用單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究瞬變過程

0 引 言

　　在教學(xué)實(shí)驗(yàn)及科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，我們常常需要了解充電的電壓、電流曲線、放電的電壓曲線，記錄并整理數(shù)據(jù)，畫曲線，這里使用單片機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可以直觀了解RC電路的過渡過程，用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)得出的數(shù)據(jù)計(jì)算該RC電路的時(shí)間常數(shù)。

1 RC電路的過渡過程

　　實(shí)驗(yàn)電路如圖1所示。


　　當(dāng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)啟動后，U1為高電平，晶體三極管T1導(dǎo)通，T1集電極U_C1下降，合二極管D截止，三極管T2也截止，而電容器C通過r4及r5充電，充電時(shí)間常數(shù)近似為
　　
　　τ充＝（r4＋r5）·C

　　電阻r5上的電壓U_r與電容電流成正比，U_C近似為電容器電壓，將U_C與U_r送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，可以得到256對電容電壓及電容電流的數(shù)據(jù)。接著再啟動數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，U1為低電平，T1截止，＋5V電源通過r1及D使T2的基極，發(fā)射極間有正向電流，因而T2導(dǎo)通 。這時(shí)C通過r3、r5、T2放電，放電時(shí)間常數(shù)近似為

　　τ放＝（r5＋r3）·C

　　在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)啟動后，給出U_C有256個(gè)數(shù)據(jù)，由于放電時(shí)間常數(shù)小，因此U_C很快到零 ，由于i_c只有負(fù)值，讀不出來，顯示為零。

2 工作原理

2.1 硬件電路的設(shè)計(jì)

　　本系統(tǒng)的硬件電路可選擇8031單片機(jī)為主控制器，加上地址鎖存器373，程序存儲器2764和數(shù)據(jù)存隼器6116，構(gòu)成一個(gè)單片機(jī)最小系統(tǒng)。在單片機(jī)最小系統(tǒng)上擴(kuò)展ADC0809芯片，DAC0832芯片，構(gòu)成一個(gè)完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
??? 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖如圖2所示。
　　　　　　

2.2 軟件設(shè)計(jì)

　　當(dāng)單片機(jī)控制電路時(shí)，A／D變換器立即工作，單片機(jī)分時(shí)對模擬輸入信號進(jìn)行采集，輸入的模擬量變換為數(shù)字量后存入單片機(jī)存儲器RAM中，然后，單片機(jī)將RAM中的數(shù)字量送入D／A轉(zhuǎn)換電路，D／A電路通常輸出與數(shù)字量相對應(yīng)的模擬電流，經(jīng)I／V變換成模擬電壓值。得到的模擬電壓與輸入模擬信號一致，可用示波器觀察其過渡過程的變化 。程序流程框圖如圖3所示。
　　　　　　　　　

3 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)可直接從示波器上讀取充電電壓、電流曲線，放電的電壓曲線，記錄并整理數(shù)據(jù)，由充電曲線上畫曲線的切線，可求充電時(shí)間常數(shù)。由放電曲線上畫曲線的切線可求放電時(shí)間常數(shù)。用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究的瞬變過程，方便、直觀，加深對RC電路過渡過程的了解。


參考文獻(xiàn)

1　孫育才編．MCS－51系列單片微型計(jì)算機(jī)及其應(yīng)用．南京：東南大學(xué)出版社，1998
2　王秀珍編．微型計(jì)算機(jī)A／D、D／A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)．北京：清華大學(xué)出版社，1984