用單片機數據采集系統研究瞬變過(guò)程

0 引 言

　　在教學(xué)實(shí)驗及科學(xué)實(shí)驗中，我們常常需要了解充電的電壓、電流曲線(xiàn)、放電的電壓曲線(xiàn)，記錄并整理數據，畫(huà)曲線(xiàn)，這里使用單片機數據采集系統可以直觀(guān)了解RC電路的過(guò)渡過(guò)程，用數據采集系統得出的數據計算該RC電路的時(shí)間常數。

1 RC電路的過(guò)渡過(guò)程

　　實(shí)驗電路如圖1所示。


　　當數據采集系統啟動(dòng)后，U1為高電平，晶體三極管T1導通，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(guò)r4及r5充電，充電時(shí)間常數近似為
　　
　　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送入數據采集系統，可以得到256對電容電壓及電容電流的數據。接著(zhù)再啟動(dòng)數據采集系統，U1為低電平，T1截止，＋5V電源通過(guò)r1及D使T2的基極，發(fā)射極間有正向電流，因而T2導通 。這時(shí)C通過(guò)r3、r5、T2放電，放電時(shí)間常數近似為

　　τ放＝（r5＋r3）·C

　　在數據采集系統啟動(dòng)后，給出U_C有256個(gè)數據，由于放電時(shí)間常數小，因此U_C很快到零 ，由于i_c只有負值，讀不出來(lái)，顯示為零。

2 工作原理

2.1 硬件電路的設計

　　本系統的硬件電路可選擇8031單片機為主控制器，加上地址鎖存器373，程序存儲器2764和數據存隼器6116，構成一個(gè)單片機最小系統。在單片機最小系統上擴展ADC0809芯片，DAC0832芯片，構成一個(gè)完整的數據采集系統。
??? 數據采集系統的框圖如圖2所示。
　　　　　　

2.2 軟件設計

　　當單片機控制電路時(shí)，A／D變換器立即工作，單片機分時(shí)對模擬輸入信號進(jìn)行采集，輸入的模擬量變換為數字量后存入單片機存儲器RAM中，然后，單片機將RAM中的數字量送入D／A轉換電路，D／A電路通常輸出與數字量相對應的模擬電流，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(guān)察其過(guò)渡過(guò)程的變化 。程序流程框圖如圖3所示。
　　　　　　　　　

3 結束語(yǔ)

　　本系統可直接從示波器上讀取充電電壓、電流曲線(xiàn)，放電的電壓曲線(xiàn)，記錄并整理數據，由充電曲線(xiàn)上畫(huà)曲線(xiàn)的切線(xiàn)，可求充電時(shí)間常數。由放電曲線(xiàn)上畫(huà)曲線(xiàn)的切線(xiàn)可求放電時(shí)間常數。用數據采集系統研究的瞬變過(guò)程，方便、直觀(guān)，加深對RC電路過(guò)渡過(guò)程的了解。


參考文獻

1　孫育才編．MCS－51系列單片微型計算機及其應用．南京：東南大學(xué)出版社，1998
2　王秀珍編．微型計算機A／D、D／A轉換接口技術(shù)及數據采集系統．北京：清華大學(xué)出版社，1984