第三章模拟量输入通道.ppt
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1、第三章 模拟量输入通道,本章要点: 1模拟量输入通道的结构组成。 2多路开关,前置放大、采样保持等各环节的功能作用。 38位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电路。 412位A/D转换器AD574A芯片及其接口电路。,返回总目录,引言 3.1 信号调理电路 3.2 多路模拟开关 3.3 前置放大器 3.4 采样保持器 3.5 A/D转换器 3.6 A/D转换模板 思考题,主要内容:,模拟量输入通道的任务: 转换 模拟量到数字量的转换。 组成核心A/D转换器,引 言,将现场物理量变换为电信号,抑制干扰、保证A/D转换精度,实现多选一,将输入信号放大到A/D可接受的范围,保持、保证A/D精度,
2、核心,实现A到D的转换,进行地址译码,产生片旋信号和写信号,3.1 信号调理电路,在控制系统中,对被控量的检测往往采用各种类型的测量变送器,当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时,一般是采用电阻分压法把现场传送来的电流信号转换为电压信号,以下是两种变换电路。 1. 无源I/V变换 2. 有源I/V变换,1.无源I/V变换,构成无源器件电阻RC滤波二极管限幅等实现, 取值: 输入0- 10 mA,输出为0 -5 V ,R1=100,R2=500; 输入4 -20 mA,输出为1 - 5 V,R1=100,R2=250; 电路图:,2. 有源I/V变换,构成 运算放大器
3、电阻电容组成; 电路放大倍数同相放大电路 取值 R1=200,R3=100k,R4=150k 输入0 10 mA输出0 5 V R1=200,R3=100k,R4=25k 输入4 20 mA输出1 5 V 电路图:,3.2 多路模拟开关,主要知识点,3.2.1 结构原理 3.2.2 扩展电路,3.2.1结构原理,图 CD4051结构原理,链接动画,构成电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。,3.2.2 扩展电路,链接动画,图 多路模拟开关的扩展电路,3.3 前置放大器,主要知识点,引言 3.3.1 测量放大器 3.3.2 可变增益放大器,引 言,链接动画,图 放大电路,前置放大器的任务将输入
4、模拟小信号放大到A/D转换的量程范围 ,如0-5VDC;,3.3.1 测量放大器,链接动画,对称结构,可抑制共模干扰。,3.3.2 可变增益放大器,链接动画,3.4 采样保持器,3.4.1 数据采样定理 3.4.2 采样保持器,3.4.1 数据采样定理,链接动画,图 信号的采样过程,周期采样过程:,3.4.2采样保持器,1、 零阶采样保持器,链接动画,图 零阶采样保持器,构成输入输出缓冲放大器A1、A2和采样开关S、保持电容CH。 工作过程采样期间,开关S闭合,输入电压VIN通过A1对CH快速充电,输出电压VOUT跟随VIN变化;保持期间,开关S断开,由于A2的输入阻抗很高,理想情况下电容CH
5、将保持电压VC不变,因而输出电压VOUT=VC也保持恒定。,2、零阶集成采样保持器,图 集成采样保持器,(a)AD582 (b) LF198/298/398 图39 集成采样保持器,3.5 A/D转换器,3.5.1 工作原理与性能指标 3.5.2 ADC0809芯片及其接口电路 3.5.3 AD574A芯片及其接口电路,主要知识点,3.5.1 工作原理与性能指标,1逐位逼近式A/D转换原理 2双积分式A/D转换原理 3电压/频率式A/D转换原理 4A/D转换器的性能指标,1逐位逼近式A/D转换原理,链接动画,图 逐位逼近式A/D转换原理图,例题3-2:一个8位A/D转换器,设VR+ = 5.0
6、2 V, V R = 0 V,计算当VIN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量。 解:把已知数代入公式(3-4): 0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量分别为00H、80H、FFH。 此种A/D转换器的常用品种有普通型8位单路ADC0801ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路ADC0816/0817等,混合集成高速型12位单路AD574A、ADC803等。,2双积分式A/D转换原理,图 双积分式A/D转换原理图,3电压/频率式A/D转换原理,图 电荷平衡式V/F转换原理,(1)分辨率 分辨率是指A/D转换器对微小输入信号变化的敏感程度。分辨率越
7、高,转换时对输入量微小变化的反应越灵敏。通常用数字量的位数来表示,如8位、10位、12位等。分辨率为n,表示它可以对满刻度的1/2n的变化量作出反应。即: 分辨率 = 满刻度值/2n,4A/D转换器的性能指标,A/D转换器的转换精度,用绝对误差和相对误差来表示。 绝对误差实际模拟量输入值理论值 绝对误差包括增益误差,零点误差和非线性误差等。 相对误差(指绝对误差/满刻度值)*100% 对A/D转换器常用最低有效值的位数LSB(Least Significant Bit))来表示,1LSB = 1 2n 。 例如,对于一个8位05V的A/D转换器,如果其相对误差为1LSB,则其绝对误差为19.5
8、 mV,相对百分误差为0.39。一般来说,位数n越大,其相对误差(或绝对误差)越小。,(2)转换精度,(3)转换时间 A/D转换器完成一次转换所需的时间称为转换时间。如逐位逼近式A/D 转换器的转换时间为微秒级,双积分式A/D转换器的转换时间为毫秒级。 (4)非线性误差 A/D转换器实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差。在转换器设计中,一般要求非线性误差不大于1/2LSB。通常用非线性误差来表示A/D转换器的线性度。,3.5.2 ADC0809及其接口电路,主要知识点,1. ADC0809芯片介绍 2ADC0809接口电路,1. ADC0809芯片介绍 8位逐位逼近式A/D转换器 分辨
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