用并行口進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與控制

? 在過(guò)程控制及各種儀器儀表中,可由微型計(jì)算機(jī)完成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集與控制。計(jì)算機(jī)所加工的信息總是數(shù)字量。被測(cè)量或測(cè)量對(duì)象的有關(guān)參量往往是一些連續(xù)變化的模擬量,如溫度、壓力、流量、速度等。因此必須將這些模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量,以送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行加工,這一過(guò)程為模數(shù)轉(zhuǎn)換(A/D)。由計(jì)算機(jī)加工的數(shù)字量,轉(zhuǎn)換為模擬量,對(duì)被控對(duì)象進(jìn)行控制,這一過(guò)程為數(shù)模轉(zhuǎn)換(D/A)。

　　使用PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,便攜機(jī)和筆記本具有自身的優(yōu)點(diǎn)。便攜機(jī)、筆記本重量輕、通用性好,方便攜帶,滿足數(shù)據(jù)采集工作隨時(shí)隨地進(jìn)行的要求。但由于便攜機(jī)和筆記本內(nèi),缺少數(shù)據(jù)采集所需要的內(nèi)置ISA擴(kuò)展槽。因而需用并行口或RS232來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。若利用便攜

圖1　通用采集卡結(jié)構(gòu)

圖2　一種專用的數(shù)據(jù)采集卡

圖3　×彈膛壓曲線

??? 下位機(jī)和筆記本的串口RS-232進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,速度會(huì)受到很大的限制,因此我們利用便攜機(jī)和筆記本的并行口(Standard Parallel Port)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。并行口分為普通型和增強(qiáng)型兩種,盡管普通型并行口只有150KB/s的傳輸率,且由于數(shù)據(jù)線是單向的,無(wú)法直接完成信號(hào)的數(shù)據(jù)采集,而增強(qiáng)型的并行口有高達(dá)2MB/s的傳輸率,可以直接完成信號(hào)的數(shù)據(jù)采集,但考慮到586以下(除部分晚期大486外)的機(jī)型均不具備增強(qiáng)型的并行口,為了使數(shù)據(jù)采集卡有較強(qiáng)的適應(yīng)性,這里仍選用普通型并行口為設(shè)計(jì)對(duì)象。

1.通用數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　通用數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)構(gòu)如圖1所示,包括微弱信號(hào)放大、通道轉(zhuǎn)換控制、時(shí)基發(fā)生器、時(shí)序控制器、采樣/保持控制、A/D轉(zhuǎn)換控制、D/A轉(zhuǎn)換控制、轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路、數(shù)據(jù)讀入、讀出接口控制幾部分。其工作原理是被測(cè)量(如：溫度、壓力、流量、速度等)經(jīng)相應(yīng)的傳感器轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)過(guò)微弱信號(hào)放大器(包括電壓放大器、電流——電壓轉(zhuǎn)換、電荷放大器及低通濾波器)后,弱小的信號(hào)放大到與A/D轉(zhuǎn)換輸入電壓相匹配;通道轉(zhuǎn)換控制完成多路被測(cè)量或被控量輪流切換,分時(shí)與模數(shù)、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路接通的任務(wù);時(shí)基發(fā)生器為A/D、D/A轉(zhuǎn)換提供時(shí)鐘信號(hào)或啟動(dòng)信號(hào);時(shí)序控制器用來(lái)控制A/D轉(zhuǎn)換、D/A轉(zhuǎn)換的正確進(jìn)行;采樣/保持電路保證A/D轉(zhuǎn)換期間,保持輸入信號(hào)不變,它對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的精度起著決定性的影響;轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)電路完成對(duì)D/A轉(zhuǎn)換控制輸出信號(hào)的轉(zhuǎn)換及功率放大;數(shù)據(jù)讀入、讀出接口控制電路完成與并行口的連接。

圖5　××彈膛內(nèi)加速度曲線

2.通用數(shù)據(jù)采集卡的應(yīng)用

　　數(shù)據(jù)采集卡的形式是多種多樣的,在此僅介紹兩種最基本的形式。

　　2.1　專用的數(shù)據(jù)采集卡

　　專用數(shù)據(jù)采集卡只對(duì)某種或某類特定的被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集,即它具有固定的采樣頻率、記錄方式,通常只需要幾個(gè)芯片就可以實(shí)現(xiàn)。圖2給出了一種專用的數(shù)據(jù)采集卡電原理圖。

　　圖3給出了利用上述裝置測(cè)得的×彈膛壓曲線。

　　2.2　存儲(chǔ)測(cè)試裝置

　　圖4是存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)原理框圖。它的工作原理是：自復(fù)位后存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)就不斷對(duì)信號(hào)采樣轉(zhuǎn)換并循環(huán)地寫入存儲(chǔ)器,觸發(fā)事件到來(lái)時(shí),啟動(dòng)延遲計(jì)數(shù)器(模塊⑥)按采樣頻率計(jì)數(shù),直到計(jì)滿設(shè)定值,停止這一記錄過(guò)程。這時(shí)的存儲(chǔ)器地址就是記錄的起始地址,這個(gè)地址雖是隨機(jī)的,但由于我們記錄的只是一個(gè)過(guò)程,因此完全可以通過(guò)數(shù)據(jù)形式,得到所需要的有用信號(hào)。

　　由這類電路構(gòu)成的裝置可以有效捕獲單次瞬變信號(hào),比如車輛碰撞、彈丸發(fā)射、炸藥爆炸等一次性瞬間信號(hào)。

　　圖5給出了由上述存儲(chǔ)測(cè)試系統(tǒng)獲取的××彈發(fā)射時(shí)膛內(nèi)加速度曲線。