CN2030396U - 信号采样变换装置 - Google Patents

Abstract

一种双路信号采样变换装置，可与微型电子计算机联接使用，包含第一程控放大器，第一采样保持器，第一A/D变换器，第一锁存器，第二程控放大器，第二采样保持器，第二锁存器，缓冲器，地址译码器，程控时钟信号产生器及第三锁存器，还可增设第一多路开关，第二多路开关。此外还可设触发比较装置及第一中断信号产生装置，可与IBM-PC系列机联接使用。适用于工程、实验室信号处理、工业控制、数据采集的多路模拟量—数字量转换，特别适用于模态分析。

Description

本实用新型涉及信号采样    变换装置，特别涉及可与微型电子计算机连接使用的双信号采样    变换装置。

现有的由发明人发明的一种用于模态分析用的采样和变换装置，有两个通道，进行并行采集以消除两通道间的相位差。采样变换后的信号则由电子计算机进行处理。其第一通道，即为对力信号的采样变换通道包括放大器，第一采样保持电路，第一模数变换器，其第二通道，即对响应信号的采样变换通道，则包括多路开关，程控放大器，第二采样保持电路，第二模数变换器，其采样频率由计算机内部输出的采样变换控制信号确定，采样变换控制信号由内部时钟信号所产生，但需编出软件使其产生所需的频率，这会占用存贮器一定的存贮位置，而为了适应不同的分析对象，如发动机的振动频率较高而其基座的振动频率则较低，需要不同的采样频率，故由计算机内部产生是很不方便的，且第一通道放大器的增益要用手工调整也很不方便，此外第一通道只有一路信号输入这对于有时需要研究有多信号的输入时就很不方便。此外对要分析的脉冲信号进行采样时还存在着采样时间难掌握好的问题。

为了克服上述缺点，本实用新型的目的在于对原有的产品进行了改进，加装了程控时钟产生装置，它可以产生具有多种频率的采样变换控制信号，供选用。并将第一放大器也改为程控放大器。在需要对多路输入信号进行采样变换时加装第一多路开关，且为了便于对要分析脉冲信号进行采集，还设有触发比较装置和第一中断信号产生装置，以便在判断出该脉冲信号的幅度已达到预定值后即进行采集。

本实用新型的一个方面在于提供一种信号采样变换装置，它包括第一程控放大器，第一采样保持器，第一A／D变换器，第一锁存器，第二程控放大器，第二采样保持器，第二A／D变换器，第二锁存器，缓冲器，地址译码器，程控时钟信号产生器，及第三锁存器。

本实用新型的另一个方面还在于提供还设有第一多路开关及第二多路开关的信号采样变换装置。

本实用新型的又一方面还在于提供还设有触发比较装置及第一中断信号产生装置的信号采样变换装置。

本实用新型的优点在于提供有程控时钟产生装置，可有多达15种频率的信号供选择，根据计算机的指令选择所需要的频率，既可用于对固有振动频率高的信号进行分析，也可用于对固有振动频率低的信号进行分析，而且由于是用晶体振荡器进行分频得到的，故频率稳定，采样精度高，速度快。且适用的输入信号的幅度变化范围大，可分析的第一通道的信号数增加。此外由于设有含双向比较器的触发比较器，及第一中断信号产生装置，当脉冲信号的前沿上升或下降到一定幅度时产生中断信号，随后对信号进行采样，就能有效地采到脉冲信号的有用信息。

本实用新型特别适用于作模态分析之用，同时由于功能的扩展还适用于工程、实验室信号处理、工业控制、数据采集的多路模拟量－数字量的转换。特别适用于对所转换模拟量之间有严格的时间（频率）、相位要求的高速多路数据采集。如力学、振动、电学分析的数据采集。可与IBM－PC系列机（如PC－XT，PC－AT，286，386，0520）等配合使用。

以下结合附图对本实用新型的最佳实施例进行详细的说明。其中：

图1为本实用新型的采样变换装置的示意方块图；

图2为本实用新型的采样变换装置的采样变换部分的原理线路图；

图3为本实用新型的采样变换装置的触发比较装置的原理线路图；

图4为采样变换装置的采样变换部分的结构示意图；

图5为采样变换装置的含触发比较装置的端子组合的面板示意图。

参见图1，图1为本实用新型的示意方块图。第一通道有8路模拟信号可输入，经第一多路开关1进行选择，从而选择其中某一路送到第一程控放大器2进行放大，放大后送到第一采样保持器3对放大后的信号进行采样，在采样后保持该电平并送到第一模／数（A／D）变换器3变换为数字信号，再将变换后的数字信号送往第一锁存器5，再经缓冲器16，送往电子计算机如IBMPC的总线，以便由电子计算机对该数字信号进行分析。其第二通道具有第二多路开关6，第二程控放大器7，第二采样保持器8，第二模／数变换器9，第二锁存器10，其工作与第一通道相似，同样经缓冲器16与电子计算机的总线相连，程控时钟产生装置11包括晶体振荡器及分频装置，可有例如15种频率输出，程控时钟产生装置11产生控制模／数变换器4，9工作的脉冲，在该脉冲的控制下同时进行采样和变换，程控时钟产生装置11与第三锁存器12相连，其控制程控时钟产生装置11的频率的信号由电子计算机总线经缓冲器16送至第三锁存器12然后再送往程控时钟产生装置11以控制其输出所要的信号频率。17为数／模变换器，它经总线与缓冲器16相连，可将来自电子计算机的数字信号变换为模拟信号，再经电流、电压放大装置18放大后输出。与内部总线相连的第四锁存器23能将来自电子计算机的控制信号送往多路开关1，6及程控放大器2，7分别对其所选的信道及放大倍数进行控制，与电子计算机的总线相联的还有控制装置13它能将输入的信号进行译码后分别控制第一，第二锁存器，第三及第四锁存器等的工作。地址译码装置14的作用是当从电子计算机来的地址正确时，由地址译码装置14输出的信号分别控制缓冲器16及控制装置13使其工作。还设有第一中断信号产生装置15，可用从触发比较装置20输入的信号控制第一中断信号产生装置15以产生中断信号送往电子计算机，触发比较装置20判断所要采集信号是否大于指定值，如大于指定值即可产生中断脉冲送往电子计算机，该中断脉冲的产生说明可进行采样以便取得所要采集的脉冲信号的信息。第二中断脉冲产生器在收到由A／D变换器输出的状态信号后即产生第二中断脉冲，此中断脉冲的产生说明A／D变换已经结束，可以继续采样。此状态信号还能产生控制采样保持器3，8进行采样的控制信号，和控制锁存器5，10存入信号的控制信号（未图示），以便使采样和存入锁存器5，10都在A／D变换完毕后进行。

参见图2，图2为表示本实用新型的采样保持部分的原理线路图，该图分为图2a，图2b，图2c三个部分，由此三个部分可拼成图2。由于第一通道和第二通道电路是一样的，故以第一通道的电路为例进行说明，102为第一多路开关，输入有第8－15路共8路输入信号，可用集成电路4051，通过送到其9，10，11端的二进制数字信号，对输入的信号进行选择，选择其中一路送到第一程控放大器112进行放大，112为运算放大器，可用集成电路741，第一多路开关102输出的信号送到其3输入端，其输出端6经反馈电阻连到第一程控放大器的另一输入端2并经电阻R13到地，反馈电阻分四路即分别为W7，R12，W8，R11；W9，R10；阻值为零的导线；并与第三多路开关111a的有关的头相联，该开关可用4052集成电路，即包括第三多路开关111a和第四多路开关111b，其输入到6，9，10端的控制线为数字控制线，可在四路反馈电阻中选用1路从而可从放大倍数为1，2，4，8中任选一种。电位器W7，W8，W9可调整所要的放大倍数。第一采样保持器1071可选用集成电路LF398，其输入端与第一程控放大器112的输出相连，电容11为保持电容，其采样的输出送往第一A／D变换器114，它可选用集成电路AD574，其信号输入端13与第一采样保持器1071的输出端相联，其变换出的数字信号为12位，输出的高四位（24－27端）送入第一锁存器中的高位锁存器116，而输出的低八位（16－23端）则输入到第一锁存器中的低位锁存器115，各锁存器的输出则与总线相联并通到缓冲器104，再与电子计算机的总线相连的。第一A／D变换器的28为状态信号，在A／D变换完毕后会产生一正脉冲信号送到非门18，经其反相后一路送第一采样放大器1071的控制端8，使其采样，并在采样后予以保持，另一路则经微分电路C20，R15微分后再经整形电路（即非门182，非门183）放大整形后送往第一锁存器的11端使第一A／D变换器114的信号输入第一锁存器。这就保证在A／D变换器变换完成后（约需25μs）再进行下一次采样，并输出变换后的数字信号。程控时钟信号产生装置包含晶体振荡器，第一分频器131，第二分频器（281，282），第三分频器（261，262），及多个三态开关。晶体振荡器由晶体CX，电容，非门301，302，电阻R23，R22所组成，其振荡频率选为3.2765MHz，非门132对晶体振荡器输出的振荡信号进行缓冲放大后送入第一分频器131，第一分频器可用4020集成电路，其中含有多级÷2分频器，还有÷5分频器，现选成其中五路分频后的输出分别经第一一第五三态开关（291－295）连到一公共线，并送往第六三态开关251进行输出，另一路送往第二分频器，该分频器为÷10分频器，由集成电路281（其型号为90）及一与非门282所组成，其输出一路经第七三态开关252输出，另一路送至第三分频器，它也是－÷10的分频器，由集成电路261及一与非门262所组成，集成电路261的型号可用90，第三分频器的输出经第八三态开关253输出。本实用新型所选用的频率从第一分频器输出的有51.20KHz，25.60KHz，20.48KHz，12.8KHz，10.24KHz，经第二分频器输出的有5.12KHz，2.56KHz，2.048KHz，1.28KHz，1.024KHz，经第三分频器输出的有512Hz，256Hz，204.8Hz，128Hz，102.4Hz。这样可满足各种需要。各三态开关都有一控制端，从第一－五三态开关及第六－八三态开关中各选一路开关导通就可从15种频率中任选一种，而各开关的控制信号则来自电子计算机，并经第三锁存器123送往各开关。分频后的输出还经一单稳触发器变为一定宽度的脉冲输出，此单稳触发器可由与非门351，352，R21及C32所组成。程控时钟信号产生装置输出的信号最后经状态转换开关50送到两A／D变换器的5端（读数／变换端）从而控制采样变换的频率。第一中断信号产生器和第二中断信号产生器由单稳触发器122组成，采用221集成电路，内为双单稳态多谐振荡器。第一中断信号产生器的触发信号来自P1，即来自触发比较装置的输出，当输入为高电平时即从5输出第一中断脉冲IRQ₃，表示要采集的信号幅度已有一定的电平，第二中断信号产生器的触发信号来自第一A／D变换器的状态端28，当变换结束后为高电平，输入到其9端后产生第二中断脉冲IRQ₄输至电子计算机，说明已A／D变换完毕。104为缓冲器，采用集成电路245，它是一八总线收发器，其19端为“使能”端只有在该端为低电平时方能工作，其“1”端为方向端，控制缓冲器的收发。缓冲器104的1端和非门341及与非门342相连，与非门的一输入端接高电位，而另一输入端则与“读”指令 相连，在“读”时 为低电平，此时缓冲器104的“1”端为低电平，电子计算机的总线与A／D变换器的输出经有关锁存器相联。当要“写”时I_OW为低电平，I_OR为高电平，缓冲器104的“1”端为高电平，D／A变换器的数字输入、第三、第四锁存器123，103与电子计算机的总线相连。地址译码器由集成电路105，与非门343，与非门344，345，或门346所组成，与非门343的两输入端分别与来自电子计算机的读信号I_OR及写信号I_OW相连，与非门343的输出端与集成电路105相连，与非门344，345的两输入端分别与地址输入信号A₇，A₆，A₅，A₃相连，他们的输出端则分别与集成电路105相连，或门346的两输入端分别与地及电子计算机来的AEN（使能）信号相连，其输出端则与集成电路105相连，与此集成电路105相连的还有地址信号A₉，A₈，A₄。集成电路105的型号可用30，它是由八个与非门组成，只有所有输入端都为高电平时才能输出低电平。对于与非门343因I_OR，I_OW总是1个为“1”，而另一个为“0”，故与非门343的输出总是“1”，而AEN为1时，或门346的输出也为1，对于本装置输入的地址码为310H－317H，集成电路105的输入都是“1”故其输出为“0”，一路送到缓冲器104的19，使其工作，而另一路则送到控制装置（即译码器120）的“使能”端4，使此译码器120工作，译码器120输入信号为连到其1，2，3端的ABC即A₀，A₁，A₂地址信号，输出有从7，9，10，11，12，13，14，15分别输出的8种信号，对应于0－7中某一三位二进制的输入信号即有相对应的一种输出信号输出。其中输出信号14一路连到第四锁存器103的11端使第四锁存器103工作，即可有输入信号送到第一多路开关102，第二多路开关101，多路开关111a，111b，以选择所需的输入信号及程控放大器的放大倍数。译码器120的14端输出的信号还经状态转换开关50送到A／D变换器114，108的5端，使其进行A／D变换，即采样变换的频率由电子计算机进行控制。第四锁存器103可选用集成电路273，它是8D型触发器，每当11端（时钟）有一跳变时即将下部输入端的信号存贮到上部的输出端。译码器120的13，12，11，10端输出的信号则送到各锁存器373（116，115，110，109），的“1”端使各锁存器分别输出其所存贮的信号。译码器120的9，7端则控制D／A变换器191的工作。译码器120的15端输出的信号送到第三锁存器123的11端作为时钟信号，第三锁存器123采用273集成电路，它也是8D触发器，可将由电子计算机总线经缓冲器104送来的信号存于其中，并输至各三态开关控制其导通，以选择所需的采样频率。输入到锁存器123的计算机所选用的两位符号字（见后）可保证2，5，6，9，12中有1个为“1”，及15，16，9中有1个为“1”。与缓冲器104相连的还有D／A变换器191，它采用集成电路1210，它有两个八位变换器即高位变换器和低位变换器。在需要其工作时译码器120的7有信号送D／A变换器的22端使其工作，并且计算机向其送高八位数据，译码器120的9的信号经非门192送到D／A变换器的23，计算机向其送低四位信号。D／A变换器191输出的变换后的模拟信号送往电流放大器117，它采用741运算放大器，再经电压放大器331进行电压放大，它也是用741运算放大器。然后输出模拟信号。

参见图3，图3为触发比较装置的原理电路图，其输入信号Ui来自要分析的信号，设有正向比较装置和负向比较装置，合起来为双向比较装置，正向比较装置包括正参考电压产生装置，（R₁及R₈₃），及运算放大器81，负向比较装置包括负参考电压产生装置（R₂及R₈₄），及运算放大器81，输入电压Ui连到运算放大器80的正输入端及运算放大器81的负输入端，运算放大器80的负输入端则加有从电位器R₈₃上输出的正参考电压，两者进行比较，如输入信号大于正参考电压则正向比较装置输出高电平经极性开关K₁送往单稳触发器82，它可用C4528集成电路，从其 Q₂输出有一定宽度的脉冲信号，再经射极跟随器T₂从发射极输出U₀₁电压，它可连到图2上的P₁端，从极性开关K₁输出的信号还可送到放大器T进行放大，输出U₀₂以供不需要延时宽脉冲时应用，也可与图2的P₁相连，送到第一中断信号产生装置。又单稳触发器82的Q₂则送到输出显示装置即放大管T₃，当正脉冲使T₃工作后串联在T₃的集电极电路中的发光二极管D亮，指示出输入信号已达到一定的幅度，当要分析的信号为负信号时极性开关K₁放“－”的位置，当Ui的信号低于负参考电压时，负向比较装置有输出，从而U₀₁，U₀₂有输出，且发光二极管D亮。

参见图4，图4为采样变换装置中采样变换电路（即图2中电路）的安装示意图，这些电路装在一块印刷板上，其J部分的引线（即图2中标有A，B的引线）可***IBM－PC机的总线插槽内，其P部分的引线（对应于图2中标有P的引线）可经插座（未图示）与下述的有关电缆插座经电缆相连。印刷板装有各调整电位器，及各集成电块块（图中仅标出3个作为代表），他们位置显然是可以变化的。

参见图5，图5为端子组合的面板图，其中可装有触发比较电路等，面板上25－40为16个输入信号的电缆插头，其中25－32属第二通道，33－40属第二通道。41为极性开关，42为触发输入的电缆插座，43为比较电平调整电位器，44为显示用发光二极管，45为D／A变换器输出的电缆插座，还设有一电源开关。

显然图4的印刷电路板也可以装在端子组合内，并用电缆与***电子计算机总线插槽的引线板相连。

本实用新型是可与IPC－PC之类的电子计算机配合使用的，下面是使用的例子，可占用IBMPC地址中的8个连续地址0310H至0317H8个连续地址，其功能如下：

0310（H）［只写］计算机输出控制字设置。上述的十五个频率（按大小排列）可分别用控制字24，14，84，OC，44，22，12，82，OA，42，21，11，81，09，41。

0311（H）［只写］计算机输入控制字选择8个程序，可选通信道号和四种程控放大器增益。

控制字为6×H，4×H，2×H，O×H则放大器增益分别为K＝8，K＝4，K＝2，K＝1。

控制字为×0H，×1H，×2H，×3H，×4H，×5H，×6H，×7H则AD变换器所选信道分别为0，8；1，9；2，10；3，11；4，12；5，13；6，14；7，15。例如往0311H地址写入控制字为61，则选择的程控放大量为8，选中的信道为1及9。

0312H（只读）计算机读取第一A／D变换器的A／D输出高四位。

0313H（只读）计算机读取第一A／D变换器的A／D输出低八位。

0314H（只读）计算机读取第二A／D变换器的A／D输出高四位。

0315H（只读）计算机读取第二A／D变换器的A／D输出低八位。

0316H（只写）计算机向D／A变换器送高八位数据。

0317H（只写）计算机向D／A变换器送低4位数据。

A／D变换的结果是偏移二进制码，要将其读数在电子计算机中减去2048后才能进行后续的运算。

显然根据本实用新型原理也可作适当变动以适用其他计算机的需要。

Claims (8)

1、一种可与电子计算机相联的信号采样和变换装置包括第一采样保持器，将上述第一采样保持器输出的信号转换为数字信号的第一模1数变换器，第一锁存器，第二程控放大器，对上述第二程控放大器放大后的信号进行采样保持的第二采样保持器，将上述第二采样持器输出的信号转换为数字信号的第二模/数变换器，第二锁存器，缓冲器，地址译码器，其特征在于还设有在采样前对信号进行放大的第一程控放大器，程控时钟信号产生装置及第三锁存器。

2、如权利要求1所述的采样和变换装置，其特征在于上述程控时钟信号产生器包括晶体振荡器，有多路分频输出的第一分频器，将上述第一分频器的输出进行分频的第二分频器，将上述第二分频器的输出进行分频的第三分频器，选择上述第一分频器的输出的多个三态开关，连接到第一分频器的输出端的第六三态开关，连接到第二分频器的输出端的第七三态开关，连接到第三分频器的输出第八三态开关。

3、如权利要求2所述的采样和变换装置，其特征在于上述第一分频器具有多个串接的分频电路，上述第二分频器和第三分频器为÷10的分频器。

4、如权利要求1所述的采样和变换装置，其特征在于在第一程控放大器及第二程控放大器的前面还分别设有选择所需信道的第一多路开关、第二多路开关及第四锁存器。

5、如权利要求1所述的采样和变换装置，其特征在于还设有触发比较信号产生装置及对应于要采集的信号幅度大于预定值的第一中断信号产生装置或对应于模／数变换完成的第二中断信号产生装置。

6、如权利要求5所述的采样和变换装置，其特征在于上述第一及第二中断信号产生装置为单稳触发器。

7、如权利要求5所述的采样和变换装置，其特征在于上述触发比较装置包括双向比较电路。

8、如权利要求1所述的采样和变换装置，其特征在于还设有D／A变换装置。

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