12位带隔离输入通道.doc

模拟输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、,从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测,并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。
由于RS-232在微机通信接口中广泛采用,技术已相当成熟。在近端与远端通信过程中，采用串行ＲS-232标准，实现ＰC机与单片机间的数据传输。
2．模拟量输入通道的设计

设计一个1２位带隔离输入通道
2。１。1主要技术指标：
模拟量通道数11
ＡD转换分辨率:12位
带隔离模拟信号的产生与AＤ转换器
人机通道的接口电路
数据传输接口电路
2。１。2输入通道的构成器件：
信号调理电路，多路开关，采样保持电路,Ａ／D，单片机，电平转换接口,接收端(单片机、ＰC或其它设备)组成。系统框图如下图所示:
模拟量输入通道的一般结构图
。3。信号调理电路
在模拟量输入通道中，对现场可能引入的各种干扰必须采取相应的技术措施以保证模/数转换的精度，所以首先要在通道之前设置输入信号调理电路.
根据通道需要，可以采取不同的信号调理技术，如信号滤波、光电隔离、电平转换、过电压保护、反电压保护、电流／／电压变换技术，其余部分参见4．２．１与９。2有关内容。
在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类型的现场变送器,它们的输出一般为0 ～　10 mA或４ ～　20 ｍＡ的统一电流信号,对此需采用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号,有两种变换电路分别是无源I/A变换电路和有源I/A变换电路
多路模拟开关
由于微机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此一台微机系统可供几十个检测回路使用，但微机在某一时刻只能接收一个通道的信号。所以，必须通过多路模拟开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。
目前，微机控制系统使用的多路开关种类很多,如集成电路芯片CD4051（双向、单端、８路）、CD4052（单向、双端、4路）、AＤ７506(单向、单端、１６路）等。
结构原理:现以常用的ＣＤ４051为例,8路模拟开关的结构原理如图2－3所示。ＣD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成，引脚中的禁止端很重要。当禁止端为“1"时，前后级通道断开,即S０ ~ Ｓ7端与Sm端不可能接通;当为“0"时,则通道可以被接通,通过改变控制输入端C、B、Ａ的数值，就可选通8个通道Ｓ０ ~ S7中的一路。比如：当C、B、Ａ= 000时，通道S０选通；当Ｃ、B、Ａ = 00１时,通道S1选通;……当C、B、Ａ = 111时，通道S７选通。其真值表如下表所示.
２。3　 前置放大器
前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程范围之内，如0 ~ 5 V ，－5所示，信号源的一端若接放大器的正端为同相放大，同相放大电路的放大倍数Ｇ =1+R2/Ｒ1；若信号源的一端接放大器的负端为反相放大，反相放大电路的放大倍数G =－R2/R1。当然,这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端共地。
同向放大和反向放大电路
测量放大器
但来自生产现场的传感器信号往往带有较大的共模干扰, 而单个运放电路的差动输入端难以起到很好的抑制作用。 因此，Ａ/D通道中的前置放大器常采用由一组运放构成的测量放大器,也称仪表放大器，如图2-6(a)所示。
经典的测量放大器是由三个运放组成的对称结构，测量放大器的差动输入端VIN+ 和VIN- 分别是两个运放A1、Ａ2的同相输入端,输入阻抗很高,而且完全对称地直接与被测信号相连，因而有着极强的抑制共模干扰能力。
2。4 采样保持器
当某一通道进行A/Ｄ转换时，由于A/D 转换需要一定的时间，如果输入信号变化较快，就会引起较大的转换误差。为了保证A/D转换的精度，需要应用采样保持器。
数据采样定理
把连续变化的量变成离散量后再进行处理的微机控制系统，、多阶采样和随机采样。应用最多的是周期采样，如图２—7所示,周期采样就是以相同的时间间隔进行采样，即把一个连续变化的模拟信号y（ｔ)，按一定的时间间隔Ｔ转变为在瞬时0，T，2Ｔ,…的一连串脉冲序列信号　ｙ*（ｔ）.执行采样动作的装置叫采样器或采样开关,采样开关每次闭合的时间称为采样时间或采样宽度 t ，