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1、模拟量的输入输出实验设备：滑动变阻器，电磁铁，铁块，弹簧，电压源，电炉丝，热电偶，导线等实验原理：输入量为热电偶测量温度是否达到100，未达到100电磁铁吸引力减小，引起滑动变阻器滑动，使阻值减小，令电压上升，电炉丝升温。当热电偶测得电炉丝温度达到100时，电磁铁吸引力不再改变，滑动变阻器不在滑动，此时电压恒定。输出量为电压增减量控制电压大小，从而控制电磁铁吸引力的大小。实验目的：利用单片机模拟量的输入输出控制电压从而控制滑动变阻器将电炉丝温度控制在100热电偶热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。热电偶
2、测温的基本原理是两种不同成份的材质导体组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就会有电流通过，此时两端之间就存在电动势热电动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与温度的函数关系，制成热电偶分度表；分度表是自由端温度在0时的条件下得到的，不同的热电偶具有不同的分度表。特点特点装配简单，更换方便压簧式感温元件，抗震性能好测量精度高测量范围大（2001300，特殊情况下2702800）热响应时间快机械强度高，耐压性能好耐高温可达2800度使用寿命长常用热电偶材料常用热电偶材料热电偶分度号热电极材料使用温度范
3、围（）S铂铑合金（铑含量10%）纯铂0-1400R铂铑合金（铑含量13%）纯铂0-1400B铂铑合金（铑含量30%）铂铑合金（铑含量6%）0-1400K镍铬镍硅-200-+1000T纯铜铜镍-200-+300J铁铜镍-200-+600N镍铬硅镍硅-200-+1200E镍铬铜镍-200-+700K型热电偶特点型热电偶特点检出(测温)元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一。必须配二次仪表，其优点是：测量精度高测量精度高。因热电偶直接与被测对象接触，不受中间介质的影响。测量范围广测量范围广。常用的热电偶从-50+1600均可连续测量，某些特殊热电偶最低可测到-269（如金铁镍铬），最高可达+28
4、00（如钨-铼）。构造简单，使用方便构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，用起来非常方便。A/D转换八个通道的K分度号热电偶将温度信号转换成mV级电压信号输入给采集仪。信号调理电路包括多路切换电路和热偶信号调理专用电路AD595。在实际的热电偶测温中，必须进行冷端补偿、调零、电压放大和线性化等比较繁琐的工作，否则会造成很大的误差。AD595是AD公司针对上述问题设计的专用芯片，内部具有内部具有放大、冷端补偿、冰点基准、温差电偶故障报放大、冷端补偿、冰点基准、温差电偶故障报警警等电路。被测温度与被测温度与AD595输出电压的关系是输出电压
5、的关系是10mV/，芯片在，芯片在+5V+30V范围内都可正常工作范围内都可正常工作。随所测温度量程增大，电源电压应相应提高。需注意的是，AD595的第1脚要求接热电偶正极且接地，模拟开关切换的是各热电偶的负极。AD595的7脚是负电源端，由于不测0以下的温度，不用负压供电，所以7脚可接地。AD595的12、13脚是热偶故障报警电路的输出端，13脚接地后，集电极开路的12脚接上拉电阻。热电热电偶正常时输出高电平，断偶故障时输出低电平偶正常时输出高电平，断偶故障时输出低电平。将这个逻辑电平引入单片机，用于对14脚热偶电压的正确判断。模数转换及模数转换及MAX144电路的应用电路的应用模数转换电路
6、是以单片机为核心的数据采集系统的关键环节，这里采用美信公司美信公司12bit串行输串行输出的出的A/D器件器件MAX144。它具有两个输入通道，通道通道CH1用于转换来自信号调理电路的温度测温度测量信号量信号；另一通道通道CH0用来转换仪器内的电池电池电压信号电压信号(电池电压的高低，在电脑显示数据曲线的同时告知用户)。MAX144是8脚MAX封装，非常适合于微小型手持仪器，其引脚功能及周边接线如图3所示。MAX144的引脚5是基准电压引入端，用用4.096V的的AD292作为外接基准源，模拟输入信号作为外接基准源，模拟输入信号1mV对应于数字输出对应于数字输出1个字，相当于温度个字，相当于温
7、度0.1的分的分辨率辨率。MAX144的串行输出是SPI/QSP兼容接口。CS、SCLK、DOUT分别接单片机的三条I/O口线，其读入A/D转换结果的子程序框图如图4所示。转换结果的第13位用来判别读入的是哪个A/D通道。D/A转换D/A转换采用电压输出型如TLC5620电压输出型DA转换器虽有直接从电阻阵列输出电压的，但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出放大器部分的延迟，故常作为高速DA转换器使用。TLC5620 特点特点4通道8位电压输出D/A转换器。5V单电源串行接口高阻抗的基准输入可编程实现1至2倍的输出范围设备可同时进行更新内置上电复位
8、低功耗半缓冲输出 TLC5620C和TLC5620I是带有高阻抗缓冲输入的4通道8位电源输出数模转换器集合。这些转换器可以产生单调的、1至两倍于基准电压和接地电压差值的输出。通常情况下TLC5620的供电电压为一个5V电源。器件内集成上电复位功能，确保启动时的环境是可重复的。控制电路原理图控制电路原理图功率放大器利用模拟功率放大器进行模拟信号放大。AB类放大器类放大器AB类放大器的主要特点特点是：晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作两管推挽工作。可以避免交越失真避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。有效率较高，晶体管功耗较小的特点。甲乙类功放产生的热量产生的热量较小较小
9、，并且效率高了很多效率高了很多，在70以上。AB类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类(甲类)；当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供个器件将供 给更多的电流给更多的电流。这样在AB类(甲乙类)状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于A类(甲类)或B类(乙类)。它的正当使用在于它对A类(甲类)的补充，且当面向低负载阻抗时可继续较好地工作。AB类放大器的偏置介于偏置介于A类放大器与类放大器与B类放大器之间类放大器之间。AB类的效率远效率远远大于远大于A类类放大器而略低于
10、略低于B类放大器类放大器。AB类放大器的偏置可以使工作于推挽工作方式的两个晶体管的工作区间互有覆盖两个晶体管的工作区间互有覆盖。这样,就可以对交越失真进控制,偏置于AB类的推挽放大器就可以,实际也常用于电子战中的高功率放大器中。从上可以看出,AB类是对A类和B类的一个改进型改进型。滤波器滤波器是一种用来消除干扰杂讯的器件，将输入或输出经过过滤而得到纯净的直流电。对特定频率的频点或该频点以外的频率进行有效滤除的电路，就是滤波器，其功能就是得到一个特定频率或消除一个特定频率。滤波器是由电感器和电容器构成的网路，可使混合的交直流电流分开。电源整流器中，即借助此网路滤净脉动直流中的涟波，而获得比较纯净
11、的直流输出。滤波器是一种对信号有处理作用的器件或电路。滤波器分为有源滤波和无源滤波。主要作用是：让有用信号尽可能无衰减的通过，对无用信号尽可能大的衰减。滤波器一般有两个端口，一个输入信号、一个输出信号。利用这个特性可以将通过滤波器的一个方波群或复合噪波，而得到一个特定频率的正弦波。有源RC滤波运放+RC构成的有源滤波器相比纯使用RC实现的无源滤波器最主要的特点就是带有一定的增益，这样可以使信号的滤波特性曲线更陡，即频率特性更明显，也就是效果更好，另外它的输出信号也比较强，适合于弱信号的滤波处理，再有就是可以匹配阻抗。滤波电路的作用就是允许某段频率范围内的信号通过，而阻止或削弱其他频率范围的信号。有源滤波电路由电阻、电容和集成运算放大器组成，又称为有源滤波器。有源滤波器能够在滤波的同时还能对信号起放大作用，这是无源滤波无法做到的。根据滤波电路通过或者阻止信号频率范围不同，可将滤波电路分为低通、高通、带通河带阻电路。本文讨论的是有源低通滤波电路的设计与仿真研究。有源低通滤波电路能够通过低频信号，抑制或衰减高频信号。高通阻止低频信号通过，低通阻止高频信号通过