第二章模拟量输入输出通道.ppt

第2章 智能仪器模拟量输入/输出通道 智能仪器所处理的对象大部分是模拟量。而智能仪器的核心——微处理器能接受并处理的是数字量，因此被测模拟量必须先通过A／D转换器转换成数字量，并通过适当的接口送入微处理器。在这里，我们把A／D转换器及其接口称为模拟量输入通道。 同样，微处理器处理后的数据往往又需要使用D／A转换器及相应的接口将其变换成模拟量送出。在这里，我们把D／A转换器及相应的接口称为模拟量输出通道。 2.1 模拟量输入通道 2.1.1 A／D转换器概述 2.1.1 A／D转换器概述 2.1.1 A／D转换器概述 2.1.1 A／D转换器概述 2.2 高速模拟量输入通道 2.3.1 D／A 转换器概述 一、 D／A转换原理 D/A转换器是由电阻网络、开关及基准电源等部分组成，为了便于接口，有些D/A芯片内还含有锁存器。D/A转换器的组成原理有多种，采用最多的是R–2R梯形网络D/A转换器， 一、 D／A转换原理 二、 D／A转换器的主要技术指数 1．分辨率：当输入数字发生单位数码变化时所对应模拟量输出的变化量，具体表达方式与A／D转换器分辨率基本一致。 2．转换精度：指在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，具体含义与A/D转换器的定义基本一致。 3．转换时间：指当输入的二进制代码，从最小值突跳到最大值时，其模拟量电压达到与其稳定值之差小于± 1 2 LSB所需的时间。转换时间又称稳定时间，其值通常比A／D转换器的转换时间要短得多。 4．尖峰误差：尖峰误差是指输入代码发生变化时而使输出模拟量产生的尖峰所造成的误差。 一、 D／A转换原理 二、 D／A转换器的主要技术指数 三、 D／A转换电路输入与输出形式 D／A转换器的数字量输入端可以分为：不含数据锁存器；含单个数据锁存器；含双数据锁存器三种情况。 第一种与微型计算机接口时一定要外加数据锁存器，以便维持D／A转换输出稳定。 后两种与微型计算机接口时可以不外加数据锁存器。 第三种可用于多个 D／A转换器同时转换的场合。D／A转换器的输出电路有单极性和双极性之分。 2.1.3 积分式A／D转换器与计算机接口 一、 双积分式A／D转换器原理概述 1．预备阶段----复零，S4接通 2．定时积分阶段----第一次积分，S1接通 特点：定时积分T1固定， UO1∞(正比于) Ui 3．定值积分阶段----第二次积分，S3/S4接通 特点：定值积分（反向），N2∞UO1∞Ui 一、 双积分式A／D转换器原理概述 （1） 抗干扰能力强 双积分式A／D转换器的结果与输入信号的平均值成正比，因而对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，即串模干扰抑制能力比较大。50Hz的工频干扰是最主要的串模干扰成分，如果选定采样时间T1的时间为工频周期20ms的整数倍，则对称的工频干扰在理想情况下可以完全消除 双积分式A／D转换器的优点： 一、 双积分式A／D转换器原理概述 （1）　 抗干扰能力强 双积分式A／D转换器的结果与输入信号的平均值成正比，因而对叠加在输入信号上的交流干扰有良好的抑制作用，即串模干扰抑制能力比较大。50Hz的工频干扰是最主要的串模干扰成分，如果选定采样时间T1的时间为工频周期20ms的整数倍，则对称的工频干扰在理想情况下可以完全消除 （2） 性能价格比高 由于在转换过程中的两次积分中使用了同一积分器，又使用同一时钟去测定T1和T2，因此对积分器的精度和时钟的稳定性等指标都要求不高，使成本降低。 双积分式A／D转换器的优点： 1、速度较慢，一般情况下每秒转换几次，最快每秒20余次。 2、积分器和比较器的失调偏移不能在两次积分中抵消，会造成较大的转换误差。 为了将A/D转换器中的运算放大器和比较器的漂移电压降低，常采用自动调零技术。 自动调零技术实际上是在双积分式转换过程中增加了两个积分周期，分别测出A/D转换器中运算放大器和比较器的失调电压，并分别存储在电容器或寄存器中。当对模拟信号进行转换时，就可以扣除上述已存储的失调电压，实现精确A/D转换。 自动调零技术可将失调电压降低1～2个数量级。 一、 双积分式A／D转换器原理概述 双积分式A/D转换器的缺点： 2.1.3 积分式A／D转换器与计算机接口 一、 双积分式A／D转换器原理概述 二、 微处理机控制双积分式A／D转换器 1、采用微处理器直接实现对双积分式A／D转换器全部转换过程的控制； 2、采用