10单片机系统设计教学讲义ppt课件

x0 13
14
15
12
1
5
2
x7
4
P 1 .3 6 P 1 .0 1 1 P 1 .1 1 0 P 1 .2 9
7
U0
4 XX多01 路信号X 采集3系统应用举例11 34
X2
15
X3
12
X4
1
X5 X6
第二级
5 2
X7
4
IN H
W GND 6
A
P 1 .6 1 1
B
P 1 .7 1 0
C
W GND 9
1 基本形式 2 信号隔离技术 3 多路切换技术 4 多路信号采集应用举例
前向通道的一般组成 一般由信号处理、多路转换器、放大器、采样/保持器和A/D转换器组成
4～20mA（1～5V)为工业标准，可以监测传感 器是否断线（信号为0即断线）
1 基本形式
结构1：大信号模拟电压→A/D→单片机 结构2：V→V/F→单片机 结构3：小信号模拟电压→放大→A/D→单片机 结构4：小信号模拟电压→放大→V/F→单片机 结构5：大信号电流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→A/D→单片机 结构6：大信号电流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→V/F→单片机
通用型 F124、F224、F324等。
高精度集成运算放大器 OP-07、09、11、27、AD508等。
高输入阻抗型 LF347、MC34004、F355、LF155等。
专用运算放大器 视频放大器：MAX457等。 音频放大器：LM386等。
3 仪表放大器（抑制共模干扰）
R f
需要隔离的信号包括？ 数字量
开关量、频率量、数据总线（单总线）等 模拟量
2 信号隔离技术 Iin=Vin/R
开关量(f)隔离2技～术20mA 正向驱动（V-接
地）
反向驱动 （V、精密线性光耦
嵌位二极管
放大电路
±5V到0～5V
分压电路
内部电源 放大电阻
图 4.6 同相放大器基本电路 Vi
+
V0
-
V0Vi
图 4.7 跟随器基本电路
1 基本电路及理想特征
理想特性 开环放大倍数Av=∞； 输入阻抗Ri=∞，输出阻抗R0=0； 频带宽度Bw=∞； 当Vn=Vp时，V0=0 没有温漂。
Vi
+
V0
-
图 4.7 跟随器基本电路
2 常用运算放大器
(10~400点/s) 电子开关式
工作频率高达1000点/s,体积小,寿命长.缺点导通电阻大, 小信号测量精度受 影响
选择考虑因数: 通路多少;电平高低;单端/差动输入方式?;寻址方式;切换速率; 切换时要多长时间才能稳定到要求精度
电子开关式
单端8通道：AD7501、AD4051 单端16通道：AD7506、AD4067（有INH端） 差动4通道：AD7502、AD4052 差动8通道：AD7507、AD4097
6 AD620 低价格低功耗仪器用放大器
仅需一个外接电阻即可得到1～1000内的任意增益范围； 极宽的电源工作范围（±2.3V～±18V）； 三片运放组成的电路性能高； 8引脚DIP或SOIC封装； 带宽120kHz（G=100）； 建立时间15uS（0.01%）。
10.2.3 前向通道配置技术
离
10.2.4 单片机采集系统设计 数据采集系统的结构方案
单片机采集系统设计
◆ 任务：把生产现场的工艺参数采集后以数字量的形式进行存储、处理、 传送、显示或打印。
5
X5
2
X6
开
x15 4
X7
x23 4
X7
P 1 .0 -7
关
P 1 .4 6
IN H
P 1 .0 P 1 .1 P 1 .2
11 10
9
A B C
P 1 .5 6
IN H
P 1 .0 1 1
A
P 1 .1 1 0
B
P 1 .2 9
C
量
!光
7
V EE
7
V EE
电
4051
第一级
4051
隔
图 4.15 多 路 信 号 采 集 系 统 例 图
R f R f1 R f2
V 0 ( V 0 1 V 0 2 )( 1 ) ( V 2 V 1 )
R
R R w
4 增益可编程控制集成运算放大器
利用模拟开关改变反馈电阻的方法改变增益。 常用集成增益可编程控制测量放大器有：AD524、AD624、AD625等。
5 可控增益运算放大器运用举例 以4051模控拟制开4关05和1使ADA6D260R来210～的实R增现8 。益电阻分别为
10.2.2 电压信号放大技术
1 基本电路及理想特征 2 常用运算放大器 3 仪表放大器（抑制共模干扰） 4 增益可控集成运算放大器 5 可控增益运算放大器举例 6 AD620 仪器用放大器
1基本电路及理想特征 基本电路
Vi
Vp
+
V0
R
Vn -
Rf
Rf Av 1
R
Rf Av
R
V EE
7
4051
U3
X0 X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7
IN H A B C
V EE
4051
X
3 VOUT 模 拟 量
A /D
隔离
选择X11
P1=01101011B
计
算
U1
U2
x8 13
X0
X
3
x16 13
X0
X
3
机
14
X1
14
X1
15
X2
15
X2
12
X3
12
X3
1
X4
1
X4
5
X5
2
X6
3多路切换技术
◆ 当多个信号共用一个A/D转换器时，就需要这个器件 ◆ 理想工作状态：开路电阻无穷大，导通电阻为0。要求切换速度快。 ◆ 两大类：
— 机械触点式, 干簧继电器, 机械振子继电器 — 电子开关式, 晶体管开关,集成电路开关, 场效应管
选择要求
机械触点式, 干簧继电器 接触电阻小, 断开电阻大; 寿命长10^6~10^7; 工作频率400Hz; 小信号中速度
1 基本形式
结构7：小信号电流（mA、 A）→I/V→放大→A/D→单片机 结构8：小信号电流（mA、 A）→I/V→放大→V/F→单片机 结构9：小信号f→放大→整形→单片机 结构10：TTL电平的频率信号→单片机 结构11：非TTL电平的开关信号→防抖→电平变换→整形→单片机
2 信号隔离技术
10单片机系统设计
单片机应用系统构成
通讯接 口
微机 系统
单片机控制系统组成框图
10.1 单片机的总线结构
可以简化系统结构的复杂程度 可以提高系统的灵活性 可以降低成本和方便维护
恒流供电检测
V 0E R t/(R tR )
恒压式 恒流式 （抗干扰能力强 √） 恒流源的获得(LM317 )