數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要構(gòu)件第一頁，共99頁。主要內(nèi)容2.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)

2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)原理2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要構(gòu)件2.5ADC8XX集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)思考練習(xí)題

第二頁，共99頁。2.1數(shù)據(jù)采集技術(shù)一、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的應(yīng)用

數(shù)據(jù)采集技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究信息數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、處理以及控制等問題。是以傳感器、信號(hào)的測量與處理、微型計(jì)算機(jī)等高技術(shù)為基礎(chǔ)而形成的一門綜合應(yīng)用技術(shù)．應(yīng)用性很強(qiáng)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，如光纖、超導(dǎo)、人工智能等新技術(shù)都將會(huì)應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集技術(shù)也將會(huì)有廣闊的發(fā)展及應(yīng)用前景。第三頁，共99頁。應(yīng)用的領(lǐng)域在智能儀器、信號(hào)檢測與處理及工業(yè)自動(dòng)控制等領(lǐng)域中，都存在著信號(hào)的測量與控制問題。將外部世界存在的溫度、壓力、流量、位移、液位等模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)．再收集傳送到算機(jī)作進(jìn)一步處理的過程，即為“數(shù)據(jù)采集”，相應(yīng)的系統(tǒng)即為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)已在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、氣象、醫(yī)學(xué)等科技部門中獲得了廣泛應(yīng)用，尤其是在空間技術(shù)中應(yīng)用更為普遍和重要。微型計(jì)算機(jī)廣泛應(yīng)用于測量和控制，形成各種各樣的通用或?qū)Ｓ玫奈C(jī)測控系統(tǒng)，在這些應(yīng)用中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是必不可少的。

第四頁，共99頁。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和外部模擬世界的關(guān)系圖實(shí)際的系統(tǒng)可能結(jié)構(gòu)與此不相同。例如一個(gè)集成ADuC812就包含上述框圖中的很多環(huán)節(jié)。第五頁，共99頁。ADUC812組成第六頁，共99頁。傳感器及其應(yīng)用為適應(yīng)不同物理量的檢測，目前已有種類繁多的傳感器。這些傳感器分別應(yīng)用于檢測溫度、壓力、流量、濕度、位移、長度、速度、加速度、轉(zhuǎn)速、熱量、電壓、電流、真空度、力矩、振幅、頻率、粘度、密度、比重、氣體泄漏、材料的缺陷等。第七頁，共99頁。傳感器的輸出信號(hào)傳感器把被測參數(shù)的信息作為輸入?yún)?shù)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出。傳感器輸出的信號(hào)，一般能直接用儀器、儀表顯示或者作為控制信號(hào)。有時(shí)需要對這種信號(hào)進(jìn)行再加工。例如：將微弱信號(hào)放大，進(jìn)行濾波；將非線性特性曲線線性化，進(jìn)行溫度補(bǔ)償?shù)?。第八頁，?9頁。溫度傳感器（1）測量原理種類測溫范圍（°C）特征電阻變化銅電阻－50～150精度中，價(jià)低鉑電阻－200～550精度高，價(jià)昂熱敏電阻低溫、一般、中溫精度最低、靈敏度高、價(jià)廉熱電效應(yīng)（熱電偶）鎳鉻－銬銅0～500（－200～800）測溫范圍寬、測量精度高，需要冷端補(bǔ)償鎳鉻－鎳硅0～800（－200～1250）鉑銠－鉑200～1400（0～1700）P-N結(jié)結(jié)電壓變化半導(dǎo)體二極管－150～150（Si）靈敏度高,線性度好，價(jià)格低晶體管特性變化晶體管－150～150（Si）半導(dǎo)體集成電路傳感器－40～150第九頁，共99頁。溫度傳感器（2）測量原理種類測溫范圍（°C）特性頻率變化壓電聲表面波傳感器0～200光學(xué)變化光學(xué)高溫計(jì)900～2000不接觸測量熱輻射熱輻射溫度傳感器100～2000不接觸測量電容變化BaSrTi2O3陶瓷－270～150溫度與電容是倒數(shù)關(guān)系第十頁，共99頁。信號(hào)調(diào)理電路集成運(yùn)放測量放大器隔離放大器變壓器耦合隔離放大器光電耦合器、光電耦合放大器固態(tài)繼電器第十一頁，共99頁。集成運(yùn)放傳感器或者變送器輸出的電信號(hào)比較小，需要經(jīng)過放大后才能送給A/D轉(zhuǎn)換器?，F(xiàn)場不同，放大器的工作環(huán)境千差萬別，傳感器的輸出信號(hào)大小和輸出阻抗不同，對系統(tǒng)的精度、速度和穩(wěn)定要求不同，因而需要各種各樣的放大器。類型：高輸入阻抗、低失調(diào)低漂移、高精度高速、超低噪聲、斬波穩(wěn)零（CMOS集成電路，超低失調(diào)、超低漂移、高增益、高輸入阻抗，性能極為優(yōu)越穩(wěn)定）等。第十二頁，共99頁。測量放大器一般增益范圍在1－1000可調(diào)。利用屏蔽對噪聲進(jìn)行抑制，放大微小信號(hào)。例如：美國AD公司AD521、AD522、AD612第十三頁，共99頁。隔離放大器在有強(qiáng)電或電磁干擾的環(huán)境中，為了防止電網(wǎng)電壓或者其他電磁干擾損壞測量回路，通常在輸入通道采用隔離技術(shù)。在生物醫(yī)療器械中，為了防止漏電、高壓等對人體的意外傷害，也常采用隔離技術(shù)。隔離放大器是輸入邊與輸出邊電絕緣的放大器。隔離放大器可分兩類：一類是電磁耦合隔離放大器，也稱為變壓器耦合放大器；另一類是光耦隔離放大器。第十四頁，共99頁。變壓器耦合放大器AD公司：AD202、AD204、AD210、AD293等。BB公司的2B50等。我國：GF284、GF289（與AD289功能相近）、B－GF01等。第十五頁，共99頁。光電耦合器、光電耦合放大器（1）光電耦合器以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息，它不僅使信息發(fā)出端（一次側(cè)）與信息接收并輸出端（二次側(cè)）是電絕緣的，從而對地電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的一直電磁干擾的能力，且速度高，價(jià)格低，接口簡單。（2）類型：二極管－二極管型（例如：6N137－高速ns級）二極管－晶體管型（例如：4N25，TPL521系列）二極管－達(dá)林頓型（例如：6N38，TPL570）二極管－TTL邏輯電路型（例如：HCPL3601）交流輸入二極管－晶體管光電耦合器（例如：PC733）二極管－光激可控硅型（例如：TLP5051L耐壓高－300V，TLP1541（400V）TLP545（500V），TLP64（600V））：可觸發(fā)不可關(guān)斷第十六頁，共99頁。光電耦合放大器光電耦合放大器可以傳送和放大其中混雜有很大的共模干擾的模擬信號(hào)。但是光耦非線性，且特性隨溫度變化，有較大線性失真，溫度穩(wěn)定性差。第十七頁，共99頁。繼電器、固態(tài)繼電器（1）繼電器是輸入側(cè)與輸出側(cè)之間電絕緣的有觸點(diǎn)的開關(guān)器件。（2）固態(tài)繼電器（SSR）是一種全部由固態(tài)電子元件（如晶體管、可控硅、電阻、電容等）組成無觸點(diǎn)開關(guān)器件。與普通繼電器相比，SSR體積小，開關(guān)速度快，無機(jī)械觸點(diǎn)，因而沒有機(jī)械磨損，不受有害氣體腐蝕，沒有機(jī)械噪音，耐振動(dòng)、沖擊，使用壽命長。在通、斷時(shí)沒有火花或者電弧，有利于防爆、干擾小。易于和計(jì)算機(jī)接口。例如（CCJ-1DD）第十八頁，共99頁。2典型的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

共分四個(gè)部分第十九頁，共99頁。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的組成1.數(shù)據(jù)采集器包括多路開關(guān)MUX、測量放大器IA、采樣保持器SHA，模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC等。它的作用是，將多個(gè)現(xiàn)場模擬信號(hào)按某種規(guī)則(即為某種采樣順序)逐個(gè)采集，再量化后送入微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。2.微機(jī)接口電路用來傳送數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)、狀態(tài)及控制信號(hào)。3.DAC轉(zhuǎn)換器計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)要求的顯示、記錄與控制任務(wù)。4.應(yīng)用軟件

在眾多的應(yīng)用場合，多路開關(guān)MUX之前或之后還要配置濾波、前置放大等信號(hào)調(diào)理電路。

第二十頁，共99頁。3模擬信號(hào)的數(shù)字化

模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量要考慮的問題信號(hào)預(yù)處理（抗干擾、放大、衰減等）模擬量的量化和數(shù)字編碼

采樣頻率的選擇

轉(zhuǎn)換時(shí)間（速度）數(shù)字化方式選擇

第二十一頁，共99頁。模擬量的量化和數(shù)字編碼

首先應(yīng)該把采樣后的信號(hào)，用有限個(gè)離散電壓近似取代信號(hào)的實(shí)際電平．這一過程稱為量化。這些離散電平稱為量化電平，而量化后的信號(hào)稱為量化信號(hào)。一般采用四舍五入型的均勻量化法將連續(xù)信號(hào)進(jìn)行量化。這種量化方式的相鄰量化電平之差為—固定值，并且按照四舍五入規(guī)則進(jìn)行取舍，從而使采樣值歸為某一臨近的量化電平。所謂二進(jìn)制編碼，即利用二進(jìn)制脈沖的兩個(gè)狀態(tài)(有無脈沖)所編成的碼組來代表量化電平，這些碼組和各個(gè)量化電平具有一一對應(yīng)的關(guān)系。

第二十二頁，共99頁。采樣頻率的選擇

數(shù)字信號(hào)是模擬信號(hào)在一個(gè)特定時(shí)刻取值的轉(zhuǎn)換結(jié)果。

香農(nóng)采樣定理指出：如果信號(hào)本身的頻帶是有限的，而采樣頻率又大于等于兩倍信號(hào)所包含的最高頻率，則可以根據(jù)其離散采樣值完全恢復(fù)出原始信號(hào)。實(shí)際上，為了保證信號(hào)質(zhì)量，選用的采樣頻率經(jīng)常大于采樣定理所指出的最小的采樣頻率，常選用信號(hào)最高頻率的3倍到4倍。工程上常取到10倍。

不同信號(hào)變化的頻率不同第二十三頁，共99頁。轉(zhuǎn)換時(shí)間（速度）ADC直接對模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，則應(yīng)該考慮到任何一種模數(shù)轉(zhuǎn)換器都需要有一小段時(shí)間來完成量化及編碼等操作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間決定于轉(zhuǎn)換的位數(shù)、轉(zhuǎn)換的方法、采用的器件等因素。如在轉(zhuǎn)換時(shí)間TA/D內(nèi)，輸入模擬信號(hào)仍在變化，此時(shí)進(jìn)行量化顯然會(huì)產(chǎn)生一定的誤差。若在數(shù)據(jù)采集器的模擬轉(zhuǎn)換器ADC前再加一個(gè)取樣保持放大器SHA，這相當(dāng)于在ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間內(nèi)開了一個(gè)窄“窗口”，將此窗孔開啟瞬時(shí)內(nèi)的模擬信號(hào)以量化形式記錄下來，此窗孔稱為“孔徑時(shí)間”，一般遠(yuǎn)小于轉(zhuǎn)換時(shí)間。顯然，在孔徑時(shí)間內(nèi)，輸入模擬信號(hào)在變化時(shí)進(jìn)行量化，會(huì)引入一定的誤差，其稱為“孔徑誤差”。第二十四頁，共99頁。

保持放大器的作用數(shù)據(jù)采集中，在模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC前采用取樣保持放大器SHA，解決了ADC轉(zhuǎn)換時(shí)間較長與分辨率要求較短矛盾，SHA先完成模擬信號(hào)的離散化，ADC接著進(jìn)行離散信號(hào)的量化，獲得所需要的數(shù)字信號(hào)。第二十五頁，共99頁。數(shù)字化方法的選擇有兩種最基本的數(shù)字化采樣方式可供選擇：實(shí)時(shí)采樣和等效時(shí)間采樣

“實(shí)時(shí)采樣”的特例為“掃描轉(zhuǎn)換技術(shù)”，又稱為閃光轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)以快速采樣的辦法收集信號(hào)波形，然后用一段時(shí)間成批地處理所有樣本轉(zhuǎn)換。顯然屬于一種非連續(xù)進(jìn)行的數(shù)字化技術(shù)。等效時(shí)間采樣技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)很高的數(shù)字化轉(zhuǎn)換速率。但這種技術(shù)要求信號(hào)波形是可以重復(fù)產(chǎn)生的。由于波形可以重復(fù)取得，故采樣可以用較慢速度進(jìn)行，采集的樣本可以是順序的，也可以是隨機(jī)的。這樣可以把許多采集的樣本合成一個(gè)采樣密度高的波形。

第二十六頁，共99頁。等效時(shí)間采樣技術(shù)第二十七頁，共99頁。2.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)一般包括模擬信號(hào)的輸入輸出通道和數(shù)字信號(hào)的輸入輸出通道。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入又稱為數(shù)據(jù)的收集，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸出又稱為數(shù)據(jù)的分配。第二十八頁，共99頁。1數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類1

根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能分類

數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分配。根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)適應(yīng)環(huán)境分類隔離型和非隔離型集中式和分布式高速、中速和低速型

根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制功能分類(1)智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(2)非智能化數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)第二十九頁，共99頁。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的分類2根據(jù)模擬信號(hào)的性質(zhì)分類電壓信號(hào)和電流信號(hào)高電子信號(hào)和低電平信號(hào)單端輸入(SE)和差動(dòng)輸入(DE)單極性和雙極性

根據(jù)信號(hào)通道的結(jié)構(gòu)方式分類單通道式多通道式第三十頁，共99頁。2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式

1．?dāng)?shù)據(jù)收集系統(tǒng)(模擬信號(hào)輸入子系統(tǒng))

(1)模式選擇有3種模式供選擇單獨(dú)采用一個(gè)數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng),再通過串行或調(diào)制通信，完成采集系統(tǒng)和主控系統(tǒng)間的信息交換。模塊子系統(tǒng)方式折衷方案

(2)基本結(jié)構(gòu)和配置

高電平單端輸入分時(shí)多通道收集結(jié)構(gòu)低電平差動(dòng)輸入分時(shí)多路收集結(jié)構(gòu)偽同步多通道收集結(jié)構(gòu)

同步多通道收集結(jié)構(gòu)

第三十一頁，共99頁。模式1規(guī)模較大的大型控制系統(tǒng)，模擬信號(hào)采集數(shù)量多，而且需要進(jìn)行比較復(fù)雜的實(shí)時(shí)處理和分析，為了減輕中央控制系統(tǒng)的壓力，可以單獨(dú)采用一個(gè)數(shù)據(jù)采集處理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(目前一般不用通用微機(jī)，而用專用微機(jī)或小型機(jī)，以提高速度)。再通過串行或調(diào)制通信，完成采集系統(tǒng)和主控系統(tǒng)間的信息交換。但這種方法耗資巨大，只適用于綜合性的大工程。

第三十二頁，共99頁。模式2這種方法可以節(jié)省大量設(shè)計(jì)和調(diào)試工作量，把精力集中到開發(fā)應(yīng)用軟件上，且模塊板都經(jīng)過周密的設(shè)計(jì)和廣泛的考驗(yàn)，無論在設(shè)計(jì)質(zhì)量、可靠性和抗干擾措施上都是比較完善的。選用時(shí)重點(diǎn)注意連接問題：一種方法是在剛開始設(shè)計(jì)系統(tǒng)時(shí)采用統(tǒng)一的總線標(biāo)準(zhǔn)，如STD總線、VXI總線、現(xiàn)場總線等，直接購買和標(biāo)準(zhǔn)總線相兼容的模塊板；另一種方法是在系統(tǒng)中單獨(dú)為模擬量輸入輸出模塊配置一個(gè)總線插座，可以選用任意合適的模塊扳；或者選用帶針式連接器的模塊板，可根據(jù)需要將模擬子系統(tǒng)放到景合適的位置(如靠傳感器安放)。實(shí)踐證明，印刷電路板插座是系統(tǒng)長時(shí)間運(yùn)行后工作不可靠的重要因素，解決辦法是將連接器改成針式連接器(外加壓緊機(jī)構(gòu)，如彈簧、螺旋口等)。但這種辦法的價(jià)格偏高．且功能不一定適用。

第三十三頁，共99頁。模式3先用模塊板開發(fā)，成功后再根據(jù)要求購買集成芯片并用印刷板來構(gòu)成靈巧實(shí)用的模擬子系統(tǒng)。

第三十四頁，共99頁。2數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)的特征指標(biāo)輸入信號(hào)電平。一般將lv以上的電壓信號(hào)和1mA以上的電流信號(hào)作為高電平信電壓在毫伏和電流在毫安以內(nèi)的信號(hào)作為低電平信號(hào)。輸入容量。指能接收的模擬信號(hào)的點(diǎn)數(shù)，即通道數(shù)。采樣轉(zhuǎn)換速度。指總的模擬輸入通道將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)井傳送到微機(jī)或特定緩沖區(qū)的速度，一般以每秒點(diǎn)數(shù)為標(biāo)志。系統(tǒng)總精度。共模抑制比。

第三十五頁，共99頁。高電平單端輸入分時(shí)多通道結(jié)構(gòu)

它可方便地用增加多路開關(guān)的辦法來擴(kuò)充模擬信號(hào)通道數(shù)。傳感器輸出高電平引到輸入端子板。（因?yàn)槭歉唠娖叫盘?hào)，只需從機(jī)械方面考慮接線端的問題，諸如熱電勢、接觸電阻等可忽略）第三十六頁，共99頁。低電平差動(dòng)輸入分時(shí)多路收集結(jié)構(gòu)這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是，在每一個(gè)輸入通道中的信號(hào)調(diào)理電路要加入差分放大器，放大倍數(shù)由程控方法自動(dòng)改變；在輸入端子板中，除了要從機(jī)械方面考慮外，還需從電方面考慮，特別要注意熱電勢及共模電壓引起的誤差。低電平放大器必須有足夠的增益，以使低電平信號(hào)滿量程放大到后續(xù)的緩沖放大器輸入滿量程；低電平多路開關(guān)切換必須用三線切換，各通道應(yīng)加屏蔽和抗干擾措施；低電平傳輸因各接點(diǎn)、引線端和開關(guān)等的接觸電阻而產(chǎn)生干擾，可用補(bǔ)償方法予以校正。第三十七頁，共99頁。低電平差動(dòng)輸入方式圖第三十八頁，共99頁。偽同步多通道收集結(jié)構(gòu)

特點(diǎn)：多個(gè)通道加了采樣保持放大器，控制作用可使輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)同時(shí)采樣，可對各通道信號(hào)進(jìn)行瞬時(shí)比較，消除了前述分時(shí)采樣帶來的時(shí)間歪斜誤差。經(jīng)采樣后仍由多路模擬開關(guān)進(jìn)行分時(shí)選通和轉(zhuǎn)換。由于同時(shí)采樣的各通道采樣保持時(shí)間內(nèi)的變化量各不相同，仍然非完全同步，故稱為偽同步。這種結(jié)構(gòu)也可用于低電子模擬信號(hào)，要注意處理熱電勢、噪聲和共模干擾等問題，信號(hào)調(diào)理要用差分放大器。

第三十九頁，共99頁。偽同步多通道收集結(jié)構(gòu)圖第四十頁，共99頁。同步多通道收集結(jié)構(gòu)

這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是：完全與實(shí)際、自然時(shí)間同步，消除了分時(shí)采集的歪斜誤差，且實(shí)現(xiàn)了同步轉(zhuǎn)換，各通道轉(zhuǎn)換值完全瞬時(shí)對應(yīng)。圖中結(jié)構(gòu)用于高電平單端輸入場合。這種結(jié)構(gòu)同樣還可用于低電平輸入，但要考慮熱電勢、噪聲及共模干擾等問題，信號(hào)調(diào)理電路要用差分放大器。這種結(jié)構(gòu)可以大大提高速度，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)都有獨(dú)立的鎖存器，信息不會(huì)丟失或漂移，但經(jīng)濟(jì)代價(jià)巨大。第四十一頁，共99頁。同步多通道收集結(jié)構(gòu)圖第四十二頁，共99頁。共同問題：模擬子系統(tǒng)的現(xiàn)場安放位置

對于各種結(jié)構(gòu)形式的數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)，還有一個(gè)共同的問題，那就是模擬子系統(tǒng)的現(xiàn)場安放位置。一般有兩種安置方法：常用的方法是和微機(jī)系統(tǒng)放在一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，比較整齊，電源和工藝處理較方便。另一種方法是和傳感器(不是傳感頭)放在一起，然后通過并串轉(zhuǎn)換，將數(shù)字信息經(jīng)串行傳輸線送到微機(jī)系統(tǒng)中去。這可避開環(huán)境對模擬信號(hào)的干擾，抗干擾性能好。相對來說對傳輸線要求不高，對遠(yuǎn)距離控制的總價(jià)格比較便宜。

第四十三頁，共99頁。數(shù)據(jù)分配系統(tǒng)(模擬信號(hào)輸出子系統(tǒng))

（1）特征指標(biāo)

輸出信號(hào)類型，是電流還是電壓，是否兼而有之，是否有隔離要求。輸出容量，指輸出通道數(shù)(輸出的模擬信號(hào)點(diǎn)數(shù))輸出精度輸出穩(wěn)定時(shí)間第四十四頁，共99頁。(2)結(jié)構(gòu)形式

通常微機(jī)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)通過模擬信號(hào)輸出通道反饋至控制元件或指示、記錄儀表時(shí)兩種基本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可供選擇：每個(gè)通道用一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器。共用單個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器之后，每個(gè)通道用一個(gè)采樣保持放大器或跟蹤保持放大器進(jìn)行通道擴(kuò)充。

第四十五頁，共99頁。主要表現(xiàn)為三種類型的結(jié)構(gòu)。

①數(shù)據(jù)分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

第四十六頁，共99頁。數(shù)據(jù)分配分時(shí)轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)特點(diǎn)這種結(jié)構(gòu)是多個(gè)通道配置一套輸入寄存器和D／A轉(zhuǎn)換器，微型計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線分時(shí)地選通到各通道輸入寄存器，當(dāng)數(shù)據(jù)選通到輸入寄存器的同時(shí)，D／A立即實(shí)現(xiàn)數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換。各通道在D／A之后，一般都設(shè)有信號(hào)調(diào)理電路，以完成模擬信號(hào)的電壓到電流或電流到電壓的變換并要滿足控制元件或儀表的標(biāo)稱要求，如電壓0－10v或±10V，電流0－10mA或4－20mA，還要對模擬信號(hào)進(jìn)行濾波平滑或電氣隔離等。但這種結(jié)構(gòu)較貴，特別是當(dāng)D／A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)較多時(shí)。其優(yōu)點(diǎn)是可靠性高，速度快，即使某一路出現(xiàn)故障也不會(huì)影響其他通道的工作。

第四十七頁，共99頁。②數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)

第四十八頁，共99頁。數(shù)據(jù)分配同步轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為了實(shí)現(xiàn)各個(gè)通道同步轉(zhuǎn)換，在數(shù)據(jù)總線與D／A轉(zhuǎn)換器的輸入寄存器之間增加了一個(gè)數(shù)據(jù)緩沖寄存器。假設(shè)在前一個(gè)采樣周期末，計(jì)算機(jī)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)分時(shí)地選送到各通道緩沖寄存器，一旦進(jìn)入本次采樣周期，各緩沖寄存器中的一組新的結(jié)果數(shù)據(jù)將在“刷新”命令的控制下同步傳送到各通道的輸入寄存器，并完成同步轉(zhuǎn)換，輸出一組新的模擬信號(hào)。顯然，這時(shí)各通道模擬輸出值是瞬時(shí)對應(yīng)的，不存在時(shí)間的歪斜。各D／A轉(zhuǎn)換器的輸出仍需要信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行所需要的處理。第四十九頁，共99頁。③分時(shí)轉(zhuǎn)換多通道模擬分配結(jié)構(gòu)

第五十頁，共99頁。分時(shí)轉(zhuǎn)換多通道模擬分配結(jié)構(gòu)特點(diǎn)這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是，各通道共用一個(gè)D／A轉(zhuǎn)換器和一個(gè)數(shù)據(jù)輸入寄存器。微機(jī)處理的結(jié)果數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線依通道順序分時(shí)傳送到輸入寄存器并進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生相應(yīng)通道的模擬輸出值，而每一個(gè)模擬輸出通道在進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，微機(jī)選通相應(yīng)的采樣保持器(見圖(a))進(jìn)行跟隨，當(dāng)該通道轉(zhuǎn)換完成并轉(zhuǎn)換到下一個(gè)通道進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換時(shí)，該通道的采樣保持器進(jìn)入保持狀態(tài)。顯然，正在進(jìn)行D／A轉(zhuǎn)換的通道，采樣保持器是“跟隨”狀態(tài)，而其他通道的采樣保持器都處于“保持”狀態(tài)。

第五十一頁，共99頁。2.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)原理

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣可以有選點(diǎn)(或隨機(jī))和順序兩種工作方式。對偶爾需要檢測的參量可用選點(diǎn)方式，一般系統(tǒng)大多采用順序方式。雖然各種數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)形式多樣，但是最基本的組成部分是數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道和微機(jī)控制接口?，F(xiàn)在就微機(jī)對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控制結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論。

第五十二頁，共99頁。1接口尋址技術(shù)

模擬信號(hào)輸入輸出的控制采用兩種不同的接口編址、尋址技術(shù)，即I/O專用編址和存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址。無論哪一種編址方法，模擬信號(hào)輸入輸出接口都必須有一個(gè)硬件地址譯碼器來實(shí)現(xiàn)接口的尋址。采用哪種接口尋址方法，將直接影響模擬信號(hào)輸入輸出系統(tǒng)的效率和軟件設(shè)計(jì)。

I/O專用編址技術(shù)

存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址技術(shù)

第五十三頁，共99頁。

I/O專用編址技術(shù)

I／O專用編址技術(shù)，是指存儲(chǔ)器地址空間與I／O設(shè)備的地址空間相互獨(dú)立而不重疊。

Intel8080，Z80微機(jī)系統(tǒng)采用這種尋址技術(shù)，此時(shí)模擬I／O子系統(tǒng)與微機(jī)系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)需要通過I／O指令來進(jìn)行。這種尋址方法的優(yōu)點(diǎn)是，不占用存儲(chǔ)器地址空間，但I(xiàn)／O指令比存儲(chǔ)器(M)指令少，每條I/O指令只能傳送單字節(jié)，軟件開銷大。第五十四頁，共99頁。I/O專用編址技術(shù)示意圖第五十五頁，共99頁。存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址技術(shù)將存儲(chǔ)器地址空間與I／O設(shè)備的地址空間統(tǒng)一編排，合二為一。這種尋址方法可以使用微機(jī)的全部存儲(chǔ)器空間的任務(wù)區(qū)作為模擬1／O子系統(tǒng)的尋址區(qū)，可使用全部存儲(chǔ)器指令對模擬I／O子系統(tǒng)操作，故易于編程及構(gòu)造I／O系統(tǒng)。其缺點(diǎn)是，不易區(qū)分程序是對M操作還是對I／O操作，影響存儲(chǔ)器的組織，I／O空間易與程序空間沖突。沖突解決辦法是把模擬I／O子系統(tǒng)的地址空間固定在某個(gè)不易沖突的固定區(qū)域。例如，MCS-51系列即使采用這種編址尋址方式。

第五十六頁，共99頁。存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址示意圖第五十七頁，共99頁。2數(shù)據(jù)采集的時(shí)序控制方法

硬件定時(shí)法

程序控制通道I/O傳送(PIO結(jié)構(gòu))

DMA法

幀格式結(jié)構(gòu)

第五十八頁，共99頁。硬件定時(shí)法利用硬件定時(shí)的順序控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。在這種硬件定時(shí)的順序控制數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，采集交換子是關(guān)鍵。它由多路模擬開關(guān)和脈沖分配器兩部分構(gòu)成。第五十九頁，共99頁。采集交換子

脈沖分配器在時(shí)鐘脈沖作用下，產(chǎn)生一系列按時(shí)間順序出現(xiàn)的控制脈沖，用來控制多路模擬開關(guān)的通和斷，每次只能輸出一個(gè)有效的控制脈沖，使多路模擬開關(guān)中的某一個(gè)開關(guān)接通，且按預(yù)先排定的參數(shù)采樣次序，依次輸出相應(yīng)于第K路參數(shù)的控制脈沖，實(shí)現(xiàn)對第K路參數(shù)的采樣。

第六十頁，共99頁。程序控制通道I/O傳送(PIO結(jié)構(gòu))

最基本的控制結(jié)構(gòu)，包括查詢和中斷方式，都視為程序控制通道I／O方式。

查詢方式

中斷方式

第六十一頁，共99頁。DMA法

直接存儲(chǔ)存?。―MA）法又稱為數(shù)據(jù)通道傳送方式，用它傳送數(shù)據(jù)比中斷方式快得多。原因是，DMA的響應(yīng)和退出不需經(jīng)CPU程序處理，不需保護(hù)，控制數(shù)據(jù)的傳送直接在A／D轉(zhuǎn)換鎖存器和系統(tǒng)內(nèi)存間進(jìn)行，無需利用CPU任何指令。第六十二頁，共99頁。

DMA方法的控制結(jié)構(gòu)圖A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束信息作為DMA控制器的就緒信息，還同時(shí)和微機(jī)系統(tǒng)中定時(shí)器提供的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信息一起通過控制門來控制A／D轉(zhuǎn)換。其實(shí)質(zhì)是讓A／D轉(zhuǎn)換一經(jīng)啟動(dòng)后自動(dòng)循環(huán)啟動(dòng)直到DMA傳送全部結(jié)束。

第六十三頁，共99頁。幀格式結(jié)構(gòu)

時(shí)分信號(hào)的采樣頻率是由被采集參數(shù)的最高頻率分量決定的。在實(shí)際中，各種參數(shù)所包含的最高頻率分量相差很大，少數(shù)快變參數(shù)的最高頻率高達(dá)數(shù)千赫；中等數(shù)量為幾百赫；而大量緩變參數(shù)頻率為幾赫甚至更低。在這種情況下，如果只采用同樣速率的采集交換子，并且以快變參數(shù)的最高頻率確定信號(hào)采樣頻率，則滿足不了快變參數(shù)的要求。為了解決這一矛盾，使不同頻率的參數(shù)獲得相應(yīng)的采樣頻率，常采用由主交換子、副交換子和次交換子所構(gòu)成的組合交換子結(jié)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)在同一數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中以不同采樣頻率對不同類型的參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。第六十四頁，共99頁。幀格式的由來

組合交換子可以由主交換子和多個(gè)副交換子組成，也可以由主交換子、副主交換子和次交換子組成。主交換子的每路信號(hào)的采樣頻率F稱為主幀頻率，副交換子產(chǎn)生的幀稱為副幀。在多路信號(hào)中，各路信號(hào)編排方式(即數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的采樣順序)稱為信號(hào)幀格式

第六十五頁，共99頁。信號(hào)幀格式形式通常將多個(gè)被測信號(hào)按順序采樣，并加入幀同步信號(hào)(通常是在一幀的開始)構(gòu)成一幀一幀的時(shí)分多路信號(hào)，這就是對數(shù)據(jù)進(jìn)行多路采集的過程。我們把這種一幀一幀的結(jié)構(gòu)形式稱為幀格式結(jié)構(gòu)，幀格式結(jié)構(gòu)又可分為固定幀格式結(jié)構(gòu)和可變幀格式結(jié)構(gòu)兩種。第六十六頁，共99頁。(1)固定幀格式結(jié)構(gòu)就是按相同的采樣間隔(周期)以固定的順序?qū)Ω髀窋?shù)據(jù)進(jìn)行采樣，然后對各路采樣再以相同的精度進(jìn)行編碼。這種采集方式對各路數(shù)據(jù)來講，它們的采樣周期相同，編碼精度也一樣。缺陷：①主幀格式一旦定下來，硬件隨之固定而無法更改，這就無法適應(yīng)需要改變幀格式(即測量方案)的要求；②將頻率成分高低相差很大的數(shù)據(jù)組合在一幀中并以相同的采樣頻率采樣，勢必只能取最高的采樣頻率(以頻率成分高的數(shù)據(jù)為準(zhǔn))，導(dǎo)致頻率成分低的數(shù)據(jù)(要求較低的采樣頻率)有很大的多余率，增大了比特率，大大降低了信息傳輸?shù)男?；③不同精度要求的?shù)據(jù)按固定順序和格式匯集在一幀中，只能以最高精度要求的數(shù)據(jù)為準(zhǔn)；對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行編碼，這也無謂地增大了比特率。第六十七頁，共99頁。(2)可變幀格式結(jié)構(gòu)

采用程序控制方式，通過相應(yīng)的采集命令對數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的采集。具體實(shí)施方法是：根據(jù)不同測量任務(wù)和測量階段的不同要求，設(shè)置若干備用采集程序(存放于ROM或EPROM中)．每一備用程序?qū)?yīng)于一定的幀格式(即相應(yīng)的測量方案)，根據(jù)微機(jī)系統(tǒng)發(fā)出的各種指令適時(shí)地啟用各備用采集程序以實(shí)現(xiàn)改變幀格式的要求。

采用這種可變幀格式結(jié)構(gòu)，可以在很大程度上克服固定幀格式順序采集的三大缺陷。

可變幀格式的典型結(jié)構(gòu)是程控?cái)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般由微機(jī)系統(tǒng)、采集單元、幀格式產(chǎn)生器(存儲(chǔ)器ROM或EPROM和可編采集程序兩部分構(gòu)成)等構(gòu)成。

第六十八頁，共99頁?？勺儏?shù)系統(tǒng)受微機(jī)控制，在存儲(chǔ)器中存放若干種信號(hào)幀格式采集程序，根據(jù)不同數(shù)據(jù)采集任務(wù)，可按不同信號(hào)幀格式選擇相應(yīng)采集程序進(jìn)行丁作，或者通過重新編制采集程序任意改變系統(tǒng)的采集點(diǎn)、采樣頻率及其信號(hào)幀式。這種系統(tǒng)通常能夠改變的系統(tǒng)參數(shù)有采集點(diǎn)(即采樣路數(shù)或模擬信號(hào)的通道數(shù))采樣頻率數(shù)據(jù)字長(即采集數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位數(shù))增益(程控放大器的增益)

幀格式

第六十九頁，共99頁。幀格式產(chǎn)生器幀格式產(chǎn)生器由硬件和軟件組成。硬件部分是存儲(chǔ)設(shè)備，根據(jù)不同情況，可以采用ROM或RAM。軟件部分是存儲(chǔ)在存儲(chǔ)界中的若干種信號(hào)幀格式的采集程序，這些采集程序是針對不同的采集任務(wù)要求而確定的。在數(shù)據(jù)采集過程中，對應(yīng)不同的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，通過控制指令可將系統(tǒng)切換到相應(yīng)幀格式進(jìn)行工作。

第七十頁，共99頁。

5．PlO與DMA結(jié)合的復(fù)合結(jié)構(gòu)

這種結(jié)構(gòu)與PlO結(jié)構(gòu)和DMA結(jié)構(gòu)相比，其軟件開銷更小，占用CPU總線時(shí)間為DMA結(jié)構(gòu)的一半，可以對各個(gè)模擬輸入通道的采樣頻率、增益和通道順序用列表形式(即幀格式)預(yù)先選擇。這種結(jié)構(gòu)主要解決在隨機(jī)增益和通道輸入條件下的高速A／D轉(zhuǎn)換問題。在PIO結(jié)構(gòu)下，控制邏輯可以控制每一個(gè)模擬通道的轉(zhuǎn)換。用隨機(jī)通道方式，可以按任何順序轉(zhuǎn)換任何一個(gè)通道，但這需要極高的軟件開銷。DMA結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)采集結(jié)構(gòu)提高了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送速率，但通道工作方式僅限于重復(fù)單一通道和順序掃描方式(注意PlO結(jié)構(gòu)也有這兩種工作方式)。結(jié)合則取長補(bǔ)短。第七十一頁，共99頁。復(fù)合結(jié)構(gòu)復(fù)合結(jié)構(gòu)綜合了PIO結(jié)構(gòu)多路選通的靈活性，以及DMA結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)傳送的高速特性。在復(fù)合結(jié)構(gòu)中，多路切換的控制部分包含了一個(gè)用戶可編程的隨機(jī)存儲(chǔ)器(RAM)即幀格式文件，通過編程可以改變幀格式文件的內(nèi)容，即可以改變數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的參數(shù)：采集點(diǎn)、采集率，數(shù)據(jù)字長，增益，征格式等。RAM表文件在PIO結(jié)構(gòu)下由用戶裝入，而ADC和數(shù)據(jù)傳輸是在DMA控制下運(yùn)行的。第七十二頁，共99頁。通道增益表結(jié)構(gòu)硬件示意圖第七十三頁，共99頁。2.4數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要構(gòu)件模擬多路轉(zhuǎn)換器

采樣保持電路

A／D轉(zhuǎn)換器

D/A轉(zhuǎn)換器

第七十四頁，共99頁。模擬多路開關(guān)：屬于A/D轉(zhuǎn)換中的應(yīng)用問題典型的有四選一、雙四選一、八選一、雙八選一、十六選一考慮的問題：需要的總路數(shù)（單端、差動(dòng)）電平匹配：CMOS／TTL電平主要的性能指標(biāo)：信息轉(zhuǎn)換時(shí)間、接通時(shí)間、電阻等。第七十五頁，共99頁。采樣保持電路選擇的原則孔徑時(shí)間捕捉時(shí)間保持電壓的變化第七十六頁，共99頁。A／D轉(zhuǎn)換器

A/D性能指標(biāo)

分辨率

量化誤差：由分辨率引起的誤差轉(zhuǎn)換時(shí)間偏移誤差：輸入為0，輸出不為0轉(zhuǎn)換精度(非)線性度：轉(zhuǎn)移函數(shù)與理想直線之間的差選擇的原則第七十七頁，共99頁。選擇的原則1根據(jù)前向通道的總誤差選擇AD轉(zhuǎn)換器的精度與分辨率。用戶綜合精度要求傳感器精度信號(hào)調(diào)節(jié)電路精度AD轉(zhuǎn)換精度第七十八頁，共99頁。選擇原則2－5根據(jù)信號(hào)對象的變化率及轉(zhuǎn)換精度要求，確定A/D轉(zhuǎn)換的速度，以保證系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。根據(jù)環(huán)境條件：如工作溫度、功耗、可靠性選擇A/D轉(zhuǎn)換芯片。根據(jù)計(jì)算機(jī)接口特征，考慮如何選擇A/D轉(zhuǎn)換器的輸出狀態(tài)：并行、串行、差分輸入；二進(jìn)制、BCD碼；是否用外部時(shí)鐘；有無轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)；單雙電源供電；與TTL、CMOS電路的兼容性等其他：成本、資源、是否流行、頻率（視頻）。AD7543ADS7864第七十九頁，共99頁。分辨率分辨率為A／D的輸出數(shù)碼變動(dòng)一個(gè)LSB(二進(jìn)制數(shù)碼的最低有效位)時(shí)輸入模擬量的最小變化量。常用A／D輸出數(shù)字位數(shù)來表示其分辨率。第八十頁，共99頁。轉(zhuǎn)換時(shí)間A／D從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束(即完成一次A／D轉(zhuǎn)換)所需的時(shí)間，可用A／D在每秒內(nèi)所能完成的轉(zhuǎn)換次數(shù)，即轉(zhuǎn)換速度來表示。第八十一頁，共99頁。轉(zhuǎn)換精度A/D轉(zhuǎn)換精度反應(yīng)了一個(gè)實(shí)際的A/D轉(zhuǎn)換器在量值上與理想A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換的差值。第八十二頁，共99頁。A/D轉(zhuǎn)換器的類型按轉(zhuǎn)換原理逐次比較型：AD57412、ADC1210、1211，種類最多、數(shù)量最大、應(yīng)用最廣的A/D轉(zhuǎn)換器件。雙積分型:將模擬電壓轉(zhuǎn)換為積分時(shí)間，然后用數(shù)字脈沖計(jì)時(shí)方法轉(zhuǎn)換為計(jì)數(shù)脈沖數(shù)，最后將此代表模擬輸入電壓大小的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制或BCD數(shù)。特點(diǎn)：外接器件少，使用方便。在一些非快速過程的前向通道中使用廣泛。第八十三頁，共99頁。其他類型V/F變換型：電荷平衡型，具有良好的精度、線性和積分輸入特性，常能提供其他類型轉(zhuǎn)換器無法達(dá)到的性能。量化反饋型:在V/F轉(zhuǎn)換技術(shù)基礎(chǔ)上改進(jìn)而成，它取消了V/F轉(zhuǎn)換較為復(fù)雜的單穩(wěn)定時(shí)器電路，用比較簡單的D觸發(fā)器代替。這樣，使量化反饋式A/D轉(zhuǎn)換器的電路組成中，對精密元件的要求降到最低。并行式A/D轉(zhuǎn)換（瞬時(shí)比較－編碼式A/D轉(zhuǎn)換），這是一種轉(zhuǎn)換速度最快、轉(zhuǎn)換原理最直觀的A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。由于并行A/D轉(zhuǎn)換需要大量低漂移電壓比較器，在實(shí)踐上不易實(shí)現(xiàn)。第八十四頁，共99頁。其他分類方法按輸出代碼有效位：8位/10位/12/14/16/20/24按轉(zhuǎn)換速度：低速（<1s）、中速(1ms)、高速(1s)、超高速(1ns)BCD碼輸出：是否外接參考電源：單極性，雙極性是否具有多路開關(guān)、時(shí)鐘電路、基準(zhǔn)電壓源等是否有內(nèi)置的采樣保持器。封裝形式：DIP、SO、LCC、PLCC等第八十五頁，共99頁。常用ADC的性能與特點(diǎn)常用ADC的性能與特點(diǎn)第八十六頁，共99頁。A/D芯片與微機(jī)接口技術(shù)AD574第八十七頁，共99頁?，F(xiàn)成的產(chǎn)品DiamandSystemPC104總線產(chǎn)品CPU模塊，具有16路單端或者8路差分模擬數(shù)據(jù)采集，4路單雙極性模擬量輸出、24路數(shù)字I/O等功能。第八十八頁，共99頁。2.5ADC8XX集成數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

幾個(gè)概念1、SPI：SPI(SerialPeripheralInterface—串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口,它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。采用SPI總線方式交換數(shù)據(jù)有主機(jī)和從機(jī)的概念。第八十九頁，共99頁。I2C總線

I2C(Inter－IntegratedCircuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。I2C總線產(chǎn)生于在80年代，最初為音頻和視頻設(shè)備開發(fā)，如今主要在服務(wù)器管理中使用，其中包括單個(gè)組件狀態(tài)的通信。例如管理員可對各個(gè)組件進(jìn)行查詢，以管理系統(tǒng)的配置或掌握組件的功能狀態(tài)，如電源和系統(tǒng)風(fēng)扇?？呻S時(shí)監(jiān)控內(nèi)存、硬盤、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)溫度等多個(gè)參數(shù)，增加了系統(tǒng)的安全性，方便了管理。I2C總線最主要的優(yōu)點(diǎn)是其簡單性和有效性。由于接口直接在組件之上，因此I2C總線占用的空間非常小，減少了電路板的空間和芯片管腳的數(shù)量，降低了互聯(lián)成本。總線的長度可高達(dá)25英尺，并且能夠以10Kbps的最大傳輸速率支持40個(gè)組件。I2C總線的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，它支持多主控(multi－mastering)，其中任何能夠進(jìn)行發(fā)送和接收的設(shè)備都可以成為主總線。一個(gè)主控能夠控制信號(hào)的傳輸和時(shí)鐘頻率。當(dāng)然，在任何時(shí)間點(diǎn)上只能有一個(gè)主控。第九十頁，共99頁。D／A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)的一般問題D/A轉(zhuǎn)換器的選擇、數(shù)字量的碼輸入及模擬量的極性輸出、參考電壓電流源、模擬量輸出的調(diào)整與分配等。第九十一頁，共99頁。D/A轉(zhuǎn)換器的選擇芯片的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性接口形式：并行、串行輸入輸出形式：電壓、電流；單極性、雙極性（輸出值的大小）外圍電路是否簡單是否需要數(shù)據(jù)鎖存是否內(nèi)置存儲(chǔ)器是否含內(nèi)部電壓基準(zhǔn)是否內(nèi)置輸出運(yùn)算放大器超高速（<100ns）、高速（100ns

-1s

）、中速、低速單通道、多通道封裝形式功耗、價(jià)格、市場情況第九十二頁，共99頁。D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)以及環(huán)境工作條件指標(biāo)靜態(tài)指標(biāo)：分辨率、標(biāo)稱滿量程（數(shù)字量為2n的模擬輸出量）例如：一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器，參考電壓為－5V時(shí)，其標(biāo)稱滿量程為＋5V，而實(shí)際滿量程為255／256＊（＋5V）＝＋4.98V精度、溫度系數(shù)失調(diào)誤差（輸入為0，輸出不為0）非線性誤差輸入代碼：二進(jìn)制碼、BCD碼及雙極性時(shí)的符號(hào)。第九十三頁，共99頁。動(dòng)態(tài)指標(biāo)建立時(shí)間：輸出形式是電流的，建