传感器与计算机接口课件

机电系统及生产过程自动化机电系统及生产过程自动化第一章第一章机机电一体化概一体化概论第二章第二章精密机械技精密机械技术第三章第三章工工业控制控制计算机算机第四章第四章 基于基于单片机的控制器片机的控制器第五章第五章可可编程序控制器程序控制器第六章第六章 传感器与感器与计算机接口算机接口第七章第七章动力力驱动及其及其计算机控制算机控制第八章第八章机机电一体化系一体化系统设计方法与方法与实例例机电系统及生产过程自动化第一章 机电一体化概论1控制器(IPC/PLC/MCU等)输入接口输出接口驱动执行机构(电机、电磁阀等)被控对象(各种机械参数)传感检测装置(各类传感器等)反馈量被控量设定值机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成机电一体化系统的组成 控制器输入接口输出接口驱动执行机构被控对象传感检测装置反馈量2第六章第六章 传感器与计算机接口传感器与计算机接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器与感器与计算机接口技算机接口技术第六章 传感器与计算机接口概述3第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述传感感检测装置在机装置在机电一体化系一体化系统中的作用中的作用传感感检测装置的装置的组成成机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器与感器与计算机接口技算机接口技术第六章 传感器及其接口概述4传感检测装置在机电一体化系统中的作用传感检测装置在机电一体化系统中的作用传感检测装置作为机电一体化系统的传感检测装置作为机电一体化系统的感觉器感觉器官官，用来获取两方面信息：，用来获取两方面信息：系统内部的信息系统内部的信息：如力的大小，工件的位置、位：如力的大小，工件的位置、位移等。移等。系统外部即环境参数系统外部即环境参数：如温度、湿度等。：如温度、湿度等。把信息作适当处理（变换、放大、滤波），把信息作适当处理（变换、放大、滤波），检测出有用信息，送到显示或处理装置。检测出有用信息，送到显示或处理装置。传感检测装置在机电一体化系统中的作用传感检测装置作为机电一体5传感检测装置在机电一体化系统中的作用传感检测装置在机电一体化系统中的作用传感检测传感检测传感检测装置在机电一体化系统中的作用主显示器打印机交互设备报6传感检测装置的组成传感检测装置的组成电量电量电量电量被测对象被测对象输入装置输入装置中间变换装置中间变换装置输出输出非电量非电量通常是各通常是各类传感器类传感器非电量电测法非电量电测法：利用各种电子测量线路和仪器对非电物理：利用各种电子测量线路和仪器对非电物理量进行测量的方法，相对于机械测量法、光学测量法。量进行测量的方法，相对于机械测量法、光学测量法。传感检测装置的组成电量电量被测对象输入装置中间变换装置输出非7第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器的定感器的定义与分与分类机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器智能智能传感器感器传感器与感器与计算机接口技算机接口技术第六章 传感器及其接口概述8传感器的定义传感器的定义广义：将被测物理量转换成广义：将被测物理量转换成与之对应的，容与之对应的，容易检测、传输或处理易检测、传输或处理的信号的装置，称之为的信号的装置，称之为传感器，也叫传感器，也叫变换器、换能器变换器、换能器。狭义：指工程中使用的各类传感器。狭义：指工程中使用的各类传感器。传感器的定义广义：将被测物理量转换成与之对应的，容易检测、传9传感器的分类传感器的分类传感器的分类方法有多种，主要有以下三种分类：传感器的分类方法有多种，主要有以下三种分类：按被测物理量：按被测物理量：位移、位置传感器位移、位置传感器力、力矩传感器力、力矩传感器速度、加速度传感器速度、加速度传感器温度、湿度、酸度传感器温度、湿度、酸度传感器按工作原理：按工作原理：电阻式、电容式、电感式电阻式、电容式、电感式磁电式、光电式、压电式、热电式磁电式、光电式、压电式、热电式谐振式谐振式按输出量：按输出量：模拟型模拟型数字型数字型注意：在机械工程中使用注意：在机械工程中使用的传感器有很多，一种传的传感器有很多，一种传感器可以测量多种物理量，感器可以测量多种物理量，一种物理量也可以由多种一种物理量也可以由多种传感器测量得到。传感器测量得到。传感器的分类传感器的分类方法有多种，主要有以下三种分类：注意10第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器的定感器的定义与分与分类机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器智能智能传感器感器传感器与感器与计算机接口技算机接口技术第六章 传感器及其接口概述11机电一体化系统中的常用传感器机电一体化系统中的常用传感器位置传感器位置传感器位移传感器位移传感器速度、加速度传感器速度、加速度传感器力、压力、力矩传感器力、压力、力矩传感器温度传感器温度传感器视觉传感器视觉传感器机电一体化系统中的常用传感器位置传感器12位置传感器位置传感器接触式位置传感器接触式位置传感器位置传感器接触式位置传感器13位置传感器位置传感器非接触式位置传感器非接触式位置传感器位置传感器非接触式位置传感器14位置传感器位置传感器电容式接近开关电感式、霍尔式接近开关位置传感器电容式接近开关电感式、霍尔式接近开关15位移传感器位移传感器绝对式码盘（格雷码）增量式码盘(ABZ)位移传感器绝对式码盘（格雷码）增量式码盘(ABZ)16位移传感器位移传感器位移传感器17位移传感器位移传感器码盘式位移传感器码盘式位移传感器位移传感器码盘式位移传感器18速度传感器速度传感器非接触式速度传感器非接触式速度传感器速度传感器非接触式速度传感器19速度传感器速度传感器非接触式速度传感器非接触式速度传感器接触式速度传感器接触式速度传感器测速电机测速电机速度传感器非接触式速度传感器接触式速度传感器测速电机20加速度传感器加速度传感器加速度传感器21加速度传感器加速度传感器普通加速度传感器普通加速度传感器集成半导体式加速度传感器集成半导体式加速度传感器加速度传感器普通加速度传感器集成半导体式加速度传感器22力传感器力传感器柱式梁式轮辐式应变片式力传感器应变片式力传感器力传感器柱式梁式轮辐式应变片式力传感器23力传感器力传感器力传感器24压力传感器压力传感器应变片式压电式压阻式压力传感器应变片式压电式压阻式25力矩传感器力矩传感器力矩传感器26温度传感器温度传感器热电阻、热敏电阻热电偶温度传感器热电阻、热敏电阻热电偶27视觉传感器视觉传感器视觉传感器28视觉传感器视觉传感器图图6-29 视觉传感器在药品生产中的应用视觉传感器在药品生产中的应用图图6-30 视觉传感器在视觉传感器在PCB生产中的应用生产中的应用视觉传感器图6-29 视觉传感器在药品生产中的应用图6-329视觉传感器视觉传感器视觉传感器30第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器的定感器的定义与分与分类机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器智能智能传感器感器传感器与感器与计算机接口技算机接口技术第六章 传感器及其接口概述31智能传感器的概念与特点智能传感器的概念与特点一般传感器只具备信息采集、转换功能，智能化传一般传感器只具备信息采集、转换功能，智能化传感器是一种感器是一种带微处理器带微处理器的传感器，是的传感器，是微型计算机和微型计算机和传感器的结合传感器的结合，它兼有，它兼有信息采集信息采集、转换转换、检测检测、判判断和处理功能断和处理功能，与传统传感器相比有很多特点：，与传统传感器相比有很多特点：有信息判断和处理功能；有信息判断和处理功能；能对测量值进行修正、误差补偿，提高了测量精度；能对测量值进行修正、误差补偿，提高了测量精度；可实现多传感器多参数测量；可实现多传感器多参数测量；有自诊断和自校准功能，提高可靠性；有自诊断和自校准功能，提高可靠性；测量数据可存取，使用方便；测量数据可存取，使用方便；通信功能：有数据通信接口，能与微型计算机通信。通信功能：有数据通信接口，能与微型计算机通信。智能传感器的概念与特点一般传感器只具备信息采集、转换功能，智32智能传感器的结构智能传感器的结构与传统传感器相与传统传感器相同的部分同的部分被测量被测量传感器传感器预处理及预处理及接口电路接口电路微处微处理器理器输出输出接口接口显示显示通信通信与传统传感器不与传统传感器不同的部分同的部分智能传感器的结构与传统传感器相同的部分被测量传感器预处理及微33第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器与感器与计算机的接口算机的接口传感器的信号感器的信号输出形式出形式数字型数字型传感器与感器与计算机接口及算机接口及实例例模模拟型型传感器与感器与计算机接口及算机接口及实例例第六章 传感器及其接口概述34传感器的信号输出形式传感器的信号输出形式传感器输出信号传感器输出信号处理过程处理过程输出结果输出结果传感器类型传感器类型电压电压模拟量模拟量模拟型传感器模拟型传感器电流电流电流电流-电压电压频率频率频率频率-电压（频电压（频率率/电压转换器）电压转换器）开关量开关量（0/1，位式数字），位式数字）数字量数字量数字型传感器数字型传感器编码数字编码数字（ASCII码、码、BCD码，码，二进制）二进制）脉冲序列脉冲序列脉冲数脉冲数-数字数字（计数器）（计数器）传感器的信号输出形式传感器输出信号处理过程输出结果传感器类型35第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器与感器与计算机的接口算机的接口传感器的信号感器的信号输出形式出形式数字型数字型传感器与感器与计算机接口及算机接口及实例例模模拟型型传感器与感器与计算机接口及算机接口及实例例第六章 传感器及其接口概述36数字型传感器与计算机接口数字型传感器与计算机接口被测信号被测信号数字型传感器数字型传感器三态缓冲器三态缓冲器计算机计算机计算机数据计算机数据总线总线数字型传感器与计算机接口被测信号数字型传感器三态缓冲器计算机37接口实例接口实例M/T法测速法测速光敏二极管输出光敏二极管输出整形后输出整形后输出接口实例M/T法测速光敏二极管输出整形后输出38接口实例接口实例接口实例39接口实例接口实例M/T法测速原理：同时测量检测时间和在此检测时间内计数脉法测速原理：同时测量检测时间和在此检测时间内计数脉冲个数，从而得到被测转速。冲个数，从而得到被测转速。其中：其中：m1：检测时间内得到的测速脉冲数：检测时间内得到的测速脉冲数 m2：检测时间内得到的时钟脉冲数：检测时间内得到的时钟脉冲数 fc：时钟频率：时钟频率 p：编码盘每转送出的脉冲数：编码盘每转送出的脉冲数接口实例M/T法测速原理：同时测量检测时间和在此检测时间内计40来自编码器M/T测速法接口硬件电路测速法接口硬件电路接口实例接口实例测速部分测速部分脉冲整形部分脉冲整形部分来自编码器M/T测速法接口硬件电路接口实例测速部分脉冲整形部41接口实例接口实例8253：下降沿有效的十六位减法计数器，：下降沿有效的十六位减法计数器，3个计数通道都工作方式个计数通道都工作方式0计数终计数终止时中断，其方式字分别为止时中断，其方式字分别为0 x30、0 x70、0 xB0(方式方式0，先低后高读写，十六，先低后高读写，十六进制进制)。LM339：过零比较器，将来自编码器的正弦信号整形成：过零比较器，将来自编码器的正弦信号整形成0-5V的标准测速脉冲。的标准测速脉冲。工作过程工作过程：8253通道通道0的方式字写完后，的方式字写完后，OUT0(=J)由高变低，等待测速脉冲由高变低，等待测速脉冲的到来。测速脉冲的第一个上升沿使的到来。测速脉冲的第一个上升沿使JK边沿触发器翻转，边沿触发器翻转，Q置高，置高，GATE0、1、2打开，打开，8253的的3个计数通道开始下降沿减法计数，其中，通道个计数通道开始下降沿减法计数，其中，通道0用于设定用于设定检测时间，在设定的检测时间到达后，通道检测时间，在设定的检测时间到达后，通道0计数结束，计数结束，OUT0由低变高，由由低变高，由于此时于此时GATE1、2仍打开，计时脉冲和测速脉冲仍在计数，直到下一个测速仍打开，计时脉冲和测速脉冲仍在计数，直到下一个测速脉冲的上升沿使脉冲的上升沿使JK边沿触发器翻转，边沿触发器翻转，Q变低，关闭变低，关闭GATE0、1、2，计数结束，计数结束，同时产生计数结束中断给同时产生计数结束中断给8031。8031在中断服务程序中根据计数器的设定值在中断服务程序中根据计数器的设定值和当前值计算出和当前值计算出m1和和m2，从而计算出转速，从而计算出转速n。接口实例8253：下降沿有效的十六位减法计数器，3个计数通道42接口实例接口实例方式字写完方式字写完测速脉冲测速脉冲OUT0GATE第一个测速脉冲第一个测速脉冲设定时间设定时间t0实际时间实际时间t1时钟脉冲时钟脉冲实际测量时间实际测量时间t2设定时间到设定时间到最后一个测速脉冲最后一个测速脉冲接口实例方式字写完测速脉冲OUT0GATE第一个测速脉冲设定43第六章第六章 传感器及其接口传感器及其接口概述概述机机电一体化系一体化系统中的常用中的常用传感器感器传感器与感器与计算机的接口算机的接口传感器的信号感器的信号输出形式出形式数字型数字型传感器与感器与计算机接口及算机接口及实例例模模拟型型传感器与感器与计算机接口及算机接口及实例例第六章 传感器及其接口概述44模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口模模拟型型传感器与感器与计算机接口的一般形式算机接口的一般形式多通道模多通道模拟信号信号输入入A/D转换A/D转换的一般的一般过程程信号的采信号的采样与保持与保持量化与量化与编码A/D转换器器模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口的一般形式45模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口典型的多通道模拟信号输入接口典型的多通道模拟信号输入接口多多 路路 模模 拟拟 开开 关关S/HA/D控制器控制器计计 算算 机机 总总 线线被测信号被测信号1被测信号被测信号N 模拟型模拟型传感器传感器1模拟型模拟型传感器传感器N 此外还有单通道此外还有单通道式、同步式和并式、同步式和并行式等多种形式行式等多种形式三态三态缓冲器缓冲器模拟型传感器与计算机接口典型的多通道模拟信号输入接口多 路 46模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口模模拟型型传感器与感器与计算机接口的一般形式算机接口的一般形式多通道模多通道模拟信号信号输入入A/D转换A/D转换的一般的一般过程程信号的采信号的采样与保持与保持量化与量化与编码A/D转换器器模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口的一般形式47多通道模拟信号输入多通道模拟信号输入A2A1A0ENOUT0001S10011S20101S30111S41001S51011S61101S71111S8XXX0XENA2A1A0OUTS1S2S3S4S5S6S7S8 以多通道模拟开关（数据选择器，以多通道模拟开关（数据选择器，MUX）AD7501为例：为例：CMOS型型8选选1多多路模拟开关，每次从路模拟开关，每次从8个输入端中选择一路与公共端相联，选择的通道号由输个输入端中选择一路与公共端相联，选择的通道号由输入的地址编码确定，与入的地址编码确定，与TTL电平兼容。电平兼容。对多路模拟开关的对多路模拟开关的选择要求选择要求是：导通电阻小、开路电阻大、交叉干扰小、速度适应。是：导通电阻小、开路电阻大、交叉干扰小、速度适应。0101S31011S601011011多通道模拟信号输入A2A1A0ENOUT0001S1001148多通道模拟信号输入多通道模拟信号输入多通道模拟信号输入49模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口模模拟型型传感器与感器与计算机接口的一般形式算机接口的一般形式多通道模多通道模拟信号信号输入入A/D转换A/D转换的一般的一般过程程信号的采信号的采样与保持与保持量化与量化与编码A/D转换器器模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口的一般形式50A/D转换的一般过程转换的一般过程 A/D转转换换是是将将模模拟拟信信号号转转换换为为数数字字信信号号，转转换换过过程程一一般般分分为为四四个个步步骤骤：采样采样、保持保持、量化量化和和编码编码。采样采样/保持保持量化量化(离散离散)Dn-1编码编码D0Dn-2A/D转换的一般过程 A/D转换是将模拟信号转换51A/D转换的一般过程转换的一般过程保持保持tVstVstVs信号信号采样采样/保持保持采样后的信号采样后的信号量化量化tVs采样采样香农采样定理香农采样定理：对于一个有限频率的连续信号，当采样频率：对于一个有限频率的连续信号，当采样频率fs2f信信MAX时，采样函数才时，采样函数才能不失真地恢复原来的连续信号。能不失真地恢复原来的连续信号。采样定理给出是采样的采样定理给出是采样的最低最低频率，为了保证精度，工程上通常频率，为了保证精度，工程上通常f fs s(4-10)f(4-10)f信信信信MAXMAX。A/D转换的一般过程保持tVstVstVs信号采样/保持采样52模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口模模拟型型传感器与感器与计算机接口的一般形式算机接口的一般形式多通道模多通道模拟信号信号输入入A/D转换A/D转换的一般的一般过程程信号的采信号的采样与保持与保持量化与量化与编码A/D转换器器模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口的一般形式53信号的采样与保持信号的采样与保持 采样采样/保持电路的作用保持电路的作用因为因为A/D转换需要一定的时间，为了保证转转换需要一定的时间，为了保证转换精度，在换精度，在A/D转换的过程中，要求信号的转换的过程中，要求信号的电压电压保持不变保持不变，在，在A/D转换完成后，又要能转换完成后，又要能跟踪信号电压跟踪信号电压的变化。能完成这个功能的的变化。能完成这个功能的电路叫采样电路叫采样/保持电路（或称为采样保持电路（或称为采样/保持器，保持器，简称简称S/H，Sample/Hold）。）。信号的采样与保持 采样/保持电路的作用54信号的采样与保持信号的采样与保持 采样采样/保持电路保持电路 采样采样/保持电路由存储电容保持电路由存储电容CH、模拟开关、模拟开关T(N沟道增强型沟道增强型MOS管管)、输入电、输入电阻阻RI(限流限流)、反馈电阻、反馈电阻RF和运算放大器和运算放大器A组成，有组成，有两种工作模式两种工作模式：采样模式采样模式：控制信号控制信号S为高电平，为高电平，T导通，输入信号导通，输入信号vI通过通过RI、T向电容向电容CH充电，若充电，若RI=RF，充电结束后，充电结束后，vO=vC=-vI；保持模式保持模式：控制信号：控制信号S为低电平，为低电平，T截止，输出电压截止，输出电压vO由电容由电容CH两端电压两端电压保持。保持。集成采样集成采样/保持器：保持器：AD582、AD583(一般一般)、HTS-0025(高速高速)、SHA1144(高分辨率高分辨率)等。等。AvIvOCHRFRITS信号的采样与保持 采样/保持电路集成采样/保持器：AD5855信号的采样与保持信号的采样与保持 对采样对采样/保持电路的要求保持电路的要求在在采采样样阶阶段段，存存储储电电容容要要尽尽快快充充电电，以以快快速速跟跟踪信号电压；踪信号电压；在在保保持持阶阶段段，存存储储电电容容漏漏电电流流必必须须接接近近于于零零，以保持信号电压（相当于一个模拟信号存储器）以保持信号电压（相当于一个模拟信号存储器）信号的采样与保持 对采样/保持电路的要求56模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口模模拟型型传感器与感器与计算机接口的一般形式算机接口的一般形式多通道模多通道模拟信号信号输入入A/D转换A/D转换的一般的一般过程程信号的采信号的采样与保持与保持量化与量化与编码A/D转换器器模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口的一般形式57量化与编码量化与编码量化量化 输入信号经采样输入信号经采样/保持后，得到一个阶梯波（模拟保持后，得到一个阶梯波（模拟量）。量）。将阶梯波离散化，把采样后的样值电平归化到与将阶梯波离散化，把采样后的样值电平归化到与之接近的离散电平上，称为之接近的离散电平上，称为量化量化。指定的离散电平称。指定的离散电平称为为量化电平量化电平。量化就是将样值电压表示成量化就是将样值电压表示成量化单位电压量化单位电压的某一的某一整数倍，因此，量化必然存在误差（系统误差）。整数倍，因此，量化必然存在误差（系统误差）。量化一般有两种方法，量化一般有两种方法，只舍不入只舍不入（类似于取整运（类似于取整运算）和算）和有舍有入有舍有入（类似于四舍五入），前一种量化误（类似于四舍五入），前一种量化误差（差（1LSB）是后一种量化误差（）是后一种量化误差（0.5LSB）的两倍。）的两倍。量化与编码量化58量化与编码量化与编码编码编码 用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为用二进制数码来表示各个量化电平的过程称为编码编码。量化单。量化单位电压就是两个量化电平之间的差值，二进制数码位数越多，量位电压就是两个量化电平之间的差值，二进制数码位数越多，量化单位电压就越小，量化误差就越小，精度就越高。化单位电压就越小，量化误差就越小，精度就越高。在在A/D转换中，模拟电压的输入范围一般有转换中，模拟电压的输入范围一般有05V、010V、-5V5V等等，其中等等，其中05V、010V的称为的称为单极性输入单极性输入，-5V5V称为称为双极性输入双极性输入。在输入范围内，转换前后的模拟电压与数。在输入范围内，转换前后的模拟电压与数字码之间有一一对应的关系。字码之间有一一对应的关系。转换后的数字码，一般有二进制码和转换后的数字码，一般有二进制码和BCD码两种。码两种。BCD码码常用于直接数字显示，二进制码用于与计算机接口，有常用于直接数字显示，二进制码用于与计算机接口，有8、10、12、16位等等，位数越多，精度越高。对于双极性输入，一般位等等，位数越多，精度越高。对于双极性输入，一般给出给出二进制补码二进制补码的形式或的形式或双极性偏移码双极性偏移码的形式。的形式。量化与编码编码59量化与编码量化与编码模模拟量量数字数字码8位位12位位16位位单极性极性（05V）0V（00000000）2（XXXX0000，00000000）2（00000000，00000000）22.5V（10000000）2（XXXX1000，00000000）2（10000000，00000000）23.75V（11000000）2（XXXX1100，00000000）2（11000000，00000000）25V（11111111）2（XXXX1111，11111111）2（11111111，11111111）2双极性双极性（-5V5V）（偏移（偏移码）-5V（00000000）2（XXXX0000，00000000）2（00000000，00000000）2-2.5V（01000000）2（XXXX0100，00000000）2（01000000，00000000）20V（10000000）2（XXXX1000，00000000）2（10000000，00000000）22.5V（11000000）2（XXXX1100，00000000）2（11000000，00000000）25V（11111111）2（XXXX1111，11111111）2（11111111，11111111）2双极性偏移码的计算：例：一个12位的双极性AD转换器（-5V+5V）输出的编码为1011，0110，0001，1001，请问前端的信号电压多少？(1011，0110，0001，1001)2&0X0FFF=(0000，0110，0001，1001)2 =(1561)10 1561/212(5 (-5)+(-5)=-1.18896(V)量化与编码模拟量数字码8位12位16位单极性0V（0000060模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口模模拟型型传感器与感器与计算机接口的一般形式算机接口的一般形式多通道模多通道模拟信号信号输入入A/D转换A/D转换的一般的一般过程程信号的采信号的采样与保持与保持量化与量化与编码A/D转换器器模拟型传感器与计算机接口模拟型传感器与计算机接口的一般形式61A/D转换器转换器A/D转换转换直接转换型直接转换型间接转换型间接转换型计数型计数型(串行串行)逐次比较型逐次比较型并联比较型并联比较型反馈比较型反馈比较型双积分型双积分型(V-T)V-F型型A/D转换器A/D转换直接转换型间接转换型计数型(串行)逐次62A/D转换器转换器A/D转换原理转换原理以以8位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换器章解转换器章解A/D转换工作原理：转换工作原理：（类似于（类似于天平称重天平称重）A/D转换器A/D转换原理63A/D转换器转换器OEDONE模拟量输入模拟量输入VX时钟时钟+比较器比较器_时序与控制时序与控制逻辑电路逻辑电路D/A转换器转换器8位寄存器位寄存器输出缓冲器输出缓冲器8位数字输出位数字输出逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器工作原理图转换器工作原理图 启动启动比较电压比较电压VNA/D转换器OEDONE模拟量输入VX时钟+时序与控制D/A64A/D转换器转换器转换过程举例：转换过程举例：8位、单极性、输入范围位、单极性、输入范围010V、VX6.6（V）过程过程时钟时钟 123456789置位置位11111111溢出溢出等价于等价于52.51.250.6250.31250.156250.0781250.0390625比较比较56.66.256.66.56256.66.6406256.66.60156256.6结果结果保留保留舍弃舍弃保留保留舍弃舍弃保留保留舍弃舍弃舍弃舍弃舍弃舍弃输出输出10101000最后输出：（最后输出：（10101000）2（A8）16（168）10近似值，有误差近似值，有误差相对误差：相对误差：等价于：等价于：A/D转换器转换过程举例：8位、单极性、输入范围010V、65A/D转换器转换器CP1CP2CP3CP4CP5CP6CP7CP8CP9123456789105.07.56.256.8756.56256.718756.6406256.6015625A/D转换器CP1CP2CP3CP4CP5CP6CP7CP866A/D转换器转换器A/D技术参数技术参数 分辨率分辨率：指指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。转换器对输入模拟信号的分辨能力。分辨力分辨力 满刻度值满刻度值1LSB分分辨辨率率一一般般用用A/D转转换换器器的的位位数数表表示示，例例如如8位位（256），10位位（1024），12位位（4096），位数越多，分辨率越高。），位数越多，分辨率越高。相对精度（误差）相对精度（误差）：转换值和实际值间的偏差，一般用最低有效位来表示。：转换值和实际值间的偏差，一般用最低有效位来表示。例例如如，10 位位二二进进制制数数输输出出的的A/D转转换换器器AD571，在在室室温温（+25）和和标标准准电电源源电电压压（U+=+5V，U-=-5V）的的条条件件下下，转转换换误误差差 。当当使使用用环环境境发发生生变变化化时时，转换误差也将发生变化，实际使用中应加以注意。转换误差也将发生变化，实际使用中应加以注意。例如：例如：8位、单极性、输入范围位、单极性、输入范围05V的的A/D转换器转换器分辨力分辨力 51LSB19.5mv分辨率为分辨率为8位（位（256）最大相对精度（误差）最大相对精度（误差）9.75mvA/D转换器A/D技术参数 分辨率：指A/D转换器对输入模67A/D转换器转换器A/D技术参数技术参数 转换时间与转换频率转换时间与转换频率转换时间转换时间：A/D转换器完成一次转换所需要的时间。转换器完成一次转换所需要的时间。(从从AD启动到数字输出稳定启动到数字输出稳定)转换频率转换频率：A/D转换器在单位时间内完成转换的次数。与转换器在单位时间内完成转换的次数。与转换时间互为倒数转换时间互为倒数。例如：转换频率例如：转换频率10KHz，则转换时间，则转换时间 A/D转转换换器器的的转转换换速速度度主主要要取取决决于于转转换换电电路路的的类类型型，不不同同类类型型A/D转转换换器器的的转转换换速速度度相相差差很很大大。双双积积分分型型A/D转转换换器器的的转转换换速速度度最最慢慢，需需几几百百毫毫秒秒左左右右；逐逐次次逼逼近近式式A/D转转换换器器的的转转换换速速度度较较快快，转转换换速速度度在在几几十十微微秒秒；并并联联型型A/D转转换换器器的的转转换换速速度度最快，仅需几十纳秒时间。最快，仅需几十纳秒时间。常见的常见的A/D转换器有：转换器有：ADC0809（8位）、位）、AD574（12位）、位）、AD578（16位）等。位）等。A/D转换器A/D技术参数 转换时间与转换频率常见的A/D68接口实例接口实例数据采集数据采集(ADC0809+8031)ADC0809介绍介绍 ADC0809是典型的是典型的8位位8通道逐次逼近式通道逐次逼近式A/D转换器，转换器，CMOS工艺。片内带有工艺。片内带有8路路模拟开关和地址译码器，模拟开关和地址译码器，ADC0809输出的数字信号有输出的数字信号有TTL三态缓冲器控制，可直接连三态缓冲器控制，可直接连至计算机的数据总线。转换时间至计算机的数据总线。转换时间100s。8路路模拟模拟开关开关地址地址译码器译码器8位位A/D三态三态输出输出锁存器锁存器ADC0809内部逻辑结构图内部逻辑结构图 IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADD AADD BADD CALESTART CLKVR(+)VR(-)OEEOCD0D1D3D2D4D5D6VCCD7GND接口实例数据采集(ADC0809+8031)ADC08069接口实例接口实例管脚管脚功能功能IN0IN78路模拟量输入路模拟量输入D0D78位数字输出，位数字输出，A/D转换结果由这转换结果由这8根线传送给计算机根线传送给计算机ADD A、B、C3位地址输入，经译码后选择模拟量输入位地址输入，经译码后选择模拟量输入ALE地址锁存启动信号，在地址锁存启动信号，在ALE的上升沿，将的上升沿，将A、B、C上的通道地址锁存到内上的通道地址锁存到内部的地址锁存器部的地址锁存器START启动信号输入端，启动信号输入端，START为正脉冲，其上升沿清除为正脉冲，其上升沿清除ADC0809的内部的各寄的内部的各寄存器，其下降沿启动存器，其下降沿启动A/D开始转换开始转换OE允许输出信号。当允许输出信号。当OE=1时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据时，即为高电平，允许输出锁存器输出数据EOC转换完成信号，当转换完成信号，当EOC上升为高电平时，表明内部上升为高电平时，表明内部A/D转换已完成转换已完成CLK时钟输入信号，时钟输入信号，ADC0809的时钟频率范围在的时钟频率范围在101200kHz，典型值为，典型值为640kHzVR(+)、VR(-)外部参考电压外部参考电压VCC、GND电源电源(5V)、地、地接口实例管脚功能IN0IN78路模拟量输入D0D78位数70接口实例接口实例A/D启动方法启动方法程序启动（软件启动）程序启动（软件启动）定时器启动定时器启动外接启动信号外接启动信号转换数据读取方式转换数据读取方式程序查询方式程序查询方式中断方式中断方式定时采样方式定时采样方式START有效有效ALE有效有效启动启动A/DEOC有效有效OE有效有效输出数字输出数字 A/D转换使用转换使用接口实例A/D启动方法程序启动（软件启动）转换数据读取方式程71接口实例接口实例 ADC0809与与8031接口电路及程序（程序启动、软件延时方式读数据，接口电路及程序（程序启动、软件延时方式读数据，8通道循环采集）通道循环采集）数据采集程序：数据采集程序：main:MOV R1,#data ；置数据区首地址；置数据区首地址 MOV DPTR,#7FF8 ；P2.7置置0，且指向通道，且指向通道IN0 MOV R7,#08H ；置通道数；置通道数8loop:MOVX DPTR,A ；随机写外存储器；随机写外存储器 MOV R6,#16H ；软件延时，等待转换结束；软件延时，等待转换结束delay:NOP NOP NOP DJNZ R6,delay ；共延时；共延时225s110s MOVX A,DPTR ；读取转换结果；读取转换结果 MOV R1,A ；转储到数据区；转储到数据区 INC DPTR ；指向下一个通道；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据区指针；修改数据区指针 DJNZ R7,loop ；直到；直到8个通道都采集完个通道都采集完ADC0809与与8031单片机接口电路单片机接口电路 或非门，全或非门，全0才为才为1接口实例 ADC0809与8031接口电路及程序（程序启动72