基于EPP的化學分析數據采集系統

摘    要：本文介紹了一種在化學分析中替代X－Y記錄儀的并行數據采集系統。該系統利用IEEE1284的EPP增強并口模式，提供了通過PC機打印端口實現對儀器、儀表設備的雙向控制與數據傳送的一種解決方案。
關鍵詞：增強并口；標準并口；IEEE1284；數據采集

概述
化學反應中參數變化的觀察記錄設備通常采用X－Y記錄儀，它能夠同時記錄兩個維度，并能夠直接記錄反應信號強弱變化。但是X－Y記錄儀是機械式的記錄工具，由于機械技術和工藝的限制，不可能達到很高的精度和靈敏度。對于快速變化、信號電壓微弱的化學反應就無能為力。而本設計介紹的這個主要用于化學分析的采集器，采用電子技術對信號電壓進行采集并直接與PC機接口。可同時采集三路獨立信號，并自帶時標，共提供4個維度的參數；提供自校準功能；采樣速度較高，單通道采樣最高可達10KHz；直接通過并行口接入PC機聯機操作，便于數據傳送、分析；前置放大采用隔離放大器，適于采集非相關的信號電壓。且通道隔離度高。

系統設計
基于EPP的并行數據采集系統由AVR單片機及其外圍電路組成，結構框圖如圖1所示。
EPP通訊方式簡介及其實現
通常計算機的并行接口即打印機接口工作在IEEE1284的SPP(標準并口)模式，這種模式只能單向傳送數據，同時達不到很高的速率，因此我們選用了IEEE1284的EPP(增強并口)模式來傳送數據、指令。相對SPP模式，EPP模式提供了雙向數據傳送的功能，同時由硬件來控制握手時序，從而能使傳輸速率高達2Mbyte/s。為適應高速采樣及傳送數據的要求，采集系統使用EPP工作模式與PC機通過并行端口進行通訊。
PC機端對并行端口的訪問是通過端口寄存器來實現的。通過訪問相應端口的相應位即可獲取或者設置端口上相應信號的值。在SPP模式下，有三個端口寄存器(數據、狀態及控制寄存器)，分別對應端口引腳上的數據、狀態和控制信號。
EPP較SPP多增加兩個端口寄存器(EPP的地址與數據寄存器)，如并行端口的地址為Base。EPP模式下仍可使用SPP的三個端口寄存器進行SPP端口操作，同時EPP增加了EPP的地址、數據寄存器，對這兩個寄存器進行的讀/寫操作將引發EPP的硬件時序對外設進行讀/寫操作，實現EPP數據傳輸。特別要說明的是EPP模式下的超時問題。EPP握手過程中為防止握手信號丟失造成等候過程中死循環，當Address/Data Strobe 拉低時啟動一個計時器，如計10ms后外設仍無Wait信號的響應就結束本次發送/接收，同時置Time Out狀態位(EPP1.9)。當Time Out置位時EPP端口將不能正常工作，因此要經常監視Time Out位，一旦超時需向此位寫“1”來清除，從而保證EPP端口的正常工作。
隔離放大電路設計
由于所采集信號為化學反應參數，要求采樣信號之間彼此完全獨立，且采樣環境要求抗干擾能力強。所以前置放大器采用隔離放大器。隔離放大電路如圖2所示。
整個隔離放大器電路實行三級放大。采用低功耗、高精度低噪聲儀用放大器AD620，使用一個精密電阻來調節增益作為一級放大；使用隔離放大器作為二級放大，同時起到隔離作用；最后一級采用OP07高精度儀用放大器，作為調零和微調使用。
完全隔離要求放大器兩邊的電源也必須隔離，因而電源設計為由不同繞線組引出的交流電處理而得到。其中AD620及隔離放大器的輸入部分為信號源，單獨使用兩路