這篇集成電路論文發(fā)表了傳輸電路設計和信號采集的探索，信號采集后需要進行數(shù)據(jù)傳輸，由于串口通信協(xié)議簡單，便于實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和控制，因此，進行了串口通信電路的設計。論文進行了常見信號采集和傳輸電路的設計。

　　關鍵詞：集成電路論文,信號采集,串口通信,電路設計

　　引言

　　數(shù)據(jù)采集(DataAcquisition)，指從各種傳感器和被測單元中自動采集數(shù)據(jù)，送到上位機進行處理的過程。被采集的數(shù)據(jù)為溫度、壓力、速度、重量等物理量，通常需要轉換為電信號的形式，主要是模擬量(信號大小和方向隨時間連續(xù)變化)和數(shù)字量(信號在時間上是離散的)。由于數(shù)字量可以直接由計算機接收讀取，不再單獨進行電路設計，但是，由于開關量信號具有跳躍變化、瞬時高壓脈沖的特點，采集過程明顯區(qū)別于一般的數(shù)字信號，因此，需要單獨對開關信號的采集電路進行設計。

　　1模擬信號采集電路

　　采集模擬信號的目的是將模擬信號轉換為計算機可以接收和處理的數(shù)字信號。當前，大多數(shù)的傳感器輸出模擬信號，因此，模擬信號的采集應用非常廣發(fā)。將來自于現(xiàn)場傳感器模擬量采集到控制系統(tǒng)，由于模擬信號不能被計算機直接接收和處理，需要進行模擬量到數(shù)字量的轉化。測控系統(tǒng)多數(shù)時候都需要采集不止一路模擬信號，假如每一路模擬信號的采集都需要采用單獨的控制電路，在成本增加的同時，還會使系統(tǒng)體積變得龐大，導致電路設計困難。對于模擬量采集系統(tǒng)，A/D轉換的精度和速度決定系統(tǒng)的精度和速度，MAX197作為一款常用的模擬信號采集芯片，具有12位的測量精度，轉換速度快，價格低，并且該芯片具有標準的接口，總線時序兼容絕大多數(shù)的微處理器，僅需5V電壓供電，外圍電路簡單，廣泛應用于工業(yè)系統(tǒng)控制、自動測試等領域。圖1模擬量信號集電路模擬信號的采集過程經常需要對信號進行前期處理，作為一種高精度運算放大器，OP07具有較低的輸入失調漂移(溫漂1.3uV/攝氏度，時漂1.5uV/月)、低失調電壓(75uV)、寬輸入電壓范圍(-14V-+14V)、高開環(huán)增益(300V/mV)。由于OP07具有非常低的輸入失調電壓和高開環(huán)增益的特性，非常適合于作前級放大器，實現(xiàn)高增益和微弱信號的測量。圖1為MAX197與Op07配合共同組成兩路模擬信號采集電路。

　　2開關信號采集電路

　　“開”和“關”是最基本的電氣功能。開關量信號，是繼電器接通或者斷開對應的輸出值，即“1”和“0”，是數(shù)字信號的一種。開關信號是控制系統(tǒng)與外部聯(lián)系的紐帶，控制系統(tǒng)通過接收和發(fā)送開關信號，達到控制外部設備的目的。由于開關量只有導通和斷開兩種狀態(tài)，即只有高電平和低電平兩種狀態(tài)，由于外部設備的開關量一般采用電流或者電壓觸點，經常伴隨著瞬時高電壓和高電流的現(xiàn)象，因此，為了能夠安全可靠地采集開關信號，需要進行濾波、隔離保護、轉化等措施。在控制系統(tǒng)中，通常采用光耦合器實現(xiàn)開關量的轉換，光耦合器通常包括發(fā)光器和光接收器，如圖2左側部分TLP521，發(fā)光二極管(接1，2端口)將電信號轉化為光信號，作用于光敏三極管(接3，4端口)的基極上，使其導通，如此便實現(xiàn)了“電-光-電”的轉換。采用74HC245雙向八路緩沖器搭載TLP521光耦合器，可實現(xiàn)多路開關量的采集與傳輸，其基本電路結構如圖2所示。

　　3串口通信電路

　　隨著控制系統(tǒng)應用的發(fā)展，計算機與外界的信息交換越來越重要。串行通信，指計算機與外界設備之間采用一根信號線進行數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)在信號線上一位一位的傳輸，每一位數(shù)據(jù)占用一個固定的時間長度。串行接口作為計算機常用的接口，通信協(xié)議簡單，數(shù)據(jù)傳輸和控制方便，因此，許多外設與計算機采用串行接口進行通信。在系統(tǒng)間進行串口通信，通常需要進行隔離設計，隔離設計既能有效減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)腻e誤率，又能保護系統(tǒng)器件免受高壓破壞。傳統(tǒng)的串口通信RS232采用的是光電組合的形式，通過光束來隔離電路，為系統(tǒng)提供一個安全的傳輸接口。但是光電組合的隔離方式存在傳輸效率低、功耗大、易受干擾等缺點，比如目前使用較多的6N137光電隔離器件，僅提供10Mbps的最高傳輸速率和一個隔離通道，且工作溫度一般不超過70度，這些都限制了光電隔離器件的使用?？紤]到應用的廣泛性，我們采用了ADI公司的AduM1201隔離傳輸芯片，該芯片拋棄了傳統(tǒng)的光電轉換過程，功耗得到明顯降低，僅為光電隔離器件的不到1/10，該芯片還采用iCoupler磁耦合隔離技術，在125度高溫環(huán)境中測試，傳輸可靠性和速率未發(fā)生明顯下降，可以采用小體積封裝，同時該芯片具有更高的傳輸速率和抗干擾能力，能夠同時提供正、反雙向傳輸通道，使得電路設計變得簡單。芯片搭載MAX232芯片構成串口通信電路，如圖3所示。

　　4結論

　　本文進行了常見信號采集與傳輸電路的設計，包括模擬信號采集電路、開關信號采集電路和串口通信傳輸電路。通過分析電路特點信號特點，對選擇的芯片進行了較為詳細地說明，并完成了外接電路的連接。選用Atmegal128芯片作為中央處理器，采用本文的電路進行了模擬量信號(溫度)和開關量信號的采集與傳輸，測試結果表明本文所設計的電路工作性能穩(wěn)定，采集與傳輸數(shù)據(jù)可靠。

　　作者：謝志宏 梁新彬 趙振強 單位：裝甲兵工程學院 石家莊機械化步兵學院

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