东北电力学院学报
第20卷第2期
2000年6月 Journal Of Northeast China Institute Of Electric Pow er Engineering Vol. 20,No. 2J un. ,2000文章编号:100522992(2000) 0220047203
一种提高数据采集精度的方法
杨世军1, 任祥远2
(1. 东北电力学院电子技术工程研究所, 吉林吉林 132012;2. 鹤岗电业局, 鹤岗 154100)
摘要:给出了一种实时跟踪数字变化来提高被测输入量精度的一种新方法, 并给出了相应的硬件电路。
关 键 词:精度; 数据采集;A/D 转换器
中图分类号:TP216+ 文献标识码:A
, 就决定了整个测控系统的精度。A/D 转换器的分辨率, , :
a. 选用更多位数的A/D b. c. 改变A/。
, 但是在那些大量程、快变化、高精度的数据采集系统而言其总体效果并不太好, 有的还甚至产生错误的结果。本文针对上述问题在尽可能利用A/D 转换器分辨率的前提下对数据采集系统提高其精度的问题作了一些新的探讨。
1 A/D 转换器提高其精度的措施
A/D 转换器的输入量V in 、输出量D 和基准电压的关系可表示:
n D =(2-1) ×V in /V R EF
或D =KN V in /V R EF
上述两式分别为二进制输出的n 位的逐次比较式(或并行式) 和BCD 码输出的N 位双积分式(或量化反馈式) 的数学表达式。
分析上述两式我们知道, 当n 或N 一定时, 要提高A/D 转换器的精度直接的方法是设法提高V in /V R EF 的比值, 亦即基准电压值的基准转换法和输入量的量程转换法。这两种方法的基本思想相似, 我们就以量程转换法为例:量程转换法是先测出当前信号值, 再根据测量值的大小来确定转换输入信号放大的倍率, 如果输入满量程为5V , 把它分为5档, 当输入信号为0～1V 时就把输入信号放大5倍, 在1～2V 时就把它放大2. 5倍等等。另一种是分段的测量方法:其思路是:先将信号粗测一次, 选定其部分结果由D/A 转换器输出, 再把输入信号与之相减, 把剩下的余量按一定倍率放大后进行第二次精测, 然后把D/A 输出的量和第二次精测量加起来即为测量结果。它们的共同特点是要进行两次测量, 这种
收稿日期:2000201215
作者简介:杨世军(1966-) , 男, 东北电力学院工程师。
48东北电力学院学报第20卷方法对测量信号变化不太快时是适用的, 而对那些变化快的大量程
信号来讲将会造成输入信号超越输入范围的后果, 并且使采样速度
明显降低。
我们先来观测一下图1所示信号的采样过程, 用上述方法先在
t 1时刻采样x 1, 然后根据x 1在t 2时刻对x 2进行放大, 或将x 2-
x 1放大(x 1是x 1经处理后由D/A 转换器输出值) , 它们都会使输入
值超出输入允许范围, 同理根据x 2值来对x 3处理, 这时用量数转换
法将使x 3不放大, 用二次相减转换法将使x 3成为负值。这都是采
集系统所不希望的。为此我们提出了实时跟踪信号变化, 在每个测
量点处即让它有最佳的测量精度, 又不使输入信号超越输入的允许范围。图1 信号采样示意图
2 实时跟踪测量方法
实时跟踪信号变化来调整其输入信号的放大
倍率的方法如图2所示:
所示电路中将输入信号取样, 经过比较器B 1
～B n 后再由优先编码器编码输出控制多路转换
器以达到改变运算放大器A 。
更重要的是我们要将A/D A/, 同
连同A/D 转换器的转换结果一起存到内存中去。
图2 实时跟踪测量原理图
3 数据采集系统实例
根据上述原理我们设计了一个数据采集系统如图3所示:
3. 1 信号跟踪放大部分
基准电压经分压电阻r 1～r n 分压后, 提供给
比较器LM339(B 1～B n ) 作倍率切换值; 输入电压V in 经比较器比较后, 经优先编码74L S354切换高精度运放2037的放大倍数, 同时以编码输出送至74L S77构成的锁存器以供读取。
3. 2 数据采集部分
此部分包括MAX120 12位并行A/D 转换器,2片74L S245总线驱动器,6264数据存储器,CS/RD 产生电路以及RAM 0～12地址形成电路等几部分。
3. 2. 1 CS/RD 产生电路
图3中的D 15:AD触发器74L S74是为了保证时钟和控制的同步。由D 12～D 14的74L S74组成的延迟电路是为了留出一段时间供存储器存放采集到的数据。刚开始工作时将D 15:B的74L S74清零, 此时其输出端Q 为高电平, 然后给采集器一起动脉冲, 驱使D 型触发器D 15:B的输出端Q 变为低电平, MAX120就进入了数据采集状态, 与此同时, 其IN T/BUSY 变为低电平。待数据采集完毕INT/BUSY 升为高电平, 经过50～100ns 的延迟(待数据稳定后) 就可往存储器存放数据, 等到数据存储结束(存储时间由D 14组成的延迟电路200～400ns 的延时来定) , 又可给采集器一切动脉冲, 新的采集过程又要开始。
第2期杨世军等:一种提高数据采集精度的方法 49
图3 数据采集电路
3. 2. 2 RAM0-RAM12地址形成电路
图3中的D 8～D 11是地址形成电路, 从图3中可以看出, 采集到的第一个数据存入0000H 的地址单元中, 然后第一个数据采集完, 计数器74L S393增1, 地址变为0001H , 这个地址用于存放第二个采集值, 依此类推。
参 考 文 献
[1] 易辛编译. 实用电子电路手册(4) [M ].科学技术文献出版社高教出版社. 1992
[2] 孙广俊等. 单片12位数据采集系统MAX120及硬件实现[J].国外电子原器件,1997,11:26～29.
A method for Enhancing the accuracy of data acquisition
YANG Shi 2jun 1, REN Xing 2yu an 2
(1. Department of Research on Electronic Techniques and Engineering ,Northeash China Institue of Electric Power Engineering ,Jilin City 132012;2. Hegang Electic Power Administration ,Hegang City 154100) Abstract :The paper presents a new method ,which using a real 2time following digital change ,enhancing the accuracy of measured input variables. The corresponding hardware circuits are given at the same time. K eyw ords :accuracy ;data acquision ;A/D converter
东北电力学院学报
第20卷第2期
2000年6月 Journal Of Northeast China Institute Of Electric Pow er Engineering Vol. 20,No. 2J un. ,2000文章编号:100522992(2000) 0220047203
一种提高数据采集精度的方法
杨世军1, 任祥远2
(1. 东北电力学院电子技术工程研究所, 吉林吉林 132012;2. 鹤岗电业局, 鹤岗 154100)
摘要:给出了一种实时跟踪数字变化来提高被测输入量精度的一种新方法, 并给出了相应的硬件电路。
关 键 词:精度; 数据采集;A/D 转换器
中图分类号:TP216+ 文献标识码:A
, 就决定了整个测控系统的精度。A/D 转换器的分辨率, , :
a. 选用更多位数的A/D b. c. 改变A/。
, 但是在那些大量程、快变化、高精度的数据采集系统而言其总体效果并不太好, 有的还甚至产生错误的结果。本文针对上述问题在尽可能利用A/D 转换器分辨率的前提下对数据采集系统提高其精度的问题作了一些新的探讨。
1 A/D 转换器提高其精度的措施
A/D 转换器的输入量V in 、输出量D 和基准电压的关系可表示:
n D =(2-1) ×V in /V R EF
或D =KN V in /V R EF
上述两式分别为二进制输出的n 位的逐次比较式(或并行式) 和BCD 码输出的N 位双积分式(或量化反馈式) 的数学表达式。
分析上述两式我们知道, 当n 或N 一定时, 要提高A/D 转换器的精度直接的方法是设法提高V in /V R EF 的比值, 亦即基准电压值的基准转换法和输入量的量程转换法。这两种方法的基本思想相似, 我们就以量程转换法为例:量程转换法是先测出当前信号值, 再根据测量值的大小来确定转换输入信号放大的倍率, 如果输入满量程为5V , 把它分为5档, 当输入信号为0～1V 时就把输入信号放大5倍, 在1～2V 时就把它放大2. 5倍等等。另一种是分段的测量方法:其思路是:先将信号粗测一次, 选定其部分结果由D/A 转换器输出, 再把输入信号与之相减, 把剩下的余量按一定倍率放大后进行第二次精测, 然后把D/A 输出的量和第二次精测量加起来即为测量结果。它们的共同特点是要进行两次测量, 这种
收稿日期:2000201215
作者简介:杨世军(1966-) , 男, 东北电力学院工程师。
48东北电力学院学报第20卷方法对测量信号变化不太快时是适用的, 而对那些变化快的大量程
信号来讲将会造成输入信号超越输入范围的后果, 并且使采样速度
明显降低。
我们先来观测一下图1所示信号的采样过程, 用上述方法先在
t 1时刻采样x 1, 然后根据x 1在t 2时刻对x 2进行放大, 或将x 2-
x 1放大(x 1是x 1经处理后由D/A 转换器输出值) , 它们都会使输入
值超出输入允许范围, 同理根据x 2值来对x 3处理, 这时用量数转换
法将使x 3不放大, 用二次相减转换法将使x 3成为负值。这都是采
集系统所不希望的。为此我们提出了实时跟踪信号变化, 在每个测
量点处即让它有最佳的测量精度, 又不使输入信号超越输入的允许范围。图1 信号采样示意图
2 实时跟踪测量方法
实时跟踪信号变化来调整其输入信号的放大
倍率的方法如图2所示:
所示电路中将输入信号取样, 经过比较器B 1
～B n 后再由优先编码器编码输出控制多路转换
器以达到改变运算放大器A 。
更重要的是我们要将A/D A/, 同
连同A/D 转换器的转换结果一起存到内存中去。
图2 实时跟踪测量原理图
3 数据采集系统实例
根据上述原理我们设计了一个数据采集系统如图3所示:
3. 1 信号跟踪放大部分
基准电压经分压电阻r 1～r n 分压后, 提供给
比较器LM339(B 1～B n ) 作倍率切换值; 输入电压V in 经比较器比较后, 经优先编码74L S354切换高精度运放2037的放大倍数, 同时以编码输出送至74L S77构成的锁存器以供读取。
3. 2 数据采集部分
此部分包括MAX120 12位并行A/D 转换器,2片74L S245总线驱动器,6264数据存储器,CS/RD 产生电路以及RAM 0～12地址形成电路等几部分。
3. 2. 1 CS/RD 产生电路
图3中的D 15:AD触发器74L S74是为了保证时钟和控制的同步。由D 12～D 14的74L S74组成的延迟电路是为了留出一段时间供存储器存放采集到的数据。刚开始工作时将D 15:B的74L S74清零, 此时其输出端Q 为高电平, 然后给采集器一起动脉冲, 驱使D 型触发器D 15:B的输出端Q 变为低电平, MAX120就进入了数据采集状态, 与此同时, 其IN T/BUSY 变为低电平。待数据采集完毕INT/BUSY 升为高电平, 经过50～100ns 的延迟(待数据稳定后) 就可往存储器存放数据, 等到数据存储结束(存储时间由D 14组成的延迟电路200～400ns 的延时来定) , 又可给采集器一切动脉冲, 新的采集过程又要开始。
第2期杨世军等:一种提高数据采集精度的方法 49
图3 数据采集电路
3. 2. 2 RAM0-RAM12地址形成电路
图3中的D 8～D 11是地址形成电路, 从图3中可以看出, 采集到的第一个数据存入0000H 的地址单元中, 然后第一个数据采集完, 计数器74L S393增1, 地址变为0001H , 这个地址用于存放第二个采集值, 依此类推。
参 考 文 献
[1] 易辛编译. 实用电子电路手册(4) [M ].科学技术文献出版社高教出版社. 1992
[2] 孙广俊等. 单片12位数据采集系统MAX120及硬件实现[J].国外电子原器件,1997,11:26～29.
A method for Enhancing the accuracy of data acquisition
YANG Shi 2jun 1, REN Xing 2yu an 2
(1. Department of Research on Electronic Techniques and Engineering ,Northeash China Institue of Electric Power Engineering ,Jilin City 132012;2. Hegang Electic Power Administration ,Hegang City 154100) Abstract :The paper presents a new method ,which using a real 2time following digital change ,enhancing the accuracy of measured input variables. The corresponding hardware circuits are given at the same time. K eyw ords :accuracy ;data acquision ;A/D converter