智能儀器儀表4課件

第四章輸入通道技術(shù)主要內(nèi)容§4.1電阻變化信號(hào)提取技術(shù)§4.2電壓信號(hào)放大技術(shù)§4.3輸入通道配置技術(shù)(√）§4.4單片機(jī)采集系統(tǒng)舉例(√）§4.5實(shí)時(shí)時(shí)鐘技術(shù)（詳細(xì)）§4.1電阻變化信號(hào)提取技術(shù)回顧：傳感器輸出信號(hào)類型？電流、電壓（強(qiáng)、弱）、電荷、電勢、電阻等。主要內(nèi)容4.1.1恒流供電檢測（√）4.1.2電橋法4.1.1恒流供電檢測恒壓式恒流式（抗干擾能力強(qiáng)√）恒流源的獲得(LM317)(詳細(xì)）§4.2電壓信號(hào)放大技術(shù)4.2.1基本電路及理想特征（√）4.2.2常用運(yùn)算放大器4.2.3儀表放大器（抑制共模干擾）4.2.4增益可控集成運(yùn)算放大器4.2.5可控增益運(yùn)算放大器舉例（√）4.2.6AD620儀器用放大器4.2.1基本電路及理想特征基本電路4.2.1基本電路及理想特征理想特性開環(huán)放大倍數(shù)Av=∞；輸入阻抗Ri=∞，輸出阻抗R0=0；(√）頻帶寬度Bw=∞；當(dāng)Vn=Vp時(shí)，V0=0沒有溫漂。4.2.3儀表放大器（抑制共模干擾）

4.2.4增益可編程控制集成

運(yùn)算放大器利用模擬開關(guān)改變反饋電阻的方法改變?cè)鲆?。常用集成增益可編程控制測量放大器有：AD524、AD624、AD625等。4.2.5可控增益運(yùn)算放大器運(yùn)用舉例（√）以4051模擬開關(guān)和AD620來實(shí)現(xiàn)?？刂?051使AD620的增益電阻分別為R1～R8§4.3輸入通道配置技術(shù)（√）主要內(nèi)容4.3.1基本形式4.3.2信號(hào)隔離技術(shù)（√）4.3.3多路切換技術(shù)4.3.4多路信號(hào)采集應(yīng)用舉例（√）4.3.5V/F、F/V變換技術(shù)4.3.6低功耗、8通道、串行12位A/D變換器MAX186（難點(diǎn)）4.3.7開關(guān)量輸入的CPU接口（√）4.3.8“96”HSI和A/D變換子程序（√）4.3.9單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器DS2450（難點(diǎn)，不作詳細(xì)講解，自學(xué)）4.3.10鍵盤和觸摸屏技術(shù)4.3.1基本形式結(jié)構(gòu)1：大信號(hào)模擬電壓→A/D→單片機(jī)結(jié)構(gòu)2：V→V/F→單片機(jī)結(jié)構(gòu)3：小信號(hào)模擬電壓→放大→A/D→單片機(jī)結(jié)構(gòu)4：小信號(hào)模擬電壓→放大→V/F→單片機(jī)結(jié)構(gòu)5：大信號(hào)電流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→A/D→單片機(jī)結(jié)構(gòu)6：大信號(hào)電流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→V/F→單片機(jī)4～20mA（1～5V)為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可以監(jiān)測傳感器是否斷線（信號(hào)為0即斷線）結(jié)構(gòu)7：小信號(hào)電流（mA、A）→I/V→放大→A/D→單片機(jī)結(jié)構(gòu)8：小信號(hào)電流（mA、A）→I/V→放大→V/F→單片機(jī)結(jié)構(gòu)9：小信號(hào)f→放大→整形→單片機(jī)結(jié)構(gòu)10：TTL電平的頻率信號(hào)→單片機(jī)結(jié)構(gòu)11：非TTL電平的開關(guān)信號(hào)→防抖→電平變換→整形→單片機(jī)開關(guān)量(f)隔離技術(shù)需要隔離的信號(hào)包括？數(shù)字量開關(guān)量、頻率量、數(shù)據(jù)總線（單總線）等模擬量4.3.2信號(hào)隔離技術(shù)(√詳細(xì)）Iin=Vin/R2～20mA正向驅(qū)動(dòng)（V-接地）反向驅(qū)動(dòng)（V+接電源）一般為2K施密特整形器模擬量隔離技術(shù)：AD202、精密線性光耦放大電阻±5V到0～5V嵌位二極管分壓電路內(nèi)部電源放大電路4.3.3多路切換技術(shù)單端8通道：AD7501、AD4051單端16通道：AD7506、AD4067（有INH端）差動(dòng)4通道：AD7502、AD4052差動(dòng)8通道：AD7507、AD40974.3.4多路信號(hào)采集系統(tǒng)應(yīng)用舉例

第一級(jí)第二級(jí)P1=01101011B選擇X11!4.3.6低功耗、8通道、串行12位A/D變換器MAX186概述詳細(xì)說明典型運(yùn)用電路（簡要介紹，自學(xué)）1．

一般說明MAX186是12位的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，它把8通道多路轉(zhuǎn)換器，大帶寬跟蹤/保持電路和串行接口組合在一起，具有變換速率高、功耗極低的特點(diǎn)。此期間可使用單一＋5V電源或±5V電源進(jìn)行工作。其模擬輸入可由軟件設(shè)置為單極性/雙極性和單端/差動(dòng)工作方式。MAX186使用內(nèi)部時(shí)鐘或外部串行接口時(shí)鐘以完成逐次逼近模/數(shù)變換,當(dāng)使用內(nèi)部時(shí)鐘時(shí)，串行接口可工作到4MHz以上。MAX186具有4.096V的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓,而MAX188要求一個(gè)外部基準(zhǔn).這兩種器件都帶有基準(zhǔn)緩沖放大器,它可使增益的微調(diào)簡單化。2．特點(diǎn)1)

8通道單端或4通道差分輸入2)

單+5V或±5V工作電壓3)

低功耗：1.5mA(工作方式)2μA(斷電方式)4)

內(nèi)部跟蹤/保持電路，133KHz采樣速率5)

內(nèi)部4.096V基準(zhǔn)電壓（MAX186）6)

與SPI,QSPI,Micorwire,尺寸TMS320兼容的4線串行接口7)

可用軟件設(shè)置的單極性或雙極性輸入8)

20引腳的雙列直插式（DIP）,小型(SO),緊縮的小型（SSOP）封裝4、啟動(dòng)一次A/D變換

把一個(gè)控制字節(jié)與時(shí)鐘同步送入DIN可啟動(dòng)MAX186/MAX188的一次變換。CS為低電平時(shí)SCLKD每一個(gè)上升沿把一個(gè)位從DIN送入MAX186/MAX188的內(nèi)部移位寄存器。在CS變低以后，第一個(gè)到達(dá)的邏輯“1”位定義控制字節(jié)的最高有效位。在這第一個(gè)“起始”位到達(dá)之前，與時(shí)鐘同步送入DIN的任何個(gè)數(shù)的邏輯“0”位均無效。5控制字

位7（最高有效位）位6位5位4位3位2位1

位0（最低有效位）STARTSEL2SEL1SEL0UNI/BIPSGL/DIFPD1PD0位名稱

說明7（最高有效位）STARTCS變低以后的第一個(gè)邏輯“1”位定義控制字節(jié)的起始。

6

5

4SEL2SEL1SEL0這三位選擇8個(gè)通道中的哪一個(gè)用于變換。見表3和4。

3

UNI/BIP1=單極性，0=雙極性。選擇單極性或雙極性變換方式。在單極性方式下，可變換0V至VREF的模擬輸入信號(hào)；在雙極性方式下，信號(hào)的范圍是從—VREF/2到＋VREF/2。

2

SGL/DIF1=單端，0=差分，選擇單端或差分變換。在單端方式下，輸入信號(hào)電壓以AGND作為參考點(diǎn)。在差分方式下，測量兩個(gè)通道的電壓差。見表3和4

1

0(最低有效位)

PD1PD0選擇時(shí)鐘和關(guān)斷方式：PD1PD0方式00全關(guān)斷（IQ=2μA）01快速關(guān)斷（IQ=30μA）10內(nèi)部時(shí)鐘方式11外部時(shí)鐘方式

6、通道選擇（單端輸入）

SEL2SEL1SEL0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7AGND000+-100+-001+-101+

-010+-

011+-011+-111+-8、典型應(yīng)用電路

4.3.7開關(guān)量輸入的CPU接口

HSI口與EXINT口并行I/O口8255并行接口8155并行接口8253定時(shí)器/計(jì)數(shù)器（√

詳細(xì)）一.

HSI口與EXINT口HSI口接收開關(guān)量的輸入信號(hào)，可用中斷和查詢兩種方式；EXINT口可用于重要的實(shí)時(shí)信息（因?yàn)樗闹袛鄡?yōu)先級(jí)別最高）。二．并行I/O口

1、8255的控制字

2、8155的控制字PA：“0”A口輸入；“1”A口輸出PB：“0”B口輸入；“1”B口輸出PC2、PC1口：

“00”=ALT1：A口，B口基本輸入輸出，C口輸入

“11”=ALT2：A口，B口基本輸入輸出，C口輸出

“01”=ALT3：A口選通輸入輸出，B口基本輸入輸出， PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3-PC5輸出

“10”=ALT4：A口，B口選通輸入輸出， PC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3:BINTR,PC4:BBF,PC5:-BSTBTM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA3、8253的控制字

BCD：計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)方式選擇，可采用二進(jìn)制或BCD碼計(jì)數(shù)

0：二進(jìn)制；1：BCDM2M1M0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計(jì)數(shù)器讀寫操作長度選擇： 00：將計(jì)數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存到緩沖器 01：選計(jì)數(shù)器的低8位進(jìn)行寫或讀 10：選計(jì)數(shù)器的高8位進(jìn)行寫或讀

11：對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行兩次讀/寫操作，先低字節(jié)，后高字節(jié)SC1、SC0選擇計(jì)數(shù)器 00：選計(jì)數(shù)器0 01：選計(jì)數(shù)器1 10：選計(jì)數(shù)器2 11：非法當(dāng)對(duì)8253寫入控制字后，就要給計(jì)數(shù)器賦值了。SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD4、8253計(jì)數(shù)控制

一般采用每次賦初值和一次賦初值兩種方法。當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖突然斷開時(shí)，前一種方法計(jì)數(shù)不回“0”，因?yàn)橛?jì)數(shù)器工作脈沖為外部脈沖，沒有外部計(jì)數(shù)脈沖則初始值無法鎖存。初始值第1次第2次4.3.8“96”HSI和A/D變換子程序HSI中斷子程序A/D變換子程序（√

詳細(xì)）4.3.9單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器DS2450（自學(xué)）DS2450——單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器，通過四路到一路模擬復(fù)用器逐步逼近完成轉(zhuǎn)換。每個(gè)輸入通道具有單獨(dú)的幅值電壓、轉(zhuǎn)換結(jié)果及報(bào)警門限設(shè)置寄存器，并且每個(gè)通道有上下超限兩個(gè)標(biāo)志寄存器，當(dāng)電壓過高或過低時(shí)，無需總線干預(yù)比較即可使相應(yīng)寄存器置位。4.3.10鍵盤和觸摸屏技術(shù)鍵盤輸入技術(shù)觸摸屏技術(shù)技術(shù)指標(biāo)用戶接口數(shù)據(jù)說明“三鍵”或“五鍵”式輸入面膜實(shí)例

§4.4單片機(jī)采集系統(tǒng)舉例主要內(nèi)容（√難點(diǎn)）4.4.1單片機(jī)對(duì)頻率量的采集4.4.2單片機(jī)對(duì)于多路模擬量的循環(huán)采集4.4.1單片機(jī)對(duì)頻率量的采集“F”法、“T”法、“MT”法以及“M/T”法簡介“FT”法原理及誤差分析實(shí)現(xiàn)“FT”法的硬件簡介“FT”法在機(jī)車測速中的應(yīng)用實(shí)例實(shí)際的時(shí)間閘門T’設(shè)置的時(shí)間閘門T圖4.26“FT”法第1個(gè)脈沖中斷時(shí)刻第N個(gè)脈沖中斷時(shí)刻HSIINT:PUSHF LDB DL,HSISTA JBS DL,0,HI0 ;判斷是否0口中斷 ST HSITIM,HI1T SJMP HSIFHHI0: ST HSITIM,[HI0T]+;讀時(shí)間到[HI0T]中

LD CX,[HI0S] ;0口中斷次數(shù)加1 INC CX ST CX,[HI0S]

CMP CX,#1 ;第一個(gè)脈沖時(shí)清TZDCST1溢出中斷 JNE HSIFH2 CLR TZDCSHSIFH2:;CMP CX,#11;取連續(xù)中斷10次的數(shù)據(jù)計(jì)算轉(zhuǎn)速 ;JNE HSIFHHSIFH:RET4.4.2單片機(jī)對(duì)于多路模擬量的循環(huán)采集(詳細(xì)）各時(shí)間片任務(wù)循環(huán)定時(shí)/2商為對(duì)第n路進(jìn)行操作計(jì)算一次第n路的值余數(shù)0切換多路選擇余數(shù)1不斷AD變換

HERE: CMP ZDCS,ZDCS_BJ JE BFPDOUT ST ZDCS,ZDCS_BJBFPDOUT:LD ADZBJ,ZDCS CMP ADZBJ,#64 JH HERE11 SJMP HERE12HERE11:SJMP HEREHERE12:DIVUB ADZBJ,#2

CMPB ADZBJH,#0

JE HERE22

LCALL ADBH ;余數(shù)為1時(shí)不斷地A/D變換 SJMP HEREHERE22:LDB ACHTDH,ADZBJL ;商正好為ACH的通道號(hào)指單個(gè)4051的通道號(hào) LDB SCADBH,#55H ;設(shè)置即將進(jìn)入的首次AD變換標(biāo)記,用于清上次AD累計(jì)值JSCLSJ:LCALL SADDZ ;當(dāng)余數(shù)為0時(shí)選發(fā)送當(dāng)前通道的4051的通道號(hào)再計(jì)算上一通道的平均數(shù)據(jù) CMPB ADZBJL,#0 ;=0還沒有進(jìn)行A/D變換計(jì)算的通道號(hào)實(shí)為ACHTDH-1 JNH PDWEIOUT LCALL CJSJALL ;計(jì)算A/D采集的數(shù)據(jù)ACHTDH即為A/D的通道號(hào)而此時(shí)要計(jì)算的實(shí)為上一次的ACHTDHPDWEIOUT:SJMP HEREHERE1: SJMP HERE§4.5實(shí)時(shí)時(shí)鐘技術(shù)主要內(nèi)容4.5.1RAM插座DS1216B（詳細(xì)）4.5.2實(shí)時(shí)時(shí)鐘集成電路DS1287和DS12887（自學(xué)）4.5.3微電流充電式實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片DS1302（自學(xué)）4.5.1RAM插座DS1216B概述管腳說明DS1216B的操作模式識(shí)別非易失性控制器的工作實(shí)時(shí)時(shí)鐘寄存器信息AM/PM/12/24方式DS1216B實(shí)時(shí)時(shí)鐘操作DS1216B時(shí)鐘插座引腳圖DATA片選讀寫相當(dāng)于CLK相當(dāng)于三線制的SPI串口DS121664BIT識(shí)別密碼

TM_CLK:LD AX_CLK,#TIMADD LDB DL_CLK,[AX_CLK] LD CX_CLK,#0 LDB R1_CLK,#08HL0_CLK:LDB R2_CLK,#08H LDB DL_CLK,TAB_CLK[CX_CLK]L1_CLK:STB DL_CLK,[AX_CLK] SHRB DL_CLK,#1 DJNZ R2_CLK,L1_CLK INC CX_CLK DJNZ R1_CLK,L0_CLK retTAB_CLK:DCB 0C5H,3AH,0A3H,5CH DCB 0C5H,3AH,0A3H,5CHDS1216B的時(shí)鐘定義

RD_CLK: LD BX_CLK,#SSSZDZ LDB R1_CLK,#08HL4_CLK:LDB R2_CLK,#08H LDB DH_CL