模拟量输入输出

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,*,*,模拟量的输入输出,实验设备,：,滑动变阻器，电磁铁，铁块，弹簧，电压源，电炉丝，热电偶，导线等,实验原理,：,输入量为热电偶测量温度是否达到,100,，未达到,100,电磁铁吸引力减小，引起滑动变阻器滑动，使阻值减小，令电压上升，电炉丝升温。当热电偶测得电炉丝温度达到,100,时，电磁铁吸引力不再改变，滑动变阻器不在滑动，此时电压恒定。输出量为电压增减量控制电压大小，从而控制电磁铁吸引力的大小。,实验目的：,利用单片机模拟量的输入输出控制电压从而控制滑动变阻器将电炉丝温度控制在,100,热电偶,热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势,热电动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在,0,时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。,特点,装配简单，更换方便,压簧式感温元件，抗震性能好,测量精度高,测量范围大（,200,1300,，特殊情况下,270,2800,）,热响应时间快,机械强度高，耐压性能好,耐高温可达,2800,度,使用寿命长,常用热电偶材料,热电偶分度号 热电极材料 使用温度范围（）,S,铂铑合金（铑含量,10%,）纯铂,0-1400,R,铂铑合金（铑含量,13%,）纯铂,0-1400,B,铂铑合金（铑含量,30%,）铂铑合金（铑含量,6%,）,0-1400,K,镍铬镍硅,-200-+1000,T,纯铜 铜镍,-200-+300,J,铁 铜镍,-200-+600,N,镍铬硅镍硅,-200-+1200,E,镍铬 铜镍,-200-+700,K,型热电偶特点,检出,(,测温,),元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表，其优点是：,测量精度高,。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。,测量范围广,。常用的热电偶从,-50+1600,均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到,-269,（如金铁镍铬），最高可达,+2800,（如钨,-,铼）。,构造简单，使用方便,。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便,。,A/D,转换,八个通道的,K,分度号热电偶将温度信号转换成,mV,级电压信号输入给采集仪。信号调理电路包括多路切换电路和热偶信号调理专用电路,AD595,。在实际的热电偶测温中，必须进行冷端补偿、调零、电压放大和线性化等比较繁琐的工作，否则会造成很大的误差。,AD595,是,AD,公司针对上述问题设计的专用芯片，,内部具有放大、冷端补偿、冰点基准、温差电偶故障报警,等电路。,被测温度与,AD595,输出电压的关系是,10mV/,，芯片在,+5V+30V,范围内都可正常工作,。随所测温度量程增大，电源电压应相应提高。需注意的是，,AD595,的第,1,脚要求接热电偶正极且接地，模拟开关切换的是各热电偶的负极。,AD595,的,7,脚是负电源端，由于不测,0,以下的温度，不用负压供电，所以,7,脚可接地。,AD595,的,12,、,13,脚是热偶故障报警电路的输出端，,13,脚接地后，集电极开路的,12,脚接上拉电阻。,热电偶正常时输出高电平，断偶故障时输出低电平,。将这个逻辑电平引入单片机，用于对,14,脚热偶电压的正确判断。,模数转换及,MAX144,电路的应用,模数转换电路是以单片机为核心的数据采集系统的关键环节，这里采用,美信公司,12bit,串行输出的,A/D,器件,MAX144,。它具有两个输入通道，,通道,CH1,用于转换来自信号调理电路的,温度测量信号,；另一,通道,CH0,用来转换仪器内的,电池电压信号,(,电池电压的高低，在电脑显示数据曲线的同时告知用户,),。,MAX144,是,8,脚,MAX,封装，非常适合于微小型手持仪器，其引脚功能及周边接线如图,3,所示。,MAX144,的引脚,5,是基准电压引入端，,用,4.096V,的,AD292,作为外接基准源，模拟输入信号,1mV,对应于数字输出,1,个字，相当于温度,0.1,的分辨率,。,MAX144,的串行输出是,SPI/QSP,兼容接口。,CS,、,SCLK,、,DOUT,分别接单片机的三条,I/O,口线，其读入,A/D,转换结果的子程序框图如图,4,所示。转换结果的第,13,位用来判别读入的是哪个,A/D,通道。,D/A,转换,D/A,转换采用电压输出型如,TLC5620,电压输出型,DA,转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速,DA,转换器使用。,TLC5620,特点,4,通道,8,位电压输出,D/A,转换器。,5V,单电源,串行接口,高阻抗的基准输入,可编程实现,1,至,2,倍的输出范围,设备可同时进行更新,内置上电复位,低功耗,半缓冲输出,TLC5620C,和,TLC5620I,是带有高阻抗缓冲输入的,4,通道,8,位电源输出数模转换器集合。这些转换器可以产生单调的、,1,至两倍于基准电压和接地电压差值的输出。通常情况下,TLC5620,的供电电压为一个,5V,电源。器件内集成上电复位功能，确保启动时的环境是可重复的。,控制电路原理图,功率放大器,利用模拟功率放大器进行模拟信号放大。,AB,类放大器,AB,类放大器的主要,特点,是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用,两管推挽工作,。可以,避免交越失真,。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。甲乙类功放,产生的热量较小,，并且,效率高了很多,，在,70,以上。,AB,类,(,甲乙类,),放大器在,输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通,，其状态工作于,A,类,(,甲类,),；,当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供 给更多的电流,。这样在,AB,类,(,甲乙类,),状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于,A,类,(,甲类,),或,B,类,(,乙类,),。它的正当使用在于它对,A,类,(,甲类,),的补充，且当面向低负载阻抗时可继续较好地工作。,AB,类放大器的,偏置介于,A,类放大器与,B,类放大器之间,。,AB,类的,效率远远大于,A,类,放大器而,略低于,B,类放大器,。,AB,类放大器的偏置可以使工作于推挽工作方式的,两个晶体管的工作区间互有覆盖,。这样,就可以对交越失真进控制,偏置于,AB,类的推挽放大器就可以,实际也常用于电子战中的高功率放大器中。从上可以看出,AB,类是对,A,类和,B,类的一个,改进型,。,滤波器,滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净的直流输出。,滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。,滤波器分为有源滤波和无源滤波。,主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。,滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号。利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。,有源,RC,滤波,运放,+RC,构成的有源滤波器相比纯使用,RC,实现的无源滤波器最主要的特点就是带有一定的增益，这样可以使信号的滤波特性曲线更陡，即频率特性更明显，也就是效果更好，另外它的输出信号也比较强，适合于弱信号的滤波处理，再有就是可以匹配阻抗。,滤波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。有源滤波器能 够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者 阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。本文讨论的是有源低通滤波电路的设计与仿真研究。有源低通滤波电路能够通过低频信号，抑制或衰减高频信号。,高通阻止低频信号通过，低通阻止高频信号通过,