单片机输入电路设计讲稿.ppt
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1、第一页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 是单片机与测控对象相连的部分,是应用系统的数据采集的输入通道。来自被控对象的现场信息按物理量的特征可分为模拟量和数字量两种。第二页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 “开关开关”的基本形式的基本形式:开关在智能装置中被用来设置工作状态和命令,以便选择不同的功能。开关只有“断开断开”与与“闭合闭合”两种稳定(由机械保证)的.下图为
2、一些常用开关的例子。第三页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 “开关开关”的基本形式的基本形式:第四页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 如把现场的电流信号转换为电压信号。如把现场的电流信号转换为电压信号。用用RCRC滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。用稳压管和限流电阻作过电压保护;用稳压管或压敏用稳压管和限流电阻作过电压保护;用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位
3、在安全电平上。电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。串联一个二极管防止反极性电压输入。串联一个二极管防止反极性电压输入。用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。第五页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用第六页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉冲频率信
4、号,对于大量程可以设计一种定时计数冲频率信号,对于大量程可以设计一种定时计数输入接口电路,即在一定的采样时间内统计输入输入接口电路,即在一定的采样时间内统计输入的脉冲个数,然后根据传感器的比例系数可换算的脉冲个数,然后根据传感器的比例系数可换算出所检测的物理量。出所检测的物理量。第七页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用第八页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用。数字信。数
5、字信号不仅在时间上是离散的,而且在数值上也是离散的。类似于从号不仅在时间上是离散的,而且在数值上也是离散的。类似于从总体中抽样研究分布,故称采样。总体中抽样研究分布,故称采样。v以一定时间间隔对连续信号进行采样,使连续信号转换成时间上离散的脉冲序列。以一定时间间隔对连续信号进行采样,使连续信号转换成时间上离散的脉冲序列。第九页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用。为了不丢失被采样信号所携带的信息,实时采样。为了不丢失被采样信号所携带的信息,实时采样的采样频率应满足采样定理(香农定理)
6、的要求,当采样频率不的采样频率应满足采样定理(香农定理)的要求,当采样频率不满足采样定理时将产生信号混迭现象,使采样后波形中增加了额满足采样定理时将产生信号混迭现象,使采样后波形中增加了额外的低频成分,造成失真,引起误差。外的低频成分,造成失真,引起误差。在工程上采样频率应取被采样信号所含最高频率的在工程上采样频率应取被采样信号所含最高频率的K K倍,通常倍,通常K10K102020。还应在。还应在A/DA/D转换之前加入抗混迭模拟滤波器转换之前加入抗混迭模拟滤波器AFAF,滤掉多余,滤掉多余的高频分量。的高频分量。香农定理:为使采样信号能够复现原连续信号,采样频率香农定理:为使采样信号能够复
7、现原连续信号,采样频率ss和连续信号和连续信号e(t)e(t)最高频率最高频率maxmax之间的关系必须满足:之间的关系必须满足:s2s2maxmax 或:或:T/T/maxmax 第十页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 (推荐推荐)工业过程变量采样周期:工业过程变量采样周期:v 流量流量 0.5s 0.5s v 压力压力 1s1sv 液位液位 2s 2s v 温度温度 5s5s第十一页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生
8、科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用由两部分组成:一是信号的滤波、放大、由两部分组成:一是信号的滤波、放大、采样、保持、转换部分;二是单片机及其接口部分;如图所示。采样、保持、转换部分;二是单片机及其接口部分;如图所示。接口程序的任务为接口程序的任务为:对接口初始化,确定采样通道、采样频率、对接口初始化,确定采样通道、采样频率、中断方式中断方式,启动启动A/D,A/D,读取结果读取结果,作前期数据处理,存入指定单元等。作前期数据处理,存入指定单元等。第十二页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机
9、在大学生科技创新活动中的应用 传感器及变换器:采集现场的各种信号,并变换成电信号(电压信号或电流信号),以满足单片机的输入要求。现场信号有各种各样,有电信号,如电压、电流、电磁量等;也有非电量信号,如温度、湿度、压力、流量、位移量等,对于不同物理量应选择相应的传感器。第十三页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 放大器:对传感器输出的微弱信号,进行放大处理处理成满足A/D转换要求的输入信号。如果传感器输出的信号满足A/D转换要求,可以省略。滤波器:减少来自各种工业现场的干扰信号。第十
10、四页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 采样保持器:在单片机的控制下,在某一个时刻采样模拟信号的值,并能保持该瞬时值,直到下一次重新采样。第十五页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 多路转换开关:实现一个A/D转换器分时对多路模拟信号进行转换。如果是一个A/D转换器对用一个信号,可以省略。A/D转换器:实现模拟信号向数字转换,量化。第十六页,讲稿共三十八页哦4.4 4.
11、4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 热电偶温度传感器:热电偶温度传感器:是以热电效应为基础的,将任意两种不同的导是以热电效应为基础的,将任意两种不同的导体体A-BA-B组成一个闭合回路,只要它们的两个接点组成一个闭合回路,只要它们的两个接点t1t1,t2t2的温度不同,的温度不同,在回路里就会产生热电动势在回路里就会产生热电动势,如右图所示:,如右图所示:在单片机应用中,常用的测量参数有温度,压力,湿度,液位,速度,在单片机应用中,常用的测量参数有温度,压力,湿度,液位,速度,位移等。我们对常用的传感器作一详细
12、的介绍。位移等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。第十七页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用常用热电偶的代号,分度号及测量范围见表常用热电偶的代号,分度号及测量范围见表名称代号分设号测量范围C铜-康铜WRC(T)CK-200-+300镍铬-考铜WRK(E)EA-20-800镍铬-镍硅WRN(K)EU-20-1300铂铑10-铂WRP(S)LB-30-1600铂铑10-铂铑6WRR(B)LB-20-1800第十八页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四
13、章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 热电阻温度传感器:热电阻温度传感器:它是利用铂电阻,铜电阻,热敏电阻的阻值随温度而变化的原理测量温度的,这一类传感器的适用范围在-200-+650C,有较高的灵敏度。第十九页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 热电阻温度传感器:热电阻温度传感器:第二十页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 半
14、导体集成温度传感器半导体集成温度传感器 利用半导体利用半导体PNPN实现的。该传感器的线性度好,使用实现的。该传感器的线性度好,使用方便,可以直接输出电压信号,或电流信号。方便,可以直接输出电压信号,或电流信号。典型应用如图第二十一页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 压力测量压力测量 在工业、航空、航天、汽车、气象、海洋、在工业、航空、航天、汽车、气象、海洋、医疗等方面有大量的应用医疗等方面有大量的应用。利用压力可以测量液体、水的高度和压力,可以测量血压、利用压力可以测量液体、水
15、的高度和压力,可以测量血压、气体质量和重量等参数。气体质量和重量等参数。压力(又称压强)的单位是帕(压力(又称压强)的单位是帕(PaPa),),1 1帕帕=1=1牛牛/米米2 2,常用千帕(,常用千帕(KPaKPa),兆帕(),兆帕(MPaMPa)表示,工业上使用)表示,工业上使用的压力单位有的压力单位有Kg/cm2Kg/cm2和和mmHgmmHg,mmHgmmHg几种几种。第二十二页,讲稿共三十八页哦4.4 4.4 输入通道电路设计输入通道电路设计第四章第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用单片机在大学生科技创新活动中的应用 各个压力(又称压强)的单位之间的关系见表各个压力(又称压强)的
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