数模转换与模数转换接口及其应用

（2）湿度传感器 能感受气体中水蒸气的含量，把湿度的变化转换成电量
变化的传感器。
湿敏电阻是在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中 的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变 化，利用这一特性即可测量湿度。
湿敏电容一般是用高分子（聚苯乙烯、聚酰亚胺）薄膜电容制 成，当环境湿度改变时，湿敏电容的介电常数变化，使其电容 量也发生变化，其电容变化量与相对湿度成正比，利用这一特 性即可测量湿度。
小型压阻式压力传感器
低压进气口
高压进气口
（5）光纤传感器
利用光导纤维的传光特性，把被测量转换为光特性（强度、 相位、频率、波长）改变的传感器。
（6）光电码盘式传感器
码盘式角度-数字传感器 码盘式传感器是建立在编码器的基础上的，它能够将角 度转换为数字编码，是一种数字式的传感器。
码盘由光学玻璃制成，其上刻有许多同心码道，码道的条 数就是数码的位数，每位码道上都有按一定规律排列的透 光和不透光部分，即亮区和暗区。
压电式传感器是利用某些物质的压电效应将被测量转 换为电量的一种传感器。
某些物质如石英，当受到外力时，不仅几何尺寸发生变 化，而且内部极化，表面上有电荷出现，形成电场；当 外力消失时，材料又重新回复到原来状态，这种现象称 为压电效应。
半导体单晶硅、锗等材料，受到作用力时，它的电阻率（电 阻）会发生变化，这种效应称为压阻式效应，可做成压阻式 传感器。
• 将模拟量转换成数字量，送计算机处理，它是输入通 道的核心环节。
• AD转换器输入模拟信号通常有以下几种电压范围： 单极性0~5V、0~10V、0~20V; 双极性±2.5V、±5V、±10V等。
5、采样/保持器（Sample Holder）
• A/D转换期间，保持输入信号不变的电路称为采样/保持电路。
第十章 D/A转换与A/D转换 接口及其应用
概述 D/A转换器及其接口技术 A/D转换器及其接口技术
一、概述
1、模拟量与数字量
模拟量——连续变化的物理量。
例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量等。 数字量——时间和数值上都离散的量。
例如：二进制数00101110
2、模拟量输入输出通道
d0
输入 d1
…
dn－1
uo 或 io
D/A
输出
uo Ku (dn1 2n1 dn2 2n2 d1 21 d0 20 )
例1、一个8位D/A转换电路，输入为00000001时， 输出电压为5mV，则输入数字量为00001001时， 输出电压有多大？
解：当输入为00000001时：
目前，经传ຫໍສະໝຸດ Baidu器转换后的信号大多为电信号。因而 从狭义上讲，传感器是把外界输入的非电信号转换成电 信号的装置。
物理量
传感器
电量
2）传感器的构成
传感器一般由敏感元件、转换元件和辅助元件组成。
被测信息 敏感元件
转换元件
信号调理电路 输出信息
辅助电源
敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量成确定关系 的某一物理量的元件。
二、 D/A转换器及其接口技术
2.1 D/A转换器
2.1.1 D/A转换器的基本原理 2.1.2 R-2R 倒T型电阻网络D/A转换器 2.1.3 D/A转换器的主要技术参数
2.1.1 D/A转换器的基本原理
将输入的每一位二进制代码按其权的大小，转换成相应 的模拟量，然后将代表各位的模拟量相加，所得的总模 拟量就与数字量成正比，这样便实现了从数字量到模拟 量的转换。
• 安装在现场的传感器及其传输线路容易受到干扰信号的 影响，需要加接滤波电路，滤去干扰信号。
3、多路开关（Multiplexer）
• 需要监测或控制的模拟量往往多于一个。可以使用多路 模拟开关，轮流接通其中的一路，使多个模拟信号共用 一个ADC进行A/D转换。
4、A/D转换器（Analog Digit Converter, ADC）
转换元件：是指传感器中能将敏感元件的输出量转换为 适于传输和测量的电信号部分。
辅助元件：信号调节和转换的元件。
3）传感器的分类
（1）温度传感器
热电偶，利用金属的温差产生电动势； 热电阻，利用导体的电阻值随温度变化进行测温； 热敏电阻，利用半导体的电阻值随温度变化测温； 两种不同类型的金属导体两端，分别接在一起构成闭合回 路，当两个结点温度不等有温差时，回路里会产生热电势， 形成电流，这种现象称为热电效应。
由光源1发出的光线，经透镜2变成一束平行光照射在码盘3上，通过透 光部分的光线经狭缝4照射到光电元件5上，光电元件的排列与码道一一 对应，对应于亮区和暗区的光电元件输出的信号，前者为“1”，后者为 “0”。 当码盘旋转至不同位置时，光电元件输出信号的组合，反映出按 一定规律编码的数字量，代表了码盘轴的角位移大小。
7
uO Ku Di 2i Ku 5mV i 0
因此，当输入数字量为00001001时：
温度
非电量
控 流量
制 对
传感
信号
器
处理
模拟电量
传感 器
信号 处理
象 模拟量 放大 驱动
D/A 转换
采
多
路
样
开
保
持
关
器
锁 存
器
A/D 转 数字量
换器
微
机
控制
系
统 I/O 数字量 接口
1、传感器（变送器）
• 把外部的物理量（例如：声音、温度、压力、流量 等）转换成电流或电压信号。
2、信号处理
• 传感器输出的信号比较微弱，需要经过放大，获得ADC 所要求的输入电平范围。
毛发湿度计
干湿球湿度计
（3）气敏传感器
气敏传感器是把某种气体的成分、浓度等参数转换成电阻变化 量，再转换为电流、电压信号，来检测特定气体的传感器。
主要包括：半导体气敏传感器、接触燃烧式气敏传感器和电化 学气敏传感器等。
主要应用：一氧化碳气体检测、瓦斯气体检测、煤气检测、氟 利昂检测、酒精检测等。
（4）压电式和压阻式传感器
• 转换开始之前，采样/保持电路采集输入信号（采样）； • 转换进行过程中，它向A/D转换器保持固定的输出（保持）。
6、 D/A转换器（Digit Analog Converter, DAC）
• D/A转换器将成数字量转换成模拟量输出。
3、常用传感器
1）传感器的定义
传感器（Sensor/Transducer）是借助检测元件接收一种 形式的信息，并按一定的规律将所获取的信息转换成另 一种信息的装置。