无级大功率交流稳压电源的设计.
数据采集系统用来采集过程操作数据，并将数据存放于辅助存储器中作以后分析用。
许多数据采集系统需要高速采集数据，这样就没有时间来进行必要或期望的数据处理和简化了。所有的数据都存储在辅存中，并随后对其进行处理以推导出感兴趣的变量。设计采集高速过程数据的专用数据采集系统及其接口是经常的事，而这种专用设计可能是非常昂贵的。功能强的小型和大型计算机用以把数据采集和其他功能(例如：比较实际输出与期望输出)组合到一起，然后再决定为保证输出变量能在预置范围之内而必须采取的控制措施。所需计算能力取决于欲实现的过程控制系统的类型。对过程变量进行比例、比率或三项控制的软件要求是比较琐细的，微机便可用来实现这样的过程控制系统。用许多现行微机来实现要用到合适的过程模型和大量在线数据操作的高速自适应控制系统，是不可能的。基于微机的数据记录仪是用以实现诸如低速数据采集、原始数据的简单数学处理以及一些某种形式的数据简化之类的中间功能。没有任何可编程计算功能的第一代数据记录仪，只能用于最多100个通道的低速数据采集。所有采集到的数据都可以穿孔到纸带或打印出来供以后分析用。这种硬连线的数据记录仪现在正被带有微机并能由用户编程的新一代数据记录仪所取代。它们提供了一种极好的收集过程数据的方法，使用标准化接口，而后进行必要的运算以向过程操作员提供他所感兴趣的信息。分析采集到的数据，可以建立过程变量间的相互关系(如果有的话)，还可建立自适应和优化过程控制所需的数学模型。数据记录仪的数据采集功能因记录系统而异。简单数据记录系统只采集几个通道的数据；而复杂的系统要从几百个，甚至几千个分布在一个或多个过程中的输人通道采集数据。低档次的数据记录仪按顺序扫描连至变送器或传感器的所选通道，并以数字形式记录数据。数据记录仪可设计成专用的，意即仅能从特定类型的变送器和传感器采集数据。最好是采用非专用的数据记录仪，因为任何传感器或变送器均可通过合适的接口电路连至各通道。这种仪器要求使用合适的信号调理模块。微机控制的数据采集便于对大量传感器进行扫描。扫描速率由信号动态特性决定，即某些通道务必以甚高速扫描，以避免混叠误差；而当以较低速扫描其他通道可以较低速扫描，也几乎不会有信息丢失。在某些数据记录应用中，高速通道的采样速度要求高达每秒100次，而慢速通道的采
样可以每5分钟一次，常规不可编程的硬连线数据记录仪按顺序采集所有通道，而且所有通道采样频率必须相同。这种方法导致大量数据的堆积，其中一些据是不必要的，同时也降低了整体的有效采样频率。基于微机的数据记录仪可用比其他低速通道高的频率扫描一些高速通道。绝大多数用户可编程数据记录仪可以扫描多达1000个模拟输入通道和1000
数字输入通道。少量具有较高复杂程度的数据记录仪适于采集高达15000个模拟和数字通道。来自数字通道的数据可以是TTL。(晶体管-晶体管逻辑)形式或触点闭合信号。模拟数据在记录之前必须转换为数字形式，这就需要使用合适的模数转换器(ADC)。ADC的特性决定着所能达到的分辨率和对各种通道的采样速度。增大模数转换器的位数可改善其分辨率能力。逐次逼近式ADC比积分式ADC速度快。许多微机控制的数据记录仪都有一个对通道扫描速度进行编程的部件。典型的扫描速度从每秒2通道到每秒1000通道。大多数数据记录仪的分辨率能力在±0．0l％或者更好一些。达到l微伏的分辨率也是可能的。严格地讲，分辨能力还取决于输入信号的范围。标准输人信号范围为0～10伏、0～50伏和0～100伏。最低可测量信号在1ixV和50斗V之间。要达到较高的记录精度可以使用能接受小范围且范围可选的数据模块。另一种方法是使用某些数据记录仪上已有的测量范围自动可调的装置。采集并记录在适当的存储器件中的数据的精度是极其重要的。因此，数据采集模块应必须能抑制共模噪声和共模电压。典型的共模噪声抑制能力在110dB到150dB之间。分贝(dB)是描述两个信号的功率之比的术语。因此，如果参考信号和实际信号之功率大小分别为NR．和NA。，那么它们就会有一个n分贝的比率，n=10Log1o(NA／NR)•典型的微机数据记录仪的最大抗共模电压已达到200至500伏。在进行数据处理或比较之前，要对每个数据记录仪通道的输入电压进行测量、换算和线性化。
在许多情况下，根据从输人传感器接收的数据信号值来调整通道的采样频率是必要的。通常情况下，一个通道可以每10分钟采样一次。然而，如果传感器的信号达到了报警l限。显然此时希望对该通道每分钟采样一次甚至更快些，以便通知操作员避免发生重大事故。微机控制的智能数据记录仪可根据过程信号之值编程调整采样频率。其他的数据记录仪包括能对采样进行初始化的自扫描模块。常规的硬连线数据记录仪，由于没有任何可编程的部件，只能以确定的采样间隔记录变送器输出的瞬时值。这种原始数据对一般用户来说是没有什么意义的。要使这种数据有意义，就要用校正曲线对数据线性化和换算，以便用合适的工程单位确定变量的实际值。在可编程数据记录仪出现之前，该功能通常是在微机或大型机上以离线方式实现的。原始数据必须以二进制码或十进制码形式穿孔打在纸带上，然后输入到作分析目的用的计算机中去，并转换成工程单位。纸带穿孔机是低速机械设备，它降低了通道的扫描速度。另外一种方法是打印出原始数据值，这更降低了数据扫描速度。从而不可能进行任何越限比较和提供报警信息。数据记录仪采集的每一个值都要记录下来，尽管在以后的分析中它没有什么用；许多数据值只有在超出预先设定的高、低限时，才需记录。
如果模拟数必须传输一段距离，信号源与终点之间接地电位差将增加接口设计的噪声。为了将共模干扰从要记录或处理的信号中分离出去，可使用为此目的而设计的仪用放大器之类的器件。仪用放大器的特征有：良好的共模抑制能力，高输入阻抗，低漂移，增益可调以及比运算放大器更高的价格。它们从单片集成电路到封装组件，以及较大的具有人工定标和调零能力的架装模块。如果共模电压相当高，或需要极低的共模抑制电流时，就需要隔离放大器。隔离放大器可以用光隔离或变压器隔离。
模拟运算电路是用于对模拟信号进行各种信号调理操作的专用电路。如果精度足够的话，它们能够减轻CPU费时的软件计算。其中典型的运算有：乘法、除法、幂、根、为使变送器线性化的非线性函数、均方根值测量、向量和计算、积分和微分以及电流-电压或电压-电流的转换。其中许多操作在现已买到的器件中都实现了。
如果从许多独立的信号中采集的数据必须由同一微机或通信通道处理时，可以利用多路转换器将输入信号联结至A/D转换器。
多路转化器也可以反过来用，比如当转换器必须将模拟信号分配到许多不同通道时。多路转化器连接在D/A转化器后，这样它就不停地用心的信息输出通道。
在许多系统中，当转化器数字化输入模拟信号时，存在延时。因为转换周期要在转换命令发出之后过一段时间才能结束，故转换过程中信号电平的变化将导致误差。最终值从不代表发出转化命令那一瞬间的数据。采用一保持电路用来采集变化后的模拟信号，并在转换过程中保持该信号。采样-保持电路在多通道分布系统中是常见的，在这种系统中他们使每个通道都将接受和保持信号电平。
为尽可能快速准确地获得数字形式数据，必须使用模/数转换器，它可能是轴角编码器（一种带有数字输出的小模块）或高分辨率，高速的面板仪器。这些装置，将模拟信号输入数据转换成等价的数字形式。A/D转换器的特性包括绝对和相对精度、线性度、单调性、分辨率、转换速度以及稳定性。还有输入范围的选择、输出编码以及其他特点。逐次逼近技术 普遍使用在许多应用场合。其他最流行的计数法有：计数器-比较器和双斜法。后者被广泛地应用在数字电压表中。
D/A转换器将数字形式转换为等效的模拟表示。基本转换器由加权电阻电路 构成，每个加权电阻由特定电平或数字输入数据的权值控制，该电路产生与输入码相对应的输出电压或电流。有一类特殊的D/A转换器具有可处理可变参考源的能力。这就是乘法数模转换器。它们的输出值是由数字输入编码所代表的数与模拟参考电压的乘积，其值可能 从满标度到零，在某些情况下，还会到负值。
过去10年里，由于半导体技术的进步，数据采集的硬件发生了根本的变化，价格也有所下降。然而，至今未变的是设计面临的基本的系统问题。由于受噪声、射频干扰、接地问题、动力线干扰以及从机器偶合到信号线的顺变过程的影响，信号可能变得模糊。将信号从这些影响中分离出去，是应该考虑的问题。
数据采集系统可以分成两大类：（1）适用于如实验这种良好的环境系统（2）恶劣的环境，如工厂，车辆以及军事设施所要求的系统。后一类包括工业过程控制系统，次系统中的温度信息可以由油箱、锅炉、大缸或者布于几英里设施上的管道中的传感器采集而得。这些数据可以发送给中央处理器以供实时过程控制用，钢厂、自动化化工生产以及机床的数字控制便是在这类恶劣的环境里进行的。数据信号的这种脆弱性要求隔离及其他技术。
数据采集系统的另一方面—实验室应用，例如采集来自气体色层谱仪、 频谱仪和其他复杂仪器的信息测试系统，设计者的任务是考虑在理想的环境下，完成高灵敏度的器件，而且为达到要求的信噪比还需作出巨大的努力。
在恶劣环境中运行的系统可能要求部件要适用于宽广的温度范围、有屏蔽、减少共模噪声、前期转换、用于临界测量的冗余电路以及对数字数据的预处理以测试其 可靠性。另一方面，实验室系统温度变化范围较窄，环境噪声也很少。但是较高的精度要求高灵敏度的器件，而且为达到所要求的信噪比还需作出巨大的努力。
我们以后再考虑这些技术，但首先我们考察一下用于这些数据采集系统配置中的一些部件。当不止一个通道要求模数转换时，有必要使用时分的多路切换器以便把模拟输入连至单个转换器或者为每一个输入提供一个传感器，然后通过数字多路切换器把各模数转换器的输出合到一起。
模拟多路器电路允许多个模拟信息通道分时共享模数转换器。模拟多路由一组开关组成，每个开关的输入连至一个模拟通道，各开关的输出连接在一起。各开关由数字输入码寻址。
已有许多机电式和固态模拟开关可用。机电式开关包括：继电器、步进开关、十字开关、水银湿开关以及干簧继电器开关。干簧继电器的开关速度最好约一毫秒。机械开关的直流隔离电阻高，接触电阻低，有处理高达1KV电压的能力，通常并不贵。使用机械开关的多路器适用于要求高分辨率的低速应用场合。它们与低速A/D转换器有良好的接口。但是，机械式开关寿命很短，通常用操作次数来表示。干簧继电器的寿命可能是109次操作，按每秒10次操作计算，寿命为三年。
固态开关器件的操作速度可达30ns，它们的寿命可超过大多数设备的要求。场效应晶体管(FETs)常用于大多数多路器中。它们已经取代了用作开关时能引起较大电压偏置的双极晶体管。FET器件截止时，从漏极到源极有泄漏与其他泄漏相比要小。当器件有稳压二极管保护栅极时，在源极与栅极之间便存在一个附加的泄漏通道。增强型MOS管场效应管的优点是：MUX失电时，开关断开。结型场效应管多路器失电时总是闭合的。最近的发展，CMOS开关的优点是：能够切换的电压达到并包括电压源。加+-10V的电源就能够处理+-10V的信号。模拟多路器的非理想传输以及开路特性会在信号中误差造成静态和动态误差。这些误差包括包括通过开关的泄漏、控制信号对模拟通路的的耦合以及与信号源和后继放大器的交互作用。此外，电路布局能够使这些影响复杂化。由于模拟多路器可能直接连着信号源，而信号源可能没有什过载能力或者过滤后的稳定程度很差，所以这些开关应该为避免通道可能短路而采取的措施之前断开。当切除电源时应避免通道短路是必要的，另外，断电时关通道的特性是期望的。除了通常以二进制编码的的通道寻址线以外，在设置禁止或允许线，不论对哪个通道进行寻址，都可使全部通道断开，是很有用的，这样做不仅简化了多路器串级连接所需要的外部逻辑，在某些通道寻址方式中也是很有用的。对模拟和数字多路器的另一个要求是，容许线上的顺变过程和过载情况以及吸收瞬间能量的能力和无损伤恢复能力。
毕业设计说明书目录
1.毕业实践任务书----------------------------------------------------1
2.外文翻译----------------------------------------------------------1
3.毕业实践调研报告--------------------------------------------------11
4.毕业设计说明书----------------------------------------------------12
4.1 引言----------------------------------------------------------12
4.2 方案论证------------------------------------------------------12
4.2.1方案论证一-------------------------------------------------12
4.2.2方案论证二-------------------------------------------------12
4.2.3方案论证三-------------------------------------------------13
4.3 电气原理框图--------------------------------------------------14
4.4 单元电路设计--------------------------------------------------14
4.4.1系统电源模块-------------------------------------------------14
4.4.2 电压调整电路-------------------------------------------------14
4.4.3 数模转换模块-------------------------------------------------15
4.4.4键盘与显示模块------------------------------------------------17
4.4.5 七段LED数码显示电路----------------------------------------23
4.5 电气原理图--------------------------------------------------------24
4.6 软件设计-------------------------------------------------------25
4.6.1 流程图-----------------------------------------------------25
4.6.2 子程序-----------------------------------------------------25
4.6.3软硬件调试——----------------------------------------------27
5.小结--------------------------------------------------------------29
6.参考文献----------------------------------------------------------29
参考文献
1. 80C51单片机及接口技术. 主编：杜伟略 北京：化学工业出版社，2008.2
2.单片微型计算机接口技术. 主编：翁桂荣、邹丽新.苏州大学出版社，2007.4
3.数字电子电路[M].第1版. 主编：竞新.北京：清华大学出版社，2003
4.单片机原理与应用 主编：詹林 副主编：王卫平
5.单片机原理与接口技术及原理应用（含C51）主编：杨学昭 王东方
6.付晓光. 单片机原理与实用技术[M] . 北京:清华大学出版社,2006.
7.张惠敏. 数字电子技术[M] . 北京:化学工业出版社,2005.
8.梅笙,李玮. 基于AT89C52 控制的数控直流电流源的设计[J ] . 电子测试,2007
9.李林功、吴飞青.单片机原理与应用.北京：机械工业出版社，2007
10.电子CAD技术（第2版）.北京：电子工业出版社，2006
