智能仪表与设计过程输入输出通道的设计

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,智能仪表与设计,过程输入,/,输出通道设计,输入通道,-,被测对象的过程参数由输入通道送到,MCU,进行计算、处理。,输出通道,-,处理过的信息通过输出通道传输给执行机构。,作 用,3.1,模拟量输入通道,3.1.1,模拟输入通道的结构,每通道有独自,A/D,等器件的结构,多通道共享,A/D,等器件的结构,前置放大电路,放大器为什么要,“,前置,”,即设置在调理电路的最前端？,前置放大器的放大倍数应该多大？,当传感器输出信号比较小时，必须选用前置放大器进行放大。,一、运用前置放大器的依据,二、信号调理通道中的常用放大器,程控增益放大器,仪用放大器,隔离放大器,1,、程控增益放大器,PGA(Programming Gain Amplifier),程,控,放,大,器,原,理,框,图,( A ),原理框图,( B,),基本放大电路,( C ),多档程控同相放大器,( D ),增益线性变化的程控同相放大器,2,、仪用放大器,仪用放大器原理图,仪用放大器集成电路,AD612/614,R1,R2,R3,R5,R4,R6,AD612/614,接口电路,多路开关,1,、作用,:,切换各路输入信号,2,、分类：,机械触点式,干簧继电器,半导体模拟开关,一、干簧继电器,特点：可靠性高，但切换速度慢,二、半导体模拟开关,单向开关（用于一定方向传送信号）,例：,AD7501,、,AD7506,双向开关（可以双向传送信号）,例：,CD4051,、,CD4052,1,、模拟开关主要参数, 通道数量, 泄漏电流,I,S, 导通电阻,R,ON, 导通电阻平坦度, 切换速度, 电源电压范围,CD4051,结构,8,通道,CD4051,接口,MCU,CD4051,INH,A,B,C,CD4052,结构双四通道,CD4052,接口,MCU,CD4052,INH,A,B,采样保持电路,S/H,一、作用：,取出信号某一瞬间的值并在一定时间内保持不变。,二、工作方式：, 采样方式：采样,/,保持器的输出必需跟,踪模拟输入电压, 保持方式：采样,/,保持器的输出将恒定,在保持命令发出时刻的电压值，直到保持,命令撤销为止。,采样保持工作方式,三、,A/D,转换的问题, 在,A/D,转换期间，输入的模拟信号发生,变化，将会使,A/D,转换产生误差，而信号,变化的快慢将影响误差的大小。,ADC,输出的数字量只能表明采样时刻的,信号值，通过采样使输入的连续信号变成,离散信号。怎样才能使离散信号不失真的,恢复成原来的连续信号呢？,奈奎斯特采样定理,为了使采样信号能完全恢复连续信号,f(t),，采样频率,f,s,必须不小于信号最高有效频率,f,H,的,2,倍，即,f,s, 2f,H,采样保持电路原理,3.1.2 A/D,转换技术,模拟量 数字量,计算机,（,A,） （,D,）,完成这个转换任务的器件称为,ADC,。,一、分 类,按,原理,双积分型，逐次比较型、并行型、,型,按,转换速度,慢速、中速、高速、超高速,按输出接口,并行接口、串行接口,按,分辨率,8,位、,10,位、,12,位、,14,位、,16,位、,24,位,3,位半、,4,位半等,二、性能指标,分辨率（,8,位、,12,位、,16,位,）,转换精度（绝对精度和相对精度）,量程（输入模拟电压的变化范围）,转换时间,电源灵敏度,三、,ADC,与单片机接口的考虑,电源要求,逻辑兼容性,定时参数,数据格式,四、工作原理,（,1,）双积分型,ADC,工作原理,(2),逐次比较型,ADC,工作原理,例：天平秤重,设待测物质量为,4.42g,，满度测量,R,NFS,=5.12g,砝码有几种：,1/2*R,NFS,=2.56g,1/4*R,NFS,=1.28g,1/8*R,NFS,=0.64g,1/16*R,NFS,=0.32g,测量方法,：先大砝码，后小砝码，依次累,计比较。要的记“”，不要的记“,0”,。,2.56g4.42g,留,2.56g+ 1.28g= 3.84g4.42g,去,4.44g+ 0.32g= 4.16g4.42g,留,(3),并行型,ADC,工作原理,(4),型,ADC,工作原理,各种,ADC,适用范围,低速极高精度：,型,超高速低精度： 并行型,（,1GSPS,）,较高速中高精度：逐次比较型,低速高精度：多重积分型,（,1GSPS,每秒,1G,次采样）,五、与单片机接口,（,1,）并行输出,ADC,接口,例：,8,位,ADC,与,MCU,接口,MCU,ADC,DB0,7,START,EOC,例：高于,8,位,ADC,与,MCU,接口,MCU,ADC,DB0,7,START,EOC,DB8,X,缓冲器,缓冲器,例：,ADC0809,接口电路,ADC0809,转,换,器,接,口,电,路, 常用的控制方法,程序查询方式,定时采样方式,中断方式,（,2,）串行输出,ADC,接口,MCU,ADC,DATA,START,EOC,CLOCK,补充：压频转换（,V/F,）,V/F,转换是把电压信号转变为频率信号的技术。,常用,VFC,：,LM331,、,AD650,、,TC9400,压频转换原理,-,电荷平衡,输出通道技术,-,CPU,输出信号来控制外部设备的通道配置技术。,3.2,模拟量输出通道,输出通道,-,输出通道组成,输出信号种类,相关技术,频压转换,F/V,PWM,输出,D/A,转换（主要介绍）,一、输出通道组成,多路开关,D/A,转换电路,F/V,转换电路,隔离电路 （小信号输出大功率控制）,信号调制电路,驱动电路,数模转换,二、输出信号种类,模拟量输出信号 直流电流信号（远距离）,直流电压信号（近距离）,越限报警,开关量输出信号 开关量控制,反应系统当前工作状态,数字量输出信号 串行（远距离，连线少）,并行（近距离，速度快）,三、输出形式,1,、主要技术指标,分辨率,精度,建立时间,四、,D/A,技术,2,、分类,按输出信号分：电流型 电压型,按接口方式分：串行 并行,3,、工作原理,基本功能：,数字量与之成正比的模拟量,数模转换流程,权电阻网络,D/A,转换电路,T,形电阻网络,D/A,转换电路,4,、,DAC,输出方式,DAC,位数等于,CPU,数据总线位数时的接口,DAC,位数大于,CPU,数据总线位数时的接口,