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第9章 模拟量输入输出接口技术 9.1 模拟量输入接口技术 9. 2 A/D转换器的主要性能指标及分类 9.3 常用的A/D转换芯片 9.4 D/A转换器和接口技术 9.5 思考题与习题 第9章 模拟量输入输出接口技术 在单片机应用中,常常需要测量温度、湿度、流量、速度、液位、压力等多种模拟量,并通过输入接口传送给单片机CPU,需要输出模拟量去控制被控对象或用于显示。模拟量信号是连续变化的电压、电流信号,与数字量有本质上的区别,模拟量信号需要放大、滤波、线性化、信号变换等一系列的电路处理,把检测到的模拟量电压、电流信息变换成0-5V的电压信号,通过A/V转换电路转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同样,单片机输出的数字量控制值,也往往要通过D/A转换电路变换成模拟量才能去控制被控对象或用于数据的显示。因此,模拟量的输入输出接口技术是单片机应用中的一个重要环节。 在单片机应用中,需要测量温度,湿度,流量,速度,液体,压力等大量模拟量,需要输出模拟量去控制被控对象或进行显示,模拟量的输入输出也是单片机的接口是一个重要的环节。模拟量信号是连续变化的电压,电流信号,与数字量有本质一的区别,需要对模拟量信号时放大,滤波,线性化,信号变换等电路处理,把测量的模拟量电压,电流信号变换成0-5V的电压信号,通过A/D转换电路,转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同样,单片机的控制值,测量数据也往往要通过D/A转换电路变换成模拟量才能进行控制或显示。因此,模拟量的输入输出是单片机应用中的一个重要环节。 1.传感器的概念 传感器是把一种物理量(或化学量、生物量)转换成另一种与之有确定对应关系的物 理量(通常是电量)的装置。它是测量系统中最重要的环节。 传感器有许多种类,一种是以被测参数的性质来分,一种是以传感器的测量原理来分。 按被测量参数的性质来分,有热量类传感器,用于测量温度,热量,比热,压力,流量,风速等;有机械量类传感器,用于测量位移,应力,振动,加速度等;有成分量类传感器,用于测量各种气体、液体的成分、浓度、密度等。 按传感器测量原理来分,有电阻式、电感式、电容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式等。 传感器品种繁多,用途各异,但衡量传感器的基本参数主要有: 测量范围:传感器能正常工作的范围,在使用中不应使传感器过载,以免损坏元件,或造成大的测量误差。 线性度:传感器的输入与输出的关系,大部分传感器的输入、输出关系是非线性的,在使用中,要进行线性化处理。在采用单片机后,可以用软件的方法进行线性化处理,可以简化电路,获得较好效果。 灵敏度:传感器的输出与输入信号之比,灵敏度大的传感器,电路处理方便,我们希望传感器有较大的灵敏度。 互换性:同种传感器的特性参数的一不致性,传感器的互换性差,会给使用带来不方便。 2.温度、压力等常用传感器 在单片机应用中,常用的测量参数有温度,压力,湿度,液位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。是单片机应用中最基本的测量参数。 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器是以热电效应为基础的,将任意两种不同的导体A-B组成一个闭合回路,只要它们的两个接点t1,t2的温度不同,在回路里就会产生热电动势,如图9.1所示: 2.温度、压力等常用传感器 在单片机应用中,常用的测量参数有温度,压力,湿度,液位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。 是单片机应用中最基本的测量参 数。 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器是以热电效应为基础的,将任意两种不同的导体A-B组成一个闭合回路,只要它们的两个接点t1,t2的温度不同,在回路里就会产生热电动势,如图9.1所示: 热电偶电桥补偿测量电路中,Rt为热敏电阻,当冷端温度变化时,由于热敏电阻的补偿作用,消除了冷端温度变化的影响,提高了测量的精度。常用热电偶的代号,分度号及测量范围见表9.1。 热电偶的测温度范围在-180-2800oC,热电偶的输出热电势与工作端温度有关,还与自由端的温度有关,所以在测量时需要进行冷端补偿,热电偶的常用测量电路如图9.2所示。 热电阻温度传感器是利用铂电阻,铜电阻,热敏电阻的阻值随温度而变化的原理测量温度的,这一类传感器的适用范围在-200-+650oC,有较高的灵敏度。铂电阻与电阻的关系为: 式中Rt——温度toC时铂电阻的电
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