2．1 A／D轉(zhuǎn)換器和數(shù)據(jù)鎖存器
A／D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集電路重要的部件之一，本系統(tǒng)的A／D轉(zhuǎn)換器采用Maxim公司的MAX197。
MAX197是一款多量程的12位A／D轉(zhuǎn)換器，8路模擬信號輸入，輸出數(shù)據(jù)線8條，分為高4位和低8位輸出，由HBEN端控制。當(dāng)時鐘頻率為2 MHz時，轉(zhuǎn)換時間為6μs。MAXl97在啟動轉(zhuǎn)換時，需要輸入一個8位控制字，這個控制字若由單片機(jī)提供將使啟動時間延長，難以提高采集速度，所以這里用到一個數(shù)據(jù)鎖存器74LS373來保存控制字。
2．2 存儲器和地址發(fā)生器
存儲器采用兩片2114,它是一款4 b×1K靜態(tài)隨機(jī)存儲器。2114在存取數(shù)據(jù)時，除了需要外部提供片選信號和讀寫信號外，還需要提供地址信號。地址信號由地址發(fā)生器產(chǎn)生，地址發(fā)生器實(shí)際上是一個計(jì)數(shù)器。
2．3 控制器
控制器是數(shù)據(jù)采集電路的核心，由CPLD內(nèi)部模塊實(shí)現(xiàn)。這里的CPLD選用Altera公司的EPM7064。EPM7064有64個宏單元，1 250個可用門類，36個I／O腳。從可行性方面來說，RAM、地址發(fā)生器、74LS373和控制器都可以同時做到CPLD中，但RAM需要100個節(jié)，用CPLD來實(shí)現(xiàn)將占用大量資源，僅一片EPM7064就不夠用。所以為了節(jié)省資源，降低成本，這里采用外接RAM2114。74LS373也采用外接方式，主要是考慮端口不夠用。因此在CPLD內(nèi)部僅安排了控制器和地址發(fā)生器(圖3虛線框內(nèi))。

3 控制器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
3．1 采集點(diǎn)數(shù)的確定及控制器接口要求
晶體管特性曲線中，輸出特性曲線是最復(fù)雜的。輸出特性曲線一般由8～10條線組成。在本系統(tǒng)中，每條線由50個點(diǎn)連接而成。每個點(diǎn)由一個電壓值和_個電流值確定，每個電壓(或電流)數(shù)據(jù)占兩字節(jié)存儲單元(數(shù)字量12位)，則每條曲線的電壓值(或電流值)就占100個字節(jié)。電壓值和電流值本應(yīng)該在同一時刻采集，但為了節(jié)省A／D轉(zhuǎn)換器和其他硬件，這里把電壓和電流安排在不同的掃描周期內(nèi)采集，只要采集時間與各自的掃描周期起始時間間隔一一對應(yīng)就可以保證精度，時間誤差在1μs之內(nèi)。
每一組電壓或電流數(shù)據(jù)的采集都是在一個掃描電壓的上升時間段完成。掃描電壓是把50 Hz交流電壓經(jīng)整流產(chǎn)生，所以每個掃描電壓所占時間是10 ms，掃描電壓的上升段時間就是5ms。如果5 ms時間內(nèi)要采集50個數(shù)據(jù)，則每個數(shù)據(jù)占用時間為100μs。10條曲線將占用20個掃描周期。
在每個數(shù)據(jù)采集時間(100μs)內(nèi)，控制器首先從鎖存器74LS373中讀取“控制字”送入A／D轉(zhuǎn)換器，啟動A／D轉(zhuǎn)換器工作，進(jìn)入轉(zhuǎn)換等待狀態(tài)。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時，控制器從A／D轉(zhuǎn)換器分別讀取數(shù)據(jù)的高字節(jié)和低字節(jié)存入RAM中，然后等待下一個采集周期。待50個數(shù)據(jù)采集結(jié)束后，控制器向單片機(jī)發(fā)出采集結(jié)束信號。所以控制器要產(chǎn)生74LS373的讀信號、A／D轉(zhuǎn)換器的片選和讀寫信號、存儲器片選和讀寫信號、地址發(fā)生器的時鐘和清零信號等，還要接受單片機(jī)的采集指令信號和50 Hz交流電同步信號，返回單片機(jī)采集結(jié)束信號等。