【正文】 技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 三、常用的模擬多路開關(guān)集成芯片 CD4051有很寬的數(shù)字和模擬信號電平，數(shù)字信號為 3～15V，模擬信號峰峰值為 15V。 15D D FFV V V??80?10D D FFV V V?? 10PA?1 W? 模擬多路開關(guān) 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 四、模擬多路開關(guān)的選用 模擬多路開關(guān)的作用主要是用于信號切換 ， 如在某一時刻接通某一路 ，讓該路信號輸入而讓其它路斷開 ， 從而達(dá)到信號切換的目的 。 會導(dǎo)致輸出端誤差電壓 。 ： 通道數(shù)量對切換開關(guān)傳輸被測信號的精度和切換速度有直接的影響 。 模擬多路開關(guān) U n I R ROE S S ON? ? ?( ) ( )1第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 四、模擬多路開關(guān)的選用 ： 對于需傳輸高速信號的場合 ， 要求多路開關(guān)的切換速度高 ，當(dāng)然也要考慮后一段采樣保持和 A/D的速度 ， 從而以最優(yōu)的性能價格比來選取多路開關(guān)的切換速度 。 另外，多路開關(guān)參數(shù)的漂移性及每路電阻的一致性也需作考慮。 ： Avf＝ V0/Vi＝ 1＋ Rf/R 因此同相放大器的放大倍數(shù)大于 1，至少等于 1。 V i+_V 0跟 隨 器 電壓跟隨器為同相放大的特例，在低頻時其放大倍數(shù)接近 1，具有高輸入阻抗和低輸出阻抗，因此常在信號處理中用作阻抗變換器?，F(xiàn)在市場可以采購到的各種放大器 (如通用運(yùn)算放大器、測量放大器等 )中，由于通用運(yùn)算放大器一般都具有毫伏級的失調(diào)電壓和每度數(shù)微伏的溫漂，因此，通用運(yùn)算放大器不能直接用于放大微弱信號，而測量放大器則能較好地實現(xiàn)此功能。 二、測量放大器 測量放大器 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 Rf+_VNVPV0V 1RRf 1+_V0 2VPA 3測 量 放 大 器 原 理 圖V 2+_V0 1A 1A 2RRf 2R wRf211101 )1( VRRVRRVwfwf ??? 122202 )1( VRRVRRVwfwf ???))(1( 12210 VVR RRRRVwfff ????其增益為： )1( 21wfffV RRRRRA ???二、測量放大器 測量放大器 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 Rf+_VNVPV0V 1RRf 1+_V0 2VPA 3測 量 放 大 器 原 理 圖V 2+_V0 1A 1A 2RRf 2R wRf 二、測量放大器 測量放大器 特點： 同相輸入保證了高輸入電阻； 只要 A1A2性能對稱，漂移將大大減少； 低輸出阻抗； 高共模抑制比； 高增益，對微小的差模電壓很敏感； 適用于測量遠(yuǎn)距離傳 輸過來的信號，因而十分適合與傳感器配合使用。 非線性偏差隨增益的增加而增加 。 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 （ 2） 溫度漂移 溫度漂移是指測量放大器輸出電壓隨溫度變化而變化的程度 。 例如 ， 一個溫漂 的測量放大器 ， 當(dāng)其增益為 1000時 ， 測量放大器的輸出電壓產(chǎn)生約 20mv的變化 。 所以在選擇測量放大器時 ， 要根據(jù)所選 AD轉(zhuǎn)換器的絕對精度盡量選擇溫漂小的測量放大器 。 t U t U 驅(qū)動信號 建立時間 誤差上偏差 誤差下偏差 放大器輸出電壓 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 （ 3） 建立時間 測量放大器的建立時間隨其增益的增加而上升 。 可在更寬增益區(qū)間采用程序編程的放大器 ， 以滿足精度的要求 。 顯然 ， 放大器的建立時間和恢復(fù)時間直接影響數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣速率 。 測量放大器一般用作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的前置放大器 ，對于共電源系統(tǒng) ， 該指標(biāo)則是設(shè)計系統(tǒng)穩(wěn)壓電源的主要依據(jù)之一 。例如 AD521K的 CMRR在增益為 1000時達(dá) 120dB。 20 l g VdVcACM R RA?第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521及其應(yīng)用 AD521采用 14腳雙列直插式封裝，其引腳功能如圖。 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8 AD 521 +IN IN OFF SET U OFF SET OUTPUT R G R S SENSE REF COMP U+ R S R G 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521及其應(yīng)用 引腳 Rs(10， 13)用于外接電阻 Rs， 該電阻用于對放大倍數(shù)進(jìn)行微調(diào) 。 oSIGURGUR??1 0 0 1 5 %SRK? ? ?1 2 3 4 5 6 7 8 10 11 12 13 14 +IN IN RG 10KΩ U UOUT RS 100KΩ U+ 引腳（ 2， 14）用于外接調(diào)整放大倍數(shù)的電阻。 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 AD521／ AD522及其應(yīng)用 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521／ AD522及其應(yīng)用 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 二、測量放大器 測量放大器 AD521及其應(yīng)用 AD521與熱電偶信號的連接方式如圖。如果沒合回路，偏置電流就會對雜散電容充電，使輸出電壓漂移得不可控制。為此，AD52l輸入端 (1或 3)要直接或通過電阻與電源的地線構(gòu)成回路。為了解決這個問題，工程上長采用通過改變放大器放大倍數(shù)增益的方法，來實現(xiàn)不同幅度信號的放大。當(dāng)開關(guān) K1閉合，而其余兩個開關(guān)斷開，其放大倍數(shù)為 同理， K2閉合，其余兩個開關(guān)斷開時的放大倍數(shù)為 。 11 RKR??22RKR?? 程控增益放大器 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 +_V0RA 3由 4 0 5 1 組 成 的 程 控 增 益 放 大 電 路ViRR2R w2R1R w1R3R w3R4R w4R5R w5R6R w6R7R w7R8R w8C O MABCC D 4 0 5 1y 0y 1y 2y 3y 4y 5y 6y 7利用了 CD4051的反向傳輸功能，當(dāng)計算機(jī)送出不同的 ABC信號組合時， Vi信號將從 Y0~Y7的某一端口輸出，而每一輸出端口配置的反饋電阻不相同，從而實現(xiàn)了可變增益放大。 程控增益放大器 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的目的是利用計算機(jī)的強(qiáng)大數(shù)據(jù)處理能力來處理數(shù)據(jù) 。 因此 ， 在研究開發(fā)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時 ， 首先遇到的問題是： 傳感器所測量到的連續(xù)模擬信號怎樣轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號 ？ 采樣 /保持器 連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字信號，需要經(jīng)歷兩個過程：（ 1）時間離散；（ 2）數(shù)值離散 。 采樣時刻 采樣時間； 采樣周期。 即 采樣 /保持器 ()xt( ), 0 cX f f f?? 12scT f?()sx nTsi n[ ( ) ]( ) ( )()sssnsst nTTx t x nTt nTT???? ? ?????第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 帶通型信號采樣定理： 對一個帶通型信號 ， 假設(shè)其頻譜為 ， 如果以 的間隔對其進(jìn)行等間隔采樣得到采樣信號 ， 則該低通信號可以由采樣信號無失真的恢復(fù) 。 2( ) sin( 2 ) , [ 0 , 2 ]( ) sin( 2 ) , [ 0 , 2 ]1( ) sin( 2 ) sin( )2[ sin c os c os sin ]c os sin ( 1 ) sin? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?? ? ??? ? ?? ? ????? ? ? ?? ???????????? ? ???????????? ? ?? ?sccs c sffsssnx t A f tx nT A f nTx nT A nT A nTA n nA n A第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 采樣 /保持器 （ 1）采樣定理不適用的情況：一般來說，低通采樣定理在 fs=2fc時是不適用的。第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 采樣 /保持器 （ 2）頻率混淆及其克服：低通采樣定理嚴(yán)格地規(guī)定了采樣時間間隔的上限，如果 Ts取的過大，將會發(fā)生中的高頻成分被疊加到低頻成分上去的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為頻率混淆。 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 采樣 /保持器 （ 2）頻率混淆及其克服：為減小頻率混淆，可采用兩種方法： ① 對頻域衰減較快的信號 。但是， Ts也不能過小。 ② 對頻域衰減較慢的信號 ，可采用消除頻混濾波器來解決。這種方法既實用又簡單。比較理想的是多階有源 RC巴特沃斯(Butterworth)濾波器。 典型物理量的經(jīng)驗采樣周期值 被測物理量 采樣周期 (s) 流量 1～ 2 壓力 液位 溫度 成分 3～ 5 6～ 8 10～ 15 15～ 20 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 采樣 /保持器 （ 3）采樣控制方式：模擬信號 x(t)的采樣控制方式有以下 4種： ①無條件采樣 ： 當(dāng)采樣一開始，模擬信號 x(t)的第一個采樣點的數(shù)據(jù)就被采集。 優(yōu)點： 要求的硬件和軟件最簡單；適用于采集任何形式的模擬信號；易于實現(xiàn)信號波形的顯示。 第三章 模擬信號處理技術(shù) 《 數(shù)據(jù)采集技術(shù)與系統(tǒng)設(shè)計 》 課件 一、模擬信號的采樣 采樣 /保持器 （ 3）采樣控制方式： ②條件采樣： 程序查詢方式 ： CPU不斷地詢問 ADC的狀態(tài)，了解是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。