第10章+智能传感器

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1、第10章智能传感器10.1智能传感器结构框图10.2信号处理与μP接口技术10.3智能传感器中的数据处理10.4智能传感器的设计思考题与习题10.1智能传感器结构框图图10.1示出了这种设计的简单框图。图10.2所示为某一集成一体化的智能传感器的结构,它是将智能传感器的各部分通过一定的工艺,分层集成在一块半导体硅片上的。图10.1将微处理机引入传感器的简单框图图10.2集成一体化的智能传感器的结构智能传感器视其传感元件的不同具有不同的名称和用途。虽然其硬件的组合方式不尽相同,但其结构模块大致一样。我们以智能压力传感

2、器为例,叙述和简介它的结构框图。图10.3示出了一种智能压力传感器的结构框图。由图可见,这种智能压力传感器主要由微处理机（μP）主机模板、模拟量输入模板、IEEE-488标准总线模板、接口模板等组成。图10.3一种智能压力传感器的结构框图10.1.1μP主机模板μP主机模板主要由CPU、存储器（ROM、RAM、EPROM）、串行通讯接口、地址译码器、时钟发生器、地址总线（AB）、数据总线（DB）、控制总线（CB）等组成。μP是智能传感器的神经中枢,其性能不但影响传感器的硬件电路、接口设计、模块数目,而且还影响传感器的成

3、本高低。因此,在智能传感器设计时,应参照如下原则来选择μP。①根据任务选机型。你所研制的智能传感器是用于数据处理,完成某些测量任务,还是用于某种系统控制？不同的任务,应选择不同的机型。例如,MCS-51系列单片机的指令系统比较丰富,具有较强的控制及处理能力,而MCS-96系列单片机则包括一个高性能的16位CPU、8K字节的程序存储器、232个字节的数据存储器、功能丰富的I／O端口、10位A／D转换器,数据处理能力更强。又例如,权衡各方面,也可选各种基于嵌入式微处理器的模块板或嵌入式微处理器。电子技术日新月异,32位的高性能处理

4、器价格不断下跌。嵌入式技术的发展速度随着高性能及低价格的处理器芯片上市速度的加速而加速。表10.1是32位ARM内核处理器的价格与C51单片机的价格比较情况。表10.132位ARM内核处理器与单片机性能价格比较比较之后我们会发现,ARM32位处理器价格已经比较便宜而且性能较传统的51单片机高,集成度也大大提高,为单芯片解决方案提供了非常方便的平台,在很多场合都可以用一个芯片就包容了用户所需要的全部资源,根本不用扩展其它资源了；不但电路简单易行,风险减小,而且产品价格也能控制在最理想状态。②按照需要选字长。字长,即并行数据

5、总线的线数。字长较长,就能满足处理较宽范围的算术值的需要。③依据用途定速度。μP的处理速度,取决于时钟频率、执行给定指令所用周期数、指令系统。应依据智能传感器的实际用途,确定μP的处理速度。如传感器用于动态测量,μP的处理速度不能低于传感器的响应速度,而用于静态测量时可降低一些要求。10.1.2模拟量输入模板传感器的输出一般为毫伏数量级模拟量,要满足A／D转换电路的要求,还必须经过模拟量输入模板上有关电路的放大、处理,再经A／D转换电路传输到主机板上去。10.1.3IEEE-488标准总线模板智能传感器的外总线通常分

6、为并行和串行两种。并行外总线以IEEE-488为代表,串行则以RS-232为典型。采用IEEE-488标准总线（或称GP-IB,即GeneralPurposeInterfaceBus）,能使智能传感器从机械上、电气上、功能上与一些必要的智能仪器相连,组建成各种工作系统或自动测试系统。IEEE-488标准总线共有16根信号线：8根双向数据总线；3根挂钩线,即数据有效线DAV、未准备好接收数据线NRFD、未收到数据线NDAC；5根管理线,即注意线ATN、接口清除线IFC、实行远控线REN、服务请求线SRQ、结束与识别线EOI,如

7、图10.4所示。这个总线可以与带有IEEE-488标准接口的计算机、电压表、电源、信号源等智能仪器相连,完成各种功能。IEEE-488标准接口中的收发器采用Intel8291、8292、8293等芯片,详细内容可参阅自动测试系统方面的书籍、文献。图10.4IEEE-488标准总线10.1.4接口模板接口模板包括了数字显示、打印输出以及控制系统所需的数模转换等必需的接口电路。1.数字显示通过数字显示,可以直接读出智能传感器输出量的大小。为了符合人们的习惯,通常用七段发光二极管（LED）按十进制计数方式显示测量结果。LED

8、显示器有共阳极型和共阴极型,所加电压一般是1.6V或2.4V,使用时要调整驱动电路以及限流电阻（100～800Ω）,使工作电流不超过正常范围（10～20mA）。传感元件的输出经转换电路加到μP,再通过μP的输出端口,经译码器、驱动电路,使LED显示。液晶显示器（LCD）近年