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第3章 模拟量输入通道 本章要点1．模拟量输入通道的结构组成。 2．多路开关，前置放大、采样保持等各环节 的功能作用。 3．8位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电路 4．12位A/D转换器AD574A芯片及其接口电路引言 3.1 信号调理电路 3.2 多路模拟开关 3.3 前置放大器 3.4 采样保持器 3.5 A/D转换器 3.6 A/D转换模板本章小结思考题 引言模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。结构组成如图3-1所示，来自于工业现场传感器或变送器的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟开关，分时切换到后级进行前置放大、采样保持和模/数转换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，从而完成对过程参数的巡回检测任务。 3.1 信号调理电路在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下是两种变换电路。1. 无源I/V变换2. 有源I/V变换1.无源I/V变换无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于0- 10 mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，这样当输入电流在0 -10 mA量程变化时，输出的电压就为0 -5 V范围；而对于4 -20 mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样当输入电流为4 -20 mA时，输出的电压为1 - 5 V。图 3-2 电流/电压变换电路 2. 有源I/V变换有源I/V变换是利用有源器件——运算放大器和电阻电容组成，如图3-2（b）所示。利用同相放大电路，把电阻R1上的输入电压变成标准输出电压。该同相放大电路的放大倍数为(3-1)若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ，则输入电流 I 的0 ~ 10 mA就对应电压输出V的0 ~ 5 V；若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ，则4 ~ 20 mA的输入电流对应于1 ~ 5 V的电压输出。 3.2 多路模拟开关 主要知识点引言由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某一时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模拟开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、8路)、CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、16路)等。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。 3.2.1结构原理现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原理如图3-3所示。CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、A=001时，通道S1通；……当C、B、A = 111时，通道S7选通。其真值表如表3-1所示。 3.2.2 扩展电路当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3?用来控制两个多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S0~S7通道；当D3=1时，经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16路的模拟开关。 图3-4 多路模拟开关的扩展电路 3.3 前置放大器 主要知识点 引言前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程范围之内，如0-5VDC;对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单端同相放大或单端反相放大。如图3-5所示，信号源的一端若接放大器的正端为同相放大，同相放大电路的放大倍数G =1+R2/R1；若信号源的一端接放大器的负端为反相放大，反相