多通道同步采样数据采集系统的设计_图文

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20 0 8年 第 6期 

仪 表 技 术 

多 通 道 同步 采 样 数 据 采 集 系统 的设 计 
史延 龄 , 来智 , 洪津  邹 李
( 工程兵 指挥 学院 , 苏 徐 州 2 10 ) 江 204 
摘 要 :论 述 多通 道 同步 采 样 A D 转 换 器 MA 1 5 1 6的 引脚 、 作 原 理 、 单 片机 的接 口电路 和程 序 设 计 方 法 。 / X 2 /2 工 与   关 键 词 :M X 2 / 2 ; 片机 ; 口设 计  A 15 16 单 接

中 图 分 类 号 :T 9 0 M 3 

文 献 标 识 码 :B  

文 章 编 号 :10 2 9 (0 8 0 0 6— 34 2 0 )6—00 0  0 1— 3

De i n o   u tc n lS n hr n uss m pl   t   q iii n S se   sg   fM liha ne  y c o o -a i Da a Ac u sto   y tm ng
S   a —ig OU L iz i IHo gj   HIY n l ,Z   a—h ,L  n — n n i
(o C mma dIsi t  fE gn eig C rs n  n tueo  n ie r   op ,Xu h u2 1 0 t n z o   2 0 4,Chn ) ia  Ab t a t sr c :Pi sa d wo k ngprncpl  fMAX1 5/1 6 A/D  o v re  r  ic s e   n t i  ril .The i tra e n  n   ri   i i eo  2 2  c n e tr a e d s u s d i  h s a tce   n ef c  
cr utfr M AX 1 5 2   t  ir c nr le  sg v n. An  h   r g a ic i o     2 /1 6 wih M c o o tolr i  ie d t e p o r mm i g a r a h i n r d e   n   pp o c   si to uc d.

如 勰    

Ke   r y wo ds:M AX1 5 26;mi r c n r l r n e f c   e in 2 /1 c o o to l ;i t ra e d sg   e

MA 1 5 16是 高 速 、 X 2 /2 多通 道 同步 采 样/ 持 、4 保 1  位 并行 A D转 换 器 , 将 8个 模 拟 信 号 ( X 2 / 能 MA 1 5为 


9~1 6脚 , 称 D 3~D , 据 输 出 位 ( 态 )  名 1 6数 三 ,

D1 最高 位 。 3为   1 7脚 , 名称 D 。 , V电 源输 入 端 , V 。 +5 向数 字 电路 
提 供 + V± % 的电压 。 5 5  

5 V~ + V, X 2 5 MA 1 6为 一25 ~ +25 中 的 1~   .V .V) 4

个 进行 同步采 样/ 持 、 保 分别转 换 为数 字量 。用 它 与单  片 机 ( MC 如 S一5 1系列 、 T 9系 列 ) 组 成 电路 结 构  A8 可

1 8脚 , 名称 D N 数 字 电路 “ ”  G D, 地 。 1 、0脚 , 称 D 、 4, 92 名 5 D 数据 输 出位 ( 态 )  三 。 2 2 1~ 4脚 , 称 D / 3~D / 0 数据 输 出位/ 名 3A 0A , 地 

简单 、 转换 速度 快 、 度 高 、 速 同步数 据采集 系 统 , 精 高 实 
现对 1~ 4个 模拟 量 的 同时采集 。  
1 M AX 1 5 2     2 /1 6
‘  

1  
2  

CH2 B  CH2 A  CH 1 A  AVD D  REF N  I

AGND  CH3 B  CH4 B  CH4 A  AVs   s

址输 入位 ( 态 ) D / O为最 低位 。 三 ,O A   2 5脚 , 称 C K, 名 L 时钟输 入 , 要求 时钟 占空 比 3 % 0  


11 引 脚 功 能  .  

3  

MA 1 5 16引 脚 , 图 X 2/2 如   5  

7 0% 。  

1所示 。各 引脚 功能 如下 。  
C 2 通 道 2多路 复用 模 拟 H A,

: REFOUT   
1 o  

2 6脚 , 称C , 名 S 片选 信 号 , 入 , 电平 有效 。 输 低   2 7脚 , 称WR, 信 号 , 入 , 电平 有效 。 名 写 输 低  
2 8脚 , 名称 R 读信 号 , D, 输入 , 电平有 效 。 低   2 9脚 , 称C N S , 名 O V T 转换 开 始信 号 , 入 , 电平  输 低
有效。  

I T N   RD 

1 2 脚 ,名 称 C 2   8 、 H B、  

AGND  CONVST  

量输入端 。  
C A, 道 1多路 复 用 模 拟 H1 通 量输 入端 。   5脚 , 称 A 。 ,+5   名 V。 V 电源 输 入 端 , 模 拟 电路 提 向
供 + V± % 的 电 压 。 5 5  

i  
1 5   1 7  

D1  0

CL K 

3 4 脚 ,名 称 C     1 、 H1 B、 3  

3 0脚 , 称 I T, 换 结 束 信 号 , 出 , 电平 有  名 N 转 输 低
DVDD   D4  

效。  

DGND 

D5  

3 脚 , 称 A  , 5 电源 输 入端 , 1 名 V 一 V 向模 拟 电路  提 供 一 V- % 的电压 。 5 4 - 5   3 、3脚 , 称 C 4 C 4 通 道 4多路 复用 模  23 名 H A、 H B,

图 1 MA 2 / 2     X1 5 1 6引脚 图  

6脚 , 称 R FN, 部 参 考 输 入 或 内 部 参 考 输  名 EI 外 出 。可 用 01 .  F电容接 到 A N 。 G D  7脚 , 名称 R F U 参 考 缓 冲器输 出 , 用 47   E O T, 可 .  F 电容接 到 A N   G D。 83 、6脚 , 名称 A N 模 拟 电路 “ ”   G D, 地 。
收 稿 日期 :2 0 0 7—1  2

拟量输 入端 。  
3 、5脚 , 称 C 3 C 3 通 道 3多路 复 用 模  43 名 H A、 H B,

拟 量输 入端 。  
12 工作 模式  . MA 2 / 2 可 从 8 模 拟 输 入 量 中 , 次 选 择  X1 5 1 6 个 每

作 者 简 介 :史 延 龄 ( 9 9 ) 男 , 教 授 , 事 电 子 学 、 片机 等 教 学 与应 用方 面 的研 究 。 15 一 , 副 从 单  

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·

2·  

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1— 4个 模 拟量 进 行 同步采 样/ 持 , 后 分别 进 行 数  保 随 字量转 换 。通过 设 置 D / 3一D / O的值 , 选 择 工  3A OA 来 作模式 , 即选 择输 入 的模 拟 量 。当 A A A1 0为 0 0   3 2 A 00 时 , 样 、 持 、 换 C A 端 的 1个 模 拟 输 入 量  采 保 转 H1 ( X15 16上 电默认模 式 ) 当 A A A A MA 2 / 2 ; 3 2 1 0为 0 0  01

如, A A A A 当 3 2 1 0为 0 1 0 1时 , 同步 采 样/ 持 、 别转  保 分
换 的是 C 1 C 2 C 3 C 4 H A、 H A、 H A、 H A端 的 4个 模 拟 量 ,   则 读 出转换 结果 的顺序 为 : H1 C 2 C 3 C 4   C A、 H A、 H A、 H A 端 模拟 量对 应 的数 字量 。   MA 1 5 16的转换 结 果 为 1 X 2/2 4位 二 进 制 补 码 形  式 , 将 +5 /+2 5 转 换 为 0 1 1 1 0 转 换 为  如 V .V 1 … 1 ,V 0 0 0 , 5 /一 .V转换 为 10 0 。 0 …0 0 一 V 25 0 …0 0  
2 接 口 电 路 设 计 

时, 同步采 样/ 保持 、 别 转 换 C A、 H A 端 的 2个  分 H1 C 2 模拟 输 入 量 ; A A A A 当 3 2 1 0为 0 1 0 0时 , 同步 采 样 / 保  持 、 别转换 C A、 H A、C 3 分 H1 C 2 H A端 的 3个 模 拟输 入 
量; A A A A 当 3 2 1 0为 0 1 0 1时 , 同步采 样/ 保持 、 别 转  分 换 C A C2 C 3 C 4 H1 、 H A、 H A、 H A端 的 4个模 拟 输 入 量 ;  

本 文 以 MA 2 / 2 X15 1 6与 A 8 C 1单 片 机 的接 口 T9 5  
电路 为 例 ( 图 3 , 述 设 计 方 法 。 由 于 M X 2 / 如 )论 A 15   16 A 8 C 1引脚 电平与 T L电 平 匹配 , 以相应 功  2 、T 9 5 T 所 能 的信 号线 可 以直 接相 连 。  
I NT0   P1 7 .  RD  P2 6 .  KD  CS  

当AA AA 3 2 1 0为 0 0 1 0时 , 采样/ 持 、 保 转换 C B端 的  H1
1 个模 拟输 入量 ; A A A1 0为 0 0 当 32 A 1 1时 , 同步 采 样/  

保持、 分别 转换 C B C 2 H1 、 H B端 的 2个模 拟 输入 量 ; 当 
A A A1 0为 0 l 时 , 步 采 样/ 持 、 别 转 换  32 A l0 同 保 分

C B、 H B C 3 端 的 3 个 模 拟 输 入 量 ;当  H1 C 2 、 H B
A A A1 0为 0 1 32 A 1 1时 , 步 采 样/ 持 、 别 转 换  同 保 分 C B C 2 、H B C 4 H1 、 H B C 3 、 H B端 的 4个 模 拟 输 入 量 ; 当 

F——    而
CH 1   B c H2 A … 2   CH…B CH3 A  CH3 B  CH4 A  CH4 B 
— —

8  

路  模  拟  量  输 
入 

A 3为 1 A A1 0为 任 意值 时 , X 2 / 2 而 2 A MA 15 16处 于掉 
电状 态 。如 果 同 步 采 样/ 持 Ⅳ 个 模拟 量 , 转 换 时  保 则 间为 3 l 。 N ̄   s
C6 D 

器 暮i 量i g  
1  Q
P 7 0.  P .  06 P .  05 P0 4 .  P .  03 P 2 0-   P0 1 .   P .  00

1 工 作原理 与 时序  . 3
图 2为 MA 1 5 16同步采 样/ 持 、 别转换 4 X 2/2 保 分  

1  D

D1   3 D1   2 n 11 D l    D1   0 D9   D8  

1 M Hz 6   CLK  AVD — —  _ 5   D — 1—o+ V‘ ‘  ‘ 0.p 1.   AGND  AV


s   s

三I。5   一 v
卜] .p _01. - r  

L .  丰0p 1 .

个 模拟 输入 量时 的工 作 时序 。  
由图 2可见 , 实施 模 拟 量转 换 , 处 理 器 ( 单  为 微 如

D6   REFI N  D5   D4 A3 REFOUT      D3 /


  ,

/2 A   D1 A  / 1  

DV D   D

片机 ) 先 应在 片 选 信 号 c 为低 电平 期 间 , 过 写操  首 s 通
作把 A A A A 3 2 1 0的值 写 入 M X 2 / 2 以 便 确 定 哪  A 1 5 16,
几 个 模拟 量将 被 采 样/ 持 、 换 。然后 , 保 转 微处 理 器 发 

_ +5 o V  0. u 1  

图 3 AT 9 5   8 C 1与 MAX1 5 1 6接 口 电 路   2/2

送 开始转 换 信 号 C N S 保 持 其 低 电平 时 间不 小 于  O V T(
3 n ) MA 1 5 16从 此 对 模 拟 量 进 行 转 换 。3  ̄  0s . X 2/2 Nl s

A 8 C 1为 了 向 MA 2 / 2 写 入 A A A A   T9 5 X15 1 6 32 10

值 和 读 取 MA 2 / 2 X15 1 6转 换 结 果 的 低 8 位 , 把  应
A 8 C 1的 P . T9 5 00~P . 07与 MA 2 / 2 X15 1 6的 D / 0一 0A  
D 7对 应 连 接 。  

( Ⅳ为 同步采 样/ 持模拟 量 个数 ) , 换 结束 ( 保 后 转 转换  结果 存储 在 MA 2 / 2 X15 1 6内部 1 4位 × 4的 R M 中)  A , MA 15 1 6输 出转 换 结 束 信 号 IT 当微 处 理 器 通  X 2/ 2 N。

由于 MA 2 / 2 每 次 输 出 的 是 1 位 数 , X15 1 6 4 而  A 8 C 1 次 只能接 收其 中 的 8位数 , 以必 须 把 另  T9 5 每 所 6位数 暂 时 存 放 在 外 部 数 码 寄 存 器 中 , 7 L 3 3  如 4 S7 。
7 L 3 3是 共三 态输 出控制 ( C 4 S7 O 引脚 ) 共 时钟 ( 、 C脚 ,  

过 查询或 中断 方式 , 知 I T 低 电平 后 , 次 发送 Ⅳ 得 N为 依  
个 片选信 号 c ( s s c 的低 电平 宽 度 应 不 小 于 R WR的  D、 低 电平 宽度 ) N 个读 信 号 R R 低 电平 有 效 , R   、 D( D 但 D
的高 电平 宽度 应不小 于 4 n ) 按通 道 C 1至 C 4的  0s , H H

高 电平作 用 ) 存 数 据 的 8位 数 码 寄存 器 。1 寄 D一8   D 为 8位 数 码 输 入 端 ( 中 2 位 未 用 )可 对 应 接  其 MA 1 5 16的高 6位 数 据 输 出端 D X 2 /2 8一D 3  1; 厂   1 8 Q一 Q为 8位 数 码 三 态 输 出端 ( 中 2位 未  其

顺序 , 依次 读 出 Ⅳ个转 换结 果 ( 个 1 Ⅳ 4位 二进 制 数 )  。

丽  — — 一  卜 — — — — — — — —   、
丽 — —  




厂— 
厂 —  

— R— — — —   D

厂—— ———— —  用 ) 可 对 应 接 A 8 C 1的 数 据 输 入/ 出 端  , T9 5 输 八   八  八   厂 一  P . 05 00一P .。当O 为 0 低 电平 ) ,4 S 7 C ( 时 7 L 3 3输 
厂 _ 厂  弋 \


厂一 厂  \

出存 在其 中的数 据 ; C 1 高 电平 ) , 当O 为 ( 时 8个 
输 出端处 于 高 阻态 。 由于 A 8 C 1的 P .   T9 5 0 0一

数 据—  囚 — —  —  亘卜  西 — 
图 2 MAX1 5 1 6时序 图    2/ 2

巨  ) 卜

07 7 L 3 3输 MA 2 / 2    P .、 4 S 7 出 端 、 X15 1 6数 据 输 出 端都 可 以处 于 高 阻 态 , 以能 防 止 数 据线 上 的  所

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仪 表 技 术  A 8 C 1内部 R M 中。 T9 5 A   子 程序 清单 :  
写 入 工 作 模 式 
AD : M OV DP   TR ,柏 BF H  FF

·   3·

数 据冲 突。为 了把 数 据 存 入 7 L 3 3 必 须 向其 提 供  4 S7 ,
合适 的 时钟信 号 c 由 图 2 图 3可 知 , S R 。 、 当C 、 D同时  为 低 电 平 时 ,MA 2 / 2 输 出 数 据 , 出 现 在  X15 1 6 并 7 L 3 3的输 入端 , 此 时有 时钟 信 号 c( 电平 ) 则  4 S7 若 高 , 可将 数据 存入 7 L 3 3中。显 然 , S R 4 S7 C 、 D的“ 非 ” 或 可 

; M 1 5 1 6地 址  取 AX 2 / 2

M 0V A . R2     M 0VX @ DP TR . A  

; 工作 模 式 值  取 : 入 工作 模 式  写

作 为时钟 信号 c   。 A 8 C 1的最 高 位 地 址 线 P . T95 27向 7 L 3 3提供  4 S7
O 信 号 , 读 7 L 3 3的 地 址 为 7 F H。A 8 C 1的  C 故 4 S7 FF T9 5

J   C 3. AD3 B A C.  

: A 若 3为 1 电 , 回 掉 返  
: . P17置 1  

启 动 转 换 
S T   .  E B P17
C LR P .    17 S ET   1. B P 7  

; 17清 0 P.  
; . P17置 1  

次高位地 址线 P . 26向 MA 2 / 2 X1 5 16提供 c 信 号 , s 故读 
/ MAX1 5 1 6的 地 址 为 B F H。 写 2/ 2 FF  

等 待 转换 结 束 
AD1: B P 2,AD1 J   3.  


等待 I T 0 N 为  

为 了 向 MA 1 5 16提 供 转 换 开 始 信 号 , 用  X 2/2 可 A 8 C 1中任何 1 未使 用 过 的 IO线 , P .。 T95 个 / 如 1   7 为用 查 询或 中断方 式获 取 MA 1 5 16是否 转换  X 2/2

读 转 换结 果 存入 内 部 R   AM
M 0V R .# 0   0 3 H 
M 0V A .R2     A NL A .# 3H   0   M 0 V R7 .A    I     NC R7

; 数首地址送 R  存 0
; 工 作 模 式 值  取 ; 工 作 模 式 的 最 低 2位  取

; 存在 R   保 7中


结 束 的信 息 , 可把I T 与I T N 0 N 相连 。  
3 接 口 程 序 设 计 

求 模 拟 量 个 数 

A D : OV  P R . # BF FH 2 M D T O F  
M 0 VX A . @ D P R    T M 0V @ R0. A 

; 某 个结 果 高 8位 , 读 同  : 低 6位 存 入 7 L 3 3 时 4 S 7  ; 8位存 入 RA   高 M
; 7 L 3 3地 址  取 4 S7

接 口程序应 具 有写 工作 模式 、 动转换 、 转换 结  起 读
果等 功能 。  

M 0V  P D TR . 样 F FH  7 F M 0V  . @ DP r   A ,R
I     NC R0 M 0V @ R0. A   I     NC R0

; 低 6位  读
; R M 下 个 地 址  得 A

若 所 需采集 的 数 据不 多 , 可把 转 换 结 果 保 存 在  则

; 6位 存 入 R   低 AM
; R 得 AM 下 个 地 址 

A 8 C 1内部 R M 中 ; T9 5 A 若所 需 采 集 的数据 多 , 则需 要  把转换 结果 保存 在 A 8 C 1 部 R M 或 传 送 到微 机  T9 5 外 A 保存 。  
下 面 列 举 的 子程 序 , 保 存 在 R 把 2寄 存 器 中 的工 

DJ   NZ R7 .AD2  
AD3:RET  

; R 若 7≠0继 续读 
; 回  返

参 考文 献 :  
[ ]余 永权 . T L 9系 列 单 片 机 应 用 技 术 [ . 京 : 京 航  1 A ME 8 M]北 北 空 航 天 大学 出 版 社 ,0 2 20 .  

作 模式 值先写 入 MA 1 5 16, X 2 / 2 然后 启 动 转换 ; 转换 结 
束 后 , 1—4( 工 作 模 式 决 定 ) 转 换 结 果 从  把 由 个 M X 2/2 A 1 5 16读 出 来 , 存 入 以 3 H 为 首 地 址 的  并 0

[]M XM. 2 A I 数据资料( 光盘) z .03 ( [ ]20 . 郁菁 编发 )  

统 模 型 的 一 系 列 P D 的增 益 值 的功 能 , 避 免 设 计 时 发 生 意 料  I 以

之 外 的 结果 , 高 系 统 的稳 定 性 。 提  
最 新 版 本 的模 块 还包 含 了模 型 预 测 控 制 ( P 功 能 , 一  M C) 这

习前 , 国 国 家 仪 器 有 限 公 司 ( 称 N ) 布 推 出 其 N   美 简 I宣 I Lb IW85控 制 设 计 与 仿 真 模 块 。作 为 L b IW 图 形 化 系  aVE . aV E 统 设 计 平 台 的扩 展 , 模 块 可 以帮 助 工 程 师 和 科 学 家 们 分 析 开  该 环 模 型 的状 况 , 计 闭 环 控 制 器 , 真 系 统 以 及 创 建 实 时 操 作 。 设 仿   该 模 块 最 新 版 本 引 入 了全 新 的设 计 功 能 , 解 析 比例 积 分 微 分   如 ( I 以提 高 系统 的 闭 环 的 稳 定 性 和 对 于 多 变 量 系统 的模 型 预  PD) 测 控 制 。 L b IW 控 制 设 计 与 仿 真 模 块 还 带 有 1 aV E 8个 全 新 的 



算 法被 广 泛 使 用 在 复 杂 过 程 控 制 的 工 业 应 用 中 , 控 制 多 输 人  以 多 输 出 ( MO) 统 。 工 程 师 可 以 使 用 模 型 预 测 控 制 ( C) MI 系 MP   功 能 构 建 控 制 器 , 输 出 的 设 定 点 ( e o t 实 际 发 生 变 动 之  在 St i ) Pn 前 调 整 控 制 行 动 。这 种 预 测 模 型 行 为 的 能 力 与 传 统 的 反 馈 相 
结 合 能 够 进 行 控 制 器 的微 调 , 尽 可 能 地 获 得 最 优 控 制 。 以  

模 型 预 测 控 制 是 业 界 非 常 有 效 的一 项 技 术 , 是 对 对 文 本  但
编 程 不 熟 悉 的 工 程 师 而 言 却 不 以 上 手 。 在 L b IW 控 制 设 计  aV E 与 仿 真模 块 中 加 入 模 型 预 测 控 制 ( C 功 能 之 后 , I 一 个  MP ) N 以 简 单 的 实施 操 作 界 面 , 供 了非 常直 观 的工 具 。工 程 师 们 可 以  提 更 轻 松 地 进 行 诸 如 汽 车 和 航 空 航 天 领 域 中 的 过 程 控 制 或 者 机 
械控制应用 。  

m” 件 函 数 来 扩 展 对 L b IW  tS r t的支 持 , 简 化  文 aV E Ma c p h i 以

诸 如 建 模 、 义 模 型如 何 连 接 和 分 析 系 统 的 稳 定 性 等 任 务 。 定   该 模块 可 以 轻 松 模 拟 不 同 的 控 制 算 法 , 且 不 需 要 使 用 任  并 何 硬 件 就 能 进 行 代 码 测 试 。 当 在 仿 真 中 获 得 满 意 的 结 果 , 能  还 够 再 使 用 模 块 创 建 的图 形 代 码 , 它 发 布 到 实 体 硬 件 并 进 行 调  将 试, 所有 这 一 切仅 需 一 天 就 能 完 成 。 Lb IW 控 制 设 计 与 仿 真  aV E 模 块 提 供 了最 新 的省 时 特 性 , 解 析 PD。就 经 验 来 看 , 程 师  即 I 工 和 科 学 家 们 必 须 通 过 实 验 不 断调 整 控 制 器 , 以找 出 合 适 的 PD I  控 制 器 增 益 值 。解 析 式 PD, 工 程 师 提 供 了 自动 寻 找 特 定 系  I 为

L b IW 控 制设 计 与 仿 真 模 块 能 够 方 便 地 和 N 软 件 集  aV E I 成 , L b IW 状 图 模 块 , 用 于 基 于 事 件 的 控 制 设 计 和 仿  如 aV E 可 真 ; L b IW 实 时模 块 , 于 快 速 控 制 原 型 设 计 和硬 件 在 环  和 aV E 用 应 用 以及 系 统 发 布 。 工程 师 和 科 学 家 们 更 可 以将 之 与 N  a— ILb  V E 系统 辨 识 工 具包 以及 N   O设 备 结 合 , 开 发 可 靠 的基  IW I/ I 来
于 测 量 的控 制 器 。  


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