数据采集系统ppt
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多路选择开关的主要作用是将多路模拟信号 分时轮流送给后端数据采集电路进行A/D转换。这 样多路模拟输入信号可以共用一个A/D转换器。
3
. 双 四 路 模 拟
INH
0
VIN
S
VIN A1
＋－A2 VOUT VOUT
t
CH
(a) 原理电路
t 采样 保持 (b)工作波性
图 2-8 采样保持器
0 0
0
0
0
如果输入信号变化很慢，如温度信号；或者 A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变 化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用 采样保持器。
1. 采样保持的基本特性
捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地 跟踪上输入信号为止，所需的时间定义为捕捉时间 关断时间：从发出保持指令的时刻起，直到输出信号稳定下 来为止，所需的时间定义为关断时间。(引起孔径误差)
捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的 保持特性不好，它们限制了电路的工作速度。
对采样保持电路的主要要求：精度和速度
2.采样保持器基本原理
（1）串联型采样保持器
采样保持电路的基本组成： • 模拟开关 • 模拟信号保持电容 • 缓冲放大器
由于运放误差影响，精度差
（2）反馈型采样保持器
CH的选择很重要,容量为510~1000pF 为避免在保持阶段A1出现饱和,需要在A1 的反相端和输出端接一个二极管.
第4章 数据采集系统
数据采集系统的作用和结构图
将从信号调理电路获取的模拟信号转换成数字信号， 以便微机系统对数字信号进行处理。整个数据采集系统必须 在微机系统的协调管理下才能正常工作。
Sm
S0 S1 S2
译 码
A
电 平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
IN H
Hale Waihona Puke BaiduS5
S6
S7
Sm
S8
A
S9 S 10 S 11
译
样精度成正比而与采样频率成反比。一般情况下，保持
电容CH是外接的，所以要选用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等 高质量的电容器，容量为510~1000pF。
元件参数及性能要求：
• 模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流 小，极间电容小和切换速度快。
• 保持电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻 大的电容。如聚苯乙烯、钽电容和聚碳酸脂电容 器等。
• 运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转 换速率（上升速率）快的运算放大器；输入运放 还应具有大的输出电流。
3、集成采样保持器应用（反馈型）
常用的零阶集成采样保持器有AD582、LF198/298/398等，其 内部结构和引脚如下图 (a)、(b)所示。这里，用TTL逻辑电 平控制采样和保持状态，如AD582的采样电平为“0”，保持 电平为“1”，而LF198的则相反。
n1
U U REF i REF
u d2 D O n i n n
2 2 i0 多路模拟开关的扩展电路
dVc ID dt CH
韶山型SS7D电力机车微机控制用多路开关
4.2 采样保持器
A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。 在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化， 以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之 前加入采样保持器。
A 0 1 0 1 0 1 0 1
接通通 道
“0” “1” “2” “3” “4” “5” “6” “7” 均不接 通
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。其真 值表见表1。“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。
反馈型采样保持器原理及波形
采样保持器是在两次采样的间隔时间内，一直保 持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成原理电 路与工作波性如上图(a)、(b)所示。
采样保持器由输入输出缓冲放大器A1、A2和采样
开关S、保持电容CH等组成。采样期间，开关S闭合， 输入电压VIN通过A1对CH快速充电，输出电压VOUT跟 随VIN变化；保持期间，开关S断开，由于A2的输入阻 抗很高，理想情况下电容CH将保持电压VC不变，因而 输出电压VOUT=VC也保持恒定。
反馈电压
VO
V IN
比较器
模拟量
输入
启动
CLK
VC
控制时序和 逻辑电路
D / A转换器
逐位逼近寄 存器(SAR)
数字量
D0
输出
D1
锁存器
D2
D3
A图 D582-29 逐位逼近式A/D转换原理图
集成采样保持器
LF398
• 在A/D通道中，采样保持器的采样和保 持控制电平应与后级的A/D转换相配合，该 电平信号既可以由其它控制电路产生，也 可以由A/D转换器直接提供。
显然，保持电容C H的作用十分重要。实际上保持 期间的电容保持电压VC在缓慢下降，这是由于保持电容 的漏电流所致。保持电压VC的变化率为
式中：
BVINVR2nVIN028 VRVR 5.020
ID--为保持期间电容的总泄漏电流，它包括放大器的输入 电流、开关截止时的漏电流与电容内部的漏电流等。
电容CH值--增大电容CH值可以减小电压变化率，但同时又 会增加充电即采样时间，因此保持电容的容量大小与采
电
B
码 驱
平 转
C
S 12
动
换
IN H
S 13
S 14
S 15
D3 D2 D1 D0
图 2 -4 多 路 模 拟 开 关 的 扩 展 电 路
微机信号采集系统的构成框图
4.1 多路选择开关
用来切换模拟电压信号输入的关键元件。理 想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导 通电阻为零。常用的多路开关有CD4051(或 MC14051)，AD7501等。
0
0
1
真值表
输入状态
C
0
0
VIN
S
VIN A1
＋－A2 VOUT VOUT
t
CH
(a) 原理电路 图 2-8 采样保持器
0t
采样 保持 (b)工作波性
0
1
1
1
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B
0
0
VIN
S
VIN A1
＋－A2 VOUT VOUT
t
CH
1(a)原理电路 图 2-8 采样保持器
t 采样 保持 (b)工作波性
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. 双 四 路 模 拟
INH
0
VIN
S
VIN A1
＋－A2 VOUT VOUT
t
CH
(a) 原理电路
t 采样 保持 (b)工作波性
图 2-8 采样保持器
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如果输入信号变化很慢，如温度信号；或者 A/D转换时间较快，使得在A/D转换期间输入信号变 化很小，在允许的A/D转换精度内，就不必再选用 采样保持器。
1. 采样保持的基本特性
捕捉时间：从发出采样指令的时刻起，直到输出信号稳定地 跟踪上输入信号为止，所需的时间定义为捕捉时间 关断时间：从发出保持指令的时刻起，直到输出信号稳定下 来为止，所需的时间定义为关断时间。(引起孔径误差)
捕捉时间长，电路的跟踪特性差，关断时间长，电路的 保持特性不好，它们限制了电路的工作速度。
对采样保持电路的主要要求：精度和速度
2.采样保持器基本原理
（1）串联型采样保持器
采样保持电路的基本组成： • 模拟开关 • 模拟信号保持电容 • 缓冲放大器
由于运放误差影响，精度差
（2）反馈型采样保持器
CH的选择很重要,容量为510~1000pF 为避免在保持阶段A1出现饱和,需要在A1 的反相端和输出端接一个二极管.
第4章 数据采集系统
数据采集系统的作用和结构图
将从信号调理电路获取的模拟信号转换成数字信号， 以便微机系统对数字信号进行处理。整个数据采集系统必须 在微机系统的协调管理下才能正常工作。
Sm
S0 S1 S2
译 码
A
电 平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
IN H
Hale Waihona Puke BaiduS5
S6
S7
Sm
S8
A
S9 S 10 S 11
译
样精度成正比而与采样频率成反比。一般情况下，保持
电容CH是外接的，所以要选用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等 高质量的电容器，容量为510~1000pF。
元件参数及性能要求：
• 模拟开关：要求模拟开关的导通电阻小，漏电流 小，极间电容小和切换速度快。
• 保持电容：要选用介质吸附效应小的和泄漏电阻 大的电容。如聚苯乙烯、钽电容和聚碳酸脂电容 器等。
• 运算放大器：选用输入偏置电流小、带宽宽及转 换速率（上升速率）快的运算放大器；输入运放 还应具有大的输出电流。
3、集成采样保持器应用（反馈型）
常用的零阶集成采样保持器有AD582、LF198/298/398等，其 内部结构和引脚如下图 (a)、(b)所示。这里，用TTL逻辑电 平控制采样和保持状态，如AD582的采样电平为“0”，保持 电平为“1”，而LF198的则相反。
n1
U U REF i REF
u d2 D O n i n n
2 2 i0 多路模拟开关的扩展电路
dVc ID dt CH
韶山型SS7D电力机车微机控制用多路开关
4.2 采样保持器
A/D转换器完成一次A/D转换总需要一定的时间。 在进行A/D转换时间内，希望输入信号不再变化， 以免造成转换误差。这样，就需要在A/D转换器之 前加入采样保持器。
A 0 1 0 1 0 1 0 1
接通通 道
“0” “1” “2” “3” “4” “5” “6” “7” 均不接 通
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。其真 值表见表1。“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。
反馈型采样保持器原理及波形
采样保持器是在两次采样的间隔时间内，一直保 持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成原理电 路与工作波性如上图(a)、(b)所示。
采样保持器由输入输出缓冲放大器A1、A2和采样
开关S、保持电容CH等组成。采样期间，开关S闭合， 输入电压VIN通过A1对CH快速充电，输出电压VOUT跟 随VIN变化；保持期间，开关S断开，由于A2的输入阻 抗很高，理想情况下电容CH将保持电压VC不变，因而 输出电压VOUT=VC也保持恒定。
反馈电压
VO
V IN
比较器
模拟量
输入
启动
CLK
VC
控制时序和 逻辑电路
D / A转换器
逐位逼近寄 存器(SAR)
数字量
D0
输出
D1
锁存器
D2
D3
A图 D582-29 逐位逼近式A/D转换原理图
集成采样保持器
LF398
• 在A/D通道中，采样保持器的采样和保 持控制电平应与后级的A/D转换相配合，该 电平信号既可以由其它控制电路产生，也 可以由A/D转换器直接提供。
显然，保持电容C H的作用十分重要。实际上保持 期间的电容保持电压VC在缓慢下降，这是由于保持电容 的漏电流所致。保持电压VC的变化率为
式中：
BVINVR2nVIN028 VRVR 5.020
ID--为保持期间电容的总泄漏电流，它包括放大器的输入 电流、开关截止时的漏电流与电容内部的漏电流等。
电容CH值--增大电容CH值可以减小电压变化率，但同时又 会增加充电即采样时间，因此保持电容的容量大小与采
电
B
码 驱
平 转
C
S 12
动
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IN H
S 13
S 14
S 15
D3 D2 D1 D0
图 2 -4 多 路 模 拟 开 关 的 扩 展 电 路
微机信号采集系统的构成框图
4.1 多路选择开关
用来切换模拟电压信号输入的关键元件。理 想的多路开关其开路电阻为无穷大，其接通时的导 通电阻为零。常用的多路开关有CD4051(或 MC14051)，AD7501等。
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真值表
输入状态
C
0
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VIN
S
VIN A1
＋－A2 VOUT VOUT
t
CH
(a) 原理电路 图 2-8 采样保持器
0t
采样 保持 (b)工作波性
0
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VIN
S
VIN A1
＋－A2 VOUT VOUT
t
CH
1(a)原理电路 图 2-8 采样保持器
t 采样 保持 (b)工作波性
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