热电偶信号转485/232，AD转换器/数据采集模块
信号采集模块和数据采集卡的区别？
信号采集模块是一款用于工业自动化领域，进行远程遥测、遥控、遥信等功能。它能将串口数据或者模拟量变量采集后通过GPRS、CDMA、3G、4G网络进行远程传输。通过AD 采样芯片对采集到的传感器信号进行相关处理，然后换算成相应数值以485或别的方式和上位机进行通讯。
信号采集模块，绝大多数集中在采集模拟量、数字量、热电阻、热电偶，其中热电阻可以认为是非电量（其实本质上还是要用电流驱动来采集）其中模拟量采集卡和数字量采集卡用得是比较广泛的。因为，信号采集模块对环境的适应能力更强，可以应对各种恶劣的工业环境。
信号采集模块主要作用都包含了哪些？信号采集模块的的作用包含了：
1、对信号进行调理（如放大、滤波、隔离等）。
信号采集模块
2、AD转换，此处涉及采样时钟、FIFO等概念。
3、经计算机接口总线传输至计算机，如PCIe总线、USB总线、以太网线、串口等。
4、数据传输至上位机后，通过软件进行处理。
实现传感器和主机之间的信号采集，用来检测模拟信号，可应用在RS-232/485总线工业自动化控制系统，J/ K/ T/ E/ R/ S/ B 型热电偶信号的测量以及工业现场信号隔离及长线传输等等。
产品包括电源隔离，信号隔离、线性化，A/D转换和RS-485串行通信。每个串口最多可接255只模块，通讯方式采用ASCII码通讯协议或MODBUS RTU通讯协议，波特率可由代码设置，能与其他厂家的控制模块挂在同一RS-485总线上，便于计算机编程。
产品是基于单片机的智能监测和控制系统，所有的用户设定的校准值，地址，波特率，数据格式，校验和状态等配置信息都储存在非易失性存储器EEPROM里。
产品按工业标准设计、制造，信号输入/ 输出之间隔离，可承受3000VDC隔离电压，抗干扰能力强，可靠性高。工作温度范围- 45℃～+85℃。
特点：
● 八路热电偶信号采集，隔离转换RS-485/232输出
● 采用24位AD转换器，测量精度优于0.1%
● 通过RS-485/232接口可以程控校准模块精度
● 信号输入/ 输出之间隔离耐压3000VDC
●宽电源供电范围：8 ~ 32VDC
●J/ K/ T/ E/ R/ S/ B 型热电偶输入
● 可靠性高，编程方便，易于应用
● 标准DIN35导轨安装，方便集中布线
● 用户可编程设置模块地址、波特率等
● 支持Modbus RTU 通讯协议，自动识别协议
● 低成本、小体积模块化设计
功能：
信号隔离采集模块，可以用来测量八路热电偶信号。
1、模拟信号输入
24位采集精度，8路热电偶信号输入。产品出厂前所有信号输入范围已全部校准。在使用时，用户也可以很方便的自行编程校准。
2、通讯协议
通讯接口：1路标准的RS-485通讯接口或1路标准的RS-232通讯接口，订货选型时注明。
通讯协议：支持两种协议，命令集定义的字符协议和MODBUS RTU通讯协议。模块自动识别通讯协议，能实现与多种品牌的PLC、RTU或计算机监控系统进
行网络通讯。
数据格式：10位。1位起始位，8位数据位，1位停止位。
通讯地址（0～255）和波特率（2400、4800、9600、19200、38400、57600 、115200bps）均可设定；通讯网络最长距离可达1200米，通过双绞屏蔽电缆连接。
通讯接口高抗干扰设计，±15KV ESD保护，通信响应时间小于100mS。
3、抗干扰
可根据需要设置校验和。模块内部有瞬态抑制二极管，可以有效抑制各种浪涌脉冲，保护模块，内部的数字滤波，也可以很好的抑制来自电网的工频干扰。
典型应用：
● 温度信号测量、监测和控制
● RS-485远程I/O，数据采集
● 智能楼宇控制、安防工程等应用系统
● RS-232/485总线工业自动化控制系统
● 工业现场信号隔离及长线传输
● 设备运行监测
● 传感器信号的测量
● 工业现场数据的获取与记录
● 医疗、工控产品开发
● 各种类型热电偶信号采集
IBF27通用参数：
(typical @ +25℃，Vs为24VDC)
输入类型：热电偶信号输入，支持多种热电偶信号，J/ K/ T/ E/ R/ S/ B 型热电偶
带宽：-3 dB 10 Hz
转换速率：10 Sps
共模抑制(CMR)：120 dB（1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）
常模抑制(NMR)：60 dB （1kΩ Source Imbalance @ 50/60 Hz）
输入端保护：过压保护，过流保护
精度：0.1% （不包括冷端传感器误差）
温度漂移：±30 ppm/℃(±50 ppm/℃, 最大)
输入电阻：大于1MΩ
冷端补偿传感器精度：±0.5℃
通讯：协议RS-485 或RS-232 标准字符协议和MODBUS RTU通讯协议波特率（2400、4800、9600、19200、38400、57600 、115200bps）可软件选
择
地址（0～255）可软件选择
通讯响应时间：100 ms 最大
工作电源：+8 ~ 32VDC宽供电范围，内部有防反接和过压保护电路功率消耗：小于1W
工作温度：- 45 ~ +80℃
工作湿度：10 ~ 90% (无凝露)
存储温度：- 45 ~ +80℃
存储湿度：10 ~ 95% (无凝露)
隔离耐压：输入/ 输出之间：3KVDC，1分钟，漏电流1mA 其中RS-232 / RS-485输出和电源共地。
耐冲击电压：3KV AC，1.2/50us(峰值)
外形尺寸：120 mm x 70 mm x 43mm
1. AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内臵DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率（<12位）时价格便宜,但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型
的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD,而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内臵DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累积
第九章 A/D 转换器和D/A 转换器 一、填空题 1.（11-1易）D/A 转换器是把输入的________转换成与之成比例的_________。 2.（11-1中）倒T 形电阻网络D/A 转换器由___________、__________、_________及 _____________组成。 3.（11-1易）最小输出电压和最大输出电压之比叫做__________,它取决于D/A 转换器的 ________。 4.（11-1中）精度指输出模拟电压的_________和_________之差，即最大静态误差。主要 是参考电压偏离__________、运算放大器____________、模拟开关的 ________、电阻值误差等引起的。 5.（11-1易）D/A 转换器输出方式有____________、__________和__________。 6.（11-2易）采样是将时间上___________（a.连续变化，b.断续变化）的模拟量，转换成 时间上_________（a.连续变化，b.断续变化）的模拟量。 7.（11-2） 参考答案： 1.数字量/数字信号，模拟量/模拟信号 2.译码网络，模拟开关，求和放大器，基准电源 1. 分辨率 位数 2. 实际值 理论值 标准值 零点漂移 压降 3. 单极性同相输出 单极性反相输出 双极性输出 4. a b 二、选择题 1.（11-2中）将采样所得的离散信号经低通滤波器恢复成输入的原始信号，要求采样频率 s f 和输入信号频谱中的最高信号max i f 的关系是（ ）。 A ．max 2s i f f ≥ B ．max s i f f ≥ C ．max s i f f = D ． max s i f f < 2.（11-2易）下列不属于直接型A/D 转换器的是（ ）。 A ．并行A/D 转换器 B ．双积分A/D 转换器 C ．计数器A/ D 转换器 D ．逐 次逼近型A/D 转换器 三、判断题（正确打√，错误的打×） 1.（11-2易）采样是将时间上断续变化的模拟量，转换成时间上连续变化的模拟量。 （ ） 2.（11-2中）在两次采样之间，应将采样的模拟信号暂存起来，并把该模拟信号保持到下 一个采样脉冲到来之前。 （ ）
通信原理课程设计报告 级电子信息工程专业 姓名： 班级： 学号：
一、设计题目：A/D和D/A转换器的仿真 二、设计目的 1.学习通过计算机建立通信系统仿真模型的基本技能，学会利 用仿真的手段对实时通信系统的基本理论，基本进行验证。 2.学习现在流行的通信系统仿真软件的使用方法（如 Matlab/Simulink，System View）,使用这些软件解决实际系统 中的问题。 三、设计要求 1.根据所选的题目建立相应的数学模型。 2.在Matlab/Simulink仿真环境下，从各种功能库中选取、拖动 可视化图符组建系统，在Simulink的基本模块库中选取满足 需要的功能模块，将其图符拖到设计窗口，按设计的系统框 图组建系统。 3.设置，调整参数，实现系统模拟。 4.设置观察窗口、分析数据和波形。 四、开发环境及其介绍 1.开发环境：Matlab/Simulink 2.软件介绍： （1）Simulink是MATLAB提供的用于对动态系统进行建模和仿真和分析的工具。Simulink提供了专门用于显示输出信号的模块，可以在过程中随时观察仿真的结果。
（2）通过Simulink的存储模块，仿真数据可以方便地以各种形式保存到工作空间或文件中，以供用户在仿真结束之后对数据进行分析和处理。 （3）Simulink把具有特定功能的代码组织成模块的方式，并 且这些模块可以组织成具有等级结构的子系统，因此具有内在 的模块化设计要求。 基于以上优点，Simulink作为一种通用的的仿真建模软件工具，广泛用于通信仿真、数字信号处理、模糊逻辑、神经网络、机械控制、和虚拟现实等领域中。 作为一款专业仿真软件，Simulink具有以下特点： ●基于矩阵的数值计算； ●高级编程语言以及可视化的图形操作界面； ●包含各个领域的仿真工具，使用方便快捷并可以扩展； ●丰富的数据I/O接口； ●提供与其他高级语言的接口； ●支持多平台（PC/UNIX）。 五、设计内容 1设计原理 A/D转换器负责将模拟信号转换为数字信号，其转换过程为：首先对输入模拟信号进行采样，所使用的的采样速率要满足采样定理要求，然后对采样结果进行幅度离散化并编码为符号串。
常用D/A转换器和A/D转换器介绍 下面我们介绍一下其它常用D/A转换器和 A/D 转换器，便于同学们设计时使用。 1.DAC0808 图 1 所示为权电流型 D/A 转换器 DAC0808 的电路结构框图。用 DAC0808 这类器件构 成的 D/A转换器，需要外接运算放大器和产生基准电流用的电阻。DAC0808 构成的典型应 用电路如图2 所示。 图1 DAC0808 的电路结构 图2 DAC0808 的典型应用 2.DAC0832 DAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。 它由倒T型R-2R 电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压 V REF 四大部分组成。DAC0832的逻辑框图和 引脚排列如图 3 所示。
（a ）逻辑图 （b ）引脚图 图3 DAC0832 的逻辑框图和引脚排列 DAC0832 的分辨率为 8 位；电流输出，稳定时间为 1m s ；可双缓冲输入、单缓冲输入 或直接数字输入；单一电源供电（+5～+15V ）。 3.ICL7106 ICL7106 是双积分型 CMOS 工艺 4 位 BCD 码输出 A/D 转换器，它包含双积分 A/D 转 换电路、基准电压发生器、时钟脉冲产生电路、自动极性变换、调零电路、七段译码器、 LCD 驱动器及控制电路等。电路采用 9V 单电源供电，CMOS 差动输入，可直接驱动位液 晶显示器（LCD ） 。ICL7106 组成直流电压测量电路如图 4 所示。 图4 ICL7106 组成直流电压测量电路 电路中 V +对 V -之间接 9V 直流电压，通过内部基准电压发生器在 V +到 COM 之间产生 2.8V 基准电压，经分压电阻加在 REF +、REF -基准电压输入端。当输入量程为 200mV 时， 基准电压调至 100mV ；当输入量程为 2V 时，基准电压为 1V 。OSC 1～OSC 3 是时钟振荡电 路引出端， 外接定时电阻、 电容产生内部时钟。 IN +、 IN -是差动输入端， 将 IN -与模拟地 COM 相连，IN +对 COM 之间为模拟电压输入。U 接个位驱动、T 接十位驱动、 H 接百位驱动、 abK 是千位驱动、P0 为“-”号驱动、BP 接液晶背板。AZ 、BUFF 和 INT 分别接调零电容、积分 电阻和积分电容，通过调整它们及基准电压，可将输入量程调至 2V （本电路为 200mV ） 。
DA 与AD 转换器你要知道的都在这里了 、D/A 转换器的基本原理及分类 T 型电阻网络D/A 转换器： 二：输出电压与数字量的对应关系三：D/A 转换器的主要性能指标 1、分辨率分辨率是指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变 化时，所对应的输出模拟量（电压或电流）的变化量。它反映 了输出模拟量的最小变化值。分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 25。FS表示满量程输入值，n 为二进制位数。对于5V 的满量程，采用8 位的DAC 时，分辨率为 5V/256=19.5mV; 当采用12 位的DAC 时，分辨率则为 5V/4096=1.22mV 。显然，位数越多分辨率就越高。 2、线性度线性度（也称非线性误差）是实际转换特性曲线与理 想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表 示。如± 1%是指实际输出值与理论值之差在满刻度的±1% 以内。 3、绝对精度和相对精度绝对精度（简称精度）是指在整个刻度 范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由DAC 的增益误差（当输入数 码为全1 时，实际输出值与理想输出值之差）、零点误差（数 码输入为全0 时，DAC 的非零输出值）、非线性误差和噪声 等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于1 个LSB。 相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的
百分比表示。 4、建立时间建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时， 输出模拟信号达到满刻度值的± 1/2LSB 所需的时间。是描述 D/A 转换速率的一个动态指标。电流输出型DAC 的建立时间短。电压输出型DAC 的建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据建立时间的长短，可以将DAC 分成超高速（应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但概念不同。 DAC 的位数多时，分辨率会提高，对应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（如温度漂移、线性不良等）的影响仍 会使DAC 的精度变差。 四：芯片实例1：DAC0832DAC0832 是使用非常普遍的8 位 D/A 转换器，由于其片内有输入数据寄存器，故可以直接与单片机接口。DAC0832 以电流形式输出，当需要转换为电压输出时，可外接运算放大器。属于该系列的芯片还有 DAC0830 、DAC0831 ，它们可以相互代换。DAC0832 主要特性：分辨率8位;电流建立时间1 [L S;数据输入可采用双缓冲、单 缓冲或直通方式;输出电流线性度可在满量程下调节;逻辑电 平输入与TTL电平兼容;单一电源供电（+5V?+15V）;低功耗， 20mW 。pin description:2:DAC0832 三种工作方式
A D和D A转换器的分类及其 主要技术指标 标准化文件发布号：（9312-EUATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-
1. AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率（<12位）时价格便宜,但高精度 （>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。
串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD,而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几
1.?AD转换器的分类 下面简要介绍常用的几种类型的基本原理及特点：积分型、逐次逼近型、并行比较型/串并行型、Σ-Δ调制型、电容阵列逐次比较型及压频变换型。 1）积分型（如TLC7135） 积分型AD工作原理是将输入电压转换成时间(脉冲宽度信号)或频率(脉冲频率),然后由定时器/计数器获得数字值。其优点是用简单电路就能获得高分辨率, 但缺点是由于转换精度依赖于积分时间,因此转换速率极低。初期的单片AD转换器大多采用积分型,现在逐次比较型已逐步成为主流。 2）逐次比较型（如TLC0831） 逐次比较型AD由一个比较器和DA转换器通过逐次比较逻辑构成,从MSB开始,顺序地对每一位将输入电压与内置DA转换器输出进行比较,经n次比较而输出数字值。其电路规模属于中等。其优点是速度较高、功耗低,在低分辩率（<12位）时价格便宜,但高精度（>12位）时价格很高。 3）并行比较型/串并行比较型（如TLC5510） 并行比较型AD采用多个比较器,仅作一次比较而实行转换,又称FLash(快速)型。由于转换速率极高,n位的转换需要2n-1个比较器,因此电路规模也极大,价格也高,只适用于视频AD转换器等速度特别高的领域。 串并行比较型AD结构上介于并行型和逐次比较型之间,最典型
的是由2个n/2位的并行型AD转换器配合DA转换器组成,用两次比较实行转换,所以称为 Half flash(半快速)型。还有分成三步或多步实现AD转换的叫做分级（Multistep/Subrangling）型AD,而从转换时序角度又可称为流水线（Pipelined）型AD,现代的分级型AD中还加入了对多次转换结果作数字运算而修正特性等功能。这类AD速度比逐次比较型高,电路规模比并行型小。 4）Σ-Δ(Sigma/FONT>delta)调制型（如AD7705） Σ-Δ型AD由积分器、比较器、1位DA转换器和数字滤波器等组成。原理上近似于积分型,将输入电压转换成时间(脉冲宽度)信号,用数字滤波器处理后得到数字值。电路的数字部分基本上容易单片化,因此容易做到高分辨率。主要用于音频和测量。 5）电容阵列逐次比较型 电容阵列逐次比较型AD在内置DA转换器中采用电容矩阵方式,也可称为电荷再分配型。一般的电阻阵列DA转换器中多数电阻的值必须一致,在单芯片上生成高精度的电阻并不容易。如果用电容阵列取代电阻阵列,可以用低廉成本制成高精度单片AD转换器。最近的逐次比较型AD转换器大多为电容阵列式的。 6）压频变换型（如AD650） 压频变换型（Voltage-Frequency Converter）是通过间接转换方式实现模数转换的。其原理是首先将输入的模拟信号转换成频率,然后用计数器将频率转换成数字量。从理论上讲这种AD 的分辨率几乎可以无限增加,只要采样的时间能够满足输出频率分辨率要求的累