第14章 传感器与微机接口技术
《微型计算机原理与接口技术》课件第12章
第12章 模拟量的输入/输出接口
4) 建立时间 建立时间是衡量D/A转换速率快慢的一个重要参数，也 是D/A转换器中的输入代码有满度值的变化时，其输出模拟 信号电压(或模拟信号电流)达到满刻度值±(1/2)LSB(或与满 刻度值差百分之多少)时所需要的时间。不同型号的D/A转 换器，其建立时间也不同，一般从几个毫微秒到几个微秒。 若输出形式是电流的，其D/A转换器的建立时间是很短的； 若输出形式是电压的，其D/A转换器的主要建立时间是输出 运算放大器所需要的响应时间。
第12章 模拟量的输入/输出接口
12.1 模拟量的输入/输出通道
模拟量的输入/输出通道是微型计算机与控制对象之间 的重要接口，也是实现工业过程控制的重要组成部分。
在微型计算机的自动监测和控制领域，需要模拟量的输 入/输出通道来完成。模拟量的输入/输出通道结构如图12.1 所示。
第12章 模拟量的输入/输出接口 图12.1 模拟量的输入/输出通道结构图
第12章 模拟量的输入/输出接口
(3) 信号处理(Signal Processing)。信号处理环节主要包 括信号的放大、整形、滤波，去除现场干扰信号等。
(4) 多路转换开关(Multiplexer)。在数据采集系统中，当 需要对多个模拟量进行模/数变换时，由于模/数转换器(A/D 转换器)的价格较贵，通常不是每个模拟量输入通道设置一 个A/D，而是多路输入模拟量共用一个A/D，中间经过多路 转换开关(即模拟量多路转换开关(MPX)切换，用以降低成 本。
(6) A/D变换器(A/D Converter)。A/D交换器的作用是将 输入的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号，方便计 算机的进一步分析和处理，这是模拟转换通道的重要环节。
第12章 模拟量的输入/输出接口
传感器与微处理器接口技术
１ ． ２ 管脚 功 能对 比
＜ ＜上 接 ５ ９页
阻态 ， Ｃ， ， 两端 的 电压 开始 放 电 保持 住输 度慢 ，一般应用在要求精度高而速度 较低 的场 个 讲地址 ，９ ６ １ 个听地 址。 （ ５ ） 一般 适用于
，
入电压的值 。周而复始使 输出电压 跟随输入 电 合 。Ｖ ／ Ｆ 转换式Ａ Ｄ Ｃ在 转换 线性 度、精度 、 压变化。 抗干扰能力和积分输入特性等方面有 独特 的优
用。
图２ － １ ：典型的数据采集 ／ 采样系统 采样 是 以离散 时间 间隔为 基准 对连 续信
号进 行测量。采样器可 以看做一个采样开关只 在 开关闭合的短时间 内允许输入信号通过 。可 以设 想开关的作用相当于用 ｌ 去乘 以信号 ，输 出函数值 等于此刻相应的输入函数值 ，也就是 采样器 的输出函数是一系列的窄脉冲 ，它的包 络与 输入信 号相同。所以 ，采样可 以想象为将 连续信 号变 换为 窄调 幅脉 冲列 的脉 冲调 制过 程 。采样函数具有单位幅度的等时 间间 隔窄脉 冲序列 。两个相邻 脉冲 的时 间间隔 称为采
（ ａ ）旧版器件 内部工作原理
（ ｂ ）新版器件 内部工作原理
图１ ：Ｐ ＷＲ 一 ８ ２ ３ ３ ３内部 工 作 原 理 对 比
一
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
～ １ Ｐ Ｗ Ｒ 一 ８ ２ ３ ３ ３ 改版前后对比
１ ． １ Ｐ Ｗ Ｒ － ８ ２ ３ ３ ３ 内部 工作 原 理 对 比
三相 全桥 电机驱 动模 块具有 体积 小、集 成度高 ，抗干扰性 强、可靠性高 ，外围电路简 单、控制便捷等优点 ，可广 泛的应用在各种 电 机的驱动 电路中。Ｐ ＷＲ一 ８ ２ ３ ３ ３是 美 国 ＤＤＣ公 司出品的一款智能型三相全 桥电机驱动功率模 块 ，模 块 内部三相 桥臂 开关 管选用 了高 性能 的Ｉ ＧＢ Ｔ管 。模块 可采用单 电源供 电方式进行
微机接口技术概述PPT课件
第1章 微机接口技术概述
I/O端口分两类： 1、系统主板上的I/O芯片
A9=0端口(512个)为系统板所用，0000H——01FFH 2、I/O扩展槽上的接口适配器占用地址
A9=1端口(512个)为系统板所用，0200H——03FFH
A15 -----A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0
源RAM地址用ES:DI / DS:SI 指定。EFLAG寄存器中 DF位来决定地址加和减。
输入：
输出：
MOV DX，port
MOV DX，port
LES DI，Buffer In
LDS SI，Buffer out
INSB
OUTSB
或 INSW
或 OUTSW
第1章 微机接口技术概述
1.5 PC系列I/O端口地址配置
第1章 微机接口技术概述
1.1.2 微机接口的概念
1.为什么要引入接口
❖ 外部设备种类繁多，其工作原理、工作速度、 采用的信号形式、数据传送形式不同。由于种种的 多样性，外设不能直接连在系统总线上; ❖ 不用接口， I/O直接接CPU，随着外设增加，会 大大降低CPU的效率。 ❖ I/O直接接CPU，会使外设硬件结构过于依赖 CPU，对外设本身发展不利。
第1章 微机接口技术概述
1.1 微机接口的基本概念
1.1.1 微型计算机系统结构
通用的微型计算机硬件系统是由中央处理器、 存储器、I/O（输入/输出）设备及其接口电路组成。 处理器由运算器、控制器和寄存器三部分组成。CPU 通过数据总线、地址总线和控制总线与其他部件之间 进行联系。 （如图所示）。
第1章 微机接口技术概述
智能式传感器
计算机软件在智能传感器中起着举足轻重的作用。由于 “电脑”的加入，智能传感器可通过各种软件对信息检测过程 进行管理和调节，使之工作在最佳状态，从而增强了传感器的 功能， 提升了传感器的性能。此外，利用计算机软件能够实现 硬件难以实现的功能，因为以软件代替部分硬件， 可降低传感 器的制作难度。
智能式传感器系统一般构成框图如图14 -1所示。其中作为 系统“大脑”的微型计算机，可以是单片机、单板机，也可以 是微型计算机系统。
传感器与微处理机结合可以通过以下两个途径来实现：一是 采用微处理机或微型计算机系统以强化和提高传统传感器的功能， 即传感器与微处理机可分为两个独立部分，传感器的输出信号经 处理和转化后由接口送到微处理机部分进行运算处理。这就是我 们指的一般意义上的智能传感器, 又称传感器的智能化。二是借 助于半导体技术把传感器部分与信号预处理电路、输入输出接口、 微处理器等制作在同一块芯片上，即成为大规模集成电路智能传 感器，简称集成智能传感器。集成智能传感器具有多功能、 一 体化、精度高、适宜于大批量生产、体积小和便于使用等优点， 它是传感器发展的必然趋势，它的实现将取决于半导体集成化工 艺水平的提高与发展。
例如，谐振式传感器具有高稳定性、高精度、准数字化输出等 许多优点，但以前频率信号检测需要较复杂的设备，限制了谐 振式传感器的应用和发展，现在利用同一硅片上集成的检测电 路，可以迅速提取频率信号，使得谐振式微机械传感器成为国 际上传感器领域的一个研究热点。
2. 数据融合理论
数据融合是智能传感器理论的重要领域，也是各国研究的 热点。数据融合通过分析各个传感器的信息，来获得更可靠、 更有效、更完整的信息，并依据一定的原则进行判ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ，作出正 确的结论。对于由多个传感器组成的阵列，数据融合技术能够 充分发挥各个传感器的特点，利用其互补性、冗余性，提高测 量信息的精度和可靠性，延长系统的使用寿命，进而实现识别、 判断和决策。
传感器检测技术习题参考答案（第二版）
传感器检测技术习题参考答案（第⼆版）传感器与检测技术（书号25971）参考答案第1章检测技术基本知识1.选择题（1）C B （2）D （3）A （4）B（5）B2.简答题（1）P13-P14（2）P13-P15；（3）P15-P16（4）P16-P18（5）P19（6）P4（7）P4-P6（8）P6-P7（9）P83.计算题（1）①1℃②5% 1%（2）167.762 Ωσ=0.184Ω4.分析题（1）150V量程150V量程相对误差为0.7%，300V量程相对误差为1.4%（2）0.5级、0.2级、0.2级第2章⼒学量传感器及应⽤1 填空（1）⾦属半导体材料⼏何形变电阻率半导体（2）丝式箔式薄膜式（3）半导体压阻2.简答（1）P29 (2) P29 (3) P36 (4)P40-P41 (5)⼀般来讲，应变⽚的电阻变化较⼩，很难⽤⼀般的电阻测量仪器测量；实际测量系统中，需要把电阻变化转换为电压的变化。
故实际⼀般使⽤电桥电路测量。
(6)P39注意应变⽚应变极性，保证其⼯作在差动⽅式。
(7)P46-47 (8)P48 (9)P49 (10)P50-P51（11）由于外⼒作⽤在压电传感元件上所产⽣的电荷只有在⽆泄漏的情况下才能保存，即需要测量回路具有⽆限⼤的内阻抗，这实际上是达不到的，所以压电式传感器不能⽤于静态测量。
压电元件只有在交变⼒的作⽤下，电荷才能源源不断地产⽣，可以供给测量回路以⼀定的电流，故只适⽤于动态测量。
3.计算题4.分析题（1）P42 (2)P43 （3）（4）参照⾼分⼦压电材料特点分析（5）基本⼯作原理是，当使⽤者将开关往⾥按时，有⼀很⼤的⼒冲击压电陶瓷，由于压电效应，在压电陶瓷上产⽣数千伏⾼压脉冲，通过电极尖端放电，产⽣了电⽕花；将开关旋转，把⽓阀门打开，电⽕花就将燃烧⽓体点燃了。
第3章⼏何量传感器及应⽤1．单项选择（1）D (2)D (3)D (4)A (5)C (6)A(7)A (8)A(9)A2.简述（1）P62-63 (2) P63 (3) P65-68 (4)P68 (5)P70-71 (6)P72-73 (7)P75 (8)P76-77 (9) P77 (10)P82 (11)P83-85 (12)P77 P813.分析题（1）参照电位器式传感器原理分析。
11.3 传感器与微机的接口技术_传感器与检测技术_[共5页]
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传感器信号处理及微机接口技术 180 第11章11.2.3 IA 的技术指标 测量放大器最重要的技术指标有：非线性度、偏置漂移、建立时间以及共模抑制比等，这些指标均为放大器增益的函数。
（1）非线性度 定义为放大器输出、输入实际特性曲线与理想特性曲线（直线）的相对偏差。
在增益G =1时，一个12位（bit ）系统的非线性度若为±0.025%，则在G ＝500时， 其非线性度可达±0.1%，相当于系统精度降低到1/10以下。
（2）偏置漂移 指工作温度变化1℃时，相应的直流偏置变化量。
一个放大器的分辨率主要被直流偏置的不可预料性所限制。
放大器的偏置漂移一般为1～50 μV/℃，也与增益G 有关。
如一个有2μV/℃漂移的放大器，当G =1 000，Δt =10℃时，其输出端将产生20 mV 的偏置电压。
这个数字相当于12位ADC 在输入范围为0～10V 时的8个LSB 值。
值得注意的是，一般厂家只给出典型值，而最大值可以是典型值的3～4倍。
（3）建立时间 放大器的建立时间定义为从输入阶跃信号起，到输出电压达到满足给定误差（典型值为±0.01%）的稳定值为止所需用的时间。
一般IA 的增益G ＞200，精度约为±0.01%，建立时间约为50～100 μs ，而高增益IA 在同样精度下的建立时间可达350 μs 。
因此，在数据采集系统中决定信号传输能力的往往是IA 而不是ADC 。
（4）恢复时间 放大器的恢复时间是指从断掉输入IA 的过载信号起，到IA 的输出信号恢复至稳定值时（与输入信号相应）的时间。
（5）共模抑制比 IA 的共模抑制比定义为差模电压放大倍数A d 与共模电压放大倍数A c 比值的对数单位，即 d MR c 20lg A C A （11-2）11.2.4 常用集成仪表放大电路可以用做仪表放大器的集成电路有：集成运算放大器OP07，斩波自动稳零集成运算放大器7650，集成仪表放大器AD522，集成变送器WS112、XTR101，TD 系列变压器耦合隔离放大器，ISO100等光耦合隔离放大器，ISO102等电容耦合隔离放大器，PG 系列程控放大器、2B30/2B31电阻信号适配器等。
微机系统原理及接口技术应用
04
微机系统应用实例
工业控制系统的应用实例
总结词
工业控制系统是微机系统的重要应用领域，通过微机系统实现对生产过程的自动化控制。
详细描述
工业控制系统的应用实例包括自动化生产线控制、温度压力控制、物料输送控制等。微机系统通过接 收传感器信号，进行数据处理和控制算法运算，输出控制信号，驱动执行机构实现自动化控制。
总结词
数据采集系统是利用微机系统实现对各种信号的采集、处理和传输。
详细描述
数据采集系统的应用实例包括声音、图像、振动等信号的采集和处理。通过微机系统的接口技术，可以将各种传 感器采集到的信号进行预处理、转换和传输，为后续的数据分析提供原始数据。
计算机辅助设计的应用实例
总结词
计算机辅助设计（CAD）是利用微机系统进行产品设计和开发的工具。
微机系统原理及接口技术应 用
• 微机系统概述 • 微机系统原理 • 微机系统接口技术 • 微机系统应用实例
01
微机系统概述
微机系统的定义与特点
定义
微机系统是由微处理器、输入输出接 口电路、存储器、电源和辅助电路等 组成的计算机系统。
特点
体积小、功耗低、成本低、可靠性高 、扩展性强等。
微机系统的历史与发展
中断接口技术
中断接口技术是一种处理机与外设之间进行信息交换的方式 。当外设需要与处理机交换信息时，它会向处理机发出中断 请求，处理机响应中断后，与外设进行信息交换。
中断接口技术具有实时性高、处理机利用率高等优点，但同 时也存在实现复杂、电路成本高等缺点。
DMA接口技术
DMA（Direct Memory Access）接口技术是一种实现数据 块在内存与外设之间直接传输的技术。它通过硬件控制实现 数据的快速传输，不需要处理机的干预。
ADC接口技术—类型及特点
（3） V/F转换器：它是由积分器、比较器和整形电路构成的VFC电路，把模拟电压变换成相应频率的脉冲信号，其频率正比于输 入电压值，然后用频率计测量。 VFC能快速响应，抗干扰性能好，能连续转换，适用于输入信号动态范围宽和需要远距离传送的场合， 但转换速度慢。 逐次逼近ADC的特点是： 转换速度较高(1 μs～1 ms)，8～14位中等精度，输出为瞬时值，抗干扰能力差。
它也可以由DAC、比较器和计算机软件构成。
2பைடு நூலகம் 连接方式。
ADC接口技术—类型及特点
VAFDCC能接快口速技响术（应—，1类）抗型干及输扰特性点入能方好，式能。连续从转换输，入适用端于来输入看信，号动有态单范围端宽输和需入要和远距差离动传送输的入场合两，种但方转换式速。度慢差。 动输入
3） ADC
它也可有以由利D于AC克、比服较共器和模计干算机扰软。件构输成。入信号的极性有单极性和双极性， 由极性控制端的接法
《传感器应用技术》ADC接口技术—类型及特点
双积分ADC测2量）的是按信输号平入均、值， 对常态噪声有很强的抑制能力， 精度很高， 分辨率达12～20位， 价格便宜， 但转换速度较慢(4
ms～1 s)。
其逐中次， 逼常近用AD的C不是的逐同特次点的逼是近芯：型转片、换双具速积度有分较型不高和(同1Vμ/F的s变～连换1 m型接s（)，方电8荷～式平14，衡位式中其）等中。精度最，主输出要为的瞬时是值输，抗入干、扰能输力差出。以及控制信号的
电气自动化技术专业 教学资源库
《传感器应用技术》课程
14-3 传感器与微机接口技术
14-3-1 ADC接口技术—类型及特点
传感器与检测技术(第二版)参考答案参考答
传感器与检测技术（第二版）参考答案第1章 检测技术基本知识1.1单项选择:1.B2.D3. A4.B1.2见P1；1.3见P1-P3；1.4见P3-P4；1.5 见P5；1.6 （1）1℃（2）5﹪，1﹪ ；1.7 0.5级、0.2级、0.2级；1.8 选1.0级的表好。
0.5级表相对误差为25/70=3.57﹪, 1.0级表相对误差为1/70=1.43﹪；1.9见P10-P11；1.10见P11- P12；1.11 见P13-P14第2章 电阻式传感器及应用2.1 填空1.气体接触，电阻值变化；2.烧结型、厚膜型；3.加热器，加速气体氧化还原反应；4.吸湿性盐类潮解，发生变化2.2 单项选择1.B 2. C 3 B 4.B 5.B 6. A2.3 P17；2.4 P17；2.5P24；2.6 P24；2.7 P24-P25；2.8 P25；2.9 P26；2.10 P30-312.11 应变片阻值较小；2.12P28，注意应变片应变极性，保证其工作在差动方式；2.16 Uo=4m V ；2.17 P34；2.18 P34；2.19 (1) 桥式测温电路，结构简单。
（2）指示仪表 内阻大些好。
（3）RB:电桥平衡调零电阻。
2.20 2.21 线性范围内，希望传感器的灵敏度越高越好；传感器的延迟时间越短越好；传感器的线性范围越宽，则其量程越大，并且能保证一定的测量精度。
2.23 P44；2.33 P45第3章 电容式传感器及应用3.1 P53-P56；3.2 变面积传感器输出特性是线性的。
3.3 P58-P59；3.4 P59-P613.5 当环境相对湿度变化时，亲水性高分子介质介电常数发生改变，引起电容器电容值的变化。
属于变介电常数式。
3.6 参考变面积差动电容传感器工作原理。
参考电容式接近开关原理。
3.8 （1）变介电常数式；（2）参P62 电容油料表原理第4章 电感式传感器及应用4.1 单项选择1.B；2.A4.2 P65；4.3 P68；4.4 螺线管式电感传感器比变隙式电感传感器的自由行程大。
14数字式传感器习题及解答
14数字式传感器习题及解答第14章数字式传感器⼀、单项选择题1、循环码0110对应的⼆进制码是（）。
A. 0110B. 0100C. 0101D. 10012、当两块光栅的夹⾓很⼩时，光栅莫尔条纹的间距（）A．与栅线的宽度成正⽐ B.与栅线间宽成正⽐C．与夹⾓近似成正⽐ D.与栅距近似成正⽐3、现有⼀个采⽤4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的编码是0011，终⽌位置对应的编码是0101，则该码盘转动的⾓度可能会是（）A．45°°°°4、现有⼀个采⽤4位循环码码盘的光电式编码器，码盘的起始位置对应的编码是0011，终⽌位置对应的编码是1111，则该码盘转动的⾓度可能会是（）A．60°°°°5、⼀个6位的⼆进制光电式编码器，其测量精度约为（）A．° B. °C．° D. 60°6、（）属于脉冲盘式编码器。
A．接触式编码器B．光电式编码器C．增量编码器D．电磁式编码器7、采⽤50线/mm的计量光栅测量线位移,若指⽰光栅上的莫尔条纹移动了12条,则被测线位移为（）mmA． B. 0.12 C． D.⼆、多项选择题1、以下传感器中属⾮接触式的有：（）A.电磁式编码器B.光电式编码器C.脉冲盘式编码器D.计量光栅2、计量光栅的特点是（）。
A．测量精度⾼B．成本低C．⾮接触式D．对环境要求不⾼三、填空题1、循环码1101对应的⼆进制码是。
2、采⽤4位⼆进制码盘能分辨的⾓度为。
3、计量光栅是利⽤光栅的现象进⾏测量的。
4、光栅测量原理是以移过的莫尔条纹的数量来确定位移量，其分辨率为。
5、莫尔条纹有、和这三个重要特点。
6、当两块光栅的夹⾓很⼩时，光栅莫尔条纹的间距与近似成反⽐。
7、⽬前为⽌，数字式传感器最主要的两种类型是和。
8、直线式编码器⽤于测量，⽤于测量⾓位移。
9、计量光栅主要由和两部分组成。
传感器及其接口
(1) 接触式位置传感器
这类传感器用微动开关之类的触点器件便可构成， 它分以下两种 a. 由微动开关制成的位置传感器
二维矩阵式配置的位置传感器
1、柔软电极 2、柔软绝缘体
(2) 接近式位置传感器 接近式位置传感器按其工作原理主要分：①电磁 式；②光电式；③静电容式；④超声波式；⑤气 压式等。其基本工作原理可用下图表示出来。
采样定理 设信号最高频率为fc, 在采样频率fs>= 2fc为的条件下， 设信号最高频率为fc, 在采样频率fs>= 2fc为的条件下， 采样后的信号能无失真的恢复为原来的模拟信号。 (2) 数值断续 数值断续的过程叫量化，所谓的量化就是把采样信号 的幅值与某个最小数量单位的一系列整数倍数比较，以最 接近于采样信号幅值的最小数量单位的倍数来代替该幅值。 最小单位叫量化单位，它定义为量化器的满量程电压FSR 最小单位叫量化单位，它定义为量化器的满量程电压FSR 与2n的比值； q=FSR/2n 例 当FSR=10V, n=8时 q = 39.1mv n=8时 当FSR=10V, n=12时 q = 2.44mv n=12时 当FSR=10V, n=16时 q = 0.15mv n=16时 完成量化的器件叫量化器，即A/D转换器。 完成量化的器件叫量化器，即A/D转换器。
代码型传感器又称编码器，它输出的信号是 代码型传感器又称编码器，它输出的信号是 数字代码，每一代码相当于一个一定的输入量之 值。
3 模拟型 模拟型传感器的输出是与输入物理量变化相 对应的连续变化的电量。输入与输出可以是线 性的也可以是非线性的。
1.5 机电系统对传感器的基本要求 1. 精度和灵敏度高、响应快、稳定性好、信噪比 高； 2. 体积小、重量轻、对整机的适应性好； 3. 安全可靠、寿命长； 4. 便于与计算机连接； 5. 不易受被测对象性(如电阻、导磁率)的影响，也 不易受被测对象性(如电阻、导磁率) 不影响外部环境； 6. 对环境条件适应能力强; 对环境条件适应能力强; 7. 现场处理简单、操作性能好； 8. 价格便宜。
现代传感技术与系统教学配套课件作者林玉池曾周末第14章课件下载课件下载
❖ 14.1 智能传感器概述 ❖ 14.2 智能传感器的关键技术 ❖ 14.3 智能传感器系统的总线标准 ❖ 14.4 智能传感器技术新发展
2021/9/7
教材配套课件
1
引言
智能传感技术是涉及微机械电子技术、计算机技术、 信号处理技术、传感技术与人工智能技术等多种学科的综 合密集型技术，它能实现传统传感器所不能完成的功能。 智能传感器是21世纪最具代表性的高新科技成果之一。
后来定义 智能传感器是“将一个或多个敏感元件和信号处理器
集成在同一块硅或砷化锌芯片上的装置”； 智能传感器是“一种带微处理机并具有检测、判断、
信息处理、信息记忆、逻辑思维等功能的传感器”。
2021/9/7
教材配套课件
3
14.1.2 智能传感器的结构
前处理
后处理
信
被测量
传 感 器
号 调 理 电
路
微 处 理 器
100
K4Βιβλιοθήκη 定增益(含衰减)档数的设定和确定切 1
2021/9换/7 档的准则，这些都依具教体材配问套课题件而定。
1000
图14-9 自适应量程电路10
14.2.6 电磁兼容性
随着现代电子科学技术向高频、高速、高灵敏度、高安 装密度、高集成度、高可靠性方面发展，电磁兼容性作为智 能传感器的性能指标，受到越来越多的重视。
u(t) 传感器 y(t) 动态校正器 yc(t)
y yc(t)
y(t)
0
t
图14-7 动态校正原理示意图
目前对传感器的特性进行提高的软件方法主要有：
⑴ 将传感器的动态特性用低阶微分方程来表示；
2021/9/7 ⑵ 按传感器的实际特性建教立材补配套偿课环件节。
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表11.4 HP-IB引脚说明 引脚说明
符 号 说 明
DIO1～DIO8 DAV NRFD NDAC IFC ATN SRQ REN EOI
输入、输出数据线，包括数据地址和状态信息 发送器输出信息，指示数据线上信息的有效性 输入发送器信息，指示全部接收器已处于接收信息的就绪状态 输入发送器信息，当它为H（高电平）时，表示全部接收器已接受数据线上的信息 控制器输出的初始化信息，当它为L时，全部发送器和接收器全停止工作 控制器输出信息L（低电平）时，表示DIO线上信息是命令，H时表示为数据 向控制器输入的服务（中断）请求 控制器输出信息L时进行远距离控制 发送器用来指示数据的结束信号
SBA DB SBB DD — SCA CD CG CE CH/C I DA —
辅助发送数据 传送器信号单元时标 辅助接收数据 接收信号单元时标 — 辅助请求发送 数据终端准备就绪 信号性质检测器 振铃指示器 数据信号速度选实例
由于单片机具有位处理功能，所以可以实现开关量的控制。 下图是产品自动装箱系统原理图。系统中有两条传送带；传送1是包装箱 传送带，传送带2是产品传送带。传送带2将产品从生产区传送到包装区， 产品到传送带2的末端时，就会掉入包装箱，同时被检测器2（光电传感 器）检测并计数。传送带1把满箱运走，并用空箱代替。为使空箱对准产 品，用检测器1（光电传感器）检测是否到位。
4. 采样保持电路 A/D转换芯片完成一次转换需要一定的时间。当被测量变化很快时，为 了使A/D转换器的输入信号在转换期间保持不变，需要使用采样保持器。 采样保持器结构图
（1）技术参数 （2）常用芯片介绍 LF398是美国国家半导体公司生产的一种廉价采样保持器芯片，也 是我国使用最多的一种保持器。
第11章 传感器与微机接口技 11章 术
11.1 概述 11.2 信号采集与处理 11.3 通用 标准 接口 通用(标准 标准)接口 11.4 传感器与微机接口实例 小 结
11.1 概述
在检测系统中，各种传感器将被测的非电量，如温度、压力、位移等转 换为电量（电压或电流），通常这些单一的电信号通过变换或放大可以 直接进行显示或控制其他设备。然而在测试中，影响被测参数的因素很 多，而且这些因素之间又有一定的联系。比如，超声波的速度与环境温 度、介质材料有关，要想准确地测量其速度，必须准确地测出环境温度。 要想准确、快速地测量这些参数，就需要利用微处理器或微机系统。由 于微机使用的是数字信号，而各种传感器的输出信号大部分是模拟信号， 并且信号的大小差异很大，所以必须借助于接口电路，将传感器与微机 连接，从而实现自动化的集中控制系统。 传感器的接口类型主要由传感器输出信号的类型以及信号大小决定。由 于传感器的输出信号具有多样性，因此传感器接口的结构也有多种。 1. 模拟信号 当传感器的输出信号为较大的模拟电压时，需要使用限幅电路进行 幅度限制，再经过A/D转换器转换为数字信号送入微机进行处理；也可 以通过V/F变换送入微机。 2. 开关量或频率信号 对于开关量，若符合TTL电平要求，可以直接送入微机；若不符合 TTL电平要求，则要经过放大、整形和变换后再送入微机。
2. 量化与编码 输入信号经过采样以后需要将其变换为数字形式。故将连续模拟信 号变换为一组离散值的过程称为量化。
11.2.2 数据采集系统中的主要功能电路
1. 测量放大器 待测参数变化经传感器变换为电信号的变化后，还要经过信号调节， 方能满足二次仪表指示、记录、存储、传输或转换等要求。因此，信号 调节器是传感器和后续模拟电路的接口。它的功能是，将传感器输出原 始的受到多种噪声源干扰的低电平信号加以放大、处理、抑制噪声、统 一格式，使之成为适合二次仪表等后续装置要求的高电平电流（4～ 20mA）或电压（0～±10V）信号。 测量放大器是信号采集与调节系统输入端的第一个电路，其主要功能是 高精度放大、测量信号、抑制共模干扰，提高信噪比和信号质量。 三运放式测量放大器
单片机控制的产品自动装箱控制系统原理图
产品计数流程图
自动装箱控制流程图
程序清单如下：
ORG2000H
START：ANL P1.，#3FH ；停止两个传送带 ORL P1.，#40H ；启动带1，停止带2 LOOP1：JB P1.0，LOOP1 ；检测包装箱是否到位，等待P1.0为低电平 LOOP2：JNB P1.0，LOOP2 ；等待P1.0为高电平，新空箱到位 ANL P1，#OBFH ；停止带1 SETB P1.7 ；启动带2 MOV R1，#00H ；计数器清零 LOOP3：JNB P1.1，LOOP3 ；等待P1.1为高电平 LOOP4：JB P1.1，LOOP4 ；等待P1.1为低电平，检测产品是否到来 LOOP5：JNB P1.1，LOOP5 ； INC R1 ；计数器加1 MOV A，R1 XRL A，#64H ；箱内装100个产品吗？ JNZ LOOP3 ；未满，继续 AJMP START ；已装箱，换箱 END
2. 电流/电压转换（I/V） 模拟信号电流传输时一般采用4～20mA电流环。全标度电流规定是以4mA作为0%， 20mA作为100%，接受信号端变为电压信号处理。 下面电路是把12mA作为双极性0信号，把4～20mA电流转换为-10V～+10V电压 的电路，用于DC伺服电动机接口，记录仪用的转换器等。
5. A/D和D/A转换电路 （1）A/D和D/A转换器的性能指标 （2）选择ADC和DAC的要点 通常所说的A/D转换器是指将模拟信号进行量化、编码，转换为n位二进 制数字量信号的集成电路。实际上，量化、编码是在转换过程中同时完 成的，并无明显界线。根据A/D转换原理和特点的不同，可把它分成两 大类：直接A/D转换（直接ADC）和间接A/D转换（间接ADC）。直接 ADC是将模拟电压直接转换成数字代码，较常用的有逐次逼近式ADC、 计数式ADC和并行转换式ADC等。间接ADC是将模拟电压先变成中间变 量，如脉冲周期T、脉冲频率f、脉冲宽度τ等，再将中间变量变成数字代 码。较常见的有单积分式、双积分式ADC、V/F转换式ADC等。上述各 种ADC，以计数式ADC最简单，但转换速度慢。并行转换式ADC速度最 快，但成本较高。逐次逼近式ADC转换速度和精度都比较高，且比较简 单，价格较低，所以在微机采集系统中最常用。积分式特别是双积分式 ADC转换精度高，抗干扰能力强，但转换速度慢，一般应用在要求精度 高而速度较低的场合。V/F转换式ADC在转换线性度、精度、抗干扰能 力和积分输入特性等方面有独特的优点，且接口简单，占用计算机资源 少，缺点也是转换速度低，目前在一些输出信号动态范围较大或传输距 离较远的低速模拟输入通道中，得到了越来越多的应用。 （3）有关单片机接口的考虑因素
小 结
传感器的接口类型主要由传感器输出信号的类型和大 小决定的。由于传感器的输出信号具有多样性，因此 传感器接口的结构也有多种。常见的有模拟信号接口、 开关量和频率信号接口，在模拟信号接口当中，由于 大部分传感器输出的信号较小，所以必须使用放大器 放大。常见的三种类型测量放大器为基本测量放大器、 三运放式测量放大器和具有高输入阻抗的高性能测量 放大器。经过放大处理后的信号还要通过A/D转换才能 送入微机，而微机通常处理的信号有时不止一个或一 种，因而涉及到数据的采集与处理。 在实际应用中，利用传感器检测被测量，一方面要对 被测量准确测量；另一方面还要对其控制，因此还要 采用D/A转换以及微机之间的通讯等技术。
（4）ADC与单片机的接口举例 ① ADC0809与单片机的接口。
② AD574A与单片机的接口。
（5）DAC与单片机的接口举例 ① DAC0832与单片机的接口。
② AD7543与单片机的接口。
11.3 通用(标准)接口 通用(标准)
标准接口总线是计算机和各种测量仪器之间进行信息交换而设立的连接 设备，用以解决各种产品接口不统一的问题。为此，设计一种适合自动 测试系统的通用接口标准，其最终目标是：世界各国都按同一标准来设 计程控仪器的接口电路，可将任何厂家生产的任何型号的仪器用一条无 源标准总线电缆连接起来，并通过一个与计算机相适应的接口与计算机 相连接，组成一个符合用户要求的自动测试系统。一般来说，实现程控 仪器的数据传输和通信，经常采用RS-232（串行）和HP-IB（或GP-IB） （并行）两种标准接口。 1. HP-IB标准接口简介 它首先规定了接口的三大要素：机械、电气、功能的要求，保证装 置相互连接的兼容性。 （1）HP-IB标准接口总线的基本性能 （2）HP-IB标准接口总线结构 它把全部接到总线上的装置在一个时刻里划分为接收、发送和控制 三大类。
2. RS-232C接口简介 它是美国EIA规定的一种数据终端设备与数据通信之间使用串行二进制 数据进行信息交换的接口，亦可作为仪器互相连接的一种方法。RS232C标准接口使用标准的±12V电压脉冲来实现信息传输。 （1）RS-232C标准接口性能 （2）RS-232C接口标准的交换功能 RS232C接口标准规定为25根连接线，每根都给予明确的定义。
4～20mA/0～2V 的电流/电压转换电路
3. 模拟多路开关 在微机检测和控制系统中，可能有很多的被测模拟量。当对它们进行巡 回检测时，为了节省A/D转换器和I/O接口，通常要使用转换开关。 多路模拟开关分为两类，一类是机械触点式开关，如电磁继电器、干簧 管继电器等，这类开关的优点是触点接通电阻小，断开电阻大，驱动部 分与开关元件分离；缺点是动作速度慢，触点通断时产生抖动，使用寿 命短。另一类是电子式开关，如晶体管、场效应管、光电耦合器及集成 电路等模拟开关，其优点是开关速度快、体积小、功耗低；缺点是有一 定的导通电阻，驱动部分与开关元件不能完全分离。在速度要求较高的 多路转换场合，应采用电子式开关。经常使用的电子开关是CMOS型集 成电路，有8选1、16选1、双8、双4选1等，有的多路开关还具有双向导 通功能。 （1）AD7501 （2）CD4066
脚 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 电路 说明 脚 号 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 电路 说明