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在本系统中，模拟输入信号的电压范围是0～5V。本课题采用LM324运算放大器作为电压跟随器，用来稳定输入信号，增加AD9221的输入阻抗。
LM324是四运放集成电路，它采用14脚双列直插塑料封装。内部包含四组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，四组运放相互独立。LM324四运放电路具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用在各种电路中。
在本系统中，考虑到模拟输入信号有64路，所以采用模拟开关来实现数据的传输是很有必要的。
2.3 数字信号采集通道的设计
1路数字信号，由于输入是TTL电平信号或低电平0V、高电平12V的脉冲信号。所以数字信号必须经过电平调整处理，才能够存入存储器（存储器输入电压为3.3V，后面会有介绍）。下面是一个调压电路:
D1是一个3.3V的稳压管，如果输入电压大于3.3V，则将AS1输出电压钳制在3.3V，起到了调压的作用。如果是低于3.3V，那么电压将不改变。
图2.3 调压电路
2.4 开关量采集通道的设计
开关信号分为有源和无源两种，开关信号需要经过隔离和驱动才能与执行机构 相连接。造成执行机构的误动作。开关量隔离的目的在于直接电气联系，以防地电位差、外界电磁场等干扰因素。在本设计中，采用光电耦合器件作为隔离器件，74HC14作为驱动器件
2.4.1 开关量隔离电路的设计
光电耦合器件是以光为媒介传输信号的电路，如图2.4所示。发光二极管和光敏三极管封装在同一个管壳内，发光二极管的作用是将电信号转变为光信号，光敏三极管接受光信号再将它转变为电信号。
光电耦合器件的特点是：输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能
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力强，隔离电压可达千伏以上。无触点，寿命长，可靠性高。响应速度快，易于TTL电路配合使用。
图2.4 开关量隔离电路
图2.4电路的工作过程如下：当输入为低电平时，流过发光二极管的电流为零，光敏三极管截止，输出为高电平。当输入为高电平时，电流经R71流经发光二极管使其发光，光信号的作用于光敏三极管，使其饱和导通，输出为低电平。所以光电耦合器件兼有反相及电平转换的作用。R71为限流电阻，其阻值决定了发光二极管的导通电流，此电流一般选为数毫安。R72的取值要保证输出的高、低电平要求。光电耦合器件的一个重要参数是电流传输比CTR，当输入为高电平时，须使R72＞+V/（CTR*输入电流）才能保证输出为低电平。如果R72选的太大，则输出电压带动拉电流负载的能力减弱，光敏三极管的暗电流也会对输出高电平造成不利影响。因此，需要综合各方面的因素来确定R72的阻值。 2.4.2 开关量驱动电路的设计
开关量驱动电路采用TTL三态门缓冲器，本设计采用74HC14，它的驱动能力要高于一般的TTL电路，如图2.5所示。74HC14是六芯片集成电路，内部包含六组形式完全相同的反相器，除电源共用外，六组反相器相互独立。
74HC14 是施密特输入反相器芯片, 输入电平从低到高的翻转电平高于从高到低的翻转电平, 使输入缓慢变化或不太规则变化的边沿整形成陡峭的边沿. 施密特输入只是使得上跳沿和下降沿变得比原始输入信号的上升和下降更加陡峭一些，也就是在数字电路起整形作用。
图2.5 开关量驱动电路
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2.5 模拟开关的选择
模拟开关是数据采集系统中的主要器件之一，它的作用是切换各路输入信号。在测控系统中，被测物理量通常是几个或几十个。为了降低成本和减小体积，系统中通常使用公共的采样保持器、放大器及A/D转换等器件，因此需要使用多路开关轮流把各路被测信号分时地与这些公用器件接通。
多路开关有机械触点式开关和半导体模拟开关。机械触点式开关中最常用的是干簧继电器，它的导通电阻小，但切换速度慢。集成模拟电子开关的体积小，切换速率快，无抖动，耗电小，工作可靠，容易控制。它的缺点是导通电阻较大，输入电压电流容量有限，动态范围小。在较低频段上（f<10MHz）的集成模拟电子开关，通常采用CMOS工艺制成；而在较高频段上（f>10MHz）则采用双极型晶体管工艺技术。集成模拟电子开关在测控技术中得到广泛应用。
在设计中往往要用到模拟开关，对于不同的用途需要选择不同的模拟开关。在选择时要考虑以下参数:
1、通道数量
通道数量对传输的被测信号的精度和切换速度有直接的影响，因为通道数目越多，寄生电容和泄露电流通常也越大，特别是在使用集成模拟开关时，虽然只有其中一路导通，但由于其他模拟开关断开时（此时处于高阻状态）仍存在漏电流，从而也要对导通的那一路开关产生影响：通道越多，漏电流越大，通道间的干扰也越多。
2、导通电阻
理想的多路开关其导通电阻应为零，断开电阻应为无穷大，但是实际中的模拟开关无法达到这个要求。模拟开关的导通电阻会使信号电压产生跌落，尤其是和低阻抗器件串联使用的时候，因此需要考虑开关电阻。希望导通电阻尽量小。
3、开关时间
由于模拟开关器件中有导通电阻并有寄生电容，这样就会产生一定的导通和关断时间，通常希望器件具有短的开关时间。
4、泄漏电流
指开关断开时的泄漏电流。如果信号源内阻很大，传输的是电流量，此时就更需要考虑它的泄漏电流，一般希望泄漏电流越小越好。另外根据系统实际需要，还
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要考虑开关的数量、种类(几选一、逻辑控制等)。
5、切换速度
对于传输快速变化的场合，就要求多路开关的切换速度高，当然也要考虑后一段的采样保持和A/D的速度，从而以最优的性价比来选取多路开关的切换速度[4]。
作为多路选择开关，需要多通道快速循环采集。本系统选择了开关速度比较快、泄漏比较小、16选1的模拟选择开关ADG506。 AD0506电压范围宽、功耗低、泄漏小。其主要的参数为：
低泄漏：20pA(典型值) 较低的导通电阻 ：200?
较高的开关速度: 导通200ns、 关闭200ns
图2.6为ADG508在系统中的应用。当A6=1时，ADG506开始工作，随着A1、A2、A3和A4的变化，16个通道轮流进行数据采集。A1、A2、A3、A4、A6由FPGA提供。当A6=1时，ADG506停止工作，数据采集结束。
图 2.6 ADG506在系统中的应用
2.6 A/D转换器的选择
随着超大规模集成电路技术的飞速发展和计算技术在工业领域的广泛用，A/D 转换器的新设计思想和制造技术层出不穷。为满足各种不同的检测和控制任务的需要，大量结构不同、性能各异的A/D转换电路应运而生。有传统的并行型、逐次逼
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