檢測(cè)信號(hào)的傳輸與采集

1、第2章 檢測(cè)信號(hào)的傳輸與采集,2.1 檢測(cè)信號(hào)的傳輸 2.2 檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集 思考與練習(xí)題,2.1 檢測(cè)信號(hào)的傳輸,2.1.1 模擬信號(hào)的傳輸方法　　模擬信號(hào)的傳輸方法分為模擬信號(hào)模擬傳輸和模擬信號(hào)數(shù)字傳輸。 　　模擬信號(hào)模擬傳輸傳輸?shù)男盘?hào)是模擬信號(hào)。 　　在精密測(cè)量中，進(jìn)入測(cè)量電路的除了傳感器輸出的測(cè)量信號(hào)外，往往還有各種噪聲。而傳感器的輸出信號(hào)一般又很微弱， 為了便于區(qū)別信號(hào)與噪聲，往往給測(cè)量信號(hào)賦予一定特征，也

2、就是調(diào)制。到達(dá)接收方后，接收方再通過解調(diào)方法還原出傳送的模擬信號(hào)（不一定需要恢復(fù)原信號(hào)，只要能將它所反映的量值提取出來即可）。,檢測(cè)信號(hào)可以采用電流形式，也可以采用電壓形式傳輸。 在機(jī)柜或控制室內(nèi)，一般信號(hào)傳輸?shù)木嚯x不長(zhǎng)，環(huán)境也較好， 信號(hào)傳輸多采用電壓形式。在較遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，考慮到傳送線的電阻在一定的范圍內(nèi)變化對(duì)信號(hào)電流值的影響較小，并且信號(hào)電流流過電阻很容易轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的信號(hào)電壓，因而一般采用電流形式傳送信號(hào)。 　　模擬信號(hào)數(shù)字傳

3、輸傳輸?shù)男盘?hào)是數(shù)字信號(hào)。,傳感器輸出的信號(hào)一般為模擬信號(hào)，在以微型計(jì)算機(jī)為核心組成的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)中，必須將傳感器輸出的模擬信號(hào)通過編碼器對(duì)其進(jìn)行采樣、量化和編碼，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再放在數(shù)字信道上傳輸，為此要使用模／數(shù)轉(zhuǎn)換器。經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的信號(hào)常需反饋給模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)如執(zhí)行電動(dòng)機(jī)等， 需再經(jīng)解碼器解碼還原成模擬信號(hào)，因此還需要數(shù)／模轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬信號(hào)。,2.1.2 U／I變換器集成器件,1. 引腳功能XTR1

4、10的引腳排列如圖2-1所示。,圖2-1 XTR110的引腳圖,2. 性能參數(shù)XTR110的主要性能特點(diǎn)如下：采用標(biāo)準(zhǔn)４～20 mA電流傳輸； 輸入／輸出范圍可選擇； 最大非線性誤差為0.005％； 帶有精確的＋10 V參考電壓輸出； 采用獨(dú)立電源工作模式， 且電壓范圍很寬（13.5～40 V）； 引腳可編程。,3. 輸入/輸出范圍與引腳連接　　XTR110內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要由輸入放大器、U／I轉(zhuǎn)換器和+10

5、V基準(zhǔn)電壓電路等組成。對(duì)于不同的輸入電壓和輸出電流，只要對(duì)某些引腳進(jìn)行適當(dāng)連接就可實(shí)現(xiàn)。不同的輸入／輸出范圍時(shí)引腳的連接關(guān)系如表2-1所示。,表2-1 不同的輸入／輸出范圍時(shí)引腳的連接關(guān)系,2.1.3 U／I變換器的應(yīng)用　　XTR110輸入0～10Ｖ、輸出4～20 mＡ?xí)r的電路如圖2-2所示。其中RP1為調(diào)零電位器，RP2為調(diào)量程電位器。對(duì)于其他輸入電壓與輸出電流范圍，使用時(shí)可根據(jù)具體情況改變管腳3、4、5、 9、 10的連接方式

6、?！　。豑R110的輸出電流可用下式表示：,(2-1),圖2-2　XTR110基本應(yīng)用電路,RSPAN實(shí)際上就是內(nèi)部50Ω電阻Ｒ9。為了獲得不同的輸出電流范圍，也可連接相應(yīng)的外部RSPAN。而外部晶體管則用于傳導(dǎo)輸出信號(hào)電流。推薦使用Ｐ溝道MOS晶體管。它的電壓標(biāo)稱值必須大于或等于最大電源電壓，如果電源電壓＋Ｖcc超過了它的柵極擊穿電壓，晶體管的漏極將被擊穿而失去作用?！　⒖茧妷涸诠苣_12處應(yīng)精確校準(zhǔn)。為保持精度，包括管腳３在內(nèi)的

7、任何負(fù)載都應(yīng)與此點(diǎn)相連。,2.1.4 數(shù)據(jù)通信基礎(chǔ)　　1. 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的相關(guān)概念　　1） 誤碼率　　誤碼率的定義是二進(jìn)制碼元(每個(gè)數(shù)字就是一個(gè)碼元)被錯(cuò)傳的概率。這是衡量一個(gè)通信系統(tǒng)傳輸可靠性的指標(biāo)。當(dāng)所傳輸?shù)臄?shù)字序列趨于無限長(zhǎng)時(shí)，誤碼率等于被傳錯(cuò)的二進(jìn)制碼元數(shù)與所傳碼元總數(shù)之比， 即,2） 傳輸速率　　傳輸速率包括數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率兩種， 分別用比特率和波特率來表示。 　　(1) 數(shù)據(jù)傳輸速率。數(shù)據(jù)傳輸速率是

8、指單位時(shí)間內(nèi)傳送二進(jìn)制代碼的位數(shù)。其單位是比特/秒或位/秒，用比特率表示， 記為bit/s或b/s。計(jì)算公式為,式中S——數(shù)據(jù)傳輸速率； T——電脈沖信號(hào)(碼元)的寬度或周期； N——電脈沖信號(hào)所有可能的狀態(tài)數(shù)，是2的整冪數(shù)。 　 lbN是每個(gè)電脈沖信號(hào)所表示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)。若電信號(hào)所有可能的狀態(tài)數(shù)N=2，即只有“0”和“1”兩種狀態(tài)，則每個(gè)電信號(hào)只傳送1位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，那么S=1／T。,(2) 調(diào)制速率。調(diào)制速

9、率又稱碼元速率，是信號(hào)經(jīng)調(diào)制后的傳輸速率，表示單位時(shí)間內(nèi)傳輸?shù)拇a元個(gè)數(shù)，用波特率表示， 以波特(Baud)為單位。,數(shù)據(jù)傳輸速率與調(diào)制速率的關(guān)系是：S=B lbN。從上述介紹可知，只有當(dāng)N=2即二進(jìn)制調(diào)制時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸速率和調(diào)制速率才是相等的。在多元調(diào)制時(shí)，兩者是不相等的。  信道是通信中傳輸信息的通道，它由相應(yīng)的發(fā)送信息與接收信息的設(shè)備以及與之相連接的傳輸介質(zhì)組成，其連接方式有點(diǎn)對(duì)點(diǎn)（點(diǎn)—點(diǎn)）連接和多點(diǎn)連接兩種。,① 點(diǎn)—點(diǎn)連

10、接方式，又稱兩點(diǎn)直通方式，如圖2-3(a)所示。 這種方式是將終端和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間用固定的專用線路相連接， 平時(shí)并不拆除， 適用于通信量較大的情況。 　　② 多點(diǎn)連接方式，如圖2-3(b)所示。各終端共用一條主線路， 這種方式節(jié)省線路，但要解決各終端同時(shí)訪問主機(jī)而競(jìng)爭(zhēng)線路的問題。,圖2-3 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)連接方式,2. 數(shù)據(jù)傳輸方式　　1） 單工、半雙工和全雙工通信 　（1） 單工通信。如圖2-4(a)所示，單工通信指數(shù)據(jù)

11、總是沿一個(gè)固定方向傳送，如從終端發(fā)數(shù)據(jù)給計(jì)算機(jī)，而不接收從計(jì)算機(jī)發(fā)來的信息。為了正確發(fā)送數(shù)據(jù)，在接收端收到信息后， 要發(fā)回應(yīng)答信息通知發(fā)送端，由發(fā)送端根據(jù)應(yīng)答信息判斷所發(fā)送數(shù)據(jù)是正確接收還是出錯(cuò)并再做處理。應(yīng)答信息總是沿與數(shù)據(jù)傳送方向相反的方向傳送。故單工通信所指方向是數(shù)據(jù)傳送方向。,圖2-4 單工、半雙工、 全雙工通信(a) 單工通信； (b) 半雙工通信； (c) 全雙工通信,（2） 半雙工通信。如圖2-4(b)所示，半雙工通信

12、是指數(shù)據(jù)可沿兩個(gè)方向傳送，但同一時(shí)刻只能沿一個(gè)方向傳送。當(dāng)需要反向傳送數(shù)據(jù)時(shí)，需要變換傳輸信道。 　　（3） 全雙工通信。如圖2-4(c)所示，全雙工通信是指數(shù)據(jù)能同時(shí)沿相反的兩個(gè)方向傳送。 一般實(shí)現(xiàn)方法是采用兩個(gè)單工信道完成全雙工通信，即四線制。也可采用頻率分割法， 將傳輸信道分成高頻和低頻兩條信道， 這時(shí)可采用二線制。,2） 異步傳輸與同步傳輸　　異步傳輸方式又稱起止式同步。它是以字符為單位傳輸數(shù)據(jù)，采用位形式的字符同步信號(hào)

13、，發(fā)送器和接收器任一方都不向?qū)Ψ教峁r(shí)鐘同步信號(hào)。在數(shù)據(jù)可以傳送之前，異步傳輸?shù)陌l(fā)送器與接收器雙方不需要協(xié)調(diào)。發(fā)送器可以在任何時(shí)刻發(fā)送數(shù)據(jù)，而接收器必須隨時(shí)都處于準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)的狀態(tài)。計(jì)算機(jī)主機(jī)與輸入、輸出設(shè)備之間一般采用異步傳輸方式，如圖2-5（a）所示。 　　同步傳輸以數(shù)據(jù)幀為單位傳輸數(shù)據(jù)，可采用字符形式或位組合形式的幀同步信號(hào)。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)采用同步傳輸方式時(shí)， 常將時(shí)鐘同步信號(hào)置入數(shù)據(jù)信號(hào)幀中，以實(shí)現(xiàn)接收器與發(fā)送器的時(shí)鐘同步， 如

14、圖2-5（b）所示。,圖2-5 異步傳輸和同步傳輸,3） 串行傳輸與并行傳輸　　數(shù)據(jù)的傳輸分為串行傳輸與并行傳輸。 串行傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是一位一位在設(shè)備間進(jìn)行傳輸，在發(fā)送站需將并行數(shù)據(jù)位流變成串行數(shù)據(jù)位流，然后發(fā)送到傳輸信道上，而在接收站又要將從傳輸信道接收到的數(shù)據(jù)位流變換成并行數(shù)據(jù)位流。在并行傳輸時(shí)，多個(gè)位在設(shè)備間是同時(shí)傳輸?shù)摹?　　串行傳輸?shù)乃俣缺炔⑿袀鬏斠枚啵M(fèi)用低，通常傳輸距離較遠(yuǎn)的數(shù)字通信系統(tǒng)多采用串行傳輸。而并行傳輸

15、的速度高， 但設(shè)備費(fèi)用也高， 適用于近距離傳輸。,4）多路復(fù)用技術(shù) 　　在同一條通信線路上，實(shí)現(xiàn)同時(shí)傳送多路信號(hào)的技術(shù)叫做多路復(fù)用技術(shù)。常用的多路復(fù)用技術(shù)有時(shí)分多路復(fù)用、 頻分多路復(fù)用和波分多路復(fù)用。 　　時(shí)分多路復(fù)用(TDM)是在傳輸時(shí)把時(shí)間分成小的時(shí)間片，每一時(shí)間片由復(fù)用的一路信號(hào)占用，各路信號(hào)在微觀上是串行傳送的，在宏觀上是并行傳送的。它廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信中， 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)也使用TDM技術(shù)。,頻分多路復(fù)用(FDM)是將

16、多路信號(hào)分別調(diào)制到互不交疊的頻段來進(jìn)行傳輸，各路信號(hào)在微觀上是并行傳送的。FDM的缺點(diǎn)是各路信號(hào)之間易互相干擾，它多用于模擬通信中。 　　波分多路復(fù)用(WDM)是在光纖信道上使用的頻分多路復(fù)用的一個(gè)變種，它是在光波頻率范圍內(nèi)，把不同波長(zhǎng)的光波，按一定間隔排列在一根光纖中傳送，即將光纖可工作的有效波長(zhǎng)劃分為多個(gè)波段，通過棱柱或光柵將不同的波段合成到一根共享光纖上。 WDM用于光纖通信中。,5） 基帶、頻帶和寬帶傳輸 　　原始電

17、信號(hào)所占用的頻率范圍叫基本頻率(簡(jiǎn)稱基帶)，這種原始電信號(hào)稱為基帶信號(hào)?；鶐鬏斁褪菍⒒鶐盘?hào)直接送到線路上進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏敺绞?。?shù)字信號(hào)的基本頻帶為從0到若干兆赫?；鶐鬏斚到y(tǒng)無需使用調(diào)制解調(diào)器，設(shè)備費(fèi)用低， 適用于短距離的數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中。 　　頻帶傳輸是指將基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制后形成的模擬信號(hào)送到線路上進(jìn)行傳輸?shù)膫鬏敺绞健ｎl帶傳輸在發(fā)送端和接收端都要設(shè)置調(diào)制解調(diào)器。頻帶傳輸適合于長(zhǎng)距離的數(shù)據(jù)傳輸，而且能夠?qū)崿F(xiàn)多路復(fù)用。,2.1.5 現(xiàn)

18、場(chǎng)總線,1．現(xiàn)場(chǎng)總線的產(chǎn)生　　現(xiàn)場(chǎng)總線是綜合運(yùn)用微處理器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的產(chǎn)物。它把微處理器置入現(xiàn)場(chǎng)自控設(shè)備， 使設(shè)備具有數(shù)字計(jì)算和數(shù)字通信能力，這一方面提高了信號(hào)的測(cè)量、 控制和傳輸精度，同時(shí)為豐富控制信息的內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)其遠(yuǎn)程傳送創(chuàng)造了條件。在現(xiàn)場(chǎng)總線的環(huán)境下，借助現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)段以及與之有通信連接的其他網(wǎng)段，實(shí)現(xiàn)異地遠(yuǎn)程自動(dòng)控制， 如操作遠(yuǎn)在數(shù)十萬(wàn)米之外的電氣開關(guān)等?，F(xiàn)場(chǎng)總線設(shè)備與傳統(tǒng)自控設(shè)備相比，拓寬了信息內(nèi)

19、容，提供了傳統(tǒng)儀表所不能提供的如閥門開關(guān)動(dòng)作次數(shù)、故障診斷等信息，便于操作管理人員更好、更深入地了解生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和自控設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài),圖2-6 集中控制、 集散控制和現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖(a) 集中控制； (b) 集散控制； (c) 現(xiàn)場(chǎng)總線控制,2．現(xiàn)場(chǎng)總線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)現(xiàn)　　現(xiàn)場(chǎng)總線的基礎(chǔ)是數(shù)字通信，通信就必須有協(xié)議，現(xiàn)場(chǎng)總線的協(xié)議是參照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)的開放系統(tǒng)互連(OSI)協(xié)議。OSI協(xié)議是為計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)而制定的七

20、層參考模型，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、網(wǎng)絡(luò)層、傳輸層、會(huì)話層、表示層和應(yīng)用層，它對(duì)任何網(wǎng)絡(luò)都是適用的，只要網(wǎng)絡(luò)中所要處理的要素是通過共同的路徑進(jìn)行通信的。目前，各個(gè)公司生產(chǎn)的現(xiàn)場(chǎng)總線產(chǎn)品沒有一個(gè)統(tǒng)一的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，但是各公司在制定自己的通信協(xié)議時(shí)，都參考了OSI七層協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，且大都采用了其中的第1層、第2層和第7層，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層，同時(shí)考慮現(xiàn)場(chǎng)裝置的控制功能和具體運(yùn)用增設(shè)了第8層即用戶層。,1） 物理層　　物理層定義了信號(hào)的編

21、碼與傳送方式、傳送介質(zhì)、接口的電氣及機(jī)械特性、信號(hào)傳輸速率等。現(xiàn)場(chǎng)總線有兩種編碼方式： 曼徹斯特編碼（Manchester）和不歸零編碼（NRZ），前者同步性好， 但頻帶利用率低， 后者則剛好相反。Manchester編碼采用基帶傳輸，而NRZ編碼采用頻帶傳輸。其調(diào)制方式主要有CPFSK和COFSK?，F(xiàn)場(chǎng)總線傳輸介質(zhì)主要有有線電纜、光纖和無線介質(zhì)。,2） 數(shù)據(jù)鏈路層　　關(guān)于MAC層， 目前有以下三種協(xié)議： 　?。?） 集中式輪詢

22、協(xié)議。其基本原理是網(wǎng)絡(luò)中有主站， 主站周期性地輪詢各個(gè)節(jié)點(diǎn)，被輪詢的節(jié)點(diǎn)允許與其他節(jié)點(diǎn)通信。 　?。?） 令牌總線協(xié)議。這是一種多主站協(xié)議，主站之間以令牌傳送協(xié)議進(jìn)行工作，持有令牌的站可以輪詢其他站。 　　（3） 總線仲裁協(xié)議。 其機(jī)理類似于多機(jī)系統(tǒng)中并行總線的管理機(jī)制。,3） 應(yīng)用層　　應(yīng)用層可以分為兩個(gè)子層。上面子層是應(yīng)用服務(wù)層(FMS層)，它為用戶提供服務(wù)；下面子層是現(xiàn)場(chǎng)總線存取層(FAS層)，它實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鏈路層的連接。

23、 　　應(yīng)用層的功能是進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備數(shù)據(jù)的傳送及現(xiàn)場(chǎng)總線變量的訪問。它為用戶應(yīng)用提供接口，定義了如何應(yīng)用讀、寫、 中斷和操作信息及命令，同時(shí)定義了信息、句法(包括請(qǐng)求、執(zhí)行及響應(yīng)信息)的格式和內(nèi)容。應(yīng)用層的管理功能在初始化期間初始化網(wǎng)絡(luò)，指定標(biāo)記和地址。同時(shí)按計(jì)劃配置應(yīng)用層， 也對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制，統(tǒng)計(jì)失敗和檢測(cè)新加入或退出網(wǎng)絡(luò)的裝置。,4） 用戶層 　　用戶層是現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)在OSI模型之外新增加的一層，是使現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)開放與可

24、互操作性的關(guān)鍵。 　　用戶層定義了從現(xiàn)場(chǎng)裝置中讀、寫信息和向網(wǎng)絡(luò)中其他裝置分派信息的方法，即規(guī)定了供用戶組態(tài)構(gòu)成系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)“功能模塊”。事實(shí)上，各廠家生產(chǎn)的產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)功能塊的程序可能完全不同，但對(duì)功能塊特性描述、參數(shù)設(shè)定及相互連接的方法是公開統(tǒng)一的。信息在功能塊內(nèi)經(jīng)過處理后輸出，用戶對(duì)功能塊的工作就是選擇“設(shè)定特征”及“設(shè)定參數(shù)”，并將其連接起來。 功能塊除了輸入/輸出信號(hào)外，還輸出表征該信號(hào)狀態(tài)的信號(hào)。,3． 幾種流行的現(xiàn)場(chǎng)總線

25、　　1) CAN(控制器局域網(wǎng)絡(luò)) CAN屬于總線型串行通信網(wǎng)絡(luò)，最早用于汽車內(nèi)部檢測(cè)部件與執(zhí)行部件間的數(shù)據(jù)通信。由于本身的特點(diǎn)，其應(yīng)用范圍已不再局限于汽車工業(yè)，而向過程控制、機(jī)械工業(yè)、紡織機(jī)械、 機(jī)器人、 數(shù)控機(jī)床、醫(yī)療器械、智能建筑等領(lǐng)域發(fā)展。CAN已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織ISO 11898標(biāo)準(zhǔn)。,2) LONWORKS(局域操作網(wǎng)絡(luò))　　LONWORKS由美國(guó)Echelon公司研制，其核心是Neuron(神經(jīng)元)芯片，內(nèi)

26、含3個(gè)8位的CPU。第一個(gè)CPU為介質(zhì)訪問控制處理器，實(shí)現(xiàn)Lon Tank協(xié)議的第1層和第2層；第2個(gè)CPU為網(wǎng)絡(luò)處理器，實(shí)現(xiàn)Lon Tank協(xié)議的第3層至第6層；第3個(gè)CPU為應(yīng)用處理器， 實(shí)現(xiàn)Lon Tank協(xié)議的第7層，執(zhí)行用戶編寫的代碼及用戶代碼所調(diào)用的操作系統(tǒng)服務(wù)。,3) PROFIBUS(過程現(xiàn)場(chǎng)總線)　　PROFIBUS是德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)，有幾種改進(jìn)型，分別用于不同的場(chǎng)合。如PROFIBUS-PA用于過程自動(dòng)化，通過總線供電，

27、提供本質(zhì)安全型，可用于危險(xiǎn)防爆區(qū)域；PROFIBUS-FMS用于一般自動(dòng)化；PROFIBUS-DP用于加工自動(dòng)化，適用于分散的外圍設(shè)備。 　　4) HART(可尋址遠(yuǎn)程傳感器數(shù)據(jù)通路) HART由美國(guó)Rosemount公司研制，HART協(xié)議參照ISO／OSI模型的第1、2、7層，即物理層、 數(shù)據(jù)鏈路層和應(yīng)用層。,5) FF（基金會(huì)現(xiàn)場(chǎng)總線）　　現(xiàn)場(chǎng)總線基金會(huì)(FF)是國(guó)際公認(rèn)的惟一不附屬于某企業(yè)的公正非商業(yè)化的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化

28、組織，其宗旨是制定統(tǒng)一的現(xiàn)場(chǎng)總線國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，無專利許可要求，可供任何人使用。FF現(xiàn)場(chǎng)總線標(biāo)準(zhǔn)共有4層協(xié)議，即物理層、數(shù)據(jù)鏈路層、應(yīng)用層和用戶層。,,2.2 檢測(cè)信號(hào)的數(shù)據(jù)采集,2.2.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本組成單元　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)簡(jiǎn)稱DAS，其種類很多，但其基本構(gòu)成是相似的。圖2-7所示為一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。由圖可見，計(jì)算機(jī)通過標(biāo)準(zhǔn)接口與本身的外部設(shè)備連接，如打印機(jī)、顯示器等。 再通過測(cè)控接口與模擬或數(shù)字輸入通道、模擬或數(shù)字控制通

29、道、 智能儀器儀表等連接起來。因此，一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，它由軟件和硬件兩大部分組成。其中， 硬件結(jié)構(gòu)主要有傳感器、多路開關(guān)及采樣/保持器（S/H）、 濾波器和放大器（IA）、A／D轉(zhuǎn)換器、計(jì)算機(jī)及接口電路等。,圖2-7 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成,2.2.2 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式　　1. 集中采集式  集中采集式又有兩種結(jié)構(gòu)形式：同步型和分時(shí)型。 　?。?） 多通道同步型。如圖2-8(a)所示，每個(gè)通道都

30、有自己的S／H，并可受同一觸發(fā)信號(hào)控制，這樣可以做到在同一時(shí)刻內(nèi)將采集信號(hào)暫存在各自的保持電容上，以后由計(jì)算機(jī)指令逐一進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。 這種結(jié)構(gòu)可允許對(duì)各通道之間的相互關(guān)系(如互相關(guān)、互功率譜等)進(jìn)行分析。,圖2-8 集中采集式多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式(a) 多通道同步型； (b) 多通道分時(shí)型,2. 分散采集式(分布式)　　分布式如圖2-9(a)所示，無切換開關(guān)，這種結(jié)構(gòu)形式通常用于高速系統(tǒng)，允許通道同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它是多個(gè)

31、單通道DAS的組合，可以對(duì)各通道數(shù)據(jù)描述同時(shí)實(shí)時(shí)給出，具有靈活性強(qiáng)、 高速、高精度的特點(diǎn)。,圖2-9 分布式多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式(a) 分布式單機(jī)結(jié)構(gòu)； (b) 網(wǎng)絡(luò)式結(jié)構(gòu),2.2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要構(gòu)件　　1、多路開關(guān)　 1）CD4051：CD4051是一個(gè)雙向8通道多路開關(guān)，它有3個(gè)二進(jìn)制控制輸入端A、B、C和一個(gè)禁止輸入端，并由3位二進(jìn)制信號(hào)來選擇8個(gè)通道中的一個(gè)通道。當(dāng)　　為“1”時(shí)，通道斷開，禁止模擬量輸

32、入；當(dāng)　　為“0"，通道接通，允許模擬量輸入。其工作原理如圖2－10所示。,圖2—10 CD4051原理圖,圖中，邏輯電平轉(zhuǎn)換單元完成CMOS到TTL的電平轉(zhuǎn)換，因此這種多路開關(guān)輸入電平范圍廣，數(shù)字量輸入為3～15 V，模擬量可達(dá)15 V。 二進(jìn)制譯碼器用來對(duì)選擇輸入端A、B、C的狀態(tài)進(jìn)行譯碼，并控制開關(guān)電路TG，使某一路開關(guān)接通，從而使輸入/輸出通道相連。,2） CD4052　　CD4052為雙向4通道多路開關(guān)，其工作

33、原理與CD4051相似， 兩者不同之處在于CD4052只有兩個(gè)通道選擇輸入端A、B，這樣可以選擇4種狀態(tài)。譯碼器譯出的每一種狀態(tài)同時(shí)控制X、Y兩個(gè)開關(guān)。因此，這種開關(guān)適宜做差動(dòng)信號(hào)輸入的多路開關(guān)。 CD4052的工作原理如圖2-11所示。,圖2-11 CD4052原理圖,3） CD4053　　CD4053為三重兩通道多路開關(guān)，其原理與CD4052基本相同。不同的是它可以一次接通3個(gè)通道，此外它有3個(gè)二選一譯碼器， 其工作原理如圖2-

34、12所示。,圖2-12 CD4053原理圖,表2-2 CD4051／CD4052／CD4053的真值表,2． 采樣／保持器　　采樣／保持電路是為了保證在A／D轉(zhuǎn)換過程中，使模擬信號(hào)以較高的精度轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。由于模擬信號(hào)向數(shù)字信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，因此在這段時(shí)間里，必須保持采樣點(diǎn)的數(shù)值不變，才能保證轉(zhuǎn)換的精度， 這就是采樣／保持器的意義所在。 　　采樣／保持器有兩種工作方式：一種是采樣方式；另一種是保持方式。這兩種方式由方

35、式控制端來選擇。在采樣方式中， 采樣／保持器的輸出跟隨模擬輸入電壓；在保持方式中，采樣／保持器的輸出將保持采樣命令發(fā)出時(shí)刻的輸入值，直到保持命令撤消(即轉(zhuǎn)到采樣命令)時(shí)為止。 圖2-13所示為采樣／保持過程的示意圖。,圖2-13 采樣/保持器的工作方式(a) 工作方式； (b) 采樣/保持器,1) AD582　　AD582是由高性能運(yùn)算放大器、低泄漏電阻的模擬開關(guān)及一個(gè)由結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管組成的輸入放大器等三部分組成。 AD582的

36、引腳及結(jié)構(gòu)原理如圖2-14所示。,圖2—14 AD582的引腳及原理圖,AD582的各引腳功能如下：　+IN、－IN：采樣／保持器模擬輸人信號(hào)端。接+IN時(shí)，輸出與輸入同相；接－IN時(shí)，輸出與輸入反相?！ULL：調(diào)零端。使用時(shí)要求外接一個(gè)電位器，以調(diào)整第一級(jí)差動(dòng)運(yùn)算放大器的工作電流?！H：外接保持電容。由用戶選用?！　?UTPUT：采樣／保持器輸出端。由于采樣／保持器的增益為1，所以輸出始終跟蹤輸入(注意相位的變化)。,L

37、ogic IN+、Logic IN－：邏輯控制差動(dòng)輸入端。Logic IN+相對(duì)于Logic IN－的電壓為－6 V～+0.8 V時(shí)，AD582處于采樣工作方式；Logic IN+偏置為+2 V～+Vs－3 V之間時(shí)，AD582處于保持工作方式?！?Vs、－Vs：電源端。分別為+15 V和－15 V?！　C：空腳。,AD582的使用特點(diǎn)如下： 　?。?） 采樣時(shí)間比較短， 最短可達(dá)6 μs。 該時(shí)間與所選擇的保持電容的大小有關(guān)

38、。 　?。?） 保持電容器C充電電流與保持時(shí)的電容漏電流之間的比值可達(dá)107。該比值越大，表明保持電壓下降速率越低。 　　（3） 輸入信號(hào)電平可達(dá)電源電壓±VS， 可適用于12位的A／D轉(zhuǎn)換器。 　?。?） 使用時(shí)要把模擬地與數(shù)字地相互隔開， 以提高抗干擾能力。 　　（5） 可與任何獨(dú)立的運(yùn)算放大器連接， 以控制增益或頻率響應(yīng)， 并提供反相信號(hào)。,2) LF198/LF298/LF398 LF198

39、／LF298／LF398是一種具有采樣速度高、保持電壓下降速率慢及精度高的單片集成采樣／保持器，采用雙極型—結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管工藝。 當(dāng)邏輯控制信號(hào)為高電平時(shí)，處于跟隨狀態(tài)；為低電平時(shí)處于保持狀態(tài)。 LF198／LF298／LF398的電路結(jié)構(gòu)完全相同，只是某些電氣參數(shù)稍有不同，其結(jié)構(gòu)原理如圖2-15所示。LF198系列采用兩種封裝方式，一種是雙列直插式封裝（見圖2-16(a)），另一種是8腳金屬管殼封裝（見圖2-16(b)）。,圖2-15

40、 LF198/LF298/LF398結(jié)構(gòu)原理圖,圖2-16 LF198/LF298/LF398管腳圖,LF398使用的極限參數(shù)如下：① 電源電壓為±18 V； ② 功率耗散(封裝限制)為500 mW； ③ 工作環(huán)境溫度范圍： LF198／LF198A為－55～+125℃， 　　　　　　　　　　　LF298為－25～+85℃， 　　　　　　　　　　　LF398為0～+150℃； ④ 存儲(chǔ)溫度范圍為－65～+1

41、50℃； ⑤ 輸入電壓為電源電壓； ⑥ 邏輯到邏輯基準(zhǔn)的差動(dòng)電壓為+7 V， －30 V； ⑦ 輸出短路持續(xù)時(shí)間不確定； ⑧ 保持電容器短路持續(xù)時(shí)間為10 s； ⑨ 引線溫度(焊錫，10 s)為300℃。,圖2-17所示是LF398作為采樣／保持器應(yīng)用的典型電路。 管腳2是調(diào)零端。將1 kΩ電位器的一個(gè)固定端接VCC，另一個(gè)固定端通過電阻接地，可調(diào)端接管腳2。固定電阻以其流過0.6 mA為宜選取阻值。不需要直流調(diào)零時(shí)

42、，管腳2懸空。,圖2-17 LF398應(yīng)用典型電路,3. 模/數(shù)（A／D）轉(zhuǎn)換器　　A／D轉(zhuǎn)換器是一種將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件，通常也稱為ADC。在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，傳感器的輸出大部分為模擬信號(hào)(電壓、電流)，而計(jì)算機(jī)只能接收數(shù)字量。為此，需要在傳感器與計(jì)算機(jī)之間進(jìn)行模／數(shù)轉(zhuǎn)換，以便將模擬電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能識(shí)別的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。因此A／D轉(zhuǎn)換器是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到測(cè)量的準(zhǔn)確度、分辨力和轉(zhuǎn)換速度。,A／D轉(zhuǎn)換器的

43、類型較多。按其轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)的方式，可分為并行和串行兩種，其中并行又分為8位、10位、14位和16位等；按其轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式和雙積分式等。 　　并行與串行ADC各有其優(yōu)勢(shì)。并行ADC占用較多的數(shù)據(jù)線， 具有輸出速度快的優(yōu)點(diǎn)，在轉(zhuǎn)換位數(shù)較少時(shí)具有很高的性價(jià)比。 串行ADC占用的數(shù)據(jù)線少，轉(zhuǎn)換速度慢，但它也有自身的優(yōu)點(diǎn)： 一是便于信號(hào)隔離，只需少數(shù)幾路光電隔離器件就可以實(shí)現(xiàn)電氣隔離，在轉(zhuǎn)換位數(shù)較多的情況下具有較高的性價(jià)比；二是其芯

44、片小、引腳少，便于線路板的制作。,A／D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)特性如下： (1) 分辨力與分辨率。A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率習(xí)慣上以輸出二進(jìn)制位數(shù)或BCD碼位數(shù)表示。分辨力為1 LSB (最低有效位數(shù))。 12位A／D轉(zhuǎn)換器AD574的分辨率為12位，用百分?jǐn)?shù)表示為,·5G14433雙積分式A／D轉(zhuǎn)換器的分辨率為3位半。它的滿度字位為1 999，其百分?jǐn)?shù)表示的分辨率為,A／D轉(zhuǎn)換器的分辨力(1 LSB)對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的總分辨

45、力起著決定性作用。 　 (2) 量化誤差e 在理論上≤±1/2LSB。,(3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間。完成一次A／D轉(zhuǎn)換的時(shí)間TC為A／D轉(zhuǎn)換時(shí)間，在這段時(shí)間里輸入A／D的模擬電壓數(shù)值應(yīng)穩(wěn)定不變， 否則就會(huì)造成A／D轉(zhuǎn)換的誤差。通常轉(zhuǎn)換時(shí)間TC比采樣/保持器的孔徑時(shí)間TAP大，更比孔徑抖動(dòng)TAJ大得多，因此若不加采樣保持器，在保證轉(zhuǎn)換誤差不大于量化誤差e的條件下，A／D轉(zhuǎn)換器直接轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)Vx(t)的最高頻率是很低的，公式(2-

46、2)是轉(zhuǎn)換時(shí)間TC和轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與可采集信號(hào)的最高頻率的關(guān)系：,（2-2）,例如：8位ADC (080X)，n=8，Tc=100μs，fH≤6.3 Hz；12位ADC (AD574)，n=12，Tc=35μs，fH≤1.1 Hz；,例如：8位ADC (080X)，n=8，Tc=100μs，fH≤6.3 Hz；12位ADC (AD574)，n=12，Tc=35μs，fH≤1.1 Hz；　為了對(duì)更高頻率的輸入信號(hào)進(jìn)行模一數(shù)轉(zhuǎn)換，在A／D轉(zhuǎn)

47、換器前都要加采樣保持器?！?4) 轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn)換時(shí)間Tc的倒數(shù)，如Tc=20 ns，即轉(zhuǎn)換速率為50MSPS，就是說每秒完成50×100次A／D轉(zhuǎn)換?！?5) 其他參數(shù)如對(duì)電源電壓變化的抑制比(PSRR)、零點(diǎn)和增益溫度系數(shù)、輸入電阻等?！　／D轉(zhuǎn)換器除了以上主要技術(shù)特性外，作為一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中的一個(gè)環(huán)節(jié)，它也有測(cè)量環(huán)節(jié)的基本特性(靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性)相對(duì)應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)，如零點(diǎn)、非線性誤差(線性度)、量程等，除廠家給出外，

48、用戶可以自行檢驗(yàn)或標(biāo)定。,4 .A／D轉(zhuǎn)換器芯片AD574A簡(jiǎn)介　AD574A型快速12位逐次比較式A／D轉(zhuǎn)換器為美國(guó)模擬器件公司產(chǎn)品。一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為25μs，轉(zhuǎn)換速率為40MSPS，分辨率12位，非線性誤差小于±1/2LSB。采用28腳雙立直插式封裝，各引腳功能如圖2-18所示，圖2-19是其管腳圖。,圖2-18 AD574的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,圖2-19 AD574A引腳功能,1) 工作電源與地UL（1腳）——+5 V

49、； VCC(7腳)—— +15 V／+12 V； VEE(11腳)—— －15 V／－12 V； AG(9腳)——模擬公共端； DG(15腳)——數(shù)字公共端。,2) 模擬信號(hào)輸入引腳  AD574A可提供四種模擬量量程范圍的輸入：?jiǎn)螛O性0～+10 V，0～+20 V；雙極性－5～+5 V，－10～+10 V。 　　(1) 單極性輸入： BIPOFF(12腳)——經(jīng)100 Ω電阻接地。 10

50、VIN(13腳)——接量程0～+10 V輸入信號(hào)；  20 VIN(14腳)——接量程0～+20 V輸入信號(hào)。 　　(2) 雙極性輸入： BIPOFF(12腳)——經(jīng)100 Ω可調(diào)電阻接8腳。 10 VIN(13腳)——接量程－5～+5 V輸入信號(hào)；  　20 VIN(14腳)——接量程－10～+10 V輸入信號(hào)。,3) 參考電壓源　　芯片內(nèi)參考電壓源可提供基準(zhǔn)電壓值為+10.0 V±

51、;1％。  REFOUT(8腳)——片內(nèi)參考電壓源基準(zhǔn)電壓輸出端；  REFIN(10腳)——基準(zhǔn)電壓值輸入端。 　　說明： 使用片內(nèi)參考電壓源時(shí)， 8腳經(jīng)100 Ω可調(diào)電阻接10腳；使用外部參考電壓源時(shí)， 10腳接外部參考電壓源。,表2-3 AD574A邏輯控制真值表,7） 工作狀態(tài)指示STS(28腳)——轉(zhuǎn)換／完成狀態(tài)指示端　　STS=1時(shí)表示轉(zhuǎn)換器正處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，STS=0時(shí)表示A／D轉(zhuǎn)換完畢。該信號(hào)可供微處

52、理器作為中斷或查詢信號(hào)，用于轉(zhuǎn)換結(jié)果的讀取以及(經(jīng)反相器)直接作為采樣／保持器的控制信號(hào)。,2.2.4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的電氣隔離 　　1. 光電耦合隔離　　1) 光電耦合器隔離的原理　　(1) 光電耦合器的輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光敏三極管，輸入端與輸出端之間是通過光傳遞信息的，而且又是在密封條件下進(jìn)行的， 故不會(huì)受到外界光的影響。光電耦合器的結(jié)構(gòu)如圖2-20所示。,圖2-20　光電耦合器的結(jié)構(gòu),(2) 光電耦合器的輸入阻

53、抗很低，一般為100～1000Ω， 而干擾源的內(nèi)阻一般很大，通常為105～106Ω，根據(jù)分壓原理可知，這時(shí)能饋送到光電耦合器輸入端的噪聲自然很小。 　　(3) 由于干擾噪聲源的內(nèi)阻一般很大，盡管它能提供較大幅度的干擾電壓，但能提供的能量很小，即只能形成微弱的電流。而光電耦合器輸入端的發(fā)光二極管，只有當(dāng)流過的電流超過其閾值時(shí)才能發(fā)光，輸出端的光敏三極管只在一定光強(qiáng)下才能工作。因此即使是電壓幅值很高的干擾，由于沒有足夠的能量而不能使發(fā)光

54、二極管發(fā)光， 仍然會(huì)被抑制掉。 ,(4) 光電耦合器的輸入端與輸出端之間的寄生電容極小， 一般僅為0.5～2 pF，而絕緣電阻又非常大，通常為1011～1013Ω，因此輸出端的各種干擾噪聲很難反饋到輸入端。 　　由于光電耦合器件的以上優(yōu)點(diǎn)， 使得它在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。,2) 光電耦合器隔離的應(yīng)用 (1) 用于系統(tǒng)與外界的隔離。 　　在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)閿?shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集的信號(hào)來源于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，所以需把待采集的信號(hào)

55、系統(tǒng)隔離。其做法是在傳感器與數(shù)據(jù)采集電路之間加上一個(gè)光電耦合器，如圖2-21所示。,圖2-21 信號(hào)與系統(tǒng)的隔離,(2) 用于系統(tǒng)電路之間的隔離。這種方法是在兩個(gè)電路之間加入一個(gè)光電耦合器，如圖2-22所示。電路Ⅰ的信號(hào)向電路Ⅱ是靠光傳遞的，切斷了兩個(gè)電路之間電的聯(lián)系，使兩個(gè)電路之間的電位差UCM不能形成干擾。 　　電路Ⅰ的信號(hào)加到發(fā)光二極管上，使發(fā)光二極管發(fā)光， 它的光強(qiáng)正比于電路Ⅰ輸出的信號(hào)電流。這個(gè)光被光電三極管接收， 再產(chǎn)生正

56、比于光強(qiáng)的電流輸送到電路Ⅱ。由于光電耦合器的線性范圍比較小， 因此它主要用于傳輸數(shù)字信號(hào)。,圖2-22 電路的光電耦合隔離,2. 電磁耦合隔離 　　電磁耦合隔離是在傳感器與采集電路之間加入一個(gè)隔離放大器，利用隔離放大器的電磁耦合，將外界的模擬信號(hào)與系統(tǒng)進(jìn)行隔離傳送。圖2-23所示為AD公司生產(chǎn)的隔離放大器AD202的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。AD202是一個(gè)典型的變壓器耦合二端隔離放大器，它采用調(diào)幅與解調(diào)技術(shù)將直流或交流信號(hào)通過變壓器耦合

57、到輸出級(jí)。其輸入級(jí)內(nèi)置一個(gè)獨(dú)立的運(yùn)放作為信號(hào)預(yù)處理， 可進(jìn)行緩沖、濾波等功能；輸出級(jí)對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、濾波與放大。內(nèi)置的DC/DC變換器可以提供電源給輸入側(cè)的運(yùn)放、調(diào)制器或其他電路。,圖2-23 AD202的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,另外，還有三點(diǎn)隔離的變壓器耦合隔離放大器，如BB公司的3656，可以實(shí)現(xiàn)輸入級(jí)和輸出級(jí)隔離，而且供電電源與放大器隔離，真正實(shí)現(xiàn)了信號(hào)和電源完全隔離。 　　隔離放大器在采集系統(tǒng)中的應(yīng)用見圖2-24。由圖可見， 外界的

58、模擬信號(hào)由隔離放大器進(jìn)行隔離放大，然后以高電平低阻抗的特性輸出至多路開關(guān)。為抑制市電頻率對(duì)系統(tǒng)的影響， 電源部分由變壓器隔離。另外，A/D轉(zhuǎn)換輸出采取光電隔離后送入計(jì)算機(jī)總線，以防止模擬通道的干擾饋入計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)總線的控制信號(hào)也經(jīng)光電隔離傳送至多路開關(guān)、采樣／保持和A／D轉(zhuǎn)換芯片。,圖2-24 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的隔離,3. 電容耦合隔離　　電容耦合隔離方法是比較先進(jìn)的，采用了頻率調(diào)制技術(shù)， 通過對(duì)輸入電壓數(shù)字編碼和差動(dòng)電容勢(shì)壘耦合，準(zhǔn)

59、確地隔離和傳輸模擬信號(hào)。圖2-25所示為BB公司生產(chǎn)的電容耦合隔離放大器ISO122的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。該隔離放大器輸入和輸出之間通過2個(gè)1 pF的隔離電容進(jìn)行信號(hào)耦合。在調(diào)制端，輸入放大器對(duì)輸入電流和一個(gè)可切換的電流源之間的差值進(jìn)行積分。假設(shè)VIN為0 V，積分器將以單向的斜率上升直到超過比較器的閾值。內(nèi)部的壓控振蕩器使電流源以500 kHz的頻率切換， 輸出調(diào)制的數(shù)字電平以差動(dòng)形式加在勢(shì)壘電容上，同時(shí)外加隔離電壓呈共模形式。輸出端的放

60、大器檢測(cè)出來的差動(dòng)信號(hào)作為另一個(gè)電流源到積分器A2的切換控制，信號(hào)解調(diào)產(chǎn)生一個(gè)平均值等于VIN的VOUT，經(jīng)過低通濾波器濾掉余下的載波噪聲之后，就成為隔離放大器的輸出。,圖2-25 ISO122的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖,2.2.5 ADμC8XX集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)　　1. ADμC8XX系列產(chǎn)品簡(jiǎn)介　　美國(guó)AD公司是轉(zhuǎn)換器領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者。該公司率先研制出了真正意義上的完整的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片(包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換電路、 微控制器、閃速／電擦除存儲(chǔ)器等

61、)——ADμC8XX。這種嶄新的微轉(zhuǎn)換器采用先進(jìn)的混合信號(hào)處理的IC工藝，顯著地提高了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能并大幅度地減少了開發(fā)時(shí)間和成本。微轉(zhuǎn)換器系列產(chǎn)品的高性能和高精度轉(zhuǎn)換技術(shù)，能更靈活地對(duì)芯片進(jìn)行編程， 能更方便地處理大量的數(shù)據(jù)采集問題，其低廉的價(jià)格更富有競(jìng)爭(zhēng)力。ADμC8XX系列的典型產(chǎn)品有ADμC812、 ADμC816和ADμC824，可組成單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、家用電器、通信、自動(dòng)化和軍事領(lǐng)域當(dāng)中；由于其體積小

62、、功耗低，還可以用于智能傳感器、電池供電系統(tǒng)(如手提電腦、儀器、監(jiān)視器)等。,ADμC812是全集成的高性能的12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它在單個(gè)芯片內(nèi)集成了高性能的自校準(zhǔn)多通道ADC、兩個(gè)12位DΑC以及可編程的8位(與8051兼容)MCU。其片內(nèi)8 KB的閃速／電擦除(Flash／EE)程序存儲(chǔ)器、640字節(jié)的閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器以及256字節(jié)的數(shù)據(jù)SRAM均由可編程內(nèi)核控制。 　　另外，MCU具有看門狗定時(shí)器、電源監(jiān)視器和ADC DM

63、A的功能，為多處理器接口和I／O擴(kuò)展提供了32條可編程的I／O線、 IZC兼容的SPI和標(biāo)準(zhǔn)UAR2、串行口I／O等。MCU內(nèi)核和模擬轉(zhuǎn)換器均有正常、空閑和掉電這三種工作模式，有適合于低功率應(yīng)用的靈活的電源管理方案。在工業(yè)溫度范圍內(nèi)，有3 V和5 V兩種規(guī)格電壓工作器件可供選擇。它有52條引腳，用扁平塑料四方形封裝。,ADμC8１6與ADμC8１2類似。它在單個(gè)芯片內(nèi)包含了高精度的雙通道16位Σ-ΔADC溫度傳感器、PGA與89C52M

64、CU兼容的內(nèi)核、閃速存儲(chǔ)RAM以及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，具有26條可編程的I/O線和12個(gè)中斷源(2個(gè)優(yōu)先級(jí))。其芯片內(nèi)集成了8 KB的閃速/電擦除程序存儲(chǔ)器、640 B的閃速/電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和256 B的RAM，而且包括UART、SPI和與I2C兼容的串行接口、多個(gè)數(shù)字I/O、看門狗定時(shí)器(WDT)、12位電壓輸出DAC、電壓監(jiān)視器(PSM)，以及定時(shí)器／計(jì)數(shù)器(TIC)等外圍設(shè)備。這種集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于稱重、便攜式電子儀器及壓力

65、測(cè)量等系統(tǒng)中。ADμC824是一款非常靈活的器件， 它集雙路Σ-ΔADC、 溫度傳感器、增益可程控的放大器(PGA)、8位MCU、Flash Memory、 RAM以及定時(shí)器／計(jì)數(shù)器于一身，并且可以直接接收來自傳感器的微弱信號(hào)。,ADμC824利用一個(gè)32 kHz晶振驅(qū)動(dòng)片內(nèi)PLL來產(chǎn)生內(nèi)部所需的工作頻率。其輸出數(shù)據(jù)速率隨MCU內(nèi)核工作頻率而變化， 輸出分辨率隨程控增益和輸出數(shù)據(jù)速率的變化而變化。微控制器內(nèi)核與8051指令集兼容。片內(nèi)外

66、圍設(shè)備包括一個(gè)與SPI和VC兼容的串行端口、多路數(shù)字輸入／輸出端口、看門狗定時(shí)器、 電源監(jiān)視器以及時(shí)間間隔計(jì)數(shù)器。片內(nèi)提供了8 KB閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器、640 B閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和256 B RAM,2. ADμC812的特點(diǎn)　　(1) 模擬I／O： 　8通道，高精度12位AIX；  　片內(nèi)參考溫度系數(shù)40 ppm/℃(ppm=10-6)電壓基準(zhǔn)；高速200 kHz；  高速ADC至RAM的DMA控制

67、器；  兩個(gè)12位電壓輸出DAC； 　 片內(nèi)溫度傳感器功能。,(2) 存儲(chǔ)器： 　8 KB片內(nèi)閃速／電擦除程序存儲(chǔ)器；  　640 B片內(nèi)閃速／電擦除數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器；  　片內(nèi)電荷泵(不需要外部UPP)；  　256 B片內(nèi)數(shù)據(jù)RAM；  　16 MB外部數(shù)據(jù)地址空間；  64 KB外部程序地址空間。 (3) 與8051兼容的內(nèi)核： 額定工作頻率12 MHz (最大1

68、6 MHz)；  3個(gè)16位定時(shí)器／計(jì)數(shù)器；  32條可編程的I／O線；  高電流驅(qū)動(dòng)能力——端口3；  9個(gè)中斷源， 兩個(gè)優(yōu)先級(jí)。,(4) 電源： 　以3 V或5 V電壓工作；  　正常、 空閑和掉電模式。 （5）片內(nèi)外圍設(shè)備： 　 URAT串行I／O；  　 兩線(與I2C兼容)和SPI串行I／O；  　 看門狗定時(shí)器；  　　電源監(jiān)視器。,3. ADμC