第3章过程输入输出通道汇编.ppt

1）无源I/V变换 2） 有源I/V变换 模数转换的原理误差 取样－量化导致信息丢失。这主要来自两个方面的原因，其一：取样——使得我们用时间轴上的有限时间点来代替原模拟信号的无限连续时间点；其二：量化——使得我们用幅度轴上有限位数（模数转换器的有限位数）来代替模拟信号的无限位数。?????? 这样两个因素导致我们无法获得真实模拟信号中的信息，或者说：破坏了模拟信号的完整性。同时要指出的是：这是一个原理性的误差源，若要想消除这个误差，只有提高采样速率，增加模数转换器的准确度（提高转换器的位数），当这两个参数达到极限时，我们就可以复现出模拟信号。然而，十分不幸的是：这两个参数在现实世界总是处在相互矛盾之中。就我们目前的技术而言，还无法和谐、统一的处理它们。 在NI可提供的产品中：????? NI PXI-5154是目前采样速率最高的模数转换器，但分辨率只有8bits。NI PXI-4071是目前测量分辨率最高的模块，26bits分辨率时，每秒7次读数。NI PXI-5922则是高速度、高分辨率二者兼顾最好的模数转换器，24bits分辩率时500KHz采样速率；16bits分辨率时15MHz采样率。 模数转换器的位数越多越好吗？ 为了消除模数转换器的原理误差，应该尽可能的提高采样速率和分辨率，这个概念是对的，但是模数转换器的分辨率越高就意味着测量准确度越高吗？?????? 有人说：NI PXI-4461（NI USB-9233）都具备24bits的分辨率，所以测量精度就很高。这对吗？绝对不对！这是一个极其错误的概念，它将精密度与准确度（精度）混为一谈了，精密度高不等于精度高（正是由于避免混用的原因，精度这个词已经不建议使用了）。?????? 可以说模数转换器的分辨率高，测量的精密度好，动态范围大。 以NI USB-9233为例 那干什么还要用24bits的模数转换器呢？ ?????? ?????? 其实这来自于测量不同信号的需求，我们知道：声音和振动冲击信号的（瞬时值）变化范围比较大，比如：声音的最大变化范围可以是：0－140dB（通常最大为120dB）。为了测量这些信号需要再同一个量程下实现完整的测量，这就需要这种动态范围较大的模数转换器，而相对转换准确度的要求并不是很高，比如：工业声级计的测量准确度为：1dB。 所以这类模数转换器也被称为：DSA（动态信号采集卡）。?????? NI USB-9233等就是专为这些用途设计的，当然也包含了信号调理部分（IEPE激励源）。? ?????? 顺便提一下NI USB-9233的替代产品NI USB-9234，它的技术性能要好很多，并且可以使用在AC或DC耦合方式下。但价格也要多2000元。 如何选择ADC (1)如何确定ADC的位数 ADC位数的确定与整个测控系统所要测量控制的范围和精度有关，但又不能唯一确定系统的精度。 ADC的位数至少要比总精度要求的最低分辨率高一位。实际选取的ADC的位数应与其他环节所能达到的精度相适应。只要不低于它们就行，选的太高不仅没有意义，而且价格高的多。 对ADC 位数的另一点考虑是后续的数字电路系统硬件配置情况，尤其是微处理器的参数。如：8位CPU，选8位以下ADC简单。高了需加缓冲器，数据分次读出。 （2）如何确定ADC的转换速率 主要考虑的是信号的最高频率，需要满足采样定理。 （3）是否加采样保持器 原则上直流和变化非常缓慢的信号可不用采样保持器。 （4）工作电压和基准电压的选择 工作电压的选择主要应考虑输入信号的电压幅值已经与数字电路的兼容性。 基准电压是参考电压，要求高时采用高精度稳压电源供给。 1、某炉温度变化范围为0～1000℃，要求分辨率为5℃，温度变送器输出范围为0～5V。 （1）若A／D转换器的输入范围也为0～5V，则求A／D转换器的字长n应为多少位? （2）若n不变，现在通过变送器零点迁移而将信号零点迁移到300℃，此时系统对炉温变化的分辨率为多少? 1、解: （1） 所以取n=8； （2）若字长n不变，变送器零点迁移而将信号零点迁移到300℃，则系统的分辨率为： 2、某控制系统，其温度变化范围为：-10℃～+60℃，经温度变送器变换为1～5Ｖ电压信号，送至12位A/D 转换器AD574（AD574的电路输入范围为０～5Ｖ）。请计算： （1）当AD574的转换结果为500H时，对应的系统温度是多少？ （2）当系统的温度是50℃时，AD574的A/D转换结果是多少？ 2、解： （1） （2） B．与MCS-51的接口 如图3-29所示，DAC1210采用的是单极性的输出方式，8位输入寄存器的地址为FFH，4位输入寄存器的地址为FEH。设内部RAM的20H和21H单元内存放一个12位数字量（20H