【正文】 接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 83 ② VDD：模擬電路工作 正電源輸入線 ，電壓為 DC+12V或 DC+15V； ③ VEE： 模擬電路工作 負(fù)電源輸入線 ，電壓為 DC12V或DC15V； ④ AGND： 模擬電路公共接地線； ⑤ Vcc：數(shù)字電路工作 正電源輸入線 ，電壓為 DC+5V ⑥ DGND：數(shù)字電路公共接地線 ⑦ REFOUT：內(nèi)部基準(zhǔn)電源輸出線，提供 DC+10V(177。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 81 A/D轉(zhuǎn)換器芯片 AD574A 167。若有，則輸出線可與 CPU的數(shù)據(jù)總線 直接連接 ；若無，則需外加鎖存緩沖器 。 ① A/D轉(zhuǎn)換器芯片的 轉(zhuǎn)換啟動信號 是用 電平啟動 還是 脈沖沿啟動 。 （ 4） 數(shù)字信號輸出線 由 A/D轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量送給 CPU的數(shù)據(jù)線。 （ 1）轉(zhuǎn)換啟動線 (輸入 ) 它是由系統(tǒng)控制器發(fā)出的一種控制信號，此信號一旦有效， 轉(zhuǎn)換立即開始 。 167。 1/2LSB； 相對精度 用相對于滿量程的百分比表示 如滿量程為 10V的 8位 A／ D轉(zhuǎn)換器，其絕對精度為， 81 / 2 1 0 / 2 1 9 . 5 m V? ? ? ?而 8位 A/D的相對精度為 8( 1 / 2 ) / 2 1 0 0 % 0 . 1 9 %?? 精度和分辨率不能混淆。 1LSB。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度取決于 量化誤差 q、 微分線性度誤差 DNLE和 積分線性度誤差 INLE 。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 ② 量程 它是指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 73 ① 分辨率 ：通常用數(shù)字量的 位數(shù) n(字長 )來表示，如 8位、12位、 16位等。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器 72 2）積分方式 —— 先對輸入模擬電壓進行定時積分，然后轉(zhuǎn)向?qū)?biāo)準(zhǔn)電壓進行反向積分，測量時間 T的脈沖數(shù)。 1）逐步逼近法 —— 利用 D/A轉(zhuǎn)換器 輸出推測信號與模擬輸入信號進行比較，再修正，直到逼近輸入信號。 18V； 采樣時間： ≤ 6181。m。 (3)常用的采樣／保持器芯片 廉價的： LF398 通用的： AD58 AD583 高速型： THS0060 超高速： THS0010 167。 在 轉(zhuǎn)換時間較長且精度高的系統(tǒng) 中應(yīng)該用 較大電容 。 ③ 采集時間 (捕捉時間 )TAC： 采樣保持器處于保持模式時，從計算機發(fā)出采樣命令，由 “保持”轉(zhuǎn)為“采樣”后 ，采樣保持器的輸出值由原來的 保持值過渡到跟蹤當(dāng)前輸入信號值 所需的時間，稱為捕捉時間 包括開關(guān)動作時間，達(dá)到穩(wěn)定值的建立時間和保持值到終值的跟蹤時間，它是影響采樣頻率提高的主要因素，但不影 A/D轉(zhuǎn)換精度。它是孔徑時間的變化范圍。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 65 (2)采樣／保持器的的主要參數(shù) 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 64 (1)采樣 /保持器的作用 ① 穩(wěn)定地保持 模擬信號以便能夠完成 A/D轉(zhuǎn)換。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 63 采樣／保持器的結(jié)構(gòu)原理 采樣時 ，開關(guān) K閉合， 由于 A1輸出阻抗很小，電容 CH快速充電，即電容器的電壓 跟隨輸入電壓的變化 。 為了表示清晰起見，在圖中將輸出曲線稍微偏離輸入一點。但轉(zhuǎn)換之后，又要求 A/D變換器的輸入信號能夠 跟蹤模擬量的變化， 能夠完成上述任務(wù)的器件叫 采樣／保持器，簡稱 S/H。保證 A/D轉(zhuǎn)換在 保持期間 進行，以便有足夠的時間完成。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 采樣保持器 59 167。 DlD0的四種組合對應(yīng) l、 10共 4種程控增益值 。 在多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，也可能遇到各路信號動態(tài)范圍不一致的情況，這時希望放大器 對不向的通路具有小同的增益 ，以實現(xiàn)相同的動態(tài)輸出。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 多路轉(zhuǎn)換器 CD4052是雙 4對 1多路開關(guān) ，其內(nèi)部有兩個完全獨立（電絕緣）的 4選 1模擬開關(guān)，其真值表如表 24所示。 VEE通常與電源地 VSS直接連接。 167。 167。此外，還希望切換 速度快、噪音小、壽命長、工作可靠。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 47 多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開關(guān)，多路開關(guān)是 用來切換模擬電壓信號 的關(guān)鍵元件。 若取 R3=100k?及 R5=25k? ， R1=200 ? ， 則 4 ～ 20mA輸入對應(yīng)于 1～ 5V的電壓輸出。 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 AD210隔離放大器在熱電偶測量中的應(yīng)用，其冷端采用AD590補償。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 三端口隔離 (全隔離 ) 輸入電源 ： DC15V 功耗： 輸出電壓 ： 177。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 兩端口隔離 ,電源由輸出電路提供 輸入電源 ： DC15V 功耗： 75mW 輸出電壓 ： 177。 167。對屏蔽給予適當(dāng)?shù)尿?qū)動，可減小電纜電容和雜散電容造成的差分相移，保證交流共模抑制比不下降 。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 + R1 1 + + Vi 1 Vi 2 Vo R2 R3 R4 R5 R6 RG IG 2 3 VB VA 32 AD620儀表 放大器的 內(nèi)部 結(jié)構(gòu) 167。 167。 第二章 過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 167。 第二章 過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 167。 第二章 過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 二、信號調(diào)理 23 模擬信號調(diào)理的功能 低電壓信號 電流輸入 /輸出 RTDs 和熱敏電阻 熱電偶 應(yīng)變儀 隔離、放大噪聲、濾波 電流與電壓的轉(zhuǎn)換 。 ％ B級 ≤ 177。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 18 超聲波流量傳感器： 1010SN型超聲波流量計 ： 基本測量精度： % 167。在一定的條件下，這些旋渦的發(fā)生頻率與流速成正比。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 14 大氣壓力傳感器： PTB100型壓力傳感器： 測量范圍： 80～ 106kPa 基本測量精度： 177。 第二章 過程通道技術(shù) 模擬量輸入接口技術(shù) 167。 DS18B20 測量溫度范圍為： 55 ℃ ~+125 ℃ ，在 10~+85 ℃ 范圍內(nèi) ,精度為 177。其常用的型號為 502AT。其類型有：Pt100、 Pt50、 Cu50等。 ℃ ~ ℃ T型熱電偶： 200~200℃ 177。用熱電偶測溫時，要對其進行 冷端補償 。 圖 22 模擬量輸入通道方框圖 167。 4 表 21 生產(chǎn)過程輸入輸出信息來源與用途 信息種類 輸入信息來源或輸出信息的用途 模擬量輸入 數(shù)字量輸入 脈沖計數(shù)器 模擬量輸出 數(shù)字量輸出 溫度、壓力、物位、轉(zhuǎn)速、成分等 接點的通斷狀態(tài)、電平高低狀態(tài)、數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼等 流量積算、電功率 計算 、轉(zhuǎn)速及脈沖形式的輸入信號等 控制執(zhí)行裝置、顯示、記錄等 對執(zhí)行器進行控制、報警顯示等 167。計算機控制技術(shù) 第 2章輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 2 167。包括模擬輸入通道、模擬輸出通道、數(shù)字輸入通道和數(shù)字輸出通道四種，如圖 21所示。主要由 信號調(diào)理單元 、 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 、 程控放大器 、 采樣保持器 、A/D轉(zhuǎn)換器 和 控制電路 組成。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 7 熱電偶： 測溫范圍寬，一般為 50℃ ~+1600 ℃ ，常用于 高溫測量 或 精度要求不高的場合 ，此外由于材料較柔軟，便于折彎，因此可以對物體 表面溫度 進行測量。 0 .75℅， ＞ 400 ℃ J型熱電偶： 200~1200 ℃ 177。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 8 熱電阻： 精度高，性能穩(wěn)定，測溫范圍寬，一般為 200℃ ~+600 ℃ ，工業(yè)中精確測溫大多用該類傳感器。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 9 熱敏電阻： 為 NTC （負(fù)溫度系數(shù)）型 的電阻式溫度傳感器，其 阻值高，反應(yīng)靈敏 ，但 非線性化強烈，性能不穩(wěn)定 ，一般用于非重要的場合。 ℃ ，其常用的型號為 AD590和 DS18B20。 %FS 壓力接口： M20* 輸出方式： 4～ 20mA 接線端子 : DIN接頭 生產(chǎn)廠家 :上海奇正電子 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 13 微壓差傳感器： B0300型壓差傳感器（擴散硅型）： 測量范圍： 0～ 500Pa 基本測量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 16 旋渦（渦街）流量傳感器： YFl00型旋渦流量計 ： 基本測量精度： 1% 在流體中插入一個圓柱體或角柱體，則會從其兩側(cè)交替地產(chǎn)生旋渦。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 17 電磁流量傳感器： LDCK型電磁流量計 ： 基本測量精度： % 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 傳感器 21 壓力型液位變送器： JYBK***型液位變送器 量程： ,4m,100m 精度： A級 ≤ 177。 常見的標(biāo)準(zhǔn)信號： 0～ 10V 0～ 5V 4～ 20mA 1～ 5V 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 24 1. 橋式電路 167。 其它電阻 ≤200Ω R24=RRP2=100Ω 25 167。 第二章 輸入輸出接口與過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 (23) 一般地，變送器實際設(shè)計時要求在 冷端溫度為 20℃ 時完全補償，此時應(yīng)有 20 0t 1 C u 1 C u C u( 20 0) ( )E E , I R I R R? ? ? ? ? ? ? ?式中 E(20， 0)表示冷端溫度為 0℃ 時，用熱電偶測量被測溫度為 20℃ 的熱電勢 27 W1用于調(diào)零點， W2用于調(diào)電流， W3用于調(diào)滿刻度 ICL7650 R1 R2 R3 W1 W2 熱電偶 W3 2）熱電偶的輸入電路 167。 第二章 過程通道技術(shù) 信號調(diào)理 3）熱電阻的輸入電路 29 放大器 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，放大器的作用