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1、1,第6章 数据采集系统常用电路,2,6.1 多路模拟开关 6.2 采样/保持电路 6.3 信号放大电路 6.4 MAX滤波芯片 6.5 存储电路 6.6 显示电路,内容,3,6.1 多路模拟开关,(1) 用途 模拟开关是一种在数字信号控制下将模拟信号接通或断开的元件或电路。 (2) 构成 多路模拟一般由开关元件和控制（驱动）电路两部分组成。,控制电路,1. 概述,4,(3) 开关元件重要部件 机电开关：干簧继电器 湿式水银继电器 固体开关：双极型晶体管 场效应管 CMOS集成模拟开关,6.1 多路模拟开关,电气特性理想 速度偏慢 体积偏大,体积小 速度快 导通电阻小,5,(4) CMOS集成
2、模拟开关 性能指标：通道数目 开关电阻 漏电流漏级电路 输入电压 分类：多输入单输出 单输入多输出,6.1 多路模拟开关,6,(5) 常用芯片 AD公司AD7501 AD7503 RCA公司CD405 MOTA公司MC14051,6.1 多路模拟开关,7,2. AD7501 (1) 逻辑结构 3个地址线 A3 A2 A1 使能端EN 8路输出S1，S2，,S8,6.1 多路模拟开关,8,(2) 性能参数 CMOS工艺制造 单路8选1模拟多路转换器 16引脚DIP封装 电源：+/-15V 功耗：300uW 开关接通电阻：170欧 开关接通、断开时间：0.8us,DIP:Dual In-line
3、Package，双列直插式封装,9,(3) 应用：两片AD5701实现16通道开关,10,1. 概述 (1) 采样/保持电路 A/D转换时使输入信号保持不变的电路，对数据采集系统精度有决定性影响。 (2) 运行模式 采样模式+保持模式，由数字控制输入端选择 (3) 构成 保持电容、逻辑输入控制的开关电路、输入输出缓冲放 大器等。,6.2 采样/保持电路,11,(4) 工作过程 采样模式期间，输入控制开关闭合，A1的输出给电容快速充电； 保持模式期间，输入控制开关断开，A2输入阻抗高，电容器保持充电时的最终值不变,6.2 采样/保持电路,12,(5) 性能参数 孔径时间：从保持命令发出到开关完全
4、断开所需时间，也即开关从闭合状态到断开状态的过渡时间。 捕捉时间：从采样命令发出到采样/保持器的输出由上次保持值达到输入信号的当前值所需时间。 保持电压的衰减率：保持模式状态下，由于保持电容的漏电和其他杂散漏电流引起的保持电压衰减的速率。,6.2 采样/保持电路,13,(4) 结构形式 1) 多通道公用S/H和A/D 特点：完成一次AD变换后，要等到下一次采样命令到达，并是保持电容上的电压跟踪到当前输入信号的值后，才能再次启动AD变换器。速度慢，易引起各通道相位误差,6.2 采样/保持电路,14,(4) 结构形式 2) 多通道公用A/D 特点：启动采样后，各通道并行进行采样，然后由多路开关轮流
5、选通并进行AD变换。不必考虑采样/保持器的捕捉时间。,6.2 采样/保持电路,15,(4) 结构形式 3)多通道分别采用S/H和A/D 特点：各通道分别采用S/H和A/D，适用于高速多通道数据采集系统和各通道同时采集数据的系统。,6.2 采样/保持电路,16,2. AD585 (1) 结构 单片采样保持放大器，由高性能运算放大器、低漏电模拟开关和场效应管放大器构成。,6.2 采样/保持电路,17,2. AD585 (2) 性能 采样时间：3us 泄漏速率：1mV/ms； 失调电压：3mV； 外部温度：-55+125度； 片内保持电容、片内匹配电阻； 电源： 12V或15V； 可表贴。,6.2
6、采样/保持电路,18,2. AD585 (3) 应用 一倍增益采样保持电路,6.2 采样/保持电路,19,1. 放大电路原理 用途： 传感器输出电压信号一般较弱，后面需接放大器电路，与AD转换器所需电平极性匹配，充分利用AD精度； 阻抗变换，隔离后面的负载对传感器影响，充分抑制共模干扰； 要求：高输入阻抗、高共模抑制比、低失调与漂移、低噪声及高闭环增益稳定性等。,6.3 信号放大电路,20,1. 放大电路原理(1) 同相串联差动放大器,6.3 信号放大电路,21,1. 放大电路原理(2) 同相并联差动放大器,6.3 信号放大电路,22,2. AD620集成仪表放大器 (1) AD620原理 (
7、2) AD620基本放大电路,6.3 信号放大电路,23,1. 滤波 2. 滤波器分类： 高通滤波器 低通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器 全通滤波器,6.4 MAX滤波芯片,24,3. 滤波芯片Maxim MAX260 1) 结构,6.4 MAX滤波芯片,25,3. 滤波芯片Maxim MAX260 2) 特性 配有滤波器设计软件，带微处理器接口； 可控制64个不同的中心频率，128个不同的品质因数和4种工作模式； 对中心频率和品质因数可独立编程； 时钟频率域中心频率比值精度可达1%；,6.4 MAX滤波芯片,26,3. 滤波芯片Maxim MAX260 3) 传递函数 低通滤波器传递函数 带
8、通滤波器传递函数 高通滤波器传递函数,6.4 MAX滤波芯片,27,1. 概述 (1) 存储器功能：具有记忆功能的部件，用来存放数据和程序 (2) 存储器分类 1) 按在系统中的作用 2) 按存储介质 3) 按存储方式 4) 按信息的可保存性,6.5 存储电路,28,(2) 存储器分类1) 按在系统中的作用,6.5 存储电路,29,(2) 存储器分类2) 按存储介质 a. 半导体存储器：半导体作为存储介质。 b. 磁存储器： 非磁性或塑料材料做基底，表面涂敷高磁导率和硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态记录1和0；容量大，价格低，广泛用于辅存。 c. 光盘存储器： 有机玻璃做基底，表面涂敷记
9、录介质；存储密度高，容量大，易于更换，存储速度慢。,6.5 存储电路,30,(2) 存储器分类3) 按存储方式,6.5 存储电路,a. 随机存取存储器(RAM)：以存储单元为单位组织信息和提供访问，CPU通过指令可随机写入和读出信息。速度快、用作缓存和主存，广泛使用的为半导体存储器,b. 只读存储器(ROM)：只能随机读出信息、不能随机写入信息。掩膜ROM：制造时采用掩膜工艺将信息写入存储器，用户不可更改；可编程ROM：制造时，写入全1或全0，用户可多次擦除和改写,d. 直接存取存储器(ROM)：信息组织形式与SAS相同，存储信息以块为单位，介于RAM和SAS之间。存取时，随机指向存储器的一个
10、区域，对此区域进行顺序存取。（如光盘和磁盘）,c. 顺序存储器(SAS)：存储器中的信息按文件组织，文件包含若干个数据块。信息顺序的记录在存储介质上，存取时以块为单位，顺序查找快好，找到后成块顺序读写。速度慢、容量大、成本低（如磁带）,31,(2) 存储器分类 4) 按信息的可保存性 a.挥发性存储器:断电后信息丢失，如半导体存取存储器； b.非挥发性存储器：永久性存储器，断电后信息不丢失，如只读存储器、磁存储器和光盘存储器。,6.5 存储电路,32,(3) 存储器性能指标 1) 存储容量：存储器可以存储的二进制信息量； 存储容量=存储单元数每单元二进制位数 2) 最大存储时间：访问一次存储器所需要的时间上限值； 3) 可靠性：存储器对电磁场及温度等变化的抗干扰能力； 4)其他：体积、功耗、工作温度等；,6.5 存储电路,33,2. 半导体存储器 (1) 存储器功能：具有记忆功能的部件，用来存放数据和程序 (2) 存储器分类：RAM和ROM (3) 性能指标,6.5 存储电路,34,3. 常用存储器,6.5 存储电路,35,4. 存储器与CPU的连接,6.5 存储电路,36,1. 概述 2. 发光二极管LED 3. 液晶显示器LCD,6.6 显示电路,