電磁測量第七八章

1、 概述概述 數(shù)字測量的基本單元電路數(shù)字測量的基本單元電路 頻率、周期和相位差的測量頻率、周期和相位差的測量 電壓的測量電壓的測量 功率和電能的測量功率和電能的測量 元件參數(shù)的測量元件參數(shù)的測量 智能儀表智能儀表 7-17-1概述 直讀儀表的特點(diǎn)直讀儀表的特點(diǎn) 測量速度快、操作方便、但準(zhǔn)確度不高測量速度快、操作方便、但準(zhǔn)確度不高 隨著技術(shù)發(fā)展，對(duì)電磁測量技術(shù)提出了更高的要求：隨著技術(shù)發(fā)展，對(duì)電磁測量技術(shù)提出了更高的要求： 比較式儀表特點(diǎn)比較式儀表特點(diǎn) 造價(jià)高、測量費(fèi)時(shí)、準(zhǔn)確度高造價(jià)高、測量費(fèi)時(shí)、準(zhǔn)確度高 一、模擬儀表的特點(diǎn)一、模擬儀表的特點(diǎn) 測量精確度測量精確度 測量速度測量速度 多參數(shù)、遠(yuǎn)距離

2、和動(dòng)態(tài)測試多參數(shù)、遠(yuǎn)距離和動(dòng)態(tài)測試 如：隨動(dòng)式電子電位差計(jì)、自動(dòng)電橋等各種自動(dòng)檢測、如：隨動(dòng)式電子電位差計(jì)、自動(dòng)電橋等各種自動(dòng)檢測、 自動(dòng)記錄及遙測儀表隨之產(chǎn)生自動(dòng)記錄及遙測儀表隨之產(chǎn)生 二、數(shù)字儀表定義和種類二、數(shù)字儀表定義和種類 數(shù)字電表是將被測對(duì)象離散化，數(shù)據(jù)處數(shù)字電表是將被測對(duì)象離散化，數(shù)據(jù)處 理后以數(shù)字形式顯示的儀表。數(shù)字儀表在原理、結(jié)構(gòu)、理后以數(shù)字形式顯示的儀表。數(shù)字儀表在原理、結(jié)構(gòu)、 測量方法上完全不同于模擬式儀表。測量方法上完全不同于模擬式儀表。 數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表(DVM)； 數(shù)字電流表；數(shù)字電流表； 數(shù)字電阻表；數(shù)字電阻表； 數(shù)字功率表；數(shù)字功率表； 數(shù)字電能表；數(shù)字電能

3、表； 數(shù)字電橋；數(shù)字電橋； ； 數(shù)字溫度表；數(shù)字溫度表； 數(shù)字轉(zhuǎn)速表；數(shù)字轉(zhuǎn)速表； 數(shù)字位移表；數(shù)字位移表； 數(shù)字多用表數(shù)字多用表(DMM)； 校準(zhǔn)器；校準(zhǔn)器； 直流電壓參考；直流電壓參考； 熱電轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn)熱電轉(zhuǎn)換標(biāo)準(zhǔn) 三、數(shù)字儀表的特點(diǎn)三、數(shù)字儀表的特點(diǎn) 準(zhǔn)確度高準(zhǔn)確度高電壓可達(dá)電壓可達(dá)10-6數(shù)量級(jí)；時(shí)間數(shù)量級(jí)；時(shí)間測量可達(dá)到測量可達(dá)到1010-9 -9數(shù)量級(jí)。 數(shù)量級(jí)。 直讀式儀表很難達(dá)到直讀式儀表很難達(dá)到0.10.1， 輸入阻抗高輸入阻抗高DVMDVM的輸入阻抗一般都達(dá)到的輸入阻抗一般都達(dá)到100100兆歐；兆歐； 測量范圍寬測量范圍寬 靈敏度高靈敏度高DVMDVM的分辨率可達(dá)的分辨率可

4、達(dá)0.010.01 V V；一般可達(dá)一般可達(dá)0.1 V- 1 V 測量速度快測量速度快量程轉(zhuǎn)換時(shí)間及響應(yīng)時(shí)間短，一般每秒鐘幾十次量程轉(zhuǎn)換時(shí)間及響應(yīng)時(shí)間短，一般每秒鐘幾十次 讀數(shù)準(zhǔn)確，直觀方便讀數(shù)準(zhǔn)確，直觀方便不存在指針式儀表讀數(shù)所引起的視差不存在指針式儀表讀數(shù)所引起的視差 測量過程自動(dòng)化測量過程自動(dòng)化極性判斷；量限切換；自動(dòng)校零極性判斷；量限切換；自動(dòng)校零； 可組成測試系統(tǒng)可組成測試系統(tǒng)-可以與計(jì)算機(jī)配合，作為計(jì)算機(jī)的外設(shè)可以與計(jì)算機(jī)配合，作為計(jì)算機(jī)的外設(shè)； 結(jié)構(gòu)復(fù)雜；結(jié)構(gòu)復(fù)雜； 成本高；成本高； 線路復(fù)雜；線路復(fù)雜； 專業(yè)維修專業(yè)維修； 四、數(shù)字儀表的發(fā)展過程四、數(shù)字儀表的發(fā)展過程 1952

5、：第一臺(tái)：第一臺(tái)DVM問世，電子管司服比較式；問世，電子管司服比較式； 1956：電壓：電壓-時(shí)間時(shí)間 (V/T)式；式； 1961：全晶體管式逐次逼近比較式；：全晶體管式逐次逼近比較式； 1966：雙斜積分式。：雙斜積分式。 (1) 數(shù)字化階段數(shù)字化階段5060年代中期，運(yùn)用各種原理實(shí)現(xiàn)年代中期，運(yùn)用各種原理實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換， 從而實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化，顯示位數(shù)從而實(shí)現(xiàn)儀表數(shù)字化，顯示位數(shù) 2 1 2 1 53 (2) 高準(zhǔn)確度階段高準(zhǔn)確度階段復(fù)合型復(fù)合型A/D-C原理，顯示位數(shù)達(dá)八位，原理，顯示位數(shù)達(dá)八位， 準(zhǔn)確度百萬分之幾。準(zhǔn)確度百萬分之幾。 1971：三次采樣積分式：三次采樣積分式(日本

6、日本TR6567)； 1973：兩次采樣電感分壓比較型：兩次采樣電感分壓比較型(英國英國SM-215)； (3) 智能化階段智能化階段內(nèi)嵌內(nèi)嵌 P 的的DVM，除完成原有，除完成原有DVM功能外，功能外， 還能自校、自檢，完成數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化和可還能自校、自檢，完成數(shù)據(jù)處理自動(dòng)化和可 編程，通過標(biāo)準(zhǔn)接口組成自動(dòng)測試系統(tǒng)。編程，通過標(biāo)準(zhǔn)接口組成自動(dòng)測試系統(tǒng)。 代表代表有有Fluke、 Datron、 Solartron，NI、HP等等公司的產(chǎn)品。公司的產(chǎn)品。 被測量可以是：被測量可以是：U,I,P,R,L,C，f， . 轉(zhuǎn)化為頻率轉(zhuǎn)化為頻率 被被 測測 對(duì)對(duì) 象象 轉(zhuǎn)化為直流電壓轉(zhuǎn)化為直流電壓 頻

7、率計(jì)頻率計(jì) 轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù)轉(zhuǎn)化為脈沖數(shù) A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 顯示器顯示器 譯碼器譯碼器 儀表核心：直流電壓的測量儀表核心：直流電壓的測量, (A/D - C、V/f-C、 V/T-C） 被測量被測量直流電壓直流電壓 脈沖數(shù)碼脈沖數(shù)碼頻率頻率反饋比較式反饋比較式DVM 時(shí)間間隔時(shí)間間隔V/T式式DVM； 頻率頻率V/F式式DVM； 三、數(shù)字式儀表的結(jié)構(gòu)三、數(shù)字式儀表的結(jié)構(gòu) 將模擬量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量的裝置（或?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換為一定碼制的數(shù)字量的裝置（或 功能電路）都可稱為功能電路）都可稱為A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 電氣機(jī)械式電氣機(jī)械式A/D（由電磁繼電器和電子管電路（由電磁繼電器和電子

8、管電路 構(gòu)成）構(gòu)成）晶體管的電路方案晶體管的電路方案半導(dǎo)體器件半導(dǎo)體器件集成電路。集成電路。 從工作可靠性、測量速度和使用壽命大大提高，其從工作可靠性、測量速度和使用壽命大大提高，其 尺寸和功耗都大為減小。尺寸和功耗都大為減小。 ： 其中：其中： 是模擬量，是數(shù)字量，為視轉(zhuǎn)換電路 是模擬量，是數(shù)字量，為視轉(zhuǎn)換電路 而定的常數(shù)，為轉(zhuǎn)換電路中高穩(wěn)定參考電壓而定的常數(shù)，為轉(zhuǎn)換電路中高穩(wěn)定參考電壓 7-27-2數(shù)字測量的基本單元電路數(shù)字測量的基本單元電路 按工作原理可分為比較式和積分式兩大類。按工作原理可分為比較式和積分式兩大類。 按轉(zhuǎn)換精度可分為按轉(zhuǎn)換精度可分為8、10、12、16 其他分類：壓頻轉(zhuǎn)

9、換式、復(fù)合式、并行、串行等其他分類：壓頻轉(zhuǎn)換式、復(fù)合式、并行、串行等 工作原理工作原理: 實(shí)質(zhì)上將被轉(zhuǎn)換的模擬量和轉(zhuǎn)換器內(nèi)部產(chǎn)生實(shí)質(zhì)上將被轉(zhuǎn)換的模擬量和轉(zhuǎn)換器內(nèi)部產(chǎn)生 的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，從而將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 比較式分類：比較式分類： 斜坡比較式屬于開環(huán)比較式，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換的是斜坡比較式屬于開環(huán)比較式，結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換的是 被測量的瞬時(shí)值，但抗干擾能力差，準(zhǔn)確度低。被測量的瞬時(shí)值，但抗干擾能力差，準(zhǔn)確度低。 逐次逼近式屬于閉環(huán)比較式，速度快，準(zhǔn)確度高逐次逼近式屬于閉環(huán)比較式，速度快，準(zhǔn)確度高 此外還有計(jì)數(shù)比較式、跟蹤比較式等此外還有計(jì)數(shù)比較式、跟

10、蹤比較式等 積分式分類積分式分類: 工作原理工作原理: 通過對(duì)被測量進(jìn)行積分，將被測量轉(zhuǎn)換成中間量通過對(duì)被測量進(jìn)行積分，將被測量轉(zhuǎn)換成中間量 （ 時(shí)間或頻率），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量時(shí)間或頻率），然后再將中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量 可分為電壓可分為電壓時(shí)間（時(shí)間（V-T）轉(zhuǎn)換式和電壓）轉(zhuǎn)換式和電壓頻率頻率 （V-F）轉(zhuǎn)換式）轉(zhuǎn)換式 假設(shè)被測物體質(zhì)量為假設(shè)被測物體質(zhì)量為10g，把，把8，4，2，1g（8421關(guān)系）關(guān)系） 的標(biāo)準(zhǔn)砝碼從大到小依次加到平盤上。當(dāng)砝碼質(zhì)量小于物體質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)砝碼從大到小依次加到平盤上。當(dāng)砝碼質(zhì)量小于物體質(zhì)量 (= WX - W00)時(shí)，則保留該砝碼；當(dāng)時(shí)，則保留該砝碼；當(dāng)0

11、時(shí)，則取下該砝碼，直時(shí)，則取下該砝碼，直 到到=0時(shí)，就稱得該物體質(zhì)量為時(shí)，就稱得該物體質(zhì)量為1（8g砝碼）、砝碼）、0（4g砝碼）、砝碼）、1 （2g砝碼）、砝碼）、0（1g砝碼），即砝碼），即1010（二進(jìn)制表示）。（二進(jìn)制表示）。 天平稱物體質(zhì)量的類比天平稱物體質(zhì)量的類比 WX=10g W0 = WX - W0 測量速度快，達(dá)數(shù)千次測量速度快，達(dá)數(shù)千次/秒秒 抑制干擾能力較差。抑制干擾能力較差。 采用這種采用這種A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字轉(zhuǎn)換器的數(shù)字 電壓表有電壓表有PZ-5型、型、PZ-8型、型、 LM-1480型、型、DM2011型等。型等。 原理：原理：UC與輸入電壓與輸入電壓UX比較，直

12、到二者逼近到一定程度，比較，直到二者逼近到一定程度， 控制電路所編成的碼即為控制電路所編成的碼即為UX的數(shù)字量的數(shù)字量 參考電壓參考電壓E （N） 開關(guān)位寄存器開關(guān)位寄存器 UX UC保留保留 UX UC舍去舍去 分壓網(wǎng)絡(luò)分壓網(wǎng)絡(luò) UX UC 比較器比較器 控制電路控制電路 逐次逼近式逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的原理方框圖轉(zhuǎn)換器的原理方框圖 比較過程比較過程：是從：是從UC的最高位開始，由高位到低位逐次比較。的最高位開始，由高位到低位逐次比較。 分壓網(wǎng)絡(luò)分壓網(wǎng)絡(luò)：用來產(chǎn)生一系列步進(jìn)基準(zhǔn)電壓：用來產(chǎn)生一系列步進(jìn)基準(zhǔn)電壓UC， ，按 按8421碼排列碼排列 核心部件：核心部件：積分器積分器 轉(zhuǎn)換過程：

13、轉(zhuǎn)換過程：對(duì)輸入模擬電壓對(duì)輸入模擬電壓UX進(jìn)行定時(shí)積分，然后在同一積進(jìn)行定時(shí)積分，然后在同一積 分器的輸入端換接反極性的基準(zhǔn)電壓分器的輸入端換接反極性的基準(zhǔn)電壓UN，定值反向積分，定值反向積分 轉(zhuǎn)換原理：轉(zhuǎn)換原理：通過兩次積分，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成與其成正比的時(shí)通過兩次積分，將輸入電壓轉(zhuǎn)換成與其成正比的時(shí) 間間隔，時(shí)間間隔可用脈沖計(jì)數(shù)法準(zhǔn)確的測出，從而獲得數(shù)字間間隔，時(shí)間間隔可用脈沖計(jì)數(shù)法準(zhǔn)確的測出，從而獲得數(shù)字 化的轉(zhuǎn)換結(jié)果化的轉(zhuǎn)換結(jié)果 UX - UN 模擬開關(guān)模擬開關(guān) A 1 A2 控制電路控制電路 計(jì)數(shù)顯示計(jì)數(shù)顯示時(shí)鐘時(shí)鐘 R 積分積分 器器 比較器比較器 UN C U0 雙斜積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換

14、器的工作原理框圖雙斜積分式模數(shù)轉(zhuǎn)換器的工作原理框圖 0 t1t2t2 U0 U0 定時(shí)積分定時(shí)積分定斜積分定斜積分 積分器輸出電壓積分器輸出電壓 t T1T2 定時(shí)積分階段定時(shí)積分階段 x t x U RC T dtU RC U 1 0 0 11 定斜積分階段定斜積分階段 N t t N U RC T UdtU RC U 2 00 2 1 1 0 由上兩式得由上兩式得 2 1 221 KTU T T UU RC T U RC T NxNx t 清零重新計(jì)數(shù)清零重新計(jì)數(shù) 計(jì)數(shù)脈沖計(jì)數(shù)脈沖 U0 0 t1t2t3 U0 U0 UXT2 T1 N1 N2 T2 雙斜雙斜A/D積分計(jì)數(shù)過程積分計(jì)數(shù)過程

15、 采樣階段采樣階段 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn): 1）積分式）積分式電壓表準(zhǔn)確度取決于基準(zhǔn)電壓電壓表準(zhǔn)確度取決于基準(zhǔn)電壓UN的準(zhǔn)確度和的準(zhǔn)確度和 穩(wěn)定性，與積分器元件穩(wěn)定性，與積分器元件R，C參數(shù)基本無關(guān)，能達(dá)到相當(dāng)高參數(shù)基本無關(guān)，能達(dá)到相當(dāng)高 測量準(zhǔn)確度。測量準(zhǔn)確度。 2）由于兩次積分計(jì)數(shù)時(shí)鐘出自同一振蕩器，從而降低了對(duì)由于兩次積分計(jì)數(shù)時(shí)鐘出自同一振蕩器，從而降低了對(duì) 振蕩器脈沖頻率準(zhǔn)確度要求，成本大大降低。振蕩器脈沖頻率準(zhǔn)確度要求，成本大大降低。 3）被測電壓是在被測電壓是在T1內(nèi)的平均值，信號(hào)中的交流干擾成分通內(nèi)的平均值，信號(hào)中的交流干擾成分通 過積分過程被削弱。常選定過積分過程被削弱。常選定T1為為50

16、HZ工頻信號(hào)周期（工頻信號(hào)周期（20ms） 的整數(shù)倍，使干擾信號(hào)在的整數(shù)倍，使干擾信號(hào)在T1內(nèi)的平均值接近于零，這種數(shù)內(nèi)的平均值接近于零，這種數(shù) 字電壓表具有較強(qiáng)的抗干擾能力。字電壓表具有較強(qiáng)的抗干擾能力。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：1）由于有積分作用，所以速度較慢。由于有積分作用，所以速度較慢。 2）由于受限于基準(zhǔn)電壓由于受限于基準(zhǔn)電壓UN和時(shí)鐘脈沖頻率的穩(wěn)定性等和時(shí)鐘脈沖頻率的穩(wěn)定性等 條件，其測量準(zhǔn)確度不可能高過條件，其測量準(zhǔn)確度不可能高過0.01。 屬于這種類型的常見國產(chǎn)數(shù)字電壓表有屬于這種類型的常見國產(chǎn)數(shù)字電壓表有DF-6HE DS-14等。等。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：單片集成單片集成A/D轉(zhuǎn)換器，具有體積小

17、、外部連接轉(zhuǎn)換器，具有體積小、外部連接 簡單、使用方便等特點(diǎn)。簡單、使用方便等特點(diǎn)。 分類：分類：數(shù)字量的位數(shù)分為數(shù)字量的位數(shù)分為8位、位、10位、位、12位、位、16位等位等 外部特性及使用外部特性及使用 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器采用雙轉(zhuǎn)換器采用雙 列直插封裝，共有列直插封裝，共有28個(gè)管腳，個(gè)管腳， 其中其中D0D7為為8位數(shù)字量的位數(shù)字量的 數(shù)據(jù)線；數(shù)據(jù)線； IN0IN7為為8路模路模 擬量輸入端；擬量輸入端；ADD AADD C為三位地址，功能如下：為三位地址，功能如下： C B A 0 0 0 IN0 選通選通 0 0 1 IN1 選通選通 0 1 0 IN2 選通選通 0 1 1

18、 IN3 選通選通 1 0 0 IN4 選通選通 1 0 1 IN5 選通選通 1 1 0 IN6 選通選通 1 1 1 IN7 選通選通 ALE：地址鎖存，低電平有地址鎖存，低電平有 效；效； ST： 啟動(dòng)啟動(dòng)A/D開始轉(zhuǎn)換信開始轉(zhuǎn)換信 號(hào)，高電平有效號(hào)，高電平有效； EOC： 轉(zhuǎn)換結(jié)束提示；轉(zhuǎn)換結(jié)束提示； OE： 允許輸出信號(hào)；允許輸出信號(hào)； CLK：時(shí)鐘信號(hào)，一般取時(shí)鐘信號(hào)，一般取 750KHZ； VR+：正參考電源，一般取正參考電源，一般取 +5V； VR-：負(fù)參考電源，當(dāng)負(fù)參考電源，當(dāng)VR+ 取取+5V時(shí)，時(shí)， VR-接地；接地； VCC：電源，取電源，取+5V； GND： 地。地。

19、 ADC0809引腳圖引腳圖 ADDC 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 ADC 0809 D1 GND VR+ IN3 VCC CLK OE D3 EOC ST IN7 IN6 IN5 IN4 D6 ADDB ADDA IN1 D2 VR- D4 D7 IN0 IN2 ALE D0 D5 單片集成式模數(shù)轉(zhuǎn)換器單片集成式模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 2）ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn)轉(zhuǎn)換器特點(diǎn) ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。 8位數(shù)字量最高位的位數(shù)字量最高位的1表示表示2.5V，次高位的，次高位的1表示表示1.2

20、5V， 依此類推，即低位的依此類推，即低位的1表示上一高位表示上一高位1表示的模擬電壓表示的模擬電壓 的一半，則的一半，則8位數(shù)字量為位數(shù)字量為11111111（FFH）時(shí)表示）時(shí)表示+5V 模擬電壓，模擬電壓，00000000（00H）表示）表示0V。 ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器只能轉(zhuǎn)換正電壓，如果要轉(zhuǎn)換負(fù)轉(zhuǎn)換器只能轉(zhuǎn)換正電壓，如果要轉(zhuǎn)換負(fù) 電壓時(shí)應(yīng)在輸入端增加偏置電路。電壓時(shí)應(yīng)在輸入端增加偏置電路。 具有三態(tài)輸出鎖存功能。具有三態(tài)輸出鎖存功能。 3）ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器的偏置電路轉(zhuǎn)換器的偏置電路 輸入輸入ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器的電壓轉(zhuǎn)換器的電壓UIN的波形中已沒有負(fù)值，的波形中已

21、沒有負(fù)值， 對(duì)于對(duì)于UIN中的任一點(diǎn)電壓值減去中的任一點(diǎn)電壓值減去2.5V再乘以再乘以2就是與之對(duì)就是與之對(duì) 應(yīng)的應(yīng)的UX的值。的值。 即即 UX(t) = UIN(t) - 2.5 2 + 2.5V 偏置電路中的波形偏置電路中的波形 Ux t t +5V - 5V + 5V 0 0 UIN UX ADC0809 R R UIN ADC0809的偏置電路的偏置電路 +5V 例如：例如：模擬輸入電壓為正弦波模擬輸入電壓為正弦波(-5V+5V)，討論偏置電，討論偏置電 路及與之對(duì)應(yīng)的波形。路及與之對(duì)應(yīng)的波形。 4）ADC0809的連接電路的連接電路 ADC 0809ADC 0809與與CPUCPU

22、的連接的連接 IN0 IN7 ADDC ADDB ADDA VREF（ （+） OE START ALE CLK EOC +5V . ADC 0809 VREF（ （ ） IN3 . O O CS IOR IOW A2 A1 A0 +5V 500KHZ 1 1 中斷中斷 輸入輸入 選擇選擇 D D7 7D D0 0 “或非或非” AD 570也是一種常用的也是一種常用的A/D轉(zhuǎn)換器，為單路模擬輸入的轉(zhuǎn)換器，為單路模擬輸入的8 位位A/D, 它有它有18個(gè)管腳，轉(zhuǎn)換時(shí)間為個(gè)管腳，轉(zhuǎn)換時(shí)間為25s。 D GND DR 18 17 16 15 14 13 12 11 10 V+ B/C V- IN

23、A GND BOS NCNC D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 AD 570引腳圖引腳圖 NC： 懸空懸空 D0D7：輸出輸出8位數(shù)字量的數(shù)據(jù)總線位數(shù)字量的數(shù)據(jù)總線 IN：模擬輸入模擬輸入 A GND：模擬地模擬地 D GND：數(shù)字地?cái)?shù)字地 B/C：啟動(dòng)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸入轉(zhuǎn)換的信號(hào)輸入 開始轉(zhuǎn)換：開始轉(zhuǎn)換： 當(dāng)當(dāng)B/C由高電平變?yōu)榈碗娪筛唠娖阶優(yōu)榈碗?轉(zhuǎn)換結(jié)束：轉(zhuǎn)換結(jié)束： DR由高電平變?yōu)榈碗娖接筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖?取數(shù)據(jù)：取數(shù)據(jù)： 延遲延遲0.5 s后，轉(zhuǎn)換結(jié)果出后，轉(zhuǎn)換結(jié)果出 現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，此時(shí)可將數(shù)字取走現(xiàn)在數(shù)據(jù)總線上，此時(shí)可將數(shù)字取走 供電電源：供電電源： V V+

24、 +=5V, V=5V, V- -=-15V=-15V， 輸入模擬電壓：輸入模擬電壓：單極性單極性010V010V，或雙極性，或雙極性-5V+5V-5V+5V，由，由BOSBOS 管腳的連接方式確定，單向輸入時(shí)，管腳的連接方式確定，單向輸入時(shí)，BOSBOS接地，雙向輸入接地，雙向輸入 時(shí)，時(shí)，BOSBOS懸空。懸空。 注意：注意： 采用雙向輸入時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量采用雙向輸入時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量1111111111111111（FFHFFH）表示）表示 +5V+5V，而，而1000000010000000（80H80H）表示）表示0V0V，0000000000000000（00H00H）表示）

25、表示 -5V-5V。 采用單向輸入時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量表示的模擬電壓與采用單向輸入時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量表示的模擬電壓與ADC ADC 08090809相同。相同。 1.工作原理工作原理 在模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量過程中必須保證被測電壓不在模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量過程中必須保證被測電壓不 變，否則會(huì)產(chǎn)生較大誤差。測量一個(gè)隨時(shí)間變化的電壓變，否則會(huì)產(chǎn)生較大誤差。測量一個(gè)隨時(shí)間變化的電壓 時(shí)，應(yīng)把要測量的瞬時(shí)電壓暫時(shí)寄存起來以供時(shí)，應(yīng)把要測量的瞬時(shí)電壓暫時(shí)寄存起來以供A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn) 換，寄存的時(shí)間必須大于換，寄存的時(shí)間必須大于A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間，完成寄存電壓轉(zhuǎn)換的時(shí)間，完成寄存電壓 瞬時(shí)值的器件叫采樣保持器。瞬時(shí)

26、值的器件叫采樣保持器。 采樣保持器原理 控制電路控制電路 UX T C + A U（ （t） 采樣保持器原理框圖采樣保持器原理框圖 當(dāng)需要采樣的瞬間，控制電路向作為開關(guān)用的場當(dāng)需要采樣的瞬間，控制電路向作為開關(guān)用的場 效應(yīng)管效應(yīng)管T送一脈沖信號(hào)，使送一脈沖信號(hào)，使T全導(dǎo)通，此時(shí)全導(dǎo)通，此時(shí)UX將對(duì)電容將對(duì)電容C充充 電到電到UC =U（ （t)，在脈沖過后， ，在脈沖過后， UC保持一段時(shí)間，供保持一段時(shí)間，供A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換用。換用。 接成跟隨器的形式起緩沖作用的，使接成跟隨器的形式起緩沖作用的，使UC不致因供不致因供 給給A/D而降低。而降低。 UC 開啟脈沖開啟脈沖 允許誤差允許誤差 TC

27、 TH Uc與開啟脈沖波形與開啟脈沖波形 在誤差范圍內(nèi)在誤差范圍內(nèi)UC =U（ （t) 電 電 容的充電容的充電=（rs+rT）C rs為信號(hào)源內(nèi)阻，為信號(hào)源內(nèi)阻， rT為為T的導(dǎo)通內(nèi)阻的導(dǎo)通內(nèi)阻 控制電路打開作為開關(guān)用的場效應(yīng)管控制電路打開作為開關(guān)用的場效應(yīng)管T導(dǎo)通的導(dǎo)通的 一段時(shí)間。一段時(shí)間。 從控制電路發(fā)出開啟脈沖開始，電容從控制電路發(fā)出開啟脈沖開始，電容C要充要充 電到電到 U（ （t)， 到 到UC進(jìn)入允許誤差的一段時(shí)間進(jìn)入允許誤差的一段時(shí)間 開啟脈沖的寬度必須大于捕獲時(shí)間才能使采樣保證一定的準(zhǔn)確度開啟脈沖的寬度必須大于捕獲時(shí)間才能使采樣保證一定的準(zhǔn)確度 從開啟脈沖結(jié)束到從開啟脈沖結(jié)

28、束到UC下降到允許誤差的一段時(shí)間下降到允許誤差的一段時(shí)間 在采樣保持器后接的在采樣保持器后接的A/D應(yīng)該在保持時(shí)間內(nèi)完成模擬量的數(shù)字轉(zhuǎn)換應(yīng)該在保持時(shí)間內(nèi)完成模擬量的數(shù)字轉(zhuǎn)換 2.采樣定理采樣定理 最高頻率為最高頻率為f Hz及以下的模擬信號(hào)，可以用間及以下的模擬信號(hào)，可以用間 隔最大為（隔最大為（1/2f）秒所得的采樣信號(hào)值唯一的確定。即采樣）秒所得的采樣信號(hào)值唯一的確定。即采樣 頻率頻率fs2f。當(dāng)然采樣間隔越小就越逼近原來的模擬信號(hào)。當(dāng)然采樣間隔越小就越逼近原來的模擬信號(hào)。 3.單片集成單片集成S/H 信號(hào)經(jīng)數(shù)字處理，可以恢復(fù)原來的模擬信號(hào)，采樣的間信號(hào)經(jīng)數(shù)字處理，可以恢復(fù)原來的模擬信號(hào)，

29、采樣的間 隔必須滿足采樣定理隔必須滿足采樣定理 ：LF198、AD582、AD583及及SHA系列等系列等 舉例：常用的舉例：常用的LF198芯片，供電電壓在芯片，供電電壓在5V18V之間，之間， IN為模擬輸入端，為模擬輸入端，OUT為采樣輸出，為采樣輸出，C與與GND之間應(yīng)之間應(yīng) 接保持電容接保持電容CH，L為邏輯控制信號(hào)輸入端，控制信號(hào)大為邏輯控制信號(hào)輸入端，控制信號(hào)大 于于1.4V時(shí)時(shí)LF198處于采樣狀態(tài)。處于采樣狀態(tài)。 1 8 2 7 3 6 4 5 LF 198 OUT C GND L NC IN V- V+ LF198的外形引腳圖的外形引腳圖 START 8 35 LF198

30、ADC0809 IN 模模 入入 將將ADC0809ADC0809的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖STARTSTART連到連到LF198LF198的引腳的引腳8 8上上, ,作為采樣控制脈沖作為采樣控制脈沖, , 在脈沖的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換在脈沖的下降沿啟動(dòng)轉(zhuǎn)換, ,在轉(zhuǎn)換期間在轉(zhuǎn)換期間, ,LF198LF198處于保持狀態(tài)處于保持狀態(tài). . 概述：概述：而數(shù)字信號(hào)需要用而數(shù)字信號(hào)需要用D/A轉(zhuǎn)換器（簡稱轉(zhuǎn)換器（簡稱DAC）轉(zhuǎn)換成）轉(zhuǎn)換成 模擬信號(hào)，才能驅(qū)動(dòng)各種模擬執(zhí)行元件（如伺服電機(jī)、模擬信號(hào)，才能驅(qū)動(dòng)各種模擬執(zhí)行元件（如伺服電機(jī)、 模擬式儀表、鎖相環(huán)路的壓控振蕩器等），或輸入到其模擬式儀表、鎖相環(huán)

31、路的壓控振蕩器等），或輸入到其 它儀器或系統(tǒng)（如示波器、它儀器或系統(tǒng)（如示波器、XY繪圖儀等）中。繪圖儀等）中。 1. 工作原理工作原理 ：數(shù)模轉(zhuǎn)換器中包含由電阻（或電容）和開關(guān)組成：數(shù)模轉(zhuǎn)換器中包含由電阻（或電容）和開關(guān)組成 的網(wǎng)絡(luò)。模擬參考電壓加在網(wǎng)絡(luò)的輸入端，被轉(zhuǎn)換的數(shù)字信的網(wǎng)絡(luò)。模擬參考電壓加在網(wǎng)絡(luò)的輸入端，被轉(zhuǎn)換的數(shù)字信 號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)的閉和，改變網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)輸號(hào)控制網(wǎng)絡(luò)中開關(guān)的閉和，改變網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，從而使網(wǎng)絡(luò)輸 出與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬電流或電壓。出與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬電流或電壓。 輸出：電流輸出，有的兼有電流和電壓輸出輸出：電流輸出，有的兼有電流和電壓輸出 模擬量和數(shù)字

32、量之間的函數(shù)關(guān)系：線性、非線性模擬量和數(shù)字量之間的函數(shù)關(guān)系：線性、非線性 數(shù)字信號(hào)輸入方式：并行、串行輸入的數(shù)字信號(hào)輸入方式：并行、串行輸入的 輸出極性：單極性轉(zhuǎn)換、雙極性轉(zhuǎn)換輸出極性：單極性轉(zhuǎn)換、雙極性轉(zhuǎn)換 4位D/A的轉(zhuǎn)換電路原理 設(shè)數(shù)字量設(shè)數(shù)字量N=D3 D2 D1 D0。 Di=1 或或0(i =1,2,3,4)，1對(duì)應(yīng)高電平，對(duì)應(yīng)高電平， 0對(duì)應(yīng)低電平，用它們分別控制對(duì)應(yīng)低電平，用它們分別控制 電子開關(guān)電子開關(guān)S3 ，S2，S1 和和S0，每，每 個(gè)電子開關(guān)分別與電阻個(gè)電子開關(guān)分別與電阻R/8， R/4，R/2和和R串聯(lián)。串聯(lián)。 -UR U0 S0 S1 S2 S3 D0 D1 D2

33、 D3 R R/2 R/4 R/8 + I If Rf 4位位D/A轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖 R/8R/4 R/2R I= + -UR-UR + -UR -UR 當(dāng)當(dāng)Di =0時(shí)，電子開關(guān)時(shí)，電子開關(guān)Si斷開并接地，該支路沒有斷開并接地，該支路沒有 電流，當(dāng)電流，當(dāng)Di =1時(shí)，電子開關(guān)時(shí)，電子開關(guān)Si閉和，該支路的電流閉和，該支路的電流Ii等于等于- UR 與該支路電阻的比值，這些電流流入運(yùn)算放大器的求和輸入與該支路電阻的比值，這些電流流入運(yùn)算放大器的求和輸入 點(diǎn)。例如點(diǎn)。例如: 當(dāng)當(dāng)N=1111時(shí)，流進(jìn)求和點(diǎn)的電流為：時(shí)，流進(jìn)求和點(diǎn)的電流為： N為任意值時(shí)，總電流的一般表達(dá)式為：為任意值時(shí)

34、，總電流的一般表達(dá)式為： I= i=0 - UR R （ D323+ D222+ D121+ D020）= - UR R Di 2i 3 從圖中可知從圖中可知U0= If Rf， I=- If 則則U0=-I Rf= - UR R Rf Di 2i i=0 3 即為數(shù)字量即為數(shù)字量N經(jīng)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后的模擬量轉(zhuǎn)換后的模擬量 -UR U0 S0 S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3 R R/2 R/4 R/8 + I If Rf 4位位D/A轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖 同理對(duì)于同理對(duì)于n位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成位數(shù)字量轉(zhuǎn)換成 模擬量為：模擬量為： Rf Di 2iU0 = -UR R i=0 n-1 為片

35、選信號(hào)；為片選信號(hào)； 為輸入允許信號(hào)；為輸入允許信號(hào)； 和和 是兩個(gè)是兩個(gè) 寫信號(hào)；寫信號(hào)； 是傳送控制信號(hào)；是傳送控制信號(hào)； 是反饋信號(hào)輸入端。是反饋信號(hào)輸入端。 8位模數(shù)轉(zhuǎn)換器位模數(shù)轉(zhuǎn)換器DAC0832 CS ILE1WRWR2 XFER fb R 2單片集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器單片集成數(shù)模轉(zhuǎn)換器 計(jì)數(shù)器由計(jì)數(shù)器由D D型觸發(fā)器或型觸發(fā)器或T T型觸發(fā)器以及附加邏輯控制電路組成，型觸發(fā)器以及附加邏輯控制電路組成， 可分為異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器兩大類，數(shù)量上以同步計(jì)數(shù)可分為異步計(jì)數(shù)器和同步計(jì)數(shù)器兩大類，數(shù)量上以同步計(jì)數(shù) 器居多。器居多。 1異步計(jì)數(shù)器異步計(jì)數(shù)器 純二進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器邏輯電路及波形。純二進(jìn)

36、制異步計(jì)數(shù)器邏輯電路及波形。 JK觸發(fā)器和觸發(fā)器和D型觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器工作速度較慢。型觸發(fā)器構(gòu)成的計(jì)數(shù)器工作速度較慢。 2 2同步計(jì)數(shù)器同步計(jì)數(shù)器 用用JKJK觸發(fā)器構(gòu)成的同步計(jì)數(shù)器觸發(fā)器構(gòu)成的同步計(jì)數(shù)器邏輯電路邏輯電路 當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的各個(gè)觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖到來時(shí)，應(yīng)該翻轉(zhuǎn)的各個(gè)觸發(fā)器同時(shí)翻轉(zhuǎn)。 因此，有效地消除了傳輸延時(shí)。因此，有效地消除了傳輸延時(shí)。 共陰極共陰極 共陽極共陽極 七段排列順序七段排列順序 共陰極的共陰極的LED-陰極接地，當(dāng)陽極信號(hào)為陰極接地，當(dāng)陽極信號(hào)為“1”時(shí)，發(fā)光二極時(shí)，發(fā)光二極 管導(dǎo)通，該段點(diǎn)亮；信號(hào)為管導(dǎo)通，該段點(diǎn)亮；信號(hào)為“0”時(shí)，發(fā)光二極

37、管截止，該段時(shí)，發(fā)光二極管截止，該段 不亮不亮共陽極的共陽極的LED-陽極接陽極接+5V，當(dāng)陰極信號(hào)為，當(dāng)陰極信號(hào)為“1”時(shí)，該時(shí)，該 段不亮；信號(hào)為段不亮；信號(hào)為“0”時(shí)該段點(diǎn)亮。時(shí)該段點(diǎn)亮。 譯碼譯碼: 在七段在七段LED上顯示十上顯示十 進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字，首進(jìn)制或十六進(jìn)制數(shù)字，首 先將需要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)換先將需要顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)換 成相應(yīng)的段碼成相應(yīng)的段碼(字形碼字形碼)， 通常有硬件譯碼和軟件譯通常有硬件譯碼和軟件譯 碼兩種方式。碼兩種方式。 硬件譯碼硬件譯碼:適用于位數(shù)較少的適用于位數(shù)較少的 情況，軟件譯碼適用于位情況，軟件譯碼適用于位 數(shù)較多的情況。數(shù)較多的情況。 硬件譯碼器與硬件譯碼

38、器與LED接口電路接口電路 75點(diǎn)陣式點(diǎn)陣式LED的排列及顯示器接口電路的排列及顯示器接口電路 返回 每一亮點(diǎn)由一個(gè)發(fā)光每一亮點(diǎn)由一個(gè)發(fā)光 二極管控制，二極管控制，35個(gè)亮個(gè)亮 點(diǎn)分點(diǎn)分 7 行行 5列，通過列，通過 譯碼器控制，可以顯譯碼器控制，可以顯 示各種數(shù)字、字母及示各種數(shù)字、字母及 特殊符號(hào)。特殊符號(hào)。 點(diǎn)陣式點(diǎn)陣式LED的排列及接口電路的排列及接口電路 附錄附錄1 快速及高準(zhǔn)確度快速及高準(zhǔn)確度A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 1.三次積分三次積分A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 雙斜積分雙斜積分A/D-C缺點(diǎn)：速度慢缺點(diǎn)：速度慢. 改進(jìn)：改進(jìn)： 對(duì)雙斜積分式對(duì)雙斜積分式A/D-C的對(duì)的對(duì) UN的反向積分分成一

39、次粗積分的反向積分分成一次粗積分 和一次精積分。和一次精積分。 積分積分 邏輯控制邏輯控制 晶振晶振 比較比較1 N U 7 2 N U R C 比較比較2 x U B U 78910111213 2222222 0123456 2222222 t0 t1 期間，對(duì)期間，對(duì)Ux定時(shí)定時(shí)積分積分 01 1 tt RC U U x t 0 7 01 2 Ttt t1 t2 期間，對(duì)期間，對(duì)UN 定斜定斜積分積分，直到比較器直到比較器1動(dòng)作，動(dòng)作，此時(shí)積分器的輸出此時(shí)積分器的輸出 120112 12 tt RC U tt RC U tt RC U UU NxN tt 0 t1 t 2 t 3 t 0

40、f U f U 1 t U 積分器輸出積分器輸出 定時(shí)時(shí)間定時(shí)時(shí)間 t1 - t0由計(jì)數(shù)器低位溢出決定由計(jì)數(shù)器低位溢出決定 顯然顯然 t = t3 時(shí)，積分器的輸出為零。由此得時(shí)，積分器的輸出為零。由此得 0 12 7 1 2 T tt N 在時(shí)間在時(shí)間 t1 t2 期間內(nèi)，僅計(jì)數(shù)器高位期間內(nèi)，僅計(jì)數(shù)器高位 工作，所計(jì)的脈沖數(shù)為工作，所計(jì)的脈沖數(shù)為 在時(shí)間在時(shí)間 t2 t3 期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器低位、高位均工作，所計(jì)的脈沖數(shù)期間內(nèi)，計(jì)數(shù)器低位、高位均工作，所計(jì)的脈沖數(shù) 23 7 120123 7 22 23 tt RC U tt RC U tt RC U tt RC U UU NNxB tt 0 2

41、3 2 T tt N 0 t1 t 2 t 3 t B U 1 t U 積分器輸出積分器輸出 7 2 N U t2 t3 期間，對(duì)期間，對(duì) 定斜定斜積分積分，直到比較器直到比較器2動(dòng)作，動(dòng)作，此時(shí)積分器的輸出此時(shí)積分器的輸出 0 2 23 7 1201 tt RC U tt RC U tt RC U NNx 將將 t1 - t0 、 t2 - t1 、 t3 - t2 時(shí)計(jì)數(shù)值代入上式，得時(shí)計(jì)數(shù)值代入上式，得 0 2 22 02 7 01 7 0 7 TN RC U TN RC U T RC U NNx NUNNUU NNx 14 21 14 22 整理，得整理，得 通過將通過將UN的反向積分

42、分成一次粗積分和一次精積分，縮短的反向積分分成一次粗積分和一次精積分，縮短 積分時(shí)間，并保證原有的準(zhǔn)確度。積分時(shí)間，并保證原有的準(zhǔn)確度。 對(duì)于對(duì)于14位的位的A/D-C，時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率10MHz 雙斜積分式雙斜積分式A/D-C：300次次/秒；秒； 三次積分式三次積分式A/D-C：26000次次/秒。秒。 速度提高了速度提高了85倍。倍。 2. 全并行比較式全并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 這是所有這是所有A/D-C最快的。最快的。 轉(zhuǎn)換時(shí)間僅受比較器上升時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)間僅受比較器上升時(shí) 間的限制間的限制, 轉(zhuǎn)換速度可以達(dá)轉(zhuǎn)換速度可以達(dá) 到到0 .1 S。 當(dāng)輸出電壓大于比較器當(dāng)輸出電壓大于比較器

43、 的門限電壓時(shí)，比較器的輸?shù)拈T限電壓時(shí)，比較器的輸 出為出為“1”，否則輸出，否則輸出“0”。 對(duì)于對(duì)于N位的位的A/D-C，需要，需要 2N個(gè)比較器。如十位個(gè)比較器。如十位A/D-C， 需要有需要有1023個(gè)比較器。由此個(gè)比較器。由此 嚴(yán)重限制了此種原理的嚴(yán)重限制了此種原理的A/D-C 的位數(shù)。的位數(shù)。 N U R x U 并行二進(jìn)制輸出并行二進(jìn)制輸出 轉(zhuǎn)換邏輯轉(zhuǎn)換邏輯 N U 8 7 N U 8 6 N U 8 1 N U 8 2 N U 8 3 N U 8 5 N U 8 6 3 3位位A/D-C 改進(jìn)：串并行比較式改進(jìn)：串并行比較式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 附錄附錄2 DIP28腳芯片，腳芯

44、片， 片內(nèi)：片內(nèi)：A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換； 轉(zhuǎn)換控制；轉(zhuǎn)換控制； 時(shí)鐘；時(shí)鐘； 總線接口；總線接口； 技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)： 12bits 非非線性誤差：線性誤差： 1/2LSB; 模擬輸入范圍：模擬輸入范圍： 5V； 10V；010V；020V； 轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間：25 S； 內(nèi)部有內(nèi)部有10v 參考電壓參考電壓 功耗：功耗：450mW 屬于逐次逼近式屬于逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 VLOGIC STS 12/8 BIP OFF CS 10VIN A0 20VIN R/C VCC CE VEE VREFOUT VREFIN AC DB11DB4 DC DB3DB0 12/8 輸出數(shù)據(jù)方式選擇，輸

45、出數(shù)據(jù)方式選擇，0時(shí)：時(shí)：A0=0輸出高輸出高8位，位，A0=1低低4位位 A0 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長度選擇。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長度選擇。0時(shí)，啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換；位轉(zhuǎn)換；1時(shí)啟動(dòng)時(shí)啟動(dòng)8位位 R/C 讀、轉(zhuǎn)換選擇。讀、轉(zhuǎn)換選擇。1，輸出數(shù)據(jù)；，輸出數(shù)據(jù)；0，啟動(dòng)，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 CS 片選片選 CE 芯片使能，當(dāng)芯片使能，當(dāng)CE=1，CS=0時(shí)，時(shí)，R/C=1讀；讀；R/C=0轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 VCC 正電源，正電源，0V+16.5V VEE 負(fù)電源，負(fù)電源，0V -16.5V VREFOUT +10V參考電壓輸出端；參考電壓輸出端； 10VIN 單極性單極性0V+10V輸入端，雙極性輸入端，雙極性5V輸入端；

46、輸入端； 20VIN 單極性單極性0V+20V輸入端，雙極性輸入端，雙極性10V輸入端；輸入端； AC 模擬地；模擬地； DC 數(shù)字地；數(shù)字地； STS 狀態(tài)，狀態(tài)，STS=1，正在轉(zhuǎn)換；，正在轉(zhuǎn)換；STS=0，轉(zhuǎn)換結(jié)束；，轉(zhuǎn)換結(jié)束； DB11DB0 A/D轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)線；轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)線； VLOGIC 邏輯控制電壓；邏輯控制電壓； BIP OFF 雙極性偏移端。加適當(dāng)偏壓，對(duì)輸入作零點(diǎn)調(diào)整雙極性偏移端。加適當(dāng)偏壓，對(duì)輸入作零點(diǎn)調(diào)整 啟動(dòng)啟動(dòng) CE=1,CS=0,R/C=0,A0=0為為12位啟動(dòng)；位啟動(dòng)； A0=1為為8位啟動(dòng)位啟動(dòng) 讀數(shù)讀數(shù)CE=1,CS=0,R/C=1,12/8=1讀讀1

47、2位；位；12/8=0: A0=0讀高讀高8位位,A0=1讀低讀低4位位 A/D574引腳及功能引腳及功能 啟動(dòng)啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換位轉(zhuǎn)換 320H 讀狀態(tài)讀狀態(tài) 322H 讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù) 323H VLOGIC STS 12/8 CS 10VIN A0 20VIN R/C VCC CE VEE VREFOUT VREFIN BIP OFF AC DB11DB4 DC DB3DB0 +5V A0 A1 +5V GND 地址地址 譯碼譯碼 +12V -12V 模入信號(hào)模入信號(hào)-5+5V 三態(tài)門三態(tài)門D0 320H323H LE OE 鎖存器鎖存器 A0 323H DB 322H AD使用要點(diǎn)：使用要點(diǎn)：

48、 1. AD三部曲三部曲啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換、讀數(shù)啟動(dòng)、轉(zhuǎn)換、讀數(shù) 2. AD引腳的連接引腳的連接啟動(dòng)、狀態(tài)、讀數(shù)、模入、通道啟動(dòng)、狀態(tài)、讀數(shù)、模入、通道 3. 讀數(shù)據(jù)讀數(shù)據(jù)查詢、中斷、延時(shí)查詢、中斷、延時(shí) 4. 采樣率采樣率軟件定時(shí)、硬件定時(shí)器軟件定時(shí)、硬件定時(shí)器 A/D574應(yīng)用電路應(yīng)用電路 作用：作用： 把被測電壓變換成與其對(duì)應(yīng)的頻率，再利用測把被測電壓變換成與其對(duì)應(yīng)的頻率，再利用測 量頻率的方法進(jìn)行測量，可由電壓量頻率的方法進(jìn)行測量，可由電壓頻率變換器（頻率變換器（vfc） 實(shí)現(xiàn)電壓的測量。目前，單片集成電壓實(shí)現(xiàn)電壓的測量。目前，單片集成電壓頻率變換器頻率變換器 由于具有接口簡單、兼容性強(qiáng)、頻率

49、范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，由于具有接口簡單、兼容性強(qiáng)、頻率范圍寬等優(yōu)點(diǎn)， 因此得到了廣泛的應(yīng)用。因此得到了廣泛的應(yīng)用。 它的頻率范圍和電路形式它的頻率范圍和電路形式 由用戶選擇外接器件來實(shí)現(xiàn)，滿度輸出頻率為由用戶選擇外接器件來實(shí)現(xiàn)，滿度輸出頻率為100KHz 時(shí)所對(duì)應(yīng)正的輸入電流為時(shí)所對(duì)應(yīng)正的輸入電流為10A，適當(dāng)選擇輸入電阻可，適當(dāng)選擇輸入電阻可 得到不同的電壓輸入量程。它可使用正、負(fù)電源得到不同的電壓輸入量程。它可使用正、負(fù)電源 4 7.5V，或單電源，或單電源615V供電。供電。 f0 /2 14 11 3 5 7 4 91 6 Vdd Vdd 8 10 2 C3 R7 R6 R5 R3R4 R8

50、R2 R1 9400 Ui +10V C1 C2 f0 9400 vfc單電源供電的電路圖單電源供電的電路圖 7-3 7-3 頻率、周期和相位差的測量頻率、周期和相位差的測量 一、頻率的測量一、頻率的測量 基本原理基本原理 頻率數(shù)字測量頻率數(shù)字測量用電子計(jì)數(shù)器顯示單位時(shí)間內(nèi)通過的用電子計(jì)數(shù)器顯示單位時(shí)間內(nèi)通過的 被測信號(hào)周期的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其頻率的測定的方法。被測信號(hào)周期的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其頻率的測定的方法。 輸入通道輸入通道 包括放大、整形電路，被測信號(hào)轉(zhuǎn)換矩形脈沖信號(hào)包括放大、整形電路，被測信號(hào)轉(zhuǎn)換矩形脈沖信號(hào) 時(shí)間基準(zhǔn)電路時(shí)間基準(zhǔn)電路 由晶體振蕩器和分頻器組成。得到周期已知的由晶體振蕩器和分頻器組

51、成。得到周期已知的 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), 作為控制計(jì)數(shù)器的門電路時(shí)間基準(zhǔn)。作為控制計(jì)數(shù)器的門電路時(shí)間基準(zhǔn)。 整形電路閘門 門控電路分頻器晶振 計(jì)數(shù)顯示 ux 測量頻率的原理框圖測量頻率的原理框圖 Tx Nx T0 x x x fT T T N 0 0 用被測信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖，時(shí)鐘作為門控信號(hào)。用被測信號(hào)作為計(jì)數(shù)脈沖，時(shí)鐘作為門控信號(hào)。 控制電路控制電路 控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)打開主閘門，允許控制電路在所選擇的基準(zhǔn)時(shí)間內(nèi)打開主閘門，允許 整形后的被測脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器中。整形后的被測脈沖信號(hào)輸入到計(jì)數(shù)器中。 計(jì)數(shù)器和顯示器計(jì)數(shù)器和顯示器 對(duì)控制門輸出的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，顯示計(jì)數(shù)值。對(duì)控制門輸出

52、的信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，顯示計(jì)數(shù)值。 若若T0=10-n秒秒(閘門寬度）閘門寬度），數(shù)值則，數(shù)值則fx=Nx，相差的僅是小數(shù)點(diǎn)的位置相差的僅是小數(shù)點(diǎn)的位置 0 0 0 T N f fT T T N x x x x x ux t t t 測量頻率電路中的波形測量頻率電路中的波形 被測被測 信號(hào)信號(hào) 整形后整形后 的波形的波形 門控門控 信號(hào)信號(hào) 計(jì)數(shù)計(jì)數(shù) 脈沖脈沖 0 0 0 0 t T0 Nx Tx 若若T0 =1s，則，則 fx = Nx ； 若若T0 =10s， 則則Nx = 10fx， fx = 0.1Nx 若若T 0= 0.1s， 則則Nx = 0.1fx， fx = 10Nx 測量誤差測量誤

53、差 ： 門控信號(hào)的開始是隨機(jī)的，與被測信號(hào)不同步而計(jì)數(shù)門控信號(hào)的開始是隨機(jī)的，與被測信號(hào)不同步而計(jì)數(shù) 值可能不同，實(shí)際上計(jì)數(shù)值為值可能不同，實(shí)際上計(jì)數(shù)值為N1，產(chǎn)生了，產(chǎn)生了誤差誤差 例：例：對(duì)于閘門時(shí)間對(duì)于閘門時(shí)間T=1s時(shí)，時(shí)，“1”計(jì)數(shù)誤差的內(nèi)涵是計(jì)數(shù)誤差的內(nèi)涵是1Hz； 而當(dāng)而當(dāng)T=10ms時(shí)，這就意味著將產(chǎn)生時(shí)，這就意味著將產(chǎn)生100Hz的誤差了。的誤差了。 其它誤差：其它誤差：門控信號(hào)的寬度不準(zhǔn)確也會(huì)產(chǎn)生誤差門控信號(hào)的寬度不準(zhǔn)確也會(huì)產(chǎn)生誤差 頻率測量產(chǎn)生誤差：頻率測量產(chǎn)生誤差： f=f/f 又因又因 f=N/T0 則則 f = （N/N）-（ T0 / T0 ）= N - T0 最

54、不利的情況有最不利的情況有 f =（ N + T0 ） 門控信號(hào)的寬度主要取決于晶體振蕩器和分頻器的準(zhǔn)確度，門控信號(hào)的寬度主要取決于晶體振蕩器和分頻器的準(zhǔn)確度， 它們的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都比較高，應(yīng)重點(diǎn)考慮計(jì)數(shù)的誤差。它們的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定性都比較高，應(yīng)重點(diǎn)考慮計(jì)數(shù)的誤差。 即：即：f =（ N + T0 ） N = N/N 因?yàn)橐驗(yàn)?N=1 所以所以 N = （1/N）= （1/ f T0 ） ：計(jì)數(shù)式頻率計(jì)時(shí)，閘門時(shí)間：計(jì)數(shù)式頻率計(jì)時(shí)，閘門時(shí)間T0應(yīng)取的盡可能大，應(yīng)取的盡可能大， 計(jì)數(shù)器的位數(shù)要盡可能多，使計(jì)數(shù)器的位數(shù)要盡可能多，使N盡可能大，以減小測量誤差。盡可能大，以減小測量誤差。 當(dāng)被測信號(hào)

55、的頻率很低時(shí)，即便選取很長的閘門時(shí)間，當(dāng)被測信號(hào)的頻率很低時(shí)，即便選取很長的閘門時(shí)間， 量化誤差仍可能超過允許范圍，怎么處理？量化誤差仍可能超過允許范圍，怎么處理？ 例：例：如被測信號(hào)的頻率如被測信號(hào)的頻率f x=10kHz，T= 1s， N = （1/N）= 1/10000= 0.01% 如被測信號(hào)的頻率如被測信號(hào)的頻率f x=10Hz，T= 1s， N = （1/N） 1/10= 10% 頻率計(jì)顯示的數(shù)字可能是頻率計(jì)顯示的數(shù)字可能是9或或11, 頻率低時(shí)測量頻率低時(shí)測量誤差很大。誤差很大。 二、周期的測量二、周期的測量 基本原理基本原理 周期周期數(shù)字測量數(shù)字測量用電子計(jì)數(shù)器顯示被測信號(hào)一個(gè)

56、周期用電子計(jì)數(shù)器顯示被測信號(hào)一個(gè)周期 內(nèi)通過的固定周期尖脈沖的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其內(nèi)通過的固定周期尖脈沖的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)其周期周期的測定的的測定的 輸入通道輸入通道 包括放大、整形電路，被測信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信包括放大、整形電路，被測信號(hào)轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信 號(hào)，作為閘門的控制信號(hào)。號(hào)，作為閘門的控制信號(hào)。 時(shí)間基準(zhǔn)電路時(shí)間基準(zhǔn)電路 由晶體振蕩器和分頻器組成。得到一系列周期由晶體振蕩器和分頻器組成。得到一系列周期 已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), 作為時(shí)間基準(zhǔn)在閘門的控制下進(jìn)入計(jì)數(shù)器。作為時(shí)間基準(zhǔn)在閘門的控制下進(jìn)入計(jì)數(shù)器。 整形電路整形電路閘門閘門觸發(fā)器觸發(fā)器 分頻器分頻器 晶振晶振 計(jì)數(shù)顯示計(jì)數(shù)顯示 ux 測

57、量頻率的原理框圖測量頻率的原理框圖 t0 Nx Tx xx NtT 0 控制門：輸入信號(hào)作為門控信號(hào)；時(shí)鐘作為計(jì)數(shù)脈沖?？刂崎T：輸入信號(hào)作為門控信號(hào)；時(shí)鐘作為計(jì)數(shù)脈沖。 被測信號(hào)被測信號(hào) 整形輸出整形輸出 門控信號(hào)門控信號(hào) 時(shí)標(biāo)信號(hào)時(shí)標(biāo)信號(hào) 閘門輸出閘門輸出 0 0 0 0 0 t t t t t t0 圖圖416 測量周期的波形圖測量周期的波形圖 Tx 門控信號(hào)為周期門控信號(hào)為周期，T= Nx t0 若若T0 =1s，則，則 fx = Nx ； 若若T0 =10s， 則則Nx = 10fx， fx = 0.1Nx 若若T0 = 0.1s， 則則Nx = 0.1fx， fx = 10Nx 控制

58、門：輸入信號(hào)作為門控信號(hào)控制門：輸入信號(hào)作為門控信號(hào),時(shí)鐘作為計(jì)數(shù)脈沖時(shí)鐘作為計(jì)數(shù)脈沖,適合測來低頻適合測來低頻 門控信號(hào)為半周期門控信號(hào)為半周期，T= 2Nx t0 三、相差的測量三、相差的測量 基本原理：基本原理： 輸入通道輸入通道 包括放大、整形電路，被測信號(hào)包括放大、整形電路，被測信號(hào)u1、u2經(jīng)過放大整形經(jīng)過放大整形 后轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號(hào)，經(jīng)與門后作為閘門的控制信號(hào)。后轉(zhuǎn)換成矩形脈沖信號(hào)，經(jīng)與門后作為閘門的控制信號(hào)。 時(shí)間基準(zhǔn)電路時(shí)間基準(zhǔn)電路 由晶體振蕩器和分頻器組成。得到一系列周期由晶體振蕩器和分頻器組成。得到一系列周期 已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)已知的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào), 作為時(shí)間基準(zhǔn)在閘門的控制下進(jìn)

59、入計(jì)數(shù)器。作為時(shí)間基準(zhǔn)在閘門的控制下進(jìn)入計(jì)數(shù)器。 先測量兩信號(hào)過零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔先測量兩信號(hào)過零點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間間隔 T 整形電路整形電路 閘門閘門 分頻器分頻器 晶振晶振 計(jì)數(shù)顯示計(jì)數(shù)顯示 u1 t0 Nx Tx xx NtT 0 測量相位差的原理框圖測量相位差的原理框圖 整形電路整形電路 u2 與門與門 u1整形整形 u2整形整形 與門輸出與門輸出 時(shí)標(biāo)信號(hào)時(shí)標(biāo)信號(hào) 閘門輸出閘門輸出 t t t t t t t u1 u2 0 0 0 0 0 0 0 T0 Nx 測量相位差的波形測量相位差的波形 通過計(jì)數(shù)法：通過計(jì)數(shù)法： Nx T0 T0為為u1和和u2相與相與 得到正脈沖，其得到正脈沖，其

60、 相位差時(shí)間相位差時(shí)間: 轉(zhuǎn)換角度為：轉(zhuǎn)換角度為： T 2 -T0 =360 T T 2 -T0 7-4 7-4 電壓的數(shù)字測量電壓的數(shù)字測量 一、直流電壓的數(shù)字測量一、直流電壓的數(shù)字測量 測量直流電壓時(shí)，需用測量直流電壓時(shí)，需用A/D轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量或某轉(zhuǎn)換器將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量或某 一中間量，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)、顯示、傳輸。一中間量，然后進(jìn)行計(jì)數(shù)、存儲(chǔ)、顯示、傳輸。 數(shù)字電壓表結(jié)構(gòu)數(shù)字電壓表結(jié)構(gòu) 邏輯控制電路邏輯控制電路 數(shù)字?jǐn)?shù)字 顯示器顯示器 輸入輸入 電路電路 標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)電壓源電壓源 電子電子 計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器 A/D 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 輸入輸入 模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路 模擬電路