基于EPP的化學(xué)分析數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

摘    要：本文介紹了一種在化學(xué)分析中替代X－Y記錄儀的并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)利用IEEE1284的EPP增強(qiáng)并口模式，提供了通過PC機(jī)打印端口實(shí)現(xiàn)對(duì)儀器、儀表設(shè)備的雙向控制與數(shù)據(jù)傳送的一種解決方案。
關(guān)鍵詞：增強(qiáng)并口；標(biāo)準(zhǔn)并口；IEEE1284；數(shù)據(jù)采集

概述
化學(xué)反應(yīng)中參數(shù)變化的觀察記錄設(shè)備通常采用X－Y記錄儀，它能夠同時(shí)記錄兩個(gè)維度，并能夠直接記錄反應(yīng)信號(hào)強(qiáng)弱變化。但是X－Y記錄儀是機(jī)械式的記錄工具，由于機(jī)械技術(shù)和工藝的限制，不可能達(dá)到很高的精度和靈敏度。對(duì)于快速變化、信號(hào)電壓微弱的化學(xué)反應(yīng)就無能為力。而本設(shè)計(jì)介紹的這個(gè)主要用于化學(xué)分析的采集器，采用電子技術(shù)對(duì)信號(hào)電壓進(jìn)行采集并直接與PC機(jī)接口?？赏瑫r(shí)采集三路獨(dú)立信號(hào)，并自帶時(shí)標(biāo)，共提供4個(gè)維度的參數(shù)；提供自校準(zhǔn)功能；采樣速度較高，單通道采樣最高可達(dá)10KHz；直接通過并行口接入PC機(jī)聯(lián)機(jī)操作，便于數(shù)據(jù)傳送、分析；前置放大采用隔離放大器，適于采集非相關(guān)的信號(hào)電壓。且通道隔離度高。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)
基于EPP的并行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由AVR單片機(jī)及其外圍電路組成，結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
EPP通訊方式簡(jiǎn)介及其實(shí)現(xiàn)
通常計(jì)算機(jī)的并行接口即打印機(jī)接口工作在IEEE1284的SPP(標(biāo)準(zhǔn)并口)模式，這種模式只能單向傳送數(shù)據(jù)，同時(shí)達(dá)不到很高的速率，因此我們選用了IEEE1284的EPP(增強(qiáng)并口)模式來傳送數(shù)據(jù)、指令。相對(duì)SPP模式，EPP模式提供了雙向數(shù)據(jù)傳送的功能，同時(shí)由硬件來控制握手時(shí)序，從而能使傳輸速率高達(dá)2Mbyte/s。為適應(yīng)高速采樣及傳送數(shù)據(jù)的要求，采集系統(tǒng)使用EPP工作模式與PC機(jī)通過并行端口進(jìn)行通訊。
PC機(jī)端對(duì)并行端口的訪問是通過端口寄存器來實(shí)現(xiàn)的。通過訪問相應(yīng)端口的相應(yīng)位即可獲取或者設(shè)置端口上相應(yīng)信號(hào)的值。在SPP模式下，有三個(gè)端口寄存器(數(shù)據(jù)、狀態(tài)及控制寄存器)，分別對(duì)應(yīng)端口引腳上的數(shù)據(jù)、狀態(tài)和控制信號(hào)。
EPP較SPP多增加兩個(gè)端口寄存器(EPP的地址與數(shù)據(jù)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(gè)端口寄存器進(jìn)行SPP端口操作，同時(shí)EPP增加了EPP的地址、數(shù)據(jù)寄存器，對(duì)這兩個(gè)寄存器進(jìn)行的讀/寫操作將引發(fā)EPP的硬件時(shí)序?qū)ν庠O(shè)進(jìn)行讀/寫操作，實(shí)現(xiàn)EPP數(shù)據(jù)傳輸。特別要說明的是EPP模式下的超時(shí)問題。EPP握手過程中為防止握手信號(hào)丟失造成等候過程中死循環(huán)，當(dāng)Address/Data Strobe 拉低時(shí)啟動(dòng)一個(gè)計(jì)時(shí)器，如計(jì)10ms后外設(shè)仍無Wait信號(hào)的響應(yīng)就結(jié)束本次發(fā)送/接收，同時(shí)置Time Out狀態(tài)位(EPP1.9)。當(dāng)Time Out置位時(shí)EPP端口將不能正常工作，因此要經(jīng)常監(jiān)視Time Out位，一旦超時(shí)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(shè)計(jì)
由于所采集信號(hào)為化學(xué)反應(yīng)參數(shù)，要求采樣信號(hào)之間彼此完全獨(dú)立，且采樣環(huán)境要求抗干擾能力強(qiáng)。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(gè)隔離放大器電路實(shí)行三級(jí)放大。采用低功耗、高精度低噪聲儀用放大器AD620，使用一個(gè)精密電阻來調(diào)節(jié)增益作為一級(jí)放大；使用隔離放大器作為二級(jí)放大，同時(shí)起到隔離作用；最后一級(jí)采用OP07高精度儀用放大器，作為調(diào)零和微調(diào)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(shè)計(jì)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(hào)源，單獨(dú)使用兩路