第三章(二)过程输入输出通道模拟量输入通道(1)资料

传感器输出的各种信号在进行AD转换之前，都应转换成 一定的电压或电流信号，如0～10mA，4～20mA的直流电流， 或0～±5V等的直流电压等。
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模拟量输入通道的组成--模拟量输入通道设计应考虑的问题 必须滤去模拟信号中的干扰信号。可用硬件滤波电路(无
源滤波器RC电路或有源滤波器)或软件滤波。
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模拟量输入通道的组成
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模拟量输入通道的组成--模拟量输入通道各部分的作用 传感器：将物理量转换为电量；
放大电路：将微弱的电信号调理为标准信号； 多路转换开关：将多路模拟信号按要求的次序分时输出。 采样保持：对模拟信号采样，在模－数转换期间对采样信 号进行保持； AD转换：将模拟信号转换为二进制数字量； 接口电路：提供模拟信号输入通道与计算机之间的控制信 号和数据传送通道。
逐次逼近式A/D转换器能较好地兼顾速度（几微秒～几 百微秒）和精度。
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A/D转换器的性能指标
转换时间：指启动A/D转换到转换结束所需的时间。一般 是几ms到几百ms(逐次逼近式小于几百微秒，双斜积分式小 于几百毫秒ms)。
分辨率：是指A/D转换器的最低输出位所具有的数值。通 常用转换后数字量的位数表示，如8，10，12，16位等。分 辨率越高，转换时对模拟输入信号的反应就越灵敏。比如分 辨率为12位表示它可以对满量程的1/212 -1=1/4095的增量作 出反应。
变换成二进制的数字信号，经接口送入计算机。传感器是将 被测参数转换为电参数的装置，大部分传感器的输出信号是 直流电压（电流）信号。在很多情况下，为避免电压传送引 起的干扰、衰减而改为电流传输，其标准信号为0～10mA或 4～20mA。
模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、 A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。
模－数转换方式的选择：模－数转换方式有A/D转换电路方 式和V/F变换方式。前者采用专用芯片，后者采用模拟信号→ 频率量→计数电路（或计算机计数）实现模数转换。
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A/D转换器及其接口—概述 A/D转换器(Analog/Digital Converter，简称A/D转换器或
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模拟量输入通道的组成--模拟量输入通道设计应考虑的问题 信号的拾取方式：通过敏感元件、传感器或测量仪表拾取
被测信号。
信号的调理：信号处理装置主要对来自现场的多路模拟信 号进行小信号的放大，滤波，隔离，电平转换，零点校正， 线性化处理，温度补偿，误差修正、量程切换，电流/电压转 换等处理；部分功能可由计算机软件完成。
量程：A/D转换器能转换的模拟信号电压的范围。比如 0～±5V，0～＋10V等。
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A/D转换器的性能指标
转换精度：是指A/D转换器转换后所得结果相对于实际值的准 确度。有绝对精度和相对精度两种表示方法。绝对精度用数字量 的位数表示，比如绝对精度为±1/2LSB(最低有效位)。相对精度 用相对于满量程的百分比表示。
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A/D转换器的性能指标
输出逻辑电平：输出数据的电平形式和数据输出方式(数据 是否锁存) 。
工作温度范围：A/D转换器在规定精度内允许的工作温度 范围。
对基准电源的要求：基准电源精度对A/D转换器精度有重 大的影响,设计时应加以考虑。
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第三章(二) 模拟量输入通道(1)
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主要内容： 模拟量输入通道的组成 AD转换器及其接口 电流/电压(I/V)转换电路 多路开关 采样保持 模拟量输入通道设计
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模拟量输入通道的组成 模拟量输入通道的任务是把从系统检测到的模拟信号，
ADC，是模拟量输入通道的核心部件，是将模拟量电压 （电流）转换为数字量的器件或装置，是模拟系统和计算机 之间的接口。
实现A/D转换的方法比较多，常用的有计数比较法 (VFC)，逐次逼近法和双斜率积分法等。
计数比较法器件简单，价格便宜，但转换速度慢。
双斜率积分式A/D转换器转换速度较慢（几十毫秒～几 百毫秒），但精度高，抗干扰能力强。
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A/D转换器的工作步骤
(A/D :Analog-to-Digital converter )
1）用哪个通道；2）增益如何；3）A/D不主动工作，要有触 发信号，多种触发方式可以选择，触发方式要约定；4）转换 是逐位进行，需要一定时间，转换完成通知CPU；5）按照规 定的数据传输方式传入计算机。
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A/D转换器-- 8位A/D转换器ADC0809的性能指标与组成
8通道多路开关的8位逐次逼近式AD转换器。其主要性能： 分辨率：8位，线性误差±1/2LSB； 转换时间：100ms左右； 模拟输入电压范围：0～5V，对应A/D转换值00H~FFH； 带8路模拟开关：可以输入8路模拟信号，有输出锁存功能； 工作频率：500kHz，逻辑电平与TTL电平兼容。
ADC0809由8通道模拟开关、通道选择逻辑（地址锁存与译 码）、8位AD转换器和三态输出缓冲器组成。
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A/D转换器-- 8位A/D转换器ADC0809的逻辑框图
ADC0809的逻辑框图
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最低有效位(LSB)：对应于满量程输入的1/2n-1。若n=8，满量程 输入为5V，则LSB对应于模拟电压为5/28-1=19.6mV。若n=12，满 量程输入为5V，则LSB对应于模拟电压为5/212-1=1.22mV。
转换精度和分辨率是两个不同的概念。即使分辨率很高，但由于 温漂，线性度等方面的原因，也可以造成转换精度的不高。精度为转 换后所得结果相对实际值的准确度，而分辨率指对转换结果发生影响 的最小输入量。