[工学]第二章 数据采集技术.ppt

第二章 智能仪器的输入/输出通道及接口技术 §2.1 数据采集概述 §2.2 模拟信号调理 §2.3 量程自动转换技术 §2.4 A/D转换及接口技术 §2.5 数据采集系统设计及举例 §2.6 数据采集系统误差分析 §2.7 开关量输入通道 §2.8 模拟量输出通道 §2.9 开关量输出通道 §2.1 数据采集概述 数据采集系统简称DAS （Data Acquisition System），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采样、量化转换成数字量后，以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的装置。 多路模拟输入通道数据采集系统 ◆同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。 多路模拟输入通道可分为两大类型： 集中式采集 分布式采集 §2.2 模拟信号调理 数据采集系统信号调理（Signal Conditioning）的任务： 实现非电量信号向电信号的转换、小信号放大、滤波等； 与软件配合实现零点校正、线性化处理、温度补偿、误差修正和量程切换等功能。 §2.3 量程自动转换技术 许多智能仪器的输入信号动态范围都很大，为了保证系统的测量精度，常常需要设计量程的自动转换功能。自动量程转换电路可以采用微计算机控制程控增益放大器的方法来实现，也可以通过控制模拟开关的切换来实现。 自动量程转换的一般要求 自动量程转换是大多数通用智能测试仪器的基本功能。自动量程转换能根据被测量的大小自动选择合适的量程，以保证测量值有足够的分辨率和准确度。除此之外，自动量程转换还应满足以下要求： (1)尽可能高的测量速度。自动量程转换的测量速度是指根据被测量的大小自动选择合适量程并完成一次测量的速度。 (2)确定性。自动量程转换的确定性是指在升、降量程时，不应该发生在二个相邻量程间反复选择的现象，这种情况的出现是由于分挡差的存在所造成。 (3) 安全性。由于每次测量并不都从最高量程开始，而是在选定量程上进行，因此不可避免地会发生被测量超过选定量程的最大测量范围，甚至达到仪器的最大允许值。这种过载现象需经过一次测量后才能发觉。因此，量程输入电路必须具有过载保护能力。当过载发生时，至少在一次测量过程中仍能正常工作，并且不会损坏。 自动量程转换电路举例 自动量程转换电路有多种不同的形式，但就其组成来说可以分成衰减器、放大器、接口及开关驱动三部分。下页图示为电压量程自动转换电路。 这个量程自动转换的衰减电路具有1和100两种衰减系数。当K1被激励时，切向A端，衰减系数为100；当激励撤消，切向B端，衰减系数为1。 K2控制前置放大器的放大倍数。当K2被激励时，开关切向C端，放大器增益为1；反之为10。K3切换放大器输出，当其被激励时，放大器输出电压被衰减10倍；否则，直接输出。使用这三个开关的不同组合，该电路具有200mV、2V、20V、200V和1000V 5个量程。 各量程下的开关动作状态如下表所示。 量程自动转换电路的控制 以前图所示的量程自动转换电路为例，设其后续A／D转换电路具有4位半十进制有效读数，且各相邻量程分挡误差的绝对值之和小于0.5％，则各量程升降阈值如下表所示。自动转换程序流程如下页图所示。 量程自动转换由主程序完成一次测量后调用。该程序被调用时，将根据必威体育精装版的测量数据Vi与当前量程的阈值进行比较。若当前量程合适，则显示测量读数后返回主程序。反之，则进行量程选择，找到新的合适量程后，返回主程序。下一次测量就在新选择的量程下进行。整个流程分为三条支路，分别是降量程、保护现行量程和升量程。 当测量读数小于当前量程降量程阂值，实施降量程操作。降量程操作采用逐挡阈值比较，直到读数大于阈值时为止。由于最低量程降量程阈值为零，所以总能找到合适的量程。 当Vi ＞ULn时，程序进入升量程支路，升量程采用一次置到最高量程的方法，也就是说，每当发生超载后的第一次测量总在最高量程下进行。若最高量程并非为合适量程，那么在下一次量程自动转换程序被调用时，会自动实施降量程操作并找到合适量程。这种方法的好处在于能通过一次中间测量即可找到合适量程，而且输入电路的过载时间最短，仅为一次测量时间。 例：量程切换子程序。 K_CONTROL: MOV DPTR,#C_CORD ;量程代码表首址 MOV A, M_STATE ;取现行量程 DEC A MOVC A, @A+DPTR MOV P1.0, ACC.0 MOV P1.1, ACC.1 MOV P1.2, ACC.2 RET ┄ ┄ ┄ C_CORD: DB 00H, 01H, 04H, 05H, 07H 量程自动转换电路的保护