用单片机实现高频信号的数据采集

一.概述
    
    　在对高频信号的处理中，一般情况下，人们习惯于选用速度快，内存大的计算机，并配备高速的A/D采样板，但这样造成仪器成本的增加，体积大，对运行环境要求严格，而且当距信号源距离较远或测量多路信号时，都将为信号的处理，传输增加困难，有些情况甚至无法实现。用单片机实现高速采集又受到她本身存储容量及运行速度的限制。但考虑到8031单片机具有很强的外围扩展能力，采取在进行数据采集时，由硬件实现。当采集完毕，由8031进行数据分析处理。从而实现容量扩充和高速数据采集。

    二.系统的组成及工作原理
    
    　本系统以8031单片机为中央处理器，外扩8kEPROM（2764），8kRAM（6264）等。采样部分采用美国RCA公司的CA3318芯片（CA3318为CMOS视频速度8位闪烁A/D转换器，转换速率可达15MHz，它的A/D转换电路如图1所示）及静态RAM为。另配二进制计数器、三态输出缓冲器、触发器等芯片构成。采用对RAM进行双端口隔离，首先控制8031启动无需其干预的由硬件实现的采样、存储。再由计数器的位控制实现采样存储数据的分析、计算等工作。

    三.系统的工作过程
    
    　电路原理为了启动系统进行高速数据采集，首先由8031单片机的P1.0口发出一脉冲信号，该信号使单脉冲触发电路清零，使U16:A输出高电平，打开与非门U7：A。当有信号输入时，供给U14：B上升沿触发信号，使U14：B的Q端置“1”状态。

    　当U7：A输出两个脉冲时，U4：B输出一个脉冲，同时U16：A低电平输出，使74LS132输出固定电平。U14：B的单脉冲输出使二进制地址发生器清零，以确保采集到的数据从存储器的零地址开始存储。同时经反相后控制触发器U1，使触发器U1置“1”状态，U1的Q端控制三态输出缓冲器U2、U3及收发器U4使其高阻状态，关闭8031系统与外部RAM侧的总线。而U1的端控制三态输出缓冲器U5、U6、U7使其处于使能状态，以及使CA3318工作。此时系统为采样存数状态，把模拟信号经A/D转换后高速的送到外部RAM中。当全部数据存满后，利用二进制地址发生器的位向CPU发出中断申请，转入中断服务程序，同时将U1置“0”，U5、U6、U7禁止，而U2、U3、U4使能，即关闭外部RAM与CA3318侧的总线，打开外部RAM与CPU一侧的总线，由8031控制系统进行后续的数据处理。为增强系统的抗干扰能力，利用内部的8kRAM（6264），可进行数据滤波工作。系统实现采样、数据滤波、显示、报警、打印及向上位机传递工作。

    　为保证系统采集到正确的信号，对放大滤波后的模拟信号，分别送入采样环节和经过比较、光隔离后的触发控制环节。利用D型触发器74LS74构成单脉冲输出电路控制触发器U1置“1”。其原理如图3所示。

    四.结论
    
    　对于静态RAM的存储速度是纳秒级的，只要A/D转换速率允许，通过对8031单片机外围的扩展，系统可实现对高频信号的采样要求。在采样频率小于300kHz的实验中达到了设计要求。对多路、远距离信号可采用串行通讯方式加以解决。启动数据采集只需一个清零负脉冲而且当需要增加数据采集量时只需改变二进制计数器的位数和选用较大的RAM就可。该系统具有体积小、功能全、安装方便、投资少等特点。

　　信息ＩＣ７２