第3讲 22模拟量输入通道.pptVIP

* * 沈阳建筑大学 信息与控制工程学院 马斌 计算机控制技术 第2章 过程输入输出接口 §2.2 模拟量输入通道及接口设计 33-4 第2章 过程输入输出接口 在数据采集的过程中，经过各种传感器来获取数据，传感器将各种温度、湿度、光照、压力和酸碱度等物理信号或化学信号转换为电信号。 33-4 有些采集的信息还需要对电信号进行放大、去噪，再经A/D转换后变成离散的数字信号送给单片机。 采集来的信号给单片机进行处理分析，数字滤波、工程量变换等处理，以反映实际测量的数值，这也是单片机系统检测部分的核心。 2.2 模拟量输入通道 模拟量输入通道: 数据采集系统输入通道中的一种，它的任务是把传感器转换后的电信号经过适当的调理，然后转换成数字量输入计算机。 33-4 一、 模拟量输入通道的一般结构 传感器 信号调理电路 S/H A/D 微型计算机 单路模拟量输入通道结构图: 2.2 模拟量输入通道 33-4 一、 模拟量输入通道的一般结构 多路模拟量输入通道结构图: 采样 保持器 二、多路转换器 多路转换器又称多路开关，多路开关的作用是用来将各路被测信号依次地或随机地切换到公共放大器或A/D转换上。 1 × × × 全不通 0 1 1 1 X7 … … 0 0 0 1 X1 0 0 0 0 X0 C B A X接通 表1 CD4051通道选择表 二、多路转换器 多路转换器又称多路开关，多路开关的作用是用来将各路被测信号依次地或随机地切换到公共放大器或A/D转换上。可以有多片组合为更多的输入通道选择作用。 A0 A1 A2 A3 X INH C B A X INH C B A + A/D － IN0 IN7 IN8 IN15 A0 A1 A2 A3 A4 三、采样保持器 采样时，k 闭合，VIN通过A1对CH快速充电，VOUT跟随VIN；保持期间，k断开，由于A2的输入阻抗很高，理想情况下VOUT =VC保持不变，采样保持器一旦进入保持期，便应立即启动A/D转换器，保证A/D转换期间输入恒定。 图14 集成采样保持器LF398的原理图 图13 采样保持器的组成 四、A/D转换元件的结构和工作原理 1、A/D转换器类型 根据转换的原理可将A/D转换器分成两大类： 一类是直接型A/D转换器，输入的模拟电压被直接转换成数字代码，不经任何中间变量； 另一类是间接型A/D转换器，首先把输入的模拟电压转换成某种中间变量，然后再把这个中间变量转换为数字代码输出。 目前应用较广泛的主要有：逐次逼近式A/D转换器、双积分式A/D转换器和V/F变换式A/D转换器 A/D转换器分类图 33-4 2、计数器式A/D转换器结构原理 特点： ① 结构简单，价格便宜。 ② 转换速度低随着Ax的增大，时间也增大。 ③ 转换精度取决于计数器的字长。 ④ 当输入模拟信号不稳定时，输出不稳定。 比较Ax和Ad： 若Ax ＞ Ad ,则加计数；若Ax ≤ Ad ,则减计数；直到Ax ＝ Ad ，则停止计数。 首先清零加减计数器 D 模拟量 Ax Ad 数字输出 比较器 C 时钟 加减计数器 D/A 33-4 3、双积分式A/D转换器结构原理 由控制逻辑部分将Ax接入，积分器进行固定时间Ta的与积分，积分器输出值与模拟电压成正比。Ta时间到，控制逻辑将极性相反的固定值的参考电压接入，其下降斜率是固定的，当第二次积分到0为止，得到反向积分时间Ti。 D 模拟量 Ax a 数字输出 比较器 积分器 b 控制逻辑 参考电压 计数器 时钟 Vp t Ta T2 T1 33-4 4、逐次逼近式A/D转换器结构原理 令最高位=1 移位寄存器 0 0 0 0 0 0 0 0 比较Ui和UIN 若Ui＞UIN，则该位置0 若Ui≤UIN，则该位置1 1 1 然后令次高位=1，重复比较， 直到所有位比较完成。 首先清零移位寄存器 33-4 5、A/D转换器主要性能指标 1.分辨率：通常用转换器输出数字量的位数来表示。 2.精度：是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值 。 3.转换时间:完成一次A/D转换所需要的时间。 4.温度系数和增益系数：A/D转换器受环境温度影响的程度。 5.对