信號輸入輸出ppt課件-展示頁
2025-05-15 02:26本頁面
【正文】 器工作在線性區(qū)域內(nèi)，是保證測量精度的基本條件。 線性范圍 任何傳感器都有一定的線性工作范圍。 一般物性型傳感器 (如利用光電效應(yīng)、壓電效應(yīng)等傳感器 )響應(yīng)時間短，工作頻率寬 。 ? 當(dāng)被測量是一個向量時，并且是一個單向量時，就要求傳感器單向靈敏度愈高愈好；如果被測量是二維或三維的向量，那么還應(yīng)要求傳感器的交叉靈敏度愈小愈好。當(dāng)傳感器的線性工作范圍一定時，傳感器的靈敏度越高，干擾噪聲越大，則難以保證傳感器的輸入在線性區(qū)域內(nèi)工作。也就是說，要求傳感器本身的噪聲小，而且不易從外界引進干擾噪聲。因此，為了既能使傳感器檢測到有用的微小信號 。 靈敏度 一般說來，傳感器靈敏度越高越好，因為靈敏度越高，就意味著傳感器所能感知的變化量小，即只要被測量有一微小變化，傳感器就有較大的輸出。 除了以上選用傳感器時應(yīng)充分考慮的一些因素外，還應(yīng)盡可能兼顧結(jié)構(gòu)簡單、體積小。 ３、按傳感器輸出信號的性質(zhì)： 可分為：輸出為開關(guān)量（ “ １ ” 和 ０ ” 或 “ 開 ”和 “ 關(guān) ” ）的開關(guān)型傳感器；輸出為模擬型傳感器；輸出為脈沖或代碼的數(shù)字型傳感器。 輔助電路： 主要是指電源。 通常，傳感器由 敏感元件 和 轉(zhuǎn)換電路 組成，如圖： 圖 傳感器結(jié)構(gòu)示意圖 敏 感元 件轉(zhuǎn) 換元 件輔 助 電 路信 號 調(diào) 節(jié)轉(zhuǎn) 換 電 路被 測非 電 量有 用非 電 量有 用電 量輸 出電 量 敏感元件： 傳感器中能直接感受或響應(yīng)被測量的部分； 轉(zhuǎn)換元件： 傳感器中能將敏感元件感受或響應(yīng)的被測量轉(zhuǎn)換成適合于傳輸或測量的電信號。有時候，輸出的模擬信號還有電壓、電流、功率等要求， D/A轉(zhuǎn)換后的模擬信號需要經(jīng)過一定的模擬電路來滿足這些要求。 D/A轉(zhuǎn)換： 有些輸出需要以模擬信號的形式存在（如語音信號），單片機輸出的 TTL電平數(shù)字信號必須經(jīng)過 D/A轉(zhuǎn)換。 對于開關(guān)量，可以很容易的映射成數(shù)字的 0或者 1，即 TTL的低電平和高電平，映射后的這些數(shù)字信號就可以直接輸入到單片機內(nèi)部。這樣模擬信號要想輸入到單片機中必須先將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 A/D轉(zhuǎn)換： 將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。對于非電量輸入需要通過傳感器將非電物理量轉(zhuǎn)換為模擬電信號。第七章 信號的輸入輸出技術(shù) 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 模擬信號的輸入 — 傳感器技術(shù) 模擬信號的輸入 A/D轉(zhuǎn)換 模擬信號的輸出 D/A轉(zhuǎn)換 開關(guān)量的輸入輸出 信號輸入輸出實驗 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖 單片機應(yīng)用系統(tǒng)的核心任務(wù)： 根據(jù)一定的輸入（前向通道），結(jié)合一定的處理算法，然后作出一定的輸出響應(yīng)（后向通道）。 輸入： 包括 模擬輸入 和 數(shù)字輸入 ， 電量信號輸入 和 非電量信號輸入 。 預(yù)處理： 一般包括 放大器 和 濾波器 兩部分： 信號經(jīng)過放大器的放大變?yōu)榫哂幸欢ǚ档哪M輸入信號； 濾波器（低通或帶通）的作用則是濾除輸入模擬信號中的無用頻率成分和噪聲，避免采樣后發(fā)生頻譜混疊失真。 MCS51單片機是整個系統(tǒng)的控制和處理核心，它是一個數(shù)字處理芯片，要求所有的輸入和輸出都是具有 TTL電平的數(shù)字信號。 A/D轉(zhuǎn)換器的任務(wù)就是在滿足奈奎斯特采樣定理的條件下，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。 輸出： 處理的結(jié)果需要輸出，對于開關(guān)量的輸出，可以簡單地經(jīng)過映射部件，將單片機的 TTL電平輸出信號轉(zhuǎn)換成所需要的開關(guān)量進行輸出。 由于轉(zhuǎn)換后模擬信號中往往含有許多高頻成分，因此也需要通過 濾波器 濾除這些高頻信號，以獲得平滑的模擬輸出信號。 模擬信號的輸入 — 傳感器技術(shù) 傳感器： 將被測非電量信號轉(zhuǎn)換為與之有確定對應(yīng)關(guān)系的電量輸出的器件或裝置，也叫變換器、換能器或探測器。 信號調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路： 由于傳感器輸出信號一般都很微弱，因此需要有信號調(diào)理和轉(zhuǎn)換電路，進行放大、運算調(diào)制等。 １、按傳感器的物理量： 可分為位移、力、速度、溫度、流量、氣體成份等傳感器； ２、按傳感器工作原理： 可分為電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電、光柵、熱電偶等傳感器。 選擇傳感器主要考慮 靈敏度 、 響應(yīng)特性 、 線性范圍、穩(wěn)定性、精確度、測量方式 等六個方面的問題。重量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。但是，在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題： ? 當(dāng)傳感器的靈敏度很高時，那些與被測信號無關(guān)的外界噪聲也會同時被檢測到，并通過傳感器輸出，從而干擾被測信號。又能使噪聲干擾小，要求傳感器的信噪比愈大愈好。 ? 與靈敏度緊密相關(guān)的是量程范圍。不言而喻，過高的靈敏度會影響其適用的測量范圍。 響應(yīng)特性 傳感器的響應(yīng)總不可避免地有一定延遲，但我們總希望延遲的時間越短越好。 結(jié)構(gòu)型傳感器，如電感、電容、磁電等傳感器，由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響機械系統(tǒng)慣性質(zhì)量的限制，其固有頻率低，工作頻率范圍窄。在線性范圍內(nèi)輸出與輸入成比例關(guān)系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。 例如，機械式傳感器中的測力彈性元件，其材料的彈性極限是決定測力量程的基本因素，當(dāng)超出測力元件允許的彈性范圍時，將產(chǎn)生非線性誤差。在某些情況下，在許可限度內(nèi)，也可
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