用并行口進行數據采集與控制

? 在過程控制及各種儀器儀表中,可由微型計算機完成實時數據采集與控制。計算機所加工的信息總是數字量。被測量或測量對象的有關參量往往是一些連續變化的模擬量,如溫度、壓力、流量、速度等。因此必須將這些模擬量轉化為數字量,以送入計算機進行加工,這一過程為模數轉換(A/D)。由計算機加工的數字量,轉換為模擬量,對被控對象進行控制,這一過程為數模轉換(D/A)。

　　使用PC機進行數據采集,便攜機和筆記本具有自身的優點。便攜機、筆記本重量輕、通用性好,方便攜帶,滿足數據采集工作隨時隨地進行的要求。但由于便攜機和筆記本內,缺少數據采集所需要的內置ISA擴展槽。因而需用并行口或RS232來進行數據采集。若利用便攜

圖1　通用采集卡結構

圖2　一種專用的數據采集卡

圖3　×彈膛壓曲線

??? 下位機和筆記本的串口RS-232進行數據采集,速度會受到很大的限制,因此我們利用便攜機和筆記本的并行口(Standard Parallel Port)進行數據采集。并行口分為普通型和增強型兩種,盡管普通型并行口只有150KB/s的傳輸率,且由于數據線是單向的,無法直接完成信號的數據采集,而增強型的并行口有高達2MB/s的傳輸率,可以直接完成信號的數據采集,但考慮到586以下(除部分晚期大486外)的機型均不具備增強型的并行口,為了使數據采集卡有較強的適應性,這里仍選用普通型并行口為設計對象。

1.通用數據采集卡的結構及工作原理

　　通用數據采集卡的結構如圖1所示,包括微弱信號放大、通道轉換控制、時基發生器、時序控制器、采樣/保持控制、A/D轉換控制、D/A轉換控制、轉換驅動電路、數據讀入、讀出接口控制幾部分。其工作原理是被測量(如：溫度、壓力、流量、速度等)經相應的傳感器轉換為電信號,經過微弱信號放大器(包括電壓放大器、電流——電壓轉換、電荷放大器及低通濾波器)后,弱小的信號放大到與A/D轉換輸入電壓相匹配;通道轉換控制完成多路被測量或被控量輪流切換,分時與模數、數模轉換電路接通的任務;時基發生器為A/D、D/A轉換提供時鐘信號或啟動信號;時序控制器用來控制A/D轉換、D/A轉換的正確進行;采樣/保持電路保證A/D轉換期間,保持輸入信號不變,它對A/D轉換的精度起著決定性的影響;轉換驅動電路完成對D/A轉換控制輸出信號的轉換及功率放大;數據讀入、讀出接口控制電路完成與并行口的連接。

圖5　××彈膛內加速度曲線

2.通用數據采集卡的應用

　　數據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　專用的數據采集卡

　　專用數據采集卡只對某種或某類特定的被測信號進行采集,即它具有固定的采樣頻率、記錄方式,通常只需要幾個芯片就可以實現。圖2給出了一種專用的數據采集卡電原理圖。

　　圖3給出了利用上述裝置測得的×彈膛壓曲線。

　　2.2　存儲測試裝置

　　圖4是存儲測試系統原理框圖。它的工作原理是：自復位后存儲測試系統就不斷對信號采樣轉換并循環地寫入存儲器,觸發事件到來時,啟動延遲計數器(模塊⑥)按采樣頻率計數,直到計滿設定值,停止這一記錄過程。這時的存儲器地址就是記錄的起始地址,這個地址雖是隨機的,但由于我們記錄的只是一個過程,因此完全可以通過數據形式,得到所需要的有用信號。

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

　　圖5給出了由上述存儲測試系統獲取的××彈發射時膛內加速度曲線。