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1、第二章输入通道接口技术本讲稿第一页，共七十一页输入通道接口技术2.1 信号测量与传感器技术信号测量与传感器技术 2.2 模拟信号输入通道接口模拟信号输入通道接口 2.3 键盘接口技术键盘接口技术 2.4 开关量信号输入接口开关量信号输入接口 本讲稿第二页，共七十一页输入通道包括：输入通道包括：信号测量部分信号测量部分信号调理部分信号调理部分模拟多路开关模拟多路开关A/D转换器转换器计算机接口。计算机接口。输入通道接口技术本讲稿第三页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术传感器能将需要测量的各种参数转换为电信传感器能将需要测量的各种参数转换为电信号，电信号经过调理、号，电信号经过调理、A/D转
2、换后变为数字转换后变为数字信号便于计算机处理。信号便于计算机处理。2.1.1 温度测量传感器温度测量传感器 温度测量方式有接触式和非接触式两大类温度测量方式有接触式和非接触式两大类。本讲稿第四页，共七十一页测测测测温方式温方式温方式温方式类类类类 别别别别原原原原 理理理理典型典型典型典型仪仪仪仪表表表表测测测测温范温范温范温范围围围围接触式接触式接触式接触式测测测测温温温温膨膨膨膨胀类胀类胀类胀类利用液体气体的利用液体气体的利用液体气体的利用液体气体的热热热热膨膨膨膨胀胀胀胀及物及物及物及物质质质质的的的的蒸气气蒸气气蒸气气蒸气气压变压变压变压变化化化化玻璃液体温度玻璃液体温度玻璃液体温度玻
3、璃液体温度计计计计 100100 600 600压压压压力式温度力式温度力式温度力式温度计计计计 100100 500 500利用两种金属的利用两种金属的利用两种金属的利用两种金属的热热热热膨膨膨膨胀胀胀胀差差差差双金属温度双金属温度双金属温度双金属温度计计计计 8080 600 600热电类热电类热电类热电类利用利用利用利用热电热电热电热电效效效效应应应应热电热电热电热电偶偶偶偶 200200 1800 1800电电电电阻阻阻阻类类类类固体材料的固体材料的固体材料的固体材料的电电电电阻随温度阻随温度阻随温度阻随温度变变变变化而化而化而化而变变变变化化化化铂热电铂热电铂热电铂热电阻阻阻阻 26
4、0260 850 850铜热电铜热电铜热电铜热电阻阻阻阻 5050 150 150热热热热敏敏敏敏电电电电阻阻阻阻 5050 300 300其他其他其他其他电电电电学学学学类类类类半半半半导导导导体器件的温度效体器件的温度效体器件的温度效体器件的温度效应应应应集成温度集成温度集成温度集成温度传传传传感器感器感器感器 5050 150 150晶体的固有晶体的固有晶体的固有晶体的固有频频频频率随温度率随温度率随温度率随温度变变变变化而化而化而化而变变变变化化化化石英晶体温度石英晶体温度石英晶体温度石英晶体温度计计计计 5050 120 120光光光光纤类纤类纤类纤类利用光利用光利用光利用光纤纤纤纤
5、的温度特性或作的温度特性或作的温度特性或作的温度特性或作为传为传为传为传光光光光介介介介质质质质光光光光纤纤纤纤温度温度温度温度传传传传感器感器感器感器 5050 400 400非接触式非接触式非接触式非接触式测测测测温温温温光光光光纤辐纤辐纤辐纤辐射温度射温度射温度射温度计计计计200200 4000 4000辐辐辐辐射射射射类类类类利用普朗克定律利用普朗克定律利用普朗克定律利用普朗克定律光光光光电电电电高温高温高温高温计计计计800800 3200 3200辐辐辐辐射射射射传传传传感器感器感器感器400400 2000 2000本讲稿第五页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术 金属热电
6、阻类传感器属于接触式温度测量传感器。其优点是：信金属热电阻类传感器属于接触式温度测量传感器。其优点是：信金属热电阻类传感器属于接触式温度测量传感器。其优点是：信金属热电阻类传感器属于接触式温度测量传感器。其优点是：信号可以远传，灵敏度高，无须参比温度。号可以远传，灵敏度高，无须参比温度。号可以远传，灵敏度高，无须参比温度。号可以远传，灵敏度高，无须参比温度。当铂的纯度当铂的纯度当铂的纯度当铂的纯度WW100100=R R100100/R R0 0=1.3850=1.3850，R R0 0选用选用选用选用1010 和和和和100100 两两两两种阻值（分度号分别为种阻值（分度号分别为种阻值（分度
7、号分别为种阻值（分度号分别为Pt10Pt10和和和和Pt100Pt100）时，铂热电阻温度测量）时，铂热电阻温度测量）时，铂热电阻温度测量）时，铂热电阻温度测量范围为范围为范围为范围为 200200850850，其电阻与温度的关系为：，其电阻与温度的关系为：，其电阻与温度的关系为：，其电阻与温度的关系为：当当当当T T00时时时时 R R(T T)=)=R R0 0(1+(1+ATAT+BT BT 2 2)当当当当T T0 0时时时时 R R(T T)=)=R R0 0 1+1+ATAT+BT BT 2 2+CT CT 3 3(T T 100)100)式中，式中，式中，式中，A A=3.908
8、310=3.908310 3 3 1 1,B B=5.775105.77510 7 7 2 2,C C=4.183104.18310 1212 4 4。本讲稿第六页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术T TPt100Pt100Pt10Pt10T TPt100Pt100Pt10Pt10T TPt100Pt100Pt10Pt10 20020018.5218.521.8521.852160160161.05161.0516.10516.105520520287.62287.6228.76228.762 18018027.1027.102.7102.710180180168.48168.4816.
9、84816.848540540294.21294.2129.42129.421 16016035.5435.543.5543.554200200175.86175.8617.58617.586560560300.75300.7530.07530.075 14014043.8843.884.3884.388220220183.19183.1918.31918.319580580307.25307.2530.72530.725 12012052.1152.115.2115.211240240190.47190.4719.04719.047600600313.71313.7131.37131.371
10、 10010060.2660.266.0266.026260260197.71197.7119.77119.771620620320.12320.1232.01232.012 808068.3368.336.8336.833280280204.90204.9020.49020.490640640326.48326.4832.64832.648 606076.3376.337.6337.633300300212.05212.0521.20521.205660660332.79332.7933.27933.279 404084.2784.278.4278.427320320219.15219.15
11、21.91521.915680680339.06339.0633.90633.906 202092.1692.169.2169.216340340226.21226.2122.62122.621700700345.28345.2834.52834.52800100.00100.0010.00010.000360360233.21233.2123.32123.321720720351.46351.4635.14635.1462020107.79107.7910.77910.779380380240.18240.1824.01824.018740740357.59357.5935.75935.75
12、94040115.54115.5411.55411.554400400247.09247.0924.70924.709760760363.67363.6736.36736.3676060123.24123.2412.32412.324420420253.96253.9625.39625.396780780369.71369.7136.97136.9718080130.90130.9013.09013.090440440260.78260.7826.07826.078800800375.70375.7037.57037.570100100138.51138.5113.85113.85146046
13、0267.56267.5626.75626.756820820381.65381.6538.16538.165120120146.07146.0714.60714.607480480274.29274.2927.42927.429840840387.55387.5538.77538.775140140153.58153.5815.35815.358500500280.98280.9828.09828.098860860390.48390.4839.04839.048表2-3 铂热电阻分度表 本讲稿第七页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术热电阻结构分为普通型和铠装型两种。图热电阻结构分为普
14、通型和铠装型两种。图热电阻结构分为普通型和铠装型两种。图热电阻结构分为普通型和铠装型两种。图2-12-1所示为所示为所示为所示为铠装铂热电阻的结构。铠装铂热电阻的结构。铠装铂热电阻的结构。铠装铂热电阻的结构。图图2-1 铠装铂热电阻的结构铠装铂热电阻的结构 本讲稿第八页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术2.1.2 压力测量传感器压力测量传感器 压电式压力传感器利用压电材料的压电效应将被测压压电式压力传感器利用压电材料的压电效应将被测压压电式压力传感器利用压电材料的压电效应将被测压压电式压力传感器利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号。在弹性范围内，压电元件产生的电力转换为电信号。在
15、弹性范围内，压电元件产生的电力转换为电信号。在弹性范围内，压电元件产生的电力转换为电信号。在弹性范围内，压电元件产生的电荷量与作用力之间呈线性关系，即：荷量与作用力之间呈线性关系，即：荷量与作用力之间呈线性关系，即：荷量与作用力之间呈线性关系，即：q q=kSpkSp 式中，式中，式中，式中，q q为电荷量，为电荷量，为电荷量，为电荷量，k k为压电常数，为压电常数，为压电常数，为压电常数，S S为作用面积，为作用面积，为作用面积，为作用面积，p p为为为为压力。压力。压力。压力。图图图图2-22-2为一种压电式压力传感器的结构示意图。为一种压电式压力传感器的结构示意图。为一种压电式压力传感器
16、的结构示意图。为一种压电式压力传感器的结构示意图。本讲稿第九页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术图图2-2 压电式压力传感器结构示意图压电式压力传感器结构示意图 本讲稿第十页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术2.1.3 流量测量传感器流量测量传感器流体的流量是指在单位时间内流过某一个流通截面的流体的流量是指在单位时间内流过某一个流通截面的流体的流量是指在单位时间内流过某一个流通截面的流体的流量是指在单位时间内流过某一个流通截面的流体的体积或者质量。流体的体积或者质量。流体的体积或者质量。流体的体积或者质量。流量计的种类繁多，分别适合于不同的工作场合。按流量计的种类繁多，分别适合于不
17、同的工作场合。按流量计的种类繁多，分别适合于不同的工作场合。按流量计的种类繁多，分别适合于不同的工作场合。按检测原理分类的典型流量计列在表检测原理分类的典型流量计列在表检测原理分类的典型流量计列在表检测原理分类的典型流量计列在表2-42-4中。中。中。中。本讲稿第十一页，共七十一页2.1 信号测量与传感器技术类类类类 别别别别仪仪仪仪 表表表表 名名名名 称称称称体体体体积积积积流量流量流量流量计计计计容容容容积积积积式流量式流量式流量式流量计计计计椭圆齿轮椭圆齿轮椭圆齿轮椭圆齿轮流量流量流量流量计计计计、腰、腰、腰、腰轮轮轮轮流量流量流量流量计计计计、皮膜式流量、皮膜式流量、皮膜式流量、皮膜
18、式流量计计计计等等等等差差差差压压压压式流量式流量式流量式流量计计计计节节节节流式流量流式流量流式流量流式流量计计计计、匀速管流量、匀速管流量、匀速管流量、匀速管流量计计计计、弯管流量、弯管流量、弯管流量、弯管流量计计计计、靶式流量、靶式流量、靶式流量、靶式流量计计计计、浮子流量浮子流量浮子流量浮子流量计计计计速度式流量速度式流量速度式流量速度式流量计计计计涡轮涡轮涡轮涡轮流量流量流量流量计计计计、涡涡涡涡街流量街流量街流量街流量计计计计、电电电电磁流量磁流量磁流量磁流量计计计计、超声波流量、超声波流量、超声波流量、超声波流量计计计计等等等等质质质质量量量量流量流量流量流量计计计计推推推推导导
19、导导式式式式质质质质量量量量流量流量流量流量计计计计体体体体积积积积流量流量流量流量经经经经密度密度密度密度补偿补偿补偿补偿或者温度、或者温度、或者温度、或者温度、压压压压力力力力补偿补偿补偿补偿求得求得求得求得质质质质量流量等量流量等量流量等量流量等直接式直接式直接式直接式质质质质量量量量流量流量流量流量计计计计科里奥利流量科里奥利流量科里奥利流量科里奥利流量计计计计、热热热热式流量式流量式流量式流量计计计计、冲量式流量、冲量式流量、冲量式流量、冲量式流量计计计计表表2-4 流量计的分类流量计的分类 本讲稿第十二页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口2.2.1 模拟多路开关模拟多路开关
20、在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号或在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号或在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号或在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号或者多种信号进行测量，而计算机在任意时刻只能处理者多种信号进行测量，而计算机在任意时刻只能处理者多种信号进行测量，而计算机在任意时刻只能处理者多种信号进行测量，而计算机在任意时刻只能处理一路信号，因此，需要将各路信号分时地送给计算机一路信号，因此，需要将各路信号分时地送给计算机一路信号，因此，需要将各路信号分时地送给计算机一路信号，因此，需要将各路信号分时地送给计算机处理。图处理。图处理。图处理。图2-32-3所示
21、是实现这一过程的常用方案。所示是实现这一过程的常用方案。所示是实现这一过程的常用方案。所示是实现这一过程的常用方案。图图2-3 多路模拟信号检测框图多路模拟信号检测框图 本讲稿第十三页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口公司公司公司公司型号型号型号型号通道数通道数通道数通道数种种种种类类类类CDCD公司公司公司公司CD4051CD40518 8通道通道通道通道双向双向双向双向CD4052CD4052双双双双4 4通道通道通道通道双向双向双向双向CD4053CD4053三重三重三重三重2 2通道通道通道通道双向双向双向双向CD4067CD40671616通道通道通道通道双向双向双向双向CD4
22、097CD4097双双双双8 8通道通道通道通道双向双向双向双向ADAD公司公司公司公司AD7501AD75018 8通道通道通道通道单单单单向向向向AD7502AD7502双双双双4 4通道通道通道通道单单单单向向向向AD7503AD75038 8通道通道通道通道单单单单向向向向AD7506AD75061616通道通道通道通道单单单单向向向向AD7507AD7507双双双双8 8通道通道通道通道单单单单向向向向MAXMAX公司公司公司公司MAX308MAX3088 8通道通道通道通道双向双向双向双向MAX309MAX309双双双双4 4通道通道通道通道双向双向双向双向MAX306MAX306
23、1616通道通道通道通道双向双向双向双向MAX307MAX307双双双双8 8通道通道通道通道双向双向双向双向表表2-5 常用模拟多路开关芯片常用模拟多路开关芯片 本讲稿第十四页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口半导体模拟多路开关的一些主要特点半导体模拟多路开关的一些主要特点：具有多种集成电路的封装形式（如具有多种集成电路的封装形式（如具有多种集成电路的封装形式（如具有多种集成电路的封装形式（如DIPDIP、SMDSMD封装等）封装等）封装等）封装等），尺寸小，便于安排；，尺寸小，便于安排；，尺寸小，便于安排；，尺寸小，便于安排；直接与直接与直接与直接与TTLTTL（或（或（或（或CMO
24、SCMOS）电平相兼容；）电平相兼容；）电平相兼容；）电平相兼容；可采用双极性输入；可采用双极性输入；可采用双极性输入；可采用双极性输入；转换速度快，通常其导通或关断时间在转换速度快，通常其导通或关断时间在转换速度快，通常其导通或关断时间在转换速度快，通常其导通或关断时间在1 1 s s左右，有左右，有左右，有左右，有些产品已达到几十些产品已达到几十些产品已达到几十些产品已达到几十nsns；寿命长，无机械磨损；寿命长，无机械磨损；寿命长，无机械磨损；寿命长，无机械磨损；接通电阻较低，一般小于接通电阻较低，一般小于接通电阻较低，一般小于接通电阻较低，一般小于100100 ，有的可达几，有的可达几
25、，有的可达几，有的可达几 。断开电阻高，通常达断开电阻高，通常达断开电阻高，通常达断开电阻高，通常达109109 以上。以上。以上。以上。本讲稿第十五页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口1模拟多路开关模拟多路开关CD4051 CD4051CD4051是单端输入是单端输入是单端输入是单端输入8 8通道多路开关，它带有通道多路开关，它带有通道多路开关，它带有通道多路开关，它带有3 3个通道个通道个通道个通道选择输入端选择输入端选择输入端选择输入端A A、B B、C C和一个禁止输入端和一个禁止输入端和一个禁止输入端和一个禁止输入端INHINH，输入端，输入端，输入端，输入端A A、B B、C
26、 C的信号用来控制选择的信号用来控制选择的信号用来控制选择的信号用来控制选择8 8个通道之一被接通。个通道之一被接通。个通道之一被接通。个通道之一被接通。本讲稿第十六页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口输输输输 入入入入 状状状状 态态态态接通通道接通通道接通通道接通通道INHINHC CB BA ACD4501CD45010 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 01 10 02 20 00 01 11 13 30 01 10 00 04 40 01 10 01 15 50 01 11 10 06 60 01 11 11 17 7表2-6 CD4051真值表
27、 本讲稿第十七页，共七十一页图图2-4 CD4051的原理与引脚图的原理与引脚图 本讲稿第十八页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口2CD4051多路开关的扩展应用多路开关的扩展应用图图图图2-52-5所示为两个所示为两个所示为两个所示为两个CD4051CD4051构成的构成的构成的构成的1616通道多路开关连通道多路开关连通道多路开关连通道多路开关连接图。接图。接图。接图。本讲稿第十九页，共七十一页图2-5 CD4051的扩展电路 本讲稿第二十页，共七十一页表表2-7 16通道选择真值表通道选择真值表 输输输输 入入入入 状状状状 态态态态选选选选中通道号中通道号中通道号中通道号D D3
28、 3D D2 2D D1 1D D0 0ININi i0 00 00 00 00 00 00 00 01 11 10 00 01 10 02 20 00 01 11 13 30 01 10 00 04 40 01 10 01 15 50 01 11 10 06 60 01 11 11 17 71 10 00 00 08 81 10 00 01 19 91 10 01 10 010101 10 01 11 111111 11 10 00 012121 11 10 01 113131 11 11 10 014141 11 11 11 11515本讲稿第二十一页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接
29、口芯片芯片芯片芯片1 1的多路开关接通工作时，芯片的多路开关接通工作时，芯片的多路开关接通工作时，芯片的多路开关接通工作时，芯片2 2的多路开关就全的多路开关就全的多路开关就全的多路开关就全部断开；反之，芯片部断开；反之，芯片部断开；反之，芯片部断开；反之，芯片2 2的多路开关接通工作时，芯片的多路开关接通工作时，芯片的多路开关接通工作时，芯片的多路开关接通工作时，芯片1 1的多路开关就全部断开。的多路开关就全部断开。的多路开关就全部断开。的多路开关就全部断开。通过改变通道选择线通过改变通道选择线通过改变通道选择线通过改变通道选择线D D3 3D D0 0的状态，即可选通的状态，即可选通的状态
30、，即可选通的状态，即可选通ININ0 0ININ15 15 这这这这1616个通道之一。个通道之一。个通道之一。个通道之一。若需要通道数更多，两个多路开关扩展仍不能达到系若需要通道数更多，两个多路开关扩展仍不能达到系若需要通道数更多，两个多路开关扩展仍不能达到系若需要通道数更多，两个多路开关扩展仍不能达到系统要求，此时，可通过译码器控制统要求，此时，可通过译码器控制统要求，此时，可通过译码器控制统要求，此时，可通过译码器控制CD4051CD4051的控制端的控制端的控制端的控制端INHINH，把，把，把，把4 4个个个个CD4051CD4051芯片组合起来，构成芯片组合起来，构成芯片组合起来，
31、构成芯片组合起来，构成3232通道或通道或通道或通道或1616通道差动输入系统。通道差动输入系统。通道差动输入系统。通道差动输入系统。本讲稿第二十二页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口3双双16通道模拟多路开关通道模拟多路开关ADG726 ADG726ADG726是双是双是双是双1616通道输入模拟多路开关（单向），输通道输入模拟多路开关（单向），输通道输入模拟多路开关（单向），输通道输入模拟多路开关（单向），输入信号可以是入信号可以是入信号可以是入信号可以是单端输入单端输入单端输入单端输入或或或或双端输入双端输入双端输入双端输入。单端输入单端输入单端输入单端输入时两个时两个时两个时两个
32、1616通道相互独立；通道相互独立；通道相互独立；通道相互独立；双端输入双端输入双端输入双端输入时两个时两个时两个时两个1616通道组合使用。通道组合使用。通道组合使用。通道组合使用。带有内部锁存器，带有内部锁存器，带有内部锁存器，带有内部锁存器，4 4个通道选择输入端个通道选择输入端个通道选择输入端个通道选择输入端A3A0A3A0，当当当当CSA CSA 或或或或CSB CSB 为逻辑为逻辑为逻辑为逻辑0 0时，时，时，时，WR WR 信号的上升沿将信号的上升沿将信号的上升沿将信号的上升沿将A3A3A0A0锁存。锁存。锁存。锁存。EN EN 是芯片工作使能端。是芯片工作使能端。是芯片工作使能
33、端。是芯片工作使能端。本讲稿第二十三页，共七十一页本讲稿第二十四页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口输输输输 入入入入 状状状状 态态态态开关状开关状开关状开关状态态态态A3A0A3A0ENENCSACSACSBCSBWRWRADG726ADG726XXXXXXXXX X1 11 1 维维维维持以前开关状持以前开关状持以前开关状持以前开关状态态态态XXXXXXXXX X1 11 1X X维维维维持以前开关状持以前开关状持以前开关状持以前开关状态态态态XXXXXXXX1 10 00 00 0不工作不工作不工作不工作000000000 00 00 00 0S1A-DAS1A-DA，S1B-D
34、BS1B-DB000100010 00 00 00 0S2A-DAS2A-DA，S2B-DBS2B-DB001000100 00 00 00 0S3A-DAS3A-DA，S3B-DBS3B-DB001100110 00 00 00 0S4A-DAS4A-DA，S4B-DBS4B-DB010001000 00 00 00 0S5A-DAS5A-DA，S5B-DBS5B-DB111111110 00 00 00 0S16A-DAS16A-DA，S16B-DBS16B-DB表2-8 ADG726真值表 本讲稿第二十五页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口2.2.2 A/D转换器转换器能将模拟信号
35、转换成数字信号的器件，称为模数能将模拟信号转换成数字信号的器件，称为模数转换器，简称转换器，简称A/D转换器。转换器。按位数来分有按位数来分有8位、位、10位、位、12位、位、16位等几种。位等几种。按结构而分，有单一的按结构而分，有单一的A/D转换器、内含多路开转换器、内含多路开关的关的A/D转换器、多功能的转换器、多功能的A/D转换器等。转换器等。本讲稿第二十六页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口18位位A/D转换器转换器ADC0808/0809 ADC0808/0809是是8位逐次逼近型位逐次逼近型A/D转换器，转换器，芯片内还包含有芯片内还包含有8通道多路开关及与计算机兼容通道多
36、路开关及与计算机兼容的控制逻辑。的控制逻辑。8通道多路模拟开关由地址锁存器和译码器控制，通道多路模拟开关由地址锁存器和译码器控制，可以在可以在8个输入通道中任意接通一个通道的模拟个输入通道中任意接通一个通道的模拟信号。其原理框图如图信号。其原理框图如图2-7所示。所示。本讲稿第二十七页，共七十一页图2-7 ADC0808/0809原理框图 本讲稿第二十八页，共七十一页2ADC0808/0809的应用图图2-8 ADC0808/0809的应用原理图的应用原理图 本讲稿第二十九页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口图图2-9 ADC0808/0809进行进行A/D转换时各引脚时序图转换时各引脚
37、时序图 本讲稿第三十页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口3A/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接1 1）模拟量输入通道的连接模拟量输入通道的连接模拟量输入通道的连接模拟量输入通道的连接 2 2）数字量输出引脚的连接）数字量输出引脚的连接）数字量输出引脚的连接）数字量输出引脚的连接3 3）A/DA/D转换器的启动方式转换器的启动方式转换器的启动方式转换器的启动方式 A/DA/D转换器启动方式分转换器启动方式分转换器启动方式分转换器启动方式分脉冲启动脉冲启动脉冲启动脉冲启动和和和和电平启动电平启动电平启动电平启动两种。两种。两种。两种。4 4）转换结束信号的处理方法）转换结束信号
38、的处理方法）转换结束信号的处理方法）转换结束信号的处理方法 微处理器检查判断微处理器检查判断微处理器检查判断微处理器检查判断A/DA/D转换结束的方法有以下转换结束的方法有以下转换结束的方法有以下转换结束的方法有以下3 3种：种：种：种：中断方式中断方式中断方式中断方式 查询方式查询方式查询方式查询方式 软件延时方法软件延时方法软件延时方法软件延时方法 5 5）参考电源的选择）参考电源的选择）参考电源的选择）参考电源的选择 6 6）时钟信号的连接）时钟信号的连接）时钟信号的连接）时钟信号的连接 7 7）接地问题）接地问题）接地问题）接地问题 本讲稿第三十一页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道
39、接口48位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计 图图2-10 ADC0809与与计算机的接口原理图计算机的接口原理图 A/DA/D转换的结束信号转换的结束信号转换的结束信号转换的结束信号EOCEOC作为状态信号，经作为状态信号，经作为状态信号，经作为状态信号，经三态门接入数据总线的三态门接入数据总线的三态门接入数据总线的三态门接入数据总线的DD7 7位。位。位。位。本讲稿第三十二页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口2.2.3 数据采集与处理方法数据采集与处理方法1数字滤波数字滤波为了减小乃至消除叠加在采样数据中随机干扰信号值为了减小乃至消除叠加在采样数据中随机干扰信号值为了减小乃
40、至消除叠加在采样数据中随机干扰信号值为了减小乃至消除叠加在采样数据中随机干扰信号值的影响，可以利用计算程序，对多次采样信号所得的的影响，可以利用计算程序，对多次采样信号所得的的影响，可以利用计算程序，对多次采样信号所得的的影响，可以利用计算程序，对多次采样信号所得的数据进行加工处理（也就是数字滤波），以保证控制数据进行加工处理（也就是数字滤波），以保证控制数据进行加工处理（也就是数字滤波），以保证控制数据进行加工处理（也就是数字滤波），以保证控制的精度和系统工作的可靠性。的精度和系统工作的可靠性。的精度和系统工作的可靠性。的精度和系统工作的可靠性。数字滤波的优点数字滤波的优点数字滤波的优点数字
41、滤波的优点 1 1、2 2、3 3、4 4下面介绍几种常用的数字滤波算法。下面介绍几种常用的数字滤波算法。下面介绍几种常用的数字滤波算法。下面介绍几种常用的数字滤波算法。本讲稿第三十三页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口1）程序判断滤波程序判断滤波根据实践经验，确定出相邻两次采样之间可能根据实践经验，确定出相邻两次采样之间可能出现的最大偏差出现的最大偏差 E E。如果采样得到的值超过。如果采样得到的值超过。如果采样得到的值超过。如果采样得到的值超过 E E，则表明该输入信号中存在较大的干扰信号，应予则表明该输入信号中存在较大的干扰信号，应予以剔除；如果采样得到的值小于偏差值以剔除；如果采
42、样得到的值小于偏差值 E E，则，则本次采样值为正常值。本次采样值为正常值。可分为限幅滤波和限速滤波两种。可分为限幅滤波和限速滤波两种。可分为限幅滤波和限速滤波两种。可分为限幅滤波和限速滤波两种。本讲稿第三十四页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口1）程序判断滤波程序判断滤波限幅滤波限幅滤波所谓限幅滤波，就是把相邻两次采样值相减，求出其所谓限幅滤波，就是把相邻两次采样值相减，求出其所谓限幅滤波，就是把相邻两次采样值相减，求出其所谓限幅滤波，就是把相邻两次采样值相减，求出其增量的绝对值，然后与最大允许偏差增量的绝对值，然后与最大允许偏差增量的绝对值，然后与最大允许偏差增量的绝对值，然后与最大
43、允许偏差 E E 进行比较，如进行比较，如进行比较，如进行比较，如果小于或等于果小于或等于果小于或等于果小于或等于 E E，则取为本次采样值；若大于，则取为本次采样值；若大于，则取为本次采样值；若大于，则取为本次采样值；若大于 E E，则仍取上一次的采样值作为本次的采样值。则仍取上一次的采样值作为本次的采样值。则仍取上一次的采样值作为本次的采样值。则仍取上一次的采样值作为本次的采样值。即：即：即：即：|Y Yn n-Y Yn n-1-1|E E，则，则，则，则Y Yn nY Yn n|Y Yn n-Y Yn n-1-1|E E，则，则，则，则Y Yn nY Yn n-1-1 式中，式中，式中，
44、式中，Y Yn n为第为第为第为第n n次采样值，次采样值，次采样值，次采样值，Y Yn n-1-1 为第为第为第为第n n-1-1次采样值。次采样值。次采样值。次采样值。本讲稿第三十五页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口1）程序判断滤波程序判断滤波限速滤波限速滤波 设设设设相相相相邻邻邻邻的的的的采采采采样样样样时时时时刻刻刻刻t t1，t2，t t3 3的的采采样样值值为为Y Y1，Y2 2，Y3 3，则，则，则，则限速滤波的算法为：限速滤波的算法为：若若若若|Y Y2-Y1 1|E E，则以，则以，则以，则以Y Y2作为滤波输出值作为滤波输出值;若若|Y2 2-Y Y1 1|E，则
45、则则则不不不不采采采采用用用用Y2，但但但但仍仍仍仍保保保保留留留留其其其其值值值值，再取第三次的采样值再取第三次的采样值再取第三次的采样值再取第三次的采样值Y3；若若若若|Y Y3-Y Y2 2|E E，则以，则以，则以，则以Y Y3 3作为滤波输出值作为滤波输出值作为滤波输出值作为滤波输出值;若若若若|Y Y3-Y2|E E，则以，则以(Y Y3 3+Y2 2)/2作为滤波输作为滤波输出值。出值。本讲稿第三十六页，共七十一页限限限限速速速速滤滤滤滤波波波波是是是是一一一一个个个个折折折折中中中中方方方方案案案案，既既既既照照照照顾顾顾顾了了了了滤滤滤滤波波波波输输输输出出出出值值值值的的的
46、的实时性，又照顾了其变化的连续性。实时性，又照顾了其变化的连续性。实时性，又照顾了其变化的连续性。实时性，又照顾了其变化的连续性。程程程程序序序序判判判判断断断断滤滤滤滤波波波波可可可可以以以以用用用用于于于于变变变变化化化化比比比比较较较较缓缓缓缓慢慢慢慢的的的的参参参参数数数数，如如如如温温温温度、湿度、液位等。度、湿度、液位等。度、湿度、液位等。度、湿度、液位等。其其关关键键在在于于最最大大允允许许误误差差E 的的选选取取，E 太太太太大大大大，干干干干扰扰扰扰会会会会“乘乘乘乘机机机机而而而而入入入入”，E E 太太太太小小小小，又又又又会会会会使使使使某某某某些些些些有有有有用用用用
47、的的的的信信信信号号号号被被被被“拒拒拒拒之之之之门门门门外外外外”，使使使使采采采采样样样样效效效效率率率率变变变变低低低低。通通通通常常常常 E 根根据据经经验数据获得，必要时可由实验得出。验数据获得，必要时可由实验得出。本讲稿第三十七页，共七十一页2）中值滤波中值滤波 中中中中值值值值滤滤滤滤波波波波是是是是指指指指对对对对被被被被测测测测参参参参数数数数连连连连续续续续采采采采样样样样n n次次次次(n n33，且且且且为为为为奇奇奇奇数数数数)，再再再再将将将将这这这这n n个个个个采采采采样样样样值值值值从从从从小小小小到到到到大大大大(或或或或从从从从大大大大到到到到小小小小)排
48、序，最后取中间值作为本次采样值。排序，最后取中间值作为本次采样值。排序，最后取中间值作为本次采样值。排序，最后取中间值作为本次采样值。中中值值滤滤波波能能有有效效地地滤滤去去脉脉动动性性质质的的干干扰扰，对对变变化化缓缓慢慢的的被被测测参参数数有有良良好好的的滤滤波波效效果果，但但对对快快速速变变化化过过程程的的参参数数则则不不宜宜使使用用(如如流流量量)。程程序序中中只只要改变要改变n值，就可以对任意采样值进行中值滤波。值，就可以对任意采样值进行中值滤波。2.2 模拟信号输入通道接口本讲稿第三十八页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口3）算术平均值滤波算术平均值滤波把把N 次采样值进行相
49、加，然后取其算术平均次采样值进行相加，然后取其算术平均值为本次采样值。值为本次采样值。算术平均值法适用于对压力、流量等周期脉算术平均值法适用于对压力、流量等周期脉动信号的平滑，这种信号的特点是往往在某一动信号的平滑，这种信号的特点是往往在某一数值范围附近作上、下波动，有一个平均值。数值范围附近作上、下波动，有一个平均值。这种算法对信号的平滑程度取决于平均次数这种算法对信号的平滑程度取决于平均次数N，当，当N较大时平滑度高，但灵敏度低；当较大时平滑度高，但灵敏度低；当N 较较小时，平滑度低，但灵敏度高，应该视具体情小时，平滑度低，但灵敏度高，应该视具体情况选取况选取N 值。值。本讲稿第三十九页，
50、共七十一页4）加权平均值滤波加权平均值滤波 在算术平均滤波中，在算术平均滤波中，N 次采样值在结果中所占的次采样值在结果中所占的比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因比重是均等的，即每次采样值具有相同的加权因子子1/N。但有时为了提高滤波效果，往往对不同。但有时为了提高滤波效果，往往对不同时刻的采样值赋以不同的加权因子。这种方法称时刻的采样值赋以不同的加权因子。这种方法称为加权平均滤波法为加权平均滤波法2.2 模拟信号输入通道接口本讲稿第四十页，共七十一页2.2 模拟信号输入通道接口5 5）滑动平均值滤波滑动平均值滤波 动态保留动态保留动态保留动态保留NN个最近的采样数据，每采样一个新数据