示。

　　由于光电转换的信号很微弱,不能直接进行A燉D转换。我们设计了一个小信号高精度可调节放大器,进行信号放大处理,使达到A燉D转换所需电平。放大器应尽量靠近单色仪,缩短输入线长度,减少共模干扰和分布参数影响。A燉D转换板设计为插接式,直接插入计算机ISA扩展槽内,使用计算机外总线接口,使设计方法灵活、可靠性高。转换板和放大器间用屏蔽电缆连接,减少电磁干扰。

　　二、系统硬件组成

　　(一)精密放大器

　　放大器由电源、滤波电路、前级放大、二阶压控LPF、后级放大五部分组成,框图如图2所示。

　　前级放大电路采用了通用型高精度、低温漂运放ICL7650组成同相比例放大电路,其开关电容斩波工作方式使其分辨率可小于10μV,输入失调电压极低。由于前级放大用的是斩波放大,避免不了斩波噪声,加了一级二阶压控LPF来消除噪声和干扰,提高信噪比,且在前后级放大电路间去耦。后级放大电路用通用运放OP-07接成反相比例放大电路,提高带负载能力。根据实际要求可调节各级放大量。电源提供+15V和-15V双电源输出,要求噪声小、稳定性高。

　　(二)A燉D转换板

　　要求A燉D转换的分辨率不小于12,采样频率为23Hz。电路由译码、转换时钟,数模转换电路和中断请求4个功能电路构成,结构图如图3所示。

　　根据要求选用数模转换电路的核心器件是AD574A,它是一个完整的12位逐次逼近式A/ D转换器。图4是启动转换和读数据的时序图。

　　STS (转换状态信号)经过25μs的转换时间由高变低的跳变完成一次数模转换,我们利用此跳变产生中断请求信号,在中断服务程序中读取转换后的有效数据。A燉D转换的12位数据分两次送入计算机,首先是高8位,然后送低4位(后跟4个零),12位数据在内存中占用两个存贮单元。

　　中断请求电路用STS触发JK触发器向CPU发出中断请求。在CPU响应中断后,利用端口译码来形成脉冲清除中断请求,便于再一次响应中断。