过程输入输出通道接口技术课件.ppt

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1、4.2模拟量输入通道——学习要点了解模拟量输入通道的组成掌握逐次逼近与双积分转换原理模拟量与数字量的对应转换关系量化与量化误差的概念A/D转换器的主要技术指标及其所表示的意义。4.2.1模拟量输入通道的组成放大器现场参数传感器检测信号调理信号调理多路转换开关采样/保持模/数转换微机控制┇┇AI的组成逐次逼近原理双积分原理AD转换关系量化性能指标4.2.2A/D转换器的工作原理计数比较式A/D转换器结构简单，价格便宜，但转换速度慢，较少采用。逐次逼近式A/D转换器有较高的转换速度和精度，采用较多，

2、但抗干扰能力不够强。双积分式A/D转换器精度高，但转换速度偏慢，抗干扰能力强。Σ-△型A/D转换器新型、分辨率高、线性度好、成本低AI的组成逐次逼近原理双积分原理AD转换关系量化性能指标1.逐次逼近式A/D转换原理D3D2D1D0100011001010100198100010001000100112109AI的组成逐次逼近原理双积分原理AD转换关系量化性能指标一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五部分组成。现以4位A/D转换器把模拟量9转

3、换为二进制数1001为例，说明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。AI的组成逐次逼近原理双积分原理AD转换关系量化性能指标当启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下，首先使寄存器的最高位D31，其余为0，此数字量1000经D/A转换器转换成模拟电压即VO8，送到比较器输入端与被转换的模拟量VIN=9进行比较，控制逻辑根据比较器的输出进行判断。当VINVO，则保留D3=1；再对下一位D2进行比较，同样先使D21，与上一位D3位一起即1100进入D/A转换器，转换为VO12再进入比较器，与V

4、IN9比较，因VINVO，则使D20；再下一位D1位也是如此确定，D10；最后一位D01，比较完毕，寄存器中的数字量1001即为模拟量9的转换结果，存在输出锁存器中等待输出。AI的组成逐次逼近原理双积分原理AD转换关系量化性能指标逐次逼近式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器的常用品种普通型8位单路ADC0801～ADC0805、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。AI的组成逐次逼近原理双积分原理A

5、D转换关系量化性能指标一个n位A/D转换器的模数转换表达式是式中n——n位A/D转换器；VR+、VR-——基准电压源的正、负输入；VIN——要转换的输入模拟量；B——转换后的输出数字量。即当基准电压源确定之后，n位A/D转换器的输出数字量B与要转换的输入模拟量VIN成正比。模拟量与数字量的对应关系AI的组成逐次逼近原理AD转换关系双积分原理量化性能指标例题：一个8位A/D转换器，设VR+=5.02V，VR=0V，计算当VIN分别为0V、2.5V、5V时所对应的转换数字量。解：把已知数代入公式：

6、0V、2.5V、5V时所对应的转换数字量分别为00H、80H、FFH。AI的组成逐次逼近原理AD转换关系双积分原理量化性能指标2．双积分式A/D转换原理AI的组成逐次逼近原理AD转换关系双积分原理量化性能指标双积分式A/D转换原理如图4-18所示，在转换开始信号控制下，开关接通模拟输入端，输入的模拟电压VIN在固定时间T内对积分器上的电容C充电（正向积分），时间一到，控制逻辑将开关切换到与VIN极性相反的基准电源上，此时电容C开始放电（反向积分），同时计数器开始计数。当比较器判定电容C放电完毕时

7、就输出信号，由控制逻辑停止计数器的计数，并发出转换结束信号。这时计数器所记的脉冲个数正比于放电时间。放电时间T1或T2又正比于输入电压VIN，即输入电压大，则放电时间长，计数器的计数值越大。因此，计数器计数值的大小反映了输入电压VIN在固定积分时间T内的平均值。此种A/D转换器的常用品种有输出为3位半BCD码（二进制编码的十进制数）的ICL7107、MC14433、输出为4位半BCD码的ICL7135等。AI的组成逐次逼近原理AD转换关系双积分原理量化性能指标4.2.3量化量化：用有限字长的一组

8、数码和二进制数码去整量化或逼近时间离散幅值连续的采样信号。量化过程即A/D转换的过程。量化单位：最低有效位所代表的模拟量的量值，就称为量化单位q。对于n位的A/D转换器，满量程输入的模拟量表示为FSR，则量化单位1.量化与量化误差AI的组成逐次逼近原理双积分原理AD转换关系量化性能指标量化误差：在满刻度输入范围内的模拟量数值是有无数多个的，而n位二进制所表示的数值个数是有限的，所以绝大多数量化是用二进制数去近似模拟数值，不可避免的存在误差，这种由量化引起的误差，称为量化误差。量化误差的最大值为q