智能仪器第5章模拟量信号的输入输出.ppt

第五章 模拟信号的输入/输出 它由积分器(由集成运放A组成)、过零比较器(C)、时钟脉冲控制门（G）和计数器（FF0～FFn）等几部分组成。 　　 双积分式AD的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分，将输入电压平均值变成与之成正比的时间间隔，然后利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔，进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电压的平均值进行变换，所以它具有很强的抗工频干扰能力。 分辨率是指A/D转换器能分辨的最小模拟输入电压值，常用可转换成的数字量的位数来表示(例如，8位、10位、12位、16位等)。 分辨率＝ 其中，n是可转换成的数字量的位数。所以位数越高，分辨率也越高。例如，当输入满量程电压为5V时，对于8位A/D转换器，A/D转换的分辨率为5V/255＝0.0195 V。 图 5-2a 信号的采样过程 D/A转换器的基本原理 D/A转换器就是一种将离散的数字量转换为连续变化的模拟量的电路。 数字量是用代码表示的，每位代码都有一定的权。为了将数字量转换为模拟量，必须将每一位的代码按其权的大小转换成相应的模拟量， 然后将代表每位的模拟量相加， 所得的总模拟量就与数字量成正比。 第五章 模拟信号的输入/输出 VFC式A/D转换器由于频率信号的测量比较耗时，故采样频率比较低，检测对象只能是慢变信号，如温度、湿度等。但频率信号便于远距离传输和隔离，故适用于多路慢变信号的远距离巡回检测。 第五章 模拟信号的输入/输出 2.廉价的比较器式A/D转换器 此种比较器的输出电平只有高电平Vcc和地电平两种情况,当输入信号电压在0和Vcc之间时，比较器的输出是不停跳变的方波,该方波经过平滑滤波之后形成的电压包含直流分量和残留的交流分量，其直流分量与输入电压相等，而残留的交流分量使比较器维持输出方波。因此方波的直流分量占空比就是高电平维持时间的比例，即可通过对直流分量的时间测量来得出输入信号的电压. 第五章 模拟信号的输入/输出 该方法的硬件成本非常低，很适合精度要求不很高的慢变信号检测。理论上，只要延长检测时间，就可以提高检测精度，实际上受高电平Vcc精度的影响，这种廉价的比较器式A/D转换器只能做到1％的检测精度。 第五章 模拟信号的输入/输出 3. ∑-△型A/D转换器 ∑-△型A/D转换器即过采样型转换器，其内集成了精密比较器、积分器、精密基准电压源、电子开关和脉冲源等功能部件。在精密基准电压源的配合下，通过增加对检测信号的采样次数来提高检测精度，通过提高采样频率来缩短检测时间。目前转换精度达到14位以上的A/D转换芯片都是此种类型。 ∑-△型A/D转换芯片转换精度高，可达18—24位，转换时间为100—1 000ps，达到中速A／D转换水平，是高精度智能仪器和检测设备中A/D转换器的最好选择。 第五章 模拟信号的输入/输出 5.2 模拟信号的输出 第五章 模拟信号的输入/输出 D/A转换器的基本组成 D/A转换器主要由逻辑电路、电子开关、产生权电流或权电压的电阻网络、基准电压以及电压或电流放大器等部分组成. 第五章 模拟信号的输入/输出 5.2.1 D/A转换器的选择 D/A转换器的技术性能指标很多，例如绝对精度、相对精度、线性度、输出电压范围、温度系数、输入数字代码种类（二进制或BCD码）等。 由于D／A转换的速度通常都能满足要求，故D／A转换器件的选择标准主要是精度标准。设计时，通常要将’D／A的精度要求比系统控制精度要求提高1—2位 。 第五章 模拟信号的输入/输出 选择思路： 1.只要其精度满足要求，最好选择集成了D／A部件的单片机，选择这类单片机将对简化电路设计和降低成本有利。 2.若系统没有三总线，串行D／A芯片将是合适的选择。 3.如果系统要求微型化，则可选择表贴型SO封装芯片。 4.从发展趋势来看,高精度、串行总线、多路输出、内嵌基准电压源及直接输出模拟电压类型的D/A芯片将成为选择最佳芯片的必备条件。  第五章 模拟信号的输入/输出 5.2.2 模拟输出通道设计 传统的模拟输出通道设计包括D／A器件的接口电路设计、电流／电压转换电路设计、输出驱动电路设计。如今,D／A芯片基本上将电流／电压转换电路集成到芯片内部，直接输出转换后的电压信号，使得电路设计更加简单。当D／A转换的精度要求不是很高时，可选择带D／A功能部件的单片机；当D／A转换的精度要求比较高或需要多路D／A时，通常需要选择专用D／A芯片。 第五章 模