传感器及其接口技术教材课程.ppt

AD574A是美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速12位逐次比较型A/D转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等特点，并且具有自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D转换器，其主要功能特性如下：? ?分辨率：12位? ???非线性误差：小于±1/2LBS或±1LBS ?? ?转换速率：25us ?? ?模拟电压输入范围：0—10V和0—20V，0—±5V和0—±10V两档四种 ? ?电源电压：±15V和5V ????数据输出格式：12位/8位 12位逐次逼近式A/D转换器AD574与单片机8051的接口电路 (2) 双斜积分式A/D转换器 结构与工作原理 ICL 7109是一种高精度、低噪声、低漂移、价格低廉的双积分型12位A/D转换器。在要求转换速度不太高的场合，如用于称重测力、测温度等各种传感器信号的高精度测量系统中时，可采用廉价的双积分式12位A/D转换器ICL 7109。 ICL 7109主要有如下特性： (1) 高精度(12位) (2) 低噪声(典型值为15μVP-P); (3)低漂移(＜1μV/℃)； (4)高输入阻抗(典型值1012Ω); (5)低功耗(＜20mW); (6)转换速度最快达30次/秒，当采用3.58MHz晶振作振源时，速度为7.5次/秒； ICL 7109与8031接口电路 3 采样/保持器 在对模拟信号进行模数变换时，从启动变换到变换结束的数字量输出，需要一定的时间，即A／D转换器的孔径时间。 当输入信号频率提高时，由于孔径时间的存在，可能会造成较大的转换误差；要防止这种误差的产生，必须在A／D转换开始时将信号电平保持住，而在A／D转换结束后又能跟踪输入信号的变化，即对输入信号处于采样状态。 能完成这种功能的器件叫采样/保持器，从上面分析也可知，采样/保持器在保持阶段相当于一个“模拟信号存储器”。 采样保持器的组成与工作原理 单片集成采样/保持电路LF198 在LF198中，采用了双极型与CMOS型混合工艺。当CH =0.01uF时，输出电压的下降率达到10-3 mv/s 以下. 4 模拟多路开关 在机电一体化系统中，经常对许多传感器信号进行采集和控制。如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每一路都采用放大、采样/保持、A/D等环节，不仅成本比单路成倍的增加，还会导致系统体积庞大，且由于模拟器件，阻容元件参数和特性不一致，对系统的校准带来很多困难。因此除特殊情况下，多采用公共的采样/保持及A/D转换电路。要实现这种设计，往往需要采用模拟多路开关，将各路信号按照一定的顺序切换到后续电路中。 CD 4051 模拟多路开关的组成与工作原理 5 测量放大器 在许多检测技术应用场合，传感器输出的信号往往较弱，而且其中还包括工频、静电和电磁耦合等共模干扰，对这种信号的放大就需要放大电路具有很高的共模抑制比以及高增益、低噪声和高输入阻抗。习惯上将具有这种特点的放大器称为测量放大器或仪表放大器。 下图为三个运放组成的测量放大器，差动输入端UI1和UI2分别是两个运算放大器(A1、A2)的同相输入端，因此输入阻抗很高，采用对称电路结构，而且被测信号直接加入到输入端上，从而保证了较强的抑制共模信号的能力。A3实际上是一差动跟随器，其增益近似为1。测量放大器的放大倍数由下式确定： 为了提高共模抑制比和降低温飘的影响，测量放大器采用对称结构， 即取R1=R2，R3=R4, R5=R6, 则增益 K 可由下式计算 * 第四章 传感器及其接口技术 4.1 概述 在机电一体化系统中有各种不同的物理量(如位移、压力、速度等)需要测量与控制，如果没有传感器对原始的各种参数进行精确而可靠的检测，那么对机电产品的各种控制是无法实现的。因此能把各种不同的非电量转换成电量的传感器便成为机电一体化系统中不可缺少的组成部分。 作为一个独立器件，传感器的发展正进入集成化、智能化研究阶段。把传感器件与信号处理电路集成在一个芯片上，就形成了信息型传感器；若再把微处理器集成到信息型传感器的芯片上，就是所谓的智能型传感器。 4.1.1 传感器的定义 传感器： 传感器是一种以一定的精确度将被测量(如位移、力、加速度等)转换为与之有确定对应关系的、易于精确处理和测量的某种物理量(如电量)的测量部件或装置。 4.1.2 组成 组成：敏感元件、转换元件、电子线路等组成。 1 敏感元件 直接感受被测量、并以确定关系输出物理量。如弹性敏元件将力转换为位移或应变输出。 2 转换元件 将敏感元件输出的非电