智能仪器的数据采集系统设计课件

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1、第4章智能仪器数据采集系统设计智能仪器的数据采集系统简称DAS（DataAcquisitionSystem），是指将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后，以便由主机电路进行存储、处理、显示或打印的装置。4.1数据采集系统的组成传感器模拟信号调理数据采集电路微机系统图4.1数据采集系统的基本组成实际的数据采集系统往往需要同时测量多种物理量或同一种物理量的多个测量点。因此，多路模拟输入通道更具有普遍性。按照系统中数据采集电路是各路共用一个还是每路各用一个，多路模拟输入通道可分为集中采集式和分散采集式两大类型。一、集中采集式多通道一般数

2、据采集系统，通过多路转换器MUX将各路模拟量轮流送给SHA和ADC进行模数转换。多通道同步型数据采集系统，它在每个通道上都加一个SHA，并受同一触发信号控制，这样可以做到同一时刻内将采集信号暂存在各自的保持电容上，以后由微型机逐一取走并经ADC送入存储器中。二、分散采集式(分布式)多通道并行数据采集系统，它是许多单通道数据采集系统的组合，共同由控制电路进行控制。他的灵活性强，可满足不同精度，不同速度数据采集的要求。在智能仪器的信号调理通道中，针对被放大信号的特点，并结合数据采集电路的现场要求，目前使用较多的放大器有仪用放大器、程控增益放大器以及隔离放大器

3、等。二、仪用放大器仪用放大器又称为测量放大器，是一种带有精密差动电压增益的器件，由于他具有高输入阻抗、低输出阻抗、强抗共模干扰能力、低温漂、低失调电压和高稳定增益等特点，使其在检测微弱信号的的系统中被广泛用作前置放大器。仪用放大器的基本结构U5仪用放大器上下对称，即图中R1=R2，R4＝R3，R5＝R6。仪用放大器的增益可按下式确定：由第一级放大器A1和A2可得：差动输入输出级放大器A1、A2对差动信号输入的增益为1+2R1/RG。由于结构对称，且允许被放大信号直接加到输入端，因而保证了很强的共模抑制能力。AD620是AD公司的一款仪用放大器，他是一个低

4、成本,高精度的单片仪器放大器,8脚，有双列直插封装和SOIC贴片封装，AD620的管脚如图5-4所示。AD620的两个内部增益电阻为24.7K欧,因而增益方程式为：对于所需的增益,则外部控制电阻值为：表5-1AD620参数信号采集系统中，信号变化的幅度比较大，那么放大以后的信号幅值有可能超过A/D转换的量程，所以必须根据信号的变化相应调整放大器的增益。在智能仪器中，可变增益放大器的增益由仪器内置计算机的程序控制。这种由程序控制增益的放大器，称为程控放大器。。三、程控增益放大器图5.10程控放大器原理框图四、隔离放大器实际应用中，经常遇到信号源(传感器)和

5、系统间不允许有直接的电信号连接。隔离放大器是利用光、电容和变压器的耦合技术，实现放大器输入和输出的欧姆隔离。原因之三是传感器和系统必须电隔离，如心电图、脑电图等，此类仪器必须杜绝因漏电流可能对病人的电击。原因之二是避免意外的高压浪涌通过地对仪表放大器造成损坏。原因之一是因为被测量信号为弱信号，实际现场干扰非常大，又存在很高的共模电压。4.4模拟多路开关及接口多路开关的主要用途是把模拟信号分时的送入A/D转换器，或者把经计算机处理后的数据由D/A转换器转换成的模拟信号，按一定的顺序输出到不同的控制回路中。前者称为多路开关，完成多到一的转换（多路调制器）。后

6、者称为反多路开关或多路分配器，完成一到多的转换（多路解调器）。多路开关有机械触点式开关（最常用的是干簧继电器）和半导体模拟开关。前者主要用于大电流、高电压、低速切换场所；后者主要用于小电流、低电压、高速切换场所。半导体多路开关由于是一种集成化无触点开关，不仅寿命长、体积小，而且对系统的干扰小，因而目前智能仪器多采用这种开关，下面以CD4051为例说明多路开关在数据采集系统中的使用方法。八通道双向多路开关CD4051CD4051的真值表多路开关的扩展4.5采样保持电路采样与保持器是指在输入逻辑电平控制下处于“采样”或“保持”两种工作状态的电路。在“采样”状

7、态下电路的输出跟踪输入模拟信号，在“保持”状态下电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直至进入下一次采样状态为止。通常，采样保持器用作锁存某一时刻的模拟信号，以便进行数据处理（量化）或模拟控制。VINVOUT采样保持t工作方式采样/保持器输入输出特性采样保持电路的技术指标1.孔径时间（tAP）孔径时间是指发出保持指令到开关真正打开所需要的时间。2.捕捉时间（tAC）捕捉时间是指从开始采样到采样保持器输出达到当前输入信号的值所需要的时间。显然A/D转换的采样时间必须大于捕捉时间，才能保证采样阶段充分的采集到输入模拟信号。3.保持电压的下降4

8、.馈通4.6A/D转换器及接口设计4.6.1A/D转换器概述A/D转换器——AD