傳感器與自動檢測技術第7章

1、第7章 計算機檢測技術 第7章 計算機檢測技術 7.1 計算機檢測系統(tǒng)概述計算機檢測系統(tǒng)概述7.2 輸入通道與計算機接口技術輸入通道與計算機接口技術7.3 數(shù)字數(shù)字/模擬轉換及計算機接口技術模擬轉換及計算機接口技術7.4 計算機檢測系統(tǒng)的設計計算機檢測系統(tǒng)的設計7.5 計算機檢測技術應用實例計算機檢測技術應用實例7.6 虛擬儀器虛擬儀器第7章 計算機檢測技術 7.1 計算機檢測系統(tǒng)概述計算機檢測系統(tǒng)概述 計算機檢測，是將溫度、壓力、流量、位移等模擬量采集、轉換成數(shù)字量后，再由計算機進行存儲、處理、顯示或打印的過程。相應的系統(tǒng)稱為計算機檢測系統(tǒng)。 計算機檢測系統(tǒng)的任務：對傳感器輸出的模擬信號進行

2、采集，將其轉換成計算機能夠識別的數(shù)字信號，然后送入計算機，根據(jù)不同的需要由計算機進行相應的計算和處理，得到所需的數(shù)據(jù)。與此同時，將計算機得到的數(shù)據(jù)進行顯示或打印，以實現(xiàn)對某些物理量的監(jiān)視，其中一部分數(shù)據(jù)還將被生產(chǎn)過程中的計算機控制系統(tǒng)用來控制某些物理量。第7章 計算機檢測技術 計算機檢測系統(tǒng)的應用領域： 可對生產(chǎn)現(xiàn)場的工藝參數(shù)進行采集、監(jiān)視和記錄，可為提高產(chǎn)品質(zhì)量、降低成本提供信息和手段 ； 在科學研究中，應用計算機檢測系統(tǒng)可以獲取大量的動態(tài)信息，是研究瞬間物理過程的有用工具，也是獲取科學奧秘的重要手段之一； 計算機檢測系統(tǒng)的測量和分析速度高，可用于生產(chǎn)過程的在線測量和控制； 可以用于離線測量

3、。 總之，不論在哪個應用領域中，計算機檢測與處理越及時、工作效率越高，取得的經(jīng)濟效益就越大。 第7章 計算機檢測技術 計算機檢測系統(tǒng)的組成： 軟件部分：除了具有必要的計算機操作系統(tǒng)軟件外，主要包含有信號的采集、處理與分析等功能模塊軟件 硬件部分主要是由信號調(diào)理、采樣/保持、模/數(shù)轉換、數(shù)/模轉換、定時/計數(shù)器、總線接口電路等部分組成。 AASS傳感器放大器采樣保持S/HS/H多路開關A/D輸入輸出接口CPU圖 7.1 典型計算機檢測系統(tǒng)的組成第7章 計算機檢測技術 計算機檢測系統(tǒng)輸入通道包括：信號放大、隔離、濾波等傳統(tǒng)檢測系統(tǒng)中繼傳感器之后的非常重要的內(nèi)容，以及采樣與保持、A/D轉換、多路轉換

4、等完成數(shù)據(jù)采集和計算機接口功能等部分。 當非電量(或電量)轉換或通過電橋進行檢測后，往往需要用放大器進行放大，以使微弱的信號放大到與A/D轉換器輸入電壓相匹配。實際應用中，檢測系統(tǒng)的安裝環(huán)境和傳感器輸出特性是各種各樣的，也是復雜的。具體選用哪種類型的放大器直接取決于應用場合與系統(tǒng)要求。 7.2 輸入通道與計算機接口技術輸入通道與計算機接口技術 第7章 計算機檢測技術 7.2.1 數(shù)據(jù)的采集與保持數(shù)據(jù)的采集與保持 （1）多路模擬開關及連接方法用途：完成由多到一的轉換，即把多個參數(shù)逐個、分時地接通，送入A/D轉換器：或者把計算機的輸出按一定順序輸出到不同的控制回路(或外設)，即完成由一到多的轉換。

5、 前者也簡稱多路開關，后者簡稱為反多路開關。這兩種多路開關有的只能實現(xiàn)一種用途，稱為單向多路開關，如AD7501(8路)、AD7506(16路)；有的則既能作為多路開關，又能作為反多路開關，稱為雙向多路開關，如CD4015。從輸入信號的連接方式來分有單端輸入、雙端(或差動)輸入。 第7章 計算機檢測技術 技術指標要求： 導通電阻小，斷開電阻大。在理想條件下，要求在開關導通狀態(tài)的電阻等于零（實際100）。而在開關處于斷開狀態(tài)時，要求斷開電阻為無窮大（一般109）。 切換速度，一般是導通或關斷時間在l微秒（S）左右。它要與被傳輸信號的變化率相適應，變化率越高，要求多路模擬開關切換速度越高。 各輸入

6、道道之間要求有良好的隔離，以免互相串擾。 機電式的模擬開關干簧繼電器的特點：結構簡單。閉合時接觸電阻小，而斷開時阻抗高，工作壽命長，且不受環(huán)境溫度的影響。 新型多路開關（統(tǒng)稱為集成模塊電路模擬開關）的特點：結構緊湊、內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器、使用方便、轉換速度快、壽命長等。 第7章 計算機檢測技術 （2）采樣/保持器(S/H)1）工作原理 S CH VC VX 輸入 輸出 保持 采樣 采樣 A2 A1 A/D 控制信號 圖 7.2 采樣/保持器（S/H） A1及A2為理想的同相跟隨器，其輸入阻抗及輸出阻抗均分別趨于無窮大及零?？刂菩盘栐诓蓸訒r使開關S閉合。此時存儲電容器CH迅速充電至輸入電壓Vx

7、的幅值，同時充電電壓VC對Vx進行跟蹤。控制信號在保持階段時使開關S斷開，此時在理想狀態(tài)（無電荷泄漏路徑），電容器CH上的電壓VC可以維持不變，并通過A2送至A/D轉換器去進行模數(shù)轉換，以保證A/D轉換器進行模數(shù)轉換期間其輸入電壓穩(wěn)定不變。 第7章 計算機檢測技術 采樣/保持器實現(xiàn)了對一連續(xù)信號Vx（t）以一定時間間隔快速取其瞬時值，該瞬時值是保持控制指令下達時刻VC對Vx的最終跟蹤值，該瞬時值保存在記憶元件電容器CH上，供A/D轉換器再進一步進行量化。 采樣定理（Shannon sampling theorm）：當采樣頻率大于信號最高次諧波頻率的兩倍時，就可用時間離散的采樣點恢復原來的連續(xù)信

8、號。 所以采樣/保持器是以“快采慢測”的方法，實現(xiàn)了對快速變化信號進行測量的有效措施。 第7章 計算機檢測技術 2）特性及主要性能參數(shù) 捕捉時間TAC(Acquisition Time)：又稱獲取時間，指從采樣保持器接到采樣命令的時刻起，其輸出從所保持的值達到當前輸入信號的值（允許誤差 0.1 0.01）所需的時間。與電容器CH的充電時間常數(shù)、放大器的響應時間以及保持電壓的變化幅度有關，一般在350ns15s 之間。該時間限制了采樣頻率的提高，而對轉換精度無影響。 孔徑時間TAP(Aperture Time)：又稱孔徑延時，指保持命令下達時刻t1到開關S完全斷開時刻t2之間的一段時間( 10n

9、s 200ns)。第7章 計算機檢測技術 孔徑抖動TAJ(Aperture Jitter)：又稱孔徑不確定性(度)，是孔徑時間的變化范圍。通常TAJ是TAP的1050。孔徑時間所產(chǎn)生的誤差可通過保持指令提前下達而得以消除，但孔徑抖動TAJ的影響無法消除。 保持建立時間THS(Hold Mode Settling Time)：指在TAP之后，S/H的輸出按一定的誤差帶（如0.10.01）達到穩(wěn)定的時間。 衰減率(Droop Rate)：反映采樣保持器輸出值在保持時間內(nèi)下降的速率。 傳導誤差(Feedthrough)：又稱饋送或饋通，指在保持期間，輸入信號通過寄生電容耦合到輸出端的比例。第7章 計

10、算機檢測技術 3）多路模擬開關的典型應用 兩種基本的用法： 一是當信號從多路模擬開關的公共端輸出時，可以作為多路信號的傳輸器，以實現(xiàn)從多線到一線的傳輸功能； 二是當信號從多路模擬開關的公共端輸入時，又變成信號分離器，實現(xiàn)從一線到多線的傳輸功能。 第7章 計算機檢測技術 巡回檢測傳輸電路 2/6CD4069 R C V0 . Sw1 Sw2 Sw8 巡視儀 Y0 Y1 Y7 CP CD4017 R Y8 . VI1 VI2 VI8 CD40662 圖 7.3 多路信號巡回檢測傳輸電路 CD4066模擬開關是四路雙向的，故用2片來完成8路輸入轉換?？刂菩盘栍蒀D4017節(jié)拍發(fā)生器提供，CD4017

11、的節(jié)拍脈沖共有10拍，現(xiàn)將其第9拍的輸出端Y8接到復位端R，所以產(chǎn)生的時序脈沖以8拍（Y0Y7）為一個循環(huán)。在第一拍，即Y0=1，使SW1導通，VI1經(jīng)SW1傳輸?shù)絍0端。在第二拍，Y1=1，SW2導通，VI2經(jīng)SW2傳輸?shù)絍0端，以此類推。當?shù)诎伺慕Y束時，重新轉入第一拍，如此循環(huán)往復。CD4017所需的時鐘脈沖，由兩極反相式阻容震蕩器產(chǎn)生。 第7章 計算機檢測技術 用時分法傳輸多路信號時間分割法（簡稱時分法）是解決利用一根傳輸線同時傳輸多路信號這類問題的有效手段之一。 t6 t3 t5 t2 t4 t1 0 V VA VB VC 圖 7.4 多 路 信 號 的 時 分 采 樣 傳 輸 假設需

12、要同時傳輸?shù)男盘枮?路，即VA、VB、VC（如圖7.4所示）。設定傳輸VA信號的時刻為t1、t4 ，傳輸VB信號的時刻為t2、t5 ，傳輸VC信號的時刻為t3、t6 。很明顯這是一個分時處理的過程，只要采樣的速率足夠高，一般應大于被采樣信號頻率的810倍，并且接受裝置與此能夠保持同步，則被傳輸信號的波形就能夠還原出來。 第7章 計算機檢測技術 V0 V 1 傳輸線 VT（fT） VT（fT=f0/4） f0 SW1 SW2 SW3 SW4 SW5 SW6 SW7 Y0 Y1 Y2 Y3 R Y4 RC 振蕩器 CP CD4017(1) Y0 Y1 Y2 Y3 R Y4 CP CD4017(2)

13、 幅度 分離器 鎖相環(huán) 4倍頻器 CD4046 VDD VA VB VC VA VB VC 圖7.5 用時分法傳輸多路信號的電路 為能夠還原VA、VB、VC信號，必須加同步信號，故在CD4017（1）的第一拍（Y0）時間內(nèi)傳輸高電平VDD，以作為接受裝置的同步信號。只要信號VA、VB、VC的幅度小于VDD。在接受端利用幅度分離器（電壓比較器），就可以取出同步信號VT，其頻率fT = f0/4 。再經(jīng)過鎖相環(huán)四倍頻器還原，作為CD4017（2）的時鐘頻率，使接受、發(fā)射裝置能夠嚴格地保持一致。 第7章 計算機檢測技術 7.2.2 A/D轉換及接口轉換及接口 大多數(shù)的模擬量，如溫度、濕度、位移、振動

14、等物理化學量輸入計算機系統(tǒng)時，都需要先將這些量轉換為計算機能夠識別的數(shù)字量。同時，在傳感器模塊的設計中，A/D轉換也是重要的環(huán)節(jié)之一。 （1）常用A/D轉換器 A/D轉換器按其工作方式、轉換速率、轉換精度等情況，可滿足不同的使用場合和要求。按其工作原理不同，A/D轉換器可分為積分型和比較型兩大類。 第7章 計算機檢測技術 1）積分型A/D轉換器 又稱為間接型轉換器，這類轉換器是先將輸入的模擬量（模擬電壓）轉換成某種中間量（時間間隔或頻率），然后再將此中間量變換為相應的數(shù)字量?？煞譃槿鐔畏e分型、雙積分型、四重積分型、電荷平衡型和脈沖寬度調(diào)制型等。 其中雙積分型A/D轉換器是一種電壓/時間轉換的A

15、/D轉換器。它先把模擬輸入電壓按比例變換為時間間隔，然后再把時間間隔轉換為數(shù)字量。其優(yōu)點是對對稱頻率（如工頻）抗干擾能力強，精度與內(nèi)部元器件的固有誤差無關，精度較高；主要缺點是轉換速率較慢。第7章 計算機檢測技術 S1 時鐘信號 +VX - VR 模擬輸入 VX R S2 比較器 . . - + + - 控制邏輯電路 計數(shù)器 緩沖寄存器 數(shù)字量輸出 積分器 圖 7.6雙積分型 A/D 轉換器原理圖 轉換啟動時，控制邏輯電路使積分器與計數(shù)器的輸出為0，然后將開關S1指向模擬輸入Vx（開關S2斷開），使積分器對模擬輸入信號Vx進行積分，同時計數(shù)器開始計數(shù)。當計數(shù)滿額，此時積分器的輸出為Vo。然后計

16、數(shù)器被置零。此時將開關S1指向基準電壓VR（或-VR，使其和Vx的極性相反）。由于VR(或-VR)的極性和Vx相反，所以積分器反方向積分，直至輸出為0。此時電壓比較器的輸出經(jīng)控制邏輯電路，使計數(shù)器停止計數(shù)，計數(shù)器中計數(shù)脈沖的個數(shù)與輸入模擬電壓Vx成正比，這些脈沖通過緩沖寄存器輸出，即是被轉換的對應Vx的數(shù)字量輸出。第7章 計算機檢測技術 2）比較型A/D轉換器 又稱為直接型轉換器。這是因為這種轉換器是將輸入模擬量(模擬電壓)與基準電壓直接進行比較，再轉換成相應的數(shù)字量。 比較型A/D轉換器按內(nèi)部工作時有無反饋，可分為反饋比較型A/D轉換器和無反饋比較型A/D轉換器。對于反饋比較型A/D轉換器，

17、根據(jù)控制邏輯電路的不同，又可分為逐次近似型和跟蹤比較型。 逐次近似型A/D轉換器 是目前應用得最為廣泛的中、高速A/D轉換器，其最大特點是轉換速率較快，而且在成本、精度和轉換速率三個重要的指標之間易于取得較好的平衡。 第7章 計算機檢測技術 由高速電壓比較器、D/A轉換器和計數(shù)器等組成。 跟蹤比較型A/D轉換器 可逆計數(shù)器的功能是在時鐘脈沖輸入時，實現(xiàn)二進制計數(shù)。 跟蹤比較型A/D 轉換器的基本轉換原理是將模擬信號VA與D/A轉換器的輸出模擬量Vo進行比較。D/A轉換器不斷地將計數(shù)器的輸出數(shù)字量變換成模擬量Vo，并輸入到電壓比較器的同相輸入端。當VAVo時，計數(shù)器的輸出就是對應于輸入模擬量VA

18、的數(shù)字量。 第7章 計算機檢測技術 3）無反饋比較型A/D轉換器 是迄今為止能獲得最快轉換速度的A/D轉換器，特別是其中的并行比較型A/D轉換器。因此，高速A/D轉換器一般都是屬于無反饋比較型A/D轉換器。這類A/D轉換器又分為并行比較型、串行比較型和串-并行比較型等三種轉換器。 并行比較型A/D轉換器 并行比較型A/D轉換器是將輸入模擬電壓予以量化，并將所得到的所有2N個量化電平與各基準電壓進行并行比較，這些基準電壓可由一個總的基準電壓源VR經(jīng)電阻串分壓后得到。再將比較結果進行編碼，從而給出相應的數(shù)字量輸出。 第7章 計算機檢測技術 工作原理： 并行比較型A/D轉換器具有N位輸出數(shù)字信號，那

19、么電路中應該有2N-1個電壓比較器和2N-1個參考電壓。輸人模擬量VA同時與各個電壓比較器的參考電壓VRl、VR2、VR3，VR（2N-1）進行比較。與前面介紹的逐次比較型不同的是，這里僅經(jīng)過一次比較，就可以得到比較結果，所以，并行A/D轉換器是各類A/D轉換器中速度最快的（數(shù)十毫微秒以內(nèi)）。 實際應用中，可以只用一個基準電壓和電阻分壓來完成。 特點： 這類轉換器的結構較為復雜，電路中的元器件數(shù)目增加，成本和價格均較高，一般將輸出位數(shù)限制在4位以下。在高速轉換場合，并有多位轉換要求時，可將多個并行轉換器加以級連組合。 第7章 計算機檢測技術 串行比較型A/D轉換器 串行比較型A/D轉換器是用一

20、些電阻陣列將參考電壓VR分成2N檔，將每個電阻均連接到開關解碼陣列中。 B B A A C C 1/2R R 3/2R VR S7 S8 S10 S11 S12 S9 S14 S13 S3 S4 S5 S6 S1 S2 + - 比較器 VX R R R R R c b d a a b c 圖 7.9 串行 A/D 比較器原理圖 工作原理： 當圖中所示的比較器輸出不為零時，就通過寄存器的輸出入A、A、B、B、C、C控制模擬開關S1S14，以決定哪檔電阻所得的分壓與模擬輸入電壓Vx進行比較。當比較器輸出為0時，表示某相應的一檔電阻分壓與Vx相等，這時寄存器輸出代碼就表示對應于該模擬輸入電壓Vx的數(shù)

21、字輸出量。 由于本方案中只有一個比較器，其實質(zhì)是屬于串行型。 對于8位A/D轉換器，需要有256個電阻組成的陣列。第7章 計算機檢測技術 串-并行比較型A/D轉換器 將并行比較型和串行比較型這兩種結構結合起來構成的串-并行比較型A/D轉換器，在一定程度上克服了并行或串行比較型A/D轉換器難于達到高位數(shù)的要求。第7章 計算機檢測技術 （2）按精度和速率分類的A/D轉換器應用簡介 第7章 計算機檢測技術 （3）A/D轉換器選擇原則 A/D轉換器的選擇原則是根據(jù)其分辨率、轉換時間和精度來進行。一般位數(shù)越高，轉換誤差越小，則測量精度越高，但成本也越高。 積分型AD轉換器 精度高，電路較簡單，對元器件精

22、度要求較低，容易制作成高位數(shù)AD轉換器； 轉換速率低，其轉換時間約數(shù)百微秒到數(shù)百毫秒之間； 適用于一般工作控制用儀器儀表，便于實現(xiàn)十進制數(shù)字輸出； 成本低、售價廉、噪聲小，溫漂也較小。 第7章 計算機檢測技術 比較型A/D轉換器 反饋比較型A/D轉換器內(nèi)含一個由D/A轉換器構成的反饋回路，在實際應用時，為了保證轉換精度，在轉換器的輸入端應連接采樣/保持電路，轉換速率較快，多屬于中速轉換器； 無反饋比較型A/D轉換器轉換速率最高，高速A/D轉換器幾乎都是無反饋比較型的，價格較高； 元件的線路結構龐雜，難以達到高位要求，常常需要多片級連以滿足需要，在使用中應重視系統(tǒng)穩(wěn)定性、可靠性問題，尤其是在高采

23、樣率和高轉換精度的場合，必須與系統(tǒng)或相關單元的動態(tài)特性同步考慮。第7章 計算機檢測技術 實現(xiàn)A/D轉換器芯片與微處理器芯片的連接 時注意事項： A/D轉換器芯片的數(shù)據(jù)輸出端如果有三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器（如ADC0804、ADC0809等）,可以直接接入CPU的數(shù)據(jù)總線；如沒有或不可控（如AD570）,則必須通過I/O口（如8255、8279等），以及單片機上的I/O口，才可接入到CPU的數(shù)據(jù)總線上。 A/D轉換器的控制線如芯片選通、啟動轉換、讀/寫控制、轉換結束申請中斷，以及具體的A/D轉換器芯片為了完成特定功能所設置的各種控制線，可以依照其功能和邏輯電平的要求分別連接。同時，還要根據(jù)A/D轉換器芯片

24、的時序圖了解該芯片是電位控制啟動，還是脈沖控制啟動。第7章 計算機檢測技術 （4）A/D轉換通道的確定 1）不帶采樣/保持電路的通道 當被測量是變化緩慢甚至是直流量的情況，通常在A/D轉換通道可以不用采樣/保持器，經(jīng)調(diào)理的信號直接接入A/D轉換器的輸入端。 程控放大 . 多路模擬開關 多路模擬輸入信號 A/D 控制邏輯 計算機 圖 7.10 不帶采樣/保持器的 A/D 通道 第7章 計算機檢測技術 2）帶采樣/保持器的A/D轉換通道 當模擬輸入信號的變化率較大時，A/D轉換通道需要采樣/保持器。 模擬輸入信號的最大變化率 APnTFSRdtdU2max（7.1）TAP采樣/保持器的孔徑時間FS

25、RA/D轉換器的滿量程電壓N輸出位數(shù) 第7章 計算機檢測技術 帶采樣帶采樣/保持器的保持器的A/D轉換通道的幾種主要結構形式：轉換通道的幾種主要結構形式： 每通道具有獨立的采樣/保持電路和A/D轉換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特點：主要適用于高速數(shù)據(jù)采集，采集后各通道被測信號是完整的，有利于分析同一時刻多路被測信號的相關關系。 第7章 計算機檢測技術 多通道分時共享采樣/保持電路和A/D轉換器的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)特點：使用芯片數(shù)量少，必要時還可加置多路模擬開關（MUX）來擴展通道數(shù)，常采用N個通道順序工作的方式。一般只適合測量變化緩慢的信號。被測信號是斷續(xù)的。 第7章 計算機檢測技術 多通道共享A/D轉換器的數(shù)

26、據(jù)采集系統(tǒng) 特點：這種系統(tǒng)也常稱之為同步數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。其每通道有一個采樣/保持電路，并受同一個信號控制，可以保證同一時刻采樣各通道信號，有利于對各個通道的信號波形進行相關分析。 第7章 計算機檢測技術 主計算機管理的各通道獨立變換和預處理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 特點：各通道都有采樣/保持電路、A/D轉換器和微處理器或單片機，具有很強的獨立性?？梢怨?jié)省主計算機工時，特別適合于智能化傳感技術和遠距離傳輸?shù)囊?。這種系統(tǒng)實質(zhì)上屬于由主計算機管理的主從式多機系統(tǒng)范疇。 第7章 計算機檢測技術 7.3.1 輸出通道信號種類輸出通道信號種類 根據(jù)輸出對象的不同，計算機檢測系統(tǒng)輸出信號有：模擬量、開關量、數(shù)字量等輸

27、出信號。（1）模擬量輸出信號 1）直流電流信號 當儀器儀表的輸出模擬信號需要傳輸較遠的距離時，由于電流信號抗干擾能力強，信號線電阻不會導致信號的損失，一般采用電流信號。7.3 數(shù)字數(shù)字/模擬轉換及計算機接口技術模擬轉換及計算機接口技術第7章 計算機檢測技術 當檢測系統(tǒng)與常規(guī)儀器儀表相配合，組成顯示或控制系統(tǒng)時，各個單元之間的信號應規(guī)范化。按照我國的國家標準GB336982所規(guī)定的工業(yè)自動化儀表用模擬直流電流信號以及國外標準IEC381所規(guī)定的過程控制系統(tǒng)用模擬直流電流信號，直流電流信號分為兩種，一種是420mA(負載電阻250750)，另一種是010mA(負載電阻03000)。在采用420mA

28、的信號標準時，零毫安值表示信號電路或供電故障。第7章 計算機檢測技術 2）直流電壓信號 作為控制、顯示等場合，計算機檢測系統(tǒng)的輸出一般采用直流電壓信號。 直流電壓信號一般只適用于傳輸距離較近的場合。 此外，對于采用420mA直流電流信號的系統(tǒng)，只需采用250電阻就可將其變換為15V的直流電壓信號。所以15V直流電壓信號是常用的模擬信號形式之一。在采用15V信號標準時，1V以下的電壓值表示信號電路或供電故障。 直流420mA電流信號及15V電壓信號受到國際的推薦和普遍的采用。第7章 計算機檢測技術 （2）開關量輸出信號 從性質(zhì)上講，開關量是一種二值型的輸出量，即表征“開”與“關”，或者“是”與“

29、非”等二種狀態(tài)。 開關量輸出信號的幾種基本表現(xiàn)形式： 1）開關量控制 某些被控對象的自動控制采用位式執(zhí)行機構或開關式器件，它們的動作是由開關信號控制的，只有“開”和“關”兩種工作狀態(tài)，可以表示為二進制的“l(fā)”和“0”。因此，利用一位二進制數(shù)的輸出就可以控制這些開關式器件的運行狀態(tài)。第7章 計算機檢測技術 用于控制的開關信號的電氣接口形式有有源和無源兩類。無源是指智能儀器只提供輸出電路的通、斷狀態(tài)，負載電源由外電路提供。有源的開關量輸出信號往往表示為電平的高低或電流的有無，由智能儀器儀表為負載提供全部或部分的電源。 無源的開關量輸出容易實現(xiàn)檢測系統(tǒng)與執(zhí)行機構之間的電路隔離，兩者既不共用電源也不共

30、用接地，這有利于克服地電位差及電磁場干擾的不利影響。而對于有源的開關量輸出，根據(jù)輸出電壓或電流的實際數(shù)值，系統(tǒng)就有可能判斷出負載斷線等故障。第7章 計算機檢測技術 2）越限報警 將被測參數(shù)的數(shù)值與人為預先設定的參考值進行比較，比較的結果(大于或小于)以開關量的形式輸出，就可以驅動聲光報警裝置來實現(xiàn)越限報警，或者輸出給控制設備采取措施。例如，鍋爐水位測量值低于設定的低限值時，必須立即報警或啟動供水泵進水。 3）反映系統(tǒng)本身的工作狀態(tài) 檢測系統(tǒng)的工作狀態(tài)，例如“投入”或“后備”狀態(tài)，“自動”或“手動”狀態(tài)，“正?！被颉肮收稀睜顟B(tài)等，都可以用開關量輸出信號來表征，使上位計算機或操作人員及時了解。第7

31、章 計算機檢測技術 （3）數(shù)字量輸出信號 數(shù)字量的輸出方式是計算機控制系統(tǒng)中重要的信號輸出形式。數(shù)字量輸出信號分為串行和并行兩種，串行用于較遠距離的數(shù)據(jù)傳輸和信息交換，例如系統(tǒng)與上位計算機之間通信多為串行。并行方式傳輸速度快，但所需導線條數(shù)多，只適合于較短距離的傳輸，例如系統(tǒng)與周圍的其他智能設備之間的數(shù)據(jù)交換。 數(shù)字量的輸出與數(shù)字量輸入共同構成數(shù)據(jù)通信，是實現(xiàn)分散型控制系統(tǒng)和計算機管理必不可少的信息傳遞形式，也是發(fā)展非常迅猛的技術。第7章 計算機檢測技術 7.3.2 D/A轉換器及其接口轉換器及其接口 計算機檢測系統(tǒng)的模擬量輸出即是將處理后的數(shù)據(jù)轉換成模擬量（即連續(xù)變化的電流或電壓）送出，這是

32、計算機測控系統(tǒng)的重要組成部分。 一般來說，模擬量輸出通道主要包括有：D/A轉換器；多路模擬開關；采樣/保持器等部分。（1）D/A轉換器的工作原理 常用的D/A轉換器由電阻網(wǎng)絡、開關及基準電源等部分組成，目前基本上都已集成于一塊芯片上。D/A轉換器的組成原理有多種，采用最多的是R2R梯形網(wǎng)絡D/A轉換器。 第7章 計算機檢測技術 在D/A轉換器的電阻網(wǎng)絡中，電阻的規(guī)格僅有R、2R二種。UR為基準電壓，它可由電子開關S3、S2、S1、S0在二進制碼DD3 D2 Dl D0的控制下，分別決定4個支路的接通情況，并使電流各自進入A3、A2、Al、A0節(jié)點。這種網(wǎng)絡的特點是：任何一個節(jié)點的三個分支的等效

33、電阻都是2R。因此，從任何一個分支流入節(jié)點的電流都為IUR/3R，并且電流I將在節(jié)點處被平分為相等的兩個部分，經(jīng)另外兩個分支流出。 A0 R A1 R A2 R A3 2R I I I I S1 S2 S3 S0 2R 2R 2R 2R 2R UR Rfb - + D0(20) D1(21) D2(22) D3(23) 圖 7.11 R-2R 梯形網(wǎng)絡 D/A 轉換器原理 如圖，假定數(shù)字量輸入D0001，即S0接通，而S1、S2、S3斷開。則基準UR 經(jīng)開關S0流入支路所產(chǎn)生的電流為IUR/3R，此電流經(jīng)過A3、A2、Al、A0等4個節(jié)點后，經(jīng)4次平分，有1/16的電流注入運算電路中，以便將電

34、流信號轉換為電壓信號。第7章 計算機檢測技術 （2）D/A轉換器輸入與輸出形式 D/A轉換器的數(shù)字量輸入端有不含數(shù)據(jù)鎖存器、含單個數(shù)據(jù)鎖存器、含雙數(shù)據(jù)鎖存器等三種情況。如果D/A轉換器的輸入端無數(shù)據(jù)鎖存器，則為了維持D/A轉換輸出的穩(wěn)定，應在同微機接口時，要另加上數(shù)據(jù)鎖存器。而在應用多個D/A轉換器同時轉換的場合，使用具有雙數(shù)據(jù)鎖存器的D/A轉換器芯片是較為方便的。 D/A轉換器的輸出，有單極性、雙極性，以及某些場合下的偏置輸出方式。 第7章 計算機檢測技術 單極性、雙極性輸出電路的連接示意圖 UOUT R2=R U1 R1=2R R3=2R - A2 + VREF - + VREF Rfb

35、IOUT1 IOUT2 UOUT a）單極性輸出 b）雙極性輸出 VREF - A1 + VREF Rfb IOUT1 IOUT2 圖7.12 D/A 轉換器輸出電路示意圖 單極性和雙極性輸出、輸入關系式： 單極性： （7.3） 雙極性： （7.4）DVUNREFOUT2REFOUTVUU12N為D/A轉換器數(shù)字量的位數(shù)，D為輸入量 第7章 計算機檢測技術 電壓輸出型D/A轉換器均為單極性輸出方式。對于電流輸出型D/A轉換器，需要外接一個運算放大器作為電流電壓變換電路，此時輸出也為單極性輸出。 輸出電壓的極性是由參考電壓VREF的極性決定的，當運算放大器為反相放大器時，輸出電壓的極性與參考電壓

36、的極性相反。 雙極性輸出方式是在單極性輸出的基礎上加上一個運算放大器所構成的。單極性輸出的最低有效位1LSB=VREF/28 ，雙極性輸出的最低有效位1LSB=VREF/27?？梢婋p極性輸出比單極性輸出在靈敏度上要低一倍。第7章 計算機檢測技術 （3）D/A轉換器與微機接口 常用的接口元件有：D觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、譯碼器、選擇器、多路模擬開關、鎖存器、三態(tài)緩沖器等。 D/A轉換器與CPU的接口電路有兩種基本形式： 通過I/O接口(輸入/輸出接口或鎖存器)與CPU的數(shù)據(jù)總線相連； 數(shù)據(jù)總線直接連接。 主要取決于D/A轉換器芯片內(nèi)部是否設置了數(shù)據(jù)鎖存器。對于芯片內(nèi)部已有鎖存器的芯片，則可采用直接

37、連接，也可用并行接口或鎖存器連接。但內(nèi)部沒用鎖存器的D/A轉換器，必需使用并行接口或鎖存器進行連接。 第7章 計算機檢測技術 1）8位D/A轉換器與CPU的接口 - + +5VU0 P0.0 P0.7 8031CPU P2.0 WR D0 ILE VCC VR D7 DAC0832 Rfb CS XFER IOUT1 WR1 IOUT2 WR2 AG 圖 7.13 DAC0832 單緩沖接口電路 對于內(nèi)部具有鎖存器的D/A轉換器，如具有雙輸入數(shù)據(jù)鎖存器的DAC0832在與微處理器接口時，可以采用雙緩沖方式（即兩級輸入鎖存方式），也可以采用單緩沖方式（即只用一級輸入鎖存，另一級始終直通），或者接

38、成全直通的形式，再外加鎖存器與微機接口。 主要應用于只有一路模擬輸出，或有幾路模擬量輸出但不需要同步的場合。第7章 計算機檢測技術 在這種接口方式下，二級寄存器的控制信號并接，即將WR1與WR2同時與803l的端口 相接， 和 相連接到P2.0，使DAC0832作為8031的一個外部I/O裝置，口地址為#FEFFH。 8031對它進行一次寫操作，輸入數(shù)據(jù)便在控制信號的作用下，直接打入DAC0832內(nèi)部的DAC寄存器中，并由D/A轉換成輸出電壓。 其相應的程序段如下： MOV DPTR，#0FEFFH ；給出DAC0832的地址 MOV A，#DATA ；欲輸出的數(shù)據(jù)裝入A MOVX DPTR，

39、A ；數(shù)據(jù)裝入DAC0832并啟動D/A轉換WRCSXFER第7章 計算機檢測技術 2）12位D/A轉換器與微機的接口 DAC1208系列帶有兩級緩沖器，第一級緩沖器由高8位輸入寄存器和低4位輸入寄存器構成；第二級緩沖器即12位DAC寄存器。此外，還有一個12位的D/A轉換器。 DACl208的控制信號與DAC0832極其相似，所不同的是增加了一個字節(jié)控制信號端BYTEl / 。當此控制信號端的輸入為高電平時，12位數(shù)字量同時送入輸入寄存器；而當此端輸人為低電平時，只將12位數(shù)字中的低4位送到對應的4位輸入寄存器中。其他控制信號 ， 及 與DAC0832的用法類似。 2BYTECSXFER2W

40、R第7章 計算機檢測技術 - + +5VU0 P0.7 P0.0 8031CPU P2.0 P2.1 WR P2.7 D11 VREF D4 DAC1208 D0 Rfb BYTE1/ BYTE2 CS IOUT1 WR1 IOUT2 WR2 XFER 圖 7.14 DAC1208 與 8031CPU 的接口電路示意圖 該片DACl208的口地址為#FDEE。 對12位數(shù)據(jù)的分時傳送順序是：先將高8位和低4位的數(shù)據(jù)分別送入DACl208的二個輸入寄存器中，再將12位數(shù)據(jù)同時送入DAC寄存器。 第7章 計算機檢測技術 假設有一個12位的待轉換的數(shù)據(jù)存放單元分別是DATA和DATA+l，存放順序為

41、：(DATA) 存放高8位數(shù)據(jù)，(DATA+1) 的低半字節(jié)存放低4位數(shù)據(jù)。則把這個數(shù)據(jù)送往D/A轉換器的程序段為： MOV DPTR，#0FDFFH MOV A，DATA MOVX DPTR，A ；輸出高8位數(shù)據(jù) DEC DPH ；（DPTR）= #FCEEH MOV A, DATA+1 MOVX DPTR，A ；輸出低4位數(shù)據(jù) MOV DPTR，#7FFFH MOVX DPTR, A ；將12位數(shù)據(jù)同時送達DAC寄存器第7章 計算機檢測技術 7.4.1 傳感器的選擇傳感器的選擇 選擇傳感器時應從以下幾方面的條件考慮： （1）與測量條件有關的因素：輸入信號的幅值，頻帶寬度、精度要求、測量所需

42、要的時間。 （2）與傳感器有關的技術指標有：精度、穩(wěn)定度、響應特性、模擬量與數(shù)字量、輸出幅值、對被測物體產(chǎn)生的負載效應、校正周期、超標準過大的輸入信號保護等。 （3）與使用環(huán)境條件有關的因素有：安裝現(xiàn)場條件及情況、環(huán)境條件(濕度、溫度、振動等)、 信號傳輸距離、所需現(xiàn)場提供的功率容量等。 （4）與購買和維修有關的因素有：價格、零配件的儲備、服務與維修制度、保修時間、交貨日期等。 7.4 計算機檢測系統(tǒng)的設計計算機檢測系統(tǒng)的設計第7章 計算機檢測技術 以上是有關選擇傳感器時主要考慮的因素。為了提高測量精度，應注意平常使用時的顯示值應以滿量程的50左右來選擇測量范圍或刻度范圍。選擇傳感器的響應速度

43、，目的是適應輸入信號的頻帶寬度，從而得到高的信噪比。此外，應合理選擇使用現(xiàn)場條件，注意安裝方法，了解傳感器的安裝尺寸和重量，并從傳感器的工作原理出發(fā)，聯(lián)系被測對象中可能會產(chǎn)生的負載效應問題，從而選擇最合適的傳感器。 第7章 計算機檢測技術 7.4.2 主計算機選型主計算機選型 微型計算機是計算機檢測系統(tǒng)的核心，對系統(tǒng)的功能、性能價格以及研發(fā)周期等起著至關重要的作用。對“微機內(nèi)置式”系統(tǒng)，需要選擇微處理器、外圍芯片等構成嵌入在系統(tǒng)之中的微型計算機；而對“微機擴展式” 系統(tǒng)，則需要選擇適用的微型計算機系統(tǒng)作為開發(fā)和應用平臺，搭建“微機擴展式” 檢測系統(tǒng)、虛擬儀器系統(tǒng)等。 適合計算機檢測系統(tǒng)使用的計

44、算機類型很多，一般可考慮單片機、單板機、微型機等。而單片機因其性價比高、開發(fā)方便、應用成熟等優(yōu)點，在檢測系統(tǒng)中被廣泛使用。在我國應用最多、普及最廣的應屬美國Intel公司的8位MCS-51系列單片機和16位MCS-96（196）系列單片機。第7章 計算機檢測技術 選擇單片機需重點考慮的幾點： 中央處理單元CPU（central processing unit），亦稱微處理器單元MPU（Microprocessor Unit）。數(shù)據(jù)長度有4位、8位、16位和32位等。完成數(shù)據(jù)運算、邏輯判斷、數(shù)據(jù)讀取、存儲和傳送等功能，是單片機的核心部分。一般來說，計算機能處理的位數(shù)越長，其運算及控制能力越強，其

45、中8位機在檢測系統(tǒng)中用得較多，其次是16位機。字長的選擇一般根據(jù)被測參數(shù)可能變化的最大范圍和測量精確度的要求來進行估算。被測量可以用定點數(shù)表示，還可以用浮點數(shù)表示，并綜合考慮運算速度指標。主振頻率主要根據(jù)采集數(shù)據(jù)的間隔時間來選擇，對具有多點檢測功能的系統(tǒng)，每個數(shù)據(jù)點的采集間隔時間還要考慮多點巡回采集一遍的時間。第7章 計算機檢測技術 存儲器。單片機內(nèi)部一般都有一定數(shù)量的RAM，用作數(shù)據(jù)存儲器、堆棧和特殊功能寄存器。某些型號的單片機具有片內(nèi)ROM，片內(nèi)ROM的應用有利于簡化電路，達到降低成本和提高可靠性的效果。計算機的存儲器容量(內(nèi)存容量)可以按測試任務所編程序的長度和采集數(shù)據(jù)量的多少來估計。需

46、要的內(nèi)存容量過大時，可選擇高一檔次的主機，也可以采取增加內(nèi)存擴展板或縮短數(shù)據(jù)刷新時間間隔的方法來解決。 定時/計數(shù)器和通用輸入輸出I/O接口。定時/計數(shù)器用于實現(xiàn)應用系統(tǒng)的定時控制、記時和外部事件計數(shù)等。常用的通用I/O接口有并行和串行兩種，檢測系統(tǒng)中常需要對此功能靈活運用。帶有波特率發(fā)生器的異步串行通信接口，還可用于實現(xiàn)與其他單片機或智能設備之間的串行通信。 第7章 計算機檢測技術 除基本的組成部分外，還有一些單片機具有增強功能：監(jiān)視定時器，俗稱“看門狗定時器（WDT, Watchdog Timer）”、高速輸入輸出電路或輸入捕捉電路（ICAP，Input Capture）和比較輸出（OCM

47、P，Output Compare）電路、脈寬調(diào)制（PWM，Pulse-Width Modulation）輸出電路、顯示輸出驅動電路。可以直接驅動液晶顯示器（LCD，Liquid Crystal Display），甚至數(shù)碼管電路（LED）、I2C（Inter Integrated circuit）總線接口電路、直接存儲器訪問電路（DMA，direct memory access）。 在“微機嵌入式” 計算機檢測系統(tǒng)的設計中，選用適合的單片機芯片極為重要。 第7章 計算機檢測技術 7.4.3 輸入、輸出通道設計輸入、輸出通道設計 輸入通道數(shù)應根據(jù)需檢測參數(shù)的數(shù)目來確定。輸入通道的結構可綜合考慮采樣

48、頻率要求及電路成本按前述的幾種基本結構來選擇。輸出通道的結構主要決定于對檢測數(shù)據(jù)輸出形式的要求，如是否需要打印、顯示，是否有其他控制、報警功能要求等。第7章 計算機檢測技術 7.4.4 軟件設計軟件設計 計算機檢測系統(tǒng)的軟件的兩項基本功能： 對輸入、輸出通道的控制管理功能； 對數(shù)據(jù)的分析、處理功能。 對高級系統(tǒng)而言，還應具有對系統(tǒng)進行自檢和故障自診斷的功能及軟件開發(fā)、調(diào)試功能等。 輸入通道數(shù)據(jù)采集、傳送的方式有程序控制方式和DMA方式。當不需要以高速進行數(shù)據(jù)傳送時，應多采用程序控制方式。在數(shù)據(jù)采集與傳送控制中最常用的是查詢方式和中斷方式，對多路數(shù)據(jù)采集則常用輪流查詢方式。 第7章 計算機檢測技

49、術 檢測系統(tǒng)的兩種主要采樣工作模式： 先采樣、后處理，即在一個工作周期內(nèi)先對各采樣點順序快速采樣、余下的時間作數(shù)據(jù)分析、處理或其他工作； 邊采樣、邊處理，即將一個工作周期按采樣點數(shù)等分，在每個等分的時間內(nèi)完成對一個采樣點的采樣及數(shù)據(jù)處理工作。 若在測試中既有要求采樣快的參數(shù)，也有要求采樣慢的參數(shù)、則可以采用長、短采樣周期相結合的混合工作模式。第7章 計算機檢測技術 采樣周期由被測參數(shù)變化的快慢程度和測量準確度要求確定。 采樣周期用程序定時的兩種方法： 程序執(zhí)行時間定時，通常用于采樣周期比較短的情況。如果采樣周期比程序指令執(zhí)行時間稍長，則可在程序中增加若干條“空操作”指令，達到延時目的。 CTC

50、中斷定時。用于采樣周期比較長的情況，即由程序初始化確定CTC的定時狀態(tài)和所需計時時間，一旦計時時間到了，芯片就向CPU發(fā)出中斷信號，中斷響應后就可進入采樣周期。 第7章 計算機檢測技術 7.4.5 計算機檢測系統(tǒng)設計的基本步驟計算機檢測系統(tǒng)設計的基本步驟 計算機檢測系統(tǒng)設計大致可分為總體設計與詳細設計兩個階段。 （1）系統(tǒng)總體設計 1) 確定所需的信息、同時確定為提供所需信息而測量的系統(tǒng)物理參數(shù) 在檢測系統(tǒng)的設計中，應防止信息過多和信息不足兩種情況的發(fā)生。第種情況是由于不斷提高系統(tǒng)的測量水平和不斷擴大測量范圍所致。從而形成了種以過分的高精度和高分辨率采集所有可以得到的信息的趨勢，其結果是有用的

51、數(shù)據(jù)混在大量無關的信息中，且由于這些無關數(shù)據(jù)的存在，給系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理帶來了沉重的負擔。第二種情況大多因為對測量在整個系統(tǒng)中的功能和目的考慮不周所致。這種不能提供所需要全部信息的缺點會導致系統(tǒng)整體功能的顯著下降。第7章 計算機檢測技術 2）測試方法的選擇 檢測系統(tǒng)采用的測試方法取決于系統(tǒng)的性能指標，諸如非線性度、精度、分辨率、誤差、零漂、溫漂、可靠性等，在這些性能指標確定后。根據(jù)成本預算、人機界面、測量模塊與其它模塊的界面要求選擇合適的測試方法。 （2）系統(tǒng)詳細設計 宜采用模塊化設計方法，需要考慮因素有： 1）根據(jù)性能要求選擇相應的測量方法； 2）選擇適當?shù)膫鞲衅骰蜣D換器； 3）考慮系統(tǒng)所處現(xiàn)場

52、需要的處理功能； 4）與傳感器、轉換器相配合的硬件和機電裝置的規(guī)格，以及專用器材的制造； 5）有關的應用軟件的選擇及軟件的編制。第7章 計算機檢測技術 7.5.1 轉軸等回轉體轉速的實時測量、數(shù)據(jù)處理轉軸等回轉體轉速的實時測量、數(shù)據(jù)處理 設計一個以8031單片機為核心組成的計算機檢測系統(tǒng)。用于過程控制和工業(yè)設備中對轉軸等回轉體轉速的實時測量、數(shù)據(jù)處理等，并可以作為智能儀表或集散型測控系統(tǒng)的子系統(tǒng)。7.5 計算機檢測技術應用實例計算機檢測技術應用實例 （1）系統(tǒng)的主要性能 系統(tǒng)的測速范圍：69999r/min； 系統(tǒng)自動根據(jù)轉速范圍調(diào)整測速方法，使相對誤差始終小于0.1； 當轉速超出設定范圍時，

53、系統(tǒng)將報警，且轉速設定值可由小鍵盤輸入； 系統(tǒng)留有與上位機通信的軟硬件接口，擴展使用功能。第7章 計算機檢測技術 （2）測量方法分析 1）轉速測量原理 為了提高測速精度，系統(tǒng)采用了兩種測速方法。高速時采用測頻率法，低速時采用測周期法。測頻率法是在一定的定時時間內(nèi)，采集旋轉角編碼器發(fā)出的計數(shù)脈沖的個數(shù)，然后計算出轉速。測周期法是利用單片機內(nèi)部的定時器在旋轉角編碼器發(fā)出的計數(shù)脈沖的一個或若干個周期內(nèi)定時測出其周期，然后計算出轉速。 開機時，首先按低速測量，然后判別轉速，低于360r/min時按測周期法進行測量；高于臨界值后，則切換到測頻率法測量，這樣就保證了各種轉速下的測速精度。 第7章 計算機檢

54、測技術 本系統(tǒng)采用360p/r的旋轉角編碼器，轉速在3609999r/min之間時采用測頻法。轉速計算公式如下： TNn36060（r/min） (7.5) 式中，N為脈沖個數(shù)計算數(shù)值，T 為定時周期(s)。 其量化誤差N1，因此相對誤差為： 100。 N1 顯然，N越大，相對誤差越小。因此，為了提高測速精度，應該加大每次采集到的計數(shù)脈沖個數(shù)N。而加大N必須加大定時周期T ，將導致測速系統(tǒng)的動態(tài)特性降低。為解決這對矛盾，在不同的轉速范圍采用不同的定時周期。第7章 計算機檢測技術 在不同的轉速范圍采用不同的定時周期： 當轉速為360l800r/min時，相當于630r/s，則每秒發(fā)出2160l0

55、800個計數(shù)脈沖,取T 為500ms，則每次可采集到l0805400個脈沖。相對誤差為: ，即0.090.018。 當轉速在18009999r/min時，取T 為100ms，則每次可采集到10806000個脈沖，對應的相對誤差為0.090.017。 采用兩種不同的定時時間，既保證了相對誤差小于0.1，又保證了在高速時系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。 工作時，用CPU內(nèi)部定時器實現(xiàn)100ms的“基本定時”，再與軟件計數(shù)器結合實現(xiàn)不同的采樣周期。 %10054001%10010801第7章 計算機檢測技術 在低速時采用測周期法。即在脈沖的上升沿到來時開始定時，脈沖的下降沿到來時停止定時。計算出定時時間再乘2（

56、即旋轉一周的時間）。MCS5l單片機具有門控工作方式，通過指令使定時器0工作在門控工作方式，并將旋轉角編碼器的計數(shù)脈沖引到8031的外部中斷輸入引腳INT0。這樣，當計數(shù)脈沖上升沿到來時INT0為高電平，定時器0開始定時；當計數(shù)脈沖的下降沿到來時，INT0轉為低電平，定時器立即停止計數(shù)。讀出定時器內(nèi)的計數(shù)值再乘以單片機的機器周期即可得到定時時間。轉速計算公式： 3602601TNn（r/min） (7.6) 式中N為定時器計數(shù)值，T1為單片機機器周期(s)，如803l的主頻率為6MHz，則T12S?？梢娪嬎銠C的主頻越高，測量精度越高。 第7章 計算機檢測技術 由式7.6確定的轉速的相對誤差仍為

57、 l00，所以定時計數(shù)值N越大越好。因此，轉速在630r/min之間時，采用單周期測量；轉速在30120r/min之間時采用四周期測量；轉速在120360r/min之間時采用八周期測量，以保證相對誤差不大于0.1的要求。 例，n=120r/min相當于2r/s，旋轉角編碼器每秒發(fā)出720個脈沖，脈沖周期為1388.8s，高電平時間為694.4s，采用四周期測量，采樣周期為694.442777.6s，由于T1 為2s，故計數(shù)值為2777.6/21339，其相對誤差為 l000.07。N113391第7章 計算機檢測技術 2）測量法的自動切換 測量法的切換由軟硬件配合實現(xiàn)，是保證本轉速測量系統(tǒng)測量

58、精度的關鍵。其硬件控制電路原理圖為 A15 Y WR INT0 T1 Y Y0 Y 接系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線 8D1D OE Q1 Q2 Q3 Q4 S A B C 74LS151 D2 D1 D0 Q Q CLK D Q Q CLK D Q Q CLK D & G 74LS373 8031 圖 7.15 計數(shù)脈沖通道切換原理電路 其中，74LS373為8D鎖存器，74LSl5l為8選一多路模擬開關。當74LS373的輸出Q1為l時。與門將計數(shù)脈沖引到8031 的外部脈沖輸入端T0，系統(tǒng)采用測頻率法測量。當74LS373的Q1為0時，系統(tǒng)選通數(shù)據(jù)選擇開關74LS15l的使能控制端S，使計數(shù)脈沖通過74L

59、Sl5l有選擇地輸入到803l的外部中斷輸入端INT0，系統(tǒng)采用測周期法測量。 在測周期法時，74LS373的Q2、Q3、Q4控制741LSl5l的數(shù)據(jù)選擇端A、B、C，切換Q2、Q3、Q4的數(shù)值為000、100、010，可以選擇將計數(shù)脈沖直接輸入、4分頻輸入、8分頻輸入方式，即選擇單周期、4周期、8周期測量。軟件在每次計算出轉速之后，立即與幾個臨界值比較，根據(jù)比較結果向鎖存器中寫入相應的控制值。 第7章 計算機檢測技術 （3）系統(tǒng)組成圖7.16 單片機測速系統(tǒng)電路原理圖第7章 計算機檢測技術 單片機測速系統(tǒng)電路原理說明：單片機測速系統(tǒng)電路原理說明： 單片機803l、地址鎖存器74LS373與

60、程序存儲器2764組成單片機最小系統(tǒng)。 單片機8031、顯示數(shù)據(jù)鎖存器74LS273與數(shù)碼管LED以共陰極方式構成靜態(tài)顯示模塊。系統(tǒng)工作時，由8031先將顯示數(shù)據(jù)進行軟件譯碼，分4次將顯示字型數(shù)據(jù)寫入鎖存器。 并行接口8155、命令輸入鍵、聲光報警器構成控制與報警模塊。 旋轉角編碼器、計數(shù)脈沖輸入通道選擇電路、803l計數(shù)器T0口與外部中斷INTO構成計數(shù)脈沖輸入通道。 由單片機串行口構成的與上位機的接口電路。 第7章 計算機檢測技術 （4）系統(tǒng)功能評價 1）測量范圍大，且測量精度高。其測速范圍達到69999r/min，但最大相對誤差在任意速度段內(nèi)均小于0.1。 2）具有越限報警功能，且可以通