第六章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)

1、1第六章 數(shù)據(jù)采集技術(shù)n數(shù)據(jù)采集技術(shù)是研究信息數(shù)據(jù)的采集、存貯、處理以及控制等作業(yè)。n監(jiān)控分站的主要工作任務(wù)之一就是采集它所連接傳感器送來(lái)的模擬量和開(kāi)關(guān)量信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，再收集到計(jì)算機(jī)并進(jìn)一步予以顯示、處理、傳輸與記錄，這一過(guò)程即稱為“數(shù)據(jù)采集”。用于數(shù)據(jù)采集的成套設(shè)備稱為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DASDAS）。）。2n數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)最主要目標(biāo)有兩個(gè)：一是精度；二是速度。n對(duì)任何量的測(cè)試都要有一定的精確度要求，否則將失去測(cè)試的意義；n提高數(shù)據(jù)采集的速度是為提高工作效率，便于實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)測(cè)試。3n現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn)：現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具有如下主要特點(diǎn)：（1）一般都由計(jì)算機(jī)控制，數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效

2、率等大為提高，也節(jié)省硬件投資。（2）軟件在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的作用越來(lái)越大，系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活。（3）數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理緊密，形成數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)采集、處理到控制的全部工作。4（4）數(shù)據(jù)采集過(guò)程一般都具有“實(shí)時(shí)”特性，實(shí)時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)是能滿足實(shí)際需要。（5）隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，電路集成度的提高，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來(lái)越小，可靠性越來(lái)越高，出現(xiàn)單片數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。單片機(jī)：全稱單片微型計(jì)算機(jī)，是把中央處理器、存儲(chǔ)器、定時(shí)/計(jì)數(shù)器（Timer/Counter）、各種輸入輸出接口等都集成在一塊集成電路芯片上的微型計(jì)算機(jī)。 （6）總線在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。總線：指計(jì)算機(jī)組件間規(guī)范化的交換數(shù)據(jù)的方

3、式，即以一種通用的方式為各組件提供數(shù)據(jù)傳送和控制邏輯。 5第一節(jié) 數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的基本構(gòu)成一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成n圖6-1是數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)的典型結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)釆集系統(tǒng)既能完成釆集，也能實(shí)現(xiàn)處理。它主要由四部分組成：67（1）數(shù)據(jù)采集器:包括多路開(kāi)關(guān)MUXMUX、測(cè)量量放大器IAIA、采樣保持放大器SHA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC等，將多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)模擬信號(hào)逐個(gè)采樣再量化成數(shù)字信號(hào)后送往微型計(jì)算機(jī)。（2）微機(jī)接口電路：用來(lái)傳送數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行所需要的數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息以及控制信號(hào)。（3）數(shù)模轉(zhuǎn)換器:將微機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)再轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的顯示、記錄與控制任務(wù)。也將包含數(shù)模轉(zhuǎn)換器

4、DACDAC的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)稱為模擬輸入與輸出系統(tǒng)。8（4）應(yīng)用軟件。n數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采集信息有模擬量信號(hào)、頻率信號(hào)和開(kāi)關(guān)量信號(hào)等。9二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)二、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)系統(tǒng)分辨率；系統(tǒng)精度；采集速率；動(dòng)態(tài)范圍；非線性失真。10第二節(jié) 數(shù)據(jù)釆集基本電路一、運(yùn)算一、運(yùn)算放大器和測(cè)量和測(cè)量放大器1.運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器n在模擬集成電路中，集成運(yùn)算放大器是最基本又是用途最廣的一種電路。集成運(yùn)算放大器是高增益、多級(jí)直接耦合放大器，在模擬計(jì)算中，這種放大器能夠?qū)崿F(xiàn)各種數(shù)學(xué)運(yùn)算，故稱為運(yùn)算放大器。直接耦合:將前一級(jí)的輸出端直接連接到后一級(jí)的輸入端。n高增益單片集成化運(yùn)算放大器在自動(dòng)控

5、制、測(cè)量?jī)x表、計(jì)算技術(shù)等許多方面都有著極其廣泛的應(yīng)用，是模擬電子領(lǐng)域中最重要的有源器件。11n大多數(shù)集成運(yùn)算放大器都是雙端（反向、同向）輸入、單端輸出。另外，還有正、負(fù)電源和調(diào)零端，有時(shí)還會(huì)有相位補(bǔ)償端及其他一些特殊用途的輸入、輸出端。運(yùn)算放大器常用圖6-2所示符號(hào)。12n在分析運(yùn)算放大器應(yīng)用電路時(shí)，忽略運(yùn)算放大器各項(xiàng)指標(biāo)的影響，視運(yùn)算放大器為理想特性。理想運(yùn)算放大器應(yīng)當(dāng)具備下列條件：差模開(kāi)環(huán)電壓增益無(wú)限大，A Avd=；運(yùn)放在沒(méi)有反饋的情況下，輸出電壓除以同相端和反相端之間的電壓差。運(yùn)放增益都很大，幾萬(wàn)倍以上。差模輸入電阻無(wú)限大，RID= =；指同相端和反相端之間的電阻。差模又稱串模，指的是

6、兩根線之間的信號(hào)差值。13輸出阻抗為零，R0=0;共模抑制比無(wú)限大，CMRR=；是指差模電壓增益與共模電壓增益之比-3dB-3dB帶寬無(wú)限大，fH= =；A功率比B功率大一倍，10lgAB10lg23dBn-3dB帶寬指信號(hào)功率衰減到輸入的1/2，幅值衰減到輸入的0.707倍對(duì)應(yīng)的頻率。 轉(zhuǎn)換速率無(wú)限大，S SR=。BAdBlg1014n另外，理想運(yùn)算放大器不考慮任何失調(diào)、漂移、干擾、噪聲等，即認(rèn)為失調(diào)電壓、失調(diào)電流、溫度系數(shù)、干擾和噪聲等均為零。n理想運(yùn)算放大器是以工作在線性放大區(qū)為前提，當(dāng)運(yùn)算放大器工作電源為定值時(shí)，輸出電壓為有限值。n根據(jù)以上條件，理想運(yùn)算放大器有如下基本關(guān)系： 由于u-

7、uu0/AVD（差模開(kāi)環(huán)電壓增益無(wú)限大） 且AVD uuu0，uu15n可見(jiàn)，理想運(yùn)算放大器兩輸入端電位近似相等，由于運(yùn)算放大器本身輸入電阻RID=，流入放大器輸入端電流iID0。因此，這并不是真正的短路，不存在短路電流，而稱之為“虛短。若同相輸入端接地，則反相輸入端近似為地電位，稱之為“虛地。雖為地電位，卻又不是真正接地。16nu uu u和和i iIDID00是理想集成運(yùn)算放大器的重是理想集成運(yùn)算放大器的重要原則。要原則。n在分析由各種運(yùn)算放大器構(gòu)成的電路時(shí)，就可以遵循這一重要原則。n實(shí)際運(yùn)算放大器開(kāi)環(huán)增益和輸入電阻都不可能是無(wú)窮大，應(yīng)當(dāng)認(rèn)為上述關(guān)系是近似的，這種近似對(duì)結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生明顯的誤

8、差。172.測(cè)量放大器n傳感器將被測(cè)參數(shù)（如壓力、溫度、轉(zhuǎn)速和流量等）的非電量轉(zhuǎn)換成電參數(shù)，只有在最簡(jiǎn)單的應(yīng)用場(chǎng)合，才可將傳感器的信號(hào)直接連至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。一方面，是因?yàn)閭鞲衅饕话憔痪哂辛爿敵鲎杩?，也不一定能直接提供公用的輸出信?hào)量值；（阻抗：在具有電阻、電感和電容的電路里，對(duì)交流電所起的阻礙作用）另一方面，是因?yàn)閭鞲衅鞯墓ぷ鳝h(huán)境往往比較復(fù)雜和惡劣，在傳感器的輸出端經(jīng)常產(chǎn)生較大的干擾噪聲。18n雖然運(yùn)算放大器對(duì)直接接到兩個(gè)差動(dòng)端的共模信號(hào)均有較高的抑制能力，但由于這種電路的低輸出阻抗、不平衡的輸入阻抗以及放大器共模抑制能力直接與電阻比相匹配等缺陷，使得其不適合要求較高的數(shù)據(jù)采集任務(wù)。電路對(duì)稱

9、性越差，其共模抑制比就越小，抑制共模信號(hào)（干擾）的能力也就越差。 19n測(cè)量放大器一般提供以下主要功能：測(cè)量放大器一般提供以下主要功能：（1）輸入緩沖：提供一個(gè)高阻抗給傳感器信號(hào)源，當(dāng)不采用信號(hào)濾波時(shí)，測(cè)量放大器直接接收信號(hào)源；（2）信號(hào)放大：用戶可選外接電阻或軟件編程來(lái)改變測(cè)量放大器增益；（3）共模抑制能力：測(cè)量放大器采用差動(dòng)輸入方式時(shí)，可提供很高的共模噪聲抑制能力；共模抑制比：輸入端口短路線中點(diǎn)對(duì)地加電壓和輸入端口兩點(diǎn)之間電壓的比。差動(dòng)輸入：放大器兩輸入端分別接入幅度相同、相位相反的信號(hào) （4）單端輸出。20n應(yīng)該指出的是：在不良環(huán)境中采取提高增益手段以進(jìn)行精確測(cè)量時(shí)，在不需要隔離以及共模

10、噪聲電壓不大的場(chǎng)合下，往往使用測(cè)量放大器，而在使用環(huán)境需要隔離的場(chǎng)合下，就應(yīng)使用隔離放大器。21n測(cè)量量放大器（IAIA）又常稱為可變?cè)鲆娣糯笃?、?shù)據(jù)放大器或橋路放大器。一般結(jié)構(gòu)如圖6-36-3所示。22n差動(dòng)輸入端+ININ、ININ直接與信號(hào)源相連，故有較高的共模抑制能力。n外接電阻RG用于調(diào)整測(cè)量放大器增益，有些放大器還用Rs s進(jìn)行增益微調(diào)。n負(fù)載的電壓信號(hào)是測(cè)量端S S與參考端R間的電位差。通常S S端與V Vout端在放大器外連接且參考電位取地電位。n理想的測(cè)量放大器僅對(duì)輸入端的差值放大。若放大器工作在共模方式，且VIN+VIN-（其中VIN+、VIN-為放大器兩個(gè)差動(dòng)輸入端電壓）

11、，則放大器輸出為零。23n通用測(cè)量放大器由3 3個(gè)高性能集成運(yùn)算放大器A A1 1、A A2 2、A A3 3構(gòu)成（圖6-46-4）。24n差動(dòng)輸入/輸出級(jí)放大器A A1 1、A A2 2對(duì)差動(dòng)信號(hào)輸入的增益為1+2R1+2R1 1/Rw/Rw。由于結(jié)構(gòu)對(duì)稱，且允許被放大信號(hào)直接加到輸入端，因而保證了很強(qiáng)的共模抑制能力。nA A1 1、A A2 2的共模增益僅為1 1，與R1及Rw的數(shù)值無(wú)關(guān)（在Rw上不出現(xiàn)共模電壓，因此沒(méi)有共模電流流經(jīng)它，因?yàn)檫\(yùn)放在正常工作時(shí)，輸入端之間沒(méi)有多大電位差）。A A3 3將A A1 1、A A2 2的差動(dòng)輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為一個(gè)對(duì)地輸出的參考信號(hào)，A A3 3的共模抑制

12、主要由4個(gè)R R2 2相匹配的精度確定。圖6-4所示放大器的傳遞作用為：nV VOUTOUT= =（V V1212-V-V1111）（）（2R2R1 1/Rw+1/Rw+1）25n模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADCADC）之前的電路統(tǒng)稱為信號(hào)調(diào)理電路。信號(hào)調(diào)理器的基本功能是調(diào)零和放大，即進(jìn)行標(biāo)度變換以使采集信號(hào)與模數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入量程相匹配。標(biāo)度變換：將對(duì)應(yīng)參數(shù)值的大小轉(zhuǎn)換成能直接顯示有量綱的被測(cè)工程量數(shù)值。n信號(hào)調(diào)理器一般包括傳感器的直流供電、信號(hào)調(diào)零電路、信號(hào)放大器和信號(hào)濾波器等。26二、模擬多路開(kāi)關(guān)（MUXMUX）n在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對(duì)多參數(shù)進(jìn)行多路采集，如果每一路都單獨(dú)采用各自的輸入回路，即每一

13、路都采用放大、采樣/保持和A/DA/D等環(huán)節(jié)，不僅使系統(tǒng)成本成倍增加，而且會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)體積龐大，給系統(tǒng)的校準(zhǔn)也帶來(lái)很大困難。n通常采用公共的采樣/保持及A/DA/D轉(zhuǎn)換電路（有時(shí)甚至可將某些放大電路共用），需要有模擬多路開(kāi)關(guān)的支持。27n模擬多路開(kāi)關(guān)有機(jī)械式、電磁式和電子式三大類。純機(jī)械式開(kāi)關(guān)在現(xiàn)代數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中已很少使用。電磁式多路開(kāi)關(guān)主要是指各種繼電器、干簧管等，其中干簧繼電器體積小、切換速度快、噪聲小、壽命長(zhǎng)，最適合在模擬量輸入通道中使用。電子開(kāi)關(guān)具有切換速度高、無(wú)抖動(dòng)、易于集成等特點(diǎn)，但其導(dǎo)通電阻一般較大，輸入電壓、電流容量較小，動(dòng)態(tài)范圍很有限，常用于高速且要求系統(tǒng)體積較小的場(chǎng)合。28n

14、多路模擬開(kāi)關(guān)的主要用途：把多個(gè)模擬量參數(shù)分時(shí)地接通送入A/DA/D轉(zhuǎn)換器，即完成多到一的轉(zhuǎn)換，稱為多路模擬開(kāi)關(guān)；或者把計(jì)算機(jī)處理，且由D/AD/A轉(zhuǎn)換成的模擬信號(hào)按一定的順序輸出到不同的控制回路（或外設(shè)），即完成一到多的轉(zhuǎn)換，稱為多路分配器。n這兩種器件有的只有一種用途，稱為單向多路模擬開(kāi)關(guān)，如AD7501AD7501（8 8路）、AD7506AD7506（1616路），有的則既能作多路模擬開(kāi)關(guān)，又能作反多路開(kāi)關(guān)，稱為雙向多路分配器，如CD4051CD4051。29nCD4051CD4051是單端8 8通道多路模擬開(kāi)關(guān)，它帶有3 3個(gè)輸入端A A、B B、C C和1 1個(gè)選通脈沖輸入端INHI

15、NH。A A、B B、C C的信號(hào)用控制8 8個(gè)通道中的1 1個(gè)通道與公共端相連。n若8 8個(gè)輸入信號(hào)加到通道IN/OUTIN/OUT的X0-X7X0-X7端，而從公共輸入/輸出端X X輸出，則CD4051CD4051是8 8線到1 1線多路模擬開(kāi)關(guān)；如果1 1個(gè)輸入信號(hào)加到公共端X X，而從8 8個(gè)端子X(jué)0-X7X0-X7之一輸出，則CD4051CD4051是1線到8線模擬多路分配器。30nINHINH是CD4051CD4051禁止輸入端，當(dāng)INHINH端保持高電平，INH=1INH=1時(shí)，通道斷開(kāi)，禁止模擬量輸入，即8 8路輸入X0X0X7X7中任何一路均不與公共端相連，8 8路通道都關(guān)斷

16、；n當(dāng)INHINH端為低電平，INH=0INH=0時(shí)，通道接通，CD4051CD4051正常工作，根據(jù)A A、B B、C C選擇輸入端的不同組合，選擇8 8路通道中的某路和輸出端接通。其原理電路圖如圖6-56-5所示。31VCC是電路的供電電壓，VDD是芯片的工作電壓（通常VccVDD），VSS是公共接地端電壓 ，VEE負(fù)電源電壓 32n在圖6-56-5中，邏輯電平轉(zhuǎn)換單元完成CMOSCMOS到TTLTTL的轉(zhuǎn)換；二進(jìn)制三-八譯碼器用來(lái)選樣輸入端C C、B B、A A的狀態(tài)進(jìn)行譯碼，以控制開(kāi)關(guān)電路TGTG，使某一路開(kāi)關(guān)接通，從而使輸入和輸出通道相連。CMOS：互補(bǔ)金屬氧化物（PMOS管和NMO

17、S管）共同構(gòu)成的互補(bǔ)型MOS集成電路制造工藝，功耗很低、電壓范圍寬、抗干擾能力強(qiáng)。TTLTTL：集成電路輸入級(jí)和輸出級(jí)全采用晶體管組成的單元門電路，多發(fā)射極實(shí)現(xiàn)輸入級(jí)“與”邏輯，輸出級(jí)晶體管實(shí)現(xiàn)“非”邏輯。與非門輸出結(jié)果為：有0出1，全1出0。+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”，被稱做TTL（晶體管-晶體管邏輯電平）信號(hào)系統(tǒng) 。n多路模擬開(kāi)關(guān)的通道數(shù)有4 4路、8 8路和3636路等。33n半導(dǎo)體多路模擬開(kāi)關(guān)特點(diǎn)：采用標(biāo)準(zhǔn)雙列宜插式結(jié)構(gòu)，尺寸小，便于安排；直接與TTLTTL（或CMOSCMOS）電平相兼容；內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器，使用方便；可采用正或負(fù)雙極性輸入；轉(zhuǎn)換速度快，導(dǎo)通或關(guān)

18、斷時(shí)間在1s1s左右；壽命長(zhǎng)，無(wú)機(jī)械磨損；接通電阻低，一般小于100100；斷開(kāi)電阻高，一般達(dá)10109 9以上。n半導(dǎo)體集成多路模擬開(kāi)關(guān)在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。34三、采樣保持放大器n當(dāng)傳感器將非電物理量轉(zhuǎn)換成電量，并經(jīng)放大、濾波等一系列處理后，需經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，才能送入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。n如果直接用ADCADC對(duì)模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)考慮到任何一種ADCADC都需要有一定的時(shí)間來(lái)完成量化及編碼的操作。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，如果模擬量變化，將直接影響轉(zhuǎn)換精度。35n在同步系統(tǒng)中，幾個(gè)并聯(lián)的量均需要取同一瞬時(shí)值，若仍直接送入ADCADC進(jìn)行轉(zhuǎn)換（共用一個(gè)ADCADC），所得到的

19、幾個(gè)量就不是同一時(shí)刻的值，無(wú)法進(jìn)行計(jì)算和比較。n所以要求輸入到ADCADC的模擬量在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中保持不變，但轉(zhuǎn)換之后，又要求ADCADC的輸入信號(hào)能夠跟隨模擬量變化。能夠完成上述任務(wù)的器件叫采樣保持放大器（SHASHA）。）。36nSHASHA就是在某瞬間內(nèi)，通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)對(duì)一個(gè)變化的模擬信號(hào)V Vin進(jìn)行采樣，并將采樣值存儲(chǔ)（保持）下來(lái)，直到下一次重新采樣前將存儲(chǔ)的信息處理完畢。因此，為了克服轉(zhuǎn)換信號(hào)變化帶來(lái)的誤差，必須在系統(tǒng)的ADCADC前加SHASHA，如圖6-66-6所示。37nSHASHA主要由模擬開(kāi)關(guān)、存儲(chǔ)介質(zhì)和緩沖放大器A A組成，它的一般形式如圖6-76-7所示。38n當(dāng)控制電

20、路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，模擬信號(hào)Vin就通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)與存儲(chǔ)介質(zhì)相連，存儲(chǔ)介質(zhì)通常是一個(gè)電容器。n因此，電容器兩端的電壓Vc將跟隨模擬信號(hào)Vin的變化而變化，這就是采樣期。n當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)截止，此時(shí)電容器上的電壓Vc保持模擬開(kāi)關(guān)截止瞬間的Vin值不變，這就是保持期。39n圖6-8是一種實(shí)際SHA的電路圖。它由兩個(gè)緩沖器、場(chǎng)效應(yīng)開(kāi)關(guān)和保持電容組成，其原理也是依靠電容充電后保持其信號(hào)電壓。40n緩沖器具有很高的輸入阻抗，控制信號(hào)控制開(kāi)關(guān)。當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，輸出信號(hào)Vout隨輸入信號(hào)Vin變化。當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，開(kāi)關(guān)截止，呈很高的阻抗，輸出信號(hào)Vout依靠電容將保持著

21、開(kāi)關(guān)截止時(shí)刻的輸入電壓。nSHASHA的工作過(guò)程可以分為四個(gè)階段，即：由保持瞬變到采樣、采樣、由采樣瞬變到保持、保持，如圖6-96-9所示。SHASHA的控制信號(hào)由采樣周期和保持周期組成。41n在由保持瞬變到采樣周期時(shí)，SHASHA的輸出V Voutout從原來(lái)保持電壓很快跟隨輸入信號(hào)電壓V Vinin變化。n自采樣周期開(kāi)始到SHASHA輸入端建立起轉(zhuǎn)換電壓所需要的時(shí)間稱為采集時(shí)間，即存貯電容器充電到采樣模擬電壓V Vinin時(shí)所需的時(shí)間。n實(shí)際上，只有SHASHA輸出電壓穩(wěn)定為轉(zhuǎn)換電壓V Vinin時(shí)才能開(kāi)始轉(zhuǎn)換，所以采集時(shí)間（也稱為捕捉時(shí)間T Tacac）包括放大器的信號(hào)建立時(shí)間，如圖6-

22、9所示。4243n在采樣周期，SHASHA輸入和輸出電壓之間有差別，主要是失調(diào)偏移誤差造成的，此誤差稱為采樣偏移誤差。n自采樣瞬變到保持周期時(shí)，輸出信號(hào)不是立即保持下來(lái)而是繼續(xù)變化，造成誤差，見(jiàn)圖6-9。這樣，在保持控制信號(hào)發(fā)出后直到邏輯輸入控制開(kāi)關(guān)完全斷開(kāi)所需要的時(shí)間稱為孔徑時(shí)間TAP。44n在保持周期中，輸出電壓有某些下降。SHASHA的電壓下降率是其輸出電壓變化的速率，可用下式表示： V/T=I/Ch 式中I下降電流； Ch保持電容。nSHASHA在轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)的下降量不應(yīng)大于0.1個(gè)最低位置。45n采集時(shí)間是SHASHA的一個(gè)關(guān)鍵動(dòng)態(tài)指標(biāo)，它主要取決于電容量和輸入放大器最大供電流。采集時(shí)

23、間范圍是15ps15ps1010s。n孔徑時(shí)間一般在5ps5ps200200s s之間，它也是SHASHA最重要的一項(xiàng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。n集成SHASHA的特點(diǎn)是：采樣速度快，精度高，下降速率慢，一般在2 22.52.5s即可達(dá)到0.010.01%0.03%0.03%的精度。46第三節(jié) 信號(hào)變換電路n數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的框圖6-10。模擬輸入信號(hào)，即在時(shí)間上與幅值上均連續(xù)變化的信號(hào)，首先經(jīng)過(guò)一個(gè)預(yù)采樣濾波器，然后由采樣器每隔一個(gè)采樣時(shí)間讀出一次數(shù)據(jù)，再由模數(shù)轉(zhuǎn)換器量化為二進(jìn)制數(shù)碼，即成為計(jì)算機(jī)可以接受的數(shù)字信號(hào)。47n模擬輸入信號(hào)的采樣脈沖應(yīng)做得很窄，以便在采樣脈沖空余時(shí)間可以進(jìn)行多路復(fù)用。n在計(jì)算機(jī)內(nèi)

24、進(jìn)行數(shù)字信號(hào)處理后，再利用數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。n在此轉(zhuǎn)換過(guò)程中，二進(jìn)制數(shù)碼首先轉(zhuǎn)換為連續(xù)時(shí)間脈沖，脈沖之間的空隙則再經(jīng)過(guò)“再建平滑濾波器”來(lái)填充平滑以恢復(fù)為模擬信號(hào)。模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程如圖6-11所示。4849n測(cè)試對(duì)象的被采集參數(shù)，只有少數(shù)數(shù)據(jù)傳感器可以將待測(cè)的模擬量直接轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，大部分由傳感器將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，或先變?yōu)殡妳?shù)（如電阻、電容或電感），再經(jīng)過(guò)一定的線路（如橋式電路）變換為電壓信號(hào)，然后通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。n輸入電壓信號(hào)低于1V1V者稱為低電平信號(hào)，高于1V1V者稱為高電平信號(hào)。50n因此，需要相應(yīng)的信號(hào)變換電路，以滿足各種

25、不同種類信號(hào)之間的耦合。n常見(jiàn)的信號(hào)變換電路：D/AD/A轉(zhuǎn)換、A/DA/D轉(zhuǎn)換、V/FV/F轉(zhuǎn)換、F/VF/V轉(zhuǎn)換、V/IV/I轉(zhuǎn)換及I/VI/V轉(zhuǎn)換等。這里只介紹數(shù)模轉(zhuǎn)換器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。51一、數(shù)模（D/AD/A）轉(zhuǎn)換1.數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本原理n數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DACDAC）是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成為相應(yīng)模擬量的器件。將數(shù)字量的每一位代碼通過(guò)電阻網(wǎng)絡(luò)，按權(quán)大小形成相應(yīng)的模擬輸出，然后相加即可得到所需的模擬量。52n數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)模轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖6-12所示，由輸入寄存器、模擬開(kāi)關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)、基準(zhǔn)電源與求和放大器五個(gè)部分組成。53將數(shù)字量輸入數(shù)模轉(zhuǎn)換器；輸入寄存器的每位寄存器控制相應(yīng)位的模擬開(kāi)關(guān)，根

26、據(jù)輸入寄存器的狀態(tài)，模擬開(kāi)關(guān)將電阻網(wǎng)絡(luò)相應(yīng)部分接至基準(zhǔn)電源或地；經(jīng)求和放大器將所有位相加，即可得出與數(shù)字量成正比的模擬量。Rf54n圖6-136-13所示為四位T T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器電路原理圖。這種T T型網(wǎng)絡(luò)是由R R和2R2R為基本環(huán)節(jié)。A A、B B、C C、D D任一節(jié)點(diǎn)向左或向右看，其等效電阻是相等的。n例如，當(dāng)輸入一組數(shù)字量為d3 3、d2 2、d1 1、d0 0=1000時(shí)，即只有開(kāi)關(guān)S S3 3接V VR R，其余均接地，等效電路如圖6-146-14所示。由圖可見(jiàn)，任何一個(gè)節(jié)點(diǎn)向左或右看，其等效電阻均為2R2R。5556n模擬開(kāi)關(guān)Si，由輸入數(shù)碼Di控制，當(dāng)Di=1

27、時(shí)Si接運(yùn)算放大器反相端，電流Ii流入求和電路；當(dāng)Di=0時(shí)，Si則將電阻2R接地。根據(jù)運(yùn)算放大器線性運(yùn)用的“虛地”的概念可知，無(wú)論模擬開(kāi)關(guān)Si處于何種位置，與Si相連的2R電阻均將接 “地”（地或虛地）。因此，流經(jīng)2R電阻的電流與開(kāi)關(guān)位置無(wú)關(guān)，為確定值。n分析R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)可以發(fā)現(xiàn)，從每個(gè)節(jié)點(diǎn)向左看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻均為R,流入每個(gè)2R電阻的電流從高位到低位按2的整數(shù)倍遞減。設(shè)基準(zhǔn)電壓源電壓為VREF,則總電流為I=VREF/R,則流過(guò)各開(kāi)關(guān)支路（從右到左）的電流分別為I/2、I/4、I/8和I/16。 57n由于S S3 3接V VR R，則RfRf5859從上式可以看出，輸出模擬量與輸

28、入的數(shù)字量成正比，從而實(shí)現(xiàn)了D/AD/A轉(zhuǎn)換功能。602.D/A2.D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率D/AD/A轉(zhuǎn)換器的分辨率是指當(dāng)輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的變化量。因分辨率取決于轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，故在實(shí)際使用中，常用數(shù)字量的有效位數(shù)來(lái)表示，如8位、10位、12位等。（2）精度精度通常用其絕對(duì)誤差來(lái)表示。它是指實(shí)際轉(zhuǎn)換器的輸出值與理想轉(zhuǎn)換器輸出值之間的差值，其值一般可用1LSB（LSB為最低有效位值）表示。61（3）非線性誤差nD/AD/A轉(zhuǎn)換器的非線性誤差是指在滿量程范圍內(nèi)，實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線偏離理想轉(zhuǎn)換特性曲線的最大值與滿量程輸出之比。一般非線性誤

29、差小于1/2LSB1/2LSB。（4）建立時(shí)間n模擬電壓建立時(shí)間是指輸入數(shù)字量有變化時(shí)，到其輸出模擬量穩(wěn)定的時(shí)間，此時(shí)間與數(shù)字量變化大小有關(guān)。通常建立時(shí)間指滿量程變化建立時(shí)間。623.DAC08323.DAC0832集成單片D/AD/A轉(zhuǎn)換器nDAC0832DAC0832是與微處理器完全兼容的、具有8 8位分辨率的集成D/AD/A轉(zhuǎn)換芯片，是目前廣泛使用的一種D/AD/A器件。（1 1）DAC0832DAC0832基本結(jié)構(gòu)nDAC0832DAC0832結(jié)構(gòu)圖如圖6-156-15所示，它主要由8 8位輸入寄存器、8 8位DACDAC寄存器、8 8位D/A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。6364（2

30、2）DAC0832DAC0832引腳功能引腳功能nDAC0832引腳排列如圖6-16所示。65D D0 0D D7 7：8 8位數(shù)據(jù)輸入端。ILE:數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)，高電平有效。 ：輸入寄存器選擇信號(hào)，低電平有效。 ：輸入寄存器選通信號(hào)，低電平有效。輸入寄存器鎖存信號(hào)LELE1 1由ILE ILE 、 、 三個(gè)信號(hào)組合產(chǎn)生，LELE1 1為高電平時(shí)，輸入寄存器狀態(tài)隨輸入數(shù)據(jù)而變化，LELE1 1的下降沿將輸入數(shù)據(jù)鎖存。 ：數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào)，低電平有效。CS1WRXFERCS1WR66 :DAC :DAC寄存器的寫選通信號(hào)。DACDAC寄存器的鎖存信號(hào)LELE2 2由 和 的邏輯組合產(chǎn)生，LEL

31、E2 2為高電平時(shí)，DAC寄存器的輸出隨寄存器的輸入而變化，LELE2 2的下降沿將輸入寄存器的內(nèi)容輸入DAC寄存器，并開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換。R RFBFB反饋信號(hào)輸入端，為外部運(yùn)放提供一個(gè)輸出電壓。I IOUT1OUT1：電流輸出端1 1，其值隨DACDAC內(nèi)容線性變化。2WRXFER2WR67I IOUT2OUT2：電流輸出端2 2，I IOUT1OUT1+I IOUT2OUT2=常數(shù)。V VREFREF: :參考電源輸入端，要求外接精密基準(zhǔn)電源。V Vcccc: :正電源輸入端。AGND:AGND:模擬地。DGND:DGND:數(shù)字地。68（3 3）DAC0832DAC0832輸出方式輸出方式n

32、DAC0832DAC0832是電流輸出型D/AD/A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出，需在外部接運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。輸出方式有單極性和雙極性兩種。單極性輸出。單極性輸出如圖6-176-17所示，當(dāng)V Vref端接+5V+5V（或-5V5V）時(shí)，輸出電壓的范圍是0 0+5V+5V（或-5 5OVOV）；當(dāng)V Vref端接+10V10V（或-10V10V）時(shí)，輸出電壓范圍是0 0+10V+10V（或-10100V0V）。）。6970雙極性輸出。雙極性輸出如圖6-186-18所示，是在圖6-176-17的基礎(chǔ)上再增加一個(gè)運(yùn)放。71（4 4）DAC0832DAC0832與單片機(jī)接口方法與單片

33、機(jī)接口方法n圖6-196-19所示為DAC0832832與單片機(jī)接口方法。72n由于DAC0832DAC0832是微處理器完全兼容的芯片，因而與單片機(jī)接口也較方便。n圖中采用單緩沖形式，將ILEILE（數(shù)據(jù)允許鎖存信號(hào)，高電平有效）接+5V5V，輸入寄存器選擇線 及數(shù)據(jù)傳送控制信號(hào) 與80318031地址線P P2.72.7直接相連作為片選信號(hào)，兩級(jí)寄存器的寫信號(hào)均由80318031的 （寄存器選通信號(hào)）控制。當(dāng)P P2.72.7為“0”0”選中DAC0832DAC0832后，只要輸出 控制信號(hào)，DAC0832DAC0832就能完成數(shù)字量的輸入鎖存和D/AD/A轉(zhuǎn)換輸出。CSXFERWRWR7

34、3二、模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換技術(shù)指標(biāo)n模數(shù)轉(zhuǎn)換主要有逐次逼近式、雙積分式和并行式等幾種方式。1.A/D1.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率n分辨率是指A/DA/D轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入信號(hào)的分辨能力，常以輸出二進(jìn)制位數(shù)或BCDBCD碼位數(shù)表示。例如，A/DA/D轉(zhuǎn)換器ADC0809ADC0809，其分辨率為8 8位，用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示時(shí)，分辨率為1/21/2N N100%=100%=1/28100%0.4%0.4%。74（2）轉(zhuǎn)換精度nA/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換精度是指A/DA/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出和理想輸出之間的差值。（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間與轉(zhuǎn)換速率nA/DA/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換

35、時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。不同類型的A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間差別很大，高速并行式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)202050ns50ns；逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間多在1010100s100s之間，目前也有可達(dá)到0.40.4s的芯片；而雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間最長(zhǎng)，大都在幾十到幾百毫秒之間。752.2.雙積分式雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器MG14433MG14433nMG14433MG14433是 位雙積分式CMOSCMOS集成A/DA/D轉(zhuǎn)換器，它的主要特點(diǎn)是具有自動(dòng)校零、自動(dòng)極性判別、單參考電壓、動(dòng)態(tài)字位掃描BCDBCD碼輸出及自動(dòng)量程控制信號(hào)輸出等功能。轉(zhuǎn)

36、換速度約為1 11010次/s/s。（1 1）MG14433MG14433基本結(jié)構(gòu)nMG14433MG14433結(jié)構(gòu)框圖如圖6-206-20所示，主要由模擬電路及數(shù)字電路兩大部分構(gòu)成。n模擬電路主要用于接收被測(cè)信號(hào)和基準(zhǔn)電壓，并進(jìn)行積分。基準(zhǔn)電壓為200mV200mV或2V2V時(shí)，模擬電壓輸入量程相應(yīng)為199.9mV199.9mV或1.999V1.999V。2137677n數(shù)字電路部分是將模擬電路送來(lái)的積分信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間間隔，編碼后輸出。n組成部分：控制邏輯：用于A/DA/D轉(zhuǎn)換器的節(jié)拍產(chǎn)生和控制，協(xié)調(diào)各部分工作；BCD碼輸出鎖存器：用于存放A/DA/D轉(zhuǎn)換后的BCDBCD碼結(jié)果；多路選擇開(kāi)關(guān)

37、：用于字位動(dòng)態(tài)掃描BCDBCD碼輸出，即個(gè)、十、百、千各位BCDBCD碼輪流在Q Q0 0Q Q3 3端輸出，并在DS1DS4端輸出同步字位選通信號(hào)；784位二進(jìn)制碼的組合代表十進(jìn)制數(shù)的0，1，2，3，4，5，6 ，7，8，9 十個(gè)數(shù)符。 79時(shí)鐘發(fā)生器：外接RC產(chǎn)生計(jì)數(shù)時(shí)鐘脈沖；極性判別，用于判別并顯示輸入電壓的極性；溢出檢測(cè)：當(dāng)輸入電壓超出量程范圍時(shí)，輸出過(guò)量程指示信號(hào)。80（2 2）MC14433MC14433應(yīng)用nMC14433MC14433引腳排列如圖6-216-21所示。81電源接入。芯片工作電源為5V5V，為提高電源抗干擾能力，正、負(fù)電源端應(yīng)分別通過(guò)去耦電容0.047F0.047

38、F，0.02F0.02F與公共地V Vssss端相接。去耦電容：把輸出信號(hào)的干擾作為濾除對(duì)象，用在放大電路中不需要交流的地方，用來(lái)消除自激，使放大器穩(wěn)定工作。 外接振蕩器電阻Rc c。RcRc的典型值為470k470k，時(shí)鐘頻率隨R Rc c增加而下降。外接積分阻容元器。外接元件典型值為：量程為2V2V時(shí)，C C1 1=0.1F=0.1F，R R1 1=470k=470k；量程為200mV200mV時(shí)，C C1 1=O.1F=O.1F，R R1 1=27k=27k。外接失調(diào)補(bǔ)償電容C0。C0典型值為0.1F。82基準(zhǔn)電壓輸入。可由MC1403MC1403通過(guò)分壓提供+2V+2V或+200mV+

39、200mV的基準(zhǔn)電壓。接地端為模擬地V Vao。轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志。轉(zhuǎn)換周期結(jié)束由EOCEOC輸出。每當(dāng)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束，EOCEOC端輸出一個(gè)寬度為時(shí)鐘周期1/2的正脈沖。過(guò)量程標(biāo)志。過(guò)量程標(biāo)志 由端輸出，當(dāng)輸入|V|Vx x|V|VR R時(shí)， 輸出低電平。轉(zhuǎn)換更新控制。更新轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出控制端為DUDU。當(dāng)DUDU與EOCEOC連接時(shí)，每次A/DA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出都被更新。OROR83轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)果以BCDBCD碼形式按千、百、十、個(gè)位由Q Q3 3Q Q0 0送出，相應(yīng)的選通信號(hào)由DSDS1 1DSDS4 4提供。當(dāng)DSDS2 2、DSDS3 3、DSDS4 4選通期間，輸出端Q Q3

40、 3Q Q0 0分時(shí)輸出三位完整的BCDBCD碼；但在DSDS1 1選通期間，輸出端Q Q3 3Q Q0 0除了表示千位數(shù)的O O或1 1外，還表示轉(zhuǎn)換結(jié)果的正負(fù)極性、輸入信號(hào)是欠量程還是過(guò)量程。84（3 3）MC14433MC14433與單片機(jī)接口nMC14433MC14433的輸出結(jié)果是動(dòng)態(tài)分時(shí)輪流輸出的BCDBCD碼，因而須通過(guò)I/0I/0口與單片機(jī)相連。圖6-226-22所示為MC14433MC14433與80318031單片機(jī)接口的一種方式。n其方法是將Q Q0 0Q Q3 3、DSDS1 1DSDS4 4接至P P1 1口，而DUDU端與EOCEOC端相連，以選擇連續(xù)轉(zhuǎn)換方式，每次

41、轉(zhuǎn)換完畢后其結(jié)果都被送至輸出寄存器，EOCEOC端同時(shí)也接至80318031的 端。n80318031單片機(jī)讀取A/DA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果時(shí)，既可以采用中斷方式，也可以采用査詢方式。1INT8586第四節(jié) 數(shù)據(jù)采集方法n監(jiān)控分站的主要工作任務(wù)之一是采集它所聯(lián)接傳感器送來(lái)的模擬量和開(kāi)關(guān)量信息，將它們輸入到分站的CPUCPU進(jìn)行處理。對(duì)于模擬量與給定位進(jìn)行比較，遇有超限時(shí)，就地發(fā)出報(bào)警信號(hào)或進(jìn)行設(shè)備斷電控制。n模擬量的采集需要經(jīng)過(guò)A/DA/D轉(zhuǎn)換器把它變成計(jì)算機(jī)能接受的二進(jìn)制量，然后再輸入到CPUCPU處理。A/DA/D轉(zhuǎn)換器每次只能處理一個(gè)模擬量，輸入量多時(shí)，必須設(shè)置多路開(kāi)關(guān)，使輸入的多路模擬信號(hào)輪流

42、經(jīng)過(guò)A/DA/D轉(zhuǎn)換器得到變換。87n開(kāi)關(guān)量的采集是通過(guò)計(jì)算機(jī)的位測(cè)量操作來(lái)實(shí)現(xiàn)的，每個(gè)開(kāi)關(guān)量輸入對(duì)應(yīng)一位數(shù)據(jù)線，CPUCPU掃描位狀態(tài)是否發(fā)生了變化，判斷各路被測(cè)開(kāi)關(guān)的“合”、“分”狀況或設(shè)備開(kāi)停狀態(tài)。當(dāng)被檢測(cè)的開(kāi)關(guān)量多于8路時(shí)，可在輸入接口電路設(shè)置多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行擴(kuò)展。88一一、模擬量采擬量采集系統(tǒng)nA/DA/D轉(zhuǎn)換器主要有以下四種：積分型、逐次逼近型、電壓頻率型、平行轉(zhuǎn)換型。n煤礦監(jiān)控系統(tǒng)采集的模擬量參數(shù)大多變化緩慢，又由于礦井環(huán)境的干擾源很強(qiáng)，A/DA/D轉(zhuǎn)換器多選用積分型。為提高抗干擾能力，可采取濾波電路或者軟件濾波（又稱數(shù)字濾波）解決。n模擬量采集系統(tǒng)主要由輸入接口電路、多路轉(zhuǎn)換開(kāi)

43、關(guān)、采樣保持器、A/D轉(zhuǎn)換器及總線接口邏輯電路等組成。8路模擬量采集系統(tǒng)的輸入接口電路結(jié)構(gòu)如圖6-27。8990n模擬量傳感器的輸出標(biāo)準(zhǔn)制式有：電壓型01V1V、0 05V;5V;電流型1 15mA5mA、5 520mA;20mA;頻率型5 515Hz15Hz、2002001000Hz1000Hz等。其中，頻率型以脈沖形式表示，這是因?yàn)樵趥鞲衅鞯妮敵鲭娐分性O(shè)置了電壓頻率變換器（V/FV/F變換），因此，只需進(jìn)行脈沖計(jì)數(shù)，再乘以變換系數(shù)即可測(cè)量，不需進(jìn)行A/DA/D變換。n電壓型和電流型制式的信號(hào)，則需要經(jīng)過(guò)輸入接口電路變?yōu)锳/DA/D轉(zhuǎn)換器所要求的0 01V1V標(biāo)準(zhǔn)輸入信號(hào)形式，方能進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

44、圖6-286-28是輸入接口電路原理圖。91n模擬信號(hào)輸入到接口電路，首先進(jìn)行阻抗變換，由跳接線S S1 1來(lái)完成。共三個(gè)擋位:A A擋:把1 15mA5mA的信號(hào)變換為0.20.21V1V；B B擋:電壓型信號(hào)0 01V1V和0 05V5V原樣輸入;C C擋:變換4 420mA20mA信號(hào)為1 15V;5V;n后邊是一級(jí)電壓跟隨器N N1 1, ,用以提高輸入阻抗。92n其次，進(jìn)行線路誤差補(bǔ)償。由于傳感器（如CHCH4 4、COCO等）的直流工作電源是由分站集中供電，電源線與傳感器信號(hào)輸出線共用一根地線，因此，在公共地線上將產(chǎn)生直流電壓降，疊加在信號(hào)上，使分站接收端的模擬信號(hào)電壓增大，形成“

45、零點(diǎn)誤差”。零點(diǎn)誤差:輸入為零時(shí)，實(shí)際輸出值與規(guī)定的輸出值之差。比如一個(gè)電流表，零點(diǎn)沒(méi)有校準(zhǔn)，就是不通電時(shí)，它的指針也不指零。93n為了消除零點(diǎn)誤差，設(shè)置線路誤差補(bǔ)償電路。圖6-286-28中的運(yùn)算放大器N N2 2和N N3 3構(gòu)成線路誤差補(bǔ)償電路。94nN N2 2為同相比例放大器，放大倍數(shù)是2，其輸入端為1/2分壓電路，則綜合放大系數(shù)為1 1。nN N3 3為射極輸出器，其正相輸入端接到電位器Rp可動(dòng)端上，若輸入一個(gè)適當(dāng)大小的正電位，則N N2 2的反相輸入端亦是一個(gè)正電位，將使N N2 2的輸出電壓值減小。95n調(diào)整電位器RP P，可使N N2 2的輸出電壓值恰好等于傳感器的實(shí)際輸出值

46、，這樣零點(diǎn)誤差就得到了補(bǔ)償。n每當(dāng)傳感器與分站間距離變化，即電纜長(zhǎng)度變化時(shí)，需要相應(yīng)地調(diào)整電位器R Rp，以消除線路電阻變化帶來(lái)的誤差。n只有電壓型信號(hào)才需要補(bǔ)償零點(diǎn)誤差，電流制式的信號(hào)不需補(bǔ)償。因此，應(yīng)盡量選用電流型的傳感器。96n最后是量程轉(zhuǎn)換電路，它是由跳接線S S2 2及電阻R5 5、R R6 6組成。R5 5的阻值是R R6 6的4 4倍。n當(dāng)傳感器輸出制式為05V5V或4 420mA20mA時(shí)，將跳接線選樣為位置A A，經(jīng)過(guò)1/51/5分壓后，輸出電壓為0 01V1V（電流制為0.2.21mA1mA）。）。n若傳感器輸出制式為0 01V1V或1 15mA5mA時(shí)，應(yīng)將跳接線選擇位置

47、B B，使輸出信號(hào)不經(jīng)分壓直接輸出。97二、開(kāi)關(guān)量采集關(guān)量采集電路n開(kāi)關(guān)量采集電路由輸入接口電路、輸入緩沖器等組成，其工作原理框圖如圖6-29所示。輸入接口電路主要由光電耦合器、顯示電路等構(gòu)成。98n開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)經(jīng)過(guò)輸入接口電路進(jìn)入緩沖器。光電耦合開(kāi)入電路直接與開(kāi)停狀態(tài)檢測(cè)傳感器相接，將接收到的電流信號(hào)或觸點(diǎn)信號(hào)，經(jīng)光電隔離轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTLTTL電平信號(hào)。n此信號(hào)送入二極管顯示電路，同時(shí)也送到緩沖電路。當(dāng)單片機(jī)對(duì)緩沖電路使能時(shí)，緩沖器內(nèi)的開(kāi)停狀態(tài)信息經(jīng)數(shù)據(jù)總線送單片機(jī)處理。TTLTTL電平信號(hào)：+5V等價(jià)于邏輯“1”，0V等價(jià)于邏輯“0”。使能:負(fù)責(zé)控制信號(hào)的輸入和輸出，就是一個(gè)“允許”信

48、號(hào)。 99n輸入接口電路的光電耦合器是為了防止開(kāi)關(guān)量傳感器對(duì)分站帶來(lái)干擾，在電路上將它們隔離開(kāi)。n采用光電隔離技術(shù)是開(kāi)關(guān)量輸入（同樣適用于開(kāi)關(guān)量輸出）電路中最有效、最常用的抗干擾措施。它能將輸入信號(hào)與輸出信號(hào)連同電源和地線在電氣上完全隔離，因此抗干擾能力強(qiáng)。n光電耦合器壽命長(zhǎng)，可靠性高，與繼電器有觸點(diǎn)式隔離器件相比，響應(yīng)速度快，易與邏輯電路配合使用。100n光電耦合器還具有電平轉(zhuǎn)換功能，將設(shè)備開(kāi)停狀態(tài)信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的TTLTTL芯片電平信號(hào)（+5V+5V）。）。為了監(jiān)視傳感器與分站間信號(hào)傳輸電纜的斷線或短路故障，輸入接口電路采用雙耦合器接線，如圖6-306-30所示。101102當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸入端接收到+5mA+5mA電流時(shí)，耦合器ICIC1 1導(dǎo)通，輸出端1 1為低電平，表示設(shè)備開(kāi)；當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸入端接收到-5mA5mA電流時(shí)，耦合器ICIC2 2導(dǎo)通，輸出端2為低電平，表示設(shè)備停；當(dāng)開(kāi)關(guān)量輸入端無(wú)電流輸入時(shí)，耦合器I