数据采集与接口技术.ppt

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第第2章章智能仪器的数据采集通道及接口技术智能仪器的数据采集通道及接口技术第第1节节模拟信号的输入及模拟信号的输入及A/D转换器转换器第第2节节传感器输出信号的滤波及放大电路传感器输出信号的滤波及放大电路第第3节节多路转换器与采样多路转换器与采样/保持电路保持电路第第1节节模拟信号的输入及模拟信号的输入及A/D转换器转换器模拟信号输入通道的作用模拟信号输入通道的作用是将由传感器送来的模拟量是将由传感器送来的模拟量进行进行电平转换、滤波、放大、采样保持、模电平转换、滤波、放大、采样保持、模/数转换数转换之之后，输入微处理器中。

完整的模拟信号输入通道由后，输入微处理器中。

完整的模拟信号输入通道由滤滤波器、放大器、采样波器、放大器、采样/保持器、模保持器、模/数转换器数转换器等组成，等组成，当当然也有只需要其中部分器件的模拟信号输入通道。

在然也有只需要其中部分器件的模拟信号输入通道。

在每个系统中需要采样的点数及要求的转换精度和速度每个系统中需要采样的点数及要求的转换精度和速度不同，所以在一个数据采集系统中，可能会有多种转不同，所以在一个数据采集系统中，可能会有多种转换方式。

换方式。

一、模拟信号输入通道的工作方式一、模拟信号输入通道的工作方式1、单通道不带采样、单通道不带采样/保持器的保持器的A/D转换转换这种电路适合于输入信号变化缓慢的场合，其这种电路适合于输入信号变化缓慢的场合，其转换速度一般，精度较高，方框图如图转换速度一般，精度较高，方框图如图2-1所示。

所示。

图图2-1单通道不带采样保持器的单通道不带采样保持器的A/D转换电路转换电路2、单通道带采样、单通道带采样/保持器的保持器的A/D转换转换这种转换电路的转换精度很高，速度快，适合于高这种转换电路的转换精度很高，速度快，适合于高精度的数字转换电路，其方框图如图精度的数字转换电路，其方框图如图2-2所示。

所示。

图图2-2单通道带采样保持器的单通道带采样保持器的A/D转换电路转换电路3多通道多通道A/D转换转换每个通道都带有自己的采样每个通道都带有自己的采样/保持器以及放大器、保持器以及放大器、滤波器、滤波器、A/D转换电路，其方框图如图转换电路，其方框图如图2-3所示。

所示。

图图2-3多通道带采样保持器的多通道带采样保持器的A/D转换电路转换电路4多通道共享多通道共享A/D转换转换这种采样输入形式，适合于多种信号的转换精度、转换速度要这种采样输入形式，适合于多种信号的转换精度、转换速度要求基本一致的场合，它占用求基本一致的场合，它占用CPU的输入口较少，的输入口较少，CPU对每个通对每个通道的访问，可以由软件决定，也可以由硬件决定，是一种比较道的访问，可以由软件决定，也可以由硬件决定，是一种比较经济的工作方法。

其转换框图如图经济的工作方法。

其转换框图如图2-4所示。

所示。

图图2-4多通道带采样保持器多通道带采样保持器共享共享A/D转换电路转换电路5多通道共享采样多通道共享采样/保持器与保持器与A/D转换器转换器这种这种A/D转换输入方式适合于对同一信号不同量程的转换输入方式适合于对同一信号不同量程的A/D转换，转换，它也比较经济，占用它也比较经济，占用CPU输入口少，因而可以更有效地利用输入口少，因而可以更有效地利用CPU的输入口。

尤其对于那些接口有限的微型机，这种方式更的输入口。

尤其对于那些接口有限的微型机，这种方式更有效。

有效。

CPU对各路通道的访问采用软件控制，由多路转换开关对各路通道的访问采用软件控制，由多路转换开关进行切换。

其框图如图进行切换。

其框图如图2-5所示。

所示。

图图2-5多通道带采样保持器多通道带采样保持器共享共享A/D转换电路转换电路项目一、热电偶温度检测项目一、热电偶温度检测1）根据电路图搭建电路，分析各器件的作用（4节课）2）设计并制作热电偶数据采集及处理电路板（10节课）3）焊接热电偶数据采集处理板（2节课），撰写热电偶数据采集及处理实验报告，要求分析电路图中各环节的作用及参数选择。

分析是否能采用其他滤波电路？

（业余时间）二、模拟二、模拟/数字转换器（数字转换器（A/D）A/D转换器过程：

转换器过程：

（1）采样数据离散：

每隔一定时间对输入的连续信号进）采样数据离散：

每隔一定时间对输入的连续信号进行采样行采样

（2）量化：

将采样的信号取整量化（小于）量化：

将采样的信号取整量化（小于q/2舍去）舍去）量化使信号失真，影响系统精度和平滑量化使信号失真，影响系统精度和平滑所以要精确选择所以要精确选择A/D转换器转换器项目训练：

传感器信号滤波及放大v项目训练：

传感器信号滤波及放大调试项目训练：

传感器信号滤波及放大调试v地点：

电工电子实验室地点：

电工电子实验室v根据所给图示连接并验证传感器信号滤波及根据所给图示连接并验证传感器信号滤波及放大，使输出产生放大，使输出产生15V信号信号v要求能根据电路图进行电路连接，会分析电要求能根据电路图进行电路连接，会分析电路中元器件作用，能测出几个关键点参数路中元器件作用，能测出几个关键点参数热电偶温度检测项目训练应掌握与思考的内容热电偶温度检测项目训练应掌握与思考的内容1）滤波电路作用，有哪些滤波电路？

）滤波电路作用，有哪些滤波电路？

2）各种电容在滤波电路中的作用）各种电容在滤波电路中的作用3）电容、电阻的认识）电容、电阻的认识4）会分析电路图中各环节的作用及参数选择。

）会分析电路图中各环节的作用及参数选择。

5）会根据检测的物理量设计前置放大电路原理图？

）会根据检测的物理量设计前置放大电路原理图？

6）会根据设计的原理图绘制）会根据设计的原理图绘制pcb板及选择元件封装板及选择元件封装7）学会调试你设计的电路）学会调试你设计的电路交项目训练报告交项目训练报告内容包括：

内容包括：

1）传感器信号滤波及放大电路功能及工作原理传感器信号滤波及放大电路功能及工作原理2）电路中各环节的作用）电路中各环节的作用3）电路中各参数的选择）电路中各参数的选择4）pcb板的一般绘制规则板的一般绘制规则5）项目训练总结）项目训练总结报告书写基本要求：

先总体写。

再分部写（或先分部写，再总报告书写基本要求：

先总体写。

再分部写（或先分部写，再总体写）写清所用电路原理、在本电路中的作用。

体写）写清所用电路原理、在本电路中的作用。

达到目的：

通过你的撰写，使阅读者能明白整个电路的作用及达到目的：

通过你的撰写，使阅读者能明白整个电路的作用及各环节原理。

各环节原理。

如滤波电路分析v整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，整流电路是将交流电变成直流电的一种电路，但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设但其输出的直流电的脉动成分较大，而一般电子设备所需直流电源的脉动系数要求小于备所需直流电源的脉动系数要求小于001故整故整流输出的电压必须采取一定的措施尽量降低输出流输出的电压必须采取一定的措施尽量降低输出电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的电压中的脉动成分，同时要尽量保存输出电压中的直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这直流成分，使输出电压接近于较理想的直流电，这样的电路就是直流电源中的滤波电路。

样的电路就是直流电源中的滤波电路。

常用滤波电路主要有下列几种：

电容滤波电路，常用滤波电路主要有下列几种：

电容滤波电路，这是最基本的滤波电路；这是最基本的滤波电路；型型RC滤波电路；滤波电路；型型LC滤波电路；电子滤波器电路。

滤波电路；电子滤波器电路。

滤波原理：

单向脉动性直流电压的特点如图滤波原理：

单向脉动性直流电压的特点如图1所所示，是单向脉动性直流电压波形，示，是单向脉动性直流电压波形，可分解成交流和直可分解成交流和直流两部分。

在电源电路的滤波电路中，利用电容器的流两部分。

在电源电路的滤波电路中，利用电容器的“隔直通交隔直通交”的特性和储能特性，或者利用电感的特性和储能特性，或者利用电感“隔隔交交通直通直”的特性可以滤除电压中的交流成分。

的特性可以滤除电压中的交流成分。

图图1单向脉动电压分解单向脉动电压分解本电路采用本电路采用型型RC滤波电路。

滤波电路。

C1、R1和和C3构成构成型的型的RC滤波电路，电路中的滤波电路，电路中的C1、C3是滤波电容，是滤波电容，R1是滤波电阻。

是滤波电阻。

型型RC滤波电路原理如下：

滤波电路原理如下：

（1）从整流电路输出的电压首先经过）从整流电路输出的电压首先经过C1的滤波，将大部的滤波，将大部分的交流成分滤除，然后再加到由分的交流成分滤除，然后再加到由R1和和C3构成的滤波电路中。

构成的滤波电路中。

加大加大C1容量可以提高滤波效果。

但是容量可以提高滤波效果。

但是C1太大后，在开机时对太大后，在开机时对C1的充电时间很长。

的充电时间很长。

C3的容抗与的容抗与R1构成一个分压电路，因构成一个分压电路，因C3的容抗很小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到滤波目的容抗很小，所以对交流成分的分压衰减量很大，达到滤波目的。

对于直流电而言，由于的。

对于直流电而言，由于C3具有隔直作用，所以具有隔直作用，所以R1和和C3分分压电路对直流、不存在分压衰减的作用，这样直流电压通过压电路对直流、不存在分压衰减的作用，这样直流电压通过R1输出。

输出。

（2）在）在R1大小不变时，加大大小不变时，加大C3的容量可以提高滤波效果，的容量可以提高滤波效果，在在C3容量大小不变时，加大容量大小不变时，加大R1的阻值可以提高滤波效果。

但的阻值可以提高滤波效果。

但是，滤波电阻是，滤波电阻R1的阻值不能太大，因为流过负载的直流电流的阻值不能太大，因为流过负载的直流电流要流过要流过R1,在在R1上会产生直流压降，使直流输出电压减小。

上会产生直流压降，使直流输出电压减小。

R1的阻值越大，或流过负载的电流越大时，在的阻值越大，或流过负载的电流越大时，在R1上的压降越上的压降越大，使直流输出电压越低。

大，使直流输出电压越低。

此电路也可采用此电路也可采用型型LC滤波电路滤波电路替换。

替换。

v单片机程序设计语言单片机程序设计语言v单片机汇编语言与单片机汇编语言与C语言程序设计对照语言程序设计对照vC语言程序设计知识语言程序设计知识补充内容：

补充内容：

C51程序设计基础程序设计基础单片机程序设计语言：

机器语言、单片机程序设计语言：

机器语言、C语言、汇编语言语言、汇编语言机器语言机器语言机器可以识别的语言机器可以识别的语言7401780238汇编语言：

由指令助记符书写的语言汇编语言：

由指令助记符书写的语言如：

如：

MOVA，#01HMOVR0，#02HADDA，R0C语言：

语言：

通用程序设计语言，由函数组成通用程序设计语言，由函数组成voidmain（）intm;m=1+2;v机器语言：

计算机可以识别，直接面向硬件、程序代机器语言：

计算机可以识别，直接面向硬件、程序代码短、可直接运行、运行速度快、但难懂、难记、开码短、可直接运行、运行速度快、但难懂、难记、开发慢；发慢；v汇编语言：

必须汇编语言：

必须“翻译翻译”成机器语言，直接面向硬件、成机器语言，直接面向硬件、运行速度快、但通用性差、不易移植；运行速度快、但通用性差、不易移植；vC语言：

使用了与人的思维更接近的关键字和操作函数，语言：

使用了与人的思维更接近的关键字和操作函数，容易理解，通用性好、易移植。

容易理解，通用性好、易移植。

v应用应用CC语言设计单片机程序可以大大加快开发语言设计单片机程序可以大大加快开发速度，是目前开发人员用的最多的一种单片机速度，是目前开发人员用的最多的一种单片机开发语言。

开发语言。

单片机汇编语言与单片机汇编语言与C语言程序设计对照语言程序设计对照例例将外部将外部RAM的的000BH和和000CH单元的内容相互交换。

单元的内容相互交换。

用汇编语言编程，汇编程序如下：

用汇编语言编程，汇编程序如下：

ORG000HMOVP2,#00H;送八位地址至送八位地址至P2口口MOVR0,#0BH;R0=0BHMOVR1,#0CH;R1=0CHMOVXA,R0;A=（000BH）MOV20H,A;（20H）=000BHMOVXA,R1;A=（000CH）XCHA,20H;（20H）AMOVX