智能仪器基础第3章.ppt

智能仪器基础 朱一纶 主编 第三章信号的输入与处理 第三章 信号的输入与处理 在智能仪器中，为了用微处理器处理输入信号，要对输入信号进行预处理，本章对一些典型的输入进行分析和讨论，并介绍了各种放大电路及集成放大电路芯片，可供需要选用。 3.1数字信号的输入与处理 3.1.1 开关量的预处理电路 3.1.2 脉冲信号的输入处理 3.1.1.开关量的预处理电路 开关量信号是智能仪器常需处理的最基本的输入输出信号，这类信号包括： 指示灯的亮和灭，断电器或接触器的吸合与释放，马达的启动与停止。可控硅的通和断，阀门的打开和关闭等。 这类信号的最大特点是只需要判断开和关、有电流输入或无电流输入或者高低电平两种状态。 3.1.1.开关量的预处理电路 当开关合上时，U=0V（接地） 。 当开关断开时，U=5V。 3.1.1.开关量的预处理电路 当输入信号的高低电平不符合微处理器的要求时，可以采用图3.2所示的转换电路， 先根据后续电路器件的输入要求选择门电路G，然后确定两个电阻值。把输入信号转换成标准的高低电平，用二进制数的1和0来表示。 3.1.1.开关量的预处理电路 表3.1给出在标准测试条件下TTL逻辑门电路及CMOS逻辑门电路输入输出性能的主要指标，可以在选择时作参考，在不同的工作条件下这些输入输出性能会有所变化，设计时要根据参考资料进行分析比较。 3.1.2 脉冲信号的输入处理 数字式传感器直接输出的频率信号、积累式仪表如电量计、流量计的变送器输出的频率信号都是常见的脉冲输入信号。普通传感器、测速发电机等模拟传感器输出的模拟信号经压频转换器变换后也成为脉冲信号。 这些脉冲输入信号主要采用计数器、定时器接口，如Intel 8253、8254等芯片或单片机内部的计数器接口，测量其频率（单位时间内的周期数） 。 3.1.2 脉冲信号的输入处理 测量主要方法有测频法和测周法。 1.测频法 测频法是按照频率的定义对信号的频率进行测量。其测量电路如下: 3.1.2 脉冲信号的输入处理 图3.4 测频法两次测量计数值差1 3.1.2 脉冲信号的输入处理 测周法是用一个标准的高频信号fs作为计数器的读数对象，测量输入信号的一个周期T然后根据而得到信号的频率。测量原理图与测频法相同。 3.1.2 脉冲信号的输入处理 定时器输出的是用以计数的高频信号。 当输入信号为方波时，只要测量输入信号的高电平时间，则计数值N为读数值的2倍. 3.1.2 脉冲信号的输入处理 若标准信号频率fs已确定，则被测信号的频率f越低（即周期T越长）则测量精度越高，因此，测周法测量信号频率时，适用于信号频率较低的场合。 3.1.2 脉冲信号的输入处理 把用测频法和测周法的测量相对误差（主要为±1误差）相等时的频率作为两种方法的分界点，称为中界频率，则有： 中界频率式中，fs为测周法时的标准频率（一般与计数器的最高输入频率有关）,t0为测频法时的测量时间（一般与允许的最大测量时间有关），当待测输入信号的频率大于f1时，选用测频法，当待测输入信号的频率小于f1时，选用测周法。 课堂讨论: 测频法与测周法有什么区别? 什么是中界频率? 什么适用于测量高频信号? 3.1.2 脉冲信号的输入处理 实际的待测信号的形状、幅度往往是未知的，并可能还夹带着一定的噪声，如果输入信号不是标准的脉冲信号，则需要进行预处理，通常称为输入通道处理，输入通道一般由调整电路、放大整形电路组成。 3.1.2 脉冲信号的输入处理 3.1.2 脉冲信号的输入处理 3.2 模拟信号的输入与处理 很多仪表（传感器）传送的电信号是模拟信号，反映了待测信号随时间连续变化的关系，为了将这个电信号输入到微机中进行实时处理，需要对输入信号进行分析处理，图3.7为单通道测量数据采集系统的框图。 3.2.1模拟信号的检测 1.被测量用标准工业仪表检测 模拟电信号有交流和直流两种，在工业自动化行业，较多采用直流电流或直流电压作为统一联络信号。 1.被测量用标准工业仪表检测 如果检测仪表输出电流信号，可以把它看成是一个电流源，如果有多台仪器需要接收这个信号，则这些仪器需要串联，如图3.8所示。 1.被测量用标准工业仪表检测 接收仪器接收到的电流信号的相对误差： 1.被测量用标准工业仪表检测 智能仪器一般测量的是电压信号，如果是电流型仪表输出的信号要把它转换成电压信号,图3.9所示为一简单的电流电压转换放大电路。 1.被测量用标准工业仪表检测 检测仪表输出电压信号，可以把它看成是一个电压源，如果有多台仪器需要接收这个信号，则这些仪器需要并联，如图3.10所示