智能仪器仪表4课件

第四章输入通道技术主要内容§4.1电阻变化信号提取技术§4.2电压信号放大技术§4.3输入通道配置技术(√）§4.4单片机采集系统举例(√）§4.5实时时钟技术（详细）§4.1电阻变化信号提取技术回顾：传感器输出信号类型？电流、电压（强、弱）、电荷、电势、电阻等。主要内容4.1.1恒流供电检测（√）4.1.2电桥法4.1.1恒流供电检测恒压式恒流式（抗干扰能力强√）恒流源的获得(LM317)(详细）§4.2电压信号放大技术4.2.1基本电路及理想特征（√）4.2.2常用运算放大器4.2.3仪表放大器（抑制共模干扰）4.2.4增益可控集成运算放大器4.2.5可控增益运算放大器举例（√）4.2.6AD620仪器用放大器4.2.1基本电路及理想特征基本电路4.2.1基本电路及理想特征理想特性开环放大倍数Av=∞；输入阻抗Ri=∞，输出阻抗R0=0；(√）频带宽度Bw=∞；当Vn=Vp时，V0=0没有温漂。4.2.3仪表放大器（抑制共模干扰）

4.2.4增益可编程控制集成

运算放大器利用模拟开关改变反馈电阻的方法改变增益。常用集成增益可编程控制测量放大器有：AD524、AD624、AD625等。4.2.5可控增益运算放大器运用举例（√）以4051模拟开关和AD620来实现。控制4051使AD620的增益电阻分别为R1～R8§4.3输入通道配置技术（√）主要内容4.3.1基本形式4.3.2信号隔离技术（√）4.3.3多路切换技术4.3.4多路信号采集应用举例（√）4.3.5V/F、F/V变换技术4.3.6低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186（难点）4.3.7开关量输入的CPU接口（√）4.3.8“96”HSI和A/D变换子程序（√）4.3.9单总线4通道A/D转换器DS2450（难点，不作详细讲解，自学）4.3.10键盘和触摸屏技术4.3.1基本形式结构1：大信号模拟电压→A/D→单片机结构2：V→V/F→单片机结构3：小信号模拟电压→放大→A/D→单片机结构4：小信号模拟电压→放大→V/F→单片机结构5：大信号电流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→A/D→单片机结构6：大信号电流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→V/F→单片机4～20mA（1～5V)为工业标准，可以监测传感器是否断线（信号为0即断线）结构7：小信号电流（mA、A）→I/V→放大→A/D→单片机结构8：小信号电流（mA、A）→I/V→放大→V/F→单片机结构9：小信号f→放大→整形→单片机结构10：TTL电平的频率信号→单片机结构11：非TTL电平的开关信号→防抖→电平变换→整形→单片机开关量(f)隔离技术需要隔离的信号包括？数字量开关量、频率量、数据总线（单总线）等模拟量4.3.2信号隔离技术(√详细）Iin=Vin/R2～20mA正向驱动（V-接地）反向驱动（V+接电源）一般为2K施密特整形器模拟量隔离技术：AD202、精密线性光耦放大电阻±5V到0～5V嵌位二极管分压电路内部电源放大电路4.3.3多路切换技术单端8通道：AD7501、AD4051单端16通道：AD7506、AD4067（有INH端）差动4通道：AD7502、AD4052差动8通道：AD7507、AD40974.3.4多路信号采集系统应用举例

第一级第二级P1=01101011B选择X11!4.3.6低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186概述详细说明典型运用电路（简要介绍，自学）1．

一般说明MAX186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/保持电路和串行接口组合在一起，具有变换速率高、功耗极低的特点。此期间可使用单一＋5V电源或±5V电源进行工作。其模拟输入可由软件设置为单极性/双极性和单端/差动工作方式。MAX186使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,当使用内部时钟时，串行接口可工作到4MHz以上。MAX186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1)

8通道单端或4通道差分输入2)

单+5V或±5V工作电压3)

低功耗：1.5mA(工作方式)2µA(断电方式)4)

内部跟踪/保持电路，133KHz采样速率5)

内部4.096V基准电压（MAX186）6)

与SPI,QSPI,Micorwire,尺寸TMS320兼容的4线串行接口7)

可用软件设置的单极性或双极性输入8)

20引脚的双列直插式（DIP）,小型(SO),紧缩的小型（SSOP）封装4、启动一次A/D变换

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为低电平时SCLKD每一个上升沿把一个位从DIN送入MAX186/MAX188的内部移位寄存器。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位名称

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

4SEL2SEL1SEL0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。在差分方式下，测量两个通道的电压差。见表3和4

1

0(最低有效位)

PD1PD0选择时钟和关断方式：PD1PD0方式00全关断（IQ=2µA）01快速关断（IQ=30µA）10内部时钟方式11外部时钟方式

6、通道选择（单端输入）

SEL2SEL1SEL0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7AGND000+-100+-001+-101+

-010+-

011+-011+-111+-8、典型应用电路

4.3.7开关量输入的CPU接口

HSI口与EXINT口并行I/O口8255并行接口8155并行接口8253定时器/计数器（√

详细）一.

HSI口与EXINT口HSI口接收开关量的输入信号，可用中断和查询两种方式；EXINT口可用于重要的实时信息（因为它的中断优先级别最高）。二．并行I/O口

1、8255的控制字

2、8155的控制字PA：“0”A口输入；“1”A口输出PB：“0”B口输入；“1”B口输出PC2、PC1口：

“00”=ALT1：A口，B口基本输入输出，C口输入

“11”=ALT2：A口，B口基本输入输出，C口输出

“01”=ALT3：A口选通输入输出，B口基本输入输出， PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3-PC5输出

“10”=ALT4：A口，B口选通输入输出， PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3:BINTR,PC4:BBF,PC5:-BSTBTM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA3、8253的控制字

BCD：计数器计数方式选择，可采用二进制或BCD码计数

0：二进制；1：BCDM2M1M0工作方式：

000方式0；001方式1；X10方式2；X11方式3；100方式4；101方式5RL1、RL0计数器读写操作长度选择： 00：将计数器中的数据锁存到缓冲器 01：选计数器的低8位进行写或读 10：选计数器的高8位进行写或读

11：对计数器进行两次读/写操作，先低字节，后高字节SC1、SC0选择计数器 00：选计数器0 01：选计数器1 10：选计数器2 11：非法当对8253写入控制字后，就要给计数器赋值了。SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD4、8253计数控制

一般采用每次赋初值和一次赋初值两种方法。当计数脉冲突然断开时，前一种方法计数不回“0”，因为计数器工作脉冲为外部脉冲，没有外部计数脉冲则初始值无法锁存。初始值第1次第2次4.3.8“96”HSI和A/D变换子程序HSI中断子程序A/D变换子程序（√

详细）4.3.9单总线4通道A/D转换器DS2450（自学）DS2450——单总线4通道A/D转换器，通过四路到一路模拟复用器逐步逼近完成转换。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寄存器，并且每个通道有上下超限两个标志寄存器，当电压过高或过低时，无需总线干预比较即可使相应寄存器置位。4.3.10键盘和触摸屏技术键盘输入技术触摸屏技术技术指标用户接口数据说明“三键”或“五键”式输入面膜实例

§4.4单片机采集系统举例主要内容（√难点）4.4.1单片机对频率量的采集4.4.2单片机对于多路模拟量的循环采集4.4.1单片机对频率量的采集“F”法、“T”法、“MT”法以及“M/T”法简介“FT”法原理及误差分析实现“FT”法的硬件简介“FT”法在机车测速中的应用实例实际的时间闸门T’设置的时间闸门T图4.26“FT”法第1个脉冲中断时刻第N个脉冲中断时刻HSIINT:PUSHF LDB DL,HSISTA JBS DL,0,HI0 ;判断是否0口中断 ST HSITIM,HI1T SJMP HSIFHHI0: ST HSITIM,[HI0T]+;读时间到[HI0T]中

LD CX,[HI0S] ;0口中断次数加1 INC CX ST CX,[HI0S]

CMP CX,#1 ;第一个脉冲时清TZDCST1溢出中断 JNE HSIFH2 CLR TZDCSHSIFH2:;CMP CX,#11;取连续中断10次的数据计算转速 ;JNE HSIFHHSIFH:RET4.4.2单片机对于多路模拟量的循环采集(详细）各时间片任务循环定时/2商为对第n路进行操作计算一次第n路的值余数0切换多路选择余数1不断AD变换

HERE: CMP ZDCS,ZDCS_BJ JE BFPDOUT ST ZDCS,ZDCS_BJBFPDOUT:LD ADZBJ,ZDCS CMP ADZBJ,#64 JH HERE11 SJMP HERE12HERE11:SJMP HEREHERE12:DIVUB ADZBJ,#2

CMPB ADZBJH,#0

JE HERE22

LCALL ADBH ;余数为1时不断地A/D变换 SJMP HEREHERE22:LDB ACHTDH,ADZBJL ;商正好为ACH的通道号指单个4051的通道号 LDB SCADBH,#55H ;设置即将进入的首次AD变换标记,用于清上次AD累计值JSCLSJ:LCALL SADDZ ;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 CMPB ADZBJL,#0 ;=0还没有进行A/D变换计算的通道号实为ACHTDH-1 JNH PDWEIOUT LCALL CJSJALL ;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ACHTDHPDWEIOUT:SJMP HEREHERE1: SJMP HERE§4.5实时时钟技术主要内容4.5.1RAM插座DS1216B（详细）4.5.2实时时钟集成电路DS1287和DS12887（自学）4.5.3微电流充电式实时时钟芯片DS1302（自学）4.5.1RAM插座DS1216B概述管脚说明DS1216B的操作模式识别非易失性控制器的工作实时时钟寄存器信息AM/PM/12/24方式DS1216B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DS121664BIT识别密码

TM_CLK:LD AX_CLK,#TIMADD LDB DL_CLK,[AX_CLK] LD CX_CLK,#0 LDB R1_CLK,#08HL0_CLK:LDB R2_CLK,#08H LDB DL_CLK,TAB_CLK[CX_CLK]L1_CLK:STB DL_CLK,[AX_CLK] SHRB DL_CLK,#1 DJNZ R2_CLK,L1_CLK INC CX_CLK DJNZ R1_CLK,L0_CLK retTAB_CLK:DCB 0C5H,3AH,0A3H,5CH DCB 0C5H,3AH,0A3H,5CHDS1216B的时钟定义

RD_CLK: LD BX_CLK,#SSSZDZ LDB R1_CLK,#08HL4_CLK:LDB R2_CLK,#08H LDB DH_CL