智能仪器技术 课件全套 1 -23绪论 - 智能仪器设计实例 副本

智能仪器设计序幕智能仪器大揭秘序幕什么是智能仪器？仪器仪表的发展历史？智能仪器的分类、结构和特点？智能仪器发展的推动技术？智能仪器设计的基本流程和任务书撰写？选一选，四幅图哪些属于仪器或仪表。ABCD提交答案解析可为此题添加文本、图片、公式等解析，且需将内容全部放在本区域内。此处添加答案解析多选题1分侯风地动仪，东汉激光测距仪，阿波罗彩色多普勒超声仪

仪器仪表：信息获取的工具，是认识世界的手段，是一个具体的系统或装置。最基本的用途是延伸扩展补充或代替人的听觉、视觉、触觉等器官的功能，能以最佳或接近最佳的方式发展生产力、进行科学研究、预防和诊断疾病及从事社会活动。

仪器仪表的发展历史伽利略（1564-1642年），意大利物理学家，天文学家和哲学家，近代实验科学的先驱者。一切推理都必须从观察和实验中得来。门捷列夫（1834-1907年），俄国化学家，发现了元素周期律，发表了世界上第一份元素周期表。科学是从测量开始的。开尔文（1824-1907年），被视为英国的第一位物理学家，是热力学的主要奠基者。测量是知识的起点。科学家们说“仪器”仪器助力抗击“新冠疫情”仪器助力抗击“新冠疫情”

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史人们很早就知道发热和疾病的关系，你知道人们最早用什么方式测体温吗?当然是用“手”啦！！

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史把不同温度的水，装进瓶中，会有什么现象发生呢？伽利略是不是像气球可以增大也可以缩小体温计的雏形“热胀冷缩”原理

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史桑克托瑞尔发明了世界上第一支测试口温的体温计（蛇形温度计）1654年，斐迪南二世研制了第一支酒精温度计；1714年，华伦海特研制了第一支水银温度计。华伦海特摄尔修斯原来体温计是这样发明的测体温最早用的是蛇形瓶-半岛网/a/352067.html

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史电子式体温计将温度的变化转化为电压的变化，然后用一个电压表来显示这个变化电压。

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史红外额温枪

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史红外测温红外测温+AI红外测温+机器人

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史手测温水温计水银体温计电子式体温计枪式体温计耳温测温计红外测温计红外+AI红外+5G红外+无人机红外+机器人

今天你测体温了吗？——“体温计”发展史根据体温计的发展历史，总结一下体温计的发展经历哪些阶段？利用自然现象或物理现象测温利用电子分立器件（集成电路）的数字式仪器测温利用简单仪器测温内嵌单片机（集成电路）的智能式仪器测温利用网络或AI的智慧式仪器测温利用自然现象进行测量——以“计时仪器”为例圭表日晷刻漏沙漏浑天仪苏颂水运仪象台

你的时钟准确吗？——“时钟”的发展史机械式仪器的出现——以“计时仪器”为例伽利略惠更斯各自分别独立研究了摆线和单摆的等时性。为近代钟表的产生奠定了理论基础。

你的时钟准确吗？集成电路式仪器的出现——以“计时仪器”为例皮埃尔·居里1880年皮埃尔·居里和雅克·保罗发现电气石具有压电效应。指针式石英钟数字式石英钟石英电子钟表中，以电池为能源，以石英振荡器为时间基准，以集成电路为核心通过指针或数字来显示时间的结构。

你的时钟准确吗？集成电路式仪器的出现——以“计时仪器”为例指针式石英钟数字式石英钟石英晶体振荡电路分频电路驱动电路步进电机电池轮系指针集成电路石英晶体振荡电路驱动电路分频电路计数译码1:30电池调整集成电路

你的时钟准确吗？智能仪器的出现——以“计时仪器”为例这些钟表，除了可以显示时间外，还能显示日期、环境参数、调节灯光、留言等功能。功能更丰富！

你的时钟准确吗？智能仪器的出现——以“计时仪器”为例HUAWEIWATCHBuds

你的时钟准确吗？智能仪器的出现——以“计时仪器”为例HUAWEIWATCHBuds功能：

你的时钟准确吗？智能仪器的出现——以“计时仪器”为例

你的时钟准确吗？想想看，的“智能”是怎么实现的？

你的时钟准确吗？1.Hisilicon-Hi8262-处理器2：16GB闪存3：Hisilicon-Hi6D05-功率放大器模块4：Hisilicon-Hi1132-麒麟A1芯片5：Hisilicon-Hi6353-射频收发器6：Hisilicon-Hi6556-电源管理7：STMicroelectronics-ST54H-NFC控制芯片想想看，的“智能”是怎么实现的？

你的时钟准确吗？8：AIROHA-AG3335MN-GPS接收器9：2GBRAM10：AmbiqMicro-AMA3B1KK-KBR-超低功耗微控制器11：STMicroelectronics-6轴加速度计+陀螺仪12：AKM-AK09918C-电子罗盘仪器仪表的发展历史回顾一下仪表的发展历史——以“计时仪器”为例利用自然现象机械式仪器集成电路智能仪器网络化智能仪器仪器仪表的发展历史指针式仪器——机械结构（无软件）数字式仪器——集成电路（模拟量输出→数字输出）智能仪器——微处理芯片网络化智能仪器（智慧仪器）——智能仪器+网络/智能仪器+AI智能仪器的基本概念以微处理器为核心,将计算机技术与测量仪器相结合的仪器。拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定的智能作用。定义：功能：可根据被测参数的变化自动选择量程自动校准自动补偿自动判断故障优化控制........特点：测量范围宽、精度高、稳定性好。智能仪器一般均配有通信接口，可跟另外的智能仪器组成智能仪器系统。智能仪器的结构——以“甲烷气体检测仪”为例主要功能：适用于煤矿井下连续监测甲烷浓度。当甲烷浓度超限时，能自动发出声、光报警。气体控制器甲烷气体传感器甲烷气体检测仪甲烷气体检测仪的内部结构是什么样子的？智能仪器的结构——以“甲烷气体检测仪”为例AT89S51单片机甲烷气体传感器声光报警I/O接口LCD显示E2PROM信号输出A/D信号调理键盘RS232上位机微机内嵌式智能仪器的结构——以“甲烷气体检测仪”为例AT89S51单片机甲烷气体传感器I/O接口LCD显示E2PROM信号输出A/D信号调理键盘RS232上位机输入通道(数据采集)输出通道人机接口通信接口“甲烷气体检测仪”的硬件电路声光报警MCU智能仪器的结构微机内嵌式一般结构+软件程序=智能仪器智能仪器的结构微机内嵌式一般结构智能仪器的结构微机扩展式一般结构A/D转换器D/A转换器输入电路模拟执行器I/O接口被测量微处理器MPU程序存储器(ROM)数据存储器(RAM)标准仪用通讯接口键盘显示接口键盘显示外部仪用标准总线计算机部分测试部分智能仪器的结构微机扩展式一般结构将智能仪器中的测量部分配以相应的接口，制成各种功能的仪器卡，插入到PC机的扩展槽中，而原智能仪器中的微机系统、键盘、显示器、存贮器、电源等均借助于PC机的资源而构成的。计算机仪器卡案例分析：基于串行通信的虚拟仪器数据采集器主要功能：主从式虚拟仪器由主机和从机两部分组成。从机部分即为数据采集器

,它利用单片机功能全面的优势,使调理电路和数据采集电路智能化,从而使虚拟仪器在保证数据采样速率的前提下,更加方便使用。

智能仪器的结构案例分析：基于串行通信的虚拟仪器数据采集器虚拟仪器LabVIEW智能仪器的结构案例分析：基于串行通信的虚拟仪器数据采集器智能仪器的结构智能仪器大揭秘序幕什么是智能仪器？仪器仪表的发展历史？智能仪器的分类、结构和特点？智能仪器发展的推动技术？智能仪器设计的基本流程和任务书撰写？下图属于哪个仪表发展阶段的仪表？模拟式仪器数字式仪器智能化仪器虚拟仪器ABCD提交多选题1分判断下图为智能仪器的主要依据是是否有存储功能是否有通信接口，可以组成测试网络功能是否丰富是否有微处理器ABCD提交单选题1分采用微机内嵌式结构设计一个简易的温度控制系统，温度范围400-800℃，该系统需要与上位机进行通信，按着信号流程顺序，该系统硬件设计方案可以包括：传感器-信号调理-AD-DA-通信接口传感器-信号调理电路-AD-MCU-DA-通信接口-执行机构传感器-信号调理电路-AD-MCU传感器-信号调理-DA-MCU-AD-人机交互-通信接口ABCD提交DA→执行机构通信接口单选题1分智能仪器的结构微机内嵌式一般结构+软件程序=智能仪器智能仪器的结构微机扩展式一般结构A/D转换器D/A转换器输入电路模拟执行器I/O接口被测量微处理器MPU程序存储器(ROM)数据存储器(RAM)标准仪用通讯接口键盘显示接口键盘显示外部仪用标准总线计算机部分测试部分智能仪器的结构微机扩展式一般结构将智能仪器中的测量部分配以相应的接口，制成各种功能的仪器卡，插入到PC机的扩展槽中，而原智能仪器中的微机系统、键盘、显示器、存贮器、电源等均借助于PC机的资源而构成的。计算机仪器卡采用微机外扩式结构设计一个简易的温度控制系统，温度范围400-800℃，下列哪些部分不能由计算机实现：通信部分输入部分输出部分人机交互部分ABCD提交多选题1分智能仪器的应用想一想，你接触过或看过哪些智能仪器？它们都应用在哪些领域？医学领域心电图仪器多普勒超声机CT机全自动生化检测仪智能仪器的应用想一想，你接触过或看过哪些智能仪器？它们都应用在哪些领域？生活中智能仪器的应用想一想，你接触过或看过哪些智能仪器？它们都应用在哪些领域？航空航天领域智能仪器的应用想一想，你接触过或看过哪些智能仪器？它们都应用在哪些领域？环保领域——无处不在的应用智能仪器的特点试着分析一下，智能仪器有哪些特点？功能多样化运算和逻辑判断消除漂移、增益和干扰数据处理和控制量程切换、自动调零、自诊断、自校准智能仪器的特点试着分析一下，智能仪器有哪些特点？集成化、模块化①集成电路使智能仪器体积小、功能强大，集成度高；传统万用表数字万用表智能仪器的特点试着分析一下，智能仪器有哪些特点？集成化、模块化②模块化使仪器更加灵活，硬件组成更灵活。智能仪器的特点试着分析一下，智能仪器有哪些特点？②很多由硬件完成的功能可以由软件完成。柔性化软件程序智能仪器的发展趋势根据前面的分析讲解，想一想哪些技术与智能仪器的发展紧密相关？智能仪器电子学数字信号处理计算机科学嵌入式系统人工智能仪器仪表智能仪器的发展趋势以“电子技术”的发展为例集成电路特征尺寸不断地缩小系统芯片SOC微电子智能仪器的发展趋势系统芯片SOC的优势SoC的最大优势在于芯片的大小。

SoC芯片的高集成度、较短的布线，功耗也相对低的多。很多芯片都集成到一起，不需要单独的配置更多芯片，降低生产成本。智能仪器的发展趋势趋势一：微型化可穿戴的智能仪器可植入身体内的智能仪器智能仪器的发展趋势趋势二：多功能化趋势三：人工智能化智能仪器的发展趋势趋势四：网络化智能仪器的发展趋势趋势四：网络化智能仪器的发展趋势趋势四：网络化科技推动技术进步智能仪器的发展趋势趋势四：网络化“工业4.0”的发展主题“智能”智能物流智能生产智能工厂“工业4.0”的关键技术智能仪器的发展趋势趋势四：网络化中国制造2025“互联网+”智能仪器的发展趋势趋势四：网络化工业4.0和中国制造2025为智能仪器的发展提供怎样的机遇和发展？仪器仪表也开始向网络化突进，比如：仪器仪表自动化，多台仪器联网，多维媒体，虚拟的仪器仪表等等。结合最新的科技设备，通过广域网和局域网直接控制仪器仪表，对公司的管理，经营一体化，应用模式的分析等各大方面产生影响。仪器仪表企业通过网络这个平台与客户直接的交流，突破了世界和空间的限制，专家远程操控对仪器仪表进行维护和分析。

智能仪器作品看看前辈们的本课程作品智能仪器设计的基本流程这么完美的作品怎么设计出来的？回忆一下单片机系统的设计流程!智能仪器设计的基本流程下面介绍AT89S51为核心的水温测控系统的设计。采用3位LED显示器显示水温度，温度控制采用改进的PID数字控制算法。该系统具有如下基本功能：（1）温度控制的范围为25℃～50℃，最小分辨率为0.1℃；（2）偏差≤0.6℃，静态误差≤0.4℃；（3）实时显示当前的温度值；（4）命令按键4个：复位键、功能转换键、加1键和减1键。智能仪器设计的基本流程step1：需求分析，明确设计任务；Step2：根据设计任务，初步拟定设计方案；Step3：根据设计方案，具体设计硬件电路及软件程序；Step4：单片机应用系统的抗干扰与可靠性设计；step5：仿真调试；Step6：系统焊接、样机调试；Step7：编制技术文件基本流程智能仪器设计的基本流程基本流程智能仪器设计的基本原则从整体到局部的设计原则基本思路：把复杂问题简单化，整体问题个别化。实现方法：根据设计任务，硬件→硬件总体框图，软件→主程序流程图；AT89C51单片机电源显示器温度传感器故障报警器恒温阀遥控装置硬件结构框图控制面板智能仪器设计的基本原则从整体到局部的设计原则基本思路：把复杂问题简单化，整体问题个别化。实现方法：根据设计任务，硬件→硬件总体框图，软件→主程序流程图；开始初始化设置初值检测室内温度执行控制策略显示温度值结束主程序流程图智能仪器设计的基本原则性价比的原则基本思路:用最少的钱做最好的产品,降低研制成本、生产成本和使用成本。提高仪器的性价比。实现方法：方案对比分析，选择性价比高的设计方案。想一想：该设计中温度传感器选择哪个比较好？智能仪器设计的基本原则性价比的原则热电偶：优点是检测精度高、测量范围宽，常用的热电偶从-50～1600℃均可连续测量。但需要采用电路或软件等修正方法来补偿冷端温度(t0≠0℃时)对测温的影响,使用不便。热电阻：测量精度高、性能稳定，使用方便，测量范围为-200～600℃，温度范围完全满足设计要求。上述两款温度传感器，价钱较贵，且输出模拟信号，后续电路需要进行信号处理及A/D转换。智能仪器设计的基本原则性价比的原则集成温度传感器(如AD590、DS18B20)的特点：使用方便、信号易于处理，测温范围满足题目要求。AD590精度比DS18B20高，但需要辅助电路、价钱贵、编程复杂。结论：经过以上的分析，选择性价比最高的DS18B20作为温度传感器。智能仪器设计的基本原则易操作性基本思路：使用方便和维修容易实现方法：硬件电路设计尽量简单、操作容易、控制开关尽量少；软件编程尽量采用汇编语言或高级语言；仪器结构尽量规范化、模块化，便于对故障进行定位；智能仪器设计的基本原则通用性原则基本思路：适应不同设备和控制对象的要求，在不必大动的情况下很快适应新情况。实现方法：设计标准化，采用标准的系统总线结构；接口部件的操作功能尽量用软件实现；设计留用余量，便于扩展。智能仪器设计的基本原则软硬件合理配合的原则基本思路：从仪器的功能、产品成本、研制周期和费用等方面综合考虑，合理分配软件和硬件的任务。实现方法：对系统的运行速度和实时性有要求，不计较其成本和灵活性，可以增加硬件比例；对系统的成本和灵活性有要求，不计较系统实时性，可以增加软件比例；运算和控制任务需要软件程序来实现。智能仪器设计的基本原则可靠性原则实现方法：硬件电路，选用优质的器件和严谨可靠的结构工艺；软件尽量采用模块化的设计方法，便于编程和调试。请记住这些原则，智能仪器的设计离不开！！！智能仪器设计课程要求学时：48学时课程性质：专业核心课课程特点:1、知识性和技术性的综合；2.工程性强达到的境界“神”一样的存在“天马行空”的想法都能变成现实，想做啥就做啥！智能仪器设计自主训练计划参加课程项目的方式以小组为单位，填写“智能仪器课程项目申报书”，申报课程项目；

申报成功，按项目书的设计内容和流程进行设计；

课程结束后，上交作品、视频、总结书等相关资料；智能仪器设计自主训练计划

1.做一个完成的智能仪器系统。

以微处理为控制核心，嵌入式单片机、DSP、FPGA等都可以；

设计包括数据采集输入通道、输出通道、人机接口、通讯接口、抗干扰和可靠性等；

数据采集通道的处理最好用模拟信号处理方法；

通信接口最好是串口、USB等通信方式，易扩展2.制作实物

实现预期设定功能；

板子提供，器件组员承担序号类型权重考核形式配分说明1过程考核50%课堂参与10学生参与一次问题讨论，得0.1～0.5分，项目小组每次登台，得1～3分，每名学生封顶为15分通关考核153次通关考核，每次满分5分自主学习10完成探究性学习任务报过或笔记项目完成情况60根据项目完成情况得分，满分10分。

综合表现5出勤、迟到早退、睡觉、玩手机等。团队成员集体扣分2终结考核50%理论知识试卷100表1评分标准本节任务分组，3人一组，选组长；拟定项目申报内容，填写申报书；（三周时间）希望大家在智能仪器的学习中能有所收获！！数据采集系统揭秘数据采集的意义是什么？数据采集就是将被测对象的各种参数通过各种传感器元件做适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到控制器进行数据处理或存储，记录的过程。你能根据这个描述，画出数据采集系统的框图吗？图1数据采集系统的基本组成传感器模拟信号调理A/D器微机系统采样/保持器数据采集的意义是什么？传感器模拟信号调理A/D器微机系统采样/保持器数据采集系统数据处理单路数据采集系统的基本组成案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计1.温室环境参数有哪些？

数据采集之传感器的选择温度、湿度、光照、CO2

浓度。2.自动检测仪要实现的功能有哪些？

单片机对各个传感器的检测信号进行数据采集与处理，同时进行声光报警判断与控制，并利用USB接口将测量数据存储于U盘中。D／A转换将单片机的环境检测数字量变换为模拟电压，经由V/I变换输出标准的4～20mA电流信号。案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计设计要求：

传感器应该如何选择？数据采集之传感器的选择单片机对各个传感器的检测信号进行数据采集与处理，同时进行声光报警判断与控制，并利用USB接口将测量数据存储于U盘中。D／A转换将单片机的环境检测数字量变换为模拟电压，经由V/I变换输出标准的4～20mA电流信号。下列关于传感器的说法正确的是（）传感器的输出有模拟量和数字量两种传感器可以按被测量、按工作原理、按能量关系等进行分类传感器是能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可输出信号的器件或装置传感器通常有敏感元件和转换元件构成ABCD提交多选题1分数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围与被测量实际变化范围相一致。

转换精度符合整个测试系统根据总精度要求而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整机要求。能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。

能满足用户对可靠性和可维护性的要求。一、对传感器的主要技术要求数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计类型选择根据被测量的特点和传感器的使用条件考虑，具体包括：量程的大小；被测位置对传感器体积的要求；测量方式为接触式还是非接触式；信号的引出方式是有线还是非接触测量；传感器的来源是国产、进口还是自行研制；价格能否承受等。二、传感器的选用

精度的选择

精度只要满足整个测量系统的精度要求即可，不必选得过高。如果测量的目的是为了进行定性分析，则选用重复精度高的传感器即可，不宜选用绝对量值精度高的传感器；如果测量的目的是为了进行定量分析，则必须获得精确的测量值，因此需选用精度等级能满足要求的传感器。某标称精度等级为1.5级的传感器，在测量范围内，最大误差绝对值与满量程输出的百分比为1.8%，因此，此传感器合格。×√AB提交单选题1分数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计二、传感器的选用灵敏度的选择

在传感器的线性范围内，传感器的灵敏度越高越好。

传感器的灵敏度高，外界噪声也容易混入，影响测量精度。因此，同时要求传感器本身应具有较高的信噪比，尽量减少从外界引入的干扰信号。

线性范围的确定

当传感器的种类确定以后，首先要看其量程是否满足要求。但实际上，任何传感器都不能保证绝对的线性，其线性度也是相对的。当所要求的测量精度比较低时，在一定的范围内，可将非线性误差较小的传感器近似看做线性的，这会给测量带来极大的方便。传感器的灵敏度是指达到稳定工作状态的时候，输出量和输入量之比。×√AB提交单选题1分对于非线性传感器，其灵敏度会随着输入量的变化而变化。×√AB提交单选题1分数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计二、传感器的选用稳定性的选择

影响传感器稳定性的因素除了传感器本身的结构外，主要是传感器的使用环境。分辨率的选择

传感器能检测到的最小的输入增量。频率响应特性的选择

传感器的频率响应特性决定了被测量的频率范围，必须在允许的频率范围内保持不失真地测量。实际传感器的响应总有一定的延迟，希望延迟时间越短越好。

在动态测量中，应保证传感器对被测信号的动态响应特性满足要求，以免产生过大的误差。分辨力是指传感器能够检测到的最低极限量。√×AB提交单选题1分传感器的漂移包括[填空1]漂移和灵敏度漂移。作答填空题1分数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计三、现代传感器大信号输出传感器传感器传感器传感器小信号放大信号修正与变换滤波A/D微机微机I/V转换V/F光电耦合小电流小电压大电压大电流数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计三、现代传感器数字信号输出传感器数字量传感器一般都是输出频率参量，具有测量精度高、抗干扰能力强、便于远距离传送等优点。传感器放大整形光电隔离计算机传感器整形光电隔离计算机频率量输出开关量输出数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计三、现代传感器集成传感器集成传感器是将传感器与信号调理电路做成一体。

例如，将应变片、应变电桥、线性化处理、电桥放大等做成一体，构成集成压力传感器。光纤传感器信号拾取、变换、传输都是通过光导纤维实现的，避免了电路系统的电磁干扰。在信号输入通道中采用光纤传感器可以从根本上解决由现场通过传感器引入的干扰。优点：简化通道结构。

数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计智能传感器智能传感器（intelligent

sensor）是具有信息处理功能的传感器。智能传感器带有微处理器，具有采集、处理、交换信息的能力，是传感器集成化与微处理机相结合的产物。“度娘说”数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计以温度传感器为例，常用的检测温度的传感器有哪些？

热电阻温度传感器

热电偶温度传感器

半导体PN结温度传感器

集成温度传感器（AD590、DS18B20）

红外温度传感器

这么多类型，该怎么选？数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计TSL2561是TAOS公司推出的一种高速、低功耗、宽量程、可编程灵活配置的光强传感器芯片。它将光强转换成数字信号输出，具有直接I2C接口或者SMBus接口。温度传感器：DS18B20

数字集成式

光照强度传感器：TSL2561对比文献“多点大棚环境参数检测系统的设计—周德乐”中温度传感器和光照强度传感器的选择。数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器DQ：数字信号输入/输出端;VDD：供电电压3.3V~5V。数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器DS18B20的特性：采用单总线的接口方式与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。属于哪种通信制式？单总线具有经济性好，抗干扰能力强，适合于恶劣环境的现场温度测量，使用方便等优点，使用户可轻松地组建传感器网络。又如DHT11温湿度传感器等也属于单总线传感器。数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器DS18B20的特性：测量温度范围宽，测量精度高DS18B20的测量范围为-55℃~+125℃;在-10~+85℃范围内，精度为±0.5℃。在使用中不需要任何外围元件。内部寄生电路供电方式外接电源供电方式数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器DS18B20的特性：持多点组网功能多个DS18B20可以并联在惟一的单线上，实现多点测温。在使用中不需要任何外围元件。数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器DS18B20的特性：测量参数可配置DS18B20的测量分辨率可通过程序设定9~12位。掉电保护功能DS18B20内部含有EEPROM，在系统掉电以后，它仍可保存分辨率及报警温度的设定值。数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器用于内部计算和数据存储。第0、1个字节是温度转换后的数据值（温度寄存器）第2、3个字节是用户EEPROM（温度报警值TH、TL储存）的镜像。在上电复位时其值将被刷新第4个字节则是用户第3个EEPROM的镜像（配置寄存器）第5~7个字节为计数寄存器，是为了让用户得到更高的温度分辨率而设计的，同样也是内部温度转换、计算的暂存单元第8个字节为前8个字节的CRC码。数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器第0、1个字节是温度转换后的数据值温度寄存器的格式：1101000000000111假设：LSByteMSByte**注：测得的温度值以二进制补码的形式存放于温度寄存器中。S为符号位，S=0时，表示温度值为正；S=1时表示温度值为负。数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器数据采集之传感器的选择案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器DS18B20FunctionCommandsWriteScratchpad（向RAM中写数据）[4EH]ReadScratchpad（从RAM中读数据）[BEH]CopyScratchpad（将RAM数据复制到EEPROM中）[48H]ConvertT（温度转换）[44H]RecallEEPROM（将EEPROM中的报警值复制到RAM）[B8H]ReadPowerSupply（工作方式切换）[B4H]数据采集之传感器的选择案例之一：温室shi'e环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器ReadScratchpad（从RAM中读数据）[BEH]此指令从RAM中读数据，读地址从地址0开始，一直可以读到地址9，完成整个RAM数据的读出。芯片允许在读过程中用复位信号中止读取，即可以不读后面不需要的字节以减少读取时间。

单片机DS18B20Ds18b20_Write_Cmd(0xbe)valueLow=Ds18b20_Read_Data();valueHigh=Ds18b20_Read_Data();Ds18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1默认状态为idlestate;此时读出的温度值为85℃，为默认温度。如果测量周围温度，需要事先发送CONVERTT控制指令。数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0x44);//convertT读温度值开始测量+延时等待+数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

单线数字传感器Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0xbe);//readscratchpadvalueLow=Ds18b20_Read_Data();//readbyte0valueHigh=Ds18b20_Read_Data();//readbyte1Ds18b20_Init();Ds18b20_Write_Cmd(0xcc);//skipromDs18b20_Write_Cmd(0x44);//convertT+延时等待+R1R0分辨率/bit温度最大转换时间/ms00993.750110187.510113751112750分辨率数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

initializtion初始化分析时序图读到DS18B20回复的脉冲信号，则表示DS18B20存在。主机释放总线，4.7k上拉电阻将单总线拉高，延时15~60us，等待18b20应答。主机输出低电平，保持低电平时间至少480us,产生复位脉冲。18B20拉低总线60~240us,以产生低电平应答信号。数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

写时序写0和写1的时序至少需要60us，且两次独立的写时序之间至少需要1us;两种写时序均起始于主机拉低总线，前15us总线需要是被控制器拉置低电平；采样时间在15~60us,数据“0”或“1”应该在45uS内完成.数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

读时序读时间隙时必须先由主机产生至少1uS的低电平，表示读时间的起始，且两次独立的写时序之间至少需要1us;每一位的读取之前都由单片机加一个起始信号采样时间在15~60us,数据“0”或“1”应该在45uS内完成；在读间隙开始的15uS内读取数据位才可以保证通信的正确.主机输出主机输入数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计温度传感器：DS18B20

DS18B20的典型温度读取过程：复位（初始化）→发SKIPROM命令（OXCC）→开始转换命令(OX44)→延时→复位（初始化）→发SKIPROM命令（OXCC）→发读存储器命令（OXBE）→连续读出两个字节数据（温度）→结束。作业：结合STM32F103迷你板，完成DS18B20的实验。数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计多点大棚环境参数检测系统的设计温度环境多参数自动检测仪的设计对比分析一下，两个设计中传感器的选择数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计

多点大棚环境参数检测系统的设计温度环境多参数自动检测仪的设计光强检测S7686光电二极管数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计湿度—HIH-3610相对湿度传感器；CO2浓度—AM-4CO2传感器模拟信号输出

多点大棚环境参数检测系统的设计湿度—CHR01系列高分子湿度传感器数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计湿度—HSH3610相对湿度传感器；CO2浓度—AM-4CO2传感器模拟信号输出A/D转换器TLC1549数据采集之传感器的选择案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计湿度—HSH3610相对湿度传感器；CO2浓度—AM-4CO2传感器模拟信号输出片选端，低电平有效模拟信号输入端转换结果输出端，在时钟信号作用下，前次转换结果以串行方式输出输入输出时钟,下降沿输出，最大频率可达2.1MHzA/D转换器TLC1549多路数据采集的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计AT89S52温度传感器光强检测电平转换湿度传感器CO2传感器信号调理A/D信号调理A/D分布式数据采集结构多路数据采集的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计多路数据采集的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计信调信调多路开关集中采集式

集中式数据采集结构和分布式数据采集结构各有什么优缺点？分析本例子中采用集中式数据采集的原因是什么？作答主观题5分根据上题，分析模拟开关的作用是（）选择多路数字信号进入多路AD转换通道选择多路数字信号进入同一AD转换通道选择多路模拟信号进入同一AD转换通道选择多路模拟信号进入多路AD转换通道ABCD提交单选题1分数据采集之多路开关的设计多路开关作用：当系统中有多个变化较为缓慢的模拟量输入时，用于信号的切换。类型：电磁继电器型（机电式）开关

电子式模拟多路开关

（晶体管型、场效应管、集成CMOS模拟多路开关）

数据采集之多路开关的设计集成CMOS多路模拟开关（N：1）XK。其中k为芯片独立的单元个数，N为每个单元的输入通道数。CD4051、AD7501为（8:1）x1；CD4052为（4:1）x2,即一个芯片上集成了2个独立的4选1开关。（1：N）xK。多路分配器。

单向多路开关：AD7501、AD7502

双向多路开关：CD4051、CD4052数据采集之多路开关的设计如何选择集成的多路开关产品？关注点1：通道数量通道的数量对传输信号的精度和开关切换速率有直接影响。泄露电流：在电子式开关中，因芯片内部半导体器件的缺陷，有微小电流自输入端流出，经信号源产生干扰。通道越多，泄露电流越大。杂散电容：在MOS型开关器件中，各级之间以及相邻通道之间的杂散电容也是重要参数。通道越多，杂散电容越大，通道间串扰也越严重。注意在实际应用中，所选产品的通道数往往大于实际需要，多余通道应模拟接地，或接Vref（等同于交流接地），一方面减少干扰，另外可用于自校准。数据采集之多路开关的设计如何选择集成的多路开关产品？关注点2：导通电阻Ron导通电阻指开关闭合后，开关两端的等效电阻值。理想开关的Ron=0Ron导致精度降低，尤其是开关的负载阻抗较低时影响严重；Ron随着输入电压Vin的变化会有一些波动，Ron的平坦度ΔRon在限定的Vin范围内Ron的最大起伏值，ΔRon=Ronmax-Ronmin。越小越好。

Ron的一致性表示各通道Ron的差值。一致性好，系统在采集各路信号由开关引起的误差也就越小。Ron的值还与电源电压有直接关系，通常电源电压越大，Ron越小。数据采集之多路开关的设计如何选择集成的多路开关产品？关注点3：开关速度

反映了开关接通或断开的速度。对于需要传输高速信号的场合，要求模拟开关的切换速度高，同时还应该考虑与后级采样保持电路和AD转换器的速度相适应，科学设定和分配技术指标。

芯片的电源电压范围与开关的导通电阻和切换速度等有直接关系。电源电压越高，切换速度越快，导通电阻越小。反之，导通电阻越大。CMOS模拟开关只能处理电源电压范围以内的模拟信号。关注点4：电源电压范围数据采集之多路开关的设计多路开关CD4052多路通道数据采集系统的框图如下，其中（1）~（4）各组成部分为：（

）放大器、AD转换器、DA转换器、计算机多路开关、放大器、AD转换器、计算机多路开关、放大器、DA转换器、计算机放大器、多路开关、AD转换器、DA转换器ABCD提交（1）（2）采样保持

（3）（4）单选题1分多路数据采集的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现设计要求：采用Atmega128采集电压及电流数据并传输至PC，最终由PC机完成数据处理及显示。PC机将数据进行处理并将设备电压、电流及功率随时间变化情况直观地显示出来，并计算制定时间内设备的积累能耗。试着设计该电能测量仪的硬件电路框图？数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现1.采样保持器的作用是什么？2.为什么温度、气体浓度检测时不需要采样保持器呢？关于采样下列说法正确的是（）采样是对模拟信号周期性的抽取样值，使模拟信号变成时间上离散的脉冲串采样过程可以等效把输入模拟信号与以采样周期为间隔的冲击信号进行卷积的过程一个频率有限的模拟信号所包含频率若为fmax，则当采样频率为fs≥2fmax，采样信号可以正确反映输入信号。采样频率越高越好ABCD提交多选题1分数据采集之采样保持器的设计1.采样的基本原理频带不能超过采样频率的一半，否则会频谱混叠

信号可以在主带频域和旁带频域恢复数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现1.采样保持器的作用是什么？信号经放大后需经采样保持器保持，这样做的目的是使电压及电流的采样具有同时性，避免了由于对电流及电压的AD采样时间间隔带来的误差。数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现1.采样保持器的作用是什么？

ADC对模拟量进行量化的过程需要一定的时间，即在转换时间内只有保持采样点的数值不变才能保证转换精度。当有多个传感器信号时，需要一种电路将各传感器同一时刻的信号保持住，然后通过共用ADC分时进行转换并送入内存。采样保持器是一种根据状态控制指令截取输入模拟电压的瞬时值（采样过程），并把这一瞬时值保留一段需要的时间（保持过程）的单元。采样保持器的作用是（）提高系统的采样速率保证在AD转换期间AD输入信号不变保证系统数据稳定使AD输入信号能跟上模拟信号的变化ABCD提交单选题1分数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现VL=1，开关S导通输入模拟信号Vi对保持电容CH充电,当VL=1的持续时间Tw远大于电容CH的充电时间常数时，在Tw时间内,CH上的电压Vc跟随输入电压Vi的变化，使输出电压Vo=Vc=Vi，这段时间为采样时间。数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现VL=0，开关S断开开关S断开，由于运算放大器的输入阻抗很高，存储在CH的电荷不会泄露，CH上的电压Vc保持不变,使输出电压Vo能保持采样结束瞬时的电压值，这段时间为保持时间。数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现数据采集之采样保持器的设计非理想状态下采样保持器捕捉时间tAC：当由保持状态转到采样状态时，电容C上的电压跟随输入信号变化，其差值达到规定的捕捉误差，例如0.01%时所需的最小时间称为捕捉时间。数据采集之采样保持器的设计非理想状态下采样保持器孔径时间tAP由采样电平转为保持电平时，模拟开关有一定的动作滞后，在保持命令发出直到模拟开关完全断开时所需的时间为孔径时间。建立时间ts由采样状态转保持状态时模拟开关状态切换具有过度过程，从发出保持命令开始到采样/保持器输出达到保持终值所需的时间。数据采集之采样保持器的设计非理想状态下采样保持器泄露趋势：若保持电压在整个保持时间内不发生变化，便可获得高的保持精度。实际上开关的关断电阻、运算放大器的输入电阻以及电容本身的介质电阻都是有限的，将引起电容上的泄露而使保持电压不断下降。泄露电流可以表示保持电容的下降率。数据采集之采样保持器的设计非理想状态下采样保持器电荷转移影响(保持阶跃):当控制信号产生由采样到保持的跳变时，驱动线路的瞬变电压会通过模拟开关的极间电容和驱动线与保持电容的杂散电容耦合，使电荷转移到保持电容上，从而对保持电压产生影响。数据采集之采样保持器的设计非理想状态下采样保持器馈送影响(馈通影响):

在保持期间内，由于模拟开关的断开电阻不为无穷大，以及开关极间电容的影响，输入信号会耦合到保持电容上引起输出电压的微小变化。在S/H保持阶段，由于开关S存在着分布电容，输入电压Vi的交流分量将通过分布电容加到保持电容引起保持电容的变化，为了减少馈送，可以采用下列哪种方法。（）增大保持电容减小保持电容增大孔径时间减少孔径时间ABCD提交单选题1分以下关于捕捉时间叙述正确的是（）捕捉时间不会影响采样的速度捕捉时间是保持阶段的参数捕捉时间的长短可以任意捕捉时间不会影响采样的精度ABCD提交单选题1分采样保持器的孔径时间是指由于模拟开关动作上的延迟而导致输出延迟保持的时间。正确错误AB提交单选题1分采样保持器的保持电压下降值与漏电流和保持电容有关（

）正确错误AB提交单选题1分数据采集之采样保持器的设计采样保持器设置原则假设待转换信号为这一信号的最大变化率为假设信号的正负峰正好达到A/D的正负满量程，而A/D的位数（不含符号位）为m,则A/D最低有效位LSB代表的量化电平为

如果A/D的转换时间，为保证AD转换器的精度，在转换时间内，被转化信号的最大变化量不应超过LSB/2，即数据采集之采样保持器的设计则不加采样/保持器时，待转换信号允许的最高频率为例如一个12位的ADC，用它来直接转换一个正弦信号要求精度优于LSB/2，则信号频率不超过?Hz。为什么直流电压或变换缓慢的被测对象不需要采样保持器？

凡是频率不低于上式确定的频率最大值的被转换信号，都必须设置采样保持器把采样幅值保持下来，以便ADC在SHA保持期间把保持的采样幅值转换成相应的数码。数据采集之采样保持器的设计在ADC之前设采样/保持后，虽然再不会因A/D转换信号变化而出现误差。但是因采样转到保持状态需要一段的孔径时间tAP

,使采样保持器电路实际保持的信号幅值并不是原来预期要保持的信号幅值（即保持指令到时刻的信号幅值）。两者只差即孔径误差为：

在数据采集系统中，若要求最大孔径误差不超过q/2,则由此限定的被转换信号的最高频率为数据采集之采样保持器的设计由于采样/保持的孔径时间远远小于A/D的转换时间因此限定的频率远远高于这就说明ADC前加设采样/保持后大大扩展了被测转换信号频率的允许范围。数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现AD781AD582AD582是低成本、单片采样/保持放大器，该芯片有高性能运算放大器、低漏电的模拟开关和JFET集成放大器组成，外接保持电容后，该器件具有完整的采样/保持功能。数据采集之采样保持器的设计案例之二：基于Atmeg128的电能量测量仪的设计与实现AD389AD389是高分辨率、高精度的采样/保持放大器，由于内含保持电容和补偿网络，所以能使采样/保持放大器的失调电压达到最小值。AD389的快速采样、低孔径抖动时间和高分辨率的特点，使得它在高速A/D变换器、选通测量系统、同步采样转换系统、峰值保持等领域获得广泛应用。AD9100AD9100是单片、超高速的采样/保持放大器，也是高速和高动态范围应用中颇为新颖的器件。AD9100具有驱动高电容负载的能力，因此特别适合驱动时钟速度为50X106

次/s的8位和10位快速A/D变换器。特有噪声密度3.3nVHZ-1/2和馈线抑制83dB性能，使得它在提高8位和16位数据采集动态范围中备受青睐。数据采集之AD转换器的设计案例之一：温室环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器A/D转换器的作用是什么？数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计A/D转换器有哪些性能指标：分辨率、量化误差、偏移误差、满刻度误差、线性度、绝对精度、相对精度和转换速率

在系统设计时，选用AD之前，设计者应该考虑的问题是：

模拟输入电压的量程是多少？能测量的最小信号是多少？

线性误差是多少？

每完成一次转换需要多少时间？

电源的变化对转换精度有什么影响

对输入信号有什么要求？是否需要预处理

数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计分辨率：ADC所能分辨的输入模拟量的最小变化量。其分辨率取决于A/D转化器的位数，所以习惯上输出二进制数或BCD码数的位数来表示。1.AD1674满量程输入电压为5V，输出12位二进制数，分辨率为

12

位，能够分辨输入电压最小值为5/2^12=1.22mV。

2.双积分型输出BCD码AD转换器MC14433，满量程输入电压为2V，其输出最大十进制为1999，分辨率为三位半（BCD），换算成二进制数，分辨率约为11位，其分辨率为2/2^11(mV)某个8位的AD转换器能识别-10V~10V，若最高位表示正负符号，那么其能够识别的输入最小电压为：39mv78mv156mv19.53mvABCD提交单选题1分数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计转换时间：A/D转换器完成一次转换（从启动AD到转换结束）所需的时间。转换时间与实现转换所采用的电路技术有关。采用同种电路技术的A/D转换器的转换时间与分辨率有关，分辨率越高，转换时间越长。满刻度范围：A/D转换器所允许的最大的输入电压范围。实际的AD转换器的最大输入电压值比满刻度值小1/2^n

.12位AD转换器其满刻度值为10V，而实际允许的最大输入电压值为[填空1]？（保留小数点后四位）作答此题未设置答案，请点击右侧设置按钮填空题1分数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计量化误差：量化过程引起的误差。理论上为一个单位（1LSB），实际转移曲线在零刻度处偏移1/2单位，量化误差为-1/2~+1/2LSB。思考：提高AD转换器的位数有什么好处？数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计转换精度：一个实际AD转换器与一个理想AD转换器在量化值上的差值，用绝对误差或相对误差表示。由于理想AD转换器也存在着量化误差，因此，实际AD转换器转换精度对应的误差指标不包括量化误差在内。转换精度指标通常由以下分项误差组成：偏移误差：输出为零时，输入不为零的值，也称零点误差。偏移误差可以通过在AD转换器的外部加调节电位器，将偏移误差调至最小。数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计

绝对精度：对应于产生一个给定的输出数字码，理想模拟输入电压与实际模拟输入电压的差值。例：一个输入电压满量程为10V的12位ADC，理论上输入模拟电压为5V±1.2mV时产生半满量程，对应输出码为100000000000，如果实际上是4.997V到4.999V范围内的模拟输入都产生这一输出码，则绝对精度为：半满量程的相对精度为：0.002V/10V=0.02%数据采集之AD转换器的设计AD转换器的转换校正

为了修正增益误差和失调误差，提高转换精度，一般会使用硬件或软件校正。校准过程根据实测的输入与输出进行计算，不依靠器件手册提供的误差参考值。实线是理论转换结果：虚线是实际转换结果：偏置是斜率是对的修正结果为：在软件中利用公式完成修正。数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计电源灵敏度：当电源电压变化时，将使AD的输出发生变化，这种变化的实际作用相当于ADC输入量的变化，从而产生误差。通常ADC对电源变化的灵敏度相当于同样变化的模拟输入值的百分数来表示。例如：电源灵敏度为0.05%/ΔVs%时，其含义是电源电压变化为电源电压Vs的1%，相当于引入0.05%的模拟输入值的变化。数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计

与单片机接口的考虑，需要考虑：电源要求、逻辑兼容性、定时参数、外围硬件及数据格式。逻辑兼容性：电源电压为+5V，其数字输入与TTL电平兼容；当电源电压为+10V~+15V时，其数字输入与CMOS电平兼容。因此在进行系统设计时，应将逻辑兼容作为一个因素加以考虑。

定时参数：设计ADC与微机接口电路时，特别要注意器件定时参数的极限值。系统控制信号的脉冲宽度、建立时间、保持时间应满足器件的定时要求。考虑到温漂以及电源电压的波动对定时的影响。

数据格式：8位数据宽度的微机的数据总线为8位，可与8位ADC直接接口，当与更高分辨率的器件接口，欲转换的数据须分两次传送。

串行数据采集器件均需要一个时钟，用以选通数据输入输出。数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计

1.A/D转换位数的确定

A/D转换器的位数不仅决定采集电路所能转换的模拟电压动态范围，也在很大程度上影响采集电路的转换精度。因此，应根据对采集电路转换范围与转换精度两方面的要求选择A/D转换器的位数。

(1)转换范围

若需要转换成有效数码（除0以外）的模拟输入电压的最大值和最小值分别为Ui,max和Ui,min，A/D转换器前放大器增益为Kg，m位A/D转换器满量程为E，则应使数据采集之AD转换器的设计（小信号不被量化噪声淹没）（大信号不使A／D转换器溢出）所以，须使通常称量程范围上限与下限之比的分贝数为动态范围，即若已知被测模拟电压动态范围为L1，则可按下式确定A/D转换器的位数m，即数据采集之AD转换器的设计选择元器件精度的一般规则是：每个元器件的精度指标应优于系统精度的10倍左右。例如，要构成一个误差为0.1％的数据采集系统，所用的A/D转换器、S/H和MUX组件的线性误差都应小于0.01％，A/D转换器的量化误差也应小于0.01％。

若A/D转换器的量化误差为±(1/2)LSB，即满度值的1/2m+1，因此可根据系统精度指标δ，按下式估算所需A/D转换器的位数m:

例如，要求系统误差不大于0.2%满度值（即δ=0.2%），则需要采用N为12位的ADC。在一个温度检测系统中，被测量温度范围为0~400℃，要分辨出0.1℃的温度变化，采用K型热电偶做敏感元件，当温度在0-400℃变化时，可测的传感器的输出在0~200mV之间变化，ADC芯片满刻度为10V，求ADC位数为[填空1]

作答填空题1分数据采集之AD转换器的设计

2.ADC的速率选择

A/D转换器不仅从启动转换到转换结束需要一段时间(即转换时间，记为tc），而且从转换结束到下一次再启动转换也需要一段休止时间（或称复位时间、恢复时间、准备时间等，记为to）。这段时间除了使A/D转换器内部电路复原到转换前的状态外，最主要的是等待CPU读取A/D转换结果和再次发出启动转换的指令。

因此，A/D转换器的转换速率n（单位时间内所能完成的转换次数）应由转换时间tc和休止时间to二者共同决定，即AD转换器的设计数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计转换速率的倒数称为转换周期，记为TA/D，即

若A/D转换器在一个采样周期Ts内依次完成N路模拟信号采样值的A/D转换，则对于集中采集式测试系统，N即为模拟输入通道数；对于单路测试系统或分散采集测试系统，则N=1。数据采集之AD转换器的设计AD转换器的设计

若需要测量的模拟信号的最高频率为fmax，则抗混叠低通滤波器截止频率fh应选取为

由于 （其中C为设定的截频系数，一般C>2），则数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计按工作原理划分，常用的A/D转换器有哪几种？

（积分型、逐次比较型、V/F型、∑-Δ型）

你都知道哪些A/D传感器数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计1.逐次比较型AD转换器

从最高位开始通过一位一位位置试探值来改变其内容。特点：速度和分辨率的折衷性能优，应用广泛数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549TLC1549系列是美国德州仪器公司生产的具有串行控制、连续逐次逼近型的10位模数转换器。它采用两个差分基准电压高阻输入和一个三态输出构成三线接口，其中三态输出分别为片选(CS低电平有效)，输入/输出时钟(I/OCLOCK)，数据输出(DATAOUT)。数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549TLC1549的主要特点10位分辨率

内有采样/保持器

片内系统时钟CMOS工艺满刻度时总误差最大仅为±1LSB(4.8mV)，数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549片选端，低电平有效模拟信号输入端转换结果输出端，在时钟信号作用下，前次转换结果以串行方式输出输入输出时钟,下降沿输出，最大频率可达2.1MHz数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549片选端，低电平有效模拟信号输入端转换结果输出端，在时钟信号作用下，前次转换结果以串行方式输出输入输出时钟,下降沿输出，最大频率可达2.1MHz数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549大于280KHz小于280KHz数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549在连续进行A/D转换时，在上次转换结果输出的同时，完成本次转换的采样，这样大大提高了A/D转换的速度。数据采集之AD转换器的设计案例之一：温度环境多参数自动检测仪的设计A/D转换器TLC1549试着写出AD转换程序数据采集之AD转换器的设计STM32F103系列内部ADCSTM32拥有1~3个ADC（STM32F101/102系列只有1个ADC、STM32F103系列最少都拥有2个ADC）。STM32的ADC特性：12位逐次逼近型的模拟数字转换器；最大的转换速率为1Mhz，也就是转换时间为1us；ADC供电要求：2.4V~3.6VADC输入范围：VREF-≤Vin≤VREF+作业：结合STM32F103迷你板，完成ADC实验和内部温度传感器实验。多路通道数据采集系统结构（1）无采样保持器的多通道共享ADC的数据采集结构适合于测量多通道直流或低频信号这种结构应该应用在哪些场合？多路通道数据采集系统结构（2）多通道共享S/H和ADC的数据采集结构适合于测量多通道变化频率较高的信号这种结构应该应用在哪些场合？优点：成本低缺点：无法实现同一时刻各个通道输入信号的采集多路通道数据采集系统结构（3）带独立S/H的多通道共享ADC的数据采集结构实现同一时刻对各个通道输入信号同时采集的功能。这种结构应该应用在哪些场合？缺点：难以实现转换通道较多是的高速数据采集多路通道数据采集系统结构（4）带独立S/H和ADC的多通道数据采集结构这种结构应该应用在哪些场合？数据采集系统揭幕数据采集之模拟信号调理信号调理：将待测信号通过放大、隔离、滤波等操作转换为采集设备能够识别的标准信息。典型的数据采集系统一般都需要信号调理硬件，用于将原始信号以及传感器输出接口到数据采集板上，可极大的改善数据采集系统的性能。（信噪比）信号调理信号放大电压放大仪用放大器运算放大器差动放大器程控放大器特殊放大器功率放大信号滤波无源滤波器：RC（低频）、LC滤波器（高频）有源滤波器：低通、高通、带通、带阻等数据采集之模拟信号调理案例:便携式心电监护仪采集系统设计数据采集之模拟信号调理案例:便携式心电监护仪采集系统设计胸部导联肢体导联右小腿的夹子所起的作用就是排除静电耦合电容引起的位移电流产生的干扰。其余三个肢体夹子在后端分别连接到由放大器组成的放大电路中。数据采集之模拟信号调理案例:便携式心电监护仪采集系统设计人体心电信号的特点频率范围为0～250Hz，主要频率范围集中在0.O