文档介绍：第十一章模/数、数/模转换及应用
§ 概述
§ 数/模(D/A)转换器及其接口技术
§ 模/数(A/D)转换器及其接口技术

在自动控制和测量系统中,被控制和被测量的对象往往是一些连续变化的物理量。如:温度、压力、流量、速度、电流、电压等。这些随时间连续变化的物理量,称为模拟量(Analog)。计算机参与测量和控制时,模拟量不能直接送入计算机,必须先把它们转换成数字量(Digital)。能够将模拟量转换成数字量的器件称为模拟数字转换器,简称ADC。同样,计算机输出的是数字量,不能直接用于使用模拟量的控制执行部件,必须将这些数字且转换成模拟量。能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字/模拟转换器,简称DAC。因此,我们常把ADC和DAC器件以及相关电路成为模拟接口电路。
模拟量——连续变化的物理量
数字量——时间和数值上都离散的量
模拟/数字转换器
ADC
DAC
数字/模拟转换器
含有A/D与D/A转换的监控系统
模/数与数/模转换通道的组成
一般模/数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及A/D转换器组成。
传感器:能够把非电物理量转换成电量(电流或电压)的器件,一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成,在外加激励电流或电压的驱动下,不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化,引起传感器的组成材料发生改变,使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比。
一、传感器(Transducer)
由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱,容易受外界干扰,因此,在市场上能买到的各种变送器,已将传感器与放大电路制作在一起,输出统一标准的0~10mA或4~20mA电流,或0~5V电压,以便传输或直接送A/D转换器进行A/D转换,其中,4~20mA标准电流输出的传感器较为普遍,常说的流量变送器、压力变送器等一般输出4~20mA标准电流,内部处于恒流输出结构,显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强,易于远距离传输,因此,电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中。
二、信号放大处理
信号放大处理电路,接在A/D转换器与传感器之间,用于解决以下存在问题:
A/D转换器与传感器二者电压不匹配;
如果是电流型输出传感器,要进行Ⅰ~Ⅴ变换与放大处理,将电流信号对应变换成电压信号;
传感器工作在现场,可能存在复杂的强电磁波的干扰,通常采用RC低通滤波器,滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号,也可采用有源滤波技术,使得滤波特性更好。
三、多路转换开关(Multiplexer)
一个数据采集系统(A/D转换)往往要采集多路模拟信号;
通常只用一片A/D转换芯片,轮流选择输入信号进行采集,既节省了硬件开销,又不影响对系统的监测与控制;
许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关,一片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号,如果A/D转换芯片不具有多路转换功能,则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关。
常用的模拟多路开关介绍
CD4051B的基本结构
CD4051B采用了CMOS工艺,16脚DIP封装
八选一模拟多路开关
当使能端INH为0状态时,CD4051B才能选择导通,由选择输入端A2A1A0三位二进制编码来控制(CH0~CH7)八个输入通道的通断。该芯片能实现双向传输,即可以实现多传一或一传多两个方向的传送。