RS觸發(fā)器實現(xiàn)精確數(shù)據(jù)采集管理

摘要：本文介紹基于RS觸發(fā)器在數(shù)據(jù)采集管理中實現(xiàn)精確控制的設(shè)計應(yīng)用，可以很方便地應(yīng)用于各種便攜式設(shè)備和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)中。文中給出了整體硬件電路原理框圖和各功能模塊的硬件電路設(shè)計思想。實驗證明，該基于RS觸發(fā)器的計數(shù)設(shè)計很好地滿足了計數(shù)和精度高的要求。

關(guān)鍵詞：RS觸發(fā)器；適配卡；計數(shù)；數(shù)據(jù)處理

DOI: 10.3969/j.issn.1005-5517.2012.11.010

隨著工業(yè)自動化要求的提高，以及控制設(shè)備和過程監(jiān)控裝置之間通訊的需要，計數(shù)功能電路在不同設(shè)備間的通訊和連接，傳輸重要的計算數(shù)據(jù)方面，起著舉足輕重的地位；ISA總線接口作為一種標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)接口結(jié)構(gòu)得到廣泛的應(yīng)用。用它來實現(xiàn)不同儀器和設(shè)備間的通訊與連接已經(jīng)相當(dāng)廣泛，越顯重要和突出。所以，該設(shè)計把兩者結(jié)合起來，設(shè)計出一款便于不同設(shè)備、儀器間的通訊和連接，并能夠自動完成各種計數(shù)、計時、測試和傳輸數(shù)據(jù)功能的ISA總線適配器。

系統(tǒng)硬件設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)ISA計算機(jī)插槽的設(shè)計

標(biāo)準(zhǔn)ISA(Industry Standard Architecture)計算機(jī)插槽采用最先進(jìn)的微機(jī)系統(tǒng)ISA適配卡插槽，由主槽和附加槽兩部分組成，每個槽都有正反兩面插腳。主槽有A1~A31、B1~B31共62腳；附加槽有C1~C18、D1~D18共36腳，兩個槽一共98腳[2]。ISA總線接口具體定義在各類專業(yè)書籍中都有詳細(xì)介紹，這里不再累述。

本設(shè)計中，低4位地址不用作地址比較片選位，而用高4位作地址比較位，因為低4位比高4位變化快，高4位地址遠(yuǎn)比低4位地址穩(wěn)定可靠，地址由撥碼開關(guān)S確定。

數(shù)據(jù)采集單元

P1、P2、P3端口為狀態(tài)量采集輸入端，P4端為比較結(jié)果輸出端，四個端口均為TTL電平。P1、P2、P3輸入的狀態(tài)量與上一時刻P1、P2、P3輸入的狀態(tài)量比較，如果比較結(jié)果相等，P4端口輸出低電平0；比較結(jié)果不相等，輸出高電平1。如果比較結(jié)果相等，說明輸入狀態(tài)量與上一時刻輸入的狀態(tài)量不同，這時需要計數(shù)器重新開始計時，P4端口輸出高電平0，再經(jīng)反相器，這時產(chǎn)生的低電平0脈沖作用給計數(shù)器清零端和RS觸發(fā)器S端，計數(shù)器清零，RS觸發(fā)器輸出端Q輸出1，作用于計數(shù)器片選端，脈沖消失后重新開始計數(shù)。如

數(shù)脈沖到來以后的脈沖等。因為，一般來說，停止計數(shù)都是在第一個停止計數(shù)脈沖到來時停止計數(shù)，在該輸入以后到來的脈沖不采取停止計數(shù)動作。我們定義計數(shù)工作時間段為Tw，理想的利用RS觸發(fā)器來設(shè)定穩(wěn)定的計數(shù)時間段波形圖如圖3所示。

穩(wěn)定計數(shù)單元實質(zhì)是利用了RS觸發(fā)器的不可沖觸發(fā)性原理。RS觸發(fā)器具有的不可重觸發(fā)的特點，即單次觸發(fā)，工作在當(dāng)且僅當(dāng)另一端為高電平1時。假如所有門電路的平均傳輸延遲時間相等，用tpd表示，S端輸入的低電平0信號寬度tw應(yīng)滿足：tw≥2tpd的條件，同理，R端輸入的低電平0信號寬度tw應(yīng)滿足：tw≥2tpd的條件[3]。仿真波形如圖4所示。

換一種保守的方式理解，即在各種教科書和科技書刊上所說的，利用RS觸發(fā)器具有記憶功能的特性，在Tw這段時間內(nèi)，來防止R、S端誤動作，實質(zhì)，就是設(shè)定RS觸發(fā)器的計數(shù)工作時間段，在這段時間內(nèi)才能計數(shù)；相反，如果超出這段時間，計數(shù)功能電路不工作在計數(shù)狀態(tài)，因為其不在計數(shù)時間段內(nèi)。這樣，就防止了 RS觸發(fā)器在計數(shù)時間段內(nèi)誤動作，保證了計數(shù)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

假如在計數(shù)模塊輸入端不要RS觸發(fā)器，當(dāng)然也可以完成計數(shù)功能，并不影響計數(shù)的精確度。但是，這樣的設(shè)計存在很大風(fēng)險，會造成誤動作計數(shù)：第一，在R端停止計數(shù)脈沖還沒到來時，S端有可能再次或多次出現(xiàn)低電平脈沖，重新從零開始計數(shù)，這時就出現(xiàn)在計數(shù)未完成的情況下重新開始計數(shù)，造成誤動作計數(shù)，結(jié)果不是想要計的數(shù)；第二，在S端計數(shù)脈沖還沒到來時，R端有可能再次或多次出現(xiàn)低電平脈沖，這時就出現(xiàn)在計數(shù)未完成的情況下多次停止計數(shù)，造成誤動作停止計數(shù)，引起計數(shù)不準(zhǔn)確。這種風(fēng)險恰恰是設(shè)計者最容易忽略的地方。

那么，采用RS觸發(fā)器就避免了以上情況的發(fā)生，tw就是所設(shè)置的計數(shù)單元穩(wěn)定的工作時間。

計時單元

該單元采用12位計數(shù)，采用1M晶振，基準(zhǔn)計數(shù)頻率采用分頻器設(shè)計，其頻率值為500Hz，每一位二進(jìn)制數(shù)代表0.002s，即每秒鐘計數(shù)0.002s，這樣保證了計數(shù)精確度在小數(shù)點后面3位。該單元硬件原理圖如圖6所示。

軟件算法部分源程序如下：

void Dlgtime::OnTimer(UINT nIDEvent)

本文介紹了基于RS觸發(fā)器，高穩(wěn)定性，高精度計數(shù)適配器，采用RS觸發(fā)器提高了計數(shù)穩(wěn)定可靠性，應(yīng)用相當(dāng)廣泛。當(dāng)然，還有可以改進(jìn)的地方，比如可以增加數(shù)據(jù)采集的輸入端，使其采集更多的數(shù)據(jù)；還可以增加計數(shù)位數(shù)，提高計數(shù)基準(zhǔn)頻率，通過軟、硬件都可以持續(xù)的提高計數(shù)