cai_2-测控通道-1模拟量输入2模拟量输出通道ppt课件.ppt

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1、第二章测控通道2.1模拟输入通道2.2模拟输出通道2.3开关量输入/出通道2.4单元电路的级联设计测控对象开关输入通道模拟输出通道开关输出通道人机接口传感器传感器执行器执行器微型计算机通讯接口模拟输入通道2.1模拟输入通道2.1.1模拟输入通道类型与结构2.1.2传感器的选用2.1.3信号调理电路的参数设计2.1.4信号采集电路的参数设计2.1.5模拟输入通道的误差分析2.1.1模拟输入通道类型与结构图2-1-1模拟输入通道的基本组成传感器采集电路调理电路微型计算机放大电路调制电路滤波电路：调制电路A/D电路C/T电路V/F变换：图2-1-2集中采集

2、式模拟输入通道典型结构图2-1-3分散采集式模拟输入通道结构2.1.2传感器的选用一、对传感器要求被测量变化范围：幅值和频率范围精度，速度环境要求：高温、高压、防腐、防爆、抗震、抗电磁干扰、功耗、体积、质量等二、传感器类型选择小信号输出大信号输出数字传感器：频率量/开关量，数字量输出smartsensor集成传感器光纤传感器图2-1-4大信号输出传感器的使用大信号输出传感器的使用图2-1-5频率及开关量输出传感器的使用2.1.3信号调理电路参数设计信号调理通常包括：1)小信号放大：前置放大，K，Vin，输出噪声2)滤波：截止频率，折叠噪声，失真，混频

3、3)零点校正4)线性化处理5)温度补偿6)误差修正7)量程切换图2-1-6典型调理电路的组成框图图2-1-8两种调理电路的对比图2-1-9调理电路与采集电路的连接图2-1-10“混淆”的产生与消除图2-1-12去混淆滤波器波德图图2-1-13集中式采集电路的组成方案2.1.4采集信号采集电路的设计一、A/D转换器的选择：A/D转换器是采集电路的核心1、位数的确定：考虑转换范围，转换精度2、转换速度的确定：A/D转换时间取决类型；转换速率=1/Ta/d=1/(Tc+T0)；通道数；DMA3、输出状态：串行，并行，BCD码；内/外时钟；有无EOC信号/B

4、UFFER；TTL/CMOS/ECL兼容性等4、环境条件：工作温度，功耗，可靠性等级图2-1-14采样/保持器的主要性能参数二、采样保持器的选择：图2-1-14采样/保持器的主要性能参数1）采样保持器的主要参数捕捉时间tAC――S/H输出电压从原来的保持值过渡到跟踪输入信号Vi值所需的时间孔径时间tAP――S/H从发出保持指令开始到模拟开关完全断开所经历的时间。孔径抖动是指多次采样中孔径时间的最大变化量建立时间ts――从发出保持指令开始到S/H输出达到保持终值(在确定的精度范围内)所需时间最大孔径误差2）不要采样保持器的条件：在转换时间内，被转化信号

5、的最大变化量不应超过一个量化单位若被转换信号是直流电压或变化极其缓慢，可以不在ADC前加设S/H。否则，就要在ADC前加设S/H。S/H把采样幅值保持下来，ADC在S/H保持期间把保持的采样幅值转换成相应的数码。图2-1-15分时采样多道数据采集系统及其工作时序三、采样电路的时序和最高允许频率：2-1-16多路切换系统的等效电路四、多路通道串音问题：解决措施：1、减小Ri，前级加跟随器2、选用Ron小Roff大的开关3、减少N五、主放大器的设置：主放大器：包括PGA，IFP作用：将MUX输出的子样电压放大到接近A/D满量程，使数字转换精度提高K倍。“

6、主放大器”与“前置放大器”的区别前置放大器主放大器设置的位置在每路调理电路的前端每路各用一个在采集电路的MUX之后，各路共用一个放大对象模拟电信号采样脉冲放大增益固定不变浮动可变主放大器增益K的确定：既不能使A/D溢出，又要满足转换精度δo的要求。Vij=多路切换器输出第i道信号第j次采样电压若Vij随i和j变化不大，则没有必要在采集电路中设置主放大器；若Vij不随j变化，只随i变化很大，则设置程控增益放大器Ki作为主放大器；若Vij既随i变化，又随j变化，则设置瞬时浮点放大器Kij为主放大器。主放大器增益改变规则：通常取取2的整数次幂，即因故上式表

7、明，主放大器和A/D转换器一起，把子样电压Vij转换成一个阶码为Gij尾数为Dij的浮点二进制数。因此，由主放大器和A/D转换器构成的电路实质上为浮点二进制数转换电路。模拟输入通道设计流程方案选择误差分配选择器件2.1.5模拟输入通道的误差分析精度要求工作温度通道数信号特征根据通道总精度要求给各个环节分配误差，通常传感器和放大电路所占比重最大各元件精度优于系统精度10倍例：远程温度测量模拟输入通道设计要求：量程100℃，8路输入，通道总误差±1.0℃，环温25±15℃，电源波动±1%设计说明：1、方案选择：因温度是缓变量，故选图2-1-2（a）多路分

8、时采集分时输入方案，多通道共享S/H和A/D2、精度分配：传感器和放大电路是主要部分，分配总误差的90%，其