前向通道后向通道.ppt

1、7.1前向通道和后向通道7.2数模转换器7.3模数转换器7.4传感器和信号调理电路7.5驱动电路7.1测控系统中前向通道和后向通道的结构1。正向通道1。模拟通道传感器转换非电模拟量(温度、压力、流量等)。)转换成电压或电流信号。传感器输出的电压信号通常为毫伏或微伏，而模数转换器所需的输入电压为几伏，因此信号必须由量程放大器放大。为了使多个模拟信号共用一个模数转换器，多路模拟开关依次选择一路模拟信号进行转换。采样/保持电路在将连续变化的模拟量发送到模数转换器之前进行时间分散。模数转换器将模拟量转换成数字量。2.数字通道整形电路产生数字信号或开关量(编码器、行程开关、光电开关等)。)满足TTL级别

2、要求。光电隔离防止场干扰进入微机。必要时，三态缓冲现场信号进入微机数据总线。2.反向频道1。模拟通道数模转换器将数字量转换成输出模拟量。平滑滤波器使输出模拟量连续。分路器将转换后的模拟量依次分配给多个模拟设备，以便多个设备可以共享一个数模转换器。2.数字通道数据锁存器锁存数据总线输出信号光电隔离防止现场干扰，7.2数模转换器，7.2.1基本概念，1。数模转换原理数模转换器的核心电路是解码网络，解码网络主要有两种形式：一种是加权电阻网络；另一个是电阻网络。数模转换器的主要性能指标数模转换器的主要性能指标是分辨率和建立时间。1.分辨率是指最小模拟输出(只有对应于输入数字量的最低位为1)与最大值(对

3、应于输入数字量的所有有效位均为1)的比值。通常用数模转换器输入的二进制数的位数来描述。2.设置时间是将数字量转换成稳定的模拟信号所需的时间，也可视为转换时间。数模转换器有两种输出方式：电压输出型和电流输出型，电流输出型需要一个外部电流-电压转换电路来获得电压输出，一般由外部运算放大器使用。7.2.2典型数模转换器芯片DAC0832是一款8位分辨率数模转换集成芯片，电流输出、电流建立时间为1，输入数字量为8位，并与微机并联。双缓冲操作意味着两个寄存器分别接收转换数据。使两个输入寄存器有各自的地址，并将转换数据分别写入输入寄存器。并行连接使两个数模转换器寄存器具有相同的地址，输入寄存器中的数据可以

4、同时写入两个数模转换器寄存器，然后可以同时进行数模转换。这种工作模式通常用于实现多路模拟信号的同步输出。DAC0832有两个8位寄存器：输入寄存器和数模转换器寄存器。可实现三种工作模式：双缓冲、单缓冲和直通模式。单缓冲操作是指两个寄存器在控制信号的作用下同时接收转换后的数据。通常用于实现一个信号的模拟输出。直接工作模式是指两个寄存器的控制信号都连接到一个固定的有效电平，使数字量直接进入数模转换器进行转换，不需要单片机参与控制。第二，电压输出电路DAC0832是电流输出转换器的两个电压输出电路。根据输出设备所要求的信号极性。1.单极输出电路2，双极输出电路3。DAC0832的接口设计和应用程序示

5、例，7.3模数转换器和7.3.1模数转换器1的工作原理。基本概念(1)逐次逼近型模数转换器逐次逼近型模数转换器由比较器、数模转换器、比较寄存器、时钟发生器和控制逻辑电路组成，对输入信号进行采样。(2)并行比较模数转换器并行比较模数转换器是目前最快的模数转换器，通常被称为“闪烁型模数转换器”。它由电阻分压器、比较器、缓冲器和编码器组成。(3)集成模数转换器集成模数转换器(也称为双斜率或多斜率模数转换器)的基本原理是通过两次积分将输入模拟电压转换成与其平均值成比例的时间间隔。在这个时间间隔内，使用计数器对时钟脉冲进行计数，从而实现模数转换。(4)电压频率转换模数转换器将输入模拟信号的电压转换成与其

6、频率成正比的脉冲信号，然后以固定的时间间隔对脉冲信号进行计数，计数结果是与输入模拟电压信号成正比的数字量。(5)-模数转换器-模数转换器根据前一个幅度和后一个幅度之间的差值，即所谓的增量，执行量化编码。模数转换芯片的主要性能指标(1)分辨率通常用输出的二进制数或BCD码数来表示分辨率。例如，输出为8位二进制数的模数转换器称为8位分辨率。分辨率也可以用百分比表示，例如，8位模数转换器的分辨率百分比为(1/255)100%=0.39%。(2)转换精度转换精度是指实际模数转换器与理想模数转换器相比的转换误差。(3)转换时间转换时间是指模数转换器完成一次转换所需的时间。倒数是转换率。7.3.2典型的模

7、数转换器芯片示例ADC0809是一款8通道8位逐次逼近型模数转换器。首先，控制逻辑将逐次逼近寄存器的最高位设为1，然后将该值与数模转换后的输入电压进行比较。比较器的输出决定该位1是否剩余，并且工作前进到低位，直到最低位的转换完成，并且转换结果作为模数转换器输出锁存到逐次逼近寄存器中。7.3.3模数转换器芯片与中央处理器之间的接口；1.数据输出线与模数转换器芯片的连接相当于向中央处理器提供数据的输入设备。为了防止总线冲突，其数据输出端通过三态门连接到数据总线。模数转换器内置一个三态门，可以直接与中央处理器数据总线相连。模数转换器没有三态门，通过三态锁存器与中央处理器数据总线相连。当模数转换器位数

8、大于中央处理器数据总线宽度时，外部锁存器和控制逻辑也应考虑读取数据两次或多次。还有串联连接模数转换器。2.模数转换的起始信号当模数转换器开始转换时，必须添加一个起始信号。通常，脉冲开始信号和电平控制信号由软件或硬件产生。脉冲信号通过向起始引脚添加一个脉冲来启动转换后的模数转换器。电平信号启动转换是在start引脚上添加所需的电平。3.转换结束信号的处理方法当模数转换结束时，模数转换器输出一个转换结束信号，通知中央处理器模数转换已经结束，并可以读取结果。中央处理器可以使用该信号作为中断请求信号连接到中央处理器的中断请求线，并读取中断服务程序中的数据；或者使用结束信号作为状态进行查询，一旦发现转换

9、结束，读取数据；也可以在不使用转换结束信号的情况下定期读取数据。4.时钟的供应整个模数转换过程是在时钟的作用下完成的。5.参考电压的连接当模拟信号为单极性时，VREF(-)接地，VREF()连接到正电源。当模拟信号为双极性时，VREF()和VREF(-)分别连接到参考电源的正端和负端。7.4传感器和信号调理电路。传感器是一种设备或装置，它根据一定的规则将可感知和指定的测量信号转换成可用的输出信号。它由敏感元素和转换元素组成。传感元件指的是传感器中能够直接感受被测(输入量)的部分，转换元件指的是传感器中能够将传感元件所感测的测量值转换成适于传输或测量的电信号的部分。由于传感器的输出信号通常很弱，

10、并且具有非线性因素，因此有必要使用信号调理和转换电路对其进行放大和计算，然后才能由计算机进行处理。7.4.7信号调理电路，集成运算放大器是一种具有高电压放大系数的直接耦合多级放大电路。当理想的运算放大器外接不同的元件形成时反相放大器、同相比例运算器、测量放大器、二阶有源低通滤波器、隔离放大器、7.5驱动电路、输入输出端口驱动电路在单片机应用系统中，开关量通过单片机的输入输出端口或扩展输入输出端口输出。这些输入/输出端口的驱动能力有限，通常不足以驱动电源开关(如继电器等)。)，因此通常需要增加输入/输出端口的驱动能力。常用的集电极开路反向驱动器7406或同向驱动器7407。第二，功率晶体管驱动电

11、路当晶体管用作开关元件时，有必要确保它工作在开关状态。当晶体管导通时，驱动电流必须大到足以使它饱和。当晶体管关断时，它应该可靠地关断。晶闸管驱动电路晶闸管是一种半导体功率器件，只有当阳极电位高于阴极电位且栅极被触发时才能导通。通常用作整流和电源开关设备。双向晶闸管适用于交流负载的开关控制。由于可控硅通常用于切换高压和大功率负载，在实际应用中经常采用光电隔离等隔离措施。5.机械继电器是工业控制系统中常用的设备，可用于控制电源的通断、阀门的开启和关闭以及设备的启停。继电器由电磁铁、金属簧片和两个触点组成。当继电器不工作时，常开触点处于断开状态，常闭触点处于接通状态。6.功率场效应晶体管(MOSFET)功率场效应晶体管用作功率开