论基于ISA总线的超声信号计算机数据采集系统

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1　整体方案本设计是基于ISA总线标准的数据采集系统,适用于具有ISA总线的所有计算机,具有很好的兼容性。该数据采集卡对CPU处理系统没有过高要求,从目前广泛使用的64位处理机到早期的16位处理机均能胜任,操作系统可选用 MS-DOS,WINDOWS、UNIX等,在硬件安装上,操作也非常简单,使用时只需将接口卡插入机内任何一个ISA插槽内即可,信号电缆从机箱直接接入。本数据采集卡的模拟信号有卡前端的DB37型插头输入,允许对8路模拟信号进行采集,采用单端输入方式,插头外可提供+5 V和+12 V电源。

1.1　数据采集卡的组成及工作原理本卡以可编程逻辑器件8255为控制核心,以A/D0809 作为数据转换芯片,将模拟电压信号转换为一系列二进制代码。通过ISA总线传送到计算机内部,由计算机进行处理, 其逻辑框图如图1。从图1可以看出,基于ISA数据总线的数据采集卡主要包括以下几部分电路:信号输入电路、前端电路(阻抗变换电路、采样/保持电路)、模/数转换电路以及时钟逻辑电路。在 A/D转换期间,外部输入的模拟信号首先经模/数转换器变成数字信号,在软件程序的控制下,写入到8255,采样停止后,数据通过接口输送到计算机内部,随后即可对其进行各种需要的分析与处理。此电路的核心芯片选用8255实现, 8255A是Intel公司生产的可编程输入输出接口芯片,它具有三个8位的并行I/O口,具有三种工作方式,可通过程序改变其功能,因而使用灵活方便,通用性强,可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路[2]。

1.2　信号输入电路信号的多路输入/多路选择是一种广泛用于计算机系统和通信系统的技术。本采样板采用一个37针插件DB1与外部电路进行联系它是从多个信号源中,选择一路或几路信号进行输入。

1.3　前端电路前端电路(阻抗变换电路、采样/保持电路)是数据采集卡的前端输入电路,利用LM318芯片组成射极跟随器和 LF398组成采样/保持器来实现,利用射极跟随器的高阻抗输入,低阻抗输出,将外界输入信号与电路板隔离开,避免因外界信号的过大而烧坏电路板;利用LF398采样速度快、精度高、下降速度慢等优点实现信号的采样和保持[3]。

1.4　多路选择电路多路选择电路采用模拟开关CD4066实现,因本数据采集卡实现对八路信号的采集,其中第一路和第二路采集的是检波信号,即信号的峰值点,当输入电压信号经LM318隔离输出后,经过二极管限幅,对电容充电,当充电达到最大值时,CD4066打开,电容通过R5放电,峰值电压信号被采集, 然后经LF398放大输出到ADC0809。

1.5　A/D转换电路 A/D转换电路是数据采集卡上最重要的组成部分,它的性能决定着整块采集卡的性能。它与单片机8255连接电路原理图如图2所示,在采样期间,在时钟信号CLOCK的上升沿配合START信号将信号采回,然后在ALE信号的作用下送至8255[4]。图2　连接电路原理图 1.6　时钟逻辑电路目前计算机内部自带时钟大多在几M以上,而8255的工作时钟在500 k以下,所以要对计算机ISA总线提供的时钟进行分频,分频电路采用74LS197实现,让其输出端Q0、 Q1、Q2、Q3分别为一分频、二分聘、四分频、八分频,分频后输出采用短路环形式,根据不同计算机的ISA总线提供的不同时钟采用不同的分频形式。

2　系统软件设计采集卡驱动程序应具有控制采样的启动与结束、显示采集到的超声信号、可以把采集到的数据存储到硬盘上的功能。控制程序首先对采样系统的硬件系统进行初始化处理, 然后对一通道和二通道进行数据采样[5],采样结束后延迟一定的时间(采用查询方式,等待ADC0809转换结束),读取数据,进行显示、存储。具体程序由于篇幅原因未在此写出。

3　数据采集系统性能测试数据采集卡及其驱动程序制作完成后,将本卡安装于 ISA总线插槽内,对其软硬件进行了测试。结果显示:.硬件电路连线良好,没有出现需焊点和断线现象;各芯片供电电压正确,芯片都能独立正常工作;观察ADC0809的触发信号、A/D转换结束信号、输出允许信号,时序正确;观察各通道显示波形,与输入波形相符合。从而证明本文研制的超声信号计算机采集系统,已达到工程应用的标准,可以用于超声检测的实际应用中。

4　结束语本数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。本文详细阐述了基于ISA总线的超声信号计算机的数据采集系统。该系统对于实现超声信号的实时处理以及超声检测的自动化、图像化具有非常重要的工程应用价值。

参考文献 [1]　王从民.数据采集系统的开发与应用[J].自动化仪表, 1994(11): 21-23. [2]　徐曾澍.多功能单片计算机数据采集系统[J].哈尔滨建筑工程学院学报, 1994(2): 33-35. [3]　杨拥民.单片机在数据采集中的一种应用[J].黑龙江自动化技术与应用, 1994(1): 55-57. [4]　曹茂永,冯彦军,张逸芳.单片机高速数据采集系统 [J].数据采集与处理, 1997(2): 38-39. [5]　田亚娟.基于单片机的数据采集控制[J].甘肃科技纵横, 2004(4): 45-46.（本论文由上海论文网://shlunwen. 整理提供，如需转载，请注明出处或联系我们的客服人员）