數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件

此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)覺剽竊，必究法律責任！此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)覺剽竊，必究法律責任！此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)覺剽竊，必究法律責任！此課件及“海南風光”封面屬清華大學唐慶玉創(chuàng)作，如發(fā)覺剽竊，必究法律責任！第10章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)電工電子學(下)中國石油大學(華東)信息與控制工程學院電工電子學教學中心張勇數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第1頁第10章數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

10.1經(jīng)典測控系統(tǒng)概述

10.2傳感器10.3信號測量與變換電路10.4濾波器10.5多路模擬開關(guān)10.6采樣保持器10.7數(shù)模變換器10.8模數(shù)變換器10.9計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第2頁10.1經(jīng)典測控系統(tǒng)概述

傳感器變送器數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第3頁1．傳感器直接感受被測物理量，并把其轉(zhuǎn)換成與被測物理量有一定函數(shù)關(guān)系電壓、電流或其它物理量(如電阻、電容、電感)。傳感器分類:電量傳感器電壓互感器、電流互感器等非電量傳感器熱電式(如熱電偶等)、光電式、電容式(如電容式差壓傳感器等)、電感式等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第4頁2．變送器將傳感器輸出信號改變轉(zhuǎn)換成標準電信號。(1)信號變換：將傳感器輸出電參數(shù)轉(zhuǎn)變成電壓或電流。(2)放大：把微弱電壓或電流信號進行放大，在一些場所還需要進行信號隔離。(3)濾波：濾除干擾信號。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第5頁(4)線性化：被測物理量與電信號之間往往展現(xiàn)非線性關(guān)系，經(jīng)過線性化電路，使電信號與物理量之間變成近似線性關(guān)系。(5)標準化：為了方便地實現(xiàn)儀表交換性、信號遠距離傳送和提升信號抗干擾能力，普通把電信號最終轉(zhuǎn)換成標準4~20mA直流電流信號。被測物理量為量程下限：I=4mA，上限：I=20mA，在量程范圍內(nèi)，被測物理量與電流則呈線性關(guān)系。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第6頁如某壓力變送器，量程為0~1.6MPa，當變送器輸出4mA電流時，壓力為0MPa，輸出20mA時壓力為1.6MPa，當輸出電流為10mA時，壓力為P=(10-4)/(20-4)*1.6=0.6Mpa4～20mA電流信號傳送輸出含有以下優(yōu)點：①輸出電流與負載電阻無關(guān)，適合用于遠距離傳輸。使用250Ω(0.1級)I／U變換電阻，可將4～20mA電流信號變換為1～5V直流電壓信號。②能夠同時串接幾個指示測量儀表，而不會影響測量精度。③能夠?qū)崿F(xiàn)傳送線斷線自檢。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第7頁通常變送器電源線和輸出信號線共用兩根線，稱為二線制變送器。在實際應(yīng)用中，往往把傳感器和變送器做在一起，稱為一體化二線制儀表。二線制溫度變送器以下列圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第8頁3．數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)

模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC采樣保持器模擬開關(guān)。。。。。。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第9頁10.2傳感器10.2.1電壓與電流檢測小電壓檢測：串聯(lián)電阻分壓方法小電流檢測：并聯(lián)電阻分流方法高電壓(幾百伏以上)檢測：電壓互感器大電流(幾十安培以上)檢測：電流互感器互感器優(yōu)點：(1)一個互感器可同時接入幾個儀表。比如電流表和功率表電流線圈或電壓表和功率表電壓線圈等。(2)降低了功率損耗。(3)保障工作人員安全。(4)儀表制造標準化。將工程測量中儀表量限統(tǒng)一設(shè)計為5A或100V。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第10頁1．互感器結(jié)構(gòu)和原理互感器實際上是一個鐵心變壓器，鐵心上繞有兩個或多個繞組(特殊情況只有一個)，接待測電壓或電流繞組稱為初級繞組，接測量儀表繞組稱為次級繞組。電壓互感器普通相當于一個降壓變壓器，其初級繞組額定電壓通常采取不一樣電壓等級，而次級線圈額定電壓都定為100V，電流互感器相當于一個電流變換器，其額定次級電流普通為5A（有為1A）。其初級繞組匝數(shù)較少，甚至可能是幾匝或一匝，所以初級線圈使用一根直線表示。電壓互感器電流互感器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第11頁測壓原理：互感器額定初級電壓U1(或電流I1)與額定次級電壓U2(或電流I2)之比，叫互感器額定變壓比Ku(或額定變流比Ki)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第12頁（a）測單相電壓；（b）用單相互感器測三相相電壓；（c）用單相互感器測三相線電壓；（d）用三相互感器測三相相電壓.電壓互感器接線方式：v數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第13頁（a）測單相電流；（b）測三相電流；（c）測三相三線制三相電流；電流互感器接線方式：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第14頁使用注意事項：（1）電壓互感器次級線圈不許短路，不然次級會出現(xiàn)很大短路電流，故其初級和次級都要接短路保護熔斷器(保險絲)。電流互感器次級線圈不許開路，也不能裝熔斷器。不然當次級突然開路時，會在線圈中感應(yīng)出很高電壓，損壞電流互感器絕緣，并危及操作人員安全。（2）互感器次級線圈、鐵心及外殼都要可靠接地，以確保人身和設(shè)備安全。（3）除特殊設(shè)計可逆互感器外，普通互感器不許反方向使用(即不能將初級與次級交換)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第15頁10.2.3溫度傳感器接觸式測量：熱電阻、熱電偶和半導體傳感器等。非接觸式測量：以輻射式測溫為主，有光學高溫計和輻射高溫計等。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第16頁1．熱電偶溫度傳感器(1)測溫原理—熱電效應(yīng)兩種不一樣導體兩端相互緊密地連接在一起，組合成一個閉合回路。當兩接點溫度不等(T>T0)時，回路中就會產(chǎn)生電動勢，從而形成電流，這一現(xiàn)象稱為熱電效應(yīng)，該電動勢稱為熱電動勢。把上述兩種不一樣導體組合稱為熱電偶。自由端或冷端工作端或熱端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第17頁熱電偶可分為：鉑銠10—鉑、鉑銠30—鉑銠6、鎳鉻—鎳硅、鎳鉻—銅鎳等型號分度表：熱電勢與溫度對應(yīng)關(guān)系表格它是在冷端溫度為0℃條件下得到。不一樣熱電偶含有不一樣分度表，依據(jù)熱電偶產(chǎn)生熱電勢和分度表即可得知其溫度值。熱電勢與溫度關(guān)系為非線性。(2)中間導體定則假如在熱電偶回路中接入第三種金屬材料,只要該材料與熱電偶兩個接點溫度相同,則熱電偶所產(chǎn)生熱電動勢將保持不變，即不受第三種金屬接入回路中影響。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第18頁(3)熱電偶冷端溫度賠償因為分度表都是指冷端溫度0℃時熱電勢，所以要求熱電偶工作時，冷端溫度必須保持在0℃，或進行冷端溫度賠償，不然將要產(chǎn)生誤差。①0℃恒溫法把熱電偶冷端放在環(huán)境溫度為0℃容器里，此時熱電偶輸出準確地和分度表值一致。但這種理想方法只適合用于試驗室中使用，工業(yè)中使用極為不便。②電路賠償普通熱電偶溫度變送器都采取電路進行冷端溫度賠償，使得熱電偶輸出相當于冷端一直保持在0℃，如賠償電橋法。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第19頁③計算修正法將多支熱電偶冷端集中在一起，用其它方式(如熱電阻)測知其冷端溫度，再由每支熱電偶熱電勢經(jīng)過查表和計算得出其熱端溫度。（準確但繁瑣）比如，用鎳鉻—鎳硅熱電偶測某介質(zhì)溫度，測得熱電勢為33.29mV，冷端溫度30℃。

由分度表查得30℃時熱電勢為1.20mV，故冷端溫度為0℃時熱電勢應(yīng)為33.29+1.20＝34.49mV。再據(jù)此電勢查分度表得溫度為829.6℃，此值即為真實溫度值。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第20頁④賠償導線應(yīng)用熱電偶賠償導線又稱延伸導線，它是一個廉價導線，在一定溫度范圍內(nèi)，其熱電特征與其對應(yīng)熱電偶熱電特征十分相近。它用途是把熱電偶冷端延伸出去，遠離熱端，并與冷端賠償器、變送器、顯示儀表等連接起來組成測溫回路，同時不會因為引入該導線使工作熱電偶帶來附加誤差。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第21頁

2．熱電阻溫度傳感器熱電阻溫度計是基于金屬導體或半導體電阻值與溫度呈一定函數(shù)關(guān)系原理實現(xiàn)溫度測量。試驗證實，大多數(shù)金屬導體當溫度上升1℃時，其電阻值均增大0.4%～0.6%；而半導體當溫度上升1℃時，其電阻值則下降3%～6%。工業(yè)上慣用熱電阻為鉑電阻和銅電阻。(1)鉑電阻鉑電阻由純鉑電阻絲繞制而成，其使用溫度范圍為-200～850℃。優(yōu)點：精度高、性能穩(wěn)定。缺點：電阻溫度系數(shù)小，電阻與溫度呈非線性。普通工業(yè)上慣用鉑電阻，我國要求分度號為Pt10和Pt100。即0℃時：R0=10Ω和R0=100Ω。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第22頁

(2)銅電阻銅電阻普通用于-50～150℃范圍溫度測量。優(yōu)點：電阻值與溫度之間基本為線性關(guān)系，電阻溫度系數(shù)大，且材料易提純，價格廉價；缺點：電阻率低，易氧化，所以在溫度不高、測溫元件體積無特殊限制時，能夠使用銅電阻溫度計。我國工業(yè)用銅熱電阻分度號分為Cu50和Cu100兩種，其R0=50Ω和100Ω。

(3)熱電阻測溫線路熱電阻溫度計主要由熱電阻傳感器、電阻測量橋路、顯示儀表及連接導線所組成。為了消除導線電阻對溫度測量影響，普通為三線制接法。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第23頁電橋平衡時：(Rt+Rr)R2=(R1+Rr)R3若使R2=R3，則Rt=R1，說明此種接法導線電阻Rr對熱電阻測量無影響。再以測量放大器、線性化電路和U/I轉(zhuǎn)換電路代替微安表G，就能夠輸出與溫度成線性關(guān)系標準4～20mA電流信號了。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第24頁1．應(yīng)變片式壓力傳感器測量原理應(yīng)變片分金屬應(yīng)變片和半導體應(yīng)變片。金屬電阻應(yīng)變片測壓原理是應(yīng)變效應(yīng)，即金屬材料在外界作用下(壓力等)產(chǎn)生機械變形時，其阻值發(fā)生對應(yīng)改變。半導體應(yīng)變片測壓原理是基于壓阻效應(yīng)，即單晶半導體材料沿某一軸向受到外力作用時，其電阻率ρ發(fā)生改變。所以半導體應(yīng)變片式壓力傳感器又稱為壓阻式壓力傳感器或硅傳感器。10.2.3壓力傳感器在工程技術(shù)中，壓力被定義為垂直而均勻作用于物體單位面積上力，與物理學中壓強概念相同。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第25頁2.測量電路應(yīng)變片式傳感器測量電路多采取直流電橋中雙臂差動電橋和四臂差動電橋。優(yōu)點：1、線性關(guān)系2、靈敏度高3、溫度賠償數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第26頁10.2.4液位傳感器差壓式液位傳感器磁浮子式液位傳感器電容式液位傳感器1．差壓式液位傳感器

密閉容器內(nèi)液位可由液位起點與液面上部氣體壓力差測得，稱為差壓式液位儀表。敞口容器內(nèi)液位既可采取這種差壓法，又可采取壓力法來測量。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第27頁2．磁浮子液位傳感器組成：永磁浮子磁簧管精密電阻放大變換電路優(yōu)點：連續(xù)監(jiān)測液位重復(fù)性高與液體介質(zhì)無關(guān)接線簡單數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第28頁3．電容式液位傳感器利用被測介質(zhì)面改變引發(fā)電容改變一個變介質(zhì)型電容傳感器，用于測量非導電液體介質(zhì)液位。當電極間無液體時當內(nèi)外電極間有液體時

電容改變正比于液位高度其中ε表示介電常數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第29頁測量電容串聯(lián)電阻式交流電橋

交流電橋復(fù)阻抗平衡時

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第30頁10.2.5其它傳感器

1．位移傳感器

e=k

x數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第31頁

2．光電式轉(zhuǎn)速傳感器n-轉(zhuǎn)速

f-脈沖頻率N-圓盤開孔數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第32頁光電脈沖變換電路（選講）數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第33頁10.3信號測量與變換電路在自動控制和非電量測量等系統(tǒng)中，慣用各種傳感器將非電量(如溫度、壓力、應(yīng)變、流量等）改變變換為電壓信號。但這種非電量改變是遲緩，電信號改變量經(jīng)常很?。ㄆ胀ㄖ挥袔缀练綆资练?，所以要將電信號加以放大，有時還要將電壓信號變換為電流信號。10.3.1測量放大器對放大電路要求：含有很高共模抑制比及很高輸入電阻和電壓放大倍數(shù)，以免對傳感器產(chǎn)生影響。

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第34頁若R2=R3，R4=R5，R6=R7，則電壓放大倍數(shù)為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第35頁10.3.2程控測量放大器PGA

1．程控測量放大器作用傳感器1u1傳感器2u2傳感器nun程控測量放大器模數(shù)轉(zhuǎn)換器對于不一樣輸入信號能夠提供不一樣放大倍數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第36頁2．程控測量放大器電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第37頁3．集成程控測量放大器電路LH0084正常工作：R2=R3R4=R5R6=R7S1—S1’S2—S2’S3—S3’S4—S4’手動連接也可改變增益R1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第38頁10.3.3電壓-電流變換電路變送器普通要將處理過電壓信號轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一4～20mA標準電流信號，稱為U／I變換。U／I變換能夠用運算放大器實現(xiàn)，也能夠用專用集成電路實現(xiàn)。缺點：不適合用于一些需要負載接地應(yīng)用場所?；綰／I變換電路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第39頁實用U／I變換電路IO=UI/RO，調(diào)整RO可實現(xiàn)0~10mA電流輸出。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第40頁

U／I變換專用集成電路XTR101數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第41頁10.4濾波器濾波電路種類:按信號性質(zhì):模擬濾波器和數(shù)字濾波器按所用元件:無源濾波器和有源濾波器

概述按階數(shù):一階,二階…高階數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第42頁傳遞函數(shù)：幅頻特征相頻特征filter傳遞函數(shù)、幅頻特征數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第43頁按頻率特征進行分類：

低通高通帶通帶阻數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第44頁RCR10.4.1一階無源RC低通濾波器CC傳遞函數(shù)幅頻特征數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第45頁010.707

0截止頻率此電路缺點：1、帶負載能力差。2、無放大作用。3、特征不理想，邊緣不陡。幅頻特征、幅頻特征曲線RCR數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第46頁通頻帶寬度(帶寬)010.707

0截止頻率帶寬:0-

0

設(shè)R=10k,C為以下各值時帶寬:Cfo1

F16Hz0.047

F340Hz0.01

F1600Hz數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第47頁10.4.2一階有源低通濾波器RR1RFC+-+傳遞函數(shù)RCRC傳遞函數(shù)中出現(xiàn)

一次項,故稱為一階濾波器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第48頁幅頻特征：相頻特征：RR1RFC+-+幅頻特征及幅頻特征曲線01+RF/R10.707(1+RF/R1)

0傳遞函數(shù)RC數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第49頁1、時：有放大作用3、運放輸出，帶負載能力強。2、時：幅頻特征與一階無源低通濾波器類似電路特點:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第50頁10.5多路模擬開關(guān)在實際系統(tǒng)中，被測量回路往往是幾路或幾十路，不可能對每一回路參量配置一個A/D轉(zhuǎn)換器，常利用多路開關(guān)，輪番切換各被測回路與A/D轉(zhuǎn)換器間通路，以到達各回路分時占用A/D轉(zhuǎn)換電路目標。模擬開關(guān)是一個能夠按照控制指令對模擬信號傳輸進行通、斷控制電子器件。模擬開關(guān)多用場效應(yīng)管來組成，開關(guān)接通時還會有一導通電阻，在斷開狀態(tài)時仍會有一小關(guān)斷電流。但當后面所接負載電阻很大時，電子開關(guān)電阻帶來誤差是非常小。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第51頁CC4051是一個允許雙向使用CMOS多路開關(guān)集成芯片，它既可用于8路到一路切換(用于A/D)，又可用于一路到8路切換(用于D/A)。原理圖管腳圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第52頁10.6采樣保持電路

采樣保持電路慣用于輸入信號改變較快或含有多路輸入信號數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中。在A/D轉(zhuǎn)換過程中，因為每次轉(zhuǎn)換過程需要一定時間，所以需要采樣保持電路配合，方便有一個穩(wěn)定輸入量。采樣保持器工作過程由外部控制信號來決定，工作過程分采樣和保持兩個周期。采樣：就是要求輸出信號能快速而準確地跟隨信號改變；保持：則是在兩次采樣間隔時間內(nèi)保持上一次采樣結(jié)束時狀態(tài)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第53頁采樣保持器電路：采樣保持器輸入輸出波形：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第54頁10.7D/A轉(zhuǎn)換器D/A功效:將數(shù)字量線性地地轉(zhuǎn)換成模擬量D/An=4位8位10位12位16位n位數(shù)字量模擬量0~5V或0~10V數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第55頁為了將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，必須將二進制數(shù)每一位代碼按“權(quán)”值轉(zhuǎn)換成對應(yīng)模擬量，然后將代表各位二進制數(shù)這些模擬量相加，這么便得到與數(shù)字量成正比模擬量。 設(shè)輸入數(shù)字量為D=d3d2d1d0

d3U3,

d2U2,d1U1,

d0U0輸出模擬量為Uo=U3+U2+

U1+U0=kDk是一個常數(shù)；D為n位二進制數(shù)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第56頁DAC轉(zhuǎn)換特征：輸入與輸出對應(yīng)關(guān)系最小輸出電壓ULSB：相臨兩組代碼轉(zhuǎn)換出來模擬量之差（2V)。分辨率：電路所能分辨出最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。分辨率=ULSBUomax=1

2n-1四位二進制數(shù)分辨率？

若最大輸出電壓仍為14V，最小輸出電壓將變大還是變??？000001010011100101110111DDDACuo24101206814uo/V設(shè)D為三位二進制數(shù)要求uomax=14V數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第57頁n位二進制DAC框圖基準電壓UR輸出U0電阻解碼網(wǎng)絡(luò)…數(shù)字模擬開關(guān)…數(shù)字存放器…

dn

1

d0數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第58頁DAC有權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)型T型電阻網(wǎng)絡(luò)型倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型數(shù)模轉(zhuǎn)換器分類：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第59頁1.倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器下列圖是四位倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖，它主要由以下四部分組成：R-2R組成倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)模擬開關(guān)S求和放大器A基準電壓源UR數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第60頁基于虛地概念，不論輸入數(shù)字信號是1或0，從D、C、B、A各點向左看其等效電阻均為R，電源總電流為:RF

S2A

d0d1d2d3S3S1S0_+-UoRRR2R2R2R2R2RURI4I2I8I16I16ABCDII’數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第61頁同理:I2=d2

I/4,I1=d1

I/8,I0=d0

I/16若d3=1，則經(jīng)過S3流入運放電流I3=I/2，若d3=0,I3=0,

所以,I3=d3

I/2I'RF

S2A

d0d1d2d3S3S1S0+-UoRRR2R2R2R2R2RURI4I2I8I16I16ABCDII’數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第62頁I'RF

S2A

d0d1d2d3S3S1S0+-UoRRR2R2R2R2R2RURI4I2I8I16I16ABCDII’數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第63頁輸出電壓為：

I’RF假如是n位D/A轉(zhuǎn)換器，并設(shè)RF=R，則Uo表示式為：

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第64頁

2.集成DAC0832介紹及應(yīng)用

集成DAC電路芯片種類很多。按輸入二進制位數(shù)分類有八位、十位、十二位和十六位等。比如DAC0832，是一個含有兩個輸入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)倒T型8位D/A轉(zhuǎn)換芯片，其結(jié)構(gòu)框圖如圖10.7.3所表示(1)DAC0832介紹數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第65頁DAC0832原理電路方框圖DAC0832管腳排列圖數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第66頁(2)DAC0832輸出方式DAC0832為電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，可提供單極性和雙極性兩種輸出方式，電路如圖所表示。

單極性輸出：在其電流輸出端接一運算放大器從A點輸出。輸出電壓uA=IOUT1×Rfb。當UREF接+5V(或-5V)時，uA電壓范圍是0~-5V(或0~+5V)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第67頁雙極性輸出：在單極性輸出基礎(chǔ)上再增加一級運算放大器，便組成了雙極性輸出電路，從B點輸出?？紤]到R1：R2：R3=2：1：2，所以這么，恰恰使B點輸出特征在A點輸出基礎(chǔ)上產(chǎn)生了一偏移。假設(shè)UREF=+5V，則uA

=0~-5V，而uB=-5~+5V。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第68頁(1)

分辨率電路所能分辨最小輸出電壓ULSB與最大輸出電壓Uomax之比，分辨率當Uomax一定時，n越大，分辨能力越高。12110-12112-n=10DAC分辨率=n=12DAC分辨率=3.DAC主要參數(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第69頁(2)轉(zhuǎn)換誤差普通是指輸入端加滿刻度數(shù)字量時，DAC輸出電壓理論值與實際值之差。轉(zhuǎn)換誤差普通應(yīng)低于。比如，某控制系統(tǒng)中有一D/A轉(zhuǎn)換器，假如系統(tǒng)要求該D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換誤差（相對誤差）小于0.25%，試問應(yīng)選擇多少位D/A/轉(zhuǎn)換器？解：轉(zhuǎn)換誤差Uomax<0.25%轉(zhuǎn)換誤差Uomax<UomaxUomax0.25%≤LSBUUomax0.5%≤121100%05%n-≤.n=7.64D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)最少為8位。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第70頁（3）轉(zhuǎn)換速度 轉(zhuǎn)換速度是指從數(shù)碼輸入到模擬電壓穩(wěn)定輸出之間所經(jīng)歷響應(yīng)時間。普通取輸入由全0變?yōu)槿?或由全1變?yōu)槿?時，其輸出到達穩(wěn)定值所需時間，也稱轉(zhuǎn)換時間。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第71頁10.8模數(shù)轉(zhuǎn)換器(1)A/D功效:將模擬電壓成正比地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量A/DUI輸入模擬電壓D7~D0輸出數(shù)字量0~5V00000000~11111111分辨率:5V/255=0.0196V/每1個最低有效位1.A/D功效及分類數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第72頁(2)A/D轉(zhuǎn)換器分類①并聯(lián)比較型

特點:轉(zhuǎn)換速度快,轉(zhuǎn)換時間10ns~1

s②逐次迫近型

特點:轉(zhuǎn)換速度中,轉(zhuǎn)換時間幾

s~100

s③雙積分型

特點:轉(zhuǎn)換速度慢,轉(zhuǎn)換時間幾百

s~幾ms依據(jù)內(nèi)部電路不一樣,分為以下三類:數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第73頁逐次比較型ADC，又稱逐次迫近型ADC。其工作原理類似與天平稱重過程(如稱13.5克重物）。2.逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器序號砝碼（8、4、2、1克）砝碼取留18留24留32去41留數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第74頁3位逐次迫近型ADC組成：3位DAC、電壓比較器、模5環(huán)形計數(shù)器、鐘控RS觸發(fā)器。UR=5V，Ui=3.2V，初始化（圖中未畫)QAQBQC=000Q1Q2Q3Q4Q5=00001

當?shù)谝粋€脈沖Q1Q2Q3Q4Q5=10000。因為Q1=1，則QAQBQC=100

Uo=5/23×22=2.5V因為Uo<Ui，比較器輸出UB=0。 &&數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第75頁

第二個CP到來后，Q1Q2Q3Q4Q5=01000。因為Q2=1，QB被置1；因為UB=0，封鎖了與門G1，Q2不能經(jīng)過門G1使QA復(fù)位，QA仍為1，所以QAQBQC=110

Uo=5/23×（22+21）=3.75V因為Uo>Ui，比較器輸出UB=1。

第三個CP后，Q1Q2Q3Q4Q5=00100。因為Q3=1，QC被置1；此時因為UB=1，門G2被打開，Q3經(jīng)過門G2使QB=0；同時Q1=Q2=0，使QA保持1狀態(tài)不變。因而QAQBQC=101，Uo=5/23×（22+20）=3.125V因為Uo<Ui，比較器輸出UB=0。&&數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第76頁

第四個CP后，Q1Q2Q3Q4Q5=00010。因為UB=0，封鎖了門G1～G3，同時因為Q1Q2Q3=000，所以QA、QB、QC保持原狀態(tài)不變，即QAQBQC=101。

第五個CP來后，Q1Q2Q3Q4Q5=00001。因為Q5=1，使QAQBQC經(jīng)過門G6、G7、G8，輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果d2d1d0=101。再來一個CP脈沖后，Q1Q2Q3Q4Q5=10000，又重新開始轉(zhuǎn)換。&&數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)培訓課件第77頁3．集成ADC

當前普通用多數(shù)是單片集成ADC，其種類很多，如AD571，ADC0801，ADC0809等。下面介紹CMOS、8通道、8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809。ADC0809是按逐次迫近原理工作，它除了含有基本