第11章傳感器信號(hào)處理及微機(jī)接口技術(shù).ppt

1、2020/7/31，1，第11章傳感器信號(hào)處理和微機(jī)接口技術(shù)，2020/7/31，2，引言，測(cè)量的各種非電力信號(hào)由傳感器檢測(cè)和轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，但是這些信號(hào)微弱，和輸入的被測(cè)量之間具有非線性關(guān)系3，3，主要章節(jié)，11.1傳感器信號(hào)的預(yù)處理11.2傳感器信號(hào)的放大電路11.3傳感器和微機(jī)的接口技術(shù)11.4抗噪技術(shù)，2020/7/31，4，11.1傳感器信號(hào)的預(yù)處理，傳感器和微機(jī)接口電路主要用信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理， 傳感器和微機(jī)的接口框圖，2020/7/31、5、11.1.1開關(guān)式輸出信號(hào)的預(yù)處理是在輸入傳感器的物理量在某個(gè)閾值范圍內(nèi)，傳感器為“off”的狀態(tài)，輸入量超過該閾值時(shí)，傳感器為“on” 始終連接

2、具有滯后特性的電路，稱為識(shí)別器或脈沖整形電路，使用施密特觸發(fā)器、2020/7/31、6、6、開閉量傳感器特性示意圖、2020/7/31、7、11.1.2的這些殘奧儀表另外，2020/7/31，8，1電流/電壓轉(zhuǎn)換電路(I/V轉(zhuǎn)換)、I/V轉(zhuǎn)換器的作用要求是將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)，以不僅僅是恒壓性能，還要求由于負(fù)載電阻的變化引起的輸出電壓的變化量不超過容許值。 2020/7/31，9，使用運(yùn)算放大器的I/V轉(zhuǎn)換電路，2020/7/31，10，2 .電壓/電流轉(zhuǎn)換(V/I轉(zhuǎn)換)，V/I轉(zhuǎn)換器的作用是電壓信號(hào)，2020/7/31，11，420 ma的V/I轉(zhuǎn)換電路，2020/20 另一種方法

3、是通過頻率/電壓轉(zhuǎn)換器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬電壓信號(hào)并進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換的方法。 2020/7/31，13，頻率/電壓變換器的原理方框圖，2020/7/31，14，4 .數(shù)字輸出信號(hào)的預(yù)處理，數(shù)字輸出信號(hào)分為數(shù)字脈沖式信號(hào)和數(shù)字編碼式信號(hào)。 經(jīng)由整形電路將數(shù)字脈沖式輸出信號(hào)直接與數(shù)字計(jì)數(shù)器連接，得到數(shù)字信號(hào)。 傳感器信號(hào)的預(yù)處理請(qǐng)根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的特征和后續(xù)檢測(cè)電路對(duì)信號(hào)的要求選擇不同的電路。2020/7/31、15、11.2傳感器信號(hào)的放大電路、測(cè)量放大器也稱為校正裝置放大器(簡(jiǎn)稱IA )，因?yàn)樾盘?hào)微弱，在有大共模干擾的情況下被廣泛應(yīng)用，有精確的增益標(biāo)定，所以也稱為數(shù)據(jù)放大器。 2020/7/31、

4、16、11.2.1通用IA、通用IA由三個(gè)運(yùn)算放大器A1、A2、A3構(gòu)成. 切換頻道時(shí)，必須迅速調(diào)整IA的增益，被稱為增益控制IA。 偽非線性校正也采用增益控制IA。 增益控制IA分為自動(dòng)增益IA和可編程增益IA兩種。2020/7/31、18、自動(dòng)增益IA基本動(dòng)作過程、動(dòng)作速度慢，不適用于高速系統(tǒng)。、可編程測(cè)量放大器的原理結(jié)構(gòu)、2020/7/31、19、11.2.3ia的技術(shù)指標(biāo)、(1)非線性(2)偏移漂移(3)建立時(shí)間(4)恢復(fù)時(shí)間(5)集成校正放大器AD522、集成振蕩器WS112、XTR101、TD系列ISO102等電容耦合隔離放大器、PG系列可編程放大器、2B30/2B31電阻信號(hào)適配

5、器等2020/7/、11.3.1數(shù)據(jù)收集的概念、2020/7/31、22、1 .數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的配置、典型的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)按模擬多路復(fù)用開關(guān)(MUX )在電路中的位置分為同時(shí)采集、高速采集、時(shí)分采集和差分結(jié)構(gòu)4種布置，2020/7/31、24、2 .采樣周期的選擇以相等的時(shí)間間隔對(duì)某一連續(xù)時(shí)間信號(hào)a(t )進(jìn)行采樣得到對(duì)應(yīng)的離散時(shí)間信號(hào)作為連續(xù)時(shí)間信號(hào)的采樣的2020/7/31，26、模擬量的采樣參照的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)、2020/7/31，27，3 .量化噪聲(量化誤差)，模擬信號(hào)連續(xù)，數(shù)字信號(hào)離散，各自的數(shù)字用有限的數(shù)字來表示(1)分辨率表示對(duì)ADC的輸入量的微小變化的靈敏度，等于輸出數(shù)字量的最下位字(

6、1 LSB )表示的輸入模擬電壓值。 ADC的位數(shù)越多分辨率越高。 因此，分辨率也可以用A/D轉(zhuǎn)換的位數(shù)表示。 1A/D轉(zhuǎn)換器(ADC )的主要技術(shù)指標(biāo)，2020/7/31，29，(2)精度，精度分為絕對(duì)精度和相對(duì)精度。 絕對(duì)精度：輸入模擬信號(hào)的實(shí)際電壓值與轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的理論電壓值之差。 包括量化誤差、線性誤差和零誤差。 絕對(duì)精度用LSB的倍數(shù)表示，常見的是1/2LSB和1LSB。 相對(duì)精度：絕對(duì)誤差和滿刻度值的百分比。 由于可根據(jù)需要設(shè)定輸入全標(biāo)度值，因此相對(duì)誤差也多以LSB單位顯示。2020/7/31、30、(3)范圍(全尺度范圍)、范圍是輸入模擬電壓的變化范圍。2020/7/31、31

7、、(4)線性度誤差、線性度誤差是由于變換器的實(shí)際的模數(shù)變換關(guān)系與理想直線不同所產(chǎn)生的誤差，通常也用LSB的倍數(shù)表示。 另外，2020/7/31、32、(5)轉(zhuǎn)換時(shí)間是從發(fā)出開始轉(zhuǎn)換脈沖起到輸出穩(wěn)定的二進(jìn)制碼為止、即一次轉(zhuǎn)換完成為止所需的最大時(shí)間。2020/7/31、33、2.adc的選擇和使用，按照A/D轉(zhuǎn)換的原理，ADC主要分為比較型和積分型兩種。 其中經(jīng)常使用逐次近似型、雙積分型、V/F轉(zhuǎn)換型(電荷平衡式)。2020/7/31、34、所選擇的標(biāo)準(zhǔn)、依次近似ADC的特征點(diǎn)，轉(zhuǎn)換速度高(1s1 ms )，814位中等精度，輸出瞬時(shí)值，抗噪能力差。 雙積分ADC測(cè)量信號(hào)平均值，對(duì)常態(tài)噪聲具有較強(qiáng)

8、的抑制能力，精確度高，分辨率達(dá)到1220位，雖然廉價(jià)，但轉(zhuǎn)換速度慢(4 ms1 s )。 V/F轉(zhuǎn)換器是由積分器、比較器和整形電路構(gòu)成的VFC電路，將模擬電壓變換為對(duì)應(yīng)的頻率的脈沖信號(hào)，該頻率與輸入電壓值成比例，并以頻率校正來測(cè)定。 VFC可高速響應(yīng)，抗干擾性能好，可連續(xù)轉(zhuǎn)換，輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍寬，適合需要遠(yuǎn)程傳輸?shù)膱?chǎng)合，但轉(zhuǎn)換速度慢。、2020/7/31、35、2 )與A/D轉(zhuǎn)換器和單片機(jī)的接口、(1)傳感器收集接口結(jié)構(gòu)、2020/7/31、36、(2)A/D轉(zhuǎn)換器和接口電路、外圍設(shè)備(A/D 數(shù)據(jù)指針MOV IE，#84H； 外部中斷許可1中斷SETB IT1； 置位邊緣觸發(fā)方式MOVX

9、DPTR，a； 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、2020/7/31、38、環(huán)路： cjne r 0、#48、環(huán)路； 判斷8個(gè)通道是否完成了RET主程序AINT:MOVX A，DPTR； 輸入數(shù)據(jù)MOV R0、A INC DPTR； 指針I(yè)nc r 0移動(dòng)dptr，a； 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換RETI中斷返回、2020/7/31、39、11.4抗干擾技術(shù)、1 .外部干擾(1)從外部侵入檢測(cè)裝置的干擾稱為外部干擾。 (2)電氣設(shè)備干擾的特征、商用頻率干擾、射頻干擾、電子開關(guān)關(guān)斷干擾、11.4.1干擾的源和形式、2020/7/31、40、2 .內(nèi)部干擾、(1)固有噪聲源(1) 42、4 .干擾的作用方式、(1) 串行模式干擾所有干擾信

10、號(hào)和有用信號(hào)以電位源的形式串行(或以電流源的形式并行)作用的稱為串行模式干擾，串行模式干擾總稱為差分模式干擾，并且由于使測(cè)量裝置的兩個(gè)輸入端子電壓發(fā)生變化，因此影響很大。 (2)共模干擾信號(hào)相對(duì)于某個(gè)共同端一起改變(波動(dòng))兩個(gè)輸入端的電位的屬性共模干擾。 共模噪聲本身不改變兩輸入端子電壓，但在輸入電路兩端不對(duì)稱的條件下，變換為串行模噪聲。 由于共模電壓一般較大，對(duì)測(cè)量的影響更為嚴(yán)重。 共模干擾等效電路、(2020/7/31，44 )共模抑制比(CMRR )共模噪聲僅通過轉(zhuǎn)換為差分模噪聲來形成干擾，該轉(zhuǎn)換取決于測(cè)量設(shè)備的特性。 因此，一般共模抑制比定義為：測(cè)量裝置的抑制共模干擾的能力的2020/

11、7/31、45、11.4.2干擾的抑制技術(shù)；(1)干擾源(2)去除或抑制破壞干擾路徑(3)的方法屏蔽罩請(qǐng)良好地接地。 盡量縮短被屏蔽電路伸出屏蔽外殼外的導(dǎo)線長(zhǎng)度。 (2)電磁屏蔽(3)磁屏蔽(4)驅(qū)動(dòng)屏蔽的概念，2020/7/31，47，磁屏蔽的原理圖，驅(qū)動(dòng)屏蔽的原理圖，2020/7/31，48，3 .為了保證接地安全，將電網(wǎng)零線和設(shè)備箱與大地連接，稱為保安地線對(duì)于以電能為信號(hào)的通信、測(cè)量、校正計(jì)算控制等電子技術(shù)而言，將電信號(hào)的基準(zhǔn)電位點(diǎn)稱為“接地”，這可能與大地隔離，稱為信號(hào)接地。 信號(hào)接地有模擬信號(hào)接地和數(shù)字信號(hào)接地兩種。 另外，從信號(hào)的特點(diǎn)來看，還有信號(hào)源接地和負(fù)載接地。 2020/7/31，49，(2)單點(diǎn)接地原則，機(jī)內(nèi)單點(diǎn)接地，2020/7/31，50，檢測(cè)系統(tǒng)的單點(diǎn)接地模式圖，系統(tǒng)單點(diǎn)接地，2020/7/31，52，4 .浮動(dòng)技術(shù)，測(cè)量裝置電路的共通線不連接機(jī)箱和大地、2020/7/31、53、“浮動(dòng)屏蔽”的檢測(cè)系統(tǒng)、2020/7/31、54、各層連接法、(1)一次側(cè)屏蔽層以及電源變壓器與測(cè)