第五节第五节信号传送方式信号传送方式传传感感器器信信号号的的传传送送方方式式，分分为为四四线线式式、三三线式、二线式。线式、二线式。传传感感器器信信号号的的传传送送分分两两种种情情况况，变变送送器器前前敏敏感感元元件件后后和和变变送送器器后后到到二二次次仪仪表表之之间间的的信信号号传送传送。1一、四线式传送方式一、四线式传送方式2二、二线式传送方式二、二线式传送方式3三、三线式传送方式三、三线式传送方式4第六节第六节转换电路转换电路一、电压一、电压-电流转换电路电流转换电路(V/I)1.分立元件分立元件V-I变换的原理变换的原理书中的实例书中的实例（1）15V电压信号转换为电压信号转换为420mA（2）010电压信号转换为电压信号转换为420mA567010电压信号转换为电压信号转换为420mA892集成芯片集成芯片（1）电压电流转换接口芯片）电压电流转换接口芯片AM442AM442是是一一个个用用于于处处理理差差分分电电桥桥信信号号的的电电压压电电流流转转换换接接口口集集成成电电路路。它它不不仅仅能能通通过过二二线线制制方方式式将将输输入入信信号号转转换换成成标标准准的的4-20mA电电流流信信号号，而而且且也也能能通通过三线制方式输出过三线制方式输出0/4-20mA的电流信号。的电流信号。10 XTR101XTR101是是一一个个精精密密、低低漂漂移移的的双双线线变变送送器器，它它可可以以把把微微弱弱的的电电压压信信号号进进行行放放大大并并变变换换成成4mA4mA20mA20mA的的电电流流信信号号后后进进行行远远距距离离传传送送。它它由由一一个个高高精精度度的的仪仪表表放放大大器器、压压控控输输出出电电流流源源和和2 2个个精精密的密的1mA1mA电流源组成。电流源组成。（2）XTR 101 XTR103 XTR 104 XTR 105 XTR 106 XTR112 XTR 11411二、电流二、电流-电流转换电路电流转换电路书中的实例书中的实例（1）010mA电流信号转换为电流信号转换为420mA（2）420mA电流信号转换为电流信号转换为010mA13三、电流三、电流-电压变换（电压变换（I/V）1.分立元件分立元件14负载接地152.集成芯片集成芯片MAX471MAX4721617四、电阻四、电阻-电压变换电路电压变换电路N-Channel Silicon MOSFET18五、电压五、电压-频率变换电路频率变换电路(Voltage-to-FrequencyConverter)V/FF/VMCU19 ICL8038是Intel公司生产的中规模集成电路，外加其它电路制作高质量V/F转换电路。 LM331是美国NS公司生产的性能价格比较高的集成芯片，可用作精密频率电压转换器、A/D转换器、线性频率调制解调、长时间积分器及其他相关器件。LM331采用了新的温度补偿能隙基准电路，在整个工作温度范围内和低到4.0V电源电压下都有极高的精度。LM331的动态范围宽，可达100dB；线性度好，最大非线性失真小于0.01，工作频率低到0.1Hz时尚有较好的线性；变换精度高，数字分辨率可达12位；外接电路简单，只需接入几个外部元件就可方便构成V/F或F/V等变换电路，并且容易保证转换精度。202122六、电容量六、电容量-频率变换电路频率变换电路(Capacitance-to-FrequencyConverter)23七、频率七、频率-电压变换电路电压变换电路(Frequency-to-VoltageConverter)F/V转换电路各种各样，通常用单稳态触发器转换电路各种各样，通常用单稳态触发器和平均电路构成。和平均电路构成。(0-100Hz转为转为0-10V)24F/V转换集成电路转换集成电路ADVFC32LM3312526八、电荷八、电荷-电压变换电路电压变换电路(Charge-to-VoltageConverter)27第七节第七节模数转换电路模数转换电路A-D转换转换(Analog-to-DigitalConversion)A-D转换器的种类转换器的种类并并行行比比较较(“闪闪电电”式式)ADC逐逐次次逼逼近近ADC积积分分型型ADC“流流水水线线”ADC-ADC28一、直接转换一、直接转换ADC直直接接转转换换ADC也也称称“闪闪电电”式式 (Flash)， 这这 种种 结结 构构 的的ADC速速度度极极快快，所所有有位位的的转转换换同同时时完完成成，但但要要求求高高密密度度集集成成数数量量巨巨大大的的比比较较器器，一一个个N位位分分辨辨率率的的转转换换器器需需要要2N-1个个比比较较器器。参参考考电电压压由由一一个个电电阻阻网网络络设设定定，彼彼此此相相差差VReF/2N，当当输输入入电电压压VIN加加上上以以后后，所所有有比比较较器器将将VIN与与各各自自的的参参考考电电压压值值进进行行比比较较。输输出出经经一一个个编编码码逻逻辑辑单单元元编编码码后后产产生生转转换换器器的的并并行行N位位数数据据输输出出，虽虽然然直直接接转转换换ADC具具有有最最快快的的速速度度，(目目前前可可达达几几个个GHz)，但但其其分分辨辨率率受受到到集集成成度度的的限限制制，其其过过大大的的输输入入电电容容及及大大量量的的比比较较器器产产生生的的功功率率耗耗散散，都都将将使使该该种种转换器的应用受到影响。转换器的应用受到影响。29二、逐次逼近二、逐次逼近ADC逐次逼近逐次逼近ADC或称为位权转换技术，这种结构如图或称为位权转换技术，这种结构如图，采用一个比较器和，采用一个比较器和一个一个N位数模转换器位数模转换器(DAC)和一个逐次逼近寄存控制器和一个逐次逼近寄存控制器(SAR)等组成，当开始转等组成，当开始转换时，换时，SAR将高位设置为将高位设置为1，DAC将该值转换模拟量后由比较器与输入电压进将该值转换模拟量后由比较器与输入电压进行比较，当高于输入电压时则行比较，当高于输入电压时则SAR将第将第1位设为位设为0，同时设置第二位为，同时设置第二位为1进行下进行下一次比较，当一次比较，当DAC电压低于输入电压时电压低于输入电压时SAR将该位设为将该位设为1，同时设置下一位，同时设置下一位为为1，这样直到第，这样直到第N位设置并判断完成后，位设置并判断完成后，SAR将此比较结果作为将此比较结果作为ADC的输出。的输出。这种转换技术具有功耗较低，很低的生产成本，但其输入带宽低，采样速率不这种转换技术具有功耗较低，很低的生产成本，但其输入带宽低，采样速率不高高(最高达最高达1MBPS)。30三、积分型三、积分型ADC积分型积分型ADC又称双斜率转换技术，它包括两个主要部分，一部分电路又称双斜率转换技术，它包括两个主要部分，一部分电路采样并量化输入电压，产生一个时域间隔，另一部分产生脉冲序列，再由采样并量化输入电压，产生一个时域间隔，另一部分产生脉冲序列，再由一个记数器将其转换成数字量。如图一个记数器将其转换成数字量。如图6，图，图7，积分型，积分型ADC的速度和带宽的速度和带宽都非常低，但它们抑制高频噪声和固定的低频干扰的能力很强。都非常低，但它们抑制高频噪声和固定的低频干扰的能力很强。31四、四、-转换器转换器-转换器又称过采样转换器，这种转换器由转换器又称过采样转换器，这种转换器由-调制器及数字滤波器和调制器及数字滤波器和1位位DAC构成，如图构成，如图8，输入信，输入信号送入号送入-ADC后被后被1位位DAC进行高速量化，经过数字进行高速量化，经过数字滤波处理后，得到转换记录。滤波处理后，得到转换记录。32五、五、“流水线流水线”ADC“流水线流水线”ADC又称为子区式模数转换器，它由级联的多级电路组成，又称为子区式模数转换器，它由级联的多级电路组成，每一级包含一个采样保持放大器，一个低分辨率每一级包含一个采样保持放大器，一个低分辨率ADC和和DAC，以及一个，以及一个求和电路和一个可提供增益的级间放大器组成。首先由第一级执行较粗略求和电路和一个可提供增益的级间放大器组成。首先由第一级执行较粗略的的M位位A/D转换。按着由一个转换。按着由一个N位精度的位精度的DAC将转换结果变回到将转换结果变回到2M的模拟的模拟电平与输入求差，最后由级间放大器将差值信号传入下一级，经过最后一电平与输入求差，最后由级间放大器将差值信号传入下一级，经过最后一级转换后，最后由较精确的低位闪电式转换器将最后的差值进行转换。将级转换后，最后由较精确的低位闪电式转换器将最后的差值进行转换。将所有子区的转换结果组合起来，从而完成转换。所有子区的转换结果组合起来，从而完成转换。此结构简化了此结构简化了ADC的设计，允许各子区同时对多个采样进行处理。的设计，允许各子区同时对多个采样进行处理。非常低的功耗、很高的转换速度，可达非常低的功耗、很高的转换速度，可达10MSPS。该结构对噪声，带宽和。该结构对噪声，带宽和瞬态响应速度等都具有很大的改善。瞬态响应速度等都具有很大的改善。“流水线流水线”ADC不仅具有很高的采样率、很宽的输入频带，而且功耗低。不仅具有很高的采样率、很宽的输入频带，而且功耗低。33简化的Max1200系列14位流水线ADC的内部逻辑34六、六、3位位A/D转换器转换器3536五、五、4位位A/D转换器转换器MAX1491 3 MAX1493/MAX1495 4 373839第八节第八节数字显示数字显示一、荧光数码管显示一、荧光数码管显示40二、二、LED显示显示(LightEmittingDiode)通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结通过发光二极管芯片的适当连接（包括串联和并联）和适当的光学结构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组构。可构成发光显示器的发光段或发光点。由这些发光段或发光点可以组成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等。通常把数码管、成数码管、符号管、米字管、矩阵管、电平显示器管等。通常把数码管、符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显符号管、米字管共称笔画显示器，而把笔画显示器和矩阵管统称为字符显示器。示器。1.LED字符显示器结构及分类字符显示器结构及分类（一）（一）LED显示器结构显示器结构基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按下图排列而成基本的半导体数码管是由七个条状发光二极管芯片按下图排列而成的。可实现的。可实现09的字符显示。的字符显示。41（二（二）LED显示器分类显示器分类A.按字高分按字高分B.按颜色分按颜色分C.按发光管电极的连接方式按发光管电极的连接方式：共阴极：共阴极共阳极共阳极D.按结构分：反射罩式按结构分：反射罩式、条形七段数码管、单片集成、条形七段数码管、单片集成42LED点阵式显示器点阵式显示器LED点阵式显示器与由单个发光二极管连成的显示器相比，具有焊点少、点阵式显示器与由单个发光二极管连成的显示器相比，具有焊点少、连线少，所有亮点在同平面、亮度均匀、外形美观等优点。连线少，所有亮点在同平面、亮度均匀、外形美观等优点。点阵管根据其内部点阵管根据其内部LED尺寸的大小、数量的多少及发光强度、颜色等可分尺寸的大小、数量的多少及发光强度、颜色等可分为多种规格。为多种规格。432.LED显示器的应用显示器的应用A.静态驱动静态驱动B.动态驱动动态驱动443.常用的驱动芯片常用的驱动芯片单片机系统中常用单片机系统中常用8279HD7279PS7219Max7219BC7281A等等。等等。45三、三、LCD显示显示(LiquidCrystalDisplay)46474849