PT100测温.docVIP

单元六 数据采集—铂电阻测温 在测控系统中，我们经常要对传感器输出微弱信号进行测量，像压力、温度等物理量的检测。在本单元中我们以铂电阻（PT100）为例，讲述51单片机在温度检测中的应用。 温度检测中常用的传感器可分为接触式传感器和非接触式传感器。常用的接触式传感器有金属热电阻、热敏电阻、热电偶和数字温度传感器（DS18B20）等；非接触式传感器有红外线测温等。各种传感器测温范围不一样，测量精度也有所不同，选用哪种传感器，需要根据实际情况来决定。PT100是金属热电阻的一种，在0℃下，电阻的阻值为100Ω，温度测量范围为-200℃—850℃，由于其测量范围较宽、测量精度较高，且适合远距离测量，在工业中得到了广泛的应用。 【任务要求】 温度测量范围为0-300℃，温度分辨率为1℃。 适合远距离测温。 液晶1602显示温度值。 【学习知识点】 三线制PT100测温电桥和仪表放大器的设计。 模数转换器的原理和应用。 软件滤波和线性插值的应用 模数转化器的原理及应用 模数转换器简称ADC，通常是指将模拟信号转换成数字信号的电子器件。自然界中存在的物理量像温度、时间、角度、速度、流量、压力等大都是连续变化的模拟量，通过传感器以及信号调理电路转化成相对应的电压信号。电压信号通过ADC转换成单片机能识别处理的数字信号，然后在单片机内部完成采集、处理、显示以及控制等任务。一个简单的采集系统框图如下： 1、模数转换器的原理 A/D转换器（ADC）是一种将输入的模拟量转换为数字量的转换器。要实现将连续变化的模拟量变为离散的数字量，通常要经过四个步骤：采样、保持、量化和编码。一般前两步由采样保持电路完成，量化和编码由来量化编码电路完成。 （1） 采样与保持 所谓采样，就是将一个时间上连续变化的模拟量转化为时间上离散变化的模拟量的过程。模拟信号的采样过程如图所示。 其中, uI（t）为输入模拟信号，uO（t）为输出模拟信号。采样过程的实质就是将连续变化的模拟信号变成一串等距不等幅的脉冲。 采样的宽度往往是很窄的，为了使后续电路（编码）能很好地对这个采样结果进行处理，通常需要将采样结果存储起来，直到下次采样， 这个过程称作保持。一般，采样器和保持电路一起总称为采样保持电路。 开关S闭合时，输入模拟量对电容C充电， 这是采样过程；开关S断开时，电容C上的电压保持不变，这是保持过程。 可以看出，当取样频率足够高的时候，保持电路输出的阶梯波就逼近原模拟信号。 为了保证能从取样信号中将原信号恢复，对取样频率fs的要求为： 。式中，fmax是被取样的模拟信号所包含的信号中频率最高的信号的频率，该式称为取样定理。 （2） 量化和编码 取样保持电路得到的阶梯波的幅值有无限多个值，无法用位数有限的数字信号完全表达(n位数字量只能表示2n个数值)。因此，用数字量来表示连续变化的模拟量时就要选定一个基本电平单位，称为基本量化单位，用△表示。 “量化”的过程就是将取样值用△的整数倍表示。显然，数字信号的最低位有效位中的1所表示的数值的大小，就等于△，剩下不足一个基本量化单位的部分，将产生转换误差，这种误差称为“量化误差”。 将量化后的有限个数值编成对应的二进制代码的过程叫做“编码”。 编码举例： 例1：对于一个2位的电压模数转换器，如果将参考设为1V，那么输出的信号有00、01、10、11，4种编码，分别代表输入电压在0V-0.25V, 0.26V-0.5V, 0.51V-0.75V, 0.76V-1V时的对应输入。分为4个等级编码，当一个0.8V的信号输入时，转换器输出的数据为11。 例2：对于一个4位的电压模数转换器，如果将参考设为1V，那么输出的信号有0000、0001、0010、0011、0100、0101、0110、0111、1000、1001、1010、1011、1100、1101、1110、1111，16种编码，分别代表输入电压在0V-0.0625V, 0.0626V-0.125V, ...........0.9376V-1V。分为16个等级编码（比较精确）当一个0.8V的信号输入时，转换器输出的数据为1100。ADC和逐次渐进型ADC。 间接比较型就是将取样后的模拟信号先转换成时间t或频率f, 然后再将t或f转换成数字量。这种类型常见的有双积分型ADC 。 （1）并联比较型模数转换器 基本原理： 8个电阻将参考电压分成8个等级，其中7个等级的电压分别作为7个比较器的比较电平。输入的模拟电压经采样保持后与这些比较电平进行比较。当模拟电压高于比较器的比较电平时，比较器输出为1； 当模拟电压低于比较器的比较电平时，比较器输出为0。比较器的输出状态由D触发器存储，并送给编码器，经过编码器编码得到数字输出量。 原理框图： 主