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模块九 传感器与微处理器 接口电路 ;一、接口电路概述 ;图9-1 计算机控制现代测试系统 ;;二、传感器输出信号的特点 ;（3）传感器的输出阻抗比较高 会使传感器输出信号在传递过程中产生较大的衰减。 （4）传感器内部噪声 由于传感器内部噪声的存在，使输出信号与噪声混合在一起。当传感器的信噪比小，而输出信号又比较弱时，信号淹没在噪声中。 （5）传感器的输出信号动态范围很宽 输出信号随着输入信号的变化而变化，一部分传感器的输入与输出特性呈线性或基本成线性比例关系，但部分传感器的输入与输出特性是非线性的，如按指数函数、对数函数或开方函数等而变化。 ;（6）传感器的输出特性会受干扰 传感器的输出特性会受外界环境干扰及各种电磁干扰的影响，其中主要是受温度的影响，有温度系数存在。 （7）传感器的输出特性与电源性能有关，一般需采用恒压供电或恒流供电 。;2．传感器接口电路应满足的要求 （1）要考虑阻抗匹配的问题 （2）输出信号的幅值要足够大 能驱动相应的后续电路。一般由放大电路将微弱的传感器输出信号放大。 （3）传感器的输出信号为不同的变量 要进行信号处理，通过相应的转换电路转换成电压信号。 （4）考虑到环境温度的影响，要加温度补偿电路 （5）要考虑传感器的输出特性不是线性的情况 在传感器的输出特性不是线性的情况下，可通过线性化电路来进行线性校正。现在也可通过软件由微机进行线性化处理。;（6）接口电路要能够抗干扰，具有较好的稳定性 对噪声要进行噪声抑制，对电磁干扰要进行滤波、屏蔽和隔离。 （7）当输出信号有多个时 当输出信号有多个（如多点巡回检测）时，一台微机要对它们实时分时采样，需在输入通道的某个适当位置配置多路模拟开关。另外，当模拟量变化较快时，要加采样保持器。 （8）传感器的输出信号为模拟量时 传感器的输出信号为模拟量时，经放大、信号处理后，输入计算机前要进行模/数转换，常用转换电路有A/D转换器、V/F转换器等。 ;三、传感器输出信号的检测电路 ;图9-2 射极输出器电路图 ;（2）场效应管阻抗匹配器 场效应管阻抗匹配器为场效应管共漏极电路—源极输出器。电路如图9-4所示。源极输出器特点是：电压增益小于1而近于1，输入输出电压同相，输入阻抗高，输出阻抗低。;（3）运算放大器阻抗匹配器 图9-6为自举型高输入阻抗放大器。A1、A2为理想放大器。根据虚地原理，A1的“-”端与“+”端电位相同均为0；而A2与A1情况相同。 ;2．电桥电路 （1）直流电桥 直流电桥主要用于电阻或传感器中作R/V转换电路。图9-7为直流电桥的原理图，E为直流电源，R1~R4为直流电阻，构成四个桥臂，其输出电压为;若采用如图9-8所示电路，此电路为全桥电路，其输出;（2）交流电桥 交流电桥主要用于测量电容式传感器、电感式传感器的电容、电感的变化。图9-9为交流电桥电路，Z1和Z2为阻抗元件，同时为电感或电容，电桥两臂为差动方式。;3．放大电路 （1）反相放大器 反相放大器基本电路如图9-10所示，输入信号Ui通过R1接到反相输入端，同相输入端接地。输出信号Uo通过反馈电阻Rf反馈到反相输入端。输出电压Uo的表达式为;反相放大器特点： ① 输出电压与输入电压反相。 ② 放大倍数只取决于Rf与R1的比值，既可大于1，也可小于1，具有很大的灵活性。因此反相放大器也被称为比例放大器，广泛应用于各种比例运算中。;图9-11 同相放大器基本电路;（3）差动放大器 差动放大器的基本电路如图9-12所示，两个输入电压U1和U2分别经R1和R2加到运算放大器的反相输入端和同相输入端，输出电压Uo经反馈电阻Rf反馈到反相输入端。 由叠加原理可得输出电压Uo为;图9-12 差动放大器基本电路 ;4．电荷放大器 电荷放大器是一种带电容负反馈的高输入阻抗（电荷损失很少）、高放大倍数的运算放大器，其原理图如图9-13所示。;5．抗扰电路 在传感器获取的测量信号中，往往混入一些与被测量无关的干扰信号，使测量结果产生误差，控制装置误动作。所以需采取相应措施，提取有用信号，抑制噪声等干扰信号。对系统内噪声重要的是抑制噪声源，选用质量好的器件；对系统间噪声是要防止外来噪声的侵入，主要采用屏蔽、滤波、隔离电路等来完成。 （1）屏蔽 屏蔽就是用低电阻材料或磁性材料把元件、传输导线、电路及组合件包围起来，以隔离内外电磁或电场的相互干扰。屏蔽可分三种，即电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁屏蔽。 ;电场屏蔽主要用来防止元器件或电路间因分布电容耦合产生的干扰。用完整的金属屏蔽体将带正电导体包围起来，在屏蔽体的内侧将感应出与带电导体等量的负电荷，外侧出现与带电导体等量的正电荷，如果将金属屏蔽体接地，则外侧的正电荷将流入大地，外侧将不会有电场存在，即带正电导体的电场被屏蔽在金属屏