【正文】 了。 的低通濾波器，把高于 的頻率分量濾除，另一方面可以濾除高頻干擾信號(hào)。 214 采樣電路的參數(shù)設(shè)計(jì)和選擇 圖 2113 采集電路的基本組成 １、若模擬信號(hào)為 恒定或變化緩慢 的信號(hào)，則可直接進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換，如圖 (a)所示 。 167。 M位 A/D滿量程為 E。 可根據(jù)精度指標(biāo)估算 A/D的位數(shù) 2 、 A/D的 轉(zhuǎn)換速度 積分型、逐次比較型、雙極型速度依次提高。包括了開關(guān)的延遲和建立跟蹤輸入信號(hào)穩(wěn)定時(shí)間 孔徑時(shí)間 tAP 保持指令開始到模擬開關(guān)完全關(guān)斷。 二、采樣保持器的選擇 要不要設(shè)置采樣保持器 依據(jù)：在轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)，被轉(zhuǎn)換的模擬量應(yīng)基本保持不變， 設(shè)待轉(zhuǎn)換的信號(hào)為： tUU mi ?c o s?信號(hào)的最大變化率為： mmi fUUdtdU ?? 2m a x??假設(shè)信號(hào)的正負(fù)峰值正好達(dá)到 ADC的正負(fù)量程，而 ADC的位數(shù)為 m，則 ADC最低有效位 LSB代表的量化電平為： mmUq2?所以 ,當(dāng)信號(hào)頻率低于上面極限值時(shí)不用 S/H,但是當(dāng)信號(hào)頻率高于上面極限值時(shí)就要采用 S/把采樣幅值保持下來． 121???? tf ?如果 ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間為 tc， 為了保證 1LSB的精度 ,在 A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間 tc內(nèi) ,被轉(zhuǎn)換信號(hào)的最大變化量應(yīng)不超過一個(gè)量化電平， 所以，不加采樣 /保持器時(shí)，待轉(zhuǎn)換信號(hào)允許的最高頻率為 : mmcmUqtfU22 ????三 采集電路時(shí)序和最高頻率 圖 2115 分時(shí)采集多道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 采集電路時(shí)序和最高頻率 單通道工作周期為捕捉時(shí)間 。 程控增益放大器的特點(diǎn)： 每當(dāng)多路開關(guān) MUX在對(duì)第 i道信號(hào)采樣時(shí)，放大器就采用預(yù)先按式 (2150)選定的第 i道的增益 Ki進(jìn)行放大。即， Vij既隨 i變化，也隨 j變化，應(yīng)在采集電路中設(shè)置 瞬時(shí)浮點(diǎn)放大器作為主放大器 ，其特點(diǎn)是在多路開關(guān)MUX對(duì)第 i道信號(hào)進(jìn)行第 j次采樣期間，及時(shí)為該采樣幅值 Vij選定一個(gè)符合式 (2150)（書 P22）的最佳增益 Kij。 215 模擬輸入通道的誤差分配和綜合 ? 設(shè)計(jì)時(shí)要已知 :精度要求 。通道數(shù) 。 2． 掌握模擬 、 數(shù)字 、 A/D、 D/A等電路的綜合應(yīng)用技巧 。 設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一多路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控、顯示、報(bào)警系統(tǒng)。 C177。 C，當(dāng) T30176。 C時(shí)，報(bào)警 2． 正常直流電壓： VDC=（ ～ ） V，當(dāng)VDC，報(bào)警（可發(fā)光顯示）。 4． 采樣數(shù)據(jù)的巡回顯示。如：多路模擬開關(guān)、采樣 /保持、 A/D轉(zhuǎn)換等。 C溫度范圍內(nèi)測(cè)量 AD590溫度傳感器的溫度 —— 電壓變化曲線，確定 T=27177。 C所對(duì)應(yīng)的電壓值。 多路數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)常用于自動(dòng)化工業(yè)生產(chǎn)或大型設(shè)備 （ 如激光器 ） 中 ， 經(jīng)常需要對(duì)生產(chǎn)過程或運(yùn)行狀態(tài)的各種工作參數(shù)（ 如壓力 、 溫度 、 流量 、 電壓 、 電流等 ） 實(shí)時(shí)的巡回檢測(cè) 、 監(jiān)視并報(bào)警 ， 以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性 。 框圖如 581圖所示 。 電路分為溫度測(cè)量與顯示 ， 溫度傳感比較報(bào)警 ， 電壓比較報(bào)警 ， 多路數(shù)據(jù)檢測(cè) ， A/D轉(zhuǎn)換、 譯碼顯示等幾部分組成 。 溫度傳感比較 在自動(dòng)控制系統(tǒng)中 ， 控制的對(duì)象是某些物理量 ， 如光 、 熱 、 溫度 、 濕度等等 。 通常所說的放大器的輸入信號(hào) ， 從某種意義上講 ， 取決于傳感器的質(zhì)量 。在此介紹一種溫度傳感器AD590. （ 1）集成電路溫度傳感器 AD590電路簡(jiǎn)介 AD590是電流型（即產(chǎn)生一個(gè)與絕對(duì)溫度成正比的電流輸出）集成溫度傳感器的代表產(chǎn)品，他跟傳統(tǒng)的熱電阻、熱點(diǎn)偶、半導(dǎo)體 PN結(jié)等溫度傳感器相比較，具有體積小，線性度好，穩(wěn)定性好，輸出信號(hào)大且規(guī)范化等優(yōu)點(diǎn)。 他僅對(duì)某一溫度進(jìn)行調(diào)整 ， 至于這一點(diǎn)選至什么溫度值 ， 要看使用范圍而定 。 （ 2） 電壓比較 經(jīng)過傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)與某一給定值 （ 基準(zhǔn)電壓 VR） 比較時(shí) ， 將產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào) ， 此信號(hào)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)即可報(bào)警 （ 或發(fā)光顯示 ） 。 比較器基準(zhǔn)電壓根據(jù)需要可任意調(diào)節(jié) 。 這里將 VV2設(shè)為基準(zhǔn)電壓 。 運(yùn)算放大器這里用的是 MOSFET CA3140。 典型的多路模擬開關(guān)有四選一 ， 雙四選一 ， 八選一 ， 雙八選一 ， 十六選一和三十二選一等多種 ， 這些模擬開關(guān)除了外部引線排列 ， 通道數(shù)不同外 ， 其工作原理和主要應(yīng)用方法基本相同 。 CD4051的邏輯與引腳 、 功能如圖所示： 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 。 0X1X2X3X4X5X6X7XA0A1A2INHCD4051131415121524111096K3XCOMVDDVZZVEE1678圖 5 8 9 C D 4 0 5 1 模擬開關(guān)管腳圖 取樣 /保持 （ S/H） 電路 目前取樣 /保持電路大多為集成芯片 ， 最常用的有 LF198/LF298/LF398和 AD 582。 由圖可知 ， 當(dāng) 8端邏輯控制為高電平時(shí) ， 輸出處于跟隨狀態(tài) ， 有 UO=UI；當(dāng) 8端為低電平時(shí) ， 處于保持狀態(tài) 。這樣采樣保持器輸出波形是 連續(xù)的臺(tái)階電壓 。 兩種采樣保持器都起到零階保持的作用。 零階保持器輸出階梯波形如下 : 圖 223 零階保持器的輸出波形 問題：如何將階梯波形變成光滑波形？ 模擬輸出通道的基本理論 零階保持器的單位脈沖響應(yīng)和頻率響應(yīng) (傳遞函數(shù) )為 : 圖 224 零階保持器的單位沖激響應(yīng) a和頻率響應(yīng) b 由圖可以看出，零階保持器可以看作是低通濾波器，對(duì)于頻率角 大于 WS的信號(hào)會(huì)很快衰減，但卻不是一個(gè)理想的低通濾波器 ，在 WS/2處，幅值并未降到零，同時(shí)可以看出，零階保持器相位滯后 故閉壞系統(tǒng)中引入零階保持器使系統(tǒng)的穩(wěn)定性變差。F零階保持器的輸入 ???????? )()()( sss nTtnTftf ?)()()(1 ??? HFF s ??零階保持器的輸出 可以通過推導(dǎo)得 : )](39。????????????????ssssssFFFFFFF?????????????低通濾波器可以將基頻保留 ,濾除調(diào)制頻率 . ?ccH????????01)1(圖 225零階保持器和平滑濾波器的作用 具有這種功能的低通濾波器稱為平滑濾波器。 分類 ：可分為多通道和單通道， 單通道圖 如下 : 圖 226 模擬輸出通道的基本組成 多通道 輸出結(jié)構(gòu)主要有以下三種： 一、 數(shù)據(jù)分配 分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ? 特點(diǎn)： 每個(gè)通道有一個(gè) D/A，數(shù)據(jù)被分時(shí)地選通到各通道的數(shù)據(jù)寄存器。 圖 227 數(shù)據(jù)分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) 二、 數(shù)據(jù)分配 同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu) ? 特點(diǎn)：各通道 D/A的操作同步進(jìn)行。 各通道輸出的模擬信號(hào)不存在時(shí)間偏斜，主機(jī)分時(shí)送出的各信號(hào)之間的時(shí)間差，由第二個(gè)數(shù)據(jù)寄存器的同步作用所消除。 223模擬輸出通道組成電路的選用 一、 D/A轉(zhuǎn)換器 1． D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)，也是選用 D/A芯片型號(hào)的依據(jù)。其分辨率與二進(jìn)制位數(shù) n呈下列關(guān)系： 分辨率 = 滿刻度值 /（ 2n1） =VREF / 2n （ 2）轉(zhuǎn)換精度 絕對(duì) 轉(zhuǎn)換精度 是指轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)際值和理論值的接近程度。例如，滿量程時(shí)的理論輸出值為 10V，實(shí)際輸出值是在 ~，其轉(zhuǎn)換精度為 177。對(duì)于分辨率很高的 D/A轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度。此誤差可通過 D/A轉(zhuǎn)換器的外接 VREF和電位器加以調(diào)整。顯然， 穩(wěn)定時(shí)間越大，轉(zhuǎn)換速度越低 。 位數(shù)的確定 位數(shù)決定模擬信號(hào)輸出的動(dòng)態(tài)范圍，主要考慮使用目的 a、為了不失真再現(xiàn)目的時(shí)（如語音回放） : 與輸入通道的 A/D匹配 b、為了形成動(dòng)態(tài)范圍在 20dB監(jiān)視波形時(shí)： 57位 D/A就可以； C、為了驅(qū)動(dòng)指針式儀表時(shí)： n?? 2?儀表精度 D/A位數(shù) 在微機(jī)化 開環(huán)控制 系統(tǒng)中，若執(zhí)行元件的分辨率為：VTH，所需要的控制信號(hào)的最大值擺幅為 Vmax，則位數(shù)可由下式?jīng)Q定： THnVV m a x2 ?在微機(jī)化 閉環(huán)控制 系統(tǒng)中，在任一時(shí)刻 DAC輸出的是誤差信號(hào)， 因此，對(duì)分辨力的要求比開環(huán)系統(tǒng)要低，其位數(shù)主要根據(jù)系統(tǒng) 要求的線性范圍來確定。 主要結(jié)構(gòu)特性和應(yīng)用特性的選擇 ? 數(shù)字 輸入 特性：包括碼制、數(shù)據(jù)格式、邏輯電平。 ? 鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制 。因此，當(dāng)輸入數(shù)字代碼為偏移二進(jìn)制碼或 2的補(bǔ)碼等雙極性數(shù)碼時(shí)，應(yīng)外接適當(dāng)?shù)?偏置電路 后才能實(shí)現(xiàn)雙極性 D/A轉(zhuǎn)換。 不同的 D/A芯片輸入 邏輯電平 要求不同。 主要結(jié)構(gòu)特性和應(yīng)用特性的選擇 二、 模擬輸出特性 主要結(jié)構(gòu)特性和應(yīng)用特性的選擇 輸出方式 ? 1 電壓輸出方式 ? 2 電流輸出方式 電壓輸出方式 由于系統(tǒng)要求不同，電壓輸出方式又可分為 單極性輸出 和 雙極性輸出 兩種形式。 A、 DAC單極性輸出 圖 3 8 D A C 單極性輸出方式D A C 0 8 3 2R fb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVDI 7DI 6DI 5DI 4DI 3DI 2DI 1DI 0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 02 5 6R E FO U TVBV ???00116677 2222 ???????????? DDDDB式中： VREF/256是常數(shù) 顯然， VOUT和 B 成正比關(guān)系，輸入數(shù)字量 B 為 00H 時(shí)， VOUT也為 0 ；輸入數(shù)字量 B 為 FFH即255時(shí)， VOUT 為與 VREF 極性相反的最大值。 A1 和 A2 為運(yùn)算放大器， A點(diǎn)為虛地，故可得： 0321 ??? III25 6R E F1O U T VBV ???RVI2R E F1 ? RVI2OUT2 ?RVI O U T13 ? 解上述方程可得雙極性輸出表達(dá)式： 圖中運(yùn)放 A2 的作用是將運(yùn)放 A1 的 單向輸出變?yōu)殡p向輸出 。其它 n位 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電路與 DAC0832 相同，計(jì)算表達(dá)式中只要把 281改為 2n1即可。 電流輸出方式 一般有兩種形式： 1．普通運(yùn)放 V/I變換電路 2．集成轉(zhuǎn)換器 V/I變換電路 1．普通運(yùn)放 V/I變換電路 （ 1） 0 ~10 mA的輸出 + V in 0~10 V A T 1 T 2 I 0 V f + V s R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R f R L 圖中為 0~10 V/0~10 mA的變換電路，由運(yùn)放 A和三極管 T T2組成， R1 和 R2是輸入電阻， Rf 是反饋電阻， RL是負(fù)載的等效電阻。由于 T2射極接有反饋電阻 R f，得到反饋電壓 Vf加至輸入端，形成運(yùn)放 A的差動(dòng)輸入信號(hào)。 輸入電壓 Vin 和輸出電流 Io 之間關(guān)系如下： 若 R R4＞＞ Rf、 RL，可以認(rèn)為 Io 全部流經(jīng) Rf，由此可得 : V－ ＝ VinRLR2 /（ R2＋ R3） 對(duì)于運(yùn)放，有 V－ ≈ V＋ ，則 VinRLR2 /（ R2＋ R3） 若取 R1 = R2 ， R3 = R4，則由上式整理可得 Io = VinRf ） （ 36） 可以看出，輸出電流 Io 和輸人電壓 Vin 呈線性對(duì)應(yīng)的單值函數(shù)關(guān)系。Rf）為一常教，與其他參數(shù)無關(guān)。 （ 2） 4 ~ 20 mA的輸出 圖 210為 1 ~ 5 V/ 4 ~20 mA的變換電路，兩個(gè)運(yùn)放 A A2均接成射極輸出形式。