模拟量输入通道课件.ppt

《模拟量输入通道课件.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第四章(2)模拟量输入通道本章要点1．模拟量输入通道的结构组成。2．多路开关，前置放大、采样保持等各环节的功能作用。3．8位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电路4．12位A/D转换器AD574A芯片及其接口电路引言模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。结构组成如图3-1所示，来自于工业现场传感器或变送器的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟开关，分时切换到后级进行前置放大、采样保持和模/数转换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，

2、从而完成对过程参数的巡回检测任务。显然，该通道的核心是模/数转换器即A/D转换器，通常把模拟量输入通道称为A/D通道或AI通道。3.1信号调理电路在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类型的测量变送器，当它们的输出信号为0-10mA或4-20mA的电流信号时，一般是采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下是两种变换电路。1.无源I/V变换2.有源I/V变换1.无源I/V变换无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于0-10mA输入信

3、号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，这样当输入电流在0-10mA量程变化时，输出的电压就为0-5V范围；而对于4-20mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样当输入电流为4-20mA时，输出的电压为1-5V。图3-2电流/电压变换电路2.有源I/V变换有源I/V变换是利用有源器件——运算放大器和电阻电容组成，如图3-2（b）所示。利用同相放大电路，把电阻R1上的输入电压变成标准输出电压。该同相放大电路的放大倍数为(3-1)若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ，则输入电流I的0~10mA就对应电压

4、输出V的0~5V；若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ，则4~20mA的输入电流对应于1~5V的电压输出。3.2多路转换开关结构原理现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原理如图3-3所示。CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、A=001时，通道S通；……当C、B、A

5、=111时，通道S7选通。其真值表如表3-1所示。图3-3CD4051结构原理图3.3扩展电路当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。例题3-1试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3用来控制两个多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S0~S7通道；当D3=1时，经反

6、相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16路的模拟开关。图3-4多路模拟开关的扩展电路3.4前置放大器前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程范围之内，如0-5VDC;对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单端同相放大或单端反相放大。如图3-5所示，信号源的一端若接放大器的正端为同相放大，同相放大电路的放大倍数G=1+R2/R1；若信号源的一端接放大器的负端为反相放大，反相放大电路的放大倍数G=－R2/R1。当然，这两种电路都是单端

7、放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端共地。图3-5放大电路3.4.1测量放大器在实际工程中,来自生产现场的传感器信号往往带有较大的共模干扰，而单个运放电路的差动输入端难以起到很好的抑制作用。因此，A/D通道中的前置放大器常采用由一组运放构成的测量放大器，也称仪表放大器，如图3-6(a)所示。经典的测量放大器是由三个运放组成的对称结构，测量放大器的差动输入端VIN和VIN分别是两个运放A1、A2的同相输入端，输入阻抗很高，而且完全对称地直接与被测信号相连，因而有着极强的抑制共模干扰能力。-+3A2A1A1R2RSR1

8、R2RSR-NIVGRNIV+负载(外接)外接地TUOV(外接)(a)经典的前置放大器图3-6前置放大器图中RG是外接电阻，专用来调整放大器增益的。因此，放大器的增益G与这个外接电阻RG有着密切的关系。增益公式为(3-2)目前这种测量放大器的集成电