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基于TC534的数据采集卡设计

来源:21IC中国电子网/作者:厦门大学机电工程系研究生 闫彩艳?? 2007年08月02日 ?? 收藏0

  引言

  数据采集常用的器件一般有:多路模拟开关,采样和保持电路,A/D转换器,D/A转换器,分频器,计数器/定时器,串行口等,这些器件都具有相对的独立性,它们可以根据不同的使用要求组成不同的采集电路。作为普适性的器件,在结构较简单系统中是实用的,也是比较经济的。但随着更高要求的数据采集系统,尤其是智能化装置中的数据采集系统的发展,如果继续采用一般的器件,就可能会造成整个系统无论是硬件电路,还是控制软件,都较庞大,复杂,而且也可能引起系统可靠性,稳定性,经济性等方面的问题。

  TC534是美国加恒公司研制的专配微处理器的可编程精密数据采集系统,可广泛用于智能化测量系统及工业过程控制等领域。

  TC534的性能特点

  1.TC534是集成了多路转换器,精密A/D转换器,状态逻辑控制器,振荡分频器,串行口等部分的大规模集成电路形式的单片数据采集系统,具有很高的性价比。TC534为4通道输入芯片,能采集4路差动输入的模拟信号,信号幅度最大为±4.2V。

  2.集成的精密双积分式A/D转换器(其超量程位可达17位),其自动调零误差,非线性误差和翻转误差分别为0.005%

FS,0.015%FS,0.03%FS(FS代表满量程值),可完成高准确度的A/D转换。

  3.具有数据输入,数据输出,数据时钟等3线的串行口和读写控制端,很容易实现与微机的连接。串行口中还包括输入/输出移位寄存器,CPU可通过相应的串行口进行编程,并可设定自动调零,正向积分的时间及转换速率,以适应不同使用场合所需。

  4.具有自动转换极性(POL),超量程检测(OVR)功能。利用片内高效DC/DC电源转换器能获得-5V电源,除了提供内部多路转换器使用外,还可输出10mA电流,供外部电路(如运算放大器,模拟开关等)使用。

  5.低功耗。采用+5V单电源供电,最大工作电流仅5mA,功耗不超过25mW。

  TC534工作原理

  1.管脚功能

  TC534采用的是DIP—40封装方式,其管脚排列如下图。

管脚排列图

点击看原图

  V+,COM管脚分别是A/D转换器和DC/DC负电源变换器的正电源端和模拟地。V-,AGND,OSC管脚依次为DC/DC负电源变换器的-5V输出端,模拟地,外接振荡电容端。AGND可与COM连通。CAP+,CAP-接充电泵电容的正负两极。Vcc和DGND管脚分别为串行口的正电源端和接地端。通常Vcc接V+,DGND接μP的地端。CINT,CAZ,BUF分别接积分电容CINT,自动调零电容CAZ,积分电阻RINT。CREF+,CREF-接基准电容的正负两端。CH1+和CH1-—CH4+和CH4-是通道1—通道4的差动模拟信号正负输入端。A1,A0为多路转换器的通道地址线,其中A0为低位地址线。OSC1,OSC0是外接2MHz石英晶体端。DIN是串行输入端,由μP设定的自动调零及正向积分时间由该端输入,并且设定值首先进入输入移位寄存器的最低有效位。上电后经过初始化,即可随时重新输入或修改设定值。DOUT为串行数据输出端,仅当R/ =1时输出有效。DCLK为串行时钟端,串行时钟最高频率为3MHz。当R/ =1(高电平)时,在每个时钟的下降沿时刻,A/D转换数据就从DOUT端输出,并将下一位数据移至此端;当R/=0时,对应于每个时钟的上升沿,设定值经端写入TC534中。读写控制端R/=1时进行读操作,反之为写操作。为A/D转换结束标志,每次A/D转换结束之后,该端输出一个负脉冲,可向μP申请中断,实现读操作。R为复位端,上电时应使R=1,A/D转换器进入自动调零阶段;R=0时允许A/D转换。利用上电复位电路(或μP)发出复位信号。在改变多路转换器地址线时,μP也应产生复位信号,使A/D转换暂停。此外,在发出加信号时必须令R=1,以免出现错误信息。

  2.工作原理

  TC534的原理框图如图。

TC534的原理框图

点击看原图

  从图中可以看到,TC534主要包括5部分:

  1)多路转换器。由多路模拟开关构成。改变地址码A1,A0,就可选择不同的通道。使用中常采用差动输入的形式,如需改成单端输入时,应将CH1-—CH4-端接到COM端。

  2)双积分A/D转换器。TC534采用的是双积分A/D转换器,内含缓冲器,积分器和比较器。每个转换周期分4个阶段进行,即自动调零(AZ),正向积分(INT),反向积分(DE),积分器调零(IZ)。

  3)状态逻辑控制器及振荡分频器。此部分能够根据比较器输出的电压大小及其极性,适时地发出控制信号A,B,以保证A/D转换按规矩顺序与编程要求来进行。控制器里还有定时器(可预置时基计数器),用来接收串行口送来的设定值。振荡器外接来自2MHz石英晶体的时钟频率,再通过4分频作为内部的时基,对

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