【正文】 章 檢測信號的傳輸與采集 表 23 AD574A邏輯控制真值表 CE CS R ／ C 12 ／8 A 0 工作狀態(tài) 0 * * * * 不工作 * * * * * 不工作 1 0 * * 0 啟動 12 位轉(zhuǎn)換 1 0 * * 1 啟動 8 位轉(zhuǎn)換 1 1 1 接 + 5v * 并行輸出 12 位數(shù)字 l 1 1 接地 0 并行輸出高 8 位數(shù)字 l 1 1 接地 1 并行輸出低 4 位數(shù)字 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 7） 工作狀態(tài)指示 STS(28腳 )—— STS=1時表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài) ， STS=0時表示 A／ D轉(zhuǎn)換完畢 。 說明： ① 當 12／ 8=0且 A0=0時 ， 輸出高 8位；當 12／ 8=0且A0=1時 ， 輸出低 4位 ， 并以 4個 0補足尾隨的 4位 。 同時滿足 CE=1， CS=0時， AD574才能處于正常工作狀態(tài)。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 (4) 輸出引腳 12個引腳輸出 12位二進制數(shù)碼 ， 碼位與引腳對應關(guān)系為：引腳 16～ 27— D0～ D11， 為 12位二進制數(shù)碼輸出數(shù)據(jù)線 。 REFOUT(8腳 )——片內(nèi)參考電壓源基準電壓輸出端； REFIN(10腳 )——基準電壓值輸入端 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 3) 芯片內(nèi)參考電壓源可提供基準電壓值為 + V177。 (2) 雙極性輸入： BIPOFF(12腳 )——經(jīng) 100 Ω 可調(diào)電阻接 8腳 。 (1) 單極性輸入： BIPOFF(12腳 )——經(jīng) 100 Ω 電阻接地 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 218 AD574的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 219 AD574A引腳功能 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 1) UL（ 1腳） ——+5 V； VCC(7腳 )—— +15 V／ +12 V； VEE(11腳 )—— － 15 V／－ 12 V； AG(9腳 )——模擬公共端； DG(15腳 )—— 數(shù)字公共端。 1/2LSB。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 4 .A／ D轉(zhuǎn)換器芯片 AD574A簡介 AD574A型快速 12位逐次比較式 A／ D轉(zhuǎn)換器為美國模擬器件公司產(chǎn)品 。 (5) 其他參數(shù)如對電源電壓變化的抑制比 (PSRR)、 零點和增益溫度系數(shù) 、 輸入電阻等 。 通常轉(zhuǎn)換時間 TC比采樣 /保持器的孔徑時間 TAP大 ， 更比孔徑抖動 TAJ大得多 ， 因此若不加采樣保持器 ， 在保證轉(zhuǎn)換誤差不大于量化誤差 e的條件下 ， A／ D轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換輸入信號 Vx(t)的最高頻率是很低的 ， 公式 (22)是轉(zhuǎn)換時間 TC和轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與可采集信號的最高頻率的關(guān)系： Cn Tf1211H ?? ?（ 22） 例如： 8位 ADC (080X)， n=8， Tc=100μs， fH≤ Hz； 12位ADC (AD574)， n=12， Tc=35μs， fH≤ Hz； 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 例如： 8位 ADC (080X)， n=8， Tc=100μs， fH≤ Hz； 12位ADC (AD574)， n=12， Tc=35μs， fH≤ Hz； 為了對更高頻率的輸入信號進行模一數(shù)轉(zhuǎn)換 ， 在 A／ D轉(zhuǎn)換器前都要加采樣保持器 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 (3) 轉(zhuǎn)換時間 。 (2) 量化誤差 e 在理論上 ≤ 177。5G14433雙積分式 A／ D轉(zhuǎn)換器的分辨率為 3位半。 分辨力為 1 LSB (最低有效位數(shù) )。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 A／ D (1) 分辨力與分辨率 。 并行 ADC占用較多的數(shù)據(jù)線 ， 具有輸出速度快的優(yōu)點 ， 在轉(zhuǎn)換位數(shù)較少時具有很高的性價比 。 按其轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)的方式 ， 可分為并行和串行兩種 ， 其中并行又分為 8位 、 10位 、 14位和 16位等；按其轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式和雙積分式等 。 因此 A／ D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié) ， 它直接關(guān)系到測量的準確度 、 分辨力和轉(zhuǎn)換速度 。 在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中 ， 傳感器的輸出大部分為模擬信號 (電壓 、 電流 )， 而計算機只能接收數(shù)字量 。 不需要直流調(diào)零時 ， 管腳 2懸空 。 將 1 kΩ 電位器的一個固定端接 VCC， 另一個固定端通過電阻接地 ， 可調(diào)端接管腳 2。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 217所示是 LF398作為采樣／保持器應用的典型電路 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 215 LF198/LF298/LF398結(jié)構(gòu)原理圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 216 LF198/LF298/LF398管腳圖 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 LF398 ① 電源電壓為 177。 LF198／ LF298／ LF398的電路結(jié)構(gòu)完全相同 ， 只是某些電氣參數(shù)稍有不同 ， 其結(jié)構(gòu)原理如圖 215所示 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 2) LF198/LF298/LF398 LF198／ LF298／ LF398是一種具有采樣速度高 、 保持電壓下降速率慢及精度高的單片集成采樣／保持器 ， 采用雙極型 —結(jié)型場效應管工藝 。 （ 4） 使用時要把模擬地與數(shù)字地相互隔開 ， 以提高抗干擾能力 。 （ 3） 輸入信號電平可達電源電壓 177。 （ 2） 保持電容器 C充電電流與保持時的電容漏電流之間的比值可達 107。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 AD582的使用特點如下： （ 1） 采樣時間比較短 ， 最短可達 6 μ s。 分別為 +15 V和－ 15 V。 Logic IN+相對于 Logic IN－的電壓為－ 6 V～ + V時 ， AD582處于采樣工作方式； Logic IN+偏置為 +2 V～ +Vs－ 3 V之間時 ， AD582處于保持工作方式 。由于采樣／保持器的增益為 1，所以輸出始終跟蹤輸入 (注意相位的變化 )。 由用戶選用 。 使用時要求外接一個電位器 ， 以調(diào)整第一級差動運算放大器的工作電流 。 接 +IN時 ， 輸出與輸入同相；接－ IN時 ， 輸出與輸入反相 。 AD582的引腳及結(jié)構(gòu)原理如圖 214所示 。 圖 213所示為采樣／保持過程的示意圖 。 這兩種方式由方式控制端來選擇 。 由于模擬信號向數(shù)字信號進行轉(zhuǎn)換需要一定的時間 ， 因此在這段時間里 ， 必須保持采樣點的數(shù)值不變 ， 才能保證轉(zhuǎn)換的精度 ， 這就是采樣／保持器的意義所在 。不同的是它可以一次接通 3個通道 ， 此外它有 3個二選一譯碼器 ， 其工作原理如圖 212所示 。 CD4052的工作原理如圖 211所示 。 譯碼器譯出的每一種狀態(tài)同時控制 X、 Y兩個開關(guān) 。 二進制譯碼器用來對選擇輸入端 A、 B、 C的狀態(tài)進行譯碼 ， 并控制開關(guān)電路 TG， 使某一路開關(guān)接通 ， 從而使輸入 /輸出通道相連 。 其工作原理如圖 2－ 10所示 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 29 (a) 分布式單機結(jié)構(gòu)； (b) 網(wǎng)絡式結(jié)構(gòu) 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 多路開關(guān) 1） CD4051： CD4051是一個雙向 8通道多路開關(guān) ， 它有 3個二進制控制輸入端 A、 B、 C和一個禁止輸入端 ， 并由 3位二進制信號來選擇 8個通道中的一個通道 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 28 (a) 多通道同步型； (b) 多通道分時型 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 2. 分散采集式 (分布式 ) 分布式如圖 29(a)所示 ， 無切換開關(guān) ， 這種結(jié)構(gòu)形式通常用于高速系統(tǒng) ， 允許通道同時進行轉(zhuǎn)換 。 如圖 28(a)所示 ， 每個通道都有自己的 S／ H， 并可受同一觸發(fā)信號控制 ， 這樣可以做到在同一時刻內(nèi)將采集信號暫存在各自的保持電容上 ， 以后由計算機指令逐一進行 A／ D轉(zhuǎn)換 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 圖 27 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 1. 集中采集式 集中采集式又有兩種結(jié)構(gòu)形式：同步型和分時型 。 因此 ， 一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實際上是一個計算機應用系統(tǒng) ， 它由軟件和硬件兩大部分組成 。 由圖可見 ， 計算機通過標準接口與本身的外部設(shè)備連接 ， 如打印機 、 顯示器等 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 檢測信號的數(shù)據(jù)采集 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡稱 DAS， 其種類很多 ， 但其基本構(gòu)成是相似的 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 5) FF（ 基金會現(xiàn)場總線 ） 現(xiàn)場總線基金會 (FF)是國際公認的惟一不附屬于某企業(yè)的公正非商業(yè)化的國際標準化組織 ， 其宗旨是制定統(tǒng)一的現(xiàn)場總線國際標準 ， 無專利許可要求 ， 可供任何人使用 。 如 PROFIBUSPA用于過程自動化 ， 通過總線供電 ， 提供本質(zhì)安全型 ， 可用于危險防爆區(qū)域； PROFIBUSFMS用于一般自動化； PROFIBUSDP用于加工自動化 ， 適用于分散的外圍設(shè)備 。 第一個 CPU為介質(zhì)訪問控制處理器 ， 實現(xiàn) Lon Tank協(xié)議的第 1層和第 2層；第 2個 CPU為網(wǎng)絡處理器 ， 實現(xiàn) Lon Tank協(xié)議的第 3層至第 6層；第 3個 CPU為應用處理器 ， 實現(xiàn) Lon Tank協(xié)議的第 7層 ， 執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務 。 CAN已成為國際標準化組織 ISO 11898標準 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 3． 1) CAN(控制器局域網(wǎng)絡 ) CAN屬于總線型串行通信網(wǎng)絡 ， 最早用于汽車內(nèi)部檢測部件與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信 。 信息在功能塊內(nèi)經(jīng)過處理后輸出 ， 用戶對功能塊的工作就是選擇 “ 設(shè)定特征 ” 及 “ 設(shè)定參數(shù) ” ， 并將其連接起來 。 用戶層定義了從現(xiàn)場裝置中讀 、 寫信息和向網(wǎng)絡中其他裝置分派信息的方法 ， 即規(guī)定了供用戶組態(tài)構(gòu)成系統(tǒng)的標準 “ 功能模塊 ” 。 同時按計劃配置應用層 ， 也對網(wǎng)絡進行控制 ， 統(tǒng)計失敗和檢測新加入或退出網(wǎng)絡的裝置 。 它為用戶應用提供接口 ， 定義了如何應用讀 、 寫 、 中斷和操作信息及命令 ， 同時定義了信息 、 句法 (包括請求 、執(zhí)行及響應信息 )的格式和內(nèi)容 。 上面子層是應用服務層 (FMS層 )， 它為用戶提供服務；下面子層是現(xiàn)場總線存取層 (FAS層 )，它實現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的連接 。 其機理類似于多機系統(tǒng)中并行總線的管理機制。 這是一種多主站協(xié)議 ， 主站之間以令牌傳送協(xié)議進行工作 ， 持有令牌的站可以輪詢其他站 。 其基本原理是網(wǎng)絡中有主站 ， 主站周期性地輪詢各個節(jié)點 ， 被輪詢的節(jié)點允許與其他節(jié)點通信 。 現(xiàn)場總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜 、 光纖和無線介質(zhì) 。 Manchester編碼采用基帶傳輸 ， 而 NRZ編碼采用頻帶傳輸 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 1） 物理層定義了信號的編碼與傳送方式 、 傳送介質(zhì) 、 接口的電氣及機械特性 、 信號傳輸速率等 。 OSI協(xié)議是為計算機互聯(lián)網(wǎng)而制定的七層參考模型 ， 即物理層 、 數(shù)據(jù)鏈路層 、 網(wǎng)絡層 、 傳輸層 、 會話層 、 表示層和應用層 ， 它對任何網(wǎng)絡都是適用的 ， 只要網(wǎng)絡中所要處理的要素是通過共同的路徑進行通信的 。 在現(xiàn)場總線的環(huán)境下 ， 借助現(xiàn)場總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其他網(wǎng)段 ， 實現(xiàn)異地遠程自動控制 ， 如操作遠在數(shù)十萬米之外的電氣開關(guān)等 。 第 2章 檢測信號的傳輸與采集 1． 現(xiàn)場總線是綜合運用微處理器技術(shù) 、 網(wǎng)絡技術(shù) 、 通信技術(shù)和自動控制技術(shù)的產(chǎn)物 。 頻帶傳輸在發(fā)送端和接收端都要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器 。 基帶傳輸系