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1、12.1 12.1 计算机测控系统概述计算机测控系统概述q计算机测控系统的一般结构计算机测控系统的一般结构q测控系统的实时性概念测控系统的实时性概念q测控系统对计算机的要求测控系统对计算机的要求q构成测控系统计算机系统的方案选择构成测控系统计算机系统的方案选择12.1.4 12.1.4 构成测控计算机系统的方案选择构成测控计算机系统的方案选择通常有三种构建测控计算机系统的可选方案：通常有三种构建测控计算机系统的可选方案：1.1.采用工业标准的通用微机采用工业标准的通用微机-工控机工控机2.2.采用可编程序控制器采用可编程序控制器3.3.采用单片机采用单片机/ /单板机扩展单板机扩展I/OI/O
2、接口，构成非结构化设接口，构成非结构化设计方案。计方案。-适于小型测控系统，特别是智能化仪器仪表。适于小型测控系统，特别是智能化仪器仪表。12.2 12.2 实现计算机测控系统的关键技术实现计算机测控系统的关键技术q传感器及测量传感器及测量q模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立q数据处理数据处理q执行机构及驱动执行机构及驱动q可靠性与抗干扰技术可靠性与抗干扰技术12.2.1 12.2.1 传感器及测量传感器及测量 实现计算机测控系统的关键技术之一是信息感知与测量。实现计算机测控系统的关键技术之一是信息感知与测量。q传感器是实现信息感知与测量的基本器件，它为系传感器是实现信息感知与测量的基本器件
3、，它为系统提供赖以进行处理和决策控制所必须的原始信息。统提供赖以进行处理和决策控制所必须的原始信息。q传感器是决定能否实现自动化的关键。其性能好传感器是决定能否实现自动化的关键。其性能好坏，是影响测控性能好坏的第一要素。坏，是影响测控性能好坏的第一要素。q传感器主耍应具有三方面能力：传感器主耍应具有三方面能力：(1)(1)能感知被测量能感知被测量( (多为非电量多为非电量) )(2)(2)能将被测量转换为电气参量能将被测量转换为电气参量( (如电压、电如电压、电流、电阻等流、电阻等) )(3)(3)要形成便于后级接收和传输的电信号形式要形成便于后级接收和传输的电信号形式12.2.1 12.2.
4、1 传感器及测量传感器及测量q一个完整的传感器一个完整的传感器, ,一般由以下三部分构成：一般由以下三部分构成：1)1)敏感元件敏感元件2)2)变换元件变换元件3)3)检测电路检测电路对于有源传感器，还需加上电源。对于有源传感器，还需加上电源。敏感元件变换元件检测电路电信号电源传感器的一般结构传感器的一般结构 图中结构是对于间接测量式传感器而言的。对于图中结构是对于间接测量式传感器而言的。对于直接变换式传感器，敏感元件和变换元件是统一的，直接变换式传感器，敏感元件和变换元件是统一的，合二而一的合二而一的( (如热敏电阻等如热敏电阻等) )。12.2.1 12.2.1 传感器及测量传感器及测量v
5、间接测量式传感器的传感过程是：先感知再变换，间接测量式传感器的传感过程是：先感知再变换，即先作一次变换，再作二次变换即先作一次变换，再作二次变换( (如某些加速度传感如某些加速度传感器器) )。这种间接测量的方法可以扩大检测范围，使有些这种间接测量的方法可以扩大检测范围，使有些看来似乎不能检测的量得以检测。间接测量的实看来似乎不能检测的量得以检测。间接测量的实现现, ,可用硬件方法可用硬件方法, ,也可用软件方法。也可用软件方法。v传感器中是否需要检测电路，要视各类传感器的工传感器中是否需要检测电路，要视各类传感器的工作原理及性能指标来定。作原理及性能指标来定。12.2.1 12.2.1 传感
6、器及测量传感器及测量q根据输出电信号形式的不同，传感器可分为以下三类：根据输出电信号形式的不同，传感器可分为以下三类：(1)(1)开关式传感器开关式传感器-输出以高、低电平形式出现输出以高、低电平形式出现(2)(2)数字式传感器，又分为：数字式传感器，又分为：直接数字传感器直接数字传感器频率式传感器频率式传感器脉冲传感器脉冲传感器共同特点：精度较高，共同特点：精度较高，便于和微机接口连接便于和微机接口连接(3)(3)模拟传感器模拟传感器-输出以连续变化电量形式出现，需通过输出以连续变化电量形式出现，需通过A/DA/D通道与数字系统相连。通道与数字系统相连。12.2.1 12.2.1 传感器及测
7、量传感器及测量q传感器基本性能可由它的静态特性和动态特性来反映。传感器基本性能可由它的静态特性和动态特性来反映。v常用的静态特性参数有：线性度、重复性、迟常用的静态特性参数有：线性度、重复性、迟滞、灵敏度和分辨率等。滞、灵敏度和分辨率等。v动态特性参数主要有：动态响应时间、工作频动态特性参数主要有：动态响应时间、工作频率范围和稳定度等。率范围和稳定度等。v实用中常从以下几方面对传感器提出综合要求：实用中常从以下几方面对传感器提出综合要求：(1)(1)具有特定的传感特性，即能保证一定的灵敏度、具有特定的传感特性，即能保证一定的灵敏度、精确度和长时间稳定性。精确度和长时间稳定性。(2)(2)具有可
8、靠性，即在成本适中的前提下有较长的具有可靠性，即在成本适中的前提下有较长的工作寿命。工作寿命。(3)(3)能适应工作环境，少受外界因素的影响，不受能适应工作环境，少受外界因素的影响，不受其它物理量干扰。其它物理量干扰。(4)(4)具有较小或者适宜的几何尺寸，以方便使用。具有较小或者适宜的几何尺寸，以方便使用。12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立q模拟模拟I/OI/O通道概述通道概述q模拟输入通道的结构形式模拟输入通道的结构形式q模拟输出通道的结构形式模拟输出通道的结构形式q模拟多路开关与采样保持器模拟多路开关与采样保持器q模拟模拟I/OI/O通道的设计和建立通道的设
9、计和建立12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立1.1.模拟模拟I/OI/O通道概述通道概述(1)(1)模拟输入通道模拟输入通道-微机用于对单个微机用于对单个/ /多个模拟量进行采集的多个模拟量进行采集的A/DA/D通通道，也叫前向通道。道，也叫前向通道。v建立目的：参数测量、数据采集、状态监视。建立目的：参数测量、数据采集、状态监视。v基本组成：基本组成：ADCADC及其与及其与MPUMPU的接口的接口-核心部件核心部件采样采样/ /保持器保持器(S/H)(S/H)模拟多路开关模拟多路开关(AMUX)(AMUX)具体取决于具体取决于通道结构通道结构12.2.2 12.
10、2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(2)(2)模拟输出通道模拟输出通道-微机用来发送单路微机用来发送单路/ /多路模拟信号的多路模拟信号的D/AD/A通通 道，有时也叫后向通道。道，有时也叫后向通道。v建立目的：参数控制、记录显示建立目的：参数控制、记录显示v基本组成：基本组成：DACDAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口-核心部件核心部件数字或模拟寄存器数字或模拟寄存器模拟多路开关模拟多路开关(AMUX)(AMUX)具体取决于具体取决于通道结构通道结构12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立2.2.模拟输入通道的结构形式模拟输入通道的结构形式单路通道单路
11、通道不带采样保持器的单路模入通道不带采样保持器的单路模入通道带采样保持器的单路模入通道带采样保持器的单路模入通道多路通道多路通道各路独立转换的多路模入通道各路独立转换的多路模入通道同时采样、分时转换型多路模入通道同时采样、分时转换型多路模入通道分时采样、分时转换型多路模入通道分时采样、分时转换型多路模入通道12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(1)(1)不带采样保持器的单路模入通道不带采样保持器的单路模入通道VIADCI/OI/O接口接口MPU这是最简单的模入通道，实际上就是这是最简单的模入通道，实际上就是ADCADC及其及其与与MPUMPU的接口。的接口。一般只采
12、集一个点的直流或低频信号时可用它。一般只采集一个点的直流或低频信号时可用它。适用条件：适用条件：ViVi=maxdVidVidtdtmaxTCONVVFSVFS2 2n= =q q12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(2)(2)带采样保持器的单路模入通道带采样保持器的单路模入通道VIS/HADCI/OI/O接口接口MPU当当ViVi的变化率较大，以致的变化率较大，以致TCONVdVidtmaxVFS2n=q时，应采用它。时，应采用它。12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(3)(3)各路独立转换的多路模入通道各路独立转换的多路模入通道VI2
13、VIn.S/HADCVI1S/HADCI/OS/HADCI/OI/OMPUv特点：各路都有自己独立的特点：各路都有自己独立的A/DA/D转换通道，可同转换通道，可同时采样、同时转换、同时得到转换结果。时采样、同时转换、同时得到转换结果。v优点：采样频率可达到几乎与单路一样高。优点：采样频率可达到几乎与单路一样高。v适用范围：特别适于要求描述系统性能的各项参适用范围：特别适于要求描述系统性能的各项参数必须是同一时刻数据的高速采集、控制系统。数必须是同一时刻数据的高速采集、控制系统。12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(4)(4)同时采样、分时转换型多路模入通道同时采样
14、、分时转换型多路模入通道VI1VI2.VInS/HS/HS/H.模模拟拟多多路路开开关关ADCI/OI/O接口接口MPUv特点：各路都有自己独立的放大、采样保持器，然后通过模拟多特点：各路都有自己独立的放大、采样保持器，然后通过模拟多路开关分时复用路开关分时复用ADCADC，实现并行采样、串行转换。，实现并行采样、串行转换。v优缺点：比各路独立转换模入通道节省了硬件，降低了成本，优缺点：比各路独立转换模入通道节省了硬件，降低了成本，但影响精度和速度。但影响精度和速度。v适用范围：在多点参数巡回检测系统中，应用非常广泛。适用范围：在多点参数巡回检测系统中，应用非常广泛。12.2.2 12.2.2
15、 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(5)(5)分时采样、分时转换型多路模入通道分时采样、分时转换型多路模入通道VI1VI2VIn.模拟多路开关.S/HADCI/OI/O接口接口MPUv特点：将各路分时共享的范围扩大到全套特点：将各路分时共享的范围扩大到全套A/DA/D通道设备。通道设备。v优缺点：比同时采样、分时转换型进一步节省了硬优缺点：比同时采样、分时转换型进一步节省了硬件，降低了成本，但速度更慢。精度与之差不多。件，降低了成本，但速度更慢。精度与之差不多。v适用范围：在实际测控系统特别是多点参数巡回检测适用范围：在实际测控系统特别是多点参数巡回检测系统中应用特别广泛。系统中应用特别广
16、泛。12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立3.3.模拟输出通道的结构形式模拟输出通道的结构形式单路通道单路通道多路通道多路通道数字分配型多路模出通道数字分配型多路模出通道模拟分配型多路模出通道模拟分配型多路模出通道12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(1)(1)单路模出通道单路模出通道MPUI/OI/O接口接口DACVO（数据缓存器）（数据缓存器）实际上就是实际上就是DACDAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(2)(2)数字分配型多路模出通道有两种结构形式。数字分配型多路
17、模出通道有两种结构形式。口地址口地址译码译码MPUMPUDBDBABAB数据寄数据寄存器存器DACDACDACDAC数据寄数据寄存器存器VO1VO1VOnVOnv特点：特点： 各路通道分时送数、分时各路通道分时送数、分时D/AD/A转换、分时输出模拟量。转换、分时输出模拟量。 CPUCPU将表示各路输出数据的数字量分配给相应通道。将表示各路输出数据的数字量分配给相应通道。v说明：如果说明：如果DACDAC芯片上含有输入缓存器芯片上含有输入缓存器( (大多数大多数DACDAC芯片芯片 都是如此都是如此) )，则图中各个数据寄存器不必另加。，则图中各个数据寄存器不必另加。结构形式一：结构形式一：1
18、2.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立结构形式二：结构形式二：缓存器缓存器缓存器缓存器DACDACDACDAC输入寄输入寄存器存器输入寄输入寄存器存器MPUMPUDBDBABAB口地址口地址译码译码VO1VO1VOnVOnv特点：各路通道分时送数、同时转换、同时输出模拟量。特点：各路通道分时送数、同时转换、同时输出模拟量。v说明：如果说明：如果DACDAC芯片内集成了两级输入缓存器，就不必芯片内集成了两级输入缓存器，就不必 外加图中两级寄存器。外加图中两级寄存器。v适用范围：适于用在对描述系统性能的各项参数需要适用范围：适于用在对描述系统性能的各项参数需要 同时更新的实
19、时控制场合。同时更新的实时控制场合。12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(3)(3)模拟分配型多路模出通道模拟分配型多路模出通道结构之一：结构之一：保持器保持器保持器保持器MPUMPUI/OI/ODACDAC模拟模拟多路多路开关开关VO1VO1VOnVOn特点：各路共用一个特点：各路共用一个DACDAC，各用一个保持器。各用一个保持器。 各路输出数据所对应的数字量由各路输出数据所对应的数字量由MPUMPU分时送到同分时送到同一个一个DACDAC，转换成转换成VOVO，然后由然后由AMUXAMUX分配到相应通道的分配到相应通道的保持器去存储下来。显然，这里分配的是各路
20、转换保持器去存储下来。显然，这里分配的是各路转换后的模拟信号。后的模拟信号。12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立结构之二：结构之二：MPUMPUI/OI/ODACDACVO1VO1VOnVOnS/HS/HS/HS/Hv当通道数目较多时，结构二比结构一的造价要高得多。当通道数目较多时，结构二比结构一的造价要高得多。v两种模拟分配型结构均必须通过软件来定时刷新数据。两种模拟分配型结构均必须通过软件来定时刷新数据。方法是编制程序，使输入到方法是编制程序，使输入到DACDAC的数字量在一个输出周的数字量在一个输出周期内不断循环更新。期内不断循环更新。4.4.模拟多路开关与采
21、样保持器模拟多路开关与采样保持器(1)(1)模拟多路开关模拟多路开关 - -能够分时的将多个模拟信号接通至一根线能够分时的将多个模拟信号接通至一根线上的部件。上的部件。 模拟多路开关实际上是由多个模拟电子开模拟多路开关实际上是由多个模拟电子开关加上通道选择译码电路组成。关加上通道选择译码电路组成。 12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立模拟多路开关模拟多路开关 的原理：的原理：通道译码通道译码 地址地址ENAMUXV0VI1VI2VIn12n模拟多路开关的分类：模拟多路开关的分类：模拟多路开关的通道数模拟多路开关的通道数n n一般取一般取2 2 值，实际中以值，实际中
22、以 n=4,8,16n=4,8,16居多居多12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立单向开关：单向开关：用于多到一分时切用于多到一分时切换换双向开关：双向开关：既可用于多到一切换既可用于多到一切换 ( (选择选择) )，又可用于一，又可用于一 到多切换到多切换( (分配分配) )按被接通模拟信号按被接通模拟信号的传输方向分的传输方向分按一次能接通的按一次能接通的模拟信号端数分模拟信号端数分单端输入开关单端输入开关双端输入开关：双端输入开关：特别适合于转换、特别适合于转换、 切换差动输入的模切换差动输入的模 拟信号拟信号常见多通道模拟开关器件：常见多通道模拟开关器件：12
23、.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立AD7501/AD7503AD7501/AD7503AD7502AD7502AD7506/AD7507AD7506/AD7507由美国由美国ADAD公司生产公司生产 CD4051A/CD4052ACD4051A/CD4052ACD4067B/CD4097BCD4067B/CD4097B由美国由美国RCARCA公司生产公司生产AD7501/AD7503-8AD7501/AD7503-8通道单端输入模拟开关通道单端输入模拟开关方框图方框图 两者的不同之处是两者的不同之处是ENEN控制逻辑相反，控制逻辑相反，AD7501AD7501是高电平
24、有效，是高电平有效，AD7503AD7503是低电平有效。是低电平有效。引脚图引脚图TTLTTL到到CMOSCMOS电平转换电平转换译码驱动译码驱动V VDDDD地地V VSSSSEN AEN A2 2 A A1 1 A A0 0 . . . . .OUT SOUT S0 0 . . . . .S S7 7ADAD75017501（75037503）A A1 1地地ENENA A2 2S S7 7S S6 6S S5 5S S4 4S S3 3S S2 2S S1 1S S0 0OUTOUTV VDDDDV VSSSSA A0 01 116161 15 512128 89 912.2.2 12
25、.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立AD7501/AD7503AD7501/AD7503通道选择真值表通道选择真值表12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立AD7501 AD7503AD7501 AD7503A A2 2 A A1 1 A A0 0 ENENA A2 2 A A1 1 A A0 0 ENEN0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0
26、 0 1 10 0 0 00 0 0 00 0 1 00 0 1 00 1 0 00 1 0 00 1 1 00 1 1 01 0 0 01 0 0 01 0 1 01 0 1 01 1 0 01 1 0 01 1 1 01 1 1 0 ONON ONON0 02 23 34 45 56 67 7无无0 01 11 12 23 34 45 56 67 7无无AD7502-AD7502-双四通道模拟开关双四通道模拟开关12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立TTLTTL到到CMOSCMOS电平转换电平转换译码驱动译码驱动ADAD75027502AD7502AD7502通道
27、选择真值表通道选择真值表方框图方框图EN AEN A1 1 A A0 0V VDDDDV VSSSS地地OUTOUT0 03 3 S S0 0.S.S3 3S S4 4SS7 7 OUT OUT4 47 7A A1 1地地ENEN0 0UTUT4 47 70 0UTUT0 03 3S S7 7S S6 6S S5 5S S4 4S S0 0S S1 1S S2 2S S3 3A A0 0V VSSSSV VDDDD1 116165 512128 89 9引脚图引脚图A A1 1 A A0 00 00 00 10 11 01 01 11 1 ENEN“ON”ON”1 11 11 11 10 00
28、 0、4 41 1、5 52 2、6 63 3、7 7无无AD7506AD7506和和AD7507AD7507 两者均为有两者均为有1616个输入端的个输入端的CMOSCMOS模拟开关，不同之处是模拟开关，不同之处是AD7506AD7506为为1616通道单端输入，通道单端输入，AD7505AD7505为为8 8通道双端输出。通道双端输出。TTLTTL到到CMOSCMOS电平转换电平转换译码驱动译码驱动ADAD75067506EN AEN A3 3 A A2 2 A A1 1 A A0 0。 。 。OUT SOUT S0 0 ， ， ，S S1515方框图方框图AD7506AD7506V VD
29、DDDV VSSSS地地V VDDDDNCNCNCNCS S1515。 。 。A A3 3NCNC地地S S8 8OUTOUTV VSSSSS S7 7。 。 。A A2 2A A1 1A A0 0ENENS S0 01 128288 8141415152121引脚图引脚图12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立TTLTTL到到CMOSCMOS电平转换电平转换译码驱动译码驱动EN AEN A2 2 A A1 1 A A0 0V VDDDD地地V VSSSSOUTOUT0 07 7 S S0 0.S.S7 7
30、S S8 8 S S1515 OUT OUT8 81515方框图方框图. . . . . . . . .AD7507AD7507引脚图引脚图ADAD75077507V VDDDDOUTOUT8 81515NCNCS S1515. . . . .NCNCNCNC地地S S8 8OUTOUT0 07 7V VSSSSS S7 7. . . . .A A2 2A A1 1A A0 0ENENS S0 01 128288 8212114141515 12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立 0 无无 AD7501AD7503AD7503A3 A2 A1 A0 EN“ON”A A
31、2 A1 A9 EN“ON” 0 0 0 0 10 0 0 0 10,8 0 0 0 1 11 0 0 1 11,9 0 0 1 0 12 0 1 0 12,10 0 0 1 1 13 0 1 1 13,11 0 1 0 0 14 1 0 0 14,12 0 1 0 1 15 1 0 1 15,13 0 1 1 0 16 1 1 0 16,14 0 1 1 1 17 1 1 1 17,15 1 0 0 0 18 0无无 1 0 0 1 19 1 0 1 0 110 1 0 1 1 111 1 1 0 0 112 1 1 0 1 113 1 1 1 0 114 1 1 1 1 115 AD750
32、6/AD7507AD7506/AD7507通道选择真值表通道选择真值表12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立CD4051A/CD4052ACD4051A/CD4052ACD4051ACD4051A方框图和引脚图方框图和引脚图IN/OUTIN/OUT通道通道带有禁带有禁止的二止的二进制进制8-18-1译码器译码器逻辑逻辑电平电平转换器转换器V VDDDDA AB BC CINHINHA AV VSSSSV VEEEEOUT/INOUT/INTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTG公共公共7 7 6 6 5 5 4 34 3 2 2 1 1 0 0
33、4 4 2 2 5 5 1 1 12151215141413136 67 78 89 910101111161612.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立CD4052ACD4052A方框图及引脚图方框图及引脚图X X通道通道IN/OUTIN/OUTY Y通道通道IN/OUTIN/OUT公共公共X XOUT/INOUT/IN公共公共Y YOUT/INOUT/IN13133 3TGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTGTG带有禁带有禁止允许止允许控制的控制的译码器译码器逻辑逻辑电平电平转换器转换器V VDDDDV VSSSSV VEEEE161610109
34、96 67 78 8A AB BINHINH3 2 1 03 2 1 00 1 2 30 1 2 311151412111514121 1 5 2 45 2 4CD4051A/CD4052ACD4051A/CD4052A通道选择真值表通道选择真值表12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立输入状态输入状态选中的通道选中的通道CD4051ACD4051ACD4052ACD4052AINHINHA B CA B C0 00 00 00 00 00 00 00 01 10 0 00 0 00 0 10 0 10 1 00 1 00 1 10 1 11 0 01 0 01 0 1
35、1 0 11 1 01 1 01 1 11 1 1 0 01 12 23 34 45 56 67 7没有没有没有没有0 0X,0YX,0Y1 1X,1YX,1Y2 2X,2YX,2Y1 1X,1YX,1Y2 2X,2YX,2Y3 3X,3YX,3Y3 3X,3YX,3Y0X,0Y0X,0Y12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立 通道选择真值表与通道选择真值表与CD4051A/CD4052ACD4051A/CD4052A相似，相似，CD4067BCD4067B对应对应 CD4051A CD4051A，只是输入状态为只是输入状态为C C、D D、B B、A A决定的决定的
36、1616种，分别选中种，分别选中 0 01515通道；通道；CD4097BCD4097B对应对应CD4052ACD4052A，选中的通道为选中的通道为X0/Y0X0/Y0X7/Y7,X7/Y7,分别由分别由C C、B B、A A的的8 8种控制状态决定。种控制状态决定。 前者是前者是1616通道双向多通道双向多/1/1模拟开关，后者是双输入、模拟开关，后者是双输入、双输出双输出8 8路多路多/1/1模拟开关。模拟开关。通道通道通道通道IN/OUTIN/OUTIN/OUTIN/OUTIN/OUTIN/OUTIN/OUTIN/OUTX X通道通道Y Y通道通道OUT/INOUT/INY YOUT/
37、INOUT/INOUT/INOUT/IN公共公共7 70 0 0 0. . . . .A AB BV VSSSSV VDDDD8 81515INHINHC CD DX X. . . . .7 70 0A AB BV VSSSS. . . . .V VDDDD0 06 67 7C CINHINH. . . . .1 12 23 34 45 56 67 79 98 81010111112122424232322222121202019191818171716161515141413131 12 23 34 45 56 67 78 89 9101011111212242423232222212120
38、201919181817171616151514141313CDCD4067B4067BCDCD4097B4097B模拟开关的主要参数：模拟开关的主要参数：12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立开关接通后导通电阻开关接通后导通电阻RonRon所有开关断开时输出端漏电流所有开关断开时输出端漏电流IOUTIOUT所有开关断开时输入端漏电流所有开关断开时输入端漏电流ISIS开关接通时间延迟开关接通时间延迟ToffToff通道切换时间通道切换时间TopenTopen 这些参数值直接影响模拟开关所在这些参数值直接影响模拟开关所在A/DA/D、D/AD/A通道的精通道的精度和速度
39、。度和速度。模拟开关通道数扩展方法模拟开关通道数扩展方法12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立以以2 2个个AD7501AD7501扩展扩展为为1616路路AMUXAMUX为例：为例：AD7501AD7501OUTOUTOUTOUTOUTOUTENENENENS S0 0S S7 7A A2 2A A1 1A A0 0S S0 0S S7 7A A2 2A A1 1A A0 0A A3 3S S0 0S S7 7A A2 2A A1 1A A0 0S S8 8S S1515. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .& &12.2
40、.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立(2)(2)采样保持电路采样保持电路( (S/H)S/H)主要参数主要参数 孔径时间孔径时间TAPTAP：指该电路接到保持命令后，开关由导通到断开所需的时间。指该电路接到保持命令后，开关由导通到断开所需的时间。 捕捉时间捕捉时间TACTAC：指该电路处于保持模式时，从接到采样命令到采样保持器输出跟踪上指该电路处于保持模式时，从接到采样命令到采样保持器输出跟踪上当前输入信号所需的时间。当前输入信号所需的时间。保持电压衰减率保持电压衰减率: :( (V/S)V/S) 馈送：保持模式时由于寄生电容、输入电压变化引起的输出电压的微小变化。馈送：保
41、持模式时由于寄生电容、输入电压变化引起的输出电压的微小变化。 直流偏差：采样期间将信号输入端直流偏差：采样期间将信号输入端( (ViVi端端) )接到地电平时的输出电压值。接到地电平时的输出电压值。控制信号控制信号VVTT控制控制逻辑逻辑V VI IChChV VO OS S- -+ + A2A2- -+ +A1A16 612.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立S/HS/H集成芯片举例集成芯片举例以应用较普遍的以应用较普遍的LF398LF398为例。为例。LF398LF398的功能框图和典型接线的功能框图和典型接线偏置调节偏置调节模拟模拟输入输入控制控制输入输入3 37
42、 76 62 23030kkD D1 1D D2 2S S300300A1A1+ + +- - -A2A2ChCh5 5输出输出2424kk1k1k采样采样保持保持保持保持LF398LF3985 5V VO OChChV VI IV+V+ V-V-5.5.模拟模拟I/OI/O通道的设计和建立通道的设计和建立主要任务：主要任务：合理选择通道结构合理选择通道结构 正确设计或选用功能部件正确设计或选用功能部件( (ADCADC、DACDAC、AMUXAMUX、S/HS/H、测量放大器等测量放大器等) ) 正确设计通道中各功能部件与正确设计通道中各功能部件与MPUMPU的接口的接口( (包括硬件包括硬
43、件和软件和软件) )设计原则设计原则( (指导思想指导思想) )：就低不就高就低不就高-以能满足要求、达到预期指标为先决条件。以能满足要求、达到预期指标为先决条件。方案的多解性方案的多解性-灵活性较大灵活性较大12.2.2 12.2.2 模拟模拟I/OI/O通道建立通道建立12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理数据处理技术从一般意义上说，包括三方面内容：数据处理技术从一般意义上说，包括三方面内容： 信号调理信号调理-对传感器输出信号进行放大、滤波、对传感器输出信号进行放大、滤波、I/VI/V转换等转换等预处理。预处理。一次处理一次处理-对采集到计算机中的信号数据进行数字滤波、对采集到计算
44、机中的信号数据进行数字滤波、 非线性补偿、标度变换等加工处理，旨在提高非线性补偿、标度变换等加工处理，旨在提高 采集数据的精确度、可信度，并使之标准化、采集数据的精确度、可信度，并使之标准化、 格式化，以运算和显示、打印格式化，以运算和显示、打印/ /记录。记录。二次处理二次处理-对可信的数据进行分析、融合、处理、判对可信的数据进行分析、融合、处理、判断、决策，形成控制信息。断、决策，形成控制信息。 信号调理都是由硬件完成的，而一次信号调理都是由硬件完成的，而一次/ /二次处理一二次处理一般由软件完成。般由软件完成。通常所说的处理多指上述的一次处理。通常所说的处理多指上述的一次处理。 一次处理
45、的主要任务是提高检测数据的精确度、可一次处理的主要任务是提高检测数据的精确度、可 靠度靠度, ,而精确度、可靠度主要受检测过程的随机误差和系而精确度、可靠度主要受检测过程的随机误差和系 统误差的影响。因此数据处理实质上主要包括随机误差和统误差的影响。因此数据处理实质上主要包括随机误差和系统误差两种误差的处理。系统误差两种误差的处理。12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理1.1.随机误差的处理随机误差的处理随机误差随机误差-主要指外部干扰信号和内部噪声源或主要指外部干扰信号和内部噪声源或 某些意外情况出现所造成的检测误差。某些意外情况出现所造成的
46、检测误差。随机误差特点随机误差特点单点误差具有不可预知性单点误差具有不可预知性( (即随机性即随机性) )。总体上服从统计规律，多数情况下接近正态分布。总体上服从统计规律，多数情况下接近正态分布。具有对称性、有界性、互抵性，算术平均值趋于具有对称性、有界性、互抵性，算术平均值趋于 0 0。12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理特点带来的启示特点带来的启示( (随机误差处理的基本思想和理随机误差处理的基本思想和理 论基础论基础):): 为了提高信噪比，可在每个采样周期中进行多次重复为了提高信噪比，可在每个采样周期中进行多次重复采样，以其平均值作为该周期的采样采样，以其平均值作为该周期的采样
47、 当然，在检测过程中有时可能会偶尔出现强干扰当然，在检测过程中有时可能会偶尔出现强干扰 和意外情况，产生粗大误差或个别数据丢失现象。和意外情况，产生粗大误差或个别数据丢失现象。 这些偶尔出现的错误数据点常被称作这些偶尔出现的错误数据点常被称作 奇异点奇异点 。 显然，奇异点不符合上述一般随机误差的特点和显然，奇异点不符合上述一般随机误差的特点和 规律。规律。12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理 所以，为了尽可能减小数据处理误差，所以，为了尽可能减小数据处理误差，对随机误差的处理一般分为两步：对随机误差的处理一般分为两步： (1)(1)检拾并取代奇异点检拾并取代奇异点(2)(2)数字滤波
48、数字滤波(1)(1)检拾并取代奇异点检拾并取代奇异点检拾检拾( (判别判别) )奇异点奇异点 - -方法是根据采样频率和被测物理量变化方法是根据采样频率和被测物理量变化 特征，设定一个误差窗口特征，设定一个误差窗口W(W(也叫误差容限也叫误差容限) )，然，然 后看每次的实测值后看每次的实测值XtXt与预测值与预测值XtXt之差是否超过之差是否超过W W，据此判断。据此判断。12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理取代奇异点取代奇异点 -用预测值用预测值XtXt取代实测值取代实测值XtXt。 如何得到预测值如何得到预测值XtXt，取决于所采用的预
49、测方法及取决于所采用的预测方法及所建立的预测模型。所建立的预测模型。 一般测控系统中常用一阶差分方程作为预测模型来计一般测控系统中常用一阶差分方程作为预测模型来计算预测值，即：算预测值，即： Xt=Xt-1+(Xt-1-Xt-2)Xt=Xt-1+(Xt-1-Xt-2) 这种方法虽然简单，但当采样频率的选择符合采样定理这种方法虽然简单，但当采样频率的选择符合采样定理时，这样得到的预测结果还是足够精确的。时，这样得到的预测结果还是足够精确的。 为确保检测结果的正确性、真实性，有时还应对连续出为确保检测结果的正确性、真实性，有时还应对连续出现的奇异点进行计数，以防系统误差造成的数据平移等假象。现的奇
50、异点进行计数，以防系统误差造成的数据平移等假象。12.2.3 12.2.3 数据处理数据处理E=E-1(E=E-1(采样点数减采样点数减1 1） 设定误差窗口设定误差窗口W W和采样点数和采样点数N N设置工设置工作单元作单元A,B,C,D,E;NEA,B,C,D,E;NE读入读入Xt-2Xt-2、Xt-1Xt-1和和Xt Xt-Xt Xt-2A2A、Xt-1BXtCXt-1BXtC计算预测值：计算预测值：Xt=(B)+(B)(A),XtDXt=(B)+(B)(A),XtDC-DW?C-DW?奇异点计数清零奇异点计数清零( (B)A,(C)BB)A,(C)BE=0?E=0?计算算术平均值：计算