【正文】 分辨率 是指 D/A 轉(zhuǎn)換器能 分辨的最小輸出模擬增量 ，即當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對應(yīng)輸出模擬量的變化量，它取決于能轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制位數(shù)，數(shù)字量位數(shù)越多，分辨率也就越高 。 三、 模擬分配 分時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ? 特點(diǎn)：各通道 共用一個 D/A和一個 數(shù)據(jù)寄存器 ，數(shù)據(jù)分時依次送入通道進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換： 圖 229 分時轉(zhuǎn)換多通道模擬分配結(jié)構(gòu) 模擬分配分時轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ? 采用模擬多路切換器的 D/A 圖 229 分時轉(zhuǎn)換多通道模擬分配結(jié)構(gòu) 四、比較和選擇 ? 模擬分配方案： 輸出穩(wěn)定性差（由于存儲電容漏電） 輸出無跳變（由于電容有積分作用） 電路不復(fù)雜（只需要一個 DAC） ? 數(shù)字分配方案： 輸出穩(wěn)定性好 輸出有跳變 電路復(fù)雜。 ? 工作原理：如圖，多了個 R2寄存器 圖 228 數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 消除時間差 R2寄存器作用 為實(shí)現(xiàn)各信號同步到達(dá)記錄儀器或執(zhí)行部件，在各路數(shù)據(jù)寄存器 R1與 D/A轉(zhuǎn)換器之間增設(shè)一個數(shù)據(jù)寄存器 R2作用： ①數(shù)據(jù)總線分時選通主機(jī)的輸出數(shù)據(jù)先后被各路數(shù)據(jù)寄存器 R1接收； ②在同一命令控制下將數(shù)據(jù)由 R1傳送到 R2 ,同時進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換并輸出模擬量。通道之間有時間差異，不適合于要求多參量同步控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)。 經(jīng)過理想平滑濾波器的輸出頻譜為 ss THFHHFF )()()()()()(10?????? ????通常取平滑濾波器的截止頻率 等于信號的最高頻率 且等于 保持頻率的四分之一，即 hf cfssch Tfff 4/14/ ???此時可以近似的認(rèn)為 )()()()( 00 tftfFF ?? 或??可見，在零階保持器后接平滑濾波器，基本上可以從子樣脈沖串 恢復(fù)出光滑的信號波形 ，這就是模擬輸出通道中要設(shè)置 零 階保持器 和 平滑濾波器 的理論依據(jù) ??tfs)(tf二 保持周期的確定 若有 m路輸出 ,計(jì)算機(jī)每隔 t0輸出一個數(shù)據(jù)則零階保持器的保持周期為 : Ts=m t0 當(dāng)輸出保持周期 Ts與輸入采樣周期 T相等時 ,則恢復(fù)信號與輸入信號波形相同即： 若輸出周期與采樣周期保持一個比例關(guān)系即： )()(0 tftf ?則恢復(fù)信號與輸入信號波形相似 . aTT s ?)()(0 atftf ?222 模擬輸出通道的基本結(jié)構(gòu) 組成 ：數(shù)據(jù)寄存器、 D/A轉(zhuǎn)換器、轉(zhuǎn)換電路、 調(diào)理電路。)([)()(1 ???? FFTHfs??])3()2()([])3()2()([)(39。 其中 : 稱為 基帶頻譜 稱為 調(diào)制頻譜 由下圖可知 ,保持器的頻譜響應(yīng)具有突出基帶作用 ,可以部分阻止調(diào)制分量通過 ,所以 ,零階保持器輸出是階梯狀 .為了平滑處理 ,引入一低通濾波器 . )(?F)(?39。 對比： 模擬保持器在保持期間保持 電壓會跌落 ；但是數(shù)字保持器不會有 模擬保持器比數(shù)字保持器 結(jié)構(gòu)簡單，成本低 。 數(shù)據(jù)保持方式：采用專用數(shù)據(jù)鎖存器的輸出保持器 上圖為數(shù)據(jù)保持方式，即在 D/A之間加設(shè)一個寄存器，讓每個采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)在該寄存器中一直寄存到本路信號的下個采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)到來為止，這樣 D/A轉(zhuǎn)換器輸出波形就不是離散的脈沖電壓，而是 連續(xù)的臺階電壓 。 保持電容 CH一般選用 —— F的優(yōu)質(zhì)電容 （ 如聚四氟乙烯電容 ） 22 模擬輸出通道 221 模擬輸出通道的基本理論 一 、零階保持與平滑濾波 D/A是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號進(jìn)行模擬輸出的過程 ,有兩種基本方式 ,一階保持 和 零階保持 . 圖 221 一階保持與零階保持 應(yīng)用較廣泛 模擬輸出通道的基本理論 零階保持器實(shí)現(xiàn) :數(shù)據(jù)保持方式 ,模擬保持方式 圖 222 零階保持器的兩種形式 模擬保持方式：采用保持電容的輸出保持器 R SU 1R of fR onR 2RcCSUo電容保持器原理圖 模擬保持方式，即在公用的 D/A之后每路加一個采樣保持器，保持器將 D/A轉(zhuǎn)換器輸出子樣電壓保持到本路信號的下一個采樣電壓產(chǎn)生時為止。 圖 5810為 LF398的內(nèi)部原理圖及管腳配置 。 CD4051的邏輯與引腳 、 功能如圖 589所示。 在本電路中使用的為八選一模擬開關(guān) （ CD4051） CD4051是常用的八選一模擬開關(guān) ， 具有雙向傳輸性能 。 模擬開關(guān) 除了 CMOS四雙向模擬開關(guān)外 ， 另一類 CMOS模擬門就是常見的多路模擬開關(guān) 。 比較器輸出也可接報警電路 ， 當(dāng)輸入信號超出規(guī)定的工作范圍 ， 直接驅(qū)動報警器工作 ， 報警器的設(shè)計(jì)可參看 555的應(yīng)用章節(jié) 。當(dāng)輸入信號大于 V1或小于 V2基準(zhǔn)電壓 ， 發(fā)光二極管工作 ， 表示電路工作在不正常的狀態(tài) 。 基本的熱 —— 電 、 光 —— 電轉(zhuǎn)換電路為橋式電路， 與比較器相連 ， 構(gòu)成熱動 （ 光動 ） 開關(guān) ， 如圖 588所示 。舉個例子 ， 若選在 25℃ ， 通過調(diào)節(jié) RP,使（ R+RP） I=,則在此溫度下的溫度系數(shù)能滿足 1μ A/K的精確度要求 。 AD590的主要電器參數(shù)為： 工作電壓范圍： +4~+30V 測溫范圍： 50℃ ~+150℃ 溫度系數(shù)： 1μ A/K 25℃ 電流輸出（ ） A 輸出阻抗： 〉 10MΩ 由于 AD590是個溫控的恒流源器件 ， 因而使用時往往轉(zhuǎn)換為電壓信號 ， 圖 1為一最簡單的測溫電路 。 傳感器的種類很多，最常用的有光傳感器，溫度傳感器和壓力傳感器等。 為此 ， 首先要把這些物理量轉(zhuǎn)換為便于處理的電信號或其他信號 ，而實(shí)現(xiàn)這個變換的部件稱為傳感器 。 傳感器放大A/D D/A顯示控制電路故障顯示故障顯示比較比較模擬開關(guān)S/HtvACVACvO圖5 8 1 多路數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)框圖（ 二 ） 原理分析與設(shè)計(jì) A/D轉(zhuǎn)換 A/D轉(zhuǎn)換器是將模擬電壓或電流轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件或設(shè)備，它是模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)之間的接口。 圖中三路模擬信號分別為溫度 （ T）， 直流電壓 （ VDC） ， 交流電壓 （ VAC） 。 二、設(shè)計(jì)原理 （ 一 ） 電路組成與框圖 本課題介紹的多路數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)要求不間斷地分別對溫度 、 電壓輸入實(shí)時地進(jìn)行檢測 、 監(jiān)控并實(shí)現(xiàn)報警等功能 ， 并對輸入的溫度 、 電壓通過 A/D轉(zhuǎn)換顯示 。 3． 根據(jù)步驟 2所測電壓值，設(shè)計(jì)并調(diào)試溫度變量的轉(zhuǎn)換與比較電路，并用發(fā)光二極管顯示不正常溫度。 3176。 2． 在 T=20～ 30176。 設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟 根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)并制作多路數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)控系統(tǒng)電路，并逐級調(diào)試。 3． 交流正弦電壓： VAC=（ 1～ 2） V， ?=1KHZ，觀測D/A轉(zhuǎn)換后的電壓波形。 C時，報警（發(fā)光顯示）；當(dāng) T24176。 3176。各路模擬參數(shù)的控制要求如下： 1． 正常工作溫度：測試正常工作溫度，T=27176。 3． 熟悉并掌握相關(guān)集成器件的性能參數(shù)及應(yīng)用 。信號特征 . ? 在確定了通道結(jié)構(gòu)后 ,根據(jù)總精度要求分配各環(huán)節(jié)的精度要求 . ? 一般傳感器和信號放大電路的誤差比例最大 . ? 元件選擇的要求其精度是系統(tǒng)精度的 10倍 . ? 例子見 P23 (自學(xué) ) 例：多路數(shù)據(jù)實(shí)時 監(jiān)控 系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 一 、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1． 學(xué)會一種小型電子系統(tǒng) — 多路數(shù)據(jù)巡回檢測 、 實(shí)時監(jiān)控與顯示電路的一般設(shè)計(jì)方法 。溫度條件 。由于該放大器的增益Kij是隨采樣幅值 Vij而變化調(diào)整的，故稱浮點(diǎn)放大器，因?yàn)榉糯笃髟鲆嬲{(diào)整必須在采樣電壓 Vij存在的那一瞬間完成，所以又稱為瞬時浮點(diǎn)放大器。 若被測量的多路模擬信號是隨時間變化的信號，而且同一時刻各路信號的幅度也不一樣。采樣時間和轉(zhuǎn)換時間之和 ,即 : 多路采集時的工作周期為 :N為輸入通道數(shù) 所能允許的模擬信號最高頻率為 : tttT ???)( tttNT ???)(11tttCNCTf ????m a x四 多路通道串音問題 原因 :模擬開關(guān)的關(guān)斷電阻不是無窮大 ,對正在接通的采集電路構(gòu)成干擾 .這就是串音干擾 . 圖見 P21圖 2116多路切換系統(tǒng)的等效電路 消除措施： 1 減少信號源內(nèi)阻 ,可采用電壓跟隨器 . 2 選用開路電阻大 ,接通電阻小的開關(guān)管 . 3 減少輸出端并聯(lián)開關(guān)數(shù) . 4 選用寄生電容小的多路開關(guān) . 五 主放大器的設(shè)計(jì) A/D采樣電路的量化相對誤差為 : 其中 Vij是模擬開關(guān)采樣電壓 ,q是絕對誤差 .可見 ,輸入電壓越大 ,相對誤差也就越小 ,所以 ,通常在 A/D前面放一個放大倍數(shù)為 K的主放大器 ,以提高 A/D的相對轉(zhuǎn)換精度 . 使得 : vq??vKq??0?（滿足轉(zhuǎn)換精度要求）不溢出）（使0/???jijiKVqDAEKVjijiVEKVq??0?對主放大器的 K的要求 : 最后可以推出 : 其中 :E是滿度輸入電壓 ,q=E/DFS, DFS,是滿度輸入電壓對應(yīng)的滿度輸出數(shù)字 . 主放大器的設(shè)計(jì) Vij不隨 j變化，但隨 i變化很大，應(yīng)在采集電路中設(shè)置程控增益放大器作為主放大器。 建立時間 ts 保持命令開始到保持終值時間 主要參數(shù) 保持電壓的跌落速度 : CIdtdV ??0ID為流過保持電容 CH的所有漏電流代數(shù)和。 積分型：轉(zhuǎn)換時間從幾十 ms到幾 ms，為低速 A/D 一般適用于對溫度、壓力、流量等緩 慢變化參量的檢測和控制 逐次比較型：轉(zhuǎn)換時間從幾 us到 100us左右，為 中速 A/D，一般適用于多通道單片機(jī)檢 測系統(tǒng)和聲頻數(shù)字轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 雙極型：轉(zhuǎn)換時間為 20100ns，為高速 A/D，一般適用于雷達(dá)、數(shù)字通訊、實(shí)時光譜分析、實(shí)時順態(tài)記錄、視頻數(shù)字轉(zhuǎn)換系統(tǒng) ocDASDASttN C fTCfTNTT?????m a x/m a x/11轉(zhuǎn)換時間 休止時間 N路采樣時間為： A/D轉(zhuǎn)換時間： A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率（單位時間能轉(zhuǎn)換的次數(shù)） ctt ??01轉(zhuǎn)換速率由上式可見，對于 fmax大的高頻（或者高速）測試系統(tǒng)，應(yīng)該采取以下措施： 減少通道數(shù) N，最好采用分散采集方式，即 N=1 減少截頻系數(shù) C，即增大去混淆低通濾波器的陡度 選用轉(zhuǎn)換時間 tc短的 A/D轉(zhuǎn)換芯片 將由 CPU讀取數(shù)據(jù)改為直接存儲器（ DMA）技術(shù)，以大大縮減休止時間 t0 2 、 A/D的 轉(zhuǎn)換速度 根據(jù) 環(huán)境選擇 A/D：溫度、功耗、可靠性等； 選擇 A/D轉(zhuǎn)換的 輸出狀態(tài) ： 并行、串行輸出，二進(jìn)制、 BCD碼輸出，時鐘等 捕捉時間 tAC 由保持狀態(tài)過渡到跟蹤輸入信號電壓值所需的時間，反映了A/D的采集速度。則應(yīng)使 ： , VVmgIEqkV2m in,??EkV ?,（小信號不被量化噪聲淹沒） （大信號不使 A/D溢出） A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 所以有： 動態(tài)范圍常用如下表示： 若知道 L1則可以確定位數(shù) ： mIIVV2m in,m a x, ?m i nm a xlg,201ViViL ?61Lm ?L S B21?121???? 1210A/D轉(zhuǎn)換的量化誤差為 即滿量程的 由于 MUX、 S/H、 A/D組成的數(shù)據(jù)采集電路的總誤差是這三個組成部分的分項(xiàng)誤差的綜合值，則選擇元件精度的一般規(guī)則是：每個元件的精度指標(biāo)應(yīng)優(yōu)于系統(tǒng)精度的 10倍左右。 214 采樣電路的參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇 一、 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 A/D轉(zhuǎn)換器 位數(shù) 的確定 設(shè)模擬輸入的電壓分別是 Kg為 A/D前放大器的增益。 ２、如果被測模擬信號為 動態(tài)信號 ，必須在 MUX與 A/D之間設(shè)置采樣保持器 S/H，如圖 (b)所 ３、如果各路模擬信號 幅度互不相