测控基础-数据采集(临时).ppt

第七章 计算机控制系统 一、数据采集和数据处理系统 计算机数据采集和数据处理系统对大量生产过程的参数进行检测、记录、数据计算、报警及对大量数据进行实时分析。 数据采集与处理系统框图 第一节 多通道模拟开关 多路开关的作用主要用于将被测模拟量按某种方式分别地输入到公用放大器或A/D转换器上。如在某一时刻接通某一路，让该路信号输入而让其它路断开，从而达到信号切换的目的。目前用得较多得是由晶体管和场效应管组成得电子无触点开关。 模拟集成开关是指在一个单片上包含多路开关的集成开关。常用模拟多路开关有： 单端8通道：AD7501、AD7502、AD7503、CD4051 差动4通道：AD7502、CD4052 多通道模拟开关（续） AD7501是单片集成的CMOS8选1多路模拟开关，它有三根二进制输入端A0、A1、A2，改变A0、A1、A2数值，可译出8种不同状态，分别选中一个开关接通。当禁止端INH为高电平时不论A0、A1、A2为何值，8个通路均不通。 第二节 采样保持电路 传感器将非电物理量转换成电量，经过放大、滤波等一系列处理后，经模数转换变成数字量，才能送入计算机系统。 1、孔径误差：在对模拟信号进行模数转换时，从启动转换到变换结束的数字量输出，需要一定时间，例如对正弦信号在t0时刻进行采样，理想值应为零，但是由于在A/D转换时间△t内模拟量发生了变化，所以A/D输出不再为零，有此引起得误差叫孔径误差 第二节 采样保持电路 2、采样保持器 由于孔径误差的存在，所以必须在A/D转换开始时将信号电平保持住（保持状态），而在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化（采样状态），能完成这种功能的器件叫采样保持器。在模拟量输出通道，为使输出得到一个平滑的模拟信号，或对多通道进行分时控制时，也常使用采样／保持器。 在模拟信号输入通道中，是否需要加采样／保持器，取决于模拟信号的变化频率和A／D转换的孔径时间；对快速过程信号，当最大孔径误差超过允许值时，必须在A／D转换器前加采样／保持器，高频率信号进行采集，就需加采样／保持器。但如果采集的是缓变信号，可不加采样／保持器。总之，是否加采样／保持电路，完全取决于使用对象 采样保持器的作用是：在采样期间，其输出能跟随输入的变化而变化；而在保持状态，能使其输出值保持不变。 下图为一最简单的采样保持电路，由模拟开关、储能元件和缓冲放大器组成。当施加控制信号后，开关K闭合，模拟信号Vi通过限流电阻向电容c充电，在电容值合理的情况下，V0随vi的变化而变化；之后控制信号去除，K断开，由于电容c有一定的容量，此时输出V。保持输入信号在K断开瞬时的电平值， A/D转化器才得以对保持在电容CH上的电压进行整量化。由于充电时间远小于A/D转换时间，保持器的电压下降率又较低，于是大大减少了孔径误差。 如图，在t1时刻前，处于采样状态，此时K为闭合状态，输出信号V。跟输入Vi保持同步变化；而在时间t1，K断开，此时处于保持状态， 输出电压恒值保持在A2不变； 而在t2时刻，保持结束， 新一个采样时刻到来， 此时相当于K重新闭合， Vo又随vi同步变化， 直至时刻t3新的保持信号到来， K断开，V0保持A3的电位不变。 因此，利用采样／保持器，在启动A／D变换时，保持住输入信号，从而可避免A／D转换孔径时间带来转换误差.在进行多路信号瞬态采集时，由上述分析也可知，电容c对采样保持的精度很大影响， 如果电容值过大，则其时间常数大，当信号变化频率高时由于电容充放电时间大，将会影响输出信号对输入信号的跟随特性，而且在采样的瞬间电容两端的电压会与输入信号电压有一定的误差；而当处于保持状态时，如果电容的漏电流太大，负载的内阻太小，都会引起保持信号电平的变化。在电容的选择时，使其选择容量大小适数适中，并选用漏泄小的电容。 电路采样并保持信号的示意波形如图所示 采样保持电路可以用分离元件组成，也可直接选用集成采样／保持器，在选用时，要考虑下列因素， 孔径时间：在采样保持器中，由于模拟开关有一定的动作滞后，从保持命令发出到模拟开关断开的时间叫孔径时间，它会导致A／D采样时间被延迟。 捕捉时间：采样／保持器的状态逻辑控制信号由保持电平转换成采样电平后，其输出电压由原保持值过渡到此