第3章模拟多路开关
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多路复用器和模拟开关多路复用器(MULTIPLEXER 也称为数据选择器)是用来选择数字信号通路的;模拟开关是传递模拟信号的,因为数字信号也是由高低两个模拟电压组成的, 所以模拟开关也能传递数字信号。
在CMOS多路复用器中,因为其数据通道也是模拟开关结构,所以也能用于选择多路模拟信号。
但是TTL的多路复用器就不能选择模拟信号.。
用CMOS的多路复用器或模拟开关传递模拟信号时要注意:模拟信号的变化值必须在正负电源电压之间,譬如要传递有正负半周的正弦波时,必须使用正负电源且电源电压大于传递的模拟信号峰值,这时其控制或地址信号必须以负电源电压为0,而以正电源电压为1;或者用单电源供电,而使模拟信号的变化中值在 1/2 电源电压上, 传递之后再恢复到原来的值。
1、常用CMOS模拟开关引脚功能和工作原理1.四双向模拟开关CD4066CD4066的引脚功能如下图所示。
每个封装内部有4个独立的模拟开关,每个模拟开关有输入、输出、控制三个端子,其中输入端和输出端可互换。
当控制端加高电平时,开关导通;当控制端加低电平时开关截止。
模拟开关导通时,导通电阻为几十欧姆;模拟开关截止时,呈现很高的阻抗,可以看成为开路。
模拟开关可传输数字信号和模拟信号,可传输的模拟信号的上限频率为40MHz。
各开关间的串扰很小,典型值为-50dB。
2.单八路模拟开关CD4051CD4051引脚功能如下图所示。
CD4051相当于一个单刀八掷开关,开关接通哪一通道,由输入的3位地址码ABC来决定。
“INH”是禁止端,当“INH”=1时,各通道均不接通。
此外,CD4051还设有另外一个电源端VEE,以作为电平位移时使用,从而使得通常在单组电源供电条件下工作的CMOS电路所提供的数字信号能直接控制这种多路开关,并使这种多路开关可传输峰-峰值达15V的交流信号。
例如,若模拟开关的供电电源VDD=+5V,VSS=0V,当VEE=-5V时,只要对此模拟开关施加0~5V的数字控制信号,就可控制幅度范围为-5V~+5V的模拟信号。
第一章绪论什么是智能仪器:智能仪器是计算机与测试技术相结合的产物,是含有微计算机或微处理器的测量仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断和自动化操作等功能,具有一定的智能作用,因而被称为智能仪器。
智能仪器已开始从数据处理向知识处理发展。
1.1 智能仪器发展概况各个时期的发展:50年代:模拟式(指针式)仪器;60年代:数字式仪器;70年代:独立式智能仪器(简称称智能仪器);80年代初:个人仪器(PC仪器);80年代后期:虚拟仪器。
1.2智能仪器发展趋势1、微型化2、多功能化3、人工智能化4、网络化1.3 智能仪器的分类、组成和特点从发展应用的角度看,智能仪器分为微机内嵌式和微机扩展式两大类。
微机内嵌式:将微机作为核心部件嵌入到智能仪器中,仪器包含一个或多个微机,属于嵌入式系统。
智能仪器由硬件和软件两大部分组成。
硬件包括微处理器、存储器、输入通道、输出通道、人机接口电路、通信接口电路等部分。
微处理器是仪器的核心;存储器包括程序存储器和数据存储器用来存储程序和数据;输入通道主要包括传感器、信号调理电路和A/D转换器等,完成信号的滤波、放大、模数转换等;输出通道主要包括D/A转换器、放大驱动电路和模拟执行器等,将处理器处理后的数字信号转换为模拟信号;人机接口电路主要包括键盘和显示器,是操作者和仪器的通信桥梁,操作者可通过键盘仪器发出控制指令,仪器可通过显示器将处理结果显示出来;通信接口电路实现仪器与计算机或其它仪器的通信。
智能仪器的特点:1、操作自动化2、自测功能3、数据分析和处理功能4、友好的人机对话功能5、可程控操作能力1.4智能仪器设计要求、原则及步骤智能仪器设计的基本要求:功能及技术指标要求、可靠性要求、便于操作和维护、仪器工艺结构与造型设计要求智能仪器的设计原则:1、从整体到局部(自顶向下)的原则2、较高的性能价格比原则3、开放式设计原则智能仪器的设计步骤:1、确定设计任务2、拟定总体设计方案3、方案实施:(1)根据仪器总体方案,确定仪器的核心部件:单片机、信号处理器(DSP)、可编程控制器(PLC)或微计算机(MPC)等(2)设计和调试仪器。
模拟开关和多路复用器基本知识目录一、模拟开关基本知识 (1)1.1 模拟开关的定义与分类 (2)1.2 模拟开关的工作原理 (3)1.3 模拟开关的应用场景 (4)1.4 模拟开关的性能指标 (5)1.5 模拟开关的选购与使用注意事项 (7)二、多路复用器基本知识 (8)2.1 多路复用器的定义与分类 (9)2.2 多路复用器的工作原理 (10)2.3 多路复用器的应用场景 (11)2.4 多路复用器的性能指标 (13)2.5 多路复用器的选购与使用注意事项 (14)三、模拟开关与多路复用器的比较与应用 (15)3.1 模拟开关与多路复用器的相同点与不同点 (16)3.2 模拟开关与多路复用器在电路设计中的应用 (18)3.3 模拟开关与多路复用器在数据采集系统中的应用 (19)3.4 模拟开关与多路复用器在通信系统中的应用 (21)一、模拟开关基本知识模拟开关是一种将模拟信号转换为数字信号的设备,它在数字通信系统中扮演着重要的角色。
模拟开关的主要功能是将输入的模拟信号进行采样、量化和编码,以便在数字通信系统中进行传输和处理。
模拟开关的基本组成部分包括:采样电阻、量化器、编码器和解码器。
采样电阻:采样电阻的作用是在输入信号发生变化时,将其转换为电位差信号,从而产生一个电流变化的电压信号。
这个电压信号就是模拟信号在时间上的离散表示。
量化器:量化器的作用是将采样电阻产生的电压信号进行量化,即将其转换为一定范围内的数字信号。
量化器的输出通常是一个二进制数,表示输入信号的强度。
编码器:编码器的作用是将量化后的数字信号进行编码,使其能够在数字通信系统中传输。
编码器的输出通常是一个二进制码,表示输入信号的具体信息。
解码器:解码器的作用是将接收到的数字信号进行解码,还原成原始的模拟信号。
解码器的输出通常是一个新的采样电阻值,用于驱动后续的模拟开关电路。
模拟开关是一种将模拟信号转换为数字信号的设备,它通过采样、量化、编码和解码等过程,实现了模拟信号与数字信号之间的相互转换。
智能仪器考试题型:名词解释、简答、简述、综合没有给重点,但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的,所以我将大部分课后习题答案整理出来,仅供参考。
难免有错误,望大家谅解并指出。
课后习题参考第一章1-1 你在学习和生活中,接触、使用或了解了哪些仪器仪表?它们分别属于哪种类型?指出他们的共同之处与主要区别。
选择一种仪器,针对其存在的问题或不足,提出改进设想(课堂作业)。
解:就测量仪器而言,按测量各种物理量不同可划分为八种:几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2 结合你对智能仪器概念的理解,讨论“智能化”的层次。
解:P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物,是含有微型计算机或微处理器的测量(或检测)仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能,具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强等),因而被称为智能仪器。
P5- P6 智能仪器的四个层次:聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础(也可能计算机技术和信号处理技术)。
特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。
初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外,主要特点是应用了计算机及信号处理技术,这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。
模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法,这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估,可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型,并对测量误差(静态或动态误差)进行补偿。
高级智能仪器是智能仪器的最高级别,这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。
有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。
1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面?P3-5解:(1)仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节,仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一(2)先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提,也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式,科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。
第一章:绪论1、计算机控制系统组成(作业)2、工作原理:(作业) (1)实时数据采集 (2)实时控制决策 (3)实时控制输出 (4)实时显示和数据保存 (5)联网通信(测控管一体化)失败:一、若控制时间间隔取的太长,则控制效果可能变差。
二、若控制时间间隔取的太短,计算机在这个采样时间间隔内不能完成前三项工作,也会引起控制质量下降。
3、 (1)在线方式:在SCC 中,生产过程与计算机连接,且受计算机控制的方式称为在线方式。
离线方式:生产过程不与计算机连接,即不受计算机控制,或称为脱机方式(2)实时的含义:是指被控量的检测,控制信号的计算,控制信号的输出都必须在一定的时间间隔内完成。
由计算机中断自动产生,或采用查询方式产生,或由用户自行设定 一个在线的系统不一定是一个实时系统,但是一个实时系统必定是在线系统。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字(开关)量输入输出通道。
4、按完成的功能和结构(6种典型形式:···,DDC 、SCC 、DCS 、FCS 、····) 按照控制规律分类(填空)(1)数字程序和顺序控制(2)PID 控制:调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分的函数 (3)最小拍控制:要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程 (4)复杂规律的控制 (5)智能控制计算机控制装置生产过程按照控制方式的不同,计算机控制系统可分为开环控制系统和闭环控制系统。
5、常用的典型机型(1)单片微型计算机: 内含有微处理器的特殊超大规模集成电路,专用性强、内存容量小,本身不具备自开发功能(2)PLC:可靠性高、编程容易、功能完善、扩展灵活、安装调试简单方便(3)工业PC:小板结构模块化设计;标准化及兼容性;完善的I/O通道;环境适应能力强、可靠性高;软件丰富(组态软件)6、计算机控制系统的发展趋势一、单片机(微处理器)组成的控制系统日趋先进二、可编程逻辑控制器(PLC)得到广泛应用三、推广使用新型的集散控制系统(DCS)四、大力发展和采用现场控制总线技术五、大力研究和发展智能控制系统第二章:过程输入输出通道技术1、模拟量输入信道(A/D信道或AI信道)的任务是把被控对象的过程参数的模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号.2、多路模拟信号集中采集式一、集中式数据采集系统的典型结构:(1)多路共享采集电路分时采集;(2)多路同步取样共享A/D分时采集(3)多通道同步采样A/D,分时传输数据;多信道独立取样A/D,有通道缓存二、分布式采集3、典型模拟调理电路的组成框图4、传感器的主要技术指标:(将被测量→转换后续电路可用电量)(填空) 1)测量范围:与被测量实际变化范围相一致。