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谈RS触发器实现精确数据采集管理

来源:UC论文网2015-12-15 22:56

摘要:

摘要:本文介绍基于RS触发器在数据采集 管理 中实现精确控制的设计应用,可以很方便地应用于各种便携式设备和嵌入式应用系统中。文中给出了整体硬件电路原理框图和各功能模块的

 摘要:本文介绍基于RS触发器在数据采集管理中实现精确控制的设计应用,可以很方便地应用于各种便携式设备和嵌入式应用系统中。文中给出了整体硬件电路原理框图和各功能模块的硬件电路设计思想。实验证明,该基于RS触发器的计数设计很好地满足了计数和精度高的要求。
  关键词:RS触发器;适配卡;计数;数据处理
  DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.010
  随着工业自动化要求的提高,以及控制设备和过程监控装置之间通讯的需要,计数功能电路在不同设备间的通讯和连接,传输重要的计算数据方面,起着举足轻重的地位;ISA总线接口作为一种标准的工业接口结构得到广泛的应用。用它来实现不同仪器和设备间的通讯与连接已经相当广泛,越显重要和突出。所以,该设计把两者结合起来,设计出一款便于不同设备、仪器间的通讯和连接,并能够自动完成各种计数、计时、测试和传输数据功能的ISA总线适配器。
  系统硬件设计
  标准ISA计算机插槽的设计
  标准ISA(Industry Standard Architecture)计算机插槽采用最先进的微机系统ISA适配卡插槽,由主槽和附加槽两部分组成,每个槽都有正反两面插脚。主槽有A1~A31、B1~B31共62脚;附加槽有C1~C18、D1~D18共36脚,两个槽一共98脚[2]。ISA总线接口具体定义在各类专业书籍中都有详细介绍,这里不再累述。
  本设计中,低4位地址不用作地址比较片选位,而用高4位作地址比较位,因为低4位比高4位变化快,高4位地址远比低4位地址稳定可靠,地址由拨码开关S确定。
  数据采集单元
  P1、P2、P3端口为状态量采集输入端,P4端为比较结果输出端,四个端口均为TTL电平。P1、P2、P3输入的状态量与上一时刻P1、P2、P3输入的状态量比较,如果比较结果相等,P4端口输出低电平0;比较结果不相等,输出高电平1。如果比较结果相等,说明输入状态量与上一时刻输入的状态量不同,这时需要计数器重新开始计时,P4端口输出高电平0,再经反相器,这时产生的低电平0脉冲作用给计数器清零端和RS触发器S端,计数器清零,RS触发器输出端Q输出1,作用于计数器片选端,脉冲消失后重新开始计数。如
  数脉冲到来以后的脉冲等。因为,一般来说,停止计数都是在第一个停止计数脉冲到来时停止计数,在该输入以后到来的脉冲不采取停止计数动作。我们定义计数工作时间段为Tw,理想的利用RS触发器来设定稳定的计数时间段波形图如图3所示。
  稳定计数单元实质是利用了RS触发器的不可冲触发性原理。RS触发器具有的不可重触发的特点,即单次触发,工作在当且仅当另一端为高电平1时。假如所有门电路的平均传输延迟时间相等,用tpd表示,S端输入的低电平0信号宽度tw应满足:tw≥2tpd的条件,同理,R端输入的低电平0信号宽度tw应满足:tw≥2tpd的条件[3]。仿真波形如图4所示。
  换一种保守的方式理解,即在各种教科书和科技书刊上所说的,利用RS触发器具有记忆功能的特性,在Tw这段时间内,来防止R、S端误动作,实质,就是设定RS触发器的计数工作时间段,在这段时间内才能计数;相反,如果超出这段时间,计数功能电路不工作在计数状态,因为其不在计数时间段内。这样,就防止了 RS触发器在计数时间段内误动作,保证了计数的稳定性和准确性。
  假如在计数模块输入端不要RS触发器,当然也可以完成计数功能,并不影响计数的精确度。但是,这样的设计存在很大风险,会造成误动作计数:第一,在R端停止计数脉冲还没到来时,S端有可能再次或多次出现低电平脉冲,重新从零开始计数,这时就出现在计数未完成的情况下重新开始计数,造成误动作计数,结果不是想要计的数;第二,在S端计数脉冲还没到来时,R端有可能再次或多次出现低电平脉冲,这时就出现在计数未完成的情况下多次停止计数,造成误动作停止计数,引起计数不准确。这种风险恰恰是设计者最容易忽略的地方。
  那么,采用RS触发器就避免了以上情况的发生,tw就是所设置的计数单元稳定的工作时间。
  计时单元
  该单元采用12位计数,采用1M晶振,基准计数频率采用分频器设计,其频率值为500Hz,每一位二进制数代表0.002s,即每秒钟计数0.002s,这样保证了计数精确度在小数点后面3位。该单元硬件原理图如图6所示。
  软件算法部分源程序如下:
  void Dlgtime::OnTimer(UINT nIDEvent)
  本文介绍了基于RS触发器,高稳定性,高精度计数适配器,采用RS触发器提高了计数稳定可靠性,应用相当广泛。当然,还有可以改进的地方,比如可以增加数据采集的输入端,使其采集更多的数据;还可以增加计数位数,提高计数基准频率,通过软、硬件都可以持续的提高计数

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