用单片机数据采集系统研究瞬变过程

在教学实验及科学实验中，我们常常需要了解充电的电压、电流曲线、放电的电压曲线，记录并整理数据，画曲线，这里使用单片机数据采集系统可以直观了解RC电路的过渡过程，用数据采集系统得出的数据计算该RC电路的时间常数。

1 RC电路的过渡过程

实验电路如图1所示。



当数据采集系统启动后，U1为高电平，晶体三极管T1导通，T1集电极UC1下降，合二极管D截止，三极管T2也截止，而电容器C通过r4及r5充电，充电时间常数近似为

τ充＝（r4＋r5）·C

电阻r5上的电压Ur与电容电流成正比，UC近似为电容器电压，将UC与Ur送入数据采集系统，可以得到256对电容电压及电容电流的数据。接着再启动数据采集系统，U1为低电平，T1截止，＋5V电源通过r1及D使T2的基极，发射极间有正向电流，因而T2导通 。这时C通过r3、r5、T2放电，放电时间常数近似为

τ放＝（r5＋r3）·C

在数据采集系统启动后，给出UC有256个数据，由于放电时间常数小，因此UC很快到零 ，由于ic只有负值，读不出来，显示为零。

2 工作原理

2.1 硬件电路的设计

本系统的硬件电路可选择8031单片机为主控制器，加上地址锁存器373，程序存储器2764和数据存隼器6116，构成一个单片机最小系统。在单片机最小系统上扩展ADC0809芯片，DAC0832芯片，构成一个完整的数据采集系统。

数据采集系统的框图如图2所示。




2.2 软件设计

当单片机控制电路时，A／D变换器立即工作，单片机分时对模拟输入信号进行采集，输入的模拟量变换为数字量后存入单片机存储器RAM中，然后，单片机将RAM中的数字量送入D／A转换电路，D／A电路通常输出与数字量相对应的模拟电流，经I／V变换成模拟电压值。得到的模拟电压与输入模拟信号一致，可用示波器观察其过渡过程的变化 。程序流程框图如图3所示。



3 结束语

本系统可直接从示波器上读取充电电压、电流曲线，放电的电压曲线，记录并整理数据，由充电曲线上画曲线的切线，可求充电时间常数。由放电曲线上画曲线的切线可求放电时间常数。用数据采集系统研究的瞬变过程，方便、直观，加深对RC电路过渡过程的了解。