用單片機數據采集系統研究瞬變過程

0 引 言

　　在教學實驗及科學實驗中，我們常常需要了解充電的電壓、電流曲線、放電的電壓曲線，記錄并整理數據，畫曲線，這里使用單片機數據采集系統可以直觀了解RC電路的過渡過程，用數據采集系統得出的數據計算該RC電路的時間常數。

1 RC電路的過渡過程

　　實驗電路如圖1所示。


　　當數據采集系統啟動后，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r4及r5充電，充電時間常數近似為
　　
　　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。接著再啟動數據采集系統，U1為低電平，T1截止，＋5V電源通過r1及D使T2的基極，發射極間有正向電流，因而T2導通 。這時C通過r3、r5、T2放電，放電時間常數近似為

　　τ放＝（r5＋r3）·C

　　在數據采集系統啟動后，給出U_C有256個數據，由于放電時間常數小，因此U_C很快到零 ，由于i_c只有負值，讀不出來，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，A／D變換器立即工作，單片機分時對模擬輸入信號進行采集，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，可用示波器觀察其過渡過程的變化 。程序流程框圖如圖3所示。
　　　　　　　　　

3 結束語

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


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：東南大學出版社，1998
2　王秀珍編．微型計算機A／D、D／A轉換接口技術及數據采集系統．北京：清華大學出版社，1984