【正文】 氣 象 儀 器 微控制器 (MCU) 2022/3/13 23 ?習慣上稱智能儀器中的微處理器為微控制器或單片機。 ?原理：通過使用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波等方法增加有效分辨率，然后對 A/D轉(zhuǎn)換器輸出進行采樣抽取處理以降低有效采樣速率，實現(xiàn) A/D轉(zhuǎn)換。但轉(zhuǎn)換速度較慢，一般一次轉(zhuǎn)換時間在 12ms，而逐次比較型 AD轉(zhuǎn)換器可達到 1?s。然后再對中間變量量化編碼，得出轉(zhuǎn)換結(jié)果。 ?特點：轉(zhuǎn)換時間與轉(zhuǎn)換精度比較適中，轉(zhuǎn)換時間一般在級，轉(zhuǎn)換精度一般在%以下，是目前集成 A/D轉(zhuǎn)換器產(chǎn)品中使用較為普遍的一種。 3位并行比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 逐次比較型 A/D轉(zhuǎn)換器 2022/3/13 19 ?由控制邏輯電路、時序產(chǎn)生器、移位寄存器、 D/A轉(zhuǎn)換器及電壓比較器組成。例如， n=8時，需要 281=255個比較器。一個 n位的轉(zhuǎn)換器，需要 2n1個比較器。 ?優(yōu)點是轉(zhuǎn)換速度快，其轉(zhuǎn)換時間只受電路傳輸延遲時間的限制，最快能達到低于 20ns。 ?轉(zhuǎn)換時間 是指 A/D轉(zhuǎn)換器從轉(zhuǎn)換控制信號到來開始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時間。 ?轉(zhuǎn)換誤差 通常以輸出誤差的最大值形式給出。 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標 2022/3/13 16 線性度 轉(zhuǎn)換誤差 轉(zhuǎn)換時間 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標 ?分辨率 是指輸出數(shù)字量變化一個最小單位 (最低位的變化 )，對應(yīng)輸入模擬量需要變化的量。 量化： 將采樣保持電路輸出的模擬電壓轉(zhuǎn)化為最小數(shù)字量單位整數(shù)倍的轉(zhuǎn)化過程。 采樣： 是指周期地獲取模擬信號的瞬時值，從而得到一系列時間上離散的脈沖采樣值。 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 第二章 智能儀器基礎(chǔ) 2022/3/13 14 概述 傳感器與信號調(diào)理 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 微控制器 人機接口 低功耗設(shè)計 數(shù)據(jù)處理技術(shù) LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) ?由于實際測量對象往往都是一些模擬量 (如溫度、壓力、位移、等 )，要讓微處理器識別、處理這些信號，必須首先將這些模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，也就是模 /數(shù)（ A/D）轉(zhuǎn)換。 (2)泄漏電流低，對于測量放大器的輸入端，無需提供偏流返回通路。主要用于要求共模抑制比高的、模擬信號的傳輸放大中， 可在模擬信號進入采集系統(tǒng)之前，用隔離放大器進行隔離放大。缺點是模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻及其漂移會影響增益的精度。 為了提高電路的抗共模干擾能力和抑制漂移的影響，電路采用上、下對稱結(jié)構(gòu) ,儀用放大器的閉環(huán)增益為 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 集成儀用放大器 2022/3/13 11 美國 AD公司提供的 AD521/52 AD612/605等測量放大器； BB公司的 INA114/118； Maxim公司的 MAX4195/4196/4197等。 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 儀用放大器 2022/3/13 10 儀用放大器是一種具有精密差動電壓增益的器件。 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 信號調(diào)理 2022/3/13 9 信號調(diào)理 濾波 …… 放大 去噪 主要針對前置放大器部分加以闡述 傳感器輸出的信號不可避免的包含雜波信號，幅度也不一定適合直接進行數(shù)模（ A/D）轉(zhuǎn)換，需要將傳感器的信號進行調(diào)理。當傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。 傳感器與 信號調(diào)理 傳感器 是指能把物理化學量轉(zhuǎn)變成便于利用和輸出的電信號，用于獲取被測信息，完成信號的檢測和轉(zhuǎn)換的器件。?氣象儀器 主講人： LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 第二章 智能儀器基礎(chǔ) 2022/3/13 2 概述 傳感器與信號調(diào)理 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 微控制器 人機接口 低功耗設(shè)計 數(shù)據(jù)處理技術(shù) LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 2022/3/13 3 概述 隨著微電子技術(shù)的不斷發(fā)展以及單片機的問世，以單片機為主體，將計算機技術(shù)與測量控制技術(shù)結(jié)合在一起，又組成了所謂的“智能化測量控制系統(tǒng)”，也就是智能儀器。 操作自動化 具有自測功能 具有數(shù)據(jù)處理功能 具有友好的人機對話能力 具有可程控操作能力 智能儀器的功能特點 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 智能儀器發(fā)展趨勢 ?1 微型化 ?2 多功能 ?3 人工智能化 ?4 融合 ISP和 EMIT技術(shù)，實現(xiàn)儀器儀表系統(tǒng)的Inter接入（網(wǎng)絡(luò)化） ?5 智能儀器發(fā)展的新階段 虛擬儀器 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 第二章 智能儀器基礎(chǔ) 2022/3/13 5 概述 傳感器與信號調(diào)理 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù) 微控制器 人機接口 低功耗設(shè)計 數(shù)據(jù)處理技術(shù) LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 傳感器與信號調(diào)理 2022/3/13 6 信號調(diào)理 是將實際存在的電壓、電流、聲音、圖像、溫度、壓力等連續(xù)變化的模擬信號進行放大、濾波、隔離等操作轉(zhuǎn)換成采集設(shè)備能夠識別的標準信號 。 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 Text 4 結(jié)構(gòu)型 物理型 能量轉(zhuǎn)化型 能量控制型 傳感器的分類 按被測物理量 按傳感器與被測量 間能量轉(zhuǎn)換關(guān)系 傳感器 2022/3/13 7 Text 3 按傳感器工作或 信號轉(zhuǎn)換原理 力、速度、溫度傳感器等 LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 傳感器的選擇 2022/3/13 8 ?1)測量對象與測量環(huán)境 ?2)靈敏度 ?3)頻率響應(yīng)特性 ?4)線性范圍 ?5)穩(wěn)定性 ?6)精度 合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時首先要解決的問題。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 完成濾波、幅度變換等調(diào)理功能的電路稱為信號調(diào)理電路。由于其具有高共模抑制比、高穩(wěn)定增益、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低溫漂、低失調(diào)電壓等優(yōu)點，因此，非常適合于微弱信號的放大，以及有較大共模干擾的場合。 GRRsU i nU ou tA ??管腳 OFF SET(4,6腳 )腳用來調(diào)節(jié)放大器的零點，調(diào)整方法是將這兩個端子接到一個 10 電位器的固定端，電位器的滑動端接到負電源上，如圖 22（ b）所示，放大器的放大倍數(shù) A： ??LOGO 儀器科學與技術(shù)系 氣 象 儀 器 程控增益放大器 2022/3/13 12 1）程控同相放大器 信號從同相端輸入，