《wx_微型计算机控制技术_第二章2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《wx_微型计算机控制技术_第二章2（41页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务第2章 输入/输出接口与过程通道微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.3信号的采样和量化 2.3.1 信号的采样 2.3.2 采样定理及频率的选择 2.3.3 量化过程微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.3信号的采样和量化 在计算机控制系统中，模拟信号需要经过A/D转 换器变成计算机所需的数字信号。转换过程大体 上要
2、解决采样和量化两个问题。首先通过采样器 ，按预定的时间间隔采样连续信号的瞬时值，形 成等间隔的离散模拟信号，然后再通过A/D转换 器把离散信号进行量化处理，得到一系列与离散 值相对应的数字信号。这两个过程是由不同的部 件来完成的。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.3.1信号的采样 把时间连续的信号转换为一连串时间不连 续的脉冲信号，这个过程称为“采样”，又 称为“抽样”、“取样”。对连续信号的采样 过程，可用图2-4来描述。 微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人
3、项目路演文档企业文化建设操作实务（a）模拟信号数字化处理过程图2-4 连续信号的采样过程采样周期：T 采样时间： 采样时刻：0T、1T、2T、3T微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务图2-4 （b）采样过程的模拟 图2-4（b）是用乘法器来描述的采样过程。 f （t）为连续函数，s（t）为开关函数，fs（t）为 采样函数，即f（t）离散后之值。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 在实际应实际应 用中，由于远远小于T，即/T0，故常 用
4、单单位脉冲函数（t）来代替开关脉冲，用单单位 脉冲序列T（t）代替开关函数s（t）。 由于式中，n=0，1，2，；T为采样周期。 当t=mT时， m=0，1，2，微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务这样这样 ，就可以以离散函数f *（t）来代替采样样函数fs（t：）微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.3.2采样定理及频率的选择 在讨论讨论 采样样信号时时，所关心的问题问题 是离散后的函 数f *（t）能否反映原模拟拟信号f（t）的全
5、部信息 ，采样样周期如何选择选择 才能使f *（t）不失真地反 映f（t）的变变化。 采样频样频 率越高，离散后的f *（t）越能接近输输入 信号f（t）。但是，在实时实时 控制系统统中采样频样频 率 太高，会把许许多宝贵贵的时间时间 用于采样样，导导致过过 多的数据存储储和运算，加重计计算机的负负担，实时实时 性差。 微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 香农农（Shannon）采样样定理： 若信号的最高频频率为为fmax，只要采样频样频 率f 2 fmax，采样样信号就能完全恢复原信号。 应应当指出，香农农采样
6、样定理仅给仅给 出了采样样信 号能恢复模拟拟信号的理论论依据。 实际实际 工程中，采样样周期的选择选择 要考虑诸虑诸 多 因素。工程上，采样频样频 率一般取f （410 ）fmax 。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.3.3 量化过程 整量化过程（简称量化）就是用一组数码 （如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅 值，将其转换成数字信号，如图2-6所示。（a）离散模拟信号 （b）数字信号 图2-6 量化过程微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设
7、操作实务 模拟拟信号可以具有无穷穷多的数值值，而一组组数 码码是有限的，因此用数码码来逼近模拟拟信号是 近似的，量化过过程是一个类类似四舍五入的过过 程。 量化单单位 q 是指量化后二进进制数的最低位所 对应对应 的模拟拟量的值值。设设fmax和fmin为转换为转换 信号 的最大值值和最小值值，则则量化单单位为为：式中，i 转换转换 后二进进制数的位数。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 例如，模拟拟信号fmax=16V、fmin=0V，取i=4采样 时刻采样值 （V）量化值采样 时刻采样值 （V）量化值0T9.
8、010014T7.201111T5.901105T8.910012T4.401006T9.510103T5.801107T81000则,最大量化误差微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.4 模拟量输入通道信号调理电路 模拟量输入通道根据应用要求不同，可以有不同的结构形 式。一般由传感器及检测装置、信号调理电路、多路转换 开关、采样保持器、A/D转换器、接口电路等组成。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.4 模拟量输入通道信号调理电
9、路 信号调理电路就是对现场采集到的信号进 行处理，使其满足A/D转换要求。 信号调理部分依据检测信号及受干扰情况 的不同而不同，通常包含放大、I/V转换、 滤波、线性化、隔离等。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.4 模拟量输入通道信号调理电路 2.4.1 信号的放大 2.4.2 I/V变换电路微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.4.1信号的放大 多数传感器产生的信号都比较微弱，需经过放大 才能满足A/D转换器输入信号的幅度要求
10、。 当传感器的工作环境恶劣时，传感器的输出有各 种噪声，共模干扰很大，而传感器的输出小，输 出阻抗很大时，一般运放已不能胜任. 在这种情况下，必需用低噪声、低漂移、高增益 、高输入阻抗和高共模抑制比的直流放大器，这 类放大器常用的有测量放大器、可编程序放大器 和隔离放大器。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 测量放大器常用在应变片传感器、热电偶温度传感器等微 弱信号的输出放大中。这类放大器一般由三个运算放大器 组成. 前两级组成具有对称结构的差动放大电路，其作用是阻抗 变换（高输入阻抗）和增益调整；后一级为功率输
11、出级， 它将A1、A2的差动输入双端输出信号转换为单端输出信 号，且提高共模抑制比。RG用来调节放大器的增益.微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务由图图可知，第一级级：式中，AV为为放大器的增益。 微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 目前有许多集成测量放大器芯片可供用户 选用。如AD521、AD522等。AD522的典 型应用如图2-8所示。 图2-8 AD522典型应用微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术
12、分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务可编程增益放大器 可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA），其放大倍数可根据需 要用程序进行控制。采样这种放大器，可 通过程序调节放大倍数，使A/D转换器满量 程信号达到均一化，大大提高测量精度。 可编程增益放大器有组合PGA和集成PGA 两种。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务1、组合PGA图2-9基于AD522和模拟开关构成的组合PGA微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器
13、人项目路演文档企业文化建设操作实务2、集成PGA图2-10为AD526内部结构图2-11 AD526基本接法微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.4.2 I/V变换电路 为了提高系统的抗干扰能力，通常情况下 ，变送器输出的是标准电流信号。因此需 要经过I/V变换，变成电压信号后才能进行 A/D转换进而被计算机处理。 电流/电压转换电路是将电流信号成比例地 转换成电压。常用I/V变换的实现方法有无 源I/V变换和有源I/V变换。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目
14、路演文档企业文化建设操作实务一、无源I/V变换 无源I/V变换主要利用无源器件电阻来实现，并加 滤波和输出限幅等保护措施。 图2-12无源I/V变换电路对对于010mA输输入信号， 可取R1100，R2500， 且R2为为精密电电阻， 这样这样 当输输入的电电流I为为010mA时时， I/V变换电变换电 路输输出的电压为电压为 ：05V微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务二、有源I/V变换 有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器组成图2-13有源I/V变换电路该该同相放大电电路的 放大倍数为为：对对于010mA
15、输输入信号，若取R1200，则则I=10mA时时， 电电阻R1上产产生2V的电压电压 ，若取R3100，R4150， 该电该电 路对应对应 的输输出电压为电压为 ：05V 微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.5 模拟开关及采样保持 2.5.1 多路模拟开关 2.5.2 采样保持器微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务2.5 模拟开关及采样保持 2.5.1 多路模拟开关 多路模拟开关又称多路转换器，是用来进行模拟 电压信号切换的关键元件
16、。利用多路模拟开关可 将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大 器或A/D转换器上。 理想的多路开关开路电阻为无穷大，接通电阻为 零。此外，还希望切换速度快，噪音小、寿命长 、工作可靠。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务 目前广泛采用的模拟开关有：机械式和电子式 机械式的指采用干簧继电器、湿簧继电器组成的 模拟开关。导通电阻低，开路电阻无穷大，但响 应速度比较慢，而且使用久了触点不易清洗，易 有误动作，寿命短。通常在低速、高精度的系统 中采用。 电子式模拟开关由各类半导体工艺制作的模拟开 关，有晶体管和场效应管两种，其特点是速度快 、寿命长易于集成、体积小。微型计算机控制技术苏教版初三语文广告多棱镜专题课件证券投资的技术分析理论服务型机器人项目路演文档企业文化建设操作实务1. CD4051 CD4051又称8通道单端双向
