单片机输入电路设计
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“开关”的基本形式:
互锁式开关
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子
引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，要考虑一下问题： 1）电平转换：如把现场的电流信号转换为电压信号。 2）RC滤波：用RC滤波器滤出高频干扰。 3）过电压保护：用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压 管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 4）反电压保护：串联一个二极管防止反极性电压输入。 5）光电隔离：用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集 的输入通道。 来自被控对象的现场信息按物理量的特征可分为模拟量和 数字量两种。 一、开关量输入接口设计 二、模拟量输入输出接口技术
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 采样保持器：在单片机的控制下，在某一个时刻采样模 拟信号的值，并能保持该瞬时值，直到下一次重新采样。 主要用于对一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转 换时，或对变化较快的信号。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
2、常用的传感器（变换器） 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度， 液位，速度，位移等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 （1）常用的温度传感器-热电偶温度传感器：
是以热电效应为基础的，将任意两种 不同的导体A-B组成一个闭合回路，只要它 们的两个接点t1，t2的温度不同，在回路 里就会产生热电动势，如右图所示：
Hale Waihona Puke Baidu
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 传感器及变换器：采集现场的各种信号，并变换成电信 号(电压信号或电流信号 )，以满足单片机的输入要求。现场 信号有各种各样，有电信号，如电压、电流、电磁量等；也 有非电量信号，如温度、湿度、压力、流量、位移量等，对 于不同物理量应选择相应的传感器。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
典型的开关
量输入信号调 理电路如图4 所示。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计
2、数字量输入通道 （2）脉冲计数电路
有些用于检测流量、转速的传感器发出 的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一 种定时计数输入接口电路，即在一定的采样 时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感 器的比例系数可换算出所检测的物理量。
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
“开关”的基本形式: 开关在智能装置中被用来设置工作状态和命令，以便 选择不同的功能。开关只有“断开”与“闭合”两种稳定 （由机械保证）的.下图为一些常用开关的例子。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （2）采样频率 (推荐)工业过程变量采样周期： 流量 ≤0.5s 压力 ≤1s 液位 ≤2s 温度 ≤5s
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:由两部分组成：一是信号的滤波、放大、 采样、保持、转换部分；二是单片机及其接口部分；如图所示。 接口程序的任务为: 对接口初始化，确定采样通道、采样频 率、中断方式,启动A/D,读取结果,作前期数据处理，存入指定 单元等。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 放大器：对传感器输出的微弱信号，进行放大处理处理 成满足A/D转换要求的输入信号。如果传感器输出的信号满足 A/D转换要求，可以省略。 滤波器：减少来自各种工业现场的干扰信号。
以一定时间间隔对连续信号进行采样，使连续信号转换成时间上离散
的脉冲序列。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念
（2）采样频率。为了不丢失被采样信号所携带的信息，实时 采样的采样频率应满足采样定理（香农定理）的要求，当采样 频率不满足采样定理时将产生信号混迭现象，使采样后波形中 增加了额外的低频成分，造成失真，引起误差。 在工程上采样频率应取被采样信号所含最高频率的K倍， 通常K≥10～20。还应在A/D转换之前加入抗混迭模拟滤波器AF， 滤掉多余的高频分量。 香农定理：为使采样信号能够复现原连续信号，采样频率 ωs和连续信号e(t)最高频率ωmax之间的关系必须满足： ωs≥2ωmax 或： T≤π/ωmax
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4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计
2、数字量输入通道 （2）脉冲计数电路
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4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （1）采样:（数字）数据采集包含模拟信号量化过程。数 字信号不仅在时间上是离散的，而且在数值上也是离散的。类 似于从总体中抽样研究分布，故称采样。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 多路转换开关：实现一个A/D转换器分时对多路模拟信号 进行转换。如果是一个A/D转换器对用一个信号，可以省略。 A/D转换器：实现模拟信号向数字转换，量化。
互锁式开关
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一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子
引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，要考虑一下问题： 1）电平转换：如把现场的电流信号转换为电压信号。 2）RC滤波：用RC滤波器滤出高频干扰。 3）过电压保护：用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压 管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。 4）反电压保护：串联一个二极管防止反极性电压输入。 5）光电隔离：用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集 的输入通道。 来自被控对象的现场信息按物理量的特征可分为模拟量和 数字量两种。 一、开关量输入接口设计 二、模拟量输入输出接口技术
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 采样保持器：在单片机的控制下，在某一个时刻采样模 拟信号的值，并能保持该瞬时值，直到下一次重新采样。 主要用于对一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转 换时，或对变化较快的信号。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
2、常用的传感器（变换器） 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度， 液位，速度，位移等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 （1）常用的温度传感器-热电偶温度传感器：
是以热电效应为基础的，将任意两种 不同的导体A-B组成一个闭合回路，只要它 们的两个接点t1，t2的温度不同，在回路 里就会产生热电动势，如右图所示：
Hale Waihona Puke Baidu
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 传感器及变换器：采集现场的各种信号，并变换成电信 号(电压信号或电流信号 )，以满足单片机的输入要求。现场 信号有各种各样，有电信号，如电压、电流、电磁量等；也 有非电量信号，如温度、湿度、压力、流量、位移量等，对 于不同物理量应选择相应的传感器。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
典型的开关
量输入信号调 理电路如图4 所示。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计
2、数字量输入通道 （2）脉冲计数电路
有些用于检测流量、转速的传感器发出 的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一 种定时计数输入接口电路，即在一定的采样 时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感 器的比例系数可换算出所检测的物理量。
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
“开关”的基本形式: 开关在智能装置中被用来设置工作状态和命令，以便 选择不同的功能。开关只有“断开”与“闭合”两种稳定 （由机械保证）的.下图为一些常用开关的例子。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计 1、开关输入电路
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （2）采样频率 (推荐)工业过程变量采样周期： 流量 ≤0.5s 压力 ≤1s 液位 ≤2s 温度 ≤5s
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:由两部分组成：一是信号的滤波、放大、 采样、保持、转换部分；二是单片机及其接口部分；如图所示。 接口程序的任务为: 对接口初始化，确定采样通道、采样频 率、中断方式,启动A/D,读取结果,作前期数据处理，存入指定 单元等。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 放大器：对传感器输出的微弱信号，进行放大处理处理 成满足A/D转换要求的输入信号。如果传感器输出的信号满足 A/D转换要求，可以省略。 滤波器：减少来自各种工业现场的干扰信号。
以一定时间间隔对连续信号进行采样，使连续信号转换成时间上离散
的脉冲序列。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念
（2）采样频率。为了不丢失被采样信号所携带的信息，实时 采样的采样频率应满足采样定理（香农定理）的要求，当采样 频率不满足采样定理时将产生信号混迭现象，使采样后波形中 增加了额外的低频成分，造成失真，引起误差。 在工程上采样频率应取被采样信号所含最高频率的K倍， 通常K≥10～20。还应在A/D转换之前加入抗混迭模拟滤波器AF， 滤掉多余的高频分量。 香农定理：为使采样信号能够复现原连续信号，采样频率 ωs和连续信号e(t)最高频率ωmax之间的关系必须满足： ωs≥2ωmax 或： T≤π/ωmax
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
一、开关量输入接口设计
2、数字量输入通道 （2）脉冲计数电路
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （1）采样:（数字）数据采集包含模拟信号量化过程。数 字信号不仅在时间上是离散的，而且在数值上也是离散的。类 似于从总体中抽样研究分布，故称采样。
第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用
4.4 输入通道电路设计
二、模拟量输入接口技术
1、基本概念 （3）数据采集通道:---各元件的作用 多路转换开关：实现一个A/D转换器分时对多路模拟信号 进行转换。如果是一个A/D转换器对用一个信号，可以省略。 A/D转换器：实现模拟信号向数字转换，量化。