数据采集PPT资料.ppt
- 文档编号:14648201
- 上传时间:2022-10-23
- 格式:PPT
- 页数:40
- 大小:2.30MB
数据采集PPT资料.ppt
《数据采集PPT资料.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数据采集PPT资料.ppt(40页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
与驱动电路集成容易。
集成电路开关:
将场效应多路开关、地址计数器、译码器及控制电路等集成在一块芯片上而构成的器件。
数据采集系统主要使用电子式多路开关。
3,3,二、多路开关的工作原理双极型晶体管开关工作原理示意图如下所示。
当Uc1=0时,晶体管截止,晶体管导通,输出信号其它同理。
控制信号Uc1Uc8不能同时有两个以上为零。
4,4,场效应管开关工作原理示意图如下所示。
P沟道绝缘栅场效应开关管。
当Uc1=1,开关控制管导通,场效应管导通,U0=Ui1;
其它原理相同。
5,5,集成多路开关工作原理如下。
由计算机送出四位二进制数,例如选择第2路输入信号,计数器置成0001,四-十六译码器译码,第2条输出线高电平,场效应管T1导通,U0=Ui1,选中第1路。
如果要连续选通第1路-第3路信号,可在计数器计数端加脉冲,来一次脉冲+1,依次输出0001、0010、0011。
6,6,三、多路开关的主要指标1)RON:
导通电阻;
2)RONVS:
导通电阻温度漂移;
3)IC:
开关接通电流;
4)IS:
开关断开时的泄漏电流;
5)CS:
开关断开时,开关对地电容;
6)COUT:
开关断开时,输出端对地电容;
7)tON:
选通信号EN达到50%到开关接通的延迟时间;
8)tOFF:
选通信号EN达到50%到开关断开的延迟时间;
9)tOPEN:
开关切换时间。
两通道均为断开时,从一个通道接通状态转换到另一个通道接通状态,并达到稳定所用的时间。
7,7,四、多路开关集成芯片在数据采集系统中常用的模拟多路开关集成芯片有AD公司的AD7501、AD7503,RCA公司的CD4051,MOTOLOLA公司的MC14051等。
1、AD7501AD7501采用16脚双列直插式封装,8通道单刀式结构,引脚14、15分别接15V电源,脚2接地。
AD7501是有8个输入通道(S1-S8);
1个输出通道(OUT)的CMOS多路开关。
由三个地址线(A2、1、0)和EN进行1/8选择。
8,8,AD7501真值表,注:
片上所有逻辑输入与TTL及CMOS电路兼容;
单向多到一。
9,9,2、CD4501(自学)()CD4501采用16脚双列直插式封装,8通道单刀式结构,允许双向使用,可用于多到一、一到多的双向输出切换。
10,10,CD4501真值表,11,11,3、CD4502CD4502芯片采用16脚双列直插式封装,4通道双刀结构,可以同时驱动2个通道,允许双向使用,用于多到一、一到多切换。
其中,有2根地址线A、B,控制线INH=0时,芯片使能。
12,12,CD4502真值表,13,13,五、多路开关的选用模拟多路开关的作用主要是信号切换,例如在一某时刻接通某一路,让该路信号输入而让其它路断开。
选择时,需要考虑:
通道数量:
通道数量对传输信号的精度和切换速度有直接影响。
通道数目越大,寄生电容和泄漏电流越大,通道间干扰也越多。
泄漏电流:
如果信号源内阻很大,并且传输的是电流,就要更多考虑多路开关的泄漏电流,泄漏电流越小越好。
切换速度:
传输高速信号的场合,多路开关的切换速度要高,并且兼顾采样/保持、A/D转换的速度等。
开关电阻:
理想状态的多路开关导通电阻为零、断开电阻为无穷大,但很难做到。
一般应选择导通电阻足够低的多路开关。
另外,也需要考虑多路开关的漂移性和每路电阻的一致性等。
14,14,六、多路开关的配置模拟多路开关将多路输入信号切换到公共采样/保持器或A/D转换器的方法有两种。
1、单端法单端法是把所有输入信号的一端接至同一个信号地,再将信号地与A/D转换器的模拟地相接;
输入信号的另一端接至多路开关输入端。
接法1:
可保证系统的共模抑制能力,通道数不变。
但仅适用于所有输入信号均参考一个公共电位、信号源均置于同样的噪声环境,否则会引入附加的差模干扰。
应用范围较窄。
15,15,接法2:
应用在所有输入信号相对于系统模拟地的测量上,而且信号电平显著大于在系统中的共模电压Ucm,此时系统的共模抑制能力基本没有发挥,但系统可得到最大的通道数。
注:
上述两种接法为单端接法。
其中,接法1的信号地与模拟地共点,而接法2的信号地与模拟地不共点。
16,16,2、双端法双端法是把所有输入信号的两端各自分别接至多路开关的输入端,如下图所示。
当信号源的信噪比较小时,必须使用这种接法,抗共模干扰能力强,适用于采集低电平信号,但实际通道减少一半.,17,17,注意:
多路开关从一个通道切换到另一个通道时,会发生瞬变现象,输出产生尖峰电压,假如此时采集该信号,会引入误差。
为了消除误差,可用软件延时或进行滤波。
例:
设计一个数据采集传输通道,要求单端接法时能提供32个通道,双端接法时能提供16个通道。
解:
用4个多路开关U1-U4(CD4501)组成32个单端通路(CH0-CH31)。
CPU输出一个字节控制字存入D寄存器(74LS273),其中D0-D2作为地址线分别与A、B、C相连,D3-D6作为U1-U4的控制信号INH。
18,18,1)如果选单端输入,可短接KA的1-2、3-4和KB的2-3、5-6,则可提供32路输入通道CH0-31。
2)如果选双端输入,可输入16路信号,每路占2个端子开关,CH0-15为信号正端,CH16-31为信号负端,短接KA的2-3,再短接KB的1-2、4-5。
此时D3为芯片U1、3的控制信号INH,D4为芯片U2、4的控制信号INH。
19,19,9.4测量放大器,在数据采集系统中,被监测的物理量经过传感器变换成模拟信号,往往是很微弱的,需要用放大器放大。
市场上可以购买到各种放大器,如通用运算放大器、测量放大器等。
通用运算放大器一般存在失调电压和温漂,不能直接用于信号放大;
而测量放大器则能较好地实现放大功能。
测量放大器是一种带有精密差动电压增益的器件,具有输入阻抗高、输出阻抗低、抗共模干扰能力强、温漂低、失调电压低和稳定增益高等特点,在微弱信号监测系统中被广泛用作前置放大器。
20,20,一、测量放大器的电路原理测量放大器由三个运放构成,如下图所示。
其中,A1、A2构成两个同相比例放大器,为第一级,具有高输入阻抗,由于电路结构对称,可抑制零点漂移;
A3构成差动放大器,为第二级,把双端输入变成对地的单端输出。
21,21,1、测量放大器的增益测量放大器采用对称结构,取R1=R2,R3=R4,R5=R6,由于R1=R2,RG的中点是地.,同理,22,22,对于二级,运放的两个输入端都有输入,则为差动输入。
23,23,可见,只要改变RG的值,就可以改变测量放大器的放大倍数K。
同时,为了提高测量精度,测量放大器必须具有很高的共模抑制比,并且要求使用高精度的电阻元件。
所以,可得到测量放大器增益:
24,24,2、抗共模干扰能力对于直流共模信号,由于IG=0,当R3=R4=R5=R6时,U0=0,所以测量放大器对直流共模信号的抑制比为无穷大。
对于交流共模信号,输入信号的传输线存在线阻Ri1、Ri2和分布电容C1、C2,显然Ri1C1和Ri2C2分别对地构成回路,Ri1C1Ri2C2时,交流共模信号在运放两输入端产生分压Ui1和Ui2,Ui1Ui2,所以IG0,对输入信号产生干扰。
25,25,要抑制交流共模信号干扰,可以在输入端加一个输入保护电路,并把信号线屏蔽起来,称为“输入保护”。
当时,由于屏蔽层和信号线间对交流信号是等电位的,C1、C2的分压作用就不存在,从而降低了共模交流信号的影响(在正常使用情况下,C1C2)。
26,26,二、测量放大器的主要技术指标1)非线性度:
实际输出-输入曲线与理想直线的偏差。
当增益为1时,如果一个12位A/D转换器有0.025%的非线性偏差,则当增益为500时,非线性偏差可达0.1%,相当于把12位A/D转换器变成10位以下的转换器,如果测量系统采用12位A/D转换器,一定要选择非线性度偏差小于0.025%的测量放大器。
2)温漂:
测量放大器输出电压随温度变化而变化的程度。
通常测量放大器的输出电压会随温度变化而发生1-50V/,这也与测量放大器的增益有关。
例如,温漂为2V/,当增益为1000时,测量放大器输出电压产生约20mV的变化。
3)建立时间:
从阶跃信号驱动瞬间到测量放大器输出电压达到并保持在给定误差范围内所需时间。
它影响速度。
27,27,4)恢复时间:
放大器撤除驱动信号瞬间到放大器由饱和状态恢复到最终值所需时间,它直接影响数据采样速度。
5)电源引起的失调:
电源电压每变化1%,引起放大器的漂移电压值。
测量放大器一般作为数据采集系统的前置放大器,对于共电源系统,该指标是设计稳压电源的主要依据之一。
6)共模抑制比:
放大器对差模信号的电压放大倍数Aud与对共模信号的电压放大倍数Auc之比,称为共模抑制比(CommonModeRejectionRatio,CMRR)。
差模信号电压放大倍数越大,共模信号电压放大倍数越小,则CMRR越大,此时差分放大电路抑制共模信号的能力越强,放大器的性能越好。
当差动放大电路完全对称时,共模信号电压放大倍数Auc=0,共模抑制比CCMR(理想情况),实际上电路不可能完全对称,共模抑制比也不可能趋于无穷大。
28,28,三、测量放大器集成芯片集成放大器芯片种类较多,其中,美国AnalogDevices公司的AD521和AD522是按照上述原理设计的集成测量放大器。
其它测量放大器虽然电路有差别,但外部性能基本是一样的。
1、AD521AD521是集成测量放大器,14引脚双列直插式封装,如下图。
引脚功能,基本连接方法,29,29,OFFSET(4,6):
用于调整放大器零点,方法是芯片4、6端接10k电位器的两个固定端,电位器滑动端接负电源U-(5);
RG(2,14):
外接电阻RG,用于调整放大倍数。
放大倍数计算公式为其放大倍数可在1-1000的范围内调整。
RS(10,13):
外接电阻RS,用于对放大倍数进行微调。
选用RS=100k15%时,可得到比较稳定的放大倍数。
30,30,AD521(J为例)的技术规范,31,31,2、AD522(自学)()AD522是集成精密测量放大器,在G=100时,其非线性度为0.005%,在0.1Hz100Hz频带内,噪声的峰-峰值为1.5mV,其共模抑制比CMRR100dB(G=100)。
AD522采用14脚双列直插式封装。
4、6用于调整放大器零点,线路同AD521;
2、14连接调整放大倍数的电阻RG,13脚连接信号传输线的屏蔽网,以减少干扰。
32,32,四、测量放大器的使用在使用测量放大器时,要特别注意为偏置电流提供回路,否则偏置电流会对杂散电容充电,使输出电压漂移而得不到控制。
以下以AD521芯片为例,讨论测量放大器的实际应用。
AD521与热电偶、变压器、交流耦合信号的连接如下图所示。
(a)与热电偶直接相连,(b)与变压器相连,33,33,当用测量放大器,例如AD521,处理来自热电偶、变压器或交流耦合源的输入信号时,必须使输入端对地有一条通路。
上
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 数据 采集