专利名称：信号数字化仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种信号数字化仪，属仪器仪表技术领域。
信号数字化是将需要进行计算机数字化分析的模拟电压信号，如测量用传感器测到的电压信号或任何其它的电压信号，在一个受计算机控制的集成系统中进行一系列的预处理，并最终转化为数字量信号数字化仪与计算机仅通过打印机并行口连接和交换数据。它是数字信息处理系统最基本，也是最重要的组成部分之一，是现代测试分析必不可少的，有着广泛的工程技术应用背景。
利用通用计算机代替专用信号处理机进行信号处理和分析，已成为当今国内外信号处理的一大趋势。目前的信号数字化处理，大多是放大、抗混滤波及模数转换等都由分离的仪器或装置连接在一起进行工作。模数转换则是以计算机扩展电路板的形式插入计算机扩展槽中工作。测量时需要分别连接，统一调试。这样使得信号的数字化装置种类繁杂，很不规范，通用性不好。特别是一些在线信号处理，工作起来往往很困难。例如，车辆运行过程中的振动、噪声及工况监测等，目前大多使用便携式或笔记本式微机，现有的模数转换装置(A/D板)均难以安装到这类微机中，而一般微机在此环境下工作很不方便，有时甚至难以进行。此外，由于放大、抗混滤波和模数转换的分离状态，使得测量繁琐，且不易实现程控，一定程度上影响了测量结果的可靠性和精确性。
本发明的目的是设计一种信号数字化仪，以解决上述信号测试中存在的问题，将信号的放大、抗混滤波及模数转换等集成到一个独立的装置中，仅通过微机上的打印机并行口与微机相连接，完成对该装置的计算机控制和数据传递。
本发明设计的信号数字化仪，由信号变换部分、主控部分和手控部分组成，其中的信号变换部分包括
(1)将外部8路电压信号接入的多通道转换器(U51)；(2)将输入的电压信号进行放大的两级程控放大器，由芯片(U53，U39)和运算放大器(U101，U102，U103，U104)组成；(3)将上述放大后的信号进行抗混滤波的低通滤波器(U4 2)和运算放大器电路(U105)；(4)将上述抗混滤波后的信号进行A/D转换的采样保持器(U44)和A/D变换器(U46)；(5)用以将A/D转换后的数字量通过打印机并行口线送入计算机的数据锁存器(U50，U52和U54)。
其中的主控部分包括(1)将计算机通过打印机并行口送来的控制信息分配到各锁存器上的总线驱动器(U1)；(2)锁存信号变换部分的放大增益信号的信号锁存器(U3和U5，U4和(U6)；(3)用以控制A/D启动信号和滤波频率信号的数据锁存器(U7，U8，U9)和定时器(U17，U18)；(4)用以控制信号变换部分的8选1控制信息的数据锁存器(U10)；(5)将计算机通过打印机并行口线送来的地址选通信号译码、选通的地址译码器(U15和U16)和触发器(U55－58)。
其中的手控部分包括(1)接收手动控制信息，控制信号转换部分的放大器增益和滤波频率的8个微动按钮；(2)接收滤波频率的手动信号的计数器U23和用LED显示控制状态的译码器(U30)；(3)选择控制脉冲，并将其送至信号变换部分低通滤波器的模拟开关(U33)；(4)根据手动控制信息产生的直通信号，生成滤波旁通控制信号，并将其通往信号变换部分模拟开关(U43)以控制滤波旁通的门电路(G1)；(5)接收放大器增益的手动控制信息，使其变为两级放大器的增益控制信号的计数器(U25)和译码器(U29和U31)，再将控制信号锁存输出的锁存器(U35和U37)；(6)协调放大器增益的主控和手动控制转换的反相器G2－G4和控制旁通第二级放大器的门电路(G5和G6)；(7)控制LED显示放大器增益的控制状态的电平显示器(U34和U36)。
图1是本发明设计的信号数字化仪的组成框图。
图2是信号数字化仪的信号变换部分的电路原理图。
图3是主控部分电路原理图。
图4是手控部分电路原理图。
下面结合附图详细介绍本发明的内容。本信号数字化仪由完全独立的、电路相同的A、B两通道构成，为了简明起见，以下对图2、图4所示的信号变换部分和手动部分的一个通道的组成和电路原理给以说明，但在图3所示的主控部分中仍保留两个通道的控制信息。
信号变换部分电路原理如图2所示。外部8路电压信号(CH0-CH7)经多通道转换器U51(4501)接入，U51根据主控部分送来的控制信息(ASLC)，从中选择1路作为输入。选中的输入信号经模数转换器U53和U39(DAC0832)和运算放大器U101，U1 02，U1 03组成的两级程控放大器放大。程控放大器的增益控制信息(AMA1)和(AMA2)由主控部分或手控部分控制。放大后的信号通过低通滤波器U42(EF5609)进行抗混滤波。滤波频率控制脉冲(LPFACLK)由手控部分模拟开关U33控制。从抗混滤波器出来的信号由采样保持器U44(LF398)和A/D变换器U46(AD574)进行A/D变换得到数字量。A/D变换开始信息(ADRC)由主控部分的定时器U17提供；结束信息(1/GT1)也送回主控部分的U17。数字量经数据锁存器U50，U52和U54(74LS373)分三次通过打印机并行口线，送入计算机，其选通信号(ALIE、AMOE、AHOE)由主控部分的地址译码器U15提供。U8(LB1405)用于显示放大后的信号电平。模拟开关U38(4053)用于旁通第一级放大器，其控制信号(A*1)来自手控部分的……U31模拟开关U41(4053)用于旁通第二级放大器，其控制信号(A/DC/AC)来自手控部分的G6。模拟开关U43(4053)是为了设定滤波器的旁通，其控制信号(ALPFEN)由手动部分的G1提供。
主控部分接收计算机送来的控制信息以控制整个信号变换部分的工作。图3是主控部分的电路原理图。计算机通过打印机并行口线送来的控制数据(DIN0-7)，经总线驱动器U1(74HCT245)分配到各锁存器上。数据锁存器U3和U5(74HC373)锁存并送出A通道两级放大器增益。数据锁存器U7、U8(74HC373)和定时器U17(8253)联合协调工作，以控制生成A/D启动信号(ADRC)，并将此信号送入信号变换部分的模数转换器U46，并接收U46送回的A/D结束信号(1GT0)，由此向打印机并行口送出A/D结束信号(AOUT)。定时器U17的时钟输入(CLK2)来自标准时钟脉冲电路。数据锁存器U9、U8(74HC373)和定时器U18(8253)联合控制生成A、B两通道的滤波频率控制信号(2OUT0、2OUT1)。A通道滤波频率控制信号(2/OUT0)送往手动控制部分的模拟开关U33，再与手动部分协调以控制滤波频率。U18的输入时钟CLK0来自标准时钟脉冲电路。数据锁存器U10(74HC273)锁存A、B两通道的8选1控制信息(ASLC、BSLC)，A通道的信息(ASLC)送往信号转换部分的U51。计算机通过打印机并行口线送来的地址选通信号(AIN0－2和AIN3)经地址译码器U15和U16(74HC138)译码，再经触发器U55－U58(74HC221)产生的延时脉冲控制各锁存器的选通。U15还译出A、B两通道的A/D转换数据选通控制信号(ALOE、AMOE、AHOE、BLOE、BMOE、BHOE)，A通道的选通控制信号(ALOE、AMOE、AHOE)分别送往信号转换部分的U50、U52和U54。
手动控制部分的电路原理如图4所示，本仪器通过8个微动按钮(A、B两通道)接收手动控制信息(A通道为LPAU、LPAD、AMAU、AMAD)，以控制信号转换部分的放大器增益和滤波频率，计数器U23(74HC193)接受滤波频率的手动控制信息，经译码器U30(74LS138)用LED显示控制状态，并控制模拟开关U33(74LS151)选择来自主控部分的控制脉冲(2/0UT0)还是来自标准时钟电路的控制脉冲(CLK1－6)之一，作为抗混滤波频率的控制脉冲(LPFACLK)，然后送往信号转换部分的U42。门电路G1根据手动控制信息产生的直通信号，生成滤波旁通控制信号(ALPFFN)，送往信号变换部分的U43以控制滤波旁通。计数器U25(74HC193)接收放大器增益的手动控制信息，经译码器U29和U31(74HC138)变为两级放大器的增益控制数据，再经锁存器U35和U37(74HC240)锁存输出(AMA1、AMA2)。锁存器U61(74HC373)锁定增益为1时的控制数据(AMA1)。反相器G2－G4协调放大器增益的主控与手动控制的转换；门电路G5和G6控制第二级放大器增益为1时，生成控制信号(A/DC/AC)，并将其送往信号转换部分U41以控制旁通第二级放大器。从U31引出第一级放大器增益手动控制为1时的控制信号(A*1)，送往信号转换部分U38，以控制第一级放大器的旁通。电平显示器U34和U36(74LS373)控制LED显示放大器增益的控制状态。
本发明的优点是不仅使测量方便，系统简练，而且信号的数字化过程中的控制参数，如放大倍数、低通截止频率、A/D采样频率等既可手动，也可完全程控。且有放大增益范围宽(72Bd)，抗混衰减陡峭(80dB/Oct)，最高采样频率达32KHz，双通道同时采样，多通道扩展等。可满足大多数工程信号的处理。本机还带有使用方便、功能强大的微机示波器软件，供测试检测用。本机可通过微机上的打印机并行口直接与各种微机相连，适应性广，通用性强，并可实时监测信号的输入情况，进行光电报警。
权利要求
1.一种信号数字化仪，其特征在于该数字化仪由信号变换部分、主控部分和手控部分组成，其中所述的信号变换部分包括(1)将外部8路电压信号接入的多通道转换器(U51)；(2)将输入的电压信号进行放大的两级程控放大器，由芯片(U53，U39)和运算放大器(U101，U102，U103，U104)组成；(3)将上述放大后的信号进行抗混滤波的低通滤波器(U42)和运算放大器电路(U105)；(4)将上述抗混滤波后的信号进行A/D转换的采样保持器(U44)和A/D变换器(U46)；(5)用以将A/D转换后的数字量通过打郢机并行口线送入计算机的数据锁存器(U50，U52和U54)；其中所述的主控部分包括(1)将计算机通过打印机并行口送来的控制信息分配到各锁存器上的总线驱动器(U1)；(2)锁存信号变换部分的放大增益信号的信号锁存器(U3和U5，U4和(U6)；(3)用以控制A/D启动信号和滤波频率信号的数据锁存器(U7，U8，U9)和定时器(U17，U18)；(4)用以控制信号变换部分的8选1控制信息的数据锁存器(U10)；(5)将计算机通过打印机并行口线送来的地址选通信号译码、选通的地址译码器(U15和U16)和触发器(U55－58)；其中的手控部分包括(1)接收手动控制信息，控制信号转换部分的放大器增益和滤波频率的8个微动按钮；(2)接收滤波频率的手动信号的计数器U23和用LED显示控制状态的译码器(U30)；(3)选择控制脉冲，并将其送至信号变换部分低通滤波器的模拟开关(U33)；(4)根据手动控制信息产生的直通信号，生成滤波旁通控制信号，并将其通往信号变换部分模拟开关(U43)以控制滤波旁通的门电路(G1)；(5)接收放大器增益的手动控制信息，使其变为两级放大器的增益控制信号的计数器(U25)和译码器(U29和U31)，再将控制信号锁存输出的锁存器(U35和U37)；(6)协调放大器增益的主控和手动控制转换的反相器G2一G4和控制旁通第二级放大器的门电路(G5和G6)；(7)控制LED显示放大器增益的控制状态的电平显示器(U34和U36)。
全文摘要
本发明涉及一种信号数字化仪，将信号的放大、抗混滤波及模数转换等集成到一个独立的装置中，仅通过微机上的打印机并行口与微机相连接，完成对该装置的计算机控制和数据传递。本发明设计的信号数字化仪，由信号变换部分、主控部分和手动部分组成，信号数字化过程中的控制参数，加放大倍数、低通截止频率、A/D采样频率等，既可手动，也可完全程控。本仪器具有放大增益范围宽、抗混衰减陡峭、采样频率高、双通道同时采样、多通道扩展等优点，可用于大多数工程信号的处理。
文档编号G06F3/05GK1115890SQ95104289
公开日1996年1月31日 申请日期1995年4月28日 优先权日1995年4月28日
发明者连小珉, 仪垂杰, 谢华, 蒋孝煜, 吴敌 申请人:清华大学