16位数据采集电路的设计.docx
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16位数据采集电路的设计
一、实习目的:
1、掌握电子电路题目设计总体思路。
2、学会使用电子电路设计基本软件，如TINA或PROTEL。
3、了解16位ADC的应用领域。
4、设计一个可以采集0~300mV信号数据采集系统。
5、了解HD7279的键盘扫描及数码管显示器件的功能。
6、学会使用HD7279设计数码管显示及键盘扫描驱动电路。
二、实习要求
1、学会使用PROTEL或者TINA软件，设计一个可以采集0-300mv的电压信号的数据采集系统，要求独立完成。
2、学会使用软件设计一个键盘扫描及数码管显示电路。
3、学会使用IAR软件编写MSP430程序，在线编程，实时仿真调试运行，烧写对应数码管及键盘的程序。
4、提交实习报告，报告内容包括：
电路设计原理，试验步骤的简单描述，实验数据及测量结果，在此过程中的收获和体会。
三、实习原理及方法
（一）主要器件介绍：
1.INA差分放大器
图1INA126差分运算放大电路
特性
◆低静态电流：
175μA/路
◆宽电源电压范围：
±1.35V至±18V
◆低失调电压：
最大250μV◆低输入偏置电流：
最大25nA
◆低失调漂移：
最大3μV/℃◆8引脚DIP,SOP-8,MSOP-8表面安装
◆低噪声：
35nV/√Hz双路：
16引脚DIP,SO-16,SSOP-16
极限参数
电源电压V+至V-。
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36V
输入信号电压
（2）。
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（V-）-0.7至（V+）+0.7V
输入信号电流
（2）。
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10mA
输出短路电流。
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连续的
运行温度。
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-55℃至+125℃
储存温度。
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-55℃至+125℃
焊接温度（焊接，10秒）。
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+300℃
注释：
（1）强调超过这个范围可能造成永久损坏。
（2）输入信号电压是限制通过内部二极管连接到电源。
2、ADS1110模/数转换器
ADS1110是一个全差分16位自校准型，带有内部基准的模/数转换器，是精密的连续自校准模/数（A/D）转换器，带有差分输入和高达16位的分辨率，封装为小型SOT23-6。
片内2.048V的基准电压提供范围为2.048V的输入差分电压ADS1110使用可兼容的I2C串行接口在2.7V至5.5V的单电源下工作。
ADS1110可每秒采样153060或240次以进行转换。
片内可编程的增益放大器PGA提供高达8倍的增益，并且允许以高分辨率对较小的信号进行测量，在单周期转换方式中,ADS1110在一次转换之后自动掉电，在空闲期间极大地减少了电流消耗。
ADS1110为需要高分辨率测量的应用而设计，在这种应用中空间和电源消耗是首要考虑的问题，典型应用包括便携式仪器工业过程控制和小型发送器。
图2ADS1110模/数转换器
3、ADS1110模数转换器扩展板介绍
ADS1110模数转换器扩展板是以带有内部基准的16BITΔΣ模数转换器为核心，仪表放大器INA126作为前端信号调理的模数转换器扩展板。
可通过跳线的设置实现差分、单端等不同功能的实用电路。
可通过拨码开关选择板上自带的电池提供的直流电压信号，也可选择外部信号输入接口P5送入的信号，还可选择通过总线送入扩展板的EADC0,EADC1信号。
ADS1110模块结构分布图
图3ADS1110模块结构分布图
表1DS1110模块结构分布表
序号
器件说明
序号
器件说明
1
电池输出电压调整电位器
8
P2总线接口
2
运放RG电位器
9
P3总线接口
3
J1、J8、J9跳线
10
P4总线接口
4
J10~J12跳线
11
S1拨码开关
5
J2~J7、J13、J14跳线
12
P2总线接口
6
外接输入信号屏蔽线插座
13
ADS1110A/D转换器
7
P1总线接口
14
0欧电阻（模拟地数字地短接点）
表2ADS1110模块J1-J14跳线连线表
项目编号
引脚短接
产生功能
引脚短接
产生功能
J1
1-2
电池单元输出0~3V电压
2-3
电池单元输出0~0.7V电压
J2
1-2
AD或运放的反相端接通输入信号的正极
2-3
AD或运放的反相端接通输入信号的负极
J3
1-2
AD或运放的同相端接通输入信号的负极
2-3
AD或运放的同相端接通输入信号的正极
J4
1-2
输入信号的正极接运放的同相端
2-3
输入信号的正极接AD的同相端
J5
1-2
输入信号的负极接运放的反相端
2-3
输入信号的负极接AD的反相端
J6
1-2
AD同相输入端旁路电容接模拟地
2-3
AD同相输入端旁路电容接反相端
J7
1-2
AD反相输入端接模拟
2-3
AD输入接为差分输入
J8
1-2
电池负极接模拟地
2-3
电池负极与模拟地断开
J9
1-2
接通电池
2-3
断开电池
J10
1-2
运放反相输入端接模拟地
2-3
运放输入接为差分输入
J11
1-2
空脚，无功能
2-3
运放输入端接入旁路电容
J12
1-2
Ref引脚接模拟地
2-3
Ref引脚接AD反相输入端
J13
1-2
运放输出端接AD同相输入端
2-3
运放输出端与AD同相输入端断开
J14
1-2
运放Ref端接AD反相输入端
2-3
运放Ref与AD反相输入端断开
4、ADC单端输入模式原理图
图4ADC单端输入模式原理图
5、核心器件是HD7279芯片。
HD7279是一片具有串行接口的，可同时驱动8位共阴式数码管（或64只独立LED）的智能显示驱动芯片，该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵，单片即可完成LED显示、键盘接口的全部功能。
HD7279内部含有译码器，可直接接受BCD码或16进制码。
此外，还具有多种控制指令，如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。
HD7279具有片选信号，可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。
表3HD7279引脚说明表
表4HD7279电特性
图5HD7279引脚图
6、数码管显示及键盘扫描部分原理图：
图6数码管显示及键盘扫描部分原理图
（二）、设计一步骤：
a、模块安装在底板的EXC-1模块安装位置。
b、设置拨码开关及跳线，使扩展板ADS1110工作于差分输入状态。
编号
S1
J1
J2
J3
状态
3、4ON
2-3短接
2-3短接
2-3短接
编号
J4
J5
J6
J7
状态
2-3短接
2-3短接
1-2短接
2-3短接
编号
J8
J9
J10
J11
状态
1-2短接
1-2短接
任意
任意
编号
J12
J13
J14
状态
任意
2-3短接
2-3短接
c、CPU板MSP430F155跳线设置
编号
J7
J8
J9
状态
R/W与中点短接
SDA与中点短接
SCL与中点短接
底板的CPLD_CS第1路拨至ON,其它路拨至OFF。
注：
其它拨码开关及跳线对本实验无影响，不再描述。
d、将430仿真器USB口接计算机，JTAG接口接到MSP430F155CPU板的JTAG接口，开启实验箱电源。
e、在IAREMBEDDEDWORKBENCH中打开并运行ADS1110相应的源程序（后面将详细说明）。
f、调整R10电位器改变输入电压0~3V变化（超过2.048V显示7FFF），观察数码管后四位数据数据变化。
调整完成后可能数据后两位不停的变化。
造成这个现象的原因可能是单圈电位器的机械应力所致。
稍等片刻数据会稳定下来。
也可轻轻敲击电位器，使其应力释放后数据稳定。
h、关闭电源，将跳线J2改为1-2短接，J3改为1-2短接。
开启电源，数码管显示数据为FFFF~8000。
运行编译软件
a、点击任务栏的开始----IAREmbeddedWorkbench启动软件
b、编译器窗口打开后，点击File--Open--Workspace
c、找到欲编译文件的目录ads1110
d、双击ADS1110.eww仿真文件
e、双击左侧main.c打开右侧编译文件
f、点击ProjectDebug进入烧写仿真模式
g、点击菜单中的Debug---Go开始仿真。
实验箱的LED数码显示管显示扩展板ADS1110采集的数据，如未安装ADS1110ADC扩展板则显示0000。
（三）、设计二步骤：
a.影响本实验的跳线及拨码开关设置如下：
底板拨码开关INT7279设置：
引脚编号
1
2
3
4
状态
OFF
ON
OFF
OFF
底板拨码开关CPLD_CS设置：
引脚编号
1
2
3
4
状态
ON
OFF
OFF
OFF
MSP430F155-A扩展板设置（所选丝印为用跳线帽短接位置）
引脚功能
R/W或WR
SDA或SIMO1
SCL或SPICLK1
与中心线短接位置
R/W
SIMO1
SPICLK1
线缆连接
将USB型MSP430仿真器LSD-FET430UIF的JTAG排线插在MSP430F155-A扩展板的JTAG接口。
仿真器的USB线缆插在电脑的USB接口。
b.烧写MSP430F155对应数码管及键盘的接口程序
打开IAREmbeddedWorkbenchMSP430C语言编译环境（软件安装过程在MSP430F155CPU扩展板操作指导书中详细介绍，这里不再重复）。
1）点击菜单中的“File”
2）点击“Open”
3）点击“Workspace”
4）选择KEY_LED目录，并打开
5）双击打开文件key_led.eww文件
6）打开源文件后如下
7）点击Project菜单项
点中的Debug编译下载，并且进入仿真窗口。
8）点击Debug菜单中的Go开始运行仿真程序
四、实习内容
项目一：
数据采集电路的设计
1、设计思路
2、主要芯片
INA126、ADS1110、MSP430、HD7279
3、设计结果（如图）
图716位数据采集电路设计图
4、测试结果
设计一个可以采集0~300mV信号数据采集系统
调整R10电位器，观察数码管显示数据的变化。
项目二：
键盘扫描及显示电路的设计
1、设计思路（根据要求设计出原理图，并列出实验步骤）
2、主要芯片
MSP430、HD7279
3、
升级会员 