【教学课件】第四章输入通道技术.ppt

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1、第四章 输入通道技术,主要内容4.1 电阻变化信号提取技术4.2 电压信号放大技术4.3 输入通道配置技术(）4.4 单片机采集系统举例(）4.5 实时时钟技术（详细）,4.1 电阻变化信号提取技术,回顾：传感器输出信号类型？电流、电压（强、弱）、电荷、电势、电阻等。,主要内容4.1.1 恒流供电检测（）4.1.2 电桥法,4.1.1 恒流供电检测,恒压式恒流式（抗干扰能力强）恒流源的获得(LM317)(详细）,4.1.2 电桥法,单电桥双电桥(对桥)全电桥,4.2 电压信号放大技术,4.2.1 基本电路及理想特征（）4.2.2 常用运算放大器4.2.3 仪表放大器（抑制共模干扰）4.2.4

2、增益可控集成运算放大器4.2.5 可控增益运算放大器举例（）4.2.6 AD620 仪器用放大器,4.2.1 基本电路及理想特征,基本电路,4.2.1 基本电路及理想特征,理想特性开环放大倍数Av=；输入阻抗Ri=，输出阻抗R0=0；(）频带宽度Bw=；当Vn=Vp时，V0=0没有温漂。,4.2.2 常用运算放大器,通用型F124、F224、F324等。高精度集成运算放大器OP-07、09、11、27、AD508等。高输入阻抗型LF347、MC34004、F355、LF155等。专用运算放大器视频放大器：MAX457等。音频放大器：LM386等。,4.2.3 仪表放大器（抑制共模干扰）,4.2

3、.4 增益可编程控制集成运算放大器,利用模拟开关改变反馈电阻的方法改变增益。常用集成增益可编程控制测量放大器有：AD524、AD624、AD625等。,4.2.5 可控增益运算放大器运用举例（）,以4051模拟开关和AD620来实现。,控制4051使AD620的增益电阻分别为R1R8,4.2.6 AD620 低价格、低功耗仪器用放大器,仅需一个外接电阻即可得到11000内的任意增益范围；极宽的电源工作范围（2.3V18V）；三片运放组成的电路性能高；8引脚DIP或SOIC封装；带宽120kHz（G=100）；建立时间15uS（0.01%）。,4.3 输入通道配置技术（）,主要内容4.3.1 基

4、本形式4.3.2 信号隔离技术（）4.3.3 多路切换技术4.3.4 多路信号采集应用举例（）4.3.5 V/F、F/V变换技术,4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186（难点）4.3.7 开关量输入的CPU接口（）4.3.8“96”HSI和A/D变换子程序（）4.3.9 单总线4通道A/D转换器DS2450（难点，不作详细讲解，自学）4.3.10 键盘和触摸屏技术,4.3.1 基本形式,结构1：大信号模拟电压A/D单片机结构2：VV/F单片机结构3：小信号模拟电压放大A/D单片机结构4：小信号模拟电压放大V/F单片机结构5：大信号电流（010mA，0、420mA）I/V

5、A/D单片机结构6：大信号电流（010mA，0、420mA）I/VV/F单片机,420mA（15V)为工业标准，可以监测传感器是否断线（信号为0即断线）,结构7：小信号电流（mA、A）I/V放大A/D单片机结构8：小信号电流（mA、A）I/V放大V/F单片机结构9：小信号f放大整形单片机结构10：TTL电平的频率信号单片机结构11：非TTL电平的开关信号防抖电平变换整形单片机,开关量(f)隔离技术,需要隔离的信号包括？数字量开关量、频率量、数据总线（单总线）等模拟量,4.3.2 信号隔离技术(详细）,Iin=Vin/R220mA,正向驱动（V-接地）,一般为2K,施密特整形器,单总线隔离驱动,

6、P1.0输出,单总线,P1.1输入,模拟量隔离技术：AD202、精密线性光耦,放大电阻,内部电源,4.3.3多路切换技术,单端8通道：AD7501、AD4051单端16通道：AD7506、AD4067（有INH端）差动4通道：AD7502、AD4052差动8通道：AD7507、AD4097,4.3.4 多路信号采集系统应用举例,第二级,P1=01101011B,选择X11,!,4.3.5 V/F、F/V变换技术,V/F变换技术 F/V变换技术（课下自学）,4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186,概述详细说明典型运用电路（简要介绍，自学）,1 一般说明,MAX186是12

7、位的数据采集系统，它把8通道多路转换器，大带宽跟踪/保持电路和串行接口组合在一起，具有变换速率高、功耗极低的特点。此期间可使用单一5V电源或5V电源进行工作。其模拟输入可由软件设置为单极性/双极性和单端/差动工作方式。,MAX186使用内部时钟或外部串行接口时钟以完成逐次逼近模/数变换,当使用内部时钟时，串行接口可工作到4MHz以上。MAX186具有4.096V的内部基准电压,而MAX188要求一个外部基准.这两种器件都带有基准缓冲放大器,它可使增益的微调简单化。,2特点,1)8通道单端或4通道差分输入2)单+5V或5V工作电压3)低功耗：1.5mA(工作方式)2A(断电方式)4)内部跟踪/保

8、持电路，133KHz采样速率5)内部4.096V基准电压（MAX186）6)与SPI,QSPI,Micorwire,尺寸TMS320兼容的4线串行接口7)可用软件设置的单极性或双极性输入8)20引脚的双列直插式（DIP）,小型(SO),紧缩的小型（SSOP）封装,3、MAX186操作时序图,写入控制字节,读取AD结果,4、启动一次A/D变换,把一个控制字节与时钟同步送入DIN可启动MAX186/MAX188的一次变换。CS为低电平时SCLKD每一个上升沿把一个位从DIN送入MAX186/MAX188的内部移位寄存器。在CS变低以后，第一个到达的逻辑“1”位定义控制字节的最高有效位。在这第一个“

9、起始”位到达之前，与时钟同步送入DIN的任何个数的逻辑“0”位均无效。,5 控制字,6、通道选择（单端输入）,7、通道选择（差分方式）,8、典型应用电路,4.3.7 开关量输入的CPU接口,HSI口与EXINT口并行I/O口8255并行接口8155并行接口8253定时器/计数器（详细）,一.HSI口与EXINT口,HSI口接收开关量的输入信号，可用中断和查询两种方式；EXINT口可用于重要的实时信息（因为它的中断优先级别最高）。,二并行I/O口,1、8255的控制字,2、8155的控制字,PA：“0”A口输入；“1”A口输出PB：“0”B口输入；“1”B口输出PC2、PC1口：“00”=ALT

10、1：A口，B口基本输入输出，C口输入“11”=ALT2：A口，B口基本输入输出，C口输出“01”=ALT3：A口选通输入输出，B口基本输入输出，PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3-PC5输出“10”=ALT4：A口，B口选通输入输出，PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3:BINTR,PC4:BBF,PC5:-BSTB,3、8253的控制字,BCD：计数器计数方式选择，可采用二进制或BCD码计数0：二进制；1：BCDM2 M1 M0工作方式：000方式0；001方式1；X10方式2；X11方式3；100方式4；101方式5RL1、RL0计数器

11、读写操作长度选择：00：将计数器中的数据锁存到缓冲器01：选计数器的低8位进行写或读10：选计数器的高8位进行写或读11：对计数器进行两次读/写操作，先低字节，后高字节SC1、SC0选择计数器00：选计数器001：选计数器110：选计数器211：非法当对8253写入控制字后，就要给计数器赋值了。,4、8253计数控制,一般采用每次赋初值和一次赋初值两种方法。当计数脉冲突然断开时，前一种方法计数不回“0”，因为计数器工作脉冲为外部脉冲，没有外部计数脉冲则初始值无法锁存。,初始值,第1次,第2次,4.3.8“96”HSI和A/D变换子程序,HSI中断子程序A/D变换子程序（详细）,4.3.9 单总

12、线4通道A/D转换器DS2450（自学）,DS2450单总线4通道A/D转换器，通过四路到一路模拟复用器逐步逼近完成转换。每个输入通道具有单独的幅值电压、转换结果及报警门限设置寄存器，并且每个通道有上下超限两个标志寄存器，当电压过高或过低时，无需总线干预比较即可使相应寄存器置位。,4.3.10 键盘和触摸屏技术,键盘输入技术触摸屏技术技术指标用户接口数据说明“三键”或“五键”式输入,面膜实例,4.4 单片机采集系统举例,主要内容（难点）4.4.1 单片机对频率量的采集4.4.2 单片机对于多路模拟量的循环 采集,4.4.1 单片机对频率量的采集,“F”法、“T”法、“MT”法以及“M/T”法简

13、介“FT”法原理及误差分析实现“FT”法的硬件简介“FT”法在机车测速中的应用实例,第1个脉冲中断时刻,第N个脉冲中断时刻,HSIINT:PUSHFLDBDL,HSISTAJBSDL,0,HI0;判断是否0口中断STHSITIM,HI1TSJMPHSIFHHI0:STHSITIM,HI0T+;读时间到HI0T中LDCX,HI0S;0 口中断次数加1INCCXSTCX,HI0SCMPCX,#1;第一个脉冲时清TZDCS T1溢出中断JNEHSIFH2CLRTZDCSHSIFH2:;CMPCX,#11;取连续中断10次的数据计算转速;JNEHSIFHHSIFH:RET,4.4.2 单片机对于多路模

14、拟量的循环采集(详细）,各时间片任务,循环定时,/2 商为对第n路进行操作,计算一次第n路的值,余数0切换多路选择,余数1不断AD变换,HERE:CMPZDCS,ZDCS_BJJEBFPDOUTSTZDCS,ZDCS_BJBFPDOUT:LDADZBJ,ZDCSCMPADZBJ,#64JHHERE11SJMPHERE12HERE11:SJMPHEREHERE12:DIVUBADZBJ,#2CMPBADZBJH,#0JEHERE22LCALL ADBH;余数为1时不断地A/D变换SJMPHEREHERE22:LDBACHTDH,ADZBJL;商正好为ACH的通道号 指单个4051的通道号LDBS

15、CADBH,#55H;设置即将进入的首次AD变换标记,用于清上次AD累计值JSCLSJ:LCALLSADDZ;当余数为0时选发送当前通道的4051的通道号 再计算上一通道的平均数据CMPBADZBJL,#0;=0 还没有进行A/D变换 计算的通道号实为ACHTDH-1JNHPDWEIOUTLCALLCJSJALL;计算A/D采集的数据 ACHTDH即为A/D的通道号 而此时要计算的实为上一次的ACHTDHPDWEIOUT:SJMP HEREHERE1:SJMPHERE,4.5 实时时钟技术,主要内容4.5.1 RAM插座DS1216B（详细）4.5.2 实时时钟集成电路DS1287和DS128

16、87（自学）4.5.3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302（自学）,4.5.1 RAM插座DS1216B,概述管脚说明DS1216B 的操作模式识别非易失性控制器的工作实时时钟寄存器信息AM/PM/12/24方式DS1216B实时时钟操作,DS1216B时钟插座引脚图,DATA,片选,相当于三线制的SPI串口,DS1216 64BIT识别密码,TM_CLK:LDAX_CLK,#TIMADDLDBDL_CLK,AX_CLKLDCX_CLK,#0LDBR1_CLK,#08HL0_CLK:LDBR2_CLK,#08HLDBDL_CLK,TAB_CLKCX_CLKL1_CLK:STBDL_CLK,A

17、X_CLKSHRBDL_CLK,#1DJNZR2_CLK,L1_CLKINCCX_CLKDJNZR1_CLK,L0_CLKretTAB_CLK:DCB0C5H,3AH,0A3H,5CHDCB0C5H,3AH,0A3H,5CH,DS1216B的时钟定义,RD_CLK:LDBX_CLK,#SSSZDZLDBR1_CLK,#08HL4_CLK:LDBR2_CLK,#08HLDBDH_CLK,#00HL5_CLK:SHRBDH_CLK,#1LDBDL_CLK,AX_CLKJBCDL_CLK,0,L6_CLKORBDH_CLK,#80HL6_CLK:DJNZR2_CLK,L5_CLKSTB DH_CLK

18、,BX_CLK+DJNZR1_CLK,L4_CLKRET,4.5.2 实时时钟集成电路DS1287和DS12887（自学）,DS12887的特点和功能引脚排列与功能地址分配时间、日历和报警单元的应用方法控制和状态寄存器,4.5.3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302（自学）,特点引脚说明概述工作原理命令字节复位与时钟控制数据输入数据输出,微电流充电式实时时钟芯片DS1302（续）,突发模式时钟/日历时钟停止标志位AM/PM及12/24小时制模式选择写保护位微电流充电寄存器时钟/日历突发模式RAM,微电流充电式实时时钟芯片DS1302（续）,RAM突发模式寄存器概要晶振选择电源控制,本章小结,本章内容是智能仪器仪表设计中的一个重要环节前向（输入）通道设计，它是智能仪表自动检测参数的前提。重点介绍了信号提取、放大、隔离、多路切换，CPU对信号的采集处理、按键输入和实时时钟等。,本章作业,仔细阅读有关章节；现有1路01000V的电压信号、1路010000A的电流信号、1路通过测速电机检测的01200RPM柴油机转速信号、1路振动频率信号、5路通过分流器检测的01000A的电流信号、1路0600KPA的压力信号、2路110V的状态信号需要用采集。选取合适的传感器并设计对应的前向通道;设计模拟量、频率量和开关量的采集程序框图或采集时序图.(大作业，两周以后交）,