智能仪器仪表4ppt课件

1、第四章 输入通道技术z主要内容z4.1 电阻变化信号提取技术z4.2 电压信号放大技术z4.3 输入通道配置技术 (z4.4 单片机采集系统举例 (z4.5 实时时钟技术z 详细4.1 电阻变化信号提取技术z回想：传感器输出信号类型？z电流、电压强、弱、电荷、电势、电阻等。z主要内容z4.1.1 恒流供电检测 z4.1.2 电桥法4.1.1 恒流供电检测z恒压式z恒流式 抗干扰才干强 z恒流源的获得(LM317 )z(详细ERR tV 0EIR tV 0恒 压 式恒 流 式图 4 . 1 恒 压 和 恒 流 式 电 路 图VE RtRtR0 / ()VI RtdVI dRt00dVRRRtE

2、dRt02()4.1.2 电桥法z单电桥z双电桥(对桥)z全电桥VExxEx014124 VExxEx012122 VE x0 4.2 电压信号放大技术z4.2.1 根本电路及理想特征z4.2.2 常用运算放大器z4.2.3 仪表放大器抑制共模干扰z4.2.4 增益可控集成运算放大器z4.2.5 可控增益运算放大器举例z4.2.6 AD620 仪器用放大器4.2.1 根本电路及理想特征z根本电路ViVpRVnRfV0+-图 4.6 同相放大器基本电路ViV0+-图 4.7 跟随器基本电路AvRfR AvRfR1VVi0 4.2.1 根本电路及理想特征z理想特性z开环放大倍数Av=；z输入阻抗R

3、i=，输出阻抗R0=0；(z频带宽度Bw=；z当Vn=Vp时，V0=0z没有温漂。ViV0+-图 4.7 跟随器基本电路4.2.2 常用运算放大器z通用型zF124、F224、F324等。z高精度集成运算放大器zOP-07、09、11、27、AD508等。z高输入阻抗型zLF347、MC34004、F355、LF155等。z公用运算放大器z视频放大器：MAX457等。z音频放大器：LM386等。4.2.3 仪表放大器抑制共模干扰 VRfRVVRfRRfRfRwVV0010211221()()()4.2.4 增益可编程控制集成运算放大器z利用模拟开关改动反响电阻的方法改动增益。z常用集成增益可编

4、程控制丈量放大器有：AD524、AD624、AD625等。 4.2.5 可控增益运算放大器运用举例z以4051模拟开关和AD620来实现。控制4051使AD620的增益电阻分别为R1R84.2.6 AD620 低价钱、低功耗仪器用放大器z仅需一个外接电阻即可得到11000内的恣意增益范围；z极宽的电源任务范围2.3V18V；z三片运放组成的电路性能高；z8引脚DIP或SOIC封装；z带宽120kHzG=100；z建立时间15uS0.01%。4.3 输入通道配置技术z主要内容z4.3.1 根本方式z4.3.2 信号隔离技术 z4.3.3 多路切换技术z4.3.4 多路信号采集运用举例z4.3.5

5、 V/F、F/V变换技术z4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186难点z4.3.7 开关量输入的CPU接口z4.3.8 “96HSI和A/D变换子程序z4.3.9 单总线4通道A/D转换器DS2450难点，不作详细讲解，自学z4.3.10 键盘和触摸屏技术4.3.1 根本方式z构造1：大信号模拟电压A/D单片机z构造2：VV/F单片机z构造3：小信号模拟电压放大A/D单片机z构造4：小信号模拟电压放大V/F单片机z构造5：大信号电流010mA，0、420mAI/VA/D单片机z构造6：大信号电流010mA，0、420mAI/VV/F单片机420mA15V)为工业规范，可以

6、监测传感器能否断线信号为0即断线z构造7：小信号电流mA、AI/V放大A/D单片机z构造8：小信号电流mA、AI/V放大V/F单片机z构造9：小信号f放大整形单片机z构造10：TTL电平的频率信号单片机z构造11：非TTL电平的开关信号防抖电平变换整形单片机z开关量(f)隔离技术z需求隔离的信号包括？z数字量z开关量、频率量、数据总线单总线等z模拟量4.3.2 信号隔离技术(详细Iin=Vin/R220mA正向驱动V-接地反向驱动V+接电源普通为2K施密特整形器单总线隔离驱动z 91018U4050D4050RDS5KTP1.1FP1.0WGNDDSBUSRDSBUS111218U4050E4

7、050RZK115+5VWGND+5VWGNDRP6RP7+5VVCCWGNDP1.0TP1.1RTP11RFP10P1.1FP1.0vcc11223344887766556N137N111223344887766556N137N2+5VGNDNU20.1UNU10.1UP1.0输出单总线P1.1输入模拟量隔离技术：AD202、精细线性光耦放大电阻5V到05V嵌位二极管分压电路内部电源放大电路4.3.3多路切换技术z单端8通道：AD7501、AD4051z单端16通道：AD7506、AD4067有INH端z差动4通道：AD7502、AD4052z差动8通道：AD7507、AD40974.3.4

8、 多路信号采集系统运用举例X 013X 114X 215X 312X 41X 55X 62X 74IN H6A11B10C9V EE7X3U 04051X 013X 114X 215X 312X 41X 55X 62X 74IN H6A11B10C9V EE7X3U 14051X 013X 114X 215X 312X 41X 55X 62X 74IN H6A11B10C9V EE7X3U 34051X 013X 114X 215X 312X 41X 55X 62X 74IN H6A11B10C9V EE7X3U 24051x0 x7x8x15x16x23P1.3P1.0P1.1P1.2W G

9、 N DP1.6P1.7W G N DP1.4P1.0P1.1P1.2P1.5P1.0P1.1P1.2V O U T模 拟 量隔 离计算机开关量光电隔离P 1.0-7A /D图 4.15 多 路 信 号 采 集 系 统 例 图第一级第二级P1=01101011B选择X11! !4.3.5 V/F、F/V变换技术zV/F变换技术 zF/V变换技术z课下自学4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186z概述z详细阐明z典型运用电路z简要引见，自学1 普通阐明zMAX186是12位的数据采集系统，它把8通道多路转换器，大带宽跟踪/坚持电路和串行接口组合在一同，具有变换速率高、功耗极

10、低的特点。此期间可运用单一5V电源或5V电源进展任务。其模拟输入可由软件设置为单极性/双极性和单端/差开任务方式。zMAX186运用内部时钟或外部串行接口时钟以完成逐次逼近模/数变换,当运用内部时钟时，串行接口可任务到4MHz以上。zMAX186具有4.096V的内部基准电压,而MAX188要求一个外部基准.这两种器件都带有基准缓冲放大器,它可使增益的微调简单化。2特点z1) 8通道单端或4通道差分输入z2) 单+5V或5V任务电压z3) 低功耗：1.5mA(任务方式) 2A(断电方式)z4) 内部跟踪/坚持电路，133KHz采样速率z5) 内部4.096V基准电压MAX186z6) 与SPI

11、,QSPI,Micorwire,尺寸TMS320兼容的4线串行接口z7) 可用软件设置的单极性或双极性输入z8) 20引脚的双列直插式DIP,小型(SO),紧缩的小型SSOP封装3、MAX186操作时序图z 写入控制字节读取AD结果4、启动一次A/D变换z 把一个控制字节与时钟同步送入DIN可启动MAX186/MAX188的一次变换。CS为低电平常SCLKD每一个上升沿把一个位从DIN送入MAX186/MAX188的内部移位存放器。在CS变低以后，第一个到达的逻辑“1位定义控制字节的最高有效位。在这第一个“起始位到达之前，与时钟同步送入DIN的任何个数的逻辑“0位均无效。5 控制字 位7最高有

12、效位位6位5位4位3位2位1 位0最低有效位STARTSEL2SEL1SEL0UNI/BIPSGL/DIFPD1PD0位称号 说 明7 最 高 有效位STARTCS变低以后的第一个逻辑“1位定义控制字节的起始。 6 5 4 SEL2 SEL1 SEL0这三位选择8个通道中的哪一个用于变换。见表3和4。 3 UNI/BIP1=单极性，0=双极性。选择单极性或双极性变换方式。在单极性方式下，可变换0V至VREF的模拟输入信号；在双极性方式下，信号的范围是从VREF/2到VREF/2。 2 SGL/DIF1=单端，0=差分，选择单端或差分变换。在单端方式下，输入信号电压以AGND作为参考点。在差分方

13、式下，丈量两个通道的电压差。见表3和4 1 0(最低有效位) PD1 PD0选择时钟和关断方式：PD1 PD0 方式 0 0 全关断IQ=2A 0 1 快速关断IQ=30A 1 0 内部时钟方式 1 1 外部时钟方式 6、通道选择单端输入z SEL2 SEL1 SEL0 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 CH5 CH6 CH7 AGND 0 0 0 + - 1 0 0 + - 0 0 1 + - 1 0 1 + - 0 1 0 + - 0 1 1 + - 0 1 1 + - 1 1 1 + -7、通道选择差分方式z SEL2 SEL1 SEL0 CH0 CH1 CH2 CH3 CH4 C

14、H5 CH6 CH7 0 0 0 + - 0 0 1 + - 0 1 0 + - 0 1 1 + - 1 0 0 - + 1 0 1 - + 1 1 0 - + 1 1 1 - +8、典型运用电路z C H 01C H 12C H 23C H 34C H 45C H 56C H 67C H 78SH D N10V SS9V R E F11V D D20R E FA D J12D O U T15SST R B16D IN17C S18SC L K19A G N D13D G N D14U 0M A X 186E PP(20)IN 0IN 1IN 2IN 3C 90.01uFGNDC 104.7u

15、fGNDD 1D 1N 4148C 110.1uFC 120.1uFV C CGNDD INSC L KC SD O U TIN 4IN 5VCC4.3.7 开关量输入的CPU接口zHSI口与EXINT口z并行I/O口z8255并行接口z8155并行接口z8253定时器/计数器z 详细一一. HSI. HSI口与口与EXINTEXINT口口z HSI口接纳开关量的输入信号，可用中断和查询两种方式；z EXINT口可用于重要的实时信息由于它的中断优先级别最高。二并行二并行I/OI/O口口 z D034D133D232D331D430D529D628D727PA04PA13PA22PA31PA44

16、0PA539PA638PA737PB018PB119PB220PB321PB422PB523PB624PB725PC014PC115PC216PC317PC413PC512PC611PC710RD5WR36A09A18RESET35CS6GND7VCC26U118255CU110.1ufC7C6C5C4C3C2C1C0B7B6B5B4B3B2B1B0A7A6A5A4A3A2A1A0CE8255GNDA1A0WRRDD7D6D5D4D3D2D1D0GNDVCCC70.01ufVCCGND20VCC40AD012PA021AD113PA122AD214PA223AD315PA324AD416PA4

17、25AD517PA526AD618PA627AD719PA728PB029CE8PB130RD9PB231WR10PB332IO/M7PB433ALE11PB534PB635PB736TMROUT6PC037PC138TMRIN3PC239PC31PC42RESET4PC55D68155D0D1D2D3D4D5D6D7PC5PC4PC3PC2PC1PC0D71D62D53D44D35D26D17D08CLK09OUT010DATE011GND12131415GATE216OUT217CLK218A019A120CS-21RD-22WR-23VCC24D218253VCCVCCVCCC20.1u

18、fWR-RD-CS-A0A1P2P1D0D1D2D3D4D5D6D7图4.21 8255、8155、8253芯片的连接示意图1、8255的控制字z 7 6 5 4 3 2 1 0 特征位为1 C口下：1入0出 B口 ： 1入0出 方式位：1方式1 0方式0 C口上：1入0出 A口 ： 1入0出 方式位：00-0 01-1 1X-2 图4.22 8255的控制字各位的定义 2、8155的控制字z PA：“0 A口输入；“1 A口输出z PB：“0 B口输入；“1 B口输出z PC2、PC1口：z“00=ALT1：A口，B口根本输入输出，C口输入z“11=ALT2：A口，B口根本输入输出，C口输出

19、z“01=ALT3：A口选通输入输出，B口根本输入输出，zPC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3-PC5输出z“10=ALT4：A口，B口选通输入输出，zP C 0 : A I N T R , P C 1 : A B F , P C 2 : -ASTB,PC3:BINTR,PC4:BBF,PC5:-BSTBTM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA3、8253的控制字z BCD：计数器计数方式选择，可采用二进制或BCD码计数z0：二进制；1：BCDz M2 M1 M0任务方式：z000方式0；001方式1；X10方式2；X11方式3；100方式4；101方式5z RL

20、1、RL0计数器读写操作长度选择：z00：将计数器中的数据锁存到缓冲器z01：选计数器的低8位进展写或读z10：选计数器的高8位进展写或读z11：对计数器进展两次读/写操作，先低字节，后高字节z SC1、SC0选择计数器z00：选计数器0z01：选计数器1z10：选计数器2z11：非法z 当对8253写入控制字后，就要给计数器赋值了。SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD4、8253计数控制z 普通采用每次赋初值和一次赋初值两种方法。当计数脉冲忽然断开时，前一种方法计数不回“0，由于计数器任务脉冲为外部脉冲，没有外部计数脉冲那么初始值无法锁存。初始值第1次第2次4.3.8 “96HSI和A

21、/D变换子程序zHSI中断子程序zA/D变换子程序z 详细4.3.9 单总线4通道A/D转换器DS2450自学zDS2450单总线4通道A/D转换器，经过四路到一路模拟复用器逐渐逼近完成转换。每个输入通道具有单独的幅值电压、转换结果及报警门限设置存放器，并且每个通道有上下超限两个标志存放器，当电压过高或过低时，无需总线干涉比较即可使相应存放器置位。4.3.10 键盘和触摸屏技术z键盘输入技术z触摸屏技术z技术目的z用户接口z数听阐明z“三键或“五键式输入U?RES2U?RES2U?RES2U?RES2vcch0h1h2h3l0l1l2l3输出输入图 4.25 矩阵键盘 44面膜实例z 4.4

22、单片机采集系统举例z主要内容 难点z4.4.1 单片机对频率量的采集z4.4.2 单片机对于多路模拟量的循环z 采集4.4.1 单片机对频率量的采集z “F法、“T法、“MT法以及“M/T法简介z “FT法原理及误差分析z 实现“FT法的硬件简介z “FT法在机车测速中的运用实例实践的时间闸门T设置的时间闸门T图4.26 “FT法第1个脉冲中断时辰第N个脉冲中断时辰z HSIINT: PUSHFzLDBDL ,HSISTAzJBSDL ,0 ,HI0 ;判别能否0口中断zSTHSITIM,HI1TzSJMPHSIFHz HI0: STHSITIM ,HI0T+ ;读时间到HI0T中zLDCX,

23、HI0S ;0 口中断次数加1zINCCXzSTCX,HI0SzCMPCX,#1 ; 第一个脉冲时清TZDCS T1溢出中断zJNEHSIFH2zCLRTZDCSz HSIFH2:; CMPCX,#11 ;取延续中断10次的数据计算转速z;JNEHSIFHz HSIFH:RET4.4.2 单片机对于多路模拟量的循环采集(详细CalA0CalA1CalAn-1CalAn01n0Tad01232n+02n+10ADD1ADDnADD0A/D0A/D1A/DnADD0TsTyT图 4.27 模拟量循环采集时序图各时间片义务循环定时/2 商为对第n路进展操作计算一次第n路的值余数0切换多路选择余数1不

24、断AD变换 zHERE: CMPZDCS,ZDCS_BJzJEBFPDOUTzSTZDCS,ZDCS_BJzBFPDOUT:LDADZBJ,ZDCSzCMPADZBJ,#64zJHHERE11zSJMPHERE12zHERE11: SJMPHEREzHERE12: DIVUBADZBJ,#2zCMPBADZBJH,#0zJEHERE22zLCALL ADBH;余数为1时不断地A/D变换zSJMPHEREzHERE22: LDBACHTDH,ADZBJL;商正好为ACH的通道号 指单个4051的通道号zLDBSCADBH,#55H;设置即将进入的初次AD变换标志,用于清上次AD累计值zJSCLS

25、J: LCALLSADDZ;当余数为0时选发送当前通道的4051的通道号 再计算上一通道的平均数据zCMPBADZBJL,#0;=0 还没有进展A/D变换 计算的通道号实为ACHTDH-1zJNHPDWEIOUTzLCALLCJSJALL ;计算A/D采集的数据 ACHTDH即为A/D的通道号 而此时要计算的实为上一次的ACHTDHzPDWEIOUT:SJMP HEREzHERE1:SJMPHERE4.5 实时时钟技术z主要内容z4.5.1 RAM插座DS1216B 详细z4.5.2 实时时钟集成电路DS1287和DS12887 自学z4.5.3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302 自学4.

26、5.1 RAM插座DS1216Bz概述z管脚阐明zDS1216B 的操作z方式识别z非易失性控制器的任务z实时时钟存放器信息zAM/PM/12/24方式zDS1216B实时时钟操作DS1216B时钟插座引脚图DATA片选读写相当于CLK相当于三线制的SPI串口DS1216 64BIT识别密码z TM_CLK: LDAX_CLK,#TIMADDLDBDL_CLK,AX_CLKLDCX_CLK,#0LDBR1_CLK,#08HL0_CLK: LDBR2_CLK,#08HLDBDL_CLK,TAB_CLKCX_CLKL1_CLK: STBDL_CLK,AX_CLKSHRBDL_CLK,#1DJNZR

27、2_CLK,L1_CLKINCCX_CLKDJNZR1_CLK,L0_CLKretTAB_CLK:DCB0C5H,3AH,0A3H,5CHDCB0C5H,3AH,0A3H,5CH1 1 0 0 0 1 0 10 0 1 1 1 0 1 01 0 1 0 0 0 1 10 1 0 1 1 1 0 01 1 0 0 0 1 0 10 0 1 1 1 0 1 01 0 1 0 0 0 1 10 1 0 1 1 1 0 0BYTE0BYTE1BYTE2BYTE3BYTE4BYTE5BYTE6BYTE7D7D0C53AA35CC53AA35C图 4.29 实时时钟比较寄存器DS1216B的时钟定义z 0011/23 0.1SEC 0.01SEC0 10SEC SECONDS0 10MIN MINUTES12/24 0 10/a.p HR HOUR0 0 OSC RST 0 D