第7章測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第4版(姜)

1、7.1 7.1 電量測(cè)量電量測(cè)量7.2 7.2 非電量電測(cè)法和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成非電量電測(cè)法和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成7.3 7.3 傳感器傳感器* *7.4 7.4 有源濾波和測(cè)量放大電路有源濾波和測(cè)量放大電路* *7.5 7.5 模擬開(kāi)關(guān)和取樣模擬開(kāi)關(guān)和取樣- -保持電路保持電路7.6 7.6 數(shù)數(shù)- -模（模（D/AD/A）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器7.7 7.7 模模- -數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器7.8 7.8 非電量測(cè)量系統(tǒng)舉例非電量測(cè)量系統(tǒng)舉例第第7 7章章 測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)測(cè)量和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7.1.1 常用電工測(cè)量?jī)x表的分類7.1.2 測(cè)量誤差和儀表準(zhǔn)確度7.1.3 電流、電壓、功率

2、和電能的測(cè)量7.1 7.1 電量測(cè)量電量測(cè)量電工測(cè)量?jī)x表按測(cè)量方法分為直讀式和比較式儀表。電工測(cè)量?jī)x表按測(cè)量方法分為直讀式和比較式儀表。直讀式儀表能直接指示被測(cè)量的大小，又分為模擬直讀式儀表能直接指示被測(cè)量的大小，又分為模擬 式儀表和數(shù)字式儀表。式儀表和數(shù)字式儀表。比較式儀表（例如直流電橋、直流電位差計(jì)、交流電比較式儀表（例如直流電橋、直流電位差計(jì)、交流電橋）是將被測(cè)量和已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定橋）是將被測(cè)量和已知的標(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較，從而確定被測(cè)量的數(shù)值。被測(cè)量的數(shù)值。7.1.1 7.1.1 常用電工測(cè)量?jī)x表的分類常用電工測(cè)量?jī)x表的分類表表7.1.1 7.1.1 電工測(cè)量?jī)x表上的幾種符號(hào)及

3、其意義電工測(cè)量?jī)x表上的幾種符號(hào)及其意義符號(hào)意義符號(hào)意義-直流儀表 2 或2kV絕緣強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)電壓2kV交流儀表或儀表直立放置 _ 交直流儀表或儀表水平放置1.5 或1.5準(zhǔn)確度等級(jí)1.5級(jí)B C工作環(huán)境等級(jí) 1 1 1 工作環(huán)境等級(jí)分工作環(huán)境等級(jí)分A、B、C三組，其中三組，其中A組（溫度組（溫度0 +40,相對(duì)濕度相對(duì)濕度8080% %以下）不在面板上標(biāo)出；以下）不在面板上標(biāo)出；B溫度溫度-20+50，相對(duì)濕度相對(duì)濕度85 %以下；以下；C溫度溫度-40+60，相對(duì)濕度相對(duì)濕度98 %以下。以下。 在用電工測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀表的讀數(shù)和被在用電工測(cè)量?jī)x表進(jìn)行測(cè)量時(shí)，儀表的讀數(shù)和被測(cè)量的實(shí)際值之

4、間總要存在一定的誤差。測(cè)量的實(shí)際值之間總要存在一定的誤差。誤差的表示方法主要有誤差的表示方法主要有絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差和和相對(duì)誤差相對(duì)誤差： 絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差是指儀表的指示值是指儀表的指示值A(chǔ)x與被測(cè)量實(shí)際值與被測(cè)量實(shí)際值A(chǔ)0之間的差值，即之間的差值，即 A = Ax-A0 = AA0100%100%相對(duì)誤差相對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差是指絕對(duì)誤差 A與被測(cè)量的實(shí)際值與被測(cè)量的實(shí)際值A(chǔ)0之間的差值，即之間的差值，即7.1.2 7.1.2 測(cè)量誤差和儀表準(zhǔn)確度測(cè)量誤差和儀表準(zhǔn)確度 儀表的準(zhǔn)確度是按儀表的最大相對(duì)額定誤差來(lái)儀表的準(zhǔn)確度是按儀表的最大相對(duì)額定誤差來(lái)分級(jí)的，即：分級(jí)的，即：Am相對(duì)額定誤差：相對(duì)額

5、定誤差：m=Am100% 目前我國(guó)直讀式電工測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度分為如目前我國(guó)直讀式電工測(cè)量?jī)x表的準(zhǔn)確度分為如表表7.1.2所示所示7個(gè)等級(jí)。個(gè)等級(jí)。5.0表7.1.2 各級(jí)儀表的最大基本誤差儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)儀表的準(zhǔn)確度等級(jí)基本誤差基本誤差% %0.10.10.20.20.50.51.01.01.51.52.52.55.01. 電流和電壓的測(cè)量電流和電壓的測(cè)量測(cè)量直流電流常用測(cè)量直流電流常用磁電式電流表磁電式電流表測(cè)量直流電壓常用測(cè)量直流電壓常用磁電式電壓表磁電式電壓表圓柱型鐵心FF磁電式儀表的結(jié)構(gòu)示意磁電式儀表的結(jié)構(gòu)示意7.1.3 電流、電壓、功率和電能的測(cè)量 測(cè)量交流電測(cè)量交流電流常用電磁式流

6、常用電磁式電流表，測(cè)量電流表，測(cè)量交流電壓常用交流電壓常用電磁電壓表。電磁電壓表。 電磁式儀表電磁式儀表常采用推斥式常采用推斥式結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)。可動(dòng)鐵片固定鐵片固定線圈電磁式儀表結(jié)構(gòu)示意電磁式儀表結(jié)構(gòu)示意2. 2. 功率和電能的測(cè)量功率和電能的測(cè)量 功率的測(cè)量常采用功率計(jì)直接測(cè)量。目前常用功率的測(cè)量常采用功率計(jì)直接測(cè)量。目前常用的是電動(dòng)式功率計(jì)，它是電動(dòng)式儀表的一種。的是電動(dòng)式功率計(jì)，它是電動(dòng)式儀表的一種。固定線圈固定線圈可動(dòng)線圈FF電動(dòng)式儀表結(jié)構(gòu)示意電動(dòng)式儀表結(jié)構(gòu)示意i2ii1*+-u功率計(jì)接線功率計(jì)接線負(fù)載感應(yīng)式電度表結(jié)構(gòu) 非電量電測(cè)法非電量電測(cè)法 傳感器傳感器信號(hào)處理信號(hào)處理A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換

7、模擬顯示模擬顯示數(shù)字顯示數(shù)字顯示計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)原理框圖* *7.27.2非電量電測(cè)法和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成非電量電測(cè)法和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成 傳感器1模擬信號(hào)1濾波放大1 S/H 1 傳感器2模擬信號(hào)2濾波放大2 S/H 2 傳感器n模擬信號(hào)n濾波放大n S/H nA/D微機(jī)系統(tǒng)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)原理框圖傳感器是一種以測(cè)量為目的，能夠感受規(guī)定的被傳感器是一種以測(cè)量為目的，能夠感受規(guī)定的被測(cè)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件測(cè)量，并按一定規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用輸出信號(hào)的器件或裝置?；蜓b置。按被測(cè)對(duì)象的參數(shù)分類按被測(cè)對(duì)象的參數(shù)分類：溫度、速度、力：溫度、速度、力正確合理選擇

8、傳感器正確合理選擇傳感器: 精度、可靠性、穩(wěn)定性、精度、可靠性、穩(wěn)定性、抗干擾性?？垢蓴_性。7.3 7.3 傳感器傳感器幾種常用傳感器介紹溫度傳感器溫度傳感器金屬熱電阻、半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）、熱電金屬熱電阻、半導(dǎo)體熱電阻（熱敏電阻）、熱電偶、集成穩(wěn)度傳感器。偶、集成穩(wěn)度傳感器。熱敏電阻又分：熱敏電阻又分：PTC（阻值隨溫度成正比變（阻值隨溫度成正比變化）、化）、NTC（阻值隨溫度成反比變化）。（阻值隨溫度成反比變化）。常用測(cè)溫電路常用測(cè)溫電路力傳感器力傳感器外引線外引線焊接電極焊接電極內(nèi)引線內(nèi)引線硅條硅條膠膜襯底膠膜襯底半導(dǎo)體應(yīng)變片半導(dǎo)體應(yīng)變片應(yīng)變測(cè)量電路應(yīng)變測(cè)量電路kllRRRRUUs4

9、熱釋電紅外線傳感器熱釋電紅外線傳感器氣體傳感器氣體傳感器電極電極加熱器加熱器瓷絕緣管瓷絕緣管旁熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)及符號(hào)旁熱式氣敏器件結(jié)構(gòu)及符號(hào)SnO2燒結(jié)體燒結(jié)體123456（a）結(jié)構(gòu)）結(jié)構(gòu)（b）符號(hào)）符號(hào)220VBZ 氖管氖管家用可燃性氣體報(bào)警器電路家用可燃性氣體報(bào)警器電路氣敏傳感器氣敏傳感器蜂鳴器蜂鳴器BR霍爾傳感器霍爾傳感器o 霍爾傳感器是將霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償霍爾傳感器是將霍爾元件、放大器、溫度補(bǔ)償器及穩(wěn)壓電路集成在一個(gè)芯片上，它基于霍爾器及穩(wěn)壓電路集成在一個(gè)芯片上，它基于霍爾磁效應(yīng)，可以將磁場(chǎng)磁通量的變化轉(zhuǎn)化成為線磁效應(yīng)，可以將磁場(chǎng)磁通量的變化轉(zhuǎn)化成為線性的電壓信號(hào)輸出。性的電壓

10、信號(hào)輸出。o 用霍爾元件可以制成霍爾電流傳感器、霍爾電用霍爾元件可以制成霍爾電流傳感器、霍爾電壓傳感器及霍爾功率傳感器壓傳感器及霍爾功率傳感器o 另外，霍爾元件可用于位置及位移檢測(cè)，轉(zhuǎn)速、另外，霍爾元件可用于位置及位移檢測(cè)，轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)角及移動(dòng)速度檢測(cè)等。轉(zhuǎn)角及移動(dòng)速度檢測(cè)等。電梯智能稱重變送裝置電梯智能稱重變送裝置 7.4.1 7.4.1 有源濾波電路有源濾波電路7.4.2 7.4.2 測(cè)量放大電路測(cè)量放大電路* *7.4 7.4 有源濾波器和測(cè)量放大電路有源濾波器和測(cè)量放大電路1.低通有源濾波電路低通有源濾波電路RCRfR1uiRC濾波環(huán)節(jié)濾波環(huán)節(jié)同相輸入比例同相輸入比例放大電路放大電路負(fù)反饋

11、網(wǎng)絡(luò)負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)一階低通有源濾波電路一階低通有源濾波電路 7.4.1 7.4.1 有源濾波電路有源濾波電路= (1+ RfR1)1+ jRCUi.=Af1 + j c11 + ( c)2=Af arctancH(j)=Ui.UO.H(j)1 + ( c)2=Af arctan（c （ ） =）幅頻特性相頻特性UO.= (1+ RfR1)R - jC1- jC1Ui.=Af1 + j cUi.H(j)1 + ( c)2=Af 0.707Af0c H(j ) )(00 -4-2 arctan（c （ ） =）幅頻特性相頻特性 用低通濾波器進(jìn)行信號(hào)處理示例用低通濾波器進(jìn)行信號(hào)處理示例高通濾波電路高通濾

12、波電路RCRfR1uiUO.= (1+ RfR1)R + jC1Ui.RR + jC1Ui.R=Af1 - jUi.=Afc一階高通濾波電路uo=Af1 - j c1H(j)=Ui.UO.H(j)1 + ( c)2=Af arctan（c （ ）=）0.707Af0c H(j) )(0c 42帶通和帶阻濾波電路的幅頻特性帶通和帶阻濾波電路的幅頻特性測(cè)量放大電路的作用測(cè)量放大電路的作用 將傳感器送來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，將傳感器送來(lái)的微弱信號(hào)進(jìn)行放大，再送到后面電路去處理。再送到后面電路去處理。對(duì)測(cè)量放大電路的要求對(duì)測(cè)量放大電路的要求 輸入電阻高、躁聲低、穩(wěn)定性好、精輸入電阻高、躁聲低、穩(wěn)定性好、

13、精度及可靠性高、共模抑制比大、線性度好、度及可靠性高、共模抑制比大、線性度好、失調(diào)小、并有一定的抗干擾能力。失調(diào)小、并有一定的抗干擾能力。7.4.2 7.4.2 測(cè)量放大電路測(cè)量放大電路 1. 用集成運(yùn)放組成的測(cè)量放大電路用集成運(yùn)放組成的測(cè)量放大電路ui1uoR1ui2R1RPR2R2R3R3A1A2A3uo1uo2iP 同相 輸入 同相 輸入ui1uoR1ui2R1RPR2R2R3R3A1A2A3uo1uo2iPiP=ui1ui2RP=ui1ui2Aduo=R3R2（1+2R1RP）uo2uo1=（R1+RPR1+） iP=（1+2R1RP）（ui2ui1）uo=R3R2uo2uo1（1+2

14、R1RP）（ui2ui1）=R3R2）2. 2. 集成測(cè)量放大電路芯片集成測(cè)量放大電路芯片在要求較高場(chǎng)合采用。具有外接元件少，無(wú)需精密在要求較高場(chǎng)合采用。具有外接元件少，無(wú)需精密匹配電阻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。匹配電阻，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。IN+IN-+-UiRSU Uo oU-U+RG10K100KAD5217121310846115142913GSiodRRUUARG取不同值取不同值，Ad:0.110003 3 隔離放大器隔離放大器+UC2+UC1UoUiI2I3I1CR3R2R1V2V1+-+)()(123112IgIIgI231112232233)()(RRIgIgR

15、RIRIRUUAio 7.5.1 7.5.1 模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)7.5.2 7.5.2 取樣取樣- -保持（保持（S/HS/H）電路）電路* *7.5 7.5 模擬開(kāi)關(guān)和取樣模擬開(kāi)關(guān)和取樣- -保持電路保持電路 模擬開(kāi)關(guān)用于傳輸模擬信號(hào)，它主要由控制電模擬開(kāi)關(guān)用于傳輸模擬信號(hào)，它主要由控制電路和開(kāi)關(guān)電路兩部分組成。路和開(kāi)關(guān)電路兩部分組成。構(gòu)成方式：雙極型晶體管電路構(gòu)成方式：雙極型晶體管電路MOS場(chǎng)效應(yīng)晶體管場(chǎng)效應(yīng)晶體管 主要介紹由主要介紹由CMOS傳輸門構(gòu)成的模擬開(kāi)關(guān)和集傳輸門構(gòu)成的模擬開(kāi)關(guān)和集成多路模擬開(kāi)關(guān)。成多路模擬開(kāi)關(guān)。 7.5.1 7.5.1 模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)UiUoCPCPUDDT1T

16、2電路電路CPUoUiCPTG圖形符號(hào)圖形符號(hào)CP=1，Uo=Ui；CP=0，高阻，高阻，Ui無(wú)法傳輸?shù)綗o(wú)法傳輸?shù)経oCMOS傳輸門傳輸門模擬開(kāi)關(guān)UoUiTG1DDUiUo電路電路圖形符號(hào)圖形符號(hào)當(dāng)當(dāng)D=1，開(kāi)關(guān)閉合，開(kāi)關(guān)閉合，Uo=Ui；D=0，開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，開(kāi)關(guān)斷開(kāi) CC4051模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)CBA30UDD123456781615141312111091246COMMON75INHUEEUSSCC4051ABCINH電平轉(zhuǎn)換電路譯譯 碼碼 電電 路路12345670輸出輸出COMMON CC4051功能表功能表地址輸入地址輸入輸出通道輸出通道INHABCCOMMON100000000-00

17、000101001110010111011101234567uoA2CuiA1uc（t）（t）（t） 輸入緩沖輸入緩沖 放大器放大器模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)保持電容保持電容 輸出緩沖輸出緩沖 放大器放大器采樣采樣- -保持電路波形圖保持電路波形圖采采樣樣采采樣樣采采樣樣保保持持保保持持uiucuo（t）（t）（t）ttt調(diào)零調(diào)零輸入輸入邏輯控制邏輯控制參考電壓參考電壓輸出輸出+-+S-H集成芯片及峰值檢測(cè)電路集成芯片及峰值檢測(cè)電路 7.6.1 T 7.6.1 T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.6.2 7.6.2 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器舉例轉(zhuǎn)換器舉例7.6 7.6 數(shù)數(shù)/ /模模(D

18、/A)(D/A)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器RRR2R2R2R2R2RI0I1I2I3S0S1S2S3D0D1D2D3UREFIRfUO8ABCDIo1Io2基準(zhǔn)電源基準(zhǔn)電源模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)電流求和放大器電流求和放大器并行數(shù)字輸入并行數(shù)字輸入D=0， S 接地；接地；D=1， S 接接“虛地虛地”。7.6.1 T7.6.1 T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器梯形電阻網(wǎng)絡(luò)梯形電阻網(wǎng)絡(luò)A A、B B、C C、D D任意一點(diǎn)，任意一點(diǎn)，其右邊的電阻網(wǎng)絡(luò)等效電阻均等于其右邊的電阻網(wǎng)絡(luò)等效電阻均等于R R 。RUIREF34322II24222II14122II04022II)22

19、22(20011223341DDDDIIout)2222(2)2222(20011223340011223341DDDDRRUDDDDIRIRUfREFfoutfo)2.22(2002211DDDRRUUnnnnnfREFo對(duì)對(duì)n位位D/A有有 D/AD/A的主要技術(shù)參數(shù)的主要技術(shù)參數(shù) 分分 辨辨 率率: : 是指最小輸出電壓（是指最小輸出電壓（ 對(duì)應(yīng)的輸入二進(jìn)制數(shù)為對(duì)應(yīng)的輸入二進(jìn)制數(shù)為1 1 ）與最大）與最大輸出電壓輸出電壓( (對(duì)應(yīng)的輸入二進(jìn)制數(shù)的所有位全為對(duì)應(yīng)的輸入二進(jìn)制數(shù)的所有位全為1)1)之比。之比。 分辨率分辨率= =1/（2n-1）例如十位數(shù)模轉(zhuǎn)換器的分辨率為：例如十位數(shù)模轉(zhuǎn)換器

20、的分辨率為：1210-10.001 轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：表示實(shí)際輸出的電壓值與理想的輸出電壓值之間的差別。表示實(shí)際輸出的電壓值與理想的輸出電壓值之間的差別。 轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度：從數(shù)碼輸入到模擬電壓穩(wěn)定輸出間的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換速度。從數(shù)碼輸入到模擬電壓穩(wěn)定輸出間的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換速度。 CC7520 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 CC7520 CC7520是是1010位位CMOSCMOS電流開(kāi)關(guān)型電流開(kāi)關(guān)型D/AD/A轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好。轉(zhuǎn)換器，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性好。片內(nèi)只含倒片內(nèi)只含倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)、電子開(kāi)關(guān)和反饋電阻型電阻網(wǎng)絡(luò)、電子開(kāi)關(guān)和反饋電阻R RF F，應(yīng)用時(shí)外部要接參考，應(yīng)用時(shí)外部要接參考

21、電壓源和運(yùn)算放大器。電壓源和運(yùn)算放大器。Iout1Iout2GNDD9D8D7D6D5D4D3D2D1D0UDDUREFRF12345678161514131211109 CC7520 CC7520 外部引腳圖外部引腳圖引腳功能引腳功能 Iout1、Iout2：電流輸出端：電流輸出端GND：接地端：接地端D9D0：數(shù)字信號(hào)輸入端：數(shù)字信號(hào)輸入端UDD：電源輸入端，：電源輸入端，5 10VUREF：基準(zhǔn)電源，：基準(zhǔn)電源，10V +10VRF：反饋信號(hào)輸入端：反饋信號(hào)輸入端7.6.2 7.6.2 集成集成D/AD/A轉(zhuǎn)換器舉例轉(zhuǎn)換器舉例 CC7520 D/ACC7520 D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)用電路轉(zhuǎn)換器

22、應(yīng)用電路12341615141312CC7520D0D1D9UREFUDD+_U0UO= (D9 29+D8 28+D121+D020) UREF 210 程控三角波程控三角波/ /方波發(fā)生器方波發(fā)生器D8D7D0+_U01123416151413CC752056D9_+UREF+15VU02A1A2CR1R210kUO2UO110091281922224 DDDDRCT概述概述 7.7.1 7.7.1 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器7.7 7.7 模模/ /數(shù)數(shù)(A/D)(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 A/D A/D 轉(zhuǎn)換器的作用是將輸入的模擬電壓數(shù)轉(zhuǎn)換器的作用是將輸入的模擬電壓數(shù)字化

23、。字化。直接直接轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：逐次逼近型、并聯(lián)比較型等逐次逼近型、并聯(lián)比較型等間接間接轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：?jiǎn)畏e分型、雙積分型等單積分型、雙積分型等概述概述電電壓壓比比較較器器n位位D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器逐次逼逐次逼近寄存器近寄存器節(jié)節(jié)拍拍脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生器器輸輸 出出 寄存器寄存器基準(zhǔn)電源基準(zhǔn)電源7.7.1 7.7.1 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器順序順序d3 d2 d1 d0UA/V比較比較該位該位1 1的去留的去留11 1 0 0 0 0 0 04UAUI1 1 0 0 1 1 0 035UAUI1 1 0 0 1 1 1 145.5UAUI留留去去留留留留UA逼近逼近UI的波

24、形的波形四位逐次逼近型四位逐次逼近型ADC的的轉(zhuǎn)換過(guò)程轉(zhuǎn)換過(guò)程UA逼近逼近U1的波形的波形5.52O512346UA/V2341脈沖順序四四位位D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器1D QCD QCD QCD QC+C4C3C2C1C0SDJKRDCQ0SDJKRDCQ1SDJKRDCQ2SDJKRDCQ3+Ui=5.52V比較器比較器節(jié)節(jié)拍拍脈脈沖沖發(fā)發(fā)生生器器時(shí)鐘時(shí)鐘脈沖脈沖數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器d3d2d1d0逐次比較寄存器逐次比較寄存器U0U+U+JKU0= (d323+d222+d121+d020)24URCC0C2C1C3C40 01 1000UR=8VU0=4V1 10 00 00 00 00 01

25、0 01 11 11 10 01 11 1U0=5VU0=6V0 01 1U0=5.5V四位逐次逼近型四位逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器D/A集成集成A/DA/D芯片芯片ADC0801各管腳功能各管腳功能：D0 D7：八位數(shù)字信號(hào)輸出端：八位數(shù)字信號(hào)輸出端UCC：電源端，：電源端， UCC =5VDGND：數(shù)字地端：數(shù)字地端AGND：模擬地端：模擬地端CS：片選信號(hào)，低電平有效：片選信號(hào)，低電平有效RD：讀出端，：讀出端，低電平有效低電平有效WD：寫入端，低電平有效：寫入端，低電平有效CLKIN：外部時(shí)鐘脈沖輸入端：外部時(shí)鐘脈沖輸入端CLKR：內(nèi)部時(shí)鐘脈沖端：內(nèi)部時(shí)鐘脈沖端INTR：輸出控

26、制端：輸出控制端 UIN(+)、UIN(-)：模擬量輸入端：模擬量輸入端ADC0801ADC0801外引腳圖外引腳圖 雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器屬于電壓時(shí)間變換轉(zhuǎn)換器屬于電壓時(shí)間變換的間接的間接A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 基本原理是將一段時(shí)間內(nèi)的輸入模擬電基本原理是將一段時(shí)間內(nèi)的輸入模擬電壓壓 U Ui i 和參考電壓和參考電壓U UR R 通過(guò)兩次積分，變換成與通過(guò)兩次積分，變換成與輸入電壓平均值成正比的時(shí)間間隔，再變換輸入電壓平均值成正比的時(shí)間間隔，再變換成正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字量。成正比于輸入模擬信號(hào)的數(shù)字量。* *7.7.2 7.7.2 雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)

27、換器UiURABS1RS2Cuo積分器積分器比較器比較器CP數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出_+計(jì)數(shù)器控制邏輯電路_+&脈沖發(fā)生器+A1A2雙積分型雙積分型A/DA/D轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖URUiABS1RS2Cuo積分器積分器比較器比較器CP數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出_+計(jì)數(shù)器控制邏輯電路_+&脈沖發(fā)生器+A1A2CPuottt000UPT1T2Dout 1. 定時(shí)采樣階段：定時(shí)采樣階段： S1合向合向A側(cè)，從側(cè)，從0開(kāi)始對(duì)開(kāi)始對(duì)Ui積分。積分。dtURCutio01URUiABS1RS2Cuo積分器積分器比較器比較器CP數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出_+計(jì)數(shù)器控制邏輯電路_+&脈沖發(fā)生器+

28、A1A2CPuottt000UPT1T2Dout t=T1 時(shí)，時(shí)， S1合向合向B側(cè)，停止采側(cè)，停止采樣。樣。 t=t1積分器輸出為積分器輸出為UP =-RCT1Ui=-RCTCUi2nURUiABS1RS2Cuo積分器積分器比較器比較器CP數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出_+計(jì)數(shù)器控制邏輯電路_+&脈沖發(fā)生器+A1A2CPuottt000UPT1T2Dout 2. 比較讀數(shù)階段：比較讀數(shù)階段： t T1時(shí)，積分器的輸出電壓時(shí)，積分器的輸出電壓UPuo =-RC1（U R）tT1dtDout =2nU RUi模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分分 辨辨 率率 以輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示

29、分辨率以輸出二進(jìn)制的位數(shù)表示分辨率。位數(shù)越多,誤差越小,轉(zhuǎn)換精度越高。轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速度 它是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。它是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)所經(jīng)過(guò)的這段時(shí)間。相對(duì)精度相對(duì)精度 它是指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差它是指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上。輸出結(jié)果狀態(tài)輸出結(jié)果狀態(tài)千位數(shù)為千位數(shù)為0千位數(shù)為千位數(shù)為1輸出結(jié)果為正值輸出結(jié)果為正值輸出結(jié)果為負(fù)值輸出結(jié)果為負(fù)值輸入信號(hào)過(guò)量程輸入信號(hào)過(guò)量程輸入信號(hào)欠量程輸入信號(hào)欠量程千位千位百位百位十位十位個(gè)位個(gè)位千位千位百位百位十位十

30、位溫度測(cè)量系統(tǒng)原理框圖：溫度信號(hào)1溫度信號(hào)2信號(hào)采集電路模擬開(kāi)關(guān)放大濾波電路A/D轉(zhuǎn)換電路數(shù)碼顯示電路計(jì)算機(jī)系統(tǒng)說(shuō)明說(shuō)明：一般：一般A/DA/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接送給計(jì)轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)直接送給計(jì)算機(jī)系統(tǒng)處理、顯示、傳輸、打印和實(shí)現(xiàn)各算機(jī)系統(tǒng)處理、顯示、傳輸、打印和實(shí)現(xiàn)各種控制功能。本例中，用數(shù)碼顯示電路替代種控制功能。本例中，用數(shù)碼顯示電路替代微機(jī)。微機(jī)。* *7.8 7.8 非電量測(cè)量系統(tǒng)舉例非電量測(cè)量系統(tǒng)舉例5VAD590R12k35.7k9k35.7k2k1k3 3C 0.1F+5VS1-S3R3R2R4R2R3R42k2k9k+_A0OP077.2kUx84AD584115VUR+1

31、0VR1測(cè)溫系統(tǒng)電路圖測(cè)溫系統(tǒng)電路圖1COMMANCC4051INHABC01 基基準(zhǔn)電準(zhǔn)電源源模擬模擬開(kāi)關(guān)開(kāi)關(guān) 信信號(hào)采號(hào)采集集 放大濾放大濾 波電路波電路123CC1403UREFEOCDUUAGUx+5VRD20k2VUxR1C1C01C02R1/C10.1F0.1F470kCLKICLKO300kABCDLTLEBICC4511+5V-5VORQ0Q1Q2Q3USSUDD R7 71001007 7ROPRM20021513141216+5V912345CC14138DS4DS3DS2DS1測(cè)溫系統(tǒng)電路圖測(cè)溫系統(tǒng)電路圖2CC14433 A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器位選擇位選擇 驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)器 譯碼

32、器譯碼器o溫度傳感器溫度傳感器AD590AD590，二端式集成溫度電流傳感器。，二端式集成溫度電流傳感器。o測(cè)溫范圍：測(cè)溫范圍：5555 150150，精度，精度0.30.3o使用直流電源范圍使用直流電源范圍4V4V 30V30Vo線性電流輸出：線性電流輸出：1 1A/KA/K注意：注意：AD590AD590測(cè)量的是熱力學(xué)溫度測(cè)量的是熱力學(xué)溫度K K。 K=K=。C+273.2C+273.21.1.信號(hào)采集電路信號(hào)采集電路o采用八選一多路模擬開(kāi)關(guān)采用八選一多路模擬開(kāi)關(guān)CC4051,CC4051,可巡回監(jiān)測(cè)可巡回監(jiān)測(cè)8 8路路被測(cè)溫度信號(hào)被測(cè)溫度信號(hào)o通過(guò)開(kāi)關(guān)通過(guò)開(kāi)關(guān)S S1 1、S S2 2、

33、S S3 3控制控制CC4051CC4051地址輸入端地址輸入端A A、B B、C C的電平，以選擇通道。的電平，以選擇通道。本系統(tǒng)以本系統(tǒng)以2 2路被測(cè)溫度信號(hào)為例路被測(cè)溫度信號(hào)為例。2.2.模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)7.2kR1R235.7k2kR3R42k9kUx5V10VI1I2ITAD5903. 3. 放大電路放大電路由圖可知：由圖可知：21IIIT2121110RRRRUIR4320RRUIx432110RRUIRRxT)(10(4321RRRRIUTx調(diào)調(diào)R20.9k，R3=1k, ,361010)102 .273(TxIU00時(shí)，時(shí)，IT=273.210-6A,Ux=0;故故溫度升高溫度升高1，Ux增加增加10mV。4. A/D轉(zhuǎn)換和顯示電路轉(zhuǎn)換和顯示電路 由由CC14433A/DCC14433A/D片、驅(qū)動(dòng)片、驅(qū)動(dòng)LEDLED的譯碼顯示器的譯碼顯示器CC4511CC4511和位選擇驅(qū)動(dòng)器和位選擇驅(qū)動(dòng)器CC1413CC1413組成。組成。（1 1） CC14433A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 積分電阻積分電阻R1=470k，積分電容，積分電容C1= 0.1F， 時(shí)鐘頻率時(shí)鐘頻率66kHz66kHz，采樣速率，采樣速