微機原理-8,單片機

1、2022-4-231第八章第八章 外部輸入輸出擴展外部輸入輸出擴展8.1 開關(guān)量接口開關(guān)量接口8.2 模擬信號輸入通道模擬信號輸入通道8.3 模擬信號輸出通道模擬信號輸出通道2022-4-2328.1 開關(guān)量接口 緩沖緩沖隔離隔離驅(qū)動驅(qū)動2022-4-2338.1.1 開關(guān)量緩沖驅(qū)動單向驅(qū)動電路單向驅(qū)動電路 在輸出地址信號或單向開關(guān)控制信號時，可使用單向驅(qū)動電在輸出地址信號或單向開關(guān)控制信號時，可使用單向驅(qū)動電路，常用的有路，常用的有74LS0474LS04，74LS125/12674LS125/126等。在多路等。在多路TTLTTL信號輸出時，信號輸出時，一般選用三態(tài)門電路，譬如一般選用三態(tài)

2、門電路，譬如74LS240/241/24474LS240/241/244等。等。雙向驅(qū)動電路雙向驅(qū)動電路 常用的雙向驅(qū)動電路有常用的雙向驅(qū)動電路有74LS242/243/24574LS242/243/245等。等。74LS24574LS245由雙由雙向三態(tài)門電路構(gòu)成，在多路數(shù)據(jù)輸入輸出時用作數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器。向三態(tài)門電路構(gòu)成，在多路數(shù)據(jù)輸入輸出時用作數(shù)據(jù)總線驅(qū)動器。2022-4-2348.1 開關(guān)量緩沖驅(qū)動 OC OC門驅(qū)動電路門驅(qū)動電路 OCOC門電路可由晶體管構(gòu)成，也可選用門電路可由晶體管構(gòu)成，也可選用TTL OCTTL OC門，如門，如7405/06/077405/06/07、7416/1

3、77416/17等。這些等。這些OCOC門都具有高壓輸出功能，除用于提高驅(qū)動能力外，門都具有高壓輸出功能，除用于提高驅(qū)動能力外，還可實現(xiàn)電平變換，驅(qū)動還可實現(xiàn)電平變換，驅(qū)動MOSMOS電路。電路。74077407驅(qū)動驅(qū)動PMOSPMOS電路，最高輸出電電路，最高輸出電壓可達(dá)壓可達(dá)30V30V。 RPMOS7407+10V-5V1K7407與PMOS電路的聯(lián)接C0.1F2022-4-2358.1.2 開關(guān)量隔離開關(guān)量隔離 l光耦合器光耦合器是以光為媒介傳輸信號的器件，它把一個發(fā)光二極管和一個光敏三極管封裝在一個管殼內(nèi)，發(fā)光二極管加上正向輸入電壓信號（1.1V）就會發(fā)光，光信號作用在光敏三極管基極

4、產(chǎn)生基極光電流使三極管導(dǎo)通，輸出電信號。 光耦隔離光耦隔離2022-4-2368.1.2 開關(guān)量輸出接口開關(guān)量輸出接口主要特性參數(shù)有以下幾個方面：主要特性參數(shù)有以下幾個方面： l（1）導(dǎo)通電流和截止電流導(dǎo)通電流和截止電流：對于開關(guān)量輸出場合，光電隔離：對于開關(guān)量輸出場合，光電隔離主要用其非線性輸出特性。當(dāng)發(fā)光二極管二端通以一定電流主要用其非線性輸出特性。當(dāng)發(fā)光二極管二端通以一定電流時，光耦合器輸出端處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)流過發(fā)光二極管的電時，光耦合器輸出端處于導(dǎo)通狀態(tài)；當(dāng)流過發(fā)光二極管的電流小于某一值時，光耦合器輸出端截止。不同的光耦合器通流小于某一值時，光耦合器輸出端截止。不同的光耦合器通常有不同

5、的導(dǎo)通電流，常有不同的導(dǎo)通電流，一般典型值為一般典型值為10mA。l（2）頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)：受發(fā)光二極管和光敏三極管響應(yīng)時間的影響，：受發(fā)光二極管和光敏三極管響應(yīng)時間的影響，開關(guān)信號傳輸速度和頻率受光耦合器頻率特性的影響。因此，開關(guān)信號傳輸速度和頻率受光耦合器頻率特性的影響。因此，在高頻信號傳輸中要考慮其頻率特性。在開關(guān)量輸出通道中，在高頻信號傳輸中要考慮其頻率特性。在開關(guān)量輸出通道中，輸出開關(guān)信號頻率一般較低，不會受光耦合器頻率特性影響。輸出開關(guān)信號頻率一般較低，不會受光耦合器頻率特性影響。2022-4-2378.1.2 開關(guān)量接口隔離開關(guān)量接口隔離 l（3）輸出端工作電流：是指光耦合器導(dǎo)通

6、時，流過光敏三極）輸出端工作電流：是指光耦合器導(dǎo)通時，流過光敏三極管的額定電流。該值表示了光耦合器的驅(qū)動能力，一般為管的額定電流。該值表示了光耦合器的驅(qū)動能力，一般為mA量級。量級。 l（4）輸出端暗電流：是指光耦合器處于截止?fàn)顟B(tài)時輸出端流）輸出端暗電流：是指光耦合器處于截止?fàn)顟B(tài)時輸出端流過的電流。對光耦合器來說，此值越小越好，以防止輸出端過的電流。對光耦合器來說，此值越小越好，以防止輸出端的誤觸發(fā)。的誤觸發(fā)。l（5）輸入輸出壓降：分別指發(fā)光二極管和光敏三極管的導(dǎo)通）輸入輸出壓降：分別指發(fā)光二極管和光敏三極管的導(dǎo)通壓降。壓降。 l（6）隔離電壓：表示了光耦合器對電壓的隔離能力。）隔離電壓：表示

7、了光耦合器對電壓的隔離能力。光耦合器二極管側(cè)的驅(qū)動可直接用門電路去驅(qū)動，一般的門電路驅(qū)動能力光耦合器二極管側(cè)的驅(qū)動可直接用門電路去驅(qū)動，一般的門電路驅(qū)動能力有限，常用帶有限，常用帶OC門的電路（如門的電路（如7406、7407）進(jìn)行驅(qū)動。）進(jìn)行驅(qū)動。2022-4-2388.1.2 開關(guān)量接口隔離開關(guān)量接口隔離 l繼電器方式的開關(guān)量輸出，是目前最常用的一種輸出方式，繼電器方式的開關(guān)量輸出，是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅(qū)動大型設(shè)備時，往往利用繼電器作為測控系統(tǒng)輸出一般在驅(qū)動大型設(shè)備時，往往利用繼電器作為測控系統(tǒng)輸出至輸出驅(qū)動級之間的第一級執(zhí)行機構(gòu)。通過該級繼電器輸出，至輸出驅(qū)動級之間的第一級

8、執(zhí)行機構(gòu)。通過該級繼電器輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的過渡?？赏瓿蓮牡蛪褐绷鞯礁邏航涣鞯倪^渡。l由于繼電器的控制線圈有一定的電感，在關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生較由于繼電器的控制線圈有一定的電感，在關(guān)斷瞬間會產(chǎn)生較大的反電勢，因此在繼電器的線圈上常常反向并聯(lián)一個二極大的反電勢，因此在繼電器的線圈上常常反向并聯(lián)一個二極管用于電感反向放電，以保護(hù)驅(qū)動晶體管不被擊穿。管用于電感反向放電，以保護(hù)驅(qū)動晶體管不被擊穿。l不同的繼電器，允許驅(qū)動電流也不一樣。對于需要較大驅(qū)動不同的繼電器，允許驅(qū)動電流也不一樣。對于需要較大驅(qū)動電流的繼電器，可以采用達(dá)林頓輸出的光隔直接驅(qū)動；也可電流的繼電器，可以采用達(dá)林頓輸出的光隔直接

9、驅(qū)動；也可以在光耦與繼電器之間再加一級三極管驅(qū)動。以在光耦與繼電器之間再加一級三極管驅(qū)動。繼電器隔離繼電器隔離2022-4-2398.1.2 開關(guān)量接口驅(qū)動開關(guān)量接口驅(qū)動l雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ?，能在交流、大電流場合使用，雙向晶閘管具有雙向?qū)üδ埽茉诮涣?、大電流場合使用，且開關(guān)無觸點，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。且開關(guān)無觸點，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)的雙向晶閘管隔離驅(qū)動電路的設(shè)計，是采用一般的光隔傳統(tǒng)的雙向晶閘管隔離驅(qū)動電路的設(shè)計，是采用一般的光隔離器和三極管驅(qū)動電路?，F(xiàn)在已有與之配套的光隔離器產(chǎn)品，離器和三極管驅(qū)動電路?，F(xiàn)在已有與之配套的光隔離器產(chǎn)品，這種

10、器件稱為光耦合雙向晶閘管驅(qū)動器。這種器件稱為光耦合雙向晶閘管驅(qū)動器。 l與一般的光耦不同，在于其輸出部分是一硅光敏雙向晶閘管，與一般的光耦不同，在于其輸出部分是一硅光敏雙向晶閘管，有的還帶有過零觸發(fā)檢測器，以保證在電壓接近為零時觸發(fā)有的還帶有過零觸發(fā)檢測器，以保證在電壓接近為零時觸發(fā)晶閘管。常用的有晶閘管。常用的有MOC3000系列等，運用于不同負(fù)載電壓使系列等，運用于不同負(fù)載電壓使用，如用，如MOC3011用于用于110V交流，而交流，而MOC3041等可適用于等可適用于220V交流使用，用交流使用，用MOC3000系列光電耦合器直接驅(qū)動雙向系列光電耦合器直接驅(qū)動雙向晶閘管，大大簡化了傳統(tǒng)的

11、晶閘管隔離驅(qū)動電路的設(shè)計。晶閘管，大大簡化了傳統(tǒng)的晶閘管隔離驅(qū)動電路的設(shè)計。雙向晶閘管輸出接口雙向晶閘管輸出接口2022-4-23108.1.2開關(guān)量接口驅(qū)動開關(guān)量接口驅(qū)動l固態(tài)繼電器（固態(tài)繼電器（SSR）是近年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，）是近年發(fā)展起來的一種新型電子繼電器，其輸入控制電流小，用其輸入控制電流小，用TTL、HTL、COMS等集成電路或加等集成電路或加簡單的輔助電路就可直接驅(qū)動，因此適宜于在微機測控系統(tǒng)簡單的輔助電路就可直接驅(qū)動，因此適宜于在微機測控系統(tǒng)中作為輸出通道的控制元件；其輸出利用晶體管或晶閘管驅(qū)中作為輸出通道的控制元件；其輸出利用晶體管或晶閘管驅(qū)動，無觸點。動，無觸

12、點。 與普通的電磁式繼電器和磁力開關(guān)相比，具有無機械噪聲、與普通的電磁式繼電器和磁力開關(guān)相比，具有無機械噪聲、無抖動和回跳、開關(guān)速度快、體積小、重量輕、壽命長、工無抖動和回跳、開關(guān)速度快、體積小、重量輕、壽命長、工作可靠等特點，并且耐沖力、抗潮濕、抗腐蝕，因此在微機作可靠等特點，并且耐沖力、抗潮濕、抗腐蝕，因此在微機測控等領(lǐng)域中，已逐步取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開關(guān)測控等領(lǐng)域中，已逐步取代傳統(tǒng)的電磁式繼電器和磁力開關(guān)作為開關(guān)量輸出控制元件。作為開關(guān)量輸出控制元件。固態(tài)繼電器輸出接口固態(tài)繼電器輸出接口2022-4-23118.1.2開關(guān)量接口驅(qū)動開關(guān)量接口驅(qū)動l固態(tài)繼電器由光電耦合電路、觸發(fā)電

13、路、開關(guān)電路、過零控固態(tài)繼電器由光電耦合電路、觸發(fā)電路、開關(guān)電路、過零控制電路和吸收電路五部分構(gòu)成。這五部分被封裝在一個六面制電路和吸收電路五部分構(gòu)成。這五部分被封裝在一個六面體外殼內(nèi)，成為一個整體，外面有四個引腳（圖中的、體外殼內(nèi)，成為一個整體，外面有四個引腳（圖中的、）。如果是過零型、）。如果是過零型SSR 就包括就包括“過零控制電路過零控制電路”部分，部分，而非過零型而非過零型SSR則沒有這部分電路。則沒有這部分電路。 2022-4-23128.1.2開關(guān)量接口驅(qū)動開關(guān)量接口驅(qū)動l直流型固態(tài)繼電器主要用于直流大功率控制場合。直流型固態(tài)繼電器主要用于直流大功率控制場合。其輸入端為一光電耦合

14、電路，因此可用其輸入端為一光電耦合電路，因此可用OC門或晶體門或晶體管直接驅(qū)動，驅(qū)動電流一般管直接驅(qū)動，驅(qū)動電流一般330mA，輸入電壓為，輸入電壓為530V，因此在電路設(shè)計時可選用適當(dāng)?shù)碾妷汉拖?，因此在電路設(shè)計時可選用適當(dāng)?shù)碾妷汉拖蘖麟娮?。其輸出端為晶體管輸出，輸出電壓流電阻。其輸出端為晶體管輸出，輸出電壓30180V。 1、直流型固態(tài)繼電器、直流型固態(tài)繼電器注意在輸出端為感性負(fù)載時，要接保護(hù)二極管用于防止直流固注意在輸出端為感性負(fù)載時，要接保護(hù)二極管用于防止直流固態(tài)繼電器由于突然截止所引起的高電壓。態(tài)繼電器由于突然截止所引起的高電壓。2022-4-23138.1.2開關(guān)量接口驅(qū)動開關(guān)量接口

15、驅(qū)動l交流型固態(tài)繼電器分為非過零型和過零型，二者都交流型固態(tài)繼電器分為非過零型和過零型，二者都是用雙向晶閘管作為開關(guān)器件，用于交流大功率驅(qū)是用雙向晶閘管作為開關(guān)器件，用于交流大功率驅(qū)動場合。動場合。l非過零型非過零型SSR，在輸入信號時，不管負(fù)載電源電壓，在輸入信號時，不管負(fù)載電源電壓相位如何，負(fù)載端立即導(dǎo)通；而過零型必須在負(fù)載相位如何，負(fù)載端立即導(dǎo)通；而過零型必須在負(fù)載電源電壓接近零且輸入控制信號有效時，輸出端負(fù)電源電壓接近零且輸入控制信號有效時，輸出端負(fù)載電源才導(dǎo)通，可以抑制射頻干擾。當(dāng)輸入端的控載電源才導(dǎo)通，可以抑制射頻干擾。當(dāng)輸入端的控制電壓撤消后，流過雙向晶閘管負(fù)載電流為零時才制電壓

16、撤消后，流過雙向晶閘管負(fù)載電流為零時才關(guān)斷。關(guān)斷。、交流型固態(tài)繼電器、交流型固態(tài)繼電器2022-4-23148.1.2開關(guān)量接口驅(qū)動開關(guān)量接口驅(qū)動過零型過零型基本控制基本控制非過零型非過零型TTL控制控制2022-4-2315 在測量和工業(yè)實時控制中，經(jīng)常需要對現(xiàn)場物理量進(jìn)行測量，或在測量和工業(yè)實時控制中，經(jīng)常需要對現(xiàn)場物理量進(jìn)行測量，或者采集下來進(jìn)行處理。這就需要構(gòu)成一個模擬信號的輸入通道，如圖者采集下來進(jìn)行處理。這就需要構(gòu)成一個模擬信號的輸入通道，如圖所示。所示。 單片機或微處理器低通濾波采樣保持A/D轉(zhuǎn)換傳感器前置放大模擬輸入通道8.2 模擬信號輸入通道模擬信號輸入通道2022-4-23

17、168.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) l1、分辨率、分辨率 ADC的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼的分辨率是指使輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進(jìn)制的位數(shù)表所需輸入模擬電壓的變化量。常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。例如示。例如12位位ADC的分辨率就是的分辨率就是12位，或者說分辨位，或者說分辨率為滿刻度率為滿刻度FS的的1/ 。一個。一個10V滿刻度的滿刻度的12位位ADC能分辨輸入電壓變化最小值是能分辨輸入電壓變化最小值是10V1/ =2.4mV。2022-4-23178.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)l量化誤差量化

18、誤差 ADC把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模把模擬量變?yōu)閿?shù)字量，用數(shù)字量近似表示模擬量，這個過程稱為量化。量化誤差是擬量，這個過程稱為量化。量化誤差是ADC的有限位數(shù)對模的有限位數(shù)對模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。實際上，要準(zhǔn)確表示模擬量，擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。實際上，要準(zhǔn)確表示模擬量，ADC的位數(shù)需很大甚至無窮大。一個分辨率有限的的位數(shù)需很大甚至無窮大。一個分辨率有限的ADC的階的階梯狀轉(zhuǎn)換特性曲線與具有無限分辨率的梯狀轉(zhuǎn)換特性曲線與具有無限分辨率的ADC轉(zhuǎn)換特性曲線轉(zhuǎn)換特性曲線（直線）之間的最大偏差即是量化誤差。（直線）之間的最大偏差即是量化誤差。2022-4-23188.2.1 A

19、/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)l偏移誤差偏移誤差是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的是指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值，所以有時又稱為零值誤差。假定值，所以有時又稱為零值誤差。假定ADC沒有非線沒有非線性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點的連線必定性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點的連線必定是直線，這條直線與橫軸相交點所對應(yīng)的輸入電壓是直線，這條直線與橫軸相交點所對應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。值就是偏移誤差。l滿刻度誤差滿刻度誤差又稱為增益誤差。又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理

20、想輸入電壓之差。入電壓之差。2022-4-23198.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)l線性度線性度有時又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線有時又稱為非線性度，它是指轉(zhuǎn)換器實際的轉(zhuǎn)換特性與理想直線的最大偏差。的最大偏差。l絕對精度絕對精度 在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬量輸入與理論模擬輸入之差在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對精度。對于的最大值，稱為絕對精度。對于ADC而言，可以在每一個階梯的水平中而言，可以在每一個階梯的水平中點進(jìn)行測量，它包括了所有的誤差。點進(jìn)行測量，它包括了所有的誤差。l轉(zhuǎn)換速

21、率轉(zhuǎn)換速率 ADC的轉(zhuǎn)換速率是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。的轉(zhuǎn)換速率是能夠重復(fù)進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。2022-4-2320必要性 1. 1. 任何運放都具有零漂和溫漂，影響測量精度任何運放都具有零漂和溫漂，影響測量精度 2. 2. 低溫漂、零漂的器件價格高低溫漂、零漂的器件價格高 3. 3. 前置放大器的放大倍數(shù)與反饋電阻精度相關(guān)，往往需前置放大器的放大倍數(shù)與反饋電阻精度相關(guān)，往往需要高精度的電阻，帶來放大倍數(shù)不準(zhǔn)確要高精度的電阻，

22、帶來放大倍數(shù)不準(zhǔn)確8.2.2 自校正測量電路自校正測量電路2022-4-2321多路開關(guān)放大器A/DCPUVrefVrefVinVinVgndVgnd8.2.2 自校正測量電路自校正測量電路設(shè)計設(shè)計2022-4-2322CPU控制多路開關(guān)，分時測量基準(zhǔn)點壓Vref、測量信號Vin、零點Vgnd，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量分別為Mref、Min和Mgnd。則測量信號Vin的測量值M為refgndrefgndinVMMMMM可以看出，測量值與放大器的放大倍數(shù)無關(guān)，從而消除了放大倍數(shù)隨時間、溫度的變化而帶來的測量精度問題。將零點剪掉，具有良好的抑制零漂8.2.2自校正測量電路自校正測量電路工作原理工作

23、原理2022-4-2323#define ADCResult XBYTE0 xfffe#define SelectChan P1#define Vcal 5.0sbit ADOverP17;sbit ADStart P16;unsigned int Vgnd,Vin,Vref; float Vm;main() unsigned char i;for(i=0;i2;i+) ADStart = 0; ADStart = 1; while（ADOver = 0) ;if(i = 0) Vref = ADCResult; elseif(i = 1) Vin = ADCResult; else Vgnd

24、 = ADCResult;Vm = (float)(Vin Vgnd) / (float)(Vref - Vgnd)Vm = Vm * Vcal; 8.2.2自校正測量程序自校正測量程序2022-4-2324 采樣得到的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，才能用于顯示、控制等。采樣得到的數(shù)據(jù)必須經(jīng)過數(shù)據(jù)處理，才能用于顯示、控制等。 l標(biāo)度變換（工程量變換）l數(shù)字濾波l其他8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2325經(jīng)過經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到的不具有量綱的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成具有量綱的數(shù)值。轉(zhuǎn)換得到的不具有量綱的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成具有量綱的數(shù)值。線形參數(shù)標(biāo)度變換線形參數(shù)標(biāo)度變換0000NNNNAAAAmxmx其中：其中：

25、A0 為參數(shù)量程的起點值，一次測量儀表的下限為參數(shù)量程的起點值，一次測量儀表的下限 Am Am 為參數(shù)量程的終點值，一次測量儀表的上限為參數(shù)量程的終點值，一次測量儀表的上限 Ax Ax 為參數(shù)測量值，工程量為參數(shù)測量值，工程量 N N0 0 為量程起點對應(yīng)的為量程起點對應(yīng)的A/DA/D轉(zhuǎn)換后的值，儀表下限對應(yīng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換后的值，儀表下限對應(yīng)的數(shù)字量 Nm Nm 為量程終點對應(yīng)的為量程終點對應(yīng)的A/DA/D轉(zhuǎn)換后的值，儀表上限對應(yīng)的數(shù)字量轉(zhuǎn)換后的值，儀表上限對應(yīng)的數(shù)字量 NxNx 為測量值對應(yīng)的為測量值對應(yīng)的A/DA/D轉(zhuǎn)換后的值轉(zhuǎn)換后的值8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理一、標(biāo)度變換一、標(biāo)度變換20

26、22-4-2326 非線性情況比較復(fù)雜，通常采用查表法，或分段線性化的方法非線性情況比較復(fù)雜，通常采用查表法，或分段線性化的方法8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理非線形參數(shù)標(biāo)度變換非線形參數(shù)標(biāo)度變換2022-4-2327測量過程的干擾噪聲主要有兩大類：工頻干擾、隨機干擾。測量過程的干擾噪聲主要有兩大類：工頻干擾、隨機干擾。l 限幅濾波l 中位值濾波法l 算術(shù)平均濾波法l 遞推平均濾波法 （又稱滑動平均濾波法）l 中位值平均濾波法 （又稱防脈沖干擾平均濾波法）l限幅平均濾波法l 一階滯后濾波法l 加權(quán)遞推平均濾波法l 消抖濾波法8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理二、數(shù)字濾波二、數(shù)字濾波2022-4-2328

27、數(shù)字濾波的設(shè)計數(shù)字濾波的設(shè)計 l1算術(shù)平均值法算術(shù)平均值法 算術(shù)平均值法就是對某一點的數(shù)值連續(xù)多次采樣，取其算術(shù)平均值。適用于一般信號本身在一定數(shù)值范圍附近上下波動的情況。算術(shù)平均值濾波，一般多次采樣取35次即可。l2中值濾波法中值濾波法 中值濾波就是連續(xù)采集N個數(shù)據(jù)，從中選取一個中間值作為該點的采樣結(jié)果。 8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2329算數(shù)平均值濾波程序算數(shù)平均值濾波程序#defineN12charfilter()intsum=0;for(count=0;countN;count+)sum+=get_ad();delay();return(char)(sum/N);8.2

28、.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2330中位值濾波程序中位值濾波程序/*N值可根據(jù)實際情況調(diào)整排序采用冒泡法*/#defineN11charfilter()charvalue_bufN;charcount,i,j,temp;for(count=0;countN;count+)value_bufcount=get_ad();delay();for(j=0;jN-1;j+)for(i=0;ivalue_bufi+1)temp=value_buf;value_buf=value_bufi+1;value_bufi+1=temp;returnvalue_buf(N-1)/2;8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)

29、據(jù)處理2022-4-2331l3防脈沖干擾平均值濾波法防脈沖干擾平均值濾波法l單片機應(yīng)用系統(tǒng)經(jīng)常會遇到尖脈沖干擾。干擾通常只影響個別采樣點的數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)與其他采樣點的數(shù)據(jù)相差比較大。如果采用防脈沖干擾平均值濾波法，即對采樣的N個數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，去掉其中最大值和最小值，然后計算余下的平均值?？梢詾V去脈沖干擾所形成的最大和最小數(shù)據(jù)。l4滑動平均值濾波法滑動平均值濾波法l滑動平均值濾波法采用隊列作為測量數(shù)據(jù)存儲器，隊列的隊長為N，每進(jìn)行一次新的測量，把測量結(jié)果放入隊尾，而扔掉原來隊首的一個數(shù)據(jù)，這樣在隊列中始終有N個數(shù)據(jù)。對N個數(shù)據(jù)求算術(shù)平均值，就可得到測量結(jié)果。l 8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理202

30、2-4-2332限幅濾波程序限幅濾波程序/*A值可根據(jù)實際情況調(diào)整value為有效值，new_value為當(dāng)前采樣值濾波程序返回有效的實際值*/#defineA10charvalue;charfilter()charnew_value;new_value=get_ad();if(new_value-valueA)|(value-new_valueA)returnvalue;returnnew_value;8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2333遞推平均值濾波程序遞推平均值濾波程序#defineN12charvalue_bufN;chari=0;charfilter()charcoun

31、t;intsum=0;value_bufi+=get_ad();if(i=N)i=0;for(count=0;countN,count+)sum=value_bufcount;return(char)(sum/N);8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2334中位值平均濾波程序中位值平均濾波程序#defineN12charfilter()charcount,i,j;charvalue_bufN;intsum=0;for(count=0;countN;count+)value_bufcount=get_ad();delay();for(j=0;jN-1;j+)for(i=0;ivalue_

32、bufi+1)temp=value_buf;value_buf=value_bufi+1;value_bufi+1=temp;for(count=1;countN-1;count+)sum+=valuecount;return(char)(sum/(N-2);8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2335l5一階低通濾波法一階低通濾波法l一階低通濾波法就是利用軟件完成RC低通濾波器的算法，這種方法適用于變化緩慢數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。用RC低通濾波器來抑制高頻干擾，只保存低頻有用信號。一階低通數(shù)字濾波器的公式為：lYn = ( 1 - K ) Yn-1+ K Xn l式中：K：數(shù)字濾波器的時間常數(shù)；

33、lXn：第n次采樣時的濾波器輸入；lYn：第n次采樣時的濾波器輸出。8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2336一階滯后濾波程序（低通濾波）一階滯后濾波程序（低通濾波）#definea50charvalue;charfilter()charnew_value;new_value=get_ad();return(100-a)*value+a*new_value)/100;8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2337加權(quán)遞推平均濾波程序加權(quán)遞推平均濾波程序/*coe數(shù)組為加權(quán)系數(shù)表，存在程序存儲區(qū)。*/#defineN12charcodecoeN=1,2,3,4,5,6,7,8,9,1

34、0,11,12;charcodesum_coe=1+2+3+4+5+6+7+8+9+10+11+12;charfilter()charcount;charvalue_bufN;intsum=0;for(count=0,countN;count+)value_bufcount=get_ad();delay();for(count=0,count=N)returnnew_value;delay();new_value=get_ad();returnvalue;8.2.3 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理2022-4-2339 在控制系統(tǒng)中，計算機采集到的數(shù)據(jù)往往需要輸出；或經(jīng)在控制系統(tǒng)中，計算機采集到的數(shù)據(jù)往往需

35、要輸出；或經(jīng)過控制算法計算后輸出控制信號用于調(diào)節(jié)或控制受控對象。在過控制算法計算后輸出控制信號用于調(diào)節(jié)或控制受控對象。在很多情況下，計算機系統(tǒng)需要輸出模擬量信號。很多情況下，計算機系統(tǒng)需要輸出模擬量信號。 為適應(yīng)信號遠(yuǎn)傳需要，需要把計算機經(jīng)為適應(yīng)信號遠(yuǎn)傳需要，需要把計算機經(jīng)D/AD/A輸出的電壓信輸出的電壓信號轉(zhuǎn)換成受控對象所需要的電流信號。工業(yè)常用信號：號轉(zhuǎn)換成受控對象所需要的電流信號。工業(yè)常用信號：l 0-10mA 0-10mAl 4-20mA 4-20mA8.3 模擬信號輸出通道模擬信號輸出通道 2022-4-23408.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo) l分辨率分

36、辨率 分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（分辨率是指輸入數(shù)字量的最低有效位（LSB）發(fā)生變化時，所對應(yīng)的輸出）發(fā)生變化時，所對應(yīng)的輸出模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。模擬量（常為電壓）的變化量。它反映了輸出模擬量的最小變化值。 分分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有確定的關(guān)系，可以表示成FS / 。FS表示滿表示滿量程輸入值，量程輸入值，n為二進(jìn)制位數(shù)。對于為二進(jìn)制位數(shù)。對于5V的滿量程，采用位的的滿量程，采用位的DAC時，時，分辨率為分辨率為5V/25619.5mV；當(dāng)采用；當(dāng)采用12位的位的DAC時，分辨率則為時，分辨率則為5V

37、/40961.22mV。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。顯然，位數(shù)越多分辨率就越高。l線性度線性度 線性度（也稱非線性誤差）是實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的線性度（也稱非線性誤差）是實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線特性之間的最大偏差。常以相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如最大偏差。常以相對于滿量程的百分?jǐn)?shù)表示。如是指實際輸出值是指實際輸出值與理論值之差在滿刻度的與理論值之差在滿刻度的以內(nèi)。以內(nèi)。2022-4-23418.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)l絕對精度（簡稱精度）是指在整個刻度范圍內(nèi)，任絕對精度（簡稱精度）是指在整個刻度范圍內(nèi)，任一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實際輸出值與理論值

38、之一輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對精度是由間的最大誤差。絕對精度是由DAC的增益誤差（當(dāng)?shù)脑鲆嬲`差（當(dāng)輸入數(shù)碼為全輸入數(shù)碼為全1時，實際輸出值與理想輸出值之差）、時，實際輸出值與理想輸出值之差）、零點誤差（數(shù)碼輸入為全時，零點誤差（數(shù)碼輸入為全時，DAC的非零輸出的非零輸出值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即值）、非線性誤差和噪聲等引起的。絕對精度（即最大誤差）應(yīng)小于最大誤差）應(yīng)小于1個個LSB。l相對精度與絕對精度表示同一含義，用最大誤差相相對精度與絕對精度表示同一含義，用最大誤差相對于滿刻度的百分比表示。對于滿刻度的百分比表示。2022-4-23428

39、.3.1 D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)l建立時間建立時間是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時，輸出模擬信是指輸入的數(shù)字量發(fā)生滿刻度變化時，輸出模擬信號達(dá)到滿刻度值的號達(dá)到滿刻度值的1/2LSB所需的時間。是描述所需的時間。是描述D/A轉(zhuǎn)換速轉(zhuǎn)換速率的一個動態(tài)指標(biāo)。率的一個動態(tài)指標(biāo)。 電流輸出型電流輸出型DAC的建立時間短。的建立時間短。電壓輸電壓輸出型出型DAC的建立時間主要決定于運算放大器的響應(yīng)時間。的建立時間主要決定于運算放大器的響應(yīng)時間。根根據(jù)建立時間的長短，可以將據(jù)建立時間的長短，可以將DAC分成超高速（分成超高速（1S)、高速、高速（101S）、中速（）、中速（10010S）、低速（）、低速（100S）幾檔。）幾檔。 應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。應(yīng)當(dāng)注意，精度和分辨率具有一定的聯(lián)系，但概念不同。DAC的位數(shù)多時，分辨率會提高，對應(yīng)于影響精度的量化誤的位數(shù)多時，分辨率會提高，對應(yīng)于影響精度的量化誤差會減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響差會減小。但其它誤差（如溫度漂移、線性不良等）的影響仍會使仍會使DAC的精度變差。的精度變差。2022-4-23431. 01. 0 5V5V電壓轉(zhuǎn)換電流輸出電路電壓轉(zhuǎn)換電流輸出電路 0 0 5V