《智能儀器儀表》PPT課件.ppt

1、第四章 輸入通道技術(shù),主要內(nèi)容 4.1 電阻變化信號提取技術(shù) 4.2 電壓信號放大技術(shù) 4.3 輸入通道配置技術(shù) (） 4.4 單片機采集系統(tǒng)舉例 (） 4.5 實時時鐘技術(shù) （詳細）,4.1 電阻變化信號提取技術(shù),回顧：傳感器輸出信號類型？ 電流、電壓（強、弱）、電荷、電勢、電阻等。,主要內(nèi)容 4.1.1 恒流供電檢測 （） 4.1.2 電橋法,4.1.1 恒流供電檢測,恒壓式 恒流式 （抗干擾能力強 ） 恒流源的獲得(LM317 ) (詳細）,4.1.2 電橋法,單電橋 雙電橋(對橋) 全電橋,4.2 電壓信號放大技術(shù),4.2.1 基本電路及理想特征（） 4.2.2 常用運算放大器 4.2

2、.3 儀表放大器（抑制共模干擾） 4.2.4 增益可控集成運算放大器 4.2.5 可控增益運算放大器舉例（） 4.2.6 AD620 儀器用放大器,4.2.1 基本電路及理想特征,基本電路,4.2.1 基本電路及理想特征,理想特性 開環(huán)放大倍數(shù)Av=； 輸入阻抗Ri=，輸出阻抗R0=0；(） 頻帶寬度Bw=； 當Vn=Vp時，V0=0 沒有溫漂。,4.2.2 常用運算放大器,通用型 F124、F224、F324等。 高精度集成運算放大器 OP-07、09、11、27、AD508等。 高輸入阻抗型 LF347、MC34004、F355、LF155等。 專用運算放大器 視頻放大器：MAX457等。

3、 音頻放大器：LM386等。,4.2.3 儀表放大器（抑制共模干擾）,4.2.4 增益可編程控制集成運算放大器,利用模擬開關(guān)改變反饋電阻的方法改變增益。 常用集成增益可編程控制測量放大器有：AD524、AD624、AD625等。,4.2.5 可控增益運算放大器運用舉例（）,以4051模擬開關(guān)和AD620來實現(xiàn)。,控制4051使AD620的增益電阻分別為R1R8,4.2.6 AD620 低價格、低功耗儀器用放大器,僅需一個外接電阻即可得到11000內(nèi)的任意增益范圍； 極寬的電源工作范圍（2.3V18V）； 三片運放組成的電路性能高； 8引腳DIP或SOIC封裝； 帶寬120kHz（G=100）；

4、 建立時間15uS（0.01%）。,4.3 輸入通道配置技術(shù)（）,主要內(nèi)容 4.3.1 基本形式 4.3.2 信號隔離技術(shù) （） 4.3.3 多路切換技術(shù) 4.3.4 多路信號采集應(yīng)用舉例（） 4.3.5 V/F、F/V變換技術(shù),4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D變換器MAX186（難點） 4.3.7 開關(guān)量輸入的CPU接口（） 4.3.8 “96”HSI和A/D變換子程序（） 4.3.9 單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器DS2450（難點，不作詳細講解，自學） 4.3.10 鍵盤和觸摸屏技術(shù),4.3.1 基本形式,結(jié)構(gòu)1：大信號模擬電壓A/D單片機 結(jié)構(gòu)2：VV/F單片機 結(jié)構(gòu)3：小信號模

5、擬電壓放大A/D單片機 結(jié)構(gòu)4：小信號模擬電壓放大V/F單片機 結(jié)構(gòu)5：大信號電流（010mA，0、420mA）I/VA/D單片機 結(jié)構(gòu)6：大信號電流（010mA，0、420mA）I/VV/F單片機,420mA（15V)為工業(yè)標準，可以監(jiān)測傳感器是否斷線（信號為0即斷線）,結(jié)構(gòu)7：小信號電流（mA、A）I/V放大A/D單片機 結(jié)構(gòu)8：小信號電流（mA、A）I/V放大V/F單片機 結(jié)構(gòu)9：小信號f放大整形單片機 結(jié)構(gòu)10：TTL電平的頻率信號單片機 結(jié)構(gòu)11：非TTL電平的開關(guān)信號防抖電平變換整形單片機,開關(guān)量(f)隔離技術(shù),需要隔離的信號包括？ 數(shù)字量 開關(guān)量、頻率量、數(shù)據(jù)總線（單總線）等 模

6、擬量,4.3.2 信號隔離技術(shù)(詳細）,Iin=Vin/R 220mA,正向驅(qū)動（V-接地）,一般為2K,施密特整形器,單總線隔離驅(qū)動,P1.0輸出,單總線,P1.1輸入,模擬量隔離技術(shù)：AD202、精密線性光耦,放大電阻,內(nèi)部電源,4.3.3多路切換技術(shù),單端8通道：AD7501、AD4051 單端16通道：AD7506、AD4067（有INH端） 差動4通道：AD7502、AD4052 差動8通道：AD7507、AD4097,4.3.4 多路信號采集系統(tǒng)應(yīng)用舉例,第二級,P1=01101011B,選擇X11,!,4.3.5 V/F、F/V變換技術(shù),V/F變換技術(shù) F/V變換技術(shù) （課下自學

7、）,4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D變換器MAX186,概述 詳細說明 典型運用電路 （簡要介紹，自學）,1 一般說明,MAX186是12位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它把8通道多路轉(zhuǎn)換器，大帶寬跟蹤/保持電路和串行接口組合在一起，具有變換速率高、功耗極低的特點。此期間可使用單一5V電源或5V電源進行工作。其模擬輸入可由軟件設(shè)置為單極性/雙極性和單端/差動工作方式。,MAX186使用內(nèi)部時鐘或外部串行接口時鐘以完成逐次逼近模/數(shù)變換,當使用內(nèi)部時鐘時，串行接口可工作到4MHz以上。 MAX186具有4.096V的內(nèi)部基準電壓,而MAX188要求一個外部基準.這兩種器件都帶有基準緩沖放大器,它可

8、使增益的微調(diào)簡單化。,2特點,1) 8通道單端或4通道差分輸入 2) 單+5V或5V工作電壓 3) 低功耗：1.5mA(工作方式) 2A(斷電方式) 4) 內(nèi)部跟蹤/保持電路，133KHz采樣速率 5) 內(nèi)部4.096V基準電壓（MAX186） 6) 與SPI,QSPI,Micorwire,尺寸TMS320兼容的4線串行接口 7) 可用軟件設(shè)置的單極性或雙極性輸入 8) 20引腳的雙列直插式（DIP）,小型(SO),緊縮的小型（SSOP）封裝,3、MAX186操作時序圖,寫入控制字節(jié),讀取AD結(jié)果,4、啟動一次A/D變換,把一個控制字節(jié)與時鐘同步送入DIN可啟動MAX186/MAX188的一次

9、變換。CS為低電平時SCLKD每一個上升沿把一個位從DIN送入MAX186/MAX188的內(nèi)部移位寄存器。在CS變低以后，第一個到達的邏輯“1”位定義控制字節(jié)的最高有效位。在這第一個“起始”位到達之前，與時鐘同步送入DIN的任何個數(shù)的邏輯“0”位均無效。,5 控制字,6、通道選擇（單端輸入）,7、通道選擇（差分方式）,8、典型應(yīng)用電路,4.3.7 開關(guān)量輸入的CPU接口,HSI口與EXINT口 并行I/O口 8255并行接口 8155并行接口 8253定時器/計數(shù)器 （ 詳細）,一. HSI口與EXINT口,HSI口接收開關(guān)量的輸入信號，可用中斷和查詢兩種方式； EXINT口可用于重要的實時信

10、息（因為它的中斷優(yōu)先級別最高）。,二并行I/O口,1、8255的控制字,2、8155的控制字,PA：“0” A口輸入；“1” A口輸出 PB：“0” B口輸入；“1” B口輸出 PC2、PC1口： “00”=ALT1：A口，B口基本輸入輸出，C口輸入 “11”=ALT2：A口，B口基本輸入輸出，C口輸出 “01”=ALT3：A口選通輸入輸出，B口基本輸入輸出， PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3-PC5輸出 “10”=ALT4：A口，B口選通輸入輸出， PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3:BINTR,PC4:BBF,PC5:-BSTB,3

11、、8253的控制字,BCD：計數(shù)器計數(shù)方式選擇，可采用二進制或BCD碼計數(shù) 0：二進制；1：BCD M2 M1 M0工作方式： 000方式0；001方式1；X10方式2；X11方式3；100方式4；101方式5 RL1、RL0計數(shù)器讀寫操作長度選擇： 00：將計數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存到緩沖器 01：選計數(shù)器的低8位進行寫或讀 10：選計數(shù)器的高8位進行寫或讀 11：對計數(shù)器進行兩次讀/寫操作，先低字節(jié)，后高字節(jié) SC1、SC0選擇計數(shù)器 00：選計數(shù)器0 01：選計數(shù)器1 10：選計數(shù)器2 11：非法 當對8253寫入控制字后，就要給計數(shù)器賦值了。,4、8253計數(shù)控制,一般采用每次賦初值和一次賦初

12、值兩種方法。當計數(shù)脈沖突然斷開時，前一種方法計數(shù)不回“0”，因為計數(shù)器工作脈沖為外部脈沖，沒有外部計數(shù)脈沖則初始值無法鎖存。,初始值,第1次,第2次,4.3.8 “96”HSI和A/D變換子程序,HSI中斷子程序 A/D變換子程序 （ 詳細）,4.3.9 單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器DS2450（自學）,DS2450單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器，通過四路到一路模擬復用器逐步逼近完成轉(zhuǎn)換。每個輸入通道具有單獨的幅值電壓、轉(zhuǎn)換結(jié)果及報警門限設(shè)置寄存器，并且每個通道有上下超限兩個標志寄存器，當電壓過高或過低時，無需總線干預(yù)比較即可使相應(yīng)寄存器置位。,4.3.10 鍵盤和觸摸屏技術(shù),鍵盤輸入技術(shù) 觸摸屏技術(shù)

13、技術(shù)指標 用戶接口 數(shù)據(jù)說明 “三鍵”或“五鍵”式輸入,面膜實例,4.4 單片機采集系統(tǒng)舉例,主要內(nèi)容 （ 難點） 4.4.1 單片機對頻率量的采集 4.4.2 單片機對于多路模擬量的循環(huán) 采集,4.4.1 單片機對頻率量的采集,“F”法、“T”法、“MT”法以及“M/T”法簡介 “FT”法原理及誤差分析 實現(xiàn)“FT”法的硬件簡介 “FT”法在機車測速中的應(yīng)用實例,第1個脈沖中斷時刻,第N個脈沖中斷時刻,HSIINT: PUSHF LDBDL ,HSISTA JBSDL ,0 ,HI0 ;判斷是否0口中斷 STHSITIM,HI1T SJMPHSIFH HI0:STHSITIM ,HI0T+

14、;讀時間到HI0T中 LDCX,HI0S ;0 口中斷次數(shù)加1 INCCX STCX,HI0S CMPCX,#1 ; 第一個脈沖時清TZDCS T1溢出中斷 JNEHSIFH2 CLRTZDCS HSIFH2:; CMPCX,#11 ;取連續(xù)中斷10次的數(shù)據(jù)計算轉(zhuǎn)速 ;JNEHSIFH HSIFH:RET,4.4.2 單片機對于多路模擬量的循環(huán)采集(詳細）,各時間片任務(wù),循環(huán)定時,/2 商為對第n路進行操作,計算一次第n路的值,余數(shù)0切換多路選擇,余數(shù)1不斷AD變換,HERE:CMPZDCS,ZDCS_BJ JEBFPDOUT STZDCS,ZDCS_BJ BFPDOUT:LDADZBJ,ZD

15、CS CMPADZBJ,#64 JHHERE11 SJMPHERE12 HERE11: SJMPHERE HERE12: DIVUBADZBJ,#2 CMPBADZBJH,#0 JEHERE22 LCALL ADBH;余數(shù)為1時不斷地A/D變換 SJMPHERE HERE22: LDBACHTDH,ADZBJL;商正好為ACH的通道號 指單個4051的通道號 LDBSCADBH,#55H;設(shè)置即將進入的首次AD變換標記,用于清上次AD累計值 JSCLSJ: LCALLSADDZ;當余數(shù)為0時選發(fā)送當前通道的4051的通道號 再計算上一通道的平均數(shù)據(jù) CMPBADZBJL,#0;=0 還沒有進行

16、A/D變換 計算的通道號實為ACHTDH-1 JNHPDWEIOUT LCALLCJSJALL ;計算A/D采集的數(shù)據(jù) ACHTDH即為A/D的通道號 而此時要計算的實為上一次的ACHTDH PDWEIOUT:SJMP HERE HERE1:SJMPHERE,4.5 實時時鐘技術(shù),主要內(nèi)容 4.5.1 RAM插座DS1216B （詳細） 4.5.2 實時時鐘集成電路DS1287和DS12887 （自學） 4.5.3 微電流充電式實時時鐘芯片DS1302 （自學）,4.5.1 RAM插座DS1216B,概述 管腳說明 DS1216B 的操作 模式識別 非易失性控制器的工作 實時時鐘寄存器信息 A

17、M/PM/12/24方式 DS1216B實時時鐘操作,DS1216B時鐘插座引腳圖,DATA,片選,相當于三線制的SPI串口,DS1216 64BIT識別密碼,TM_CLK: LDAX_CLK,#TIMADD LDBDL_CLK,AX_CLK LDCX_CLK,#0 LDBR1_CLK,#08H L0_CLK: LDBR2_CLK,#08H LDBDL_CLK,TAB_CLKCX_CLK L1_CLK: STBDL_CLK,AX_CLK SHRBDL_CLK,#1 DJNZR2_CLK,L1_CLK INCCX_CLK DJNZR1_CLK,L0_CLK ret TAB_CLK:DCB0C5H

18、,3AH,0A3H,5CH DCB0C5H,3AH,0A3H,5CH,DS1216B的時鐘定義,RD_CLK: LDBX_CLK,#SSSZDZ LDBR1_CLK,#08H L4_CLK: LDBR2_CLK,#08H LDBDH_CLK,#00H L5_CLK: SHRBDH_CLK,#1 LDBDL_CLK,AX_CLK JBCDL_CLK,0,L6_CLK ORBDH_CLK,#80H L6_CLK: DJNZR2_CLK,L5_CLK STB DH_CLK,BX_CLK+ DJNZR1_CLK,L4_CLK RET,4.5.2 實時時鐘集成電路DS1287和DS12887（自學）,DS12887的特點和功能 引腳排列與功能 地址分配 時間、日歷和報警單元的應(yīng)用方法 控制和狀態(tài)寄存器,4.5.3 微電流充電式實時時鐘芯片DS1302（自學）,特點 引腳說明 概述 工作原理 命令字節(jié) 復位與時鐘控制 數(shù)據(jù)輸入 數(shù)據(jù)輸出,微電流充電式實時時鐘芯片DS1302（續(xù)）,突發(fā)模式 時鐘/日歷 時鐘停止標志位 AM/PM及12/24小時制模式選擇 寫保護位 微電流充電寄存器 時鐘/日歷突發(fā)模式 RAM,微電流充電式實時時鐘芯片DS1302（續(xù)）,RAM突發(fā)模式 寄存器概要 晶振選擇 電源控制