第四章微機(jī)控制系統(tǒng)選擇與接口設(shè)計(jì)ch

1、第四章第四章微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇與接口設(shè)計(jì)微機(jī)控制系統(tǒng)的選擇與接口設(shè)計(jì) 微機(jī)控制系統(tǒng)微機(jī)控制系統(tǒng)：是將微型計(jì)算機(jī)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品是將微型計(jì)算機(jī)作為機(jī)電一體化產(chǎn)品的控制器，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)的工作原理、接口電路（數(shù)的控制器，結(jié)合微型計(jì)算機(jī)的工作原理、接口電路（數(shù)字和模擬）的設(shè)計(jì)、相應(yīng)的控制硬件和軟件，以及它們字和模擬）的設(shè)計(jì)、相應(yīng)的控制硬件和軟件，以及它們之間的匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的有效控制。之間的匹配，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制對(duì)象的有效控制。 常用的微機(jī)控制系統(tǒng)：常用的微機(jī)控制系統(tǒng)： 專用微機(jī)控制系統(tǒng)專用微機(jī)控制系統(tǒng) 核心部件為單片機(jī)和單板機(jī)。核心部件為單片機(jī)和單板機(jī)。 通用微機(jī)控制系統(tǒng)通用微機(jī)控制系統(tǒng) 核心部

2、件為可編程控制器和工核心部件為可編程控制器和工業(yè)計(jì)算機(jī)。業(yè)計(jì)算機(jī)。 在確定微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮幾方面在確定微機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)考慮幾方面的問題。的問題。（1）專用專用/ /通用微型計(jì)算機(jī)的選擇通用微型計(jì)算機(jī)的選擇 1）專用控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn)專用控制系統(tǒng)的構(gòu)成與特點(diǎn) 構(gòu)成：構(gòu)成：具有機(jī)械、電子有機(jī)結(jié)合的緊湊結(jié)構(gòu)，具有機(jī)械、電子有機(jī)結(jié)合的緊湊結(jié)構(gòu)，由專用由專用IC芯片、接口電路、執(zhí)行元件、傳感器芯片、接口電路、執(zhí)行元件、傳感器等相互合理匹配成專用控制器，軟件采用專用等相互合理匹配成專用控制器，軟件采用專用機(jī)器代碼或語言。機(jī)器代碼或語言。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：可靠性強(qiáng)，成本低，但適應(yīng)能力較差?？煽?/p>

3、性強(qiáng)，成本低，但適應(yīng)能力較差。 應(yīng)用：應(yīng)用：用于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。用于大批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。 構(gòu)成：構(gòu)成：控制系統(tǒng)以通用微型計(jì)算機(jī)為核心，控制系統(tǒng)以通用微型計(jì)算機(jī)為核心，設(shè)計(jì)專用或選用通用的集成設(shè)計(jì)專用或選用通用的集成IC芯片、接口電路、芯片、接口電路、執(zhí)行元件、傳感器，以及相互合理匹配元件，執(zhí)行元件、傳感器，以及相互合理匹配元件，組成具有較好通用能力的控制器。軟件采用通組成具有較好通用能力的控制器。軟件采用通用平臺(tái)軟件系統(tǒng)。用平臺(tái)軟件系統(tǒng)。 特點(diǎn)：特點(diǎn)：適應(yīng)性強(qiáng)，但成本高，應(yīng)采取一定的適應(yīng)性強(qiáng)，但成本高，應(yīng)采取一定的抗干擾措施等特點(diǎn)。抗干擾措施等特點(diǎn)。 應(yīng)用：應(yīng)用：適用于多品

4、種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電適用于多品種、中小批量生產(chǎn)的機(jī)電一體化產(chǎn)品。一體化產(chǎn)品。 任何微機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能，即可以由硬任何微機(jī)控制系統(tǒng)的控制功能，即可以由硬件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，兩者的合理匹配件實(shí)現(xiàn)，也可以由軟件實(shí)現(xiàn)，兩者的合理匹配是確定或選用微機(jī)控制系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容之一。是確定或選用微機(jī)控制系統(tǒng)研究?jī)?nèi)容之一。 主要依據(jù)主要依據(jù)經(jīng)濟(jì)性經(jīng)濟(jì)性、可靠性可靠性、適用性適用性等要求來等要求來決定。決定。 主要用通用分離元件組成的控制系統(tǒng)主要用通用分離元件組成的控制系統(tǒng)最好采用最好采用軟件軟件來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要來實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，接口少，不需焊接，易于調(diào)整，適控制功能，接口少

5、，不需焊接，易于調(diào)整，適應(yīng)能力強(qiáng)，但成本較高。應(yīng)能力強(qiáng)，但成本較高。 主要用專用集成元件組成的控制系統(tǒng)主要用專用集成元件組成的控制系統(tǒng)最最好選用好選用硬件硬件實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要控制功實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)電一體化產(chǎn)品的主要控制功能，具有廉價(jià)、可靠、處理速度快等特點(diǎn)。能，具有廉價(jià)、可靠、處理速度快等特點(diǎn)。 1 1微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成微型計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)構(gòu)成 人們常用人們常用“微機(jī)微機(jī)”這個(gè)術(shù)語。該術(shù)語是三個(gè)概念的統(tǒng)稱，這個(gè)術(shù)語。該術(shù)語是三個(gè)概念的統(tǒng)稱，即即微處理機(jī)微處理機(jī)(微處理器微處理器)、微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)、微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的統(tǒng)的統(tǒng)稱。稱。 微處理機(jī)微處理機(jī)(Microprocessor

6、)簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱CPU。它是一個(gè)大規(guī)模。它是一個(gè)大規(guī)模集成電路集成電路(LSI)器件或超大規(guī)模集成電路器件或超大規(guī)模集成電路(VLSI)器件，器件器件，器件中有中有數(shù)據(jù)通道數(shù)據(jù)通道、多個(gè)、多個(gè)寄存器寄存器、控制邏輯控制邏輯和和運(yùn)算邏輯部件運(yùn)算邏輯部件，有，有的器件還含有的器件還含有時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路，為器件的工作提供定時(shí)信號(hào)?？刂疲瑸槠骷墓ぷ魈峁┒〞r(shí)信號(hào)。控制邏輯可以是組合邏輯，也可以是微程序的存儲(chǔ)邏輯，可以執(zhí)邏輯可以是組合邏輯，也可以是微程序的存儲(chǔ)邏輯，可以執(zhí)行機(jī)器語言描述的系統(tǒng)指令，行機(jī)器語言描述的系統(tǒng)指令，是完成計(jì)算機(jī)對(duì)信息的處理與是完成計(jì)算機(jī)對(duì)信息的處理與控制等的中央處理功能的器件，控制等的

7、中央處理功能的器件，并非是完整的計(jì)算機(jī)。并非是完整的計(jì)算機(jī)。 微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī)(Microcomputer)簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱MC。它是。它是以微處理機(jī)以微處理機(jī)(CPU)為中心，加上只讀存儲(chǔ)器為中心，加上只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、輸入輸出接、輸入輸出接口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計(jì)口電路、系統(tǒng)總線及其他支持邏輯電路組成的計(jì)算機(jī)。算機(jī)。 上述微處理機(jī)、微型計(jì)算機(jī)都是從硬件角度上述微處理機(jī)、微型計(jì)算機(jī)都是從硬件角度定義的，而計(jì)算機(jī)的使用離不開軟件支持。一般定義的，而計(jì)算機(jī)的使用離不開軟件支持。一般將配有系統(tǒng)軟件、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微將配有系統(tǒng)軟件

8、、外圍設(shè)備、系統(tǒng)總線接口的微型計(jì)算機(jī)稱為型計(jì)算機(jī)稱為微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(Microcomputer system)，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱MCS。一般由一般由數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)總線、地址總線地址總線和和控制總線控制總線相連；相連；主存儲(chǔ)器主存儲(chǔ)器又叫內(nèi)部存儲(chǔ)器，目前這些存儲(chǔ)器均是大規(guī)又叫內(nèi)部存儲(chǔ)器，目前這些存儲(chǔ)器均是大規(guī)模集成電路模集成電路(LSI)(LSI)，主要有，主要有RAM(Random Access Memory)RAM(Random Access Memory)和和ROM(Read Only MemoryROM(Read Only Memory），通常），通常ROMROM存儲(chǔ)固定程序和存儲(chǔ)

9、固定程序和數(shù)據(jù)，而輸入輸出數(shù)據(jù)和作業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)，而輸入輸出數(shù)據(jù)和作業(yè)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)由RAMRAM存儲(chǔ)。存儲(chǔ)。輸入輸出裝置輸入輸出裝置主要執(zhí)行數(shù)據(jù)和程序的輸入輸出，主要執(zhí)行數(shù)據(jù)和程序的輸入輸出，以及用于控制時(shí)輸入檢測(cè)傳感元件的信息和輸出控制以及用于控制時(shí)輸入檢測(cè)傳感元件的信息和輸出控制執(zhí)行元件的信息。操作面板或鍵盤也屬于輸入裝置，執(zhí)行元件的信息。操作面板或鍵盤也屬于輸入裝置，如下圖所示。如下圖所示。 微機(jī)控制系統(tǒng)以及各主要功能元件（部件）的輸入微機(jī)控制系統(tǒng)以及各主要功能元件（部件）的輸入/輸出輸出信號(hào)控制功能主要由信號(hào)控制功能主要由硬件硬件和和軟件軟件設(shè)計(jì)來保證。設(shè)計(jì)來保證。 在在硬件設(shè)計(jì)硬件

10、設(shè)計(jì)中，如何提高控制系統(tǒng)的工作可靠性，是微機(jī)中，如何提高控制系統(tǒng)的工作可靠性，是微機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。主要包括：控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)之一。主要包括： 1）能可靠地能可靠地傳遞傳遞各類控制信息，能夠輸入有關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的各類控制信息，能夠輸入有關(guān)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)的狀態(tài)信息。狀態(tài)信息。 2）能夠進(jìn)行有效的信息能夠進(jìn)行有效的信息轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 滿足微機(jī)對(duì)輸入滿足微機(jī)對(duì)輸入/ /輸出信息類型的轉(zhuǎn)換要求。如：輸出信息類型的轉(zhuǎn)換要求。如：A/D、D/A轉(zhuǎn)換；并行數(shù)字信號(hào)與串行數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；電平信號(hào)轉(zhuǎn)換；并行數(shù)字信號(hào)與串行數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換；電平信號(hào)的轉(zhuǎn)換與匹配；電量與非電量的轉(zhuǎn)換；強(qiáng)電與弱電轉(zhuǎn)換。的轉(zhuǎn)換與匹配；電

11、量與非電量的轉(zhuǎn)換；強(qiáng)電與弱電轉(zhuǎn)換。 3）具有具有阻斷阻斷干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力干擾信號(hào)進(jìn)入微機(jī)控制系統(tǒng)的能力 主要采用濾波技術(shù)、光電隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)等。主要采用濾波技術(shù)、光電隔離技術(shù)、屏蔽技術(shù)等。一、一、光電隔離電路設(shè)計(jì)光電隔離電路設(shè)計(jì)1. 1. 光電隔離電路的基本工作原理與組成光電隔離電路的基本工作原理與組成光電隔離電路主要由光電耦合器（G）的光電轉(zhuǎn)換元件組成。輸入信號(hào)（來自微機(jī)）（去執(zhí)行系統(tǒng)）輸出信號(hào)去微機(jī)來自機(jī)械系統(tǒng)GGVc+5vVc+12vVc+5vR1R1R2R274LS04a)b) 1）可將輸入可將輸入/ /輸出兩部分的供電電源和電路的地線分離輸出兩部分的供電電源和電路的

12、地線分離。光電耦合輸入、輸出端之間絕緣電阻很大（光電耦合輸入、輸出端之間絕緣電阻很大（10111013），），寄生的電容很小（寄生的電容很?。?.52pF），因而干擾信號(hào)很難從輸出），因而干擾信號(hào)很難從輸出端反饋到輸入端。端反饋到輸入端。 2）可進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)要求的電平輸出，從而具有初可進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)要求的電平輸出，從而具有初級(jí)功率放大作用。級(jí)功率放大作用。例如圖例如圖4.39a，通過光電耦合器可以很方，通過光電耦合器可以很方便地把微機(jī)的輸出信號(hào)變?yōu)楸愕匕盐C(jī)的輸出信號(hào)變?yōu)?2V。 3）提高對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。提高對(duì)負(fù)載的驅(qū)動(dòng)能力。隔離驅(qū)動(dòng)用光電耦合器件，隔離驅(qū)動(dòng)用光電耦合器件，如達(dá)林頓

13、晶體管輸出和晶閘管輸出型光電耦合器件，不但如達(dá)林頓晶體管輸出和晶閘管輸出型光電耦合器件，不但具有隔離功能，而且還具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。微機(jī)輸具有隔離功能，而且還具有較強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)負(fù)載能力。微機(jī)輸出信號(hào)通過這種光電耦合器件后，就能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。出信號(hào)通過這種光電耦合器件后，就能直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載。普通型信號(hào)隔離用光電耦合器件普通型信號(hào)隔離用光電耦合器件高速型光電耦合器件高速型光電耦合器件達(dá)林頓管輸出光電耦合器件達(dá)林頓管輸出光電耦合器件晶閘管輸出型光電耦合器件晶閘管輸出型光電耦合器件光電耦合隔離電路在機(jī)電控制系統(tǒng)中的基本配置光電耦合隔離電路在機(jī)電控制系統(tǒng)中的基本配置其他I/O接口多通道地址選擇光電耦合光電

14、耦合CPU后向接口光電耦合前向接口光電耦合A/DD/A或執(zhí)行機(jī)構(gòu)地址選擇 將將被檢測(cè)對(duì)象的各種被檢測(cè)對(duì)象的各種物理變化量物理變化量轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成電信號(hào)電信號(hào)的一種變換器的一種變換器。 被用于檢測(cè)被用于檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)自身機(jī)電一體化系統(tǒng)自身和和作業(yè)對(duì)象作業(yè)對(duì)象、作業(yè)環(huán)境作業(yè)環(huán)境的狀態(tài)，為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)的狀態(tài)，為有效地控制機(jī)電一體化系統(tǒng)動(dòng)作提供信息。動(dòng)作提供信息。1）傳感器的作用主要分為：傳感器的作用主要分為：內(nèi)部信息傳感器內(nèi)部信息傳感器和和外部信息傳外部信息傳感器感器。 內(nèi)部信息傳感器內(nèi)部信息傳感器 檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)。檢測(cè)機(jī)電一體化系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)。主要包括：檢測(cè)位置、速度、力主

15、要包括：檢測(cè)位置、速度、力/ /力矩、溫度以及異常變化力矩、溫度以及異常變化等的傳感器。等的傳感器。 外部信息傳感器外部信息傳感器 檢測(cè)作業(yè)對(duì)象和外部環(huán)境狀態(tài)。檢測(cè)作業(yè)對(duì)象和外部環(huán)境狀態(tài)。主要包括：接觸式和非接觸式傳感器，如：溫度主要包括：接觸式和非接觸式傳感器，如：溫度/ /濕度傳感濕度傳感器、氣壓傳感器、電渦流傳感器、無線電接收機(jī)、紅外測(cè)器、氣壓傳感器、電渦流傳感器、無線電接收機(jī)、紅外測(cè)溫儀，激光測(cè)距機(jī)等。溫儀，激光測(cè)距機(jī)等。2 2）按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為：）按輸出信號(hào)的性質(zhì)可分為：開關(guān)型開關(guān)型、模擬型模擬型和數(shù)字型數(shù)字型傳傳感器（計(jì)數(shù)型和代碼型）感器（計(jì)數(shù)型和代碼型）。l開關(guān)型傳感器開關(guān)

16、型傳感器的輸入物理量達(dá)到臨界值以上，輸出為“1”（ON），該值以下輸出為“0”（OFF）。圖4.59l模擬型傳感器模擬型傳感器的輸出是與輸入物理量變化相對(duì)應(yīng)的，連續(xù)變化的電量。圖4.60 模擬型傳感器工作原理a)b)l計(jì)數(shù)型數(shù)字傳感器計(jì)數(shù)型數(shù)字傳感器，發(fā)出的脈沖數(shù)與輸入量成正比。比如增量式光電編碼盤；l代碼型數(shù)字傳感器代碼型數(shù)字傳感器，輸出的信號(hào)是數(shù)字代碼，每一代碼相當(dāng)于一個(gè)一定的輸入量的值。比如絕對(duì)值型光電編碼盤。圖4.61b)a)b)3 3）按傳感器的用途分為）按傳感器的用途分為：位移和位置、速度和加速度、力位移和位置、速度和加速度、力和力矩、溫度、濕度傳感器等和力矩、溫度、濕度傳感器等。

17、4 4）按傳感器的基本工作原理分為：）按傳感器的基本工作原理分為：電阻式、電容式、電感電阻式、電容式、電感式、電磁式、光電式式、電磁式、光電式。各種測(cè)量傳感器的基本特性參數(shù)可參看教材。各種測(cè)量傳感器的基本特性參數(shù)可參看教材。體積小、重量輕。體積小、重量輕。精度和靈敏性高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高。精度和靈敏性高、響應(yīng)快、穩(wěn)定性好、信噪比高。安全可靠、壽命長(zhǎng)。安全可靠、壽命長(zhǎng)。便于與計(jì)算機(jī)對(duì)接。便于與計(jì)算機(jī)對(duì)接。不易受被檢測(cè)對(duì)象和外部環(huán)境的影響，環(huán)境適應(yīng)能力不易受被檢測(cè)對(duì)象和外部環(huán)境的影響，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)。強(qiáng)?，F(xiàn)場(chǎng)安裝處理簡(jiǎn)單、操作方便，價(jià)格便宜。現(xiàn)場(chǎng)安裝處理簡(jiǎn)單、操作方便，價(jià)格便宜。 例子例

18、子諾基亞5800XM電阻式觸摸屏蘋果iPhone電容式觸摸屏返回返回 1 1）位移、位置傳感器；）位移、位置傳感器； 2 2）速度、加速度傳感器；）速度、加速度傳感器； 3 3）力、壓力和扭矩傳感器；）力、壓力和扭矩傳感器； 4 4）溫度、濕度、氣敏傳感器；）溫度、濕度、氣敏傳感器； 5 5）物位傳感器；）物位傳感器； 6 6）流量傳感器；）流量傳感器； 7 7）視覺、觸覺傳感器。）視覺、觸覺傳感器。 掌握好掌握好各類傳感器的工作原理、主要性能及優(yōu)缺點(diǎn)，各類傳感器的工作原理、主要性能及優(yōu)缺點(diǎn)，是是正確選用傳感器的重要依據(jù)之一。正確選用傳感器的重要依據(jù)之一。 各類傳感器的主要性能及優(yōu)缺點(diǎn)，在各類

19、傳感器的主要性能及優(yōu)缺點(diǎn)，在機(jī)械工程測(cè)試技機(jī)械工程測(cè)試技術(shù)術(shù)等課程已進(jìn)行了較全面的學(xué)習(xí)。等課程已進(jìn)行了較全面的學(xué)習(xí)。l補(bǔ)充：補(bǔ)充：視覺傳感器視覺傳感器（圖像傳感器）（圖像傳感器） CMOS圖像傳感器圖像傳感器CCD圖像傳感器CMOS是指是指 Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。CCD是指是指 Charge Coupled Device，電荷，電荷耦合器件。耦合器件。 速度快，集成度高，功耗低，速度快，集成度高，功耗低，但開口率低（有效感光面積但開口率低（有效感光面積?。直媛实?。?。?，分辨率低。開口率遠(yuǎn)高

20、于開口率遠(yuǎn)高于CMOS，但制造復(fù)雜，功耗高。但制造復(fù)雜，功耗高。人體膠囊式無線內(nèi)窺微機(jī)電系統(tǒng)（華南理工大學(xué)，2007）（1）傳感器的選用原則）傳感器的選用原則 主要是依據(jù)主要是依據(jù)傳感器的使用要求傳感器的使用要求和和被控制對(duì)象的控被控制對(duì)象的控制精度要求制精度要求選擇適用的傳感器。選擇適用的傳感器。（2）傳感器選用的注意事項(xiàng)）傳感器選用的注意事項(xiàng) 在確保在確保主要性能參數(shù)和指標(biāo)主要性能參數(shù)和指標(biāo)的條件下，適當(dāng)可放的條件下，適當(dāng)可放寬次要的性能和指標(biāo)要求，以便獲得較高的性能價(jià)寬次要的性能和指標(biāo)要求，以便獲得較高的性能價(jià)格比。注意：不能盲目的追求傳感器各種性能指標(biāo)格比。注意：不能盲目的追求傳感器各

21、種性能指標(biāo)均高的傳感器選擇方法或原則。均高的傳感器選擇方法或原則。 1）平均技術(shù)）平均技術(shù)縮小檢測(cè)誤差縮小檢測(cè)誤差 包括包括誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng)和和數(shù)據(jù)平均處理數(shù)據(jù)平均處理。 誤差平均效應(yīng)誤差平均效應(yīng)：多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量，輸出取總和；：多個(gè)傳感器同時(shí)測(cè)量，輸出取總和； 數(shù)據(jù)平均處理數(shù)據(jù)平均處理：相同條件下重復(fù)測(cè)量多次，然后取平：相同條件下重復(fù)測(cè)量多次，然后取平均。均。 2）差分技術(shù)）差分技術(shù)減少非線性誤差減少非線性誤差 3）穩(wěn)定性處理）穩(wěn)定性處理通過材料的時(shí)效處理，元件的篩選，通過材料的時(shí)效處理，元件的篩選，來提高傳感器可靠性和壽命來提高傳感器可靠性和壽命 4）屏蔽和隔離）屏蔽和隔離提高抗

22、外界干擾的能力提高抗外界干擾的能力兩個(gè)概念：兩個(gè)概念：標(biāo)定：標(biāo)定：傳感器在出廠前均要進(jìn)行標(biāo)定，即在明傳感器在出廠前均要進(jìn)行標(biāo)定，即在明確其輸入輸出關(guān)系的前提下，用國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量確其輸入輸出關(guān)系的前提下，用國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)量?jī)x器確定輸出電量與輸入非電量之間的關(guān)系。儀器確定輸出電量與輸入非電量之間的關(guān)系。校準(zhǔn)：校準(zhǔn)：用戶在使用傳感器前，或在使用過程中用戶在使用傳感器前，或在使用過程中或擱置一段時(shí)間后再使用時(shí)，必須對(duì)其性能參或擱置一段時(shí)間后再使用時(shí)，必須對(duì)其性能參數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)或作必要的調(diào)整與修正，以保證其數(shù)進(jìn)行復(fù)測(cè)或作必要的調(diào)整與修正，以保證其測(cè)量精度，這個(gè)復(fù)測(cè)過程就是測(cè)量精度，這個(gè)復(fù)測(cè)過程就是“校準(zhǔn)校準(zhǔn)”。

23、校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容基本相同，其目的也基本相校準(zhǔn)與標(biāo)定的內(nèi)容基本相同，其目的也基本相同。在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，所使用的測(cè)量?jī)x器同。在使用前進(jìn)行校準(zhǔn)時(shí)，所使用的測(cè)量?jī)x器應(yīng)至少比被校準(zhǔn)傳感器的精度應(yīng)至少比被校準(zhǔn)傳感器的精度高一個(gè)等級(jí)高一個(gè)等級(jí)。 由于傳感器檢測(cè)到的原始信號(hào)比較微弱，需中間由于傳感器檢測(cè)到的原始信號(hào)比較微弱，需中間轉(zhuǎn)換處理電路將信號(hào)放大成易于檢測(cè)或處理的電壓轉(zhuǎn)換處理電路將信號(hào)放大成易于檢測(cè)或處理的電壓或電流信號(hào)，再經(jīng)調(diào)制解調(diào)、或電流信號(hào)，再經(jīng)調(diào)制解調(diào)、A/DA/D轉(zhuǎn)換、轉(zhuǎn)換、D/AD/A轉(zhuǎn)換等轉(zhuǎn)換等輸出能滿足計(jì)算機(jī)處理的要求和匹配的檢測(cè)信號(hào)。輸出能滿足計(jì)算機(jī)處理的要求和匹配的檢測(cè)信號(hào)。 注

24、意：傳感器的檢測(cè)處理電路通常與所選用的傳注意：傳感器的檢測(cè)處理電路通常與所選用的傳感器密切相關(guān)，一般由傳感器生產(chǎn)廠家提供選擇。感器密切相關(guān)，一般由傳感器生產(chǎn)廠家提供選擇?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇設(shè)計(jì)是非常重要的?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，選擇設(shè)計(jì)是非常重要的。 主要包括主要包括檢測(cè)測(cè)量電路檢測(cè)測(cè)量電路和和信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路兩部?jī)刹糠?。分?a. 模擬型測(cè)量電路模擬型測(cè)量電路調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波、調(diào)制、放大、解調(diào)、濾波、A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換處理。換處理。 電參量電參量：電阻、電容、電感；：電阻、電容、電感； 電量電量：電壓、電流。：電壓、電流。基本轉(zhuǎn)換電路把電參量轉(zhuǎn)換成電量?；巨D(zhuǎn)換電路把電參量轉(zhuǎn)換成

25、電量。 調(diào)制：調(diào)制：使得測(cè)量信號(hào)具有區(qū)別于其他雜散信號(hào)的特征，以使得測(cè)量信號(hào)具有區(qū)別于其他雜散信號(hào)的特征，以提高其抗干擾能力。提高其抗干擾能力。 解調(diào)：解調(diào)：與調(diào)整相反的過程，還原測(cè)量信號(hào)。與調(diào)整相反的過程，還原測(cè)量信號(hào)。 b. 數(shù)字型測(cè)量電路數(shù)字型測(cè)量電路光電轉(zhuǎn)換、放大整形、檢測(cè)量編光電轉(zhuǎn)換、放大整形、檢測(cè)量編碼。碼。 可以可以采用采用細(xì)分細(xì)分的方法提高傳感器分辨率：使傳感器的輸出的方法提高傳感器分辨率：使傳感器的輸出變化變化1/n個(gè)周期計(jì)一個(gè)數(shù)，個(gè)周期計(jì)一個(gè)數(shù)，n為細(xì)分?jǐn)?shù)。為細(xì)分?jǐn)?shù)。 c. 開關(guān)型測(cè)量電路開關(guān)型測(cè)量電路實(shí)質(zhì)是實(shí)質(zhì)是對(duì)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行功率放大。對(duì)開關(guān)信號(hào)進(jìn)行功率放大。 傳感器信號(hào)

26、放大轉(zhuǎn)換電路主要包括：傳感器信號(hào)放大轉(zhuǎn)換電路主要包括： 電橋電路電橋電路測(cè)量阻抗、感抗、電容量等測(cè)量阻抗、感抗、電容量等電參量電參量的電量的電量（電壓、電流等）轉(zhuǎn)換。（電壓、電流等）轉(zhuǎn)換。 放大電路放大電路由運(yùn)算放大器、晶體管等組成。將檢測(cè)到由運(yùn)算放大器、晶體管等組成。將檢測(cè)到的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大處理（電壓放大、電流放大、功率的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大處理（電壓放大、電流放大、功率放大等）。采用放大等）。采用屏蔽屏蔽、濾波濾波、正確接地正確接地來提高放大信號(hào)的來提高放大信號(hào)的質(zhì)量或品質(zhì)。質(zhì)量或品質(zhì)。 調(diào)制與解調(diào)電路調(diào)制與解調(diào)電路對(duì)傳感器輸出的微弱、緩慢變化信對(duì)傳感器輸出的微弱、緩慢變化信號(hào)，由一般直

27、流放大和信號(hào)傳輸電路，將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等號(hào)，由一般直流放大和信號(hào)傳輸電路，將產(chǎn)生零點(diǎn)漂移等干擾信號(hào)。采用調(diào)制的方法先把直流變成某種頻率的交流干擾信號(hào)。采用調(diào)制的方法先把直流變成某種頻率的交流信號(hào)，再經(jīng)放大器放大，最后解調(diào)將交流信號(hào)還原成直流信號(hào)，再經(jīng)放大器放大，最后解調(diào)將交流信號(hào)還原成直流信號(hào)。信號(hào)。 A/DA/D、D/AD/A轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)檢測(cè)輸入、計(jì)算機(jī)處理、輸實(shí)現(xiàn)檢測(cè)輸入、計(jì)算機(jī)處理、輸出執(zhí)行信號(hào)之間的匹配轉(zhuǎn)換。出執(zhí)行信號(hào)之間的匹配轉(zhuǎn)換。 微型計(jì)算機(jī)需要輸入數(shù)字信號(hào)，而傳感器輸出微型計(jì)算機(jī)需要輸入數(shù)字信號(hào)，而傳感器輸出的信號(hào)有模擬、數(shù)字、開關(guān)型信號(hào)，為了與計(jì)算的信號(hào)有模擬、數(shù)字、開關(guān)

28、型信號(hào)，為了與計(jì)算機(jī)匹配，需要相應(yīng)的接口電路。機(jī)匹配，需要相應(yīng)的接口電路。 模擬量接口電路、數(shù)字量接口電路、開關(guān)量接模擬量接口電路、數(shù)字量接口電路、開關(guān)量接口電路口電路。 模擬量接口電路模擬量接口電路有采樣保持電路；有采樣保持電路； 數(shù)字量、開關(guān)量接口電路數(shù)字量、開關(guān)量接口電路有三態(tài)（低電平，高有三態(tài)（低電平，高電平，高阻態(tài)）緩沖器。電平，高阻態(tài)）緩沖器。1)1)輸入放大器輸入放大器l根據(jù)被分析的信號(hào)幅值大小，對(duì)于超過限額的電壓幅根據(jù)被分析的信號(hào)幅值大小，對(duì)于超過限額的電壓幅值，可以采用值，可以采用衰減器衰減器加以衰減，對(duì)于太小的幅值，則加以衰減，對(duì)于太小的幅值，則采用采用輸入放大器輸入放大器

29、加以放大。加以放大。l輸入放大器上往往設(shè)有輸入放大器上往往設(shè)有DCDC和和ACAC選擇擋。有時(shí)分析的信選擇擋。有時(shí)分析的信號(hào)是交變信號(hào)與直流分量的疊加，但若感興趣的只是號(hào)是交變信號(hào)與直流分量的疊加，但若感興趣的只是交變信號(hào)，這時(shí)就交變信號(hào)，這時(shí)就可用可用ACAC擋來消除直流分量擋來消除直流分量，ACAC擋成擋成為隔直電路。為隔直電路。2)2)抗頻混濾波器抗頻混濾波器l為了避免產(chǎn)生頻率混淆，一般使信號(hào)在進(jìn)入為了避免產(chǎn)生頻率混淆，一般使信號(hào)在進(jìn)入A/DA/D（模數(shù)（模數(shù)轉(zhuǎn)換）之前，先通過一個(gè)模擬式低通濾波器，濾除信轉(zhuǎn)換）之前，先通過一個(gè)模擬式低通濾波器，濾除信號(hào)中不必考慮的高頻成分。這種用途的濾波器稱為號(hào)中不必考慮的高頻成分。這種用途的濾波器稱為抗抗頻混濾波器頻混濾波器。3)3)采樣保持電路采樣保持電路l這個(gè)電路在這個(gè)電路在A/DA/D轉(zhuǎn)換器之前，是為轉(zhuǎn)換器之前，是為A/DA/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，保持輸入信號(hào)不變而設(shè)置的。保持輸入信號(hào)不變而設(shè)置的。 通常用于模擬輸入信號(hào)通常用于模擬輸入信號(hào)變化率較大的信號(hào)。變化率較大的信號(hào)。l要求采樣時(shí)