模拟量输入通道ppt课件

AIN0 AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 AIN5 AIN6 AIN7 AIN0 AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 AIN5
CHSEL
8D CLK GND
+12V -6V
VDD VEE A B
0 1 2 3 4 5 6 7
10KΩ +5V
74HC138 A/D 转换器
+12V -6V
C INH OUT VSS VDD VEE A B C
采样/保持器的工作原理
当开关K闭合时，输入信号通过电阻向电容C充电，使输出 跟随输入变化此时为采样状态；要求充电时间越短越好，
以使电容电压迅速达到输入电压值。
当开关K断开时，由于电容具有一定的容量，仍能够使输 出保持不变，此时为保持状态；电容维持稳定电压的时间 越长越好，电容容量的大小将决定采样/保持器的精度。
控制字 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H 47H
1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 G1 74HC138
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C
0
0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B
24路的模拟开关。
74HC273
D0~D7
VCC 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q CLR A B C G1 G2A G2B GND Y0 Y1 Y2 Y3
+5V
+12V -6V
CD4051
VDD VEE A B C INH OUT VSS 0 1 2 3 4 5 6 7

BIG DATA EMPOWERS TO CREATE A NEW
ERA
信号源
信号源
01
为模拟量输入电路提供原始信号，通常来自传感器、测量仪器
或其他信号发生器。
信号源的种类
02
根据不同应用需求，信号源的种类繁多，如热电偶、压力传感
器、光电传感器等。
信号源的输出特性
03
不同的信号源具有不同的输出特性，如电压输出、电流输出、
4. 考虑抗干扰措施
在电路设计中加入适当的抗干扰措施，如滤波 器或屏蔽。
5. 测试与验证
在实际环境中测试电路的性能，并根据测试结果进行必要的调整。
硬件实现
选择合适的ADC芯片
根据设计需求，选择具有适当分辨率 和采样速率的ADC芯片。
设计信号调理电路
根据输入信号的性质和ADC的要求， 设计适当的信号调理电路，如放大器、 滤波器等。
工作原理
信号调理
采样保持
通道模拟量输入电路首先对输入的模拟信 号进行调理，包括放大、滤波、隔离等处 理，以减小噪声和干扰。
经过调理的信号被送入采样保持电路，该 电路能够在短时间内保持信号的幅值不变 ，以便于后续的转换。
模数转换
采样保持后的信号被送入模数转换器 （ADC），将模拟信号转换为数字信号。
电阻输出等，需要根据电路需求进行选择和匹配。
信号调理电路
信号调理电路
用于对信号源输出的原始信号进行预处理，包括放大、滤波、隔 离等操作，以适应后续电路的需求。
信号调理电路的作用
提高信号的信噪比、减小噪声干扰、抑制共模干扰等，保证信号的 准确性和稳定性。
常见的信号调理电路
放大器、滤波器、隔离器等。
采样保持电路

第2章 输入输出过程通道
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
3、集成采样保持器
集成采样保持器将采样电路、保持器制作在 一个芯片上，保持电容外接，由用户选用。电容 的大小与采样频率及要求的采样精度有关。 集成采样保持器分三类：
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398； 2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。
现以4位A/D转换器把模拟量7转换为二进制数0111为例，说 明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
电压 第一次 预测 模拟 电压 第四次 第三次 预测 第二次 预测 预测

(1000) (0100) (0110) (0111)
D3
0
D2
D1
D0
时间
逐次逼近式ADC 逐次逼近式A/D原理概述


N 位的逐次逼近式 A/D 转换器 , 由 N 位寄存器、 N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出 缓冲器等五部分组成。 工作原理：启动信号作用后，时钟信号先 通过逻辑控制电路使N位寄存器的最高位DN-1为 1 ，以下各位为 0 ，这个二进制代码经 D/A 转换 器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半） 送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UX>U0， 则保留这一位；若UX<U0，则DN-1 位置0。
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号

AD521、AD522、INA101等。
§2.5.2 信号处理
3、程控放大器 在模拟信号送到模数变换系统时，为减少转
换误差，一般希望送来的模拟信号尽可能大。
如万用表、示波器等许多测量仪器的量程变 换等。 较容易想到的办法就是通过模拟开关改变反 馈电阻阻值，如下图所示。
§2.5.2 信号处理
在也有许多集成的程控放大器，如AD524、AD624、 PGA200等。
§2.5.2 信号处理
三、I/V变换
在模拟输入通道中AD一般只能将电压信号转换成 数字信号，故若传感器输出的是电流信号就必须采用 I/V转换电路进行变换。
无源I/V变换 有源I/V变换
§2.5.2 信号处理
无源I/V变换
最简单的无源I/V变换？
令电流通过一个精密电阻R，则电阻上的电压(V＝ I×R)就是所要转换的电压。 对于0～10mA输入 信号，可取R1=100Ω， R2=500Ω，且R2为精密 电阻，这样当输入的电 流为0～10mA电流时， 输出的电压为0～5V
§2.5.5 A/D转换技术
1、逐次逼近式
A/D转换芯片中包括逐次逼近寄存器SAR、D/A转 换器、比较器、时序及控制逻辑等部分组成如图所示。 转换过程如下： ①时序及控制逻辑给SAR最高位为“1”，其余为“0”， 经D/A转换为模拟电压Vf ，然后与输入电压Vx 比较，确 定该位； ②当Vx ≥Vf ，此位为“1”，置下位为“1”； ③当Vx < Vf ，此位为“0”，置下位为“1”。 ④按上述方法依次类推，逐位比较判断，直至确定SAR 的最低位为止。
§2.5.5 A/D转换技术
模拟信号经采样后，得到一系列样值脉冲。采样脉冲宽度 τ 一般是很短暂的，在下一个采样脉冲到来之前，应暂时保持 所取得的样值脉冲幅度，以便进行转换。因此，在取样电路之 后须加保持电路。