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電阻變化信號提取技術(shù)§4.2電壓信號放大技術(shù)§4.3輸入通道配置技術(shù)(√）§4.4單片機采集系統(tǒng)舉例(√）§4.5實時時鐘技術(shù)（詳細）§4.1電阻變化信號提取技術(shù)回顧：傳感器輸出信號類型？電流、電壓（強、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√）恒流源的獲得(LM317)(詳細）§4.2電壓信號放大技術(shù)4.2.1基本電路及理想特征（√）4.2.2常用運算放大器4.2.3儀表放大器（抑制共模干擾）4.2.4增益可控集成運算放大器4.2.5可控增益運算放大器舉例（√）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Vn=Vp時，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

運算放大器利用模擬開關(guān)改變反饋電阻的方法改變增益。常用集成增益可編程控制測量放大器有：AD524、AD624、AD625等。4.2.5可控增益運算放大器運用舉例（√）以4051模擬開關(guān)和AD620來實現(xiàn)。控制4051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信號隔離技術(shù)（√）4.3.3多路切換技術(shù)4.3.4多路信號采集應用舉例（√）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）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，不作詳細講解，自學）4.3.10鍵盤和觸摸屏技術(shù)4.3.1基本形式結(jié)構(gòu)1：大信號模擬電壓→A/D→單片機結(jié)構(gòu)2：V→V/F→單片機結(jié)構(gòu)3：小信號模擬電壓→放大→A/D→單片機結(jié)構(gòu)4：小信號模擬電壓→放大→V/F→單片機結(jié)構(gòu)5：大信號電流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→A/D→單片機結(jié)構(gòu)6：大信號電流（0～10mA，0、4～20mA）→I/V→V/F→單片機4～20mA（1～5V)為工業(yè)標準，可以監(jiān)測傳感器是否斷線（信號為0即斷線）結(jié)構(gòu)7：小信號電流（mA、A）→I/V→放大→A/D→單片機結(jié)構(gòu)8：小信號電流（mA、A）→I/V→放大→V/F→單片機結(jié)構(gòu)9：小信號f→放大→整形→單片機結(jié)構(gòu)10：TTL電平的頻率信號→單片機結(jié)構(gòu)11：非TTL電平的開關(guān)信號→防抖→電平變換→整形→單片機開關(guān)量(f)隔離技術(shù)需要隔離的信號包括？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信號隔離技術(shù)(√詳細）Iin=Vin/R2～20mA正向驅(qū)動（V-接地）反向驅(qū)動（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4通道：AD7502、AD4052差動8通道：AD7507、AD40974.3.4多路信號采集系統(tǒng)應用舉例

第一級第二級P1=01101011B選擇X11!4.3.6低功耗、8通道、串行12位A/D變換器MAX186概述詳細說明典型運用電路（簡要介紹，自學）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。此期間可使用單一＋5V電源或±5V電源進行工作。其模擬輸入可由軟件設(shè)置為單極性/雙極性和單端/差動工作方式。MAX186使用內(nèi)部時鐘或外部串行接口時鐘以完成逐次逼近模/數(shù)變換,當使用內(nèi)部時鐘時，串行接口可工作到4MHz以上。MAX186具有4.096V的內(nèi)部基準電壓,而MAX188要求一個外部基準.這兩種器件都帶有基準緩沖放大器,它可使增益的微調(diào)簡單化。2．特點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、啟動一次A/D變換

把一個控制字節(jié)與時鐘同步送入DIN可啟動MAX186/MAX188的一次變換。CS為低電平時SCLKD每一個上升沿把一個位從DIN送入MAX186/MAX188的內(nèi)部移位寄存器。在CS變低以后，第一個到達的邏輯“1”位定義控制字節(jié)的最高有效位。在這第一個“起始”位到達之前，與時鐘同步送入DIN的任何個數(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變低以后的第一個邏輯“1”位定義控制字節(jié)的起始。

6

5

4SEL2SEL1SEL0這三位選擇8個通道中的哪一個用于變換。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；在雙極性方式下，信號的范圍是從—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，輸入信號電壓以AGND作為參考點。在差分方式下，測量兩個通道的電壓差。見表3和4

1

0(最低有效位)

PD1PD0選擇時鐘和關(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)部時鐘方式11外部時鐘方式

6、通道選擇（單端輸入）

SEL2SEL1SEL0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7AGND000+-100+-001+-101+

-010+-

011+-011+-111+-8、典型應用電路

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定時器/計數(shù)器（√

詳細）一.

HSI口與EXINT口HSI口接收開關(guān)量的輸入信號，可用中斷和查詢兩種方式；EXINT口可用于重要的實時信息（因為它的中斷優(yōu)先級別最高）。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：計數(shù)器計數(shù)方式選擇，可采用二進制或BCD碼計數(shù)

0：二進制；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計數(shù)器讀寫操作長度選擇： 00：將計數(shù)器中的數(shù)據(jù)鎖存到緩沖器 01：選計數(shù)器的低8位進行寫或讀 10：選計數(shù)器的高8位進行寫或讀

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

一般采用每次賦初值和一次賦初值兩種方法。當計數(shù)脈沖突然斷開時，前一種方法計數(shù)不回“0”，因為計數(shù)器工作脈沖為外部脈沖，沒有外部計數(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）4.3.9單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器DS2450（自學）DS2450——單總線4通道A/D轉(zhuǎn)換器，通過四路到一路模擬復用器逐步逼近完成轉(zhuǎn)換。每個輸入通道具有單獨的幅值電壓、轉(zhuǎn)換結(jié)果及報警門限設(shè)置寄存器，并且每個通道有上下超限兩個標志寄存器，當電壓過高或過低時，無需總線干預比較即可使相應寄存器置位。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)指標用戶接口數(shù)據(jù)說明“三鍵”或“五鍵”式輸入面膜實例

§4.4單片機采集系統(tǒng)舉例主要內(nèi)容（√難點）4.4.1單片機對頻率量的采集4.4.2單片機對于多路模擬量的循環(huán)采集4.4.1單片機對頻率量的采集“F”法、“T”法、“MT”法以及“M/T”法簡介“FT”法原理及誤差分析實現(xiàn)“FT”法的硬件簡介“FT”法在機車測速中的應用實例實際的時間閘門T’設(shè)置的時間閘門T圖4.26“FT”法第1個脈沖中斷時刻第N個脈沖中斷時刻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 ;第一個脈沖時清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)計算轉(zhuǎn)速 ;JNE HSIFHHSIFH:RET4.4.2單片機對于多路模擬量的循環(huán)采集(詳細）各時間片任務循環(huán)定時/2商為對第n路進行操作計算一次第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時不斷地A/D變換 SJMP HEREHERE22:LDB ACHTDH,ADZBJL ;商正好為ACH的通道號指單個4051的通道號 LDB SCADBH,#55H ;設(shè)置即將進入的首次AD變換標記,用于清上次AD累計值JSCLSJ:LCALL SADDZ ;當余數(shù)為0時選發(fā)送當前通道的4051的通道號再計算上一通道的平均數(shù)據(jù) CMPB ADZBJL,#0 ;=0還沒有進行A/D變換計算的通道號實為ACHTDH-1 JNH PDWEIOUT LCALL CJSJALL ;計算A/D采集的數(shù)據(jù)ACHTDH即為A/D的通道號而此時要計算的實為上一次的ACHTDHPDWEIOUT:SJMP HEREHERE1: SJMP HERE§4.5實時時鐘技術(shù)主要內(nèi)容4.5.1RAM插座DS1216B（詳細）4.5.2實時時鐘集成電路DS1287和DS12887（自學）4.5.3微電流充電式實時時鐘芯片DS1302（自學）4.5.1RAM插座DS1216B概述管腳說明DS1216B的操作模式識別非易失性控制器的工作實時時鐘寄存器信息AM/PM/12/24方式DS1216B實時時鐘操作DS1216B時鐘插座引腳圖DATA片選讀寫相當于CLK相當于三線制的SPI串口DS121664BIT識別密碼

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的時鐘定義

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