89C51单片机课件 第九章_模拟通道技术.ppt

第十章 模拟通道技术 数据采集系统一般由信号调理电路、多路切换电路、采样保持电路、A/D、CPU、RAM、EPROM组成。 数据采集系统一般由信号调理电路、多路切换电路、采样保持电路、A/D、CPU、RAM、EPROM组成。 1. 信号调理电路 是传感器与A/D之间的桥梁，是测控系统中重要组成部分。主要功能： （1）目前标准化工业仪表通常采用0～10mA，4～20 mA信号，为了和A/D的输入形式相适应，经I/V转换器变换成电压信号。 （2）某些测量信号可能是非电量，这些非电压量信号必须变为电压信号，还有些信号即使是电压信号，也必须经过放大、滤波，这些处理包括信号形式的变换、量程调整、环境补偿、线性化等。 （3）某些恶劣条件下，共模电压干扰很强，如共模电平高达220V，不采用隔离的办法无法完成数据采集任务，因此，必须根据现场环境，考虑共模干扰的抑制，甚至采用隔离措施，包括地线隔离、路间隔离等等。 二、模数转换 A/D转换器，或简写ADC（Analog to Digital Converter）是一种能把模拟量转换成相应的数字量的电子器件。 D/A转换器，或简写DAC（Digital To Analog Converter）则相反，它能把数字量转换成相应的模拟量。 （模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是声、光、压力、湿度、温度等随时间连续变化的非电的物理量。非电的模拟量可通过合适的传感器（如光电传感器、压力传感器、温度传感器）转换成电信号；数值量主要指计算机能直接处理的二进制编码或十六机制编码） 1、 模数转换原理 A/D转换器的种类很多，根据转换原理可以分计数式、平行式、双积分式、逐次逼近式等。 （２）双积分式的A/D 转换器 双积分式也称二重积分式，其实质是测量和比较两个积分的时间。 一个是对模拟输入电压积分的时间T0，此时间往往是固定的；另一个是以充电后的电压为初值，对参考电源Vref反向积分，积分电容被放电至零所需的时间Ti(Vref 与Vi 符号相反)。模拟输入电压Vi 与参考电压Vref 之比，等于上述两个时间之比。由于Vref 、T0 固定，而放电时间Ti可以测出，因而可计算出模拟输入电压的大小。 双积分式A/D转换器工作原理图 2、性能指标 衡量A/D性能的主要参数是： （1） 分辨率（resolution） 分辨率是指输出的数字量变化一个相邻的值所对应的输入模拟量的变化值；取决于输出数字量的二进制位数。 一个n位的A/D转换器所能分辨的最小输入模拟增量定义为满量程值的2-n倍。 如：满量程为10V的8位A/D芯片的分辨率为：10V×2-8＝39mV； 而16位的A/D是： 10V×2-16＝153μV。 （2）?满刻度误差（full scale error） 满刻度误差也称增益误差，即输出全1时输入电压与理想输入量之差。 （3） 转换速率（conversion rate） 转换速度是指完成一次A/D转换所需时间的倒数，A/D转换器型号不同，转换速度差别很大。 （4）转换精度（conversion accuracy） 转换精度由模拟误差和数字误差组成。模拟误差属于非固定误差，由器件质量决定，数字误差和A/D输出数字量的位数有关，位数越多，误差越小。 3、典型的A/D转换芯片ADC0809 （2）引脚结构 ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚。其引脚结构如图。 （3）MCS-51和A/D转换器的接口 三、数/模转换 1、数模转换原理及性能指标 （ 1）转换原理 D/A转换器的原理很简单，可以总结为“按权展开，然后相加”几个字。 D/A转换器内部必须有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。 解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络 　　　　　　　　　T型电阻网络 T型电阻网络D/A转换原理框图 （2）性能指标 主要的性能指标有4条： （1）?分辨率（resolution） 指D/A转换器能分辨的最小输出模拟增量，为满量程值的2-n倍。例如，满量程为10V的8位D/A芯片的分辨率为10V×2-8＝39mV；而16位的D/A是10V×2-16＝153μV。 （2）?转换精度（conversion accuracy） 转换精度是指满量程时D/A的实际模拟输出值和理论值的接近程度。例如，满量程时理论输出值为10V，实际输出值是在9.99～10.01之间，则其转换精度为±10mV。通常为LSB/2。LSB (Least Significant Bit)是分辨率，指最低1位数字变化引起输出电压幅度的变化量。 （3）偏移量误差（offset error） 偏移量误差是指输入数字量为零时，输出模拟量对零的偏移值。这种误差通常