《模拟量输入通道》课件

拟输模量入通道欢迎参加模拟量输入通道课程本课程将深入探讨模拟量输入的原理、设计和应用，为您提供全面的技术知识和实践指导课标程目础设计养理解基概念能力培掌握模拟量输入的基本原理和特学习模拟量输入通道的设计方法性和技巧实应诊践用故障断了解模拟量输入在工业控制中的学会识别和解决模拟量输入系统实际应用中的常见问题拟输模量入概述义应定用特点模拟量输入是指将连续变化的物理量转换广泛应用于工业控制、仪器仪表和数据采信号连续变化，能够精确反映被测量的物为电信号的过程集系统中理量拟对模量信号与数字信号比拟模信号数字信号连续变化，无限精度，易受噪声干离散取值，有限精度，抗干扰能力扰强转换过程模拟信号通过采样、量化、编码转换为数字信号拟测单模量的量位电压电流伏特（V）、毫伏（mV）、微伏（μV）安培（A）、毫安（mA）、微安（μA）压温度力摄氏度（℃）、华氏度（℉）、开尔文（K）帕斯卡（Pa）、巴（bar）、兆帕（MPa）拟样模量的采和量化123样编码采量化以固定时间间隔对连续信号进行离散化将采样值转换为有限的离散数字量将量化后的数值转换为二进制数字代码转换A/D器工作原理输入信号调理对模拟信号进行放大、滤波等预处理采样保持在转换过程中保持输入信号的瞬时值量化编码将采样值转换为对应的数字编码输出接口将数字编码传输给后续数字处理电路转换类A/D器的分串行逐次逼近型1较2并行比型积3双分型4Σ-Δ型不同类型的A/D转换器适用于不同的应用场景，需根据精度、速度和成本要求进行选择转换标A/D器性能指转换分辨率速度A/D转换器能够分辨的最小模拟完成一次A/D转换所需的时间量变化线性度温度漂移实际转换特性与理想线性关系的温度变化对转换精度的影响偏差转换理想A/D器阶转换特性量化台函数输入输出呈完美线性关系，无量化误差每个数字码对应的模拟量范围均匀分布可用数学方程精确描述输入输出关系实际转换误A/D器差分析误线误量化差性差由于离散化导致的固有误差，最大实际转换特性与理想线性关系的偏为±1/2LSB差调误误失差增益差零输入时的输出不为零，导致整体实际转换斜率与理想斜率的差异特性曲线偏移扰抗干措施滤屏蔽波使用屏蔽电缆和外壳减少电磁干扰采用低通滤波器消除高频噪声离接地隔合理的接地设计降低共模干扰使用光电隔离器或变压器实现电气隔离术接地技单点接地1所有接地点连接到同一物理点，避免形成接地环路多点接地2适用于高频电路，每个部件就近接地混合接地3结合单点和多点接地的优点，适用于复杂系统术屏蔽技电缆壳电屏蔽外屏蔽路板屏蔽使用屏蔽电缆减少电磁干扰和串扰采用金属外壳形成法拉第笼，阻隔外部干在PCB上使用接地平面和屏蔽层扰滤术波技拟滤滤模波数字波在A/D转换前使用RC低通滤波器在数字域使用FIR或IIR滤波器进行消除高频噪声信号处理叠滤抗混波在采样前使用低通滤波器防止频谱混叠拟输电设计模量入路信号调理放大、滤波、电平转换等保护电路防止过压、过流损坏A/D转换器多路复用使用模拟开关实现多通道输入A/D转换选择合适的A/D转换器电压输电入路压电运护电分路算放大器保路使用精密电阻divider将高电压转换为低电用于信号放大和阻抗匹配采用钳位二极管和限流电阻保护A/D转换压器输入电输电流入路样电导采阻跨放大器将电流信号转换为电压信号直接将电流转换为电压，减少热损耗离术隔技使用光耦或霍尔传感器实现电气隔离热电输电偶入路补偿冷端1使用温度传感器测量参考端温度信号放大2采用高增益、低噪声放大器放大微弱信号线性化3通过查表或算法补偿热电偶的非线性特性热电输电阻入路电桥线线恒流源惠斯通三制/四制为热电阻提供稳定的激励电流测量热电阻阻值变化消除引线电阻的影响，提高测量精度应输电力/位移入路应变电桥电片路将机械形变转换为电阻变化测量应变片阻值变化动补偿差放大温度放大微小的电桥输出信号消除温度变化对测量的影响电输电光入路电光二极管跨阻放大器将光信号转换为电流将光电流转换为电压信号转换处A/D信号理将模拟电压转换为数字信号数字滤波和校准拟输设计实模量入通道例1需求分析设计2方案电实现3路软发4件开测试验证5以工业温度测量为例，详细讲解从需求到实现的完整设计流程输选入通道型类测围1确定信号型2确定量范电压、电流、温度等根据实际应用场景选择虑样3确定精度要求4考采速率选择合适分辨率的A/D转换器满足系统动态响应需求输线入通道布线线设计信号布路径接地使用屏蔽双绞线，减少外部干扰远离强电和高频信号源，避免串扰采用单点接地，防止形成接地环路输调试入通道检查硬件1检查接线、电源和信号完整性测试信号2使用信号发生器或标准源进行模拟软调试件3验证采样、滤波和校准算法统标系定4使用高精度仪器进行全量程校准输应入通道用案例见诊常故障断信号异常精度偏差检查传感器、接线和信号调理电路校准A/D转换器，检查参考电压扰问题干温度漂移改善屏蔽和接地，添加滤波器使用温度补偿技术，选用高稳定性器件结本章小础识电设计基知路掌握了模拟量输入的基本概念和学习了各类模拟量输入电路的设原理计方法实际应处用故障理了解了模拟量输入在工业控制中具备了常见问题的诊断和解决能的具体应用力课练习后5103设计题题实题分析践完成一个完整的模拟量输入通道设计分析给定模拟量输入电路的工作原理搭建并调试一个简单的模拟量采集系统。