專利名稱：多通道高速數(shù)據(jù)采集裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，特別適用于高速動(dòng)態(tài)模擬參數(shù)測(cè)試。
目前在多通道高速(500KHZ左右)數(shù)據(jù)采集裝置中，尚未見(jiàn)有用單片A／D轉(zhuǎn)換器及低速采樣保持器(以下簡(jiǎn)稱采——保器)組成的廉價(jià)裝置，通常，采用一組價(jià)格昂貴的高速采——保器與多片A／D轉(zhuǎn)換器配合使用，工作時(shí)該組采——保器同時(shí)進(jìn)入采樣狀態(tài)或同時(shí)進(jìn)入保持狀態(tài)，由與之相對(duì)應(yīng)的A／D轉(zhuǎn)換器將處于保持狀態(tài)采——保器內(nèi)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)中，這種裝置不僅價(jià)格昂貴，且由于A／D轉(zhuǎn)換器的體積大，所以裝置中采用較多的A／D轉(zhuǎn)換器，使整個(gè)裝置體積增大，乃至不能將其置于計(jì)算機(jī)箱體內(nèi)成一整體、方便使用。
綜上所述，本發(fā)明的目的旨在提供一種價(jià)格低，體積小，可以直接置于計(jì)算機(jī)箱體內(nèi)以成一整體、方便使用的多通道高速數(shù)據(jù)采集裝置。
發(fā)明任務(wù)是以如下方式實(shí)現(xiàn)的采用兩組采－保器，并使之交替處于保持或采樣狀態(tài)，運(yùn)用多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，依次將處于保持狀態(tài)采——保器中的模擬信號(hào)接通傳給A／D轉(zhuǎn)換器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。其中采——保器可用普通的廉價(jià)低速采——保器，A／D轉(zhuǎn)換器可僅用一片，以其每次轉(zhuǎn)換結(jié)束的信號(hào)，產(chǎn)生下一次A／D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)脈沖信號(hào)，使A／D轉(zhuǎn)換器始終處于連續(xù)工作狀態(tài)。
由于發(fā)明裝置中用的采——保器是普通的廉價(jià)采——保器及僅一片A／D轉(zhuǎn)換器，故該裝置不僅成本低，且整個(gè)裝置體積小，可直接置于計(jì)算機(jī)箱體內(nèi)成一整體，方便使用，同時(shí)，因A／D轉(zhuǎn)換器始終處連續(xù)工作狀態(tài)，所以能有效地提高A／D轉(zhuǎn)換器的利用率，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速采集。
以下結(jié)合附圖對(duì)發(fā)明裝置作詳細(xì)描述。


圖1是發(fā)明裝置的原理框圖；圖2是四通道雙路采樣保持電路；圖3是發(fā)明裝置一種電路實(shí)例(以四通道為例)其中的雙路采樣保持電路由圖2示出；圖4是四通道高速數(shù)據(jù)采集裝置的外形圖。
參照?qǐng)D1，發(fā)明裝置可分為主電路和控制電路二部分，其主電路包括由兩組采——保器(交替處保持、采樣狀態(tài))構(gòu)成的雙路采樣保持電路1，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2，跟隨器3，A／D轉(zhuǎn)換器4及數(shù)據(jù)鎖存器5，被采集的多通道模擬信號(hào)Ain進(jìn)入雙路采樣保持電路1中，經(jīng)采樣和保持后，由多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2輪流切換，保證將處于保持狀態(tài)的一組模擬信號(hào)依次接通，經(jīng)跟隨器3作阻抗匹配后送入A／D轉(zhuǎn)換器4中，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，而后鎖存到數(shù)據(jù)鎖存器5內(nèi)，由計(jì)算機(jī)將數(shù)據(jù)取走。上述主電路的工作是在控制電路的控制下實(shí)現(xiàn)的，其控制電路包括整形電路6，分頻器7，開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路8，封鎖電路9，啟動(dòng)脈沖形成電路10，工作時(shí)，一個(gè)采樣脈沖SC，經(jīng)整形電路6整形變成了窄脈沖，該窄脈沖一路經(jīng)分頻器7二分頻后，到雙路采樣保持電路1中，使兩組采——保器改變采樣和保持狀態(tài)。另一路通過(guò)啟動(dòng)脈沖形成電路10產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換器的第一個(gè)啟動(dòng)脈沖信號(hào)，以使A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，還有一路進(jìn)入開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路8，使計(jì)數(shù)器復(fù)位，與此同時(shí)，由分頻器7和開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路8的輸出信號(hào)共同控制多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)2，使其接通一組處于保持狀態(tài)的第一通道模擬信號(hào)，該信號(hào)通過(guò)阻抗匹配，進(jìn)入A／D轉(zhuǎn)換器中。A／D轉(zhuǎn)換器在完成第一次轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量被存入數(shù)據(jù)鎖存器5內(nèi)，而用A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，一向計(jì)算機(jī)發(fā)取數(shù)請(qǐng)求，讓計(jì)算機(jī)把數(shù)據(jù)鎖存器中的數(shù)據(jù)取走，二去開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路8計(jì)數(shù)，并與分頻器配合，共同控制多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)接通一組處于保持狀態(tài)的第二通道模擬信號(hào)，三經(jīng)啟動(dòng)脈沖形成電路產(chǎn)生第二個(gè)啟動(dòng)脈沖信號(hào)，使A／D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)換。以后類推，均以本次A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)去產(chǎn)生下次A／D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)脈沖信號(hào)。其A／D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換次數(shù)等于一個(gè)采樣脈沖采集進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)通道個(gè)數(shù)。對(duì)應(yīng)一個(gè)采樣脈沖，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換器在完成末次轉(zhuǎn)換后，為阻止繼續(xù)產(chǎn)生A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)脈沖信號(hào)，在發(fā)明裝置中又設(shè)置了封鎖電路9。而當(dāng)下一個(gè)采樣脈沖到時(shí)，該裝置又重復(fù)上述全過(guò)程，由此可見(jiàn)，A／D轉(zhuǎn)換器一直處于連續(xù)工作狀態(tài)。
為了進(jìn)一步闡述發(fā)明構(gòu)成，下面以圖2，圖3電路實(shí)例加以說(shuō)明。
發(fā)明裝置適用于多通道模擬信號(hào)輸入，裝置中所用的采——保器數(shù)量取決于模擬信號(hào)通道數(shù)，其雙路采樣保持電路是由數(shù)量等于被采集模擬信號(hào)通道數(shù)兩倍的采——保器均分成兩組而成?，F(xiàn)以最常用的四通道數(shù)據(jù)采集為例，比如掃描彩色圖象，通常一個(gè)掃描脈沖對(duì)應(yīng)于畫面上一個(gè)彩色象點(diǎn)，每個(gè)彩色象點(diǎn)又分成R，G，B三基色和N中性四個(gè)色電平，對(duì)于四通道模擬信號(hào)Ain1，Ain2，Ain3，Ain4輸入，見(jiàn)圖2，采用了八個(gè)采——保器，本例中用的是通用廉價(jià)低速采——保器LF398，將這八個(gè)采——保器均分成上下兩組構(gòu)成雙路采樣保持電路，稱上面4個(gè)采——保器A1，A2，A3，A4為A組，下面4個(gè)采——保器B1，B2，B3，B4為B組，將模擬信號(hào)Ain1輸入A1，B1，Ain2輸入A2，B2，Ain3輸入A3，B3，Ain4輸入A4，B4。輸入信號(hào)分別接到各采——保器的AI腳，來(lái)自分頻器的信號(hào)由P點(diǎn)輸入，一路直接接到A組各采——保器的邏輯電平輸入端LI腳，另一路經(jīng)非門G1接到B組各采——保器的邏輯電平輸入端LI腳，當(dāng)分頻器的輸出信號(hào)為低電平時(shí)，則A組采——保器的邏輯電平輸入端為低電平，A組處于保持狀態(tài)，而此時(shí)B組采——保器的邏輯電平輸入端為高電平，B組處于采樣狀態(tài)，這時(shí)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)CD4501按通道Ain1，Ain2，Ain3，Ain4次序，依次將處保持狀態(tài)的A1，A2，A3，A4采——保器上的模擬信號(hào)接通，并使接通信號(hào)A11，A12，A13，A14輪流于F點(diǎn)輸出。反之，當(dāng)分頻器輸出為高電平時(shí)，則B組進(jìn)入保持狀態(tài)，A組進(jìn)入采樣狀態(tài)，這時(shí)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)將依次接通B1，B2，B3，B4采——保器上的模擬信號(hào)，并使接通信號(hào)A21，A22，A23，A24輪流于F點(diǎn)輸出。
參照?qǐng)D3實(shí)例，對(duì)于四通道模擬信號(hào)輸入，對(duì)應(yīng)一個(gè)掃描脈沖，A／D轉(zhuǎn)換器要進(jìn)行四次轉(zhuǎn)換。掃描脈沖SC經(jīng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(這里用74LS1231中兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中的一個(gè))整形，使輸出1Q腳脈沖形狀變窄，該窄脈沖經(jīng)分頻器74LS741二分頻后在P點(diǎn)輸出，作為雙路采樣保持電路中兩組采——保器交替工作的控制信號(hào)，同時(shí)該窄脈沖觸發(fā)74LS1231中的另一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，在2Q腳輸出，經(jīng)由或門G2，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS1232，或門G3和與門G4構(gòu)成的啟動(dòng)脈沖形成電路，形成A／D轉(zhuǎn)換器MAS0801的第一個(gè)啟動(dòng)脈沖，使A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，該數(shù)字量經(jīng)非門G5的控制鎖存在數(shù)據(jù)鎖存器74LS374中，而MAS0801的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，經(jīng)非門G5的另外三路其中一路到雙D觸發(fā)器74LS743產(chǎn)生計(jì)算機(jī)取數(shù)請(qǐng)求；另一路經(jīng)啟動(dòng)脈沖形成電路，形成A／D轉(zhuǎn)換的第二個(gè)啟動(dòng)脈沖，以后第三、第四個(gè)啟動(dòng)脈沖均與同樣方式形成；還有一路經(jīng)與門G6至開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路74LS742作計(jì)數(shù)用。由于或門G3的二個(gè)輸入端，其一端與單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS1232的輸出端相連，另一端與D觸發(fā)器74LS743的輸出端2Q相連，所以能保證計(jì)算機(jī)及時(shí)取走鎖存器內(nèi)的數(shù)據(jù)，并迅速反饋A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束的信號(hào)。當(dāng)?shù)谒拇蜛／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，為了封鎖可能產(chǎn)生的第五個(gè)A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖，在發(fā)明裝置中設(shè)置了封鎖電路，它由與門G6，G7，G9，G4非門G10，G11，G8構(gòu)成。與門G7的二個(gè)輸入端與開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路 74LS742的二個(gè)輸出端1Q，2Q相連，這二個(gè)輸出端可能出現(xiàn)的計(jì)數(shù)狀態(tài)有四種“00”，“01”，“10”，“11”，前三種狀態(tài)使與門G7的輸出一直保持低電平，則與門G9的輸出亦一直為低電平，G10輸出高電平，這樣與門G4的輸出取決于或門G3的輸出，保證第一、二、三、四個(gè)A／D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)脈沖順利通過(guò)G4，當(dāng)?shù)谌蜛／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，其結(jié)束信號(hào)一方面形成第四個(gè)A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖，另一方面使開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路輸出端呈“11”狀態(tài)，這時(shí)與門G7輸出為高電平，由于G4輸出的啟動(dòng)脈沖信號(hào)為一脈沖信號(hào)，脈沖過(guò)后為低電平，而經(jīng)G11為高電平，這樣與門G9二個(gè)輸入端均為高電平，經(jīng)非門G10后為低電平，這就禁止了由于第四次A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的來(lái)到而產(chǎn)生第五個(gè)A／D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)脈沖，從與門G4通過(guò)。這里G8輸出變?yōu)榈碗娖剑归_(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路輸出的“11”狀態(tài)保持不變。而依靠下一個(gè)掃描脈沖到來(lái)，經(jīng)74LS1231整形后輸出的窄脈沖，通過(guò)G12使開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路輸出端1Q，2Q復(fù)位為“00”狀態(tài)。
多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)依次接通模擬信號(hào)是在分頻器和開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路的控制下進(jìn)行的，雙路采樣保持電路中8個(gè)采——保器的輸出信號(hào)加到多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的CD4051的輸入端，而開(kāi)關(guān)的三個(gè)控制端R、S、T，其R、S端分別與開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路的1Q、2Q相連，T端與分頻器的1Q端相連。雙路采樣保持電路中A，B兩組采——保器中的哪一組模擬信號(hào)可能選通，是受分頻器控制的，如果掃描脈沖SC的第一個(gè)周期使分頻器輸出端1Q為低電平，可選通A組的信號(hào)A11，A12，A13，A14，則第二個(gè)周期使分頻器1Q端輸出為高電平，可選通B組的信號(hào)A21，A22，A23，A24，而具體每一組四個(gè)信號(hào)中的哪一個(gè)信號(hào)可選通，受R，S端控制，即受開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路控制，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路的每一種計(jì)數(shù)狀態(tài)，僅可選通一個(gè)信號(hào)。
發(fā)明裝置外形如圖4所示，集裝于一塊印刷電路板上可直接置于計(jì)算機(jī)箱體內(nèi)。本發(fā)明裝置可廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域中的信號(hào)檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集，凡采樣時(shí)間在2μs以上者均可使用。
權(quán)利要求1.一種多通道高速數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于該裝置有主電路和控制電路二部分，其主電路由兩組采-保器構(gòu)成的雙路采樣保持電路[1]，多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)[2]，跟隨器[3]，A/D轉(zhuǎn)換器[4]及數(shù)據(jù)鎖存器[5]組成，控制電路包括a)整形電路[6]，將采樣脈沖變成窄脈沖；b)分頻器[7]，將窄脈沖二分頻后輸入雙路采樣保持電路[1]中，使其內(nèi)的兩組采-保器交替處于采樣、保持狀態(tài)；c)開(kāi)關(guān)計(jì)數(shù)電路[8]，計(jì)數(shù)并與分頻器的輸出共同控制多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)[2]，讓其把處保持狀態(tài)的采-保器中的模擬信號(hào)依次接通，供A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換；d)封鎖電路[9]，在A/D轉(zhuǎn)換器完成末次轉(zhuǎn)換后，封鎖住轉(zhuǎn)換器繼續(xù)轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)脈沖信號(hào)；e)啟動(dòng)脈沖形成電路[10]，產(chǎn)生A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)脈沖信號(hào)。
2.按權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所說(shuō)的雙路采樣保持電路是由數(shù)量等于被采集模擬信號(hào)通道數(shù)兩倍的采——保器均分成兩組而成。
3.按權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所說(shuō)的A／D轉(zhuǎn)換器僅用一片，以其每次轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)去產(chǎn)生下一次轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)脈沖信號(hào)，其轉(zhuǎn)換次數(shù)等于一個(gè)采樣脈沖采集進(jìn)來(lái)的模擬信號(hào)通道個(gè)數(shù)。
4.按權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所說(shuō)的封鎖電路是由與門G6，G7，G9，G4非門G10，G11，G8構(gòu)成。
5.按權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于所說(shuō)的啟動(dòng)脈沖形成電路是由或門G2，G3和與門G4，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS1232構(gòu)成。
6.按權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于整個(gè)裝置集裝于一塊印刷電路板上，可直接插入計(jì)算機(jī)箱體內(nèi)。
7.按權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集裝置，其特征在于構(gòu)成雙路采樣保持電路的采——保器是廉價(jià)低速采——保器。
專利摘要“多通道高速數(shù)據(jù)采集裝置”是一種模數(shù)轉(zhuǎn)換裝置，它利用多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)，將交替處于保持或采樣狀態(tài)的兩組采樣/保持器中的一組處保持狀態(tài)的采樣/保持器的模擬信號(hào)依次接通，送入A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。其A/D轉(zhuǎn)換器可僅用一片，而采樣/保持器可用低速廉價(jià)的，故本裝置較現(xiàn)有多通道高速數(shù)據(jù)采集裝置成本低、體積小，能將其置計(jì)算機(jī)箱體內(nèi)成一整體，方便使用，該裝置可廣泛用于各領(lǐng)域中的信號(hào)檢測(cè)的數(shù)據(jù)采集。
文檔編號(hào)G11C27/02GK2057022SQ8921464
公開(kāi)日1990年5月9日 申請(qǐng)日期1989年7月27日 優(yōu)先權(quán)日1989年7月27日
發(fā)明者王谷音, 劉保鏞 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)