【文章內(nèi)容簡介】 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 AD 521 +IN IN OFF SET U OFF SET OUTPUT R G R S SENSE REF COMP U+ R S R G 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521及其應(yīng)用 引腳 Rs(10， 13)用于外接電阻 Rs， 該電阻用于對(duì)放大倍數(shù)進(jìn)行微調(diào) 。 選用時(shí) ， 可以得到比較穩(wěn)定的放大倍數(shù) 。 oSIGURGUR??1 0 0 1 5 %SRK? ? ?1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 +IN IN RG 10KΩ U UOUT RS 100KΩ U+ 引腳（ 2， 14）用于外接調(diào)整放大倍數(shù)的電阻。測量放大器的放大倍數(shù) ， 其數(shù)值可在 1～ 1000內(nèi)調(diào)整。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 二、測量放大器 AD521／ AD522及其應(yīng)用 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521／ AD522及其應(yīng)用 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521及其應(yīng)用 AD521與熱電偶信號(hào)的連接方式如圖。在使用 AD521(或任何其它測量放大器 )時(shí)，要 特別注意 為偏置電流提供回路。如果沒合回路，偏置電流就會(huì)對(duì)雜散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制。因此，當(dāng)用測量放大器處理來自熱電偶、變壓器或交流耦合源的輸入信號(hào)時(shí)，必須使輸入端對(duì)地有一條通路。為此，AD52l輸入端 (1或 3)要直接或通過電阻與電源的地線構(gòu)成回路。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 在模擬信號(hào)送到模數(shù)變換系統(tǒng)時(shí)，為減少轉(zhuǎn)換誤差，一般希望送來的模擬信號(hào)盡可能的大，然而，當(dāng)被測參量變化范圍較大時(shí)，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的模擬信號(hào)變化也較大，在這種情況下，如果單純采用一個(gè)放大倍數(shù)的放大器，就無法滿足上述要求，在進(jìn)行小信號(hào)轉(zhuǎn)換時(shí)，可能會(huì)引入較大的誤差。為了解決這個(gè)問題，工程上長采用通過改變放大器放大倍數(shù)增益的方法，來實(shí)現(xiàn)不同幅度信號(hào)的放大。 程控增益放大器 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 R 1+_VNVPV0RA 3程 控 增 益 放 大 器 原 理 圖ViRR 2R 3K 1K 2K 3如圖為一利用改變反饋電阻的辦法來實(shí)現(xiàn)量程變換的可變換增益放大器電路。當(dāng)開關(guān) K1閉合，而其余兩個(gè)開關(guān)斷開，其放大倍數(shù)為 同理， K2閉合，其余兩個(gè)開關(guān)斷開時(shí)的放大倍數(shù)為 。 選擇不同的開關(guān)閉合，即可實(shí)現(xiàn)增益的變換，如果利用軟件對(duì)開關(guān)閉合情況進(jìn)行選擇，即可實(shí)現(xiàn)程控增益放大。 11 RKR??22RKR?? 程控增益放大器 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 +_V0RA 3由 4 0 5 1 組 成 的 程 控 增 益 放 大 電 路ViRR2R w2R1R w1R3R w3R4R w4R5R w5R6R w6R7R w7R8R w8C O MABCC D 4 0 5 1y 0y 1y 2y 3y 4y 5y 6y 7利用了 CD4051的反向傳輸功能，當(dāng)計(jì)算機(jī)送出不同的 ABC信號(hào)組合時(shí)， Vi信號(hào)將從 Y0~Y7的某一端口輸出，而每一輸出端口配置的反饋電阻不相同，從而實(shí)現(xiàn)了可變?cè)鲆娣糯?。比如ABC組合為 101時(shí)，Vi將從 Y5端口輸出，而 ABC組合為 001時(shí)，Vi將從 Y1端口輸出。 程控增益放大器 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目的是利用計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力來處理數(shù)據(jù) 。 計(jì)算機(jī)是一種純數(shù)字設(shè)備 ， 而被采集的各種物理量一般都是連續(xù)模擬信號(hào) 。 因此 ， 在研究開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時(shí) ， 首先遇到的問題是： 傳感器所測量到的連續(xù)模擬信號(hào)怎樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào) ？ 采樣 /保持器 連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號(hào)，需要經(jīng)歷兩個(gè)過程：（ 1）時(shí)間離散；（ 2）數(shù)值離散 。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 x(t) xS(nTS) xq(nTS) x(n) 采樣 /保持 量化 編碼 計(jì)算機(jī) t x(t) t xS(nTS) t xq(nTS) x(n) n 001 011 100 010 010 011 q 2q 3q 4q TS 2TS 3TS … TS 2TS 3TS … 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 t x(t) x(t) K δTs(t) xS(nTS ) t xS(nTS ) τ TS TS 2TS 3TS … xs(nTs ) — 0, TS, 2TS — τ — TS — 采樣信號(hào) 。 采樣時(shí)刻 采樣時(shí)間； 采樣周期。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 低通型信號(hào)采樣定理： 對(duì)一個(gè)低通型信號(hào) ， 假設(shè)其頻譜為 ， 如果以 的間隔對(duì)其進(jìn)行等間隔采樣得到采樣信號(hào) ， 則該低通信號(hào)可以由采樣信號(hào)無失真的恢復(fù) 。 即 采樣 /保持器 ()xt( ), 0 cX f f f?? 12scT f?()sx nTsi n[ ( ) ]( ) ( )()sssnsst nTTx t x nTt nTT???? ? ?????第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 帶通型信號(hào)采樣定理： 對(duì)一個(gè)帶通型信號(hào) ， 假設(shè)其頻譜為 ， 如果以 的間隔對(duì)其進(jìn)行等間隔采樣得到采樣信號(hào) ， 則該低通信號(hào)可以由采樣信號(hào)無失真的恢復(fù) 。 其中 采樣 /保持器 ()xt1 2 (1 )s kTB n??( ), LHX f f f f??()sx nT, , 0 1H L HB f f f n B k B k? ? ? ? ? ?第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 1）采樣定理不適用的情況：一般來說，低通采樣定理在 fs=2fc時(shí)是不適用的。 2( ) sin( 2 ) , [ 0 , 2 ]( ) sin( 2 ) , [ 0 , 2 ]1( ) sin( 2 ) sin( )2[ sin c os c os sin ]c os sin ( 1 ) sin? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ? ?? ? ????? ? ? ?? ???????????? ? ???????????? ? ?? ?sccs c sffsssnx t A f tx nT A f nTx nT A nT A nTA n nA n A第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 1）采樣定理不適用的情況：一般來說，低通采樣定理在 fs=2fc時(shí)是不適用的。 ( ) ( 1 ) sinnsx nT A ???si n 0 , ( ) 00 | si n | 1 ( )| si n | 1ssx nTx nT????????時(shí) ， 無 法 恢 復(fù) 出 原 信 號(hào) ；時(shí) ， 幅 值 小 于 原 信 號(hào) ， 產(chǎn) 生 失 真 ；時(shí) ， 可 無 失 真 恢 復(fù) 原 信 號(hào) ， 但 是 難 以 做 到 。第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 2）頻率混淆及其克服：低通采樣定理嚴(yán)格地規(guī)定了采樣時(shí)間間隔的上限，如果 Ts取的過大，將會(huì)發(fā)生中的高頻成分被疊加到低頻成分上去的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為頻率混淆。 例如：如某連續(xù)信號(hào)中含有頻率為 900Hz， 400Hz及 100Hz的成分，若以 fs=500Hz進(jìn)行采樣，高頻信號(hào) (900Hz及 400Hz)的采樣值，構(gòu)成了 — 個(gè)虛假的低頻成分折疊到原低頻 (100Hz)波形的采樣值上，從而使原低頻波形的采樣值發(fā)生失真。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 2）頻率混淆及其克服：為減小頻率混淆，可采用兩種方法： ① 對(duì)頻域衰減較快的信號(hào) ?？捎锰岣卟蓸宇l率的方法來解決。但是， Ts也不能過小。 Ts過小，不僅增加計(jì)算機(jī)內(nèi)存占用量和計(jì)算量，還會(huì)使頻域的頻率分辨率下降過多。 ② 對(duì)頻域衰減較慢的信號(hào) ，可采用消除頻混濾波器來解決。即在采樣前，用一截止頻率為 w的消除頻混濾波器，先將信號(hào)低通濾波，將不需要的高頻成分濾掉，然后再進(jìn)行采樣和數(shù)據(jù)處理。這種方法既實(shí)用又簡單。消除頻混濾波器是一個(gè)低通濾波器，應(yīng)有良好的截止特性。比較理想的是多階有源 RC巴特沃斯(Butterworth)濾波器。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 2）頻率混淆及其克服：表是 根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來的一些物理量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期值，可供讀者在實(shí)際應(yīng)用中參考。 典型物理量的經(jīng)驗(yàn)采樣周期值 被測物理量 采樣周期 (s) 流量 1～ 2 壓力 液位 溫度 成分 3～ 5 6～ 8 10～ 15 15～ 20 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 3）采樣控制方式：模擬信號(hào) x(t)的采樣控制方式有以下 4種： ①無條件采樣 ： 當(dāng)采樣一開始，模擬信號(hào) x(t)的第一個(gè)采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)就被采集。然后，經(jīng)過一個(gè)采樣周期，再采集第二個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，直到將一段時(shí)間內(nèi)的模擬信號(hào)的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)全部采完為止。 優(yōu)點(diǎn)： 要求的硬件和軟件最簡單；適用于采集任何形式的模擬信號(hào)；易于實(shí)現(xiàn)信號(hào)波形的顯示。 缺點(diǎn)： 如果信號(hào)頻率較高，對(duì)信號(hào)的采樣時(shí)間間隔很短時(shí)，每個(gè)采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的采集、量化、編碼、存儲(chǔ)在一個(gè)采樣時(shí)間間隔內(nèi)完成很困難。 第三章 模擬信號(hào)處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計(jì) 》 課件 一、模擬信號(hào)的采樣 采樣 /保持器 （ 3）采樣控制方式： ②條件采樣： 程序查詢方式 ： CPU不斷地詢問 ADC的狀態(tài)，了解是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。當(dāng)需要采樣時(shí)， CPU發(fā)出啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換的命令，等到 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由第一輸入通道將結(jié)果取入內(nèi)存，然后 CPU再向 A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出轉(zhuǎn)換命令，等到 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由第二通道將結(jié)果取入內(nèi)存 …，直至所