【文章內(nèi)容簡介】 4052A INH A B C 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 沒有 沒有 0X,0Y 1X,1Y 2X,2Y 1X,1Y 2X,2Y 3X,3Y 3X,3Y 0X,0Y 模擬 I/O通道建立 通道選擇真值表與 CD4051A/CD4052A相似， CD4067B對應(yīng) CD4051A， 只是輸入狀態(tài)為 C、 D、 B、 A決定的 16種，分別選中 0～ 15通道； CD4097B對應(yīng) CD4052A， 選中的通道為 X0/Y0～ X7/Y7, 分別由 C、 B、 A的 8種控制狀態(tài)決定。 前者是 16通道雙向多 /1模擬開關(guān)，后者是雙輸入、 雙輸出 8路多 /1模擬開關(guān)。 通道 通道 IN/OUT IN/OUT IN/OUT IN/OUT X通道 Y通道 OUT/IN Y OUT/IN OUT/IN 公共 7 0 0 . . . A B VSS VDD 8 15 INH C D X . . . 7 0 A B VSS . . . VDD 0 6 7 C INH . . . 1 2 3 4 5 6 7 9 8 10 11 12 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 CD 4067B CD 4097B ★模擬開關(guān)的主要參數(shù)： 模擬 I/O通道建立 ▲開關(guān)接通后導(dǎo)通電阻 Ron ▲所有開關(guān)斷開時輸出端漏電流 IOUT ▲所有開關(guān)斷開時輸入端漏電流 IS ▲開關(guān)接通時間延遲 Toff ▲通道切換時間 Topen 這些參數(shù)值直接影響模擬開關(guān)所在 A/D、 D/A通道的精 度和速度。 ★模擬開關(guān)通道數(shù)擴(kuò)展方法 模擬 I/O通道建立 以 2個 AD7501擴(kuò)展 為 16路 AMUX為例： AD7501 OUT OUT OUT EN EN S0 S7 A2 A1 A0 S0 S7 A2 A1 A0 A3 S0 S7 A2 A1 A0 S8 S15 . . . . . . . . . . . . . . . amp。 模擬 I/O通道建立 (2)采樣保持電路 (S/H) ★主要參數(shù) ▲孔徑時間 TAP： 指該電路接到保持命令后，開關(guān)由導(dǎo)通到斷開所需的時間。 ▲捕捉時間 TAC： 指該電路處于保持模式時，從接到采樣命令到采樣保持器輸出跟蹤上當(dāng)前輸入信號所需的時間。 ▲保持電壓衰減率 : (V/S) ▲饋送：保持模式時由于寄生電容、輸入電壓變化引起的輸出電壓的微小變化。 ▲直流偏差：采樣期間將信號輸入端 (Vi端 )接到地電平時的輸出電壓值。 控制信號 ΔV ΔT 控制 邏輯 VI Ch VO S ∞ + A2 ∞ + A1 6 模擬 I/O通道建立 ★ S/H集成芯片舉例 以應(yīng)用較普遍的 LF398為例。 LF398的功能框圖和典型接線 偏置調(diào)節(jié) 模擬 輸入 控制 輸入 3 7 6 2 30kΩ D1 D2 S 300Ω A1 + + ∞ ∞ A2 Ch 5 輸出 24kΩ 1kΩ 采樣 保持 保持 LF398 5 VO Ch VI V+ V I/O通道的設(shè)計和建立 主要任務(wù)： ⑴合理選擇通道結(jié)構(gòu) ⑵正確設(shè)計或選用功能部件 (ADC、 DAC、 AMUX、 S/H、 測量放大器等 ) ⑶正確設(shè)計通道中各功能部件與 MPU的接口 (包括硬件 和軟件 ) 設(shè)計原則 (指導(dǎo)思想 )： ⑴就低不就高 以能滿足要求、達(dá)到預(yù)期指標(biāo)為先決條件。 ⑵方案的多解性 靈活性較大 模擬 I/O通道建立 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理技術(shù)從一般意義上說，包括三方面內(nèi)容： ⑴信號調(diào)理 對傳感器輸出信號進(jìn)行放大、濾波、 I/V轉(zhuǎn)換等 預(yù)處理。 ⑵一次處理 對采集到計算機(jī)中的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字濾波、 非線性補(bǔ)償、標(biāo)度變換等加工處理，旨在提高 采集數(shù)據(jù)的精確度、可信度，并使之標(biāo)準(zhǔn)化、 格式化，以運(yùn)算和顯示、打印 /記錄。 ⑶二次處理 對可信的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、融合、處理、判 斷、決策，形成控制信息。 信號調(diào)理都是由硬件完成的，而一次 /二次處理一 般由軟件完成。 通常所說的處理多指上述的一次處理。 一次處理的主要任務(wù)是提高檢測數(shù)據(jù)的精確度、可 靠度 ,而精確度、可靠度主要受檢測過程的隨機(jī)誤差和系 統(tǒng)誤差的影響。因此數(shù)據(jù)處理實質(zhì)上主要包括隨機(jī)誤差和 系統(tǒng)誤差兩種誤差的處理。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理 ▲隨機(jī)誤差 主要指外部干擾信號和內(nèi)部噪聲源或 某些意外情況出現(xiàn)所造成的檢測誤差。 ▲隨機(jī)誤差特點(diǎn) ●單點(diǎn)誤差具有不可預(yù)知性 (即隨機(jī)性 )。 ●總體上服從統(tǒng)計規(guī)律，多數(shù)情況下接近正態(tài)分布。 ●具有對稱性、有界性、互抵性，算術(shù)平均值趨于 0。 數(shù)據(jù)處理 ▲特點(diǎn)帶來的啟示 (隨機(jī)誤差處理的基本思想和理 論基礎(chǔ) ): 為了提高信噪比，可在每個采樣周期中進(jìn)行多次重復(fù) 采樣，以其平均值作為該周期的采樣 ▲當(dāng)然，在檢測過程中有時可能會偶爾出現(xiàn)強(qiáng)干擾 和意外情況，產(chǎn)生粗大誤差或個別數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。 這些偶爾出現(xiàn)的錯誤數(shù)據(jù)點(diǎn)常被稱作 奇異點(diǎn) 。 顯然，奇異點(diǎn)不符合上述一般隨機(jī)誤差的特點(diǎn)和 規(guī)律。 數(shù)據(jù)處理 所以，為了盡可能減小數(shù)據(jù)處理誤差， 對隨機(jī)誤差的處理一般分為兩步： (1)檢拾并取代奇異點(diǎn) (2)數(shù)字濾波 (1)檢拾并取代奇異點(diǎn) ①檢拾 (判別 )奇異點(diǎn) 方法是根據(jù)采樣頻率和被測物理量變化 特征，設(shè)定一個誤差窗口 W(也叫誤差容限 )，然 后看每次的實測值 Xt與預(yù)測值 Xt^之差是否超過 W， 據(jù)此判斷。 數(shù)據(jù)處理 數(shù)據(jù)處理 ②取代奇異點(diǎn) 用預(yù)測值 Xt^取代實測值 Xt。 如何得到預(yù)測值 Xt^， 取決于所采用的預(yù)測方法及 所建立的預(yù)測模型。 一般測控系統(tǒng)中常用一階差分方程作為預(yù)測模型來計 算預(yù)測值，即： Xt^=Xt1+(Xt1Xt2) 這種方法雖然簡單，但當(dāng)采樣頻率的選擇符合采樣定理 時，這樣得到的預(yù)測結(jié)果還是足夠精確的。 為確保檢測結(jié)果的正確性、真實性，有時還應(yīng)對連續(xù)出 現(xiàn)的奇異點(diǎn)進(jìn)行計數(shù)，以防系統(tǒng)誤差造成的數(shù)據(jù)平移等假象。 數(shù)據(jù)處理 E=E1(采樣點(diǎn)數(shù)減 1） 設(shè)定誤差窗口 W和采樣點(diǎn)數(shù) N設(shè)置工作單元 A,B,C,D,E。N→E 讀入 Xt Xt1和 Xt Xt2→A 、 Xt1→BXt→C 計算預(yù)測值：Xt^=(B)+(B)(A),Xt^→D │ CD│W? 奇異點(diǎn)計數(shù)清零 (B)→A,(C)→B E=0? 計算算術(shù)平均值： X= 1 N ∑ Xi N i=1 返回 舍去，返回采樣程序 3? 奇異點(diǎn)計數(shù) (加 1) (D)→C N Y N N Y Y 數(shù)據(jù)處理 (2)數(shù)字濾波 一種軟件濾波方法，即利用計算機(jī)程序代替硬件濾 波器，對剔除奇異點(diǎn)的檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑加工，目的是提高 信噪比。 ①程序判斷濾波法 ②中值濾波法 ③算術(shù)平均濾波法 ④加權(quán)平均濾波法 ⑤比較取舍濾波法 ⑥平滑濾波法 ⑦一階遞推濾波法 數(shù)據(jù)處理 ①程序判斷濾波法 根據(jù)生產(chǎn)經(jīng)驗事先確定相鄰兩次采樣輸入信號可 能出現(xiàn)的最大