每章重点、难点剖析CH20　自动检测系统.doc

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1、第20章　自动检测系统（知识点）知识点1　概述能够在没有人或只有较少人参与情况下完成整个信息采集处理过程的系统称为自动检测系统。自动检测系统集成了传感器、计算机、总线等技术，具有自动完成信号检测、传输、处理、显示与记录等功能，能够完成复杂的、多变量的检测任务，极大地方便了信号检测的实现，是目前检测技术发展的主要方向。自动检测系统的各项检测任务是在计算机控制下自动完成的，自动检测系统通常具有测试速度快、测试准确度高、测试功能多、测试结果表现形式丰富，能够实现自检、自校和自诊断，操作简单方便等特点。知识点2　自动检测系统的组成自动检测系统由硬件、软件两大部分组成。硬件主要包括传感器

2、、数据采集系统、微处理器、输入输出接口等。这里主要就数据采集系统和输入输出接口进行介绍。（1）数据采集系统的组成典型的模拟信号数据采集系统由前置放大器、采样/保持器、多路开关、A/D转换器和逻辑控制电路等组成。1）前置放大器前置放大器的主要作用是将传感器输出的微弱信号放大到系统所要求的电平。目前，已有许多高性能的专用前置放大器芯片出现，如AD521、AD522等，它们比普通运算放大器性能优良、体积小、结构简单、成本低。2）采样/保持器由于A/D转换需要一定的转换时间，在此期间输入信号电压如有变化，则会产生较大的误差，因此，在A/D转换器之前需接入采样／保持器（Sample/Ho

3、ld，即S/H）。在通道切换前，使其处于采样状态，在切换后的A/D转换周期内使其处于保持状态，以保证在A/D转换期间输入到A/D的信号不变。采样/保持器可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定时间内保持不变，它有采样和保持两种工作状态。在采样状态下，采样/保持器的输出必须跟踪模拟输入电压；在保持状态，采样/保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直到保持命令撤销为止。采样／保持器由模拟开关、保持电容和控制电路等组成。3）多路开关多路开关是数据采集系统的主要部件之一，其作用是切换各路输入信号，完成由多路输入到一路输出的转换。在测控系统中，被测物理量通常有多个，为了降低成本、减

4、小体积，系统中通常使用公共的采样/保持器、放大器和A/D转换器等器件，因此，需要使用多路开关轮流把各路被测信号分时地与这些公用器件连通。有时在输出通道中，需要把D/A转换器生成的模拟信号按一定顺序输出到不同的控制回路中去，完成一到多的转换，这时可称为多路分配器或反多路开关。多路开关的技术指标要求导通电阻越小越好（实际＜100Ω），断开电阻越大越好（一般在109Ω左右）；对其导通或断开的切换时间要求与被传输信号的变化速率相适应，一般在1左右；各输入通道之间要有良好的隔离，防止互相串扰。多路开关有机械触点式和半导体集成式。目前采用的多路开关可分为单向（多路开关或反多路开关）、双向（

5、既能作多路开关、也能作反多路开关）两种；按模拟输入的通道数分有4路、8路和16路。常用的多路开关有AD7501(单向8路)、AD7506（单向16路）、CD4051（双向8路）CD4066（双向4路）等。4）总线、接口及逻辑控制电路模拟量输入系统中各部分电路都需要逻辑控制电路进行管理和控制，而这些控制信息均来自计算机；A/D转换器的输出数据也要及时送到计算机中。相应的信息交换任务由接口和总线转换电路完成。（2）数据采集系统的结构形式设计数据采集系统时，首先需要确定其结构形式，这取决于被测信号的特点（变化速率和通道数等）、对数据采集系统的性能要求（测量精度、分辨率、速度、性价比等

6、）。常用的数据采集系统结构形式如下：1)基本型基本型结构通过多通道共享采样/保持器和A/D转换器实现数据的采集（如图20.5所示），它采用分时转换的工作方式，各路被测信号共用一个采样/保持器和一个A/D转换器。如果信号变化很慢，也可以不用采样/保持器；如果信号比较弱，混入的干扰信号比较大，则还需要使用放大器和滤波器。图20.5基本型结构基本型结构形式简单，适用于信号变化速率不高、对采样信号不要求同步的场合。2)同步型与基本型结构不同的是，同步型结构中（如图20.6所示）每一路通道都有一个采样/保持器，可以在同一个指令控制下对各路信号同时进行采样，得到各路信号在同一时刻的瞬时值。

7、多路开关分时地将各路采样/保持器接到A/D转换器上进行模数转换。这些同步采样的数据有助于描述各路信号的相位关系。图20.6　同步型结构同步型结构中各路信号仍然串行地共用A/D转换器进行转换，因此其速度依然较慢。3)并行型并行型结构如图20.7所示。每个通道都有独自的采样/保持器和A/D转换器，各个通道的信号可以独立地进行采样和A/D转换。转换的数据经过接口电路直接送到计算机中，数据采集速度很快。如果被测信号分散，可以在每个被测信号源附近安装采样/保持器和A/D转换器，避免长距离模拟信号传输受