摘  要：从实现原理、实际应用效果等方面详细叙述了提高实时系统数据采集质量的几种实用技术,其中所述电路、方法均已在实际生产中得到了应用。 

   关键词：前向通道  数据采集  实用技术

    前向通道是实时系统的“入口”,即数据之源。对小型实时系统来说,其一般构成模型为:传感器、放大器、采集器(A/D)以及相关联的外围电路。这些器件乃至构成的电路的稳定性、线性度、抗干扰能力直接影响到数据的采集质量。如果不考虑成本,在系统设计时全部采用军用级芯片,情况会好些,但仍程度不同地存在上述问题;如果采用一般商用级芯片,问题就严重了。这就要求工程人员在系统设计时,无论是采用商用级、工业级芯片,还是采用军用级芯片,都应该从设计角度寻求、采取一些弥补措施,以提高数据采集质量,进而提高系统的可靠性和稳定性。 

1 动态“零漂”补偿技术 

    前向通道中的传感器、放大器、A/D易受温度(导致温漂)、时间(导致时漂)等因素影响而引起系统“零位”动态变化,即所谓“零漂”。恰当地使用动态“零漂”补偿技术能够有效地抑制“零漂”带来的采集数据误差。图1为笔者在某炉温闭环控制系统中采用的动态“零漂”补偿实用电路。其中AD7503是单片集成的CMOS 8选1多路模拟开关,其前7路分别接7个传感器,第8路S8接模拟地。公共输出端OUT通过R1电阻与放大器AD524输入端相连。A/D采用12位双积分ICL7109芯片。其补偿原理是:在单片机8031控制下,分时地对动态“零漂”及各路传感器进行采集、处理,最终得到不含“零漂”的有效采样净值参加插值运算。具体步骤如下: 

    (1)通过8031程控使AD7503开关SK接S8,即模拟地。 

    (2)延迟1ms,消除AD7503开关时间及电阻、电容放电时间带来的开关闭合过渡过程。这点应引起足够注意,只有在SK可靠接地之后才能进行“零位”采集;否则,如果在过渡过程进行“零位”采集,则会产生随机性误差,而且被测试的温度愈高,呈现的误差愈大,出现的概率愈频繁。但延迟时间也不能过长,过长会影响系统的实时速度。 

    过渡过程主要由R、C放电时间决定。 

    T=(R1+Ron)×C1=(220+170)×10×10⁵×10^-9=0.39ms 

    其中: 

    T:放电时间; 

    Ron:AD7503导通电阻。 

    图2是用示波器在放大器AD524输出端(管脚10)观察到的这一过程的波形图。 

    (3)启动A/D连续采样数次,然后求其算术平均值,记为x₀(x₀即动态“零漂”采样值): 

    (4)通过8031程控使AD7503开关SK接某一路传感器(例如传感器1端S1)。 

    (5)延迟1ms,消除电阻、电容充电带来的过渡过程。 

    (6)启动A/D连续采样数次,然后求其算术平均值,记为x₁(x₁即含有动态“零漂”的有效信号采样值): 

   (t_i：当前采样值,n：采样次数) 

    (7)求有效信号采样净值y(即从上述有效信号采样值中滤掉“零漂”值)。按照理论x₁≥x₀,但实际由于在“零位”附近的有效信号采样值,很可能出现x₁0的现象。因而求