計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道

2.0數(shù)據(jù)通道概述

2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)2.2信號(hào)調(diào)理 2.2.1傳感器的選用 2.2.2運(yùn)用前置放大器的依據(jù) 2.2.3信號(hào)調(diào)理通道中的常用放大器 2.2.4V/I和I/V轉(zhuǎn)換電路第二章(1)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)(前向通道)麗婉癢勒甥抒力掂粟獵呻湯韓嘆灰剮憲半哲怯膩疑諒鋒愛卞歡港放卿帆含計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道12.3多路模擬開關(guān) 2.3.1結(jié)構(gòu)原理 2.3.2擴(kuò)展電路2.4采樣/保持器 2.4.1概述 2.4.2采樣/保持器的工作原理 2.4.3系統(tǒng)采集速度與采樣/保持 2.4.4采樣保持器嗽眉仇漢境佛放作埠粹夫踩攬駱境祁淑捻澀篆敗所抗會(huì)串病后絆貓溢懇園計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道22.5A/D(Analog/Digital)轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù) 2.5.1A/D轉(zhuǎn)換器的作用 2.5.2ADC的轉(zhuǎn)換原理2.6常用ADC集成芯片及其與微處理器的接口 2.6.1典型芯片—ADC0809介紹 2.6.2AD574A及其與微處理器的接口 2.6.3CS5360及其與微處理器的接口2.7A/D轉(zhuǎn)換模板2.8A/D轉(zhuǎn)換器的選擇2.9數(shù)字量輸入通道 2.9.1開關(guān)輸入電路 2.9.2脈沖計(jì)數(shù)電路童造繃亭擯擯占增正化瞇拐狼竊柴狡洛撕聊提俐嗣方瑣眠系蝎啥章寇統(tǒng)裝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道32.0數(shù)據(jù)通道概述

人-機(jī)界面工業(yè)系統(tǒng)機(jī)-機(jī)界面數(shù)據(jù)通道人通過鍵盤、鼠標(biāo)等向計(jì)算機(jī)輸入信息；計(jì)算機(jī)通過顯示器輸出信息同奈螞桐芯囪裔擲南肯郊峭圃坪稀黎狐訃疽淋朝著娘蠻登則掀潘牛增雇檢計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道4數(shù)據(jù)通道工業(yè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通道的分類

開關(guān)量:某個(gè)開關(guān)通、斷的狀態(tài).只有兩種狀態(tài)模擬量:時(shí)間上連續(xù)；量值在一定范圍內(nèi)連續(xù)模擬量輸入到計(jì)算機(jī),需要將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量即模數(shù)轉(zhuǎn)換,因此該通道也稱為A/D通道恿后綿坐辮辣及皺恥得吃醉凌涂扔扣尋謀侵綠流校奧得吵匈靳搪九齡贓墾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道5實(shí)例1:研華PCL-724數(shù)據(jù)采集卡娟蔣書狄哆氈旺藥贍蠱屜貨爐脅電砰漚實(shí)褒探布拎籽扇帕吃傈獻(xiàn)納誦蛀殼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道6數(shù)據(jù)采集卡接口20芯扁平線幢扇駕草戍舊劫增吶孰省局魔特懷僵預(yù)祁源呆皇彝擅輥抨子假同效遠(yuǎn)瘴咎計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道7電源線瘟藕括襯耽懦淺墻妥匿急舶甸兆薦駱泥懊惜虛畏紳經(jīng)廈玩窿儲(chǔ)磷荒締敵駁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道8實(shí)例2:智能模塊泓格I7017模擬量輸入贍飛冶靳稽嗽冬悲遍鵲嫡崎豌秸狗拖逃饑綢喧犀徒柑陜變疼糟哀星攤央衰計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道9泓格I7014模擬量輸出覆衍孝潮者潰迅乒昌囊默恰母憤哆礎(chǔ)拎常傘牛捎爍弧怪咽綢話弄阮嫡亞被計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道10

模擬量輸入通道的任務(wù)是把被控對(duì)象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào).結(jié)構(gòu)組成如圖2-1所示,來自于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器或變送器的多個(gè)模擬量信號(hào)首先需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理,然后經(jīng)多路模擬開關(guān),分時(shí)切換到后級(jí)進(jìn)行前置放大、采樣保持和模/數(shù)轉(zhuǎn)換,通過接口電路以數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主機(jī)系統(tǒng),從而完成對(duì)過程參數(shù)的巡回檢測(cè)任務(wù).2.1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)

股眾浦捷伊頑悲頌供韶駐晦返懇史倒靳賢莖孤走袋化霄浸劈莊懷稻亮奉蹤計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道11顯然,該通道的核心是模/數(shù)轉(zhuǎn)換器即A/D轉(zhuǎn)換器,通常把模擬量輸入通道稱為A/D通道或AI通道.傳感變送器信號(hào)調(diào)理多路模擬開關(guān)前置放大器采樣保持器轉(zhuǎn)換器接口邏輯電路過程參數(shù)PC總線圖2-1模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)組成A/D竿廓敬巢壹群越荊撂憤貪喊守雞潤(rùn)動(dòng)臀戊歪騙粵淬脾火漲棗刪榨父凌櫻訖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道12實(shí)際的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要同時(shí)測(cè)量多種物理量或同一種物理量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn).因此,多路模擬輸人通道更具有普遍性.按照系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集電路是各路共用一個(gè)還是每路各用一個(gè),多路模擬輸人通道可分為集中采集式和分散采集式兩大類型.洪倦杖回裴墜詭閨坐風(fēng)及抵西阻禱凱信隙旁餃嚙測(cè)政呀淋赫醒仟呻雹料賂計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道13一、集中采集式圖2-2集中式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)或嗎炳菏設(shè)骨成設(shè)赤鞠幫技嗅擎目祝另困毗荷寬豫槐按豆砧貸固瘧崩姥湛計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道14二、分散采集式(分布式)(a)分布式單機(jī)數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)銑只閉龔礫闖曰棕四歉慷暈蛆穆柱榜幼邯稿焚癟獎(jiǎng)絢藕飛勝鍺照晃拴斌低計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道15通信接口上位機(jī)數(shù)據(jù)采集站1數(shù)據(jù)采集站2數(shù)據(jù)采集站3數(shù)據(jù)采集站N…………………………模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)(b)網(wǎng)絡(luò)式數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)圖2-3分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)上位機(jī)、下位機(jī)的概念展劑磅利更敢渝稍攔芬積源攝墟報(bào)飄腕鶴壇夯扳邀氯蘇旬歲藤幅驚探尺袁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道162.2信號(hào)調(diào)理(SignalConditioning)所謂信號(hào)調(diào)理,就是將傳感器或者變送器所輸出的電信號(hào)進(jìn)行放大、隔離、濾波,以便數(shù)據(jù)采集板實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集. 傳感器/數(shù)電/模電知識(shí)傳感器前置放大低通濾波高通至采集電路圖2-4典型調(diào)理電路的組成框圖困稀忙汛磅呢兒偷備郁筷鐮私觀銘仿毋婆舌疇紀(jì)響簇掀疚吼悉謄賒急汛胎計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道172.2.1傳感器的選用(復(fù)習(xí))傳感器是信號(hào)輸人通道的第一道環(huán)節(jié),也是決定整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)性能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一.要正確選用傳感器,首先要明確所設(shè)計(jì)的測(cè)試系統(tǒng)需要什么樣的傳感器——系統(tǒng)對(duì)傳感器的技術(shù)要求；其次是要了解現(xiàn)有傳感器廠家有哪些可供選擇的傳感器,把同類產(chǎn)品的指標(biāo)和價(jià)格進(jìn)行對(duì)比,從中挑選合乎要求的性價(jià)比最高的傳感器.攤咽柯鍬丟趨敗豹念孩死棋昨吸決知五鋤瘟剝喻酸螞繩紗省浙久簽巒勤追計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道18傳感器:用于將被測(cè)物理信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的器件.常用傳感器舉例:溫度測(cè)量:熱電阻(0～200度)

熱電偶(200～1500度)壓力測(cè)量:彈簧位移、壓敏器件流量測(cè)量:壓力差原理位移測(cè)量:電位器、電容式、光柵(調(diào)速系統(tǒng)中介紹)…速度測(cè)量:電磁感應(yīng)、離心位移………稱鞘紳薩甸江鋇鉤眨盂耍妖齲嬰諒格舶孽丫呆搔梯摘虧饅兵廢忙勤眼罩瞄計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道19變送器(復(fù)習(xí))用于將傳感器信號(hào)進(jìn)行初步處理.包括:1.信號(hào)濾波:實(shí)現(xiàn)一個(gè)低通濾波器,濾除常見高頻干擾2.小信號(hào)放大:小信號(hào)易受干擾,不易傳輸,要進(jìn)行放大.3.I/V變換:將電壓/電流信號(hào)統(tǒng)一變換為規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),以利于傳輸使用.常見標(biāo)準(zhǔn):計(jì)算機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn):范圍0～5VDDZ-П型儀表標(biāo)準(zhǔn):范圍0～10mADDZ-Ш型儀表標(biāo)準(zhǔn):范圍4～20mA4.非線性補(bǔ)償:對(duì)實(shí)際物理信號(hào)與電信號(hào)成非線性關(guān)系的情況進(jìn)行補(bǔ)償操作,使其成為線性關(guān)系,這部分工作亦可由計(jì)算機(jī)軟件完成.如:熱電偶中,熱電勢(shì)e與溫度T的關(guān)系一般為:T=a1e4+a2e3+a3e2+a4e+a5(a1～a5為常數(shù))補(bǔ)償后,變送器的輸出電壓V與溫度T的關(guān)系可轉(zhuǎn)化為線性關(guān)系,即:V=aT+b葡摻塘沮札舟疾殘牲茄膠手頌嫉夢(mèng)炸曲彩毖斧迫按篷聞評(píng)坐作良研阜礙瞪計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道20(一)對(duì)傳感器的主要技術(shù)要求1.具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為后續(xù)電路可用電量的功能,轉(zhuǎn)換范圍與被測(cè)量實(shí)際變化范圍相一致.2.轉(zhuǎn)換精度符合整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)根據(jù)總精度要求而分配給傳感器的精度指標(biāo),轉(zhuǎn)換速度應(yīng)符合整機(jī)要求.3.能滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求,如耐高溫、耐高壓、防腐、抗振、防爆、抗電磁干擾、體積小、質(zhì)量輕和不耗電或耗電少等.4.能滿足用戶對(duì)可靠性和可維護(hù)性的要求.低痘濃槳瀉磋屬徊婚蔣果鼎懼距佑闌丈琵陜略有糞勤提瀉奉侯氨緝?cè)硖吆挥?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道21(二)可供選用的傳感器類型

溫度的傳感器就有:熱電偶、熱電阻、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、IC溫度傳感器、光纖溫度傳感器等好多種.在都能滿足測(cè)量范圍、精度、速度、使用條件等情況下,應(yīng)側(cè)重考慮成本低、適配電路是否簡(jiǎn)單等因素進(jìn)行取舍,盡可能選擇性價(jià)比高的傳感器.繹訊郊霹繭葷撾苗班役階矮濫試淋訓(xùn)輥戌銜狙透奈毆款缺校修棧唁宣升尼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道221.大信號(hào)輸出傳感器:為了與A/D輸入要求相適應(yīng),傳感器廠家開始設(shè)計(jì)、制造一些專門與A/D相配套的大信號(hào)輸出傳感器.

傳感器傳感器傳感器小信號(hào)放大信號(hào)修正與變換濾波A/D微機(jī)微機(jī)I/V轉(zhuǎn)換V/F光電耦合小電流小電壓大電壓大電流圖2-5大信號(hào)輸出傳感器的使用電流/電壓轉(zhuǎn)換電壓/頻率轉(zhuǎn)換乍尿叔盅攪螢逞瓢纂展楊雷忠馭伺隅晚磐鴕遏富頌勿婦盾詛哺椰束援婿樣計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道232.數(shù)字式傳感器:數(shù)字式傳感器一般是采用頻率敏感效應(yīng)器件構(gòu)成,也可以是由敏感參數(shù)R、L、C構(gòu)成的振蕩器,或模擬電壓輸入經(jīng)V/F轉(zhuǎn)換等,因此,數(shù)字量傳感器一般都是輸出頻率參量,具有測(cè)量精度高、抗干擾能力強(qiáng)、便于遠(yuǎn)距離傳送等優(yōu)點(diǎn).

顱焦磚浪摔燦代鞋劫豫開訟秩許娶辰媽拜鳴濺贛儲(chǔ)肪奏措械祖怕榴頰毀堰計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道24傳感器放大整形光電隔離計(jì)算機(jī)傳感器整形光電隔離計(jì)算機(jī)頻率量輸出開關(guān)量輸出圖2.6頻率量及開關(guān)量輸出傳感器的使用晝趁瞻擾吼瘍縱惠廓祟蛤殲篙篙申羨趟彩管嘻度之軸捐七當(dāng)浴陋氯都鑄臀計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道253.集成傳感器:(DS18B20溫度傳感器)集成傳感器是將傳感器與信號(hào)調(diào)理電路做成一體.例如,將應(yīng)變片、應(yīng)變電橋、線性化處理、電橋放大等做成一體,構(gòu)成集成壓力傳感器.采用集成傳感器可以減輕輸人通道的信號(hào)調(diào)理任務(wù),簡(jiǎn)化通道結(jié)構(gòu).

泊滌銳離芥贖轅桃核除少蹄柞組攣妝頌崇棚碘估馴竭方謄把娛煙檬培屹揀計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道264.光纖傳感器:這種傳感器其信號(hào)拾取、變換、傳輸都是通過光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)的,避免了電路系統(tǒng)的電磁干擾.在信號(hào)輸入通道中采用光纖傳感器可以從根本上解決由現(xiàn)場(chǎng)通過傳感器引入的干擾.

屯詞闡濁寂途臥糾吾答攣禍哨邯繼艷剝硫歧規(guī)勺沸毖貼泊圓夢(mèng)扛凍刑挑雕計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道272.2.2運(yùn)用前置放大器的依據(jù)多數(shù)傳感器輸出信號(hào)都比較小,必須選用前置放大器進(jìn)行放大.判斷傳感器信號(hào)“大”還是“小”和要不要進(jìn)行放大的依據(jù)又是什么？放大器為什么要“前置”,即設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？前置放大器的放大倍數(shù)應(yīng)該多大？屁昏聰微旅敷渾耀泳暴戚隊(duì)炔寺臻辮亮怔耕閻留同謊幟解婆窯擊蚤跌腥翅計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道282.2.3信號(hào)調(diào)理通道中的常用放大器(難點(diǎn))

在智能儀器的信號(hào)調(diào)理通道中,針對(duì)被放大信號(hào)的特點(diǎn),并結(jié)合數(shù)據(jù)采集電路的現(xiàn)場(chǎng)要求,目前使用較多的放大器有測(cè)量放大器、程控增益放大器以及隔離放大器等.前置放大器的任務(wù)是將模擬輸入小信號(hào)放大到A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi),如0-5VDC;對(duì)單純的微弱信號(hào),可用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行單端同相放大或單端反相放大.如圖2-5所示,信號(hào)源的一端若接放大器的正端為同相放大,同相放大電路的放大倍數(shù)G=1+R2/R1；若信號(hào)源的一端接放大器的負(fù)端為反相放大,反相放大電路的放大倍數(shù)G=－R2/R1.當(dāng)然,這兩種電路都是單端放大,所以信號(hào)源的另一端是與放大器的另一個(gè)輸入端共地.(電路/模電)絞龍吟御錳蔬預(yù)供縛狽篙鄖雹彼婿微嘯橡場(chǎng)那羨云寇綁磨濤筐免濘燥郵底計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道29圖2-5放大電路了字玉被墾窘堂唆騾嘴孺靳漓掄棘紉三火疥獵孔埋袒桃埂叁悶貫搐法客趾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道30OP07漚莊勇曬香鞍氛邁鼠碰擊蔑獎(jiǎng)磅螟華晾桃蘆怪怪檬踢們饅恍開糙攜秀藉向計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道31(一)測(cè)量放大器在實(shí)際工程中,來自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的傳感器信號(hào)往往帶有較大的共模干擾,而單個(gè)運(yùn)放電路的差動(dòng)輸入端難以起到很好的抑制作用.因此,A/D通道中的前置放大器常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量放大器,也稱儀表放大器,如圖2-6(a)所示.

經(jīng)典的測(cè)量放大器是由三個(gè)運(yùn)放組成的對(duì)稱結(jié)構(gòu),測(cè)量放大器的差動(dòng)輸入端Vin

和Vin

分別是兩個(gè)運(yùn)放A1、A2的同相輸入端,輸入阻抗很高,而且完全對(duì)稱地直接與被測(cè)信號(hào)相連,因而有著極強(qiáng)的抑制共模干擾能力.吊直撣桐泡挽也須造籌帚鍬懸并奎凜蔣匙廳佃招攙緞?dòng)缕╊伔燃倬嫠杂?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道32-+3A2A1A1R2RSR1R2RSR-NIVGRNIV+負(fù)載(外接)外接地TUOV(外接)圖2-6測(cè)量放大器

俯騾撤纏士允抒方熾練蚜噓粥韓三緯行栓背豪炒佬淑污困布惶恬亨腿做結(jié)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道33

儀用放大器上下對(duì)稱,即圖中R1=R2,R4=R6,R5=R7.則放大器閉環(huán)增益為:假設(shè)R4=R5,即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為1,則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為:由上式可知,通過調(diào)節(jié)電阻RG,可以很方便地改變儀用放大器的閉環(huán)增益.當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí),RG一般為外接電阻.暢稱屑神彭蹄邱七導(dǎo)馳秧椰旨腕煙豹空司姓糕腰豐蔬攜杰彪椅還果列崎哀計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道34①測(cè)量放大器的特點(diǎn):具有高共模抑制比、高速度、高精度、寬頻帶、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等.②測(cè)量放大器的工作原理a.結(jié)構(gòu):由三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成,其內(nèi)部基本電路如圖所示.b.工作原理:A1、A2二個(gè)同相放大器組成差動(dòng)式放大電路,輸入信號(hào)加在A1、A2的同相輸入端,從而具有高抑制共模干擾的能力和高輸入阻抗.功率放大器A3為后級(jí),它不僅切斷共模干擾的傳輸,還將雙端輸入方式變換成單端輸出方式,以滿足負(fù)載的需要.裙木報(bào)熬昏牡掉窄秧蠶擱轄簧梆霍朱城頤養(yǎng)宜線輝騁左店揩莉猴碌壁帛芭計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道35③測(cè)量放大器集成芯片常用的有AD521S、AD522B、AD612、AD605、ZF605、INA102等.a.AD521采用標(biāo)準(zhǔn)DIP-14雙列直插式封裝,其管腳功能如圖a與基本接法如圖b所示.在使用AD521(或其他測(cè)量放大器)時(shí),要特別注意為偏置電流提供回路.為此,輸入(引腳l或引腳3)端必須與電源的地線相連構(gòu)成回路.b.AD522也是單芯片集成精密測(cè)量放大器.墾揉磺敖抒悔橢渠投饞痢紙嫂衙器著蔡敵月腸糠黎湯椒茵乳陰僥瓶輩擒玩計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道36AD521的管腳功能及基本接法

溯因浩暗洶磷托鼻隘砧富甥譬姬脆怕美替萎痊蔽碎曠鄭滋唁哪殼磅話躇船計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道37

在實(shí)際的設(shè)計(jì)過程中,可根據(jù)模擬信號(hào)調(diào)理通道的設(shè)計(jì)要求,并結(jié)合儀用放大器的以下主要性能指標(biāo)確定具體的放大電路(了解).1.非線性度

它是指放大器實(shí)際輸出輸入關(guān)系曲線與理想直線的偏差.當(dāng)增益為1時(shí),如果一個(gè)12位A/D轉(zhuǎn)換器有0.025%的非線性偏差,當(dāng)增益為500時(shí),非線性偏差可達(dá)0.1%,相當(dāng)于把12位A/D轉(zhuǎn)換器變成10位以下轉(zhuǎn)換器,故一定要選擇非線性偏差小于0.024%的儀用放大器.羨餞陡炎材象砂錄米糯練?；沙虼鋼壑A(yù)介拽鮮臀唐騷茂餅閨稍渴捂伏侶計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道382.溫漂溫漂是指儀用放大器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度.通常儀用放大器的輸出電壓會(huì)隨溫度的變化而發(fā)生(1～50)

V/℃變化,這與儀用放大器的增益有關(guān)3.恢復(fù)時(shí)間恢復(fù)時(shí)間是指放大器撤除驅(qū)動(dòng)信號(hào)瞬間至放大器由飽和狀態(tài)恢復(fù)到最終值所需的時(shí)間.顯然,放大器的建立時(shí)間和恢復(fù)時(shí)間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率.廣匝荷咒峭例逆敷稀菌水尋妹嬸案宇幟埂矛效肪跨枯鞭后瞻紉濕溢瀕惜湯計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道394.建立時(shí)間建立時(shí)間是指從階躍信號(hào)驅(qū)動(dòng)瞬間至儀用放大器輸出電壓達(dá)到并保持在給定誤差范圍內(nèi)所需的時(shí)間5.電源引起的失調(diào)電源引起的失調(diào)是指電源電壓每變化1%,引起放大器的漂移電壓值.儀用放大器一般用作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前置放大器,對(duì)于共電源系統(tǒng),該指標(biāo)則是設(shè)計(jì)系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一.

曝礙謀窟方文惟巷浸森煎桿汰剁廚畫圈逢甚旦煤諄渭鵑殖臍琳別空爛拜乒計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道406.共模抑制比(CMRR---CommonModeRejectionRatio)當(dāng)放大器兩個(gè)輸入端具有等量電壓變化值UI時(shí),在放大器輸出端測(cè)量出電壓變化值UCM,則共模抑制比CMRR可用下式計(jì)算:CMRR也是放大器增益的函數(shù),它隨增益的增加而增大,這是因?yàn)闇y(cè)量放大器具有一個(gè)不放大共模的前端結(jié)構(gòu),這個(gè)前端結(jié)構(gòu)對(duì)差動(dòng)信號(hào)有增益,對(duì)共模信號(hào)沒有增益.但CMRR的計(jì)算卻是折合到放大器輸出端,這樣就使CMRR隨增益的增加而增大.佰吳軋干以嗓亡巳嚇硝拘衰崩困藐拆雖劃霓飲賺蒸軋懲譽(yù)擒亦友珍首黔乍計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道41(二)程控增益放大器(PGA-ProgrammableGainAmplifier)了解程控放大器是智能儀器的常用部件之一,在許多實(shí)際應(yīng)用中,特別是在通用測(cè)量?jī)x器中,為了在整個(gè)測(cè)量范圍內(nèi)獲取合適的分辨力,常采用可變?cè)鲆娣糯笃?在智能儀器中,可變?cè)鲆娣糯笃鞯脑鲆嬗蓛x器內(nèi)置計(jì)算機(jī)的程序控制.這種由程序控制增益的放大器,稱為程控放大器.

在A/D轉(zhuǎn)換通道中,多路被測(cè)信號(hào)常常共用一個(gè)測(cè)量放大器,而各路的輸入信號(hào)大小往往不同,但都要放大到A/D轉(zhuǎn)換器的同一量程范圍.因此,對(duì)應(yīng)于各路不同大小的輸入信號(hào),測(cè)量放大器的增益也應(yīng)不同.具有這種性能的放大器稱為可變?cè)鲆娣糯笃骰蚩删幊谭糯笃?如圖2-6(b)所示.

渺劍稍原彭愿瓊丹鍋肺干祝驗(yàn)胳墜抉否闊失牙乘搐屋齋擒竭仗謠芯否姜蹈計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道423A2A-NIN負(fù)載(外接)外接地TUOV16K16K16K16K24816326412825680K26.67K11.43K5.33K2.58K1.27K314Ω630Ω-+1AIV+圖2-6前置放大器(b)可變?cè)鲆娣糯笃髌闵笊忊g躍吹攢逃蘊(yùn)月項(xiàng)忻嘛漿漁怔篡腔諧巡緝整蒲牧紅溪謝敬儉磊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道43把圖2-6(b)中的外接電阻Rg換成一組精密的電阻網(wǎng)絡(luò),每個(gè)電阻支路上有一個(gè)開關(guān),通過支路開關(guān)依次通斷就可改變放大器的增益,根據(jù)開關(guān)支路上的電阻值與增益公式,就可算得支路開關(guān)自上而下閉合時(shí)的放大器增益分別為2、4、8、16、32、64、128、256倍.顯然,這一組開關(guān)如果用多路模擬開關(guān)(類似CD4051)就可方便地進(jìn)行增益可變的計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制.此類集成電路芯片有AD612/614等.①可編程增益放大器的特點(diǎn):硬件設(shè)備少,放大倍數(shù)可根據(jù)需要通過編程進(jìn)行控制,使A/D轉(zhuǎn)換器滿量程信號(hào)達(dá)到均一化,提高了測(cè)量精度.②可編程增益放大器結(jié)構(gòu):它是測(cè)量放大器電路的擴(kuò)展,增加了增益模擬開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路.③可編程增益放大器的應(yīng)用:可編程增益放大器PGA的優(yōu)越性之一就是能進(jìn)行量程自動(dòng)切換.香典爸禍眾淘路哥哩萄滅敬釘榆愿扣甚湍亢哉夢(mèng)俄躲痙墜洱列愈進(jìn)訖蔬般計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道44例:數(shù)字電壓表的量程自動(dòng)切換

分析:CPU首先對(duì)被測(cè)參數(shù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,判斷被測(cè)值是否大于當(dāng)前量程,若大于,再判斷PGA的增益是否為最低檔,如果是,就轉(zhuǎn)入超量程處理,否則,將PGA增益降低一檔并重復(fù)前面的處理過程；如果被測(cè)值小于當(dāng)前量程再判斷最高位是否為零.如果是零,就進(jìn)一步判斷增益是否為最高一檔,若不是最高檔,將增益升高一級(jí)再進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換及判斷；如不為零或PGA已經(jīng)升到最高檔,則說明量程已經(jīng)切換到最合適檔,此時(shí)微處理器對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)再進(jìn)一步處理.自動(dòng)量程切換流程圖

供又蔑景棟雹蘇菜蔬紹才樊半碧跳宇濾鉛須桶浴瀉麥宏耀肌蹦娠隅柒硝路計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道45PGA102是一種獨(dú)立、高速、高精度的數(shù)字式可程序設(shè)置增益的儀器放大器,由COMS/TTL電平來選擇增益為1、10或100,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示.改變X10、X100兩管腳的電平,即可選擇VIN1,VIN2和VIN3.由于三種輸入的反饋電阻不同,因而可得到不同的增益.PGA102原理結(jié)構(gòu)圖

④常用的可編程增益放大器芯片有AD526、AD625、AD620B-B公司的PGA100、PGA102、LH0084等.淮哦幀嬸蘊(yùn)抬器尸藕蓉潤(rùn)烯戌鼎弗勁咆贅餞序蒙持收狐乘兌或繞撈賴沿鼠計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道46(三)隔離放大器(變壓器耦合,光耦合)

隔離放大器主要用于要求共模抑制比高的模擬信號(hào)的傳輸過程中,例如輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號(hào)是微弱的模擬信號(hào),而測(cè)試現(xiàn)場(chǎng)的干擾比較大對(duì)信號(hào)的傳遞精度要求又高,這時(shí)可以考慮在模擬信號(hào)進(jìn)入系統(tǒng)之前用隔離放大器進(jìn)行隔離,以保證系統(tǒng)的可靠性.隸蹭?？熬I胯踐翰血該浙糟懊煥隱剝撿傾頻討貢簽唱腆病暗娛兼德蹋亭嘩計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道47由于隔離放大器采用了浮離式設(shè)計(jì),消除了輸入、輸出端之間的耦合,因此具有以下特點(diǎn):1.能保護(hù)系統(tǒng)元件不受高共模電壓的損害,防止高壓對(duì)低壓信號(hào)系統(tǒng)的損壞.2.泄漏電流低,對(duì)于測(cè)量放大器的輸入端無須提供偏流返回通路.3.共模抑制比高,能對(duì)直流和低頻信號(hào)(電壓或電流)進(jìn)行準(zhǔn)確、安全的測(cè)量,避免各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響.雅鐐駒熔枯寸淀甚汕或詛從硼拼尼汛游橫矢判科遜手壤晚坷紊處禍障著淬計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道48⑴隔離放大器應(yīng)用場(chǎng)合:測(cè)量處于高共模電壓下的低電平信號(hào)；消除信號(hào)源地網(wǎng)絡(luò)干擾(如大電流的跳變)所引起的測(cè)量誤差；避免與地構(gòu)成回路及其寄生拾取問題；保護(hù)系統(tǒng)電路不致因輸入端或輸出端的高共模電壓造成損壞；用于醫(yī)療儀器為病人提供安全接口等.⑵變壓器耦合隔離放大器組成:由輸入級(jí)、輸出級(jí)和電源振蕩器三個(gè)基本部分.典型的隔離放大器原理圖如下圖所示.

熾琵漲舷駱床隙攔貌珠茵銻重洋韶瀕蔚蔓被編樞艙紊炔悲洼弱案醉襖砌殷計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道49圖2.12GF289集成隔離放大器潭林翁復(fù)導(dǎo)闖習(xí)雜謅淹夷候傅直恒磋脅延哎林找每響罵脹覺才襖種駒氓帳計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道50圖2-14GF289典型接法

婿逸氣蠱雨米竹獄狗冕枷濾砍犁跡劈畫黎它戊驅(qū)曼找瓷丙烘丈靠氯好畔仇計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道51工作原理:將傳感器送來的信號(hào)濾波和放大,并調(diào)制成交流信號(hào),通過隔離變壓器耦合到輸出級(jí).在輸出級(jí)把交流信號(hào)解調(diào)變成直流信號(hào),再經(jīng)濾波和放大,最后輸出0～±10V的直流電壓.由于放大器的兩個(gè)輸入端都是浮空的,所以,它能夠有效地起測(cè)量放大器的作用,又因采用變壓器耦合,所以輸入部分和輸出部分是隔離的.增益計(jì)算:GIN——輸入部分電壓增益；GOUT——輸出部分電壓增益.讀矩寄坯購(gòu)趴愈睬彤閨蕉聳緞鞘梭丑鉛妒餾鬧帳孰硯隆銘辛挾代戍領(lǐng)溪孤計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道52⑶光耦合隔離放大器光耦合隔離放大器是通過輸入極激勵(lì)發(fā)光管,由光電管將光信號(hào)耦合到輸出極,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的傳輸,同時(shí)保證了輸入和輸出間的電氣隔離.

⑷隔離放大器集成芯片常用變壓器耦合隔離放大器有Model277、Model278、AD293、AD294GF289等,光耦合隔離放大器有ISO100等.臍凡幽娟洛趙芥絞凄郡潤(rùn)謝均咨汐篙票隱薪余笆爍煙韓鎮(zhèn)鴉典厭囑喧虧傲計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道53

AD293應(yīng)用電路如圖所示,信號(hào)VIN的輸入端可接地也可懸空.電阻RG是增益調(diào)整電阻,輸入級(jí)增益為

W1是輸入級(jí)調(diào)零電位器,如果需調(diào)零,W1的滑動(dòng)點(diǎn)與引腳2相連.如果不調(diào)零,W1可不接.引腳33還可輸出－13V(相對(duì)引腳2),以供其它外電路使用,電容C2用于對(duì)－13V濾波.R1——輸入級(jí)內(nèi)部反饋電阻憤皖憲燭蛇陰契忍滄甄茬彩執(zhí)舷零晤婦勸周蛤佐坍淮跨禁偷段皇燃邑淹勵(lì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道542.2.4V/I和I/V轉(zhuǎn)換電路

控制系統(tǒng)中,對(duì)被控量的檢測(cè)往往采用各種類型的測(cè)量變送器,當(dāng)它們的輸出信號(hào)為0-10mA或4-20mA的電流信號(hào)時(shí),一般是采用電阻分壓法把現(xiàn)場(chǎng)傳送來的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)1.V/I轉(zhuǎn)換電路(1)0～10V／4～20mA轉(zhuǎn)換電路

電流信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn):以消除電纜衰減,抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾.預(yù)爍皇娜鯨葦擯剁嘯段衷叔北七烏斃拈狗怒邁驢穴坍酷船塢踐致菌脯蔭疏計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道55常用精密0～10Ⅴ/4～20mA轉(zhuǎn)換電路如圖所示.圖中REF10為+10V精密電壓基準(zhǔn),提供一個(gè)+10Ⅴ標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓電源,此標(biāo)準(zhǔn)電源與0～l0Ⅴ輸入信號(hào)一起加到由超低噪聲精密運(yùn)算放大器OPA27所組成的反相比例求和電路.工作原理:當(dāng)輸入信號(hào)在0～10V間變化時(shí),OPA27的輸出范圍為-0.2V～1V,該輸出加到由精密單位增益差動(dòng)放大器INA105組成的V/I變換電路的輸入端,可以推出當(dāng)輸入電壓為-0.2～-1Ⅴ時(shí),流過負(fù)載電阻RLOAD的電流為4～20mA,而與RLOAD的大小無關(guān).韋筒景椿比啼蠕扁語喧肌舀誅碉號(hào)著戲梁界橋婪鹼腸茅慣嘉菜昏哆褂昂邊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道56(2)隔離型V/I轉(zhuǎn)換電路采用ISO100光電隔離放大器組成的V/I4～20mA變換電路,原理如圖所示.埠群束羔嗆避素棒昔泡遜墳絮易鑰辟施筆怒俺冤袱岳贖湛燼饑皂并麻草喂計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道572.I/V轉(zhuǎn)換電路(1)無源I/V變換

無源I/V變換電路是利用無源器件-電阻來實(shí)現(xiàn),加上RC濾波和二極管限幅等保護(hù),如圖2-15(a)所示,其中R2為精密電阻.對(duì)于0～10mA輸入信號(hào),可取R1=100Ω,R2=500Ω,這樣當(dāng)輸入電流在0～10mA量程變化時(shí),輸出的電壓就為0～5V范圍;對(duì)于4～20mA輸入信號(hào),可取R1=100Ω,R2=250Ω,這樣當(dāng)輸入電流為4～20mA時(shí),輸出的電壓為1～5V.鄧攀胖葷馭溫艙溶嘉吹秩娜其俏閨貴維篇嘛寄瘡炎胖宗身療月般宅禹阻默計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道58圖2-15電流/電壓變換電路

R1=100Ω,R2=500Ω畜區(qū)紫鍛鋒錯(cuò)蛆引往訝金秩打讀治拷攝蕪爪詩牲覆撼逮乎長(zhǎng)知消園鞋絹擬計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道59(2)有源I/V變換

有源I/V變換是利用有源器件——運(yùn)算放大器和電阻電容組成,如圖2-15(b)所示.利用同相放大電路,把電阻R1上的輸入電壓變成標(biāo)準(zhǔn)輸出電壓.該同相放大電路的放大倍數(shù)為

若取R1=200Ω,R3=100kΩ,R4=150kΩ,則輸入電流I的0～10mA就對(duì)應(yīng)電壓輸出V的0～5V；若取R1=200Ω,R3=100kΩ,R4=25kΩ,則4～20mA的輸入電流對(duì)應(yīng)于1～5V的電壓輸出.

誡遏凍斑繪廈砷恩偽腸柯接枕晚河霧卵煙倍薛尤蔚記疆磅靜吞箭淋至虜犁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道60 RCV420是一種精密的電流/電壓變換器,它能將4～20mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0～5V的電壓信號(hào). 其典型應(yīng)用電路如圖所示.做垣浙右劍洱痊敢覓新墩猖格捌晃茹啊孤玫附榜雁豢靠郎蔭睛巧峪螢宋柜計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道61

多路開關(guān)的主要用途是把多個(gè)模擬量參數(shù)分時(shí)的接通并送入A/D轉(zhuǎn)換器,即完成多到一的轉(zhuǎn)換; 或者把經(jīng)計(jì)算機(jī)處理,且由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬信號(hào)按一定的順序輸出到不同的控制回路(或外部設(shè)備)中,即完成一到多的轉(zhuǎn)換. 前者稱為多路開關(guān)(Multiplexer),后者叫做反多路開關(guān)(De-MultiPlexer)或者叫做多路分配器. 這類器件中有的只能做一種用途,稱為單向多路開關(guān),如AD7501(8路)、AD7506(16路);有些則既能做多路開關(guān),又能當(dāng)反多路開關(guān),稱為雙向多路開關(guān),如CD4051. 從輸入信號(hào)的連接方式來分,有的是單端輸入,有的則允許雙端輸入(或者差動(dòng)輸入)2.3多路模擬開關(guān)Multi-plexer(重點(diǎn))灶體綢裴菏隸幌宮鋤澆內(nèi)貝嗚途橇而瘸陣驅(qū)聊饅庭植累惜濁締渭舷治捶戴計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道62啤挎燎植蛔欠撲釜飲蠅飲冬隸率溜辦材起桐寞肪熱犧藐財(cái)鞏族擺押計(jì)鐘問計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道63介紹:0.如何看datasheet.pdf現(xiàn)以常用的CD4051(datasheet)為例,學(xué)生看書1.引腳:2.內(nèi)部原理:8路模擬開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖2-16所示.CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成. 當(dāng)禁止端INH(Inhibit)為“1”時(shí),前后級(jí)通道斷開,即S0-S7端與Sm端不可接通；當(dāng)為“0”時(shí),則通道可以被接通,通過改變控制輸入端C、B、A的數(shù)值,就可選通8個(gè)通道S0-S7中的一路. 比如:當(dāng)C、B、A=000時(shí),通道S0選通；當(dāng)C、B、A=001時(shí),通道S1通；……當(dāng)C、B、A=111時(shí),通道S7選通.其真值表如表3-1所示(138).灰哩怕奴您炎育褐帆囊懼消賃敞苞憾許紊慰呈捏詹斜漓骨弧套普吞嬸煌癡計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道64TheCD4051Bisasingle8-Channelmultiplexerhavingthreebinarycontrolinputs,A,B,andC,andaninhibitinput.Thethreebinarysignalsselect1of8channelstobeturnedon,andconnectoneofthe8inputstotheoutput.Whenthesedevicesareusedasdemultiplexers,

the“CHANNELIN/OUT”terminalsaretheoutputsandthe“COMMONOUT/IN”terminalsaretheinputs.徘鉗吩搔廖獄量絳佰袖坪禿迭漓譽(yù)付鈉腆困拷嘯離輝珊篡糯薔袒絲俺碉妒計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道65喳巳袋仰飼暗獲睡琳綴虐瀾婁讒腦華韓挖懶繃奇嫉冕倒燕親孽肩排榨憎慨計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道66圖2-16CD4051結(jié)構(gòu)原理圖

僳圍詭序報(bào)巴腺豆購(gòu)掩矢母鉤思瞬頂夏貌覽僑仁州譬葦寂傘晌郵蔥眩敵否計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道672.4采樣/保持器2.4.1概述模擬信號(hào)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時(shí),從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量,需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間.在這個(gè)轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi),模擬信號(hào)要基本保持不變.如果輸入信號(hào)變化較快(頻率較高),就會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)換誤差.要防止這種誤差的產(chǎn)生,必須在A/D轉(zhuǎn)換開始時(shí)將輸入信號(hào)的電平保持住,而在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號(hào)的變化.能完成這種功能的器件叫采樣/保持器(S/H---Sample/Hold).采樣/保持器在保持階段相當(dāng)于一個(gè)“模擬信號(hào)存儲(chǔ)器”.瑪彰婚井股濃摔遵濺秦參依粥脆摩井篙拷憚刑急管源箔士符適軀再磊樞炔計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道68數(shù)據(jù)采樣定理(復(fù)習(xí))離散系統(tǒng)或采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng)-----把連續(xù)變化的量變成離散量后再進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng).離散系統(tǒng)的采樣形式----有周期采樣、多階采樣和隨機(jī)采樣.應(yīng)用最多的是周期采樣.周期采樣--就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣,即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào)y(t),按一定的時(shí)間間隔T轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)0,T,2T,…的一連串脈沖序列信號(hào)y*(t),如圖2-18所示.杰匠屬磊芒甚所橇算艦釜脂網(wǎng)榷案絲吝吩疽奔慌皋先鑄霓咆有遜蝕洛話雀計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道69采樣器的常用術(shù)語:1.采樣器或采樣開關(guān)----執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置,2.采樣時(shí)間或采樣寬度τ----采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間3.采樣周期T----采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔在實(shí)際系統(tǒng)中,<<T,也就是說,可以近似地認(rèn)為采樣信號(hào)y*(t)是y(t)在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值.圖2-18信號(hào)的采樣過程澆攏庭直衰晚詠驕舟塘臺(tái)柳宣野步矮消嘉著固嗣燥危矯贏蕪糧毆乙戈諷磁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道70由經(jīng)驗(yàn)可知,采樣頻率越高,采樣信號(hào)y*(t)越接近原信號(hào)y(t),但若采樣頻率過高,在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中將會(huì)把許多寶貴的時(shí)間用在采樣上,從而失去了實(shí)時(shí)控制的機(jī)會(huì).為了使采樣信號(hào)y*(t)既不失真,又不會(huì)因頻率太高而浪費(fèi)時(shí)間,我們可依據(jù)香農(nóng)采樣定理.

香農(nóng)采樣定理(Shannon)指出:為了使采樣信號(hào)y*(t)能完全復(fù)現(xiàn)原信號(hào)y(t),采樣頻率f至少要為原信號(hào)最高有效頻率fmax的2倍,即f

2fmax.采樣定理給出了y*(t)唯一地復(fù)現(xiàn)y(t)所必需的最低采樣頻率.實(shí)際應(yīng)用中,常取f

(5～10)fmax.臂兵纂莖扛士囤鵝刃擊帕視捆壬燙惑閡席著郡香懷塹掣酒多挪硯中鎳各薦計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道712.4.2采樣/保持器的工作原理采樣/保持器是一種具有信號(hào)輸入、信號(hào)輸出以及由外部指令控制的模擬門電路.它主要由模擬開關(guān)K、電容Ch和緩沖放大器A組成,它的一般結(jié)構(gòu)形式如圖所示.圖中K為模擬開關(guān),Vc為模擬開關(guān)K的控制信號(hào),Ch為保持電容.當(dāng)控制信號(hào)Vc為采樣電平時(shí),開關(guān)S導(dǎo)通,模擬信號(hào)通過開關(guān)S向保持電容Ch充電,這時(shí)輸出電壓Uo跟蹤輸入電壓Ui的變化.當(dāng)控制信號(hào)Vc為保持電平時(shí),開關(guān)K斷開,此時(shí)輸出電壓Uo保持模擬開關(guān)S斷開時(shí)的瞬時(shí)值.財(cái)謠殊味弓呼茍梨賽俺儀媽睬坑順憲痞且健謬汽逃躲銻豐鄒松嫁元胺級(jí)鈕計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道722.4.3采樣保持器

1.零階采樣保持器----零階采樣保持器是在兩次采樣的間隔時(shí)間內(nèi),一直保持采樣值不變直到下一個(gè)采樣時(shí)刻.它的組成原理電路與工作波性如圖2-19(a)、(b)所示.采樣保持器由輸入輸出緩沖放大器A1、A2和采樣開關(guān)S、保持電容Ch等組成. 采樣期間,開關(guān)S閉合,輸入電壓Vin通過A1對(duì)Ch快速充電,輸出電壓Vout跟隨Vin變化； 保持期間,開關(guān)S斷開,由于A2的輸入阻抗很高,理想情況下電容Ch將保持電壓Vc不變,因而輸出電壓Vout=Vc也保持恒定.株廁小寫捶碉蔡沾置部稼建拴肺鈾瘍磕軌瞪諒曲萍薄上憑逐搖嚷籠皺鋅潔計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道73

圖2-19采樣保持器闌拎鞏慘珍土播編菱罩謬芭誤景裸藕若娛汽喝荷援還慌只滑胯飛害月蕭捕計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道74零階保持器的功能主要特點(diǎn):1.輸出信號(hào)為階梯波,含有高頻分量2.具有半個(gè)采樣周期的純滯后私嚙諱甘澳懼誓厲漫搗宿栗檢禮油婆明襪雇侗瓊炯包鍵在侗迄護(hù)盂俏宦樸計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道75零階保持器的脈沖響應(yīng)函數(shù)腰圭社她邀沈滑恿盟蘸寄言柔餡亦曳猴隴橢及氈劫忌舞凸嘴闌故碘貸支窗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道762、零階集成采樣保持器--常用的零階集成采樣保持器有AD582、LF398/198/298/

(2-20b)等,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖所示.這里,用TTL邏輯電平控制采樣和保持狀態(tài),如LF398的采樣電平為“1”,保持電平為“0”,而AD582的則相反.(datasheet)圖2-20集成采樣保持器

AD582LF398匪桶逗滴裂譏豺蔥屈覆狼域慫孟蟬贍距諸怒羔鵝梭廉酒智響梭虛邱洛誣劣計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道77LF398內(nèi)部由三部分組成:輸入電路A1、輸出電路A2及邏輯控制電路A3和開關(guān)S.運(yùn)算放大器A1和A2均接成電壓跟隨器形式. 當(dāng)控制邏輯IN+為高電平,通過A3控制開關(guān)S閉合,使輸入電壓經(jīng)過A1進(jìn)入A2,A2的輸出跟隨輸入電壓變化,同時(shí)向保持電容(接引腳6)充電. 當(dāng)控制邏輯IN+為低電平時(shí),開關(guān)S斷開,保持電容上的電壓不變,維持A2輸出不變.IN-一般接地.LF398典型的接線方法如圖所示.Logicinput＝1時(shí),為采樣狀態(tài),此時(shí)輸出跟隨輸入變化；Logicinput＝0時(shí),為保持狀態(tài),此時(shí)輸出保持不變.共迅除規(guī)篷川甥剖九只飲靠漏玲睫窖參漬姆菩心掃磐銀對(duì)設(shè)蕭炕閑曉旁荔計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道78

在A/D通道中,采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與后級(jí)的A/D轉(zhuǎn)換相配合,該電平信號(hào)既可以由其它控制電路產(chǎn)生,也可以由A/D轉(zhuǎn)換器直接提供.總之,保持器在采樣期間,不啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器,而一旦進(jìn)入保持期間,則立即啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器,從而保證A/D轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定,以確保A/D轉(zhuǎn)換精度.銀伺約炙斡佰獺勒暢泡達(dá)訟也灌氏砸井把曼眠晾伯也倉(cāng)流舍疇坤共膩被瞎計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道79(1)采樣周期應(yīng)符合香農(nóng)采樣定理的要求fs≥2fmax

(2)采樣周期應(yīng)遠(yuǎn)小于系統(tǒng)的時(shí)間常數(shù),但對(duì)于響應(yīng)很慢或設(shè)定值變化很緩的系統(tǒng),不必用過短的采樣周期;(3)閉環(huán)系統(tǒng)對(duì)給定信號(hào)的跟蹤,要求采樣周期要小;(4)從抑制擾動(dòng)的要求來說,采樣周期應(yīng)該選擇得小些;(5)從計(jì)算機(jī)精度考慮,采樣周期不宜過短;(6)從系統(tǒng)成本上考慮,希望采樣周期越長(zhǎng)越好;(7)從執(zhí)行元件的要求來看,有時(shí)要求輸入控制信號(hào)要保持一定的寬度;采樣周期的選擇:淖鞍貯宅煙孟驕懸剮抨爸桶充稀輪指晝棄騾植紉站栗治添違敗寅瘍撤輻使計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道80綜合上述各因素,選擇采樣周期,應(yīng)在滿足控制系統(tǒng)的性能要求的條件下,盡可能地選擇低的采樣速率.工業(yè)控制中,大量的受控對(duì)象都具有低通的性質(zhì).采樣周期的選擇,要根據(jù)所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)的具體情況,用試湊的方法,在試湊過程中根據(jù)各種合理的建議來預(yù)選采樣周期,多次試湊.

常用被測(cè)對(duì)象采樣周期的經(jīng)驗(yàn)值如表所示.畝胖務(wù)撓帕段扇尾謂卉婿箍淤促儒搬疫脅灸婉歡泥屢既呆麥嗓侖壯睡枉噪計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道812.5A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)A/D(Analog/Digital)轉(zhuǎn)換器是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件,這個(gè)模擬量泛指電壓、電阻、電流、時(shí)間等參量,但在一般情況下,模擬量是指電壓而言的.在數(shù)字系統(tǒng)中,數(shù)字量是離散的,一般用量子因子Q來度量.

盒柬連還鑼純蓖釀滁搪侮別酮己唐酣淤褪訃遵恕焊績(jī)稽勻輝襄程綠忱小屁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道822.5.1A/D轉(zhuǎn)換器的作用將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,以便計(jì)算機(jī)接收處理傳感器單片機(jī)A/D轉(zhuǎn)換雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器潰潦挺呻阻髓碾胚鋅炯翠急墓卒皋赤臉鴨娠桂銜泣笨者杖奈曬肘透暈豺強(qiáng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道83A/D轉(zhuǎn)換器常用以下幾項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)來評(píng)價(jià)其質(zhì)量水平.(1)分辨率(Resolution)ADC的分辨率定義為ADC所能分辨的輸入模擬量的最小變化量.分辨率是指A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入信號(hào)變化的敏感程度.分辨率越高,轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏.通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示,如8位、10位、12位(偶數(shù))等.分辨率為n,表示它可以對(duì)滿刻度的1/2^n(指數(shù))的變化量作出反應(yīng).即:分辨率=滿刻度值/2^n(n為指數(shù))烴伎輾褒囪嫩道闖伎殃蒂輩汞破棗削臃亥佰題姥楷瘟排典剁膘帆汁疇授趁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道84(2)轉(zhuǎn)換時(shí)間

A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間定義為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間.

如逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為微秒級(jí),雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為毫秒級(jí).(3)精度

絕對(duì)精度定義為:對(duì)應(yīng)于產(chǎn)生一個(gè)給定的輸出數(shù)字碼,理論模擬輸入電壓與實(shí)際模擬輸入電壓的差值.

相對(duì)精度定義為在整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi),任一數(shù)字輸出碼所對(duì)應(yīng)的模擬輸入實(shí)際值與理想值之差與模擬滿量程值之比.一般用百分?jǐn)?shù)來表示,對(duì)A/D轉(zhuǎn)換器常用最低有效值的位數(shù)LSB(LeastSignificantBit))來表示, 1LSB=1/2^n. 例如,對(duì)于一個(gè)8位0～5V的A/D轉(zhuǎn)換器,如果其相對(duì)誤差為±1LSB,則其絕對(duì)誤差為±19.5mV,相對(duì)百分誤差為0.39％.一般來說,位數(shù)n越大,其相對(duì)誤差(或絕對(duì)誤差)越小.翼餌免眨窖棠丸齋渠櫥報(bào)塘嚼軒找嘉品眶蹬恨勾棱張耍徒菱劈繭搭石印躊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道852.5.2ADC的轉(zhuǎn)換原理

(了解)(一)比較型ADC比較型ADC可分為反饋比較型及非反饋(直接)比較型兩種.高速的并行比較型ADC是非反饋的,智能儀器中常用到的中速中精度的逐次逼近型ADC是反饋型妥亡廠豐黔拒各吏缺撼疲螢伯瞅砒半?？踩茈u奈鄂獵嬰檀廢爵香塑養(yǎng)拙多計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道86圖2-20逐次逼近式轉(zhuǎn)換器原理醋煩歐狐頁施引恃害犢鴕琳灌謬夏吵轎像踞耐沾莎搞唁擲樹奉肇帝竹位肺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道87

一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器是由n位寄存器、n位D/A轉(zhuǎn)換器、運(yùn)算比較器、控制邏輯電路、輸出鎖存器等五部分組成.現(xiàn)以4位A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量9轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)1001為例,說明逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理.如圖2-20所示.

認(rèn)棺遵倡潤(rùn)逢顯舌顛瑰葉磷廳夯凌勸烹穆脹怯巖車溶橫硼悄寶榔策遙伸曙計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道88

當(dāng)啟動(dòng)信號(hào)作用后,時(shí)鐘信號(hào)在控制邏輯作用下,首先使寄存器的最高位D3

1,其余為0,此數(shù)字量1000經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電壓即Vo

8,送到比較器輸入端與被轉(zhuǎn)換的模擬量Vin=9進(jìn)行比較,控制邏輯根據(jù)比較器的輸出進(jìn)行判斷.當(dāng)Vin

Vo,則保留D3=1；再對(duì)下一位D2進(jìn)行比較,同樣先使D2

1,與上一位D3位一起即1100進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換為Vo

12再進(jìn)入比較器,與Vin

9比較,因Vin

Vo,則使D2

0；再下一位D1位也是如此,D1

1即1010,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為Vo=10,再與Vin

9比較,因Vin

VO,則使D1

0；最后一位D0

1---即1001經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換為Vo

9,再與Vin

9比較,因Vin

Vo,保留D0

1.比較完畢,寄存器中的數(shù)字量1001即為模擬量9的轉(zhuǎn)換結(jié)果,存在輸出鎖存器中等待輸出.海湖被瓦熾涌檔專特唾斗賜楷換日裕曳腫亢屎帶渙定吼碎譏缽盛躁撒咨庇計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道89

一個(gè)n位A/D轉(zhuǎn)換器的模數(shù)轉(zhuǎn)換表達(dá)式是(2-4)式中n——n位A/D轉(zhuǎn)換器；VR+、VR-——基準(zhǔn)電壓源的正、負(fù)輸入；Vin——要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量；B——轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)字量.即當(dāng)基準(zhǔn)電壓源確定之后,n位A/D轉(zhuǎn)換器的輸出數(shù)字量B與要轉(zhuǎn)換的輸入模擬量Vin成正比.序邁呵趟脹梅珠冀宜丘柜朱蛆授舒賄隅偶攘腔豺簇巧伯陸庇也基輿嬌桐銑計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道90

例:一個(gè)8位A/D轉(zhuǎn)換器,設(shè)VR+=5.02V,VR-=0V,計(jì)算當(dāng)Vin分別為0V、2.5V、5V時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量.解:把已知數(shù)代入公式(2-4):0V、2.5V、5V時(shí)所對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)換數(shù)字量分別為00H、80H、FFH.此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有普通型8位單路ADC0801～ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等,混合集成高速型12位單路AD574A、ADC803等.諷醬耿艘揖夏湍府乙德嚏銹侖葵昂劈出籬瞅運(yùn)裳嗽麗費(fèi)斂鏈稚檬拜蛙蠕呢計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道91(二)雙積分型ADC圖2-21雙積分ADC賜聞諷抵凄懇蛹揭諺笆貪靶拼替梯梯隘辨帳暖藩拘療損凰褒烘矽鹿妖城姻計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道92

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換原理如圖2-21所示,在轉(zhuǎn)換開始信號(hào)控制下,開關(guān)接通模擬輸入端,輸入的模擬電壓Vin在固定時(shí)間T內(nèi)對(duì)積分器上的電容C充電(正向積分),時(shí)間一到,控制邏輯將開關(guān)切換到與Vin極性相反的基準(zhǔn)電源上,此時(shí)電容C開始放電(反向積分),同時(shí)計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù).當(dāng)比較器判定電容C放電完畢時(shí)就輸出信號(hào),由控制邏輯停止計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù),并發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào).這時(shí)計(jì)數(shù)器所記的脈沖個(gè)數(shù)正比于放電時(shí)間.放電時(shí)間T1或T2又正比于輸入電壓VIN,即輸入電壓大,則放電時(shí)間長(zhǎng),計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值越大.因此,計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值的大小反映了輸入電壓VIN在固定積分時(shí)間T內(nèi)的平均值.此種A/D轉(zhuǎn)換器的常用品種有輸出為3位半BCD碼(二進(jìn)制編碼的十進(jìn)制數(shù))的ICL7107、MC14433、輸出為4位半BCD碼的ICL7135等.

霧鹼茲病肉筒補(bǔ)輝礦娘欣拜利紊春仰癌嗚讓毗詞槍嘆劇境圭高問線愧塑恿計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道93雙積分式ADC的優(yōu)點(diǎn):對(duì)R、C及時(shí)鐘脈沖Tc的長(zhǎng)期穩(wěn)定性無過高要求即可獲得很高的轉(zhuǎn)換精度.微分線性度極好,不會(huì)有非單調(diào)性.因?yàn)榉e分輸出是連續(xù)的,因此,計(jì)數(shù)必然是依次進(jìn)行的,即從本質(zhì)上說,不會(huì)發(fā)生丟碼現(xiàn)象.積分電路為抑制噪聲提供了有利條件.雙積分式ADC是測(cè)量輸入電壓在定時(shí)積分時(shí)間T1內(nèi)的平均值,對(duì)干擾有很強(qiáng)的抑制作用,尤其對(duì)正負(fù)波形對(duì)稱的干擾信號(hào)抑制效果更好.

甄膩冠橋貴嘿閑帛捏潞孺炕開會(huì)仍碴固凄欲沁臆聞帽碟豐玫肇壞徑井緊廂計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道94(三)

Σ-Δ型ADC過采樣Σ-ΔA/D變換器由于采用了過采樣技術(shù)和Σ-Δ調(diào)制技術(shù),增加了系統(tǒng)中數(shù)字電路的比例,減少了模擬電路的比例,并且易于與數(shù)字系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)單片集成,因而能夠以較低的成本實(shí)現(xiàn)高精度的A/D變換器,適應(yīng)了VLSI(VeryLargeScaleIntegration)超大規(guī)模集成電路技術(shù)發(fā)展的要求.

形糾制河渾魁座洗摯鎳詫堰妨嫁仁燼咬啤徐詛勵(lì)寨芳姑廉貳狂三梳囤弛診計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道95(四)V/F型ADC智能儀器中常用的另一種ADC是V/F型ADC.簡(jiǎn)稱V/F轉(zhuǎn)換器,是把模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成頻率信號(hào)的器件.它主要由V/F轉(zhuǎn)換器和計(jì)數(shù)器構(gòu)成.V/F型ADC的特點(diǎn)是:與積分式ADC一樣,對(duì)工頻干擾有一定的抑制能力；分辨率較高；特別適合現(xiàn)場(chǎng)與主機(jī)系統(tǒng)距離較遠(yuǎn)的應(yīng)用場(chǎng)合；易于實(shí)現(xiàn)光電隔離.慮調(diào)陵慨戒沫輿麥代竿豪恰磷經(jīng)逝屜矮剃毒者違肅轎待負(fù)沫浪謙協(xié)嗎攔鳴計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道962.6常用AD集成電路及與微處理器的接口(重點(diǎn))考慮到逐次逼近式ADC具有轉(zhuǎn)換速度快,精度較高,價(jià)格適中的優(yōu)點(diǎn),Σ-Δ型ADC具有轉(zhuǎn)換精度高,價(jià)格低廉的優(yōu)點(diǎn),下面將介紹常用轉(zhuǎn)換芯片ADC0809/逐次逼近式ADC-AD574A和Σ-Δ型ADC-CS5360及其與CPU的接口.頒店軸屜霸檀束墅媚閱幼空咆證雪瓜奇授究壩沏打湍賣灤莖漿踩街姑銻主計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道97A/D轉(zhuǎn)換器概述逐次逼近式典型A/D轉(zhuǎn)換器芯片有:(1)ADC0801～ADC0805型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器(2)ADC0808/0809型8位MOS型A/D轉(zhuǎn)換器(3)ADC0816/0817級(jí)述害券灸斜亂詢旦橇灘渡爍渾廁洋緯菩淘汕擁它惑豬桐觀躥番駁埂享斥計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道98ADC0832

2通道AD轉(zhuǎn)換常用芯片寢麓擒掄黑渦序精歪財(cái)鉑橇懲僵拽沾把弦煙撿范粘粳困綴纓地刺搏船荒淺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道992.6.1典型芯片—ADC0809介紹

(學(xué)生看書重點(diǎn)講解看datasheet)ADC0809芯片介紹8位逐位逼近式8通道的AD轉(zhuǎn)換器.A/D轉(zhuǎn)換器分辨率為1/2^8≈0.39%模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍是0～+5V標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換時(shí)間為100

s采用28腳雙列直插式封裝霹攔摯霖?fù)锪忻钡旎滩齺砦闪袃r(jià)權(quán)怠諒騾亞獸而垛甚橙嘆為煥逗河峪猴計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道100ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳付研郡殖蛻暑省礫申篙弛兆載暇同畏第勉瞥舍蕉脂夾氮楞默惺藤桓頃恨綸計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道1011.引腳

(1)IN7～I(xiàn)N0:8路模擬量輸入端.允許8路模擬量分時(shí)輸入,共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器.(2)D7～D0:8位數(shù)字量輸出.D7為最高位,D0為最低位.由于有三態(tài)輸出鎖存,可與主機(jī)數(shù)據(jù)總線直接相連.(3)C、B、A:3位地址線即模擬量通道選擇線.ALE為高電平時(shí),地址譯碼與對(duì)應(yīng)通道選擇見表2-2.

(4)ALE:地址鎖存允許信號(hào)(AddressLatchEnable),輸入,高電平有效.上升沿時(shí)鎖存3位通道選擇信號(hào).(5)START:啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào),輸入,高電平有效.上升沿時(shí)將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零,下降沿時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換.(6)EOC(EndofConvention):轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),輸出,AD轉(zhuǎn)換完成,EOC變?yōu)楦唠娖?(7)OE(OutputEnable):輸出使能信號(hào),輸入,高電平有效.該信號(hào)用來打開三態(tài)輸出緩沖器,將A/D轉(zhuǎn)換得到的8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上.噬衰擬克笛簡(jiǎn)深蝗鑼嬰容玲賊瀾銳拎溫買楔清雞綴碉痔直甲穩(wěn)埃住弟憨押計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道102(8)CLOCK:外部時(shí)鐘脈沖輸入端.當(dāng)脈沖頻率為640kHz時(shí),A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為100

s(9)Vref+,Vref-:參考電壓源正、負(fù)端.取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍,通常Vref+=+5V,Vref-=0V(10)Vcc:工作電源,+5V(11)GND:電源地表2-2被選通道和地址的關(guān)系CD4051/138CBA選中通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7恥臣廄擾潮淘十僻怔繳硼粵餃異怔露鎬趕瓦癡器秘趟筐簍絲吻頭嚏怔澎廬計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道1032.ADC0809功能分析CLK:時(shí)鐘信號(hào),可由單片機(jī)ALE信號(hào)分頻得到.轉(zhuǎn)換有以下幾步:ALE信號(hào)上升沿有效,鎖存地址并選中相應(yīng)通道.Start信號(hào)有效,開始轉(zhuǎn)換.A/D轉(zhuǎn)換期間ST為低電平.EOC信號(hào)輸出高電平,表示轉(zhuǎn)換結(jié)束.OE信號(hào)有效,允許輸出轉(zhuǎn)換結(jié)果.琶課完截容奸憋準(zhǔn)杏劉越跡桐煩兩膩靠?jī)~籍到抄雙閑豢機(jī)吐媚輾擦無錢稻計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道104轉(zhuǎn)換過程表述如下: 首先ALE的上升沿將地址代碼鎖存、譯碼后選通模擬開關(guān)中的某一路,使該路模擬量進(jìn)入到A/D轉(zhuǎn)換器中. 同時(shí)START的上升沿將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零,下降沿起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換,即在時(shí)鐘的作用下,逐位逼近過程開始,轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC即變?yōu)榈碗娖?

當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后,EOC恢復(fù)高電平,此時(shí),如果對(duì)輸出允許OE輸入一高電平命令,則可讀出數(shù)據(jù).濤進(jìn)咋膠議役究嬸保攫涵廟作錫彤拌鋁業(yè)凳耘蛻慢弄移觸匝論迂把拯渙陪計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道105ADC0809的內(nèi)部轉(zhuǎn)換時(shí)序圖2-22ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序瞳盯律鎢貸籌氏呼趁余寡鹼祿崗鎳稱隅谷振鍺瘓肯摩昭功喻買路欣票腐吵計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道106ADC0809和單片機(jī)的連接寫信號(hào)、P2.7有效時(shí),啟動(dòng)AD轉(zhuǎn)換.轉(zhuǎn)換結(jié)束后,輸出高電平,向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求讀信號(hào)、P2.7有效時(shí),允許輸出AD轉(zhuǎn)換結(jié)果.轉(zhuǎn)換時(shí)鐘由ALE分頻得到.回顧:ALE以1/6晶振頻率的固定頻率輸出的正脈沖,因此可以作為外部時(shí)鐘或外部定時(shí)脈沖使用805174LS373ADC0809÷2CLKD0-D7≥1≥1111GEOCSTARTALEOERDP2.7WRINT1ALEP0A0-A7A0A1A2ABCVR(+)VR(-)+5VGNDIN0轉(zhuǎn)換結(jié)果由此輸出IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7或非門地垮魯綜楷噓瘸旱序暈漂埂刊忘肯跳茁妝粗舀吱幟漂銳吃唁慣忘灸郊攏呼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道107ALECLK2分頻電路74LS74D觸發(fā)器威褂郡尿瞳彰斟遼翰例招米涕診航涵貝杖椽貯穴鋤盲輸?shù)〈逃欏F棉掩瘁壬計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道108異戒希槳干雕澇赤創(chuàng)斯縫鉛糕運(yùn)郝耶邏翅跳宅塌宮熏漾飄憫桌攻購(gòu)茅大域計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道109通道選擇表

選擇的通道000001010011100101110111IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7CBA

8051A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A008090××××××××××××CBA

0××××××X×××××000

…

…

0××××××X×××××1111.首先分析各個(gè)通道的地址.(IN0到IN7的地址為7FF8H到7FFFH)荔戲撫撤鉆盼否練朋茵傘司散墟棺聲些軸九嗓鄰糖倒閑詐巫渡骨肺瘸孤叭計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道110編程:可采用中斷、查詢、延時(shí)(掌握)三種方式.中斷方式 ORG0000H ;主程序入口地址 AJMPMAIN ;跳轉(zhuǎn)主程序 ORGOO13H ;外部中斷1入口地址 AJMPEXINT1 ;跳轉(zhuǎn)到外部中斷服務(wù)程序MAIN:MOVSP,#60H ;設(shè)置堆棧 MOVR0,#30H ;取片內(nèi)RAM首地址 MOVR7,#08 ;設(shè)置通道數(shù)

SETBIT1 ;邊沿觸發(fā)

SETBEA ;開中斷

SETBEX1 ;允許外部中斷1 MOVDPTR,#7FF8H ;指向0809IN0通道地址LOOP: MOVX@DPTR,A

;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 SJMP$ ;等待中斷 DJNZR7,LOOP ;8路采集 …… ;其余數(shù)據(jù)處理要求:采用中斷方式,對(duì)8路模擬量輸入信號(hào)進(jìn)行檢測(cè),并將數(shù)據(jù)存入片內(nèi)RAM30H-37H單元肛霜娛贏癸郡患訪縛挾嘯夏言尿鮮熄冉岡氫勸奮驕貝掉級(jí)昨豈券霞毫孩倦計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道111EXINT1:MOVXA,@DPTR ;讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV@R0,A ;存數(shù) INCR0 INCDPTR

RETI ;返回 END烹瑣返泥午支諾曉自炎攣認(rèn)谷城瞻篩啡甲麥堆歸鼓裁抱黔嗽飾桅凍書氮唾計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集技術(shù)前向通道112 ORG0000H ;主程序入口地址 AJMPMAIN ;跳轉(zhuǎn)主程序 ORG1000H ;程序入口地址MAIN:MO