第四章 输入通道技术z主要内容y4.1 电阻变化信号提取技术y4.2 电压信号放大技术y4.3 输入通道配置技术 (）y4.4 单片机采集系统举例 (）y4.5 实时时钟技术y （详细）4.1 电阻变化信号提取技术z回顾：传感器输出信号类型？z电流、电压（强、弱）、电荷、电势、电阻等。z主要内容y4.1.1 恒流供电检测 （）y4.1.2 电桥法4.1.1 恒流供电检测z恒压式z恒流式 （抗干扰能力强 ）z恒流源的获得(LM317 )z(详细）4.1.2 电桥法z单电桥z双电桥(对桥)z全电桥4.2 电压信号放大技术z4.2.1 基本电路及理想特征（）z4.2.2 常用运算放大器z4.2.3 仪表放大器（抑制共模干扰）z4.2.4 增益可控集成运算放大器z4.2.5 可控增益运算放大器举例（）z4.2.6 AD620 仪器用放大器4.2.1 基本电路及理想特征z基本电路4.2.1 基本电路及理想特征z理想特性y开环放大倍数Av=；y输入阻抗Ri=，输出阻抗R0=0；(）y频带宽度Bw=；y当Vn=Vp时，V0=0y没有温漂。4.2.2 常用运算放大器z通用型yF124、F224、F324等。z高精度集成运算放大器yOP-07、09、11、27、AD508等。z高输入阻抗型yLF347、MC34004、F355、LF155等。z专用运算放大器y视频放大器：MAX457等。y音频放大器：LM386等。4.2.3 仪表放大器（抑制共模干扰） 4.2.4 增益可编程控制集成运算放大器z利用模拟开关改变反馈电阻的方法改变增益。z常用集成增益可编程控制测量放大器有：AD524、AD624、AD625等。 4.2.5 可控增益运算放大器运用举例（）z以4051模拟开关和AD620来实现。控制4051使AD620的增益电阻分别为R1R84.2.6 AD620 低价格、低功耗仪器用放大器z仅需一个外接电阻即可得到11000内的任意增益范围；z极宽的电源工作范围（2.3V18V）；z三片运放组成的电路性能高；z8引脚DIP或SOIC封装；z带宽120kHz（G=100）；z建立时间15uS（0.01%）。4.3 输入通道配置技术（）z主要内容y4.3.1 基本形式y4.3.2 信号隔离技术 （）y4.3.3 多路切换技术y4.3.4 多路信号采集应用举例（）y4.3.5 V/F、F/V变换技术z4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186（难点）z4.3.7 开关量输入的CPU接口（）z4.3.8 “96”HSI和A/D变换子程序（）z4.3.9 单总线4通道A/D转换器DS2450（难点，不作详细讲解，自学）z4.3.10 键盘和触摸屏技术4.3.1 基本形式z结构1：大信号模拟电压A/D单片机z结构2：VV/F单片机z结构3：小信号模拟电压放大A/D单片机z结构4：小信号模拟电压放大V/F单片机z结构5：大信号电流（010mA，0、420mA）I/VA/D单片机z结构6：大信号电流（010mA，0、420mA）I/VV/F单片机420mA（15V)为工业标准，可以监测传感器是否断线（信号为0即断线）z结构7：小信号电流（mA、A）I/V放大A/D单片机z结构8：小信号电流（mA、A）I/V放大V/F单片机z结构9：小信号f放大整形单片机z结构10：TTL电平的频率信号单片机z结构11：非TTL电平的开关信号防抖电平变换整形单片机z开关量(f)隔离技术z需要隔离的信号包括？z数字量z开关量、频率量、数据总线（单总线）等z模拟量4.3.2 信号隔离技术(详细）Iin=Vin/R220mA正向驱动（V-接地）反向驱动（V+接电源）一般为2K施密特整形器单总线隔离驱动z P1.0输出单总线P1.1输入模拟量隔离技术：AD202、精密线性光耦放大电阻5V到05V嵌位二极管分压电路内部电源放大电路4.3.3多路切换技术z单端8通道：AD7501、AD4051z单端16通道：AD7506、AD4067（有INH端）z差动4通道：AD7502、AD4052z差动8通道：AD7507、AD40974.3.4 多路信号采集系统应用举例第一级第二级P1=01101011B选择X11! !4.3.5 V/F、F/V变换技术zV/F变换技术 zF/V变换技术z（课下自学）4.3.6 低功耗、8通道、串行12位A/D变换器MAX186z概述z详细说明z典型运用电路z（简要介绍，自学）1 一般说明zMAX186是12位的数据采集系统，它把8通道多路转换器，大带宽跟踪/保持电路和串行接口组合在一起，具有变换速率高、功耗极低的特点。此期间可使用单一5V电源或5V电源进行工作。其模拟输入可由软件设置为单极性/双极性和单端/差动工作方式。zMAX186使用内部时钟或外部串行接口时钟以完成逐次逼近模/数变换,当使用内部时钟时，串行接口可工作到4MHz以上。zMAX186具有4.096V的内部基准电压,而MAX188要求一个外部基准.这两种器件都带有基准缓冲放大器,它可使增益的微调简单化。2特点z1) 8通道单端或4通道差分输入z2) 单+5V或5V工作电压z3) 低功耗：1.5mA(工作方式) 2A(断电方式)z4) 内部跟踪/保持电路，133KHz采样速率z5) 内部4.096V基准电压（MAX186）z6) 与SPI,QSPI,Micorwire,尺寸TMS320兼容的4线串行接口z7) 可用软件设置的单极性或双极性输入z8) 20引脚的双列直插式（DIP）,小型(SO),紧缩的小型（SSOP）封装3、MAX186操作时序图z 写入控制字节读取AD结果4、启动一次A/D变换z 把一个控制字节与时钟同步送入DIN可启动MAX186/MAX188的一次变换。CS为低电平时SCLKD每一个上升沿把一个位从DIN送入MAX186/MAX188的内部移位寄存器。在CS变低以后，第一个到达的逻辑“1”位定义控制字节的最高有效位。在这第一个“起始”位到达之前，与时钟同步送入DIN的任何个数的逻辑“0”位均无效。5 控制字位7（最高有效位）位6位5位4位3位2位1位0（ 最 低有效位）STARTSEL2SEL1SEL0UNI/BIPSGL/DIFPD1PD0位名称说明7（最高有效位）STARTCS变低以后的第一个逻辑“1”位定义控制字节的起始。654SEL2SEL1SEL0这三位选择8个通道中的哪一个用于变换。见表3和4。3UNI/BIP1=单极性，0=双极性。选择单极性或双极性变换方式。在单极性方式下，可变换0V至VREF的模拟输入信号；在双极性方式下，信号的范围是从VREF/2到VREF/2。2SGL/DIF1=单端，0=差分，选择单端或差分变换。在单端方式下，输入信号电压以AGND作为参考点。在差分方式下，测量两个通道的电压差。见表3和410(最低有效位)PD1PD0选择时钟和关断方式：PD1PD0方式00全关断（IQ=2A）01快速关断（IQ=30A）10内部时钟方式11外部时钟方式 6、通道选择（单端输入）z SEL2SEL1SEL0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7AGND000+-100+-001+-101+-010+-011+-011+-111+-7、通道选择（差分方式）z SEL2SEL1SEL0CH0CH1CH2CH3CH4CH5CH6CH7000+-001+-010+-011+-100-+101-+110-+111-+8、典型应用电路z 4.3.7 开关量输入的CPU接口zHSI口与EXINT口z并行I/O口y8255并行接口y8155并行接口y8253定时器/计数器y（ 详细）一一. HSI. HSI口与口与EXINTEXINT口口z HSI口接收开关量的输入信号，可用中断和查询两种方式；z EXINT口可用于重要的实时信息（因为它的中断优先级别最高）。二并行二并行I/OI/O口口 z 1、8255的控制字z 2、8155的控制字zPA：“0”A口输入；“1”A口输出zPB：“0”B口输入；“1”B口输出zPC2、PC1口：z“00”=ALT1：A口，B口基本输入输出，C口输入z“11”=ALT2：A口，B口基本输入输出，C口输出z“01”=ALT3：A口选通输入输出，B口基本输入输出，zPC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3-PC5输出z“10”=ALT4：A口，B口选通输入输出，zPC0:AINTR,PC1:ABF,PC2:-ASTB,PC3:BINTR,PC4:BBF,PC5:-BSTBTM2TM1IEBIEAPC2PC1PBPA3、8253的控制字z BCD：计数器计数方式选择，可采用二进制或BCD码计数z0：二进制；1：BCDzM2M1M0工作方式：z000方式0；001方式1；X10方式2；X11方式3；100方式4；101方式5zRL1、RL0计数器读写操作长度选择：z00：将计数器中的数据锁存到缓冲器z01：选计数器的低8位进行写或读z10：选计数器的高8位进行写或读z11：对计数器进行两次读/写操作，先低字节，后高字节zSC1、SC0选择计数器z00：选计数器0z01：选计数器1z10：选计数器2z11：非法z当对8253写入控制字后，就要给计数器赋值了。SC1SC0RL1RL0M2M1M0BCD4、8253计数控制z 一般采用每次赋初值和一次赋初值两种方法。当计数脉冲突然断开时，前一种方法计数不回“0”，因为计数器工作脉冲为外部脉冲，没有外部计数脉冲则初始值无法锁存。初始值第1次第2次4.3.8 “96”HSI和A/D变换子程序zHSI中断子程序zA/D变换子程序z（ 详细）4.3.9 单总线4通道A/D转换器DS2450（自学）zDS2450单总线4通道A/D转换器，通过四路到一路模拟复用器逐步逼近完成转换。每个输入通道具有单独的幅值电压、转换结果及报警门限设置寄存器，并且每个通道有上下超限两个标志寄存器，当电压过高或过低时，无需总线干预比较即可使相应寄存器置位。4.3.10 键盘和触摸屏技术z键盘输入技术z触摸屏技术y技术指标y用户接口y数据说明z“三键”或“五键”式输入面膜实例z 4.4 单片机采集系统举例z主要内容 （ 难点）y4.4.1 单片机对频率量的采集y4.4.2 单片机对于多路模拟量的循环 采集4.4.1 单片机对频率量的采集z“F”法、“T”法、“MT”法以及“M/T”法简介z“FT”法原理及误差分析z实现“FT”法的硬件简介z“FT”法在机车测速中的应用实例实际的时间闸门T设置的时间闸门T图4.26 “FT”法第1个脉冲中断时刻第N个脉冲中断时刻zHSIINT: PUSHFzLDBDL ,HSISTAzJBSDL ,0 ,HI0 ;判断是否0口中断zSTHSITIM,HI1TzSJMPHSIFHzHI0:STHSITIM ,HI0T+ ;读时间到HI0T中zLDCX,HI0S ;0 口中断次数加1zINCCXzSTCX,HI0SzCMPCX,#1 ; 第一个脉冲时清TZDCS T1溢出中断zJNEHSIFH2zCLRTZDCSzHSIFH2:; CMPCX,#11 ;取连续中断10次的数据计算转速z;JNEHSIFHzHSIFH:RET4.4.2 单片机对于多路模拟量的循环采集(详细）各时间片任务循环定时/2 商为对第n路进行操作计算一次第n路的值余数0切换多路选择余数1不断AD变换 zHERE: CMPZDCS,ZDCS_BJzJEBFPDOUTzSTZDCS,ZDCS_BJzBFPDOUT:LDADZBJ,ZDCSzCMPADZBJ,#64zJHHERE11zSJMPHERE12zHERE11: SJMPHEREzHERE12: DIVUBADZBJ,#2zCMPBADZBJH,#0zJEHERE22zLCALL ADBH;余数为1时不断地A/D变换zSJMPHEREzHERE22: LDB ACHTDH,ADZBJL ;商正好为ACH的通道号 指单个4051的通道号zLDBSCADBH,#55H;设置即将进入的首次AD变换标记,用于清上次AD累计值zJSCLSJ: LCALLSADDZ;当余数为0时选发送当前通道的4051的通道号 再计算上一通道的平均数据zCMPBADZBJL,#0;=0 还没有进行A/D变换 计算的通道号实为ACHTDH-1zJNHPDWEIOUTzLCALLCJSJALL ;计算A/D采集的数据 ACHTDH即为A/D的通道号 而此时要计算的实为上一次的ACHTDHzPDWEIOUT:SJMP HEREzHERE1:SJMPHERE4.5 实时时钟技术z主要内容y4.5.1 RAM插座DS1216B （详细）y4.5.2 实时时钟集成电路DS1287和DS12887 （自学）y4.5.3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302 （自学）4.5.1 RAM插座DS1216Bz概述z管脚说明zDS1216B 的操作y模式识别y非易失性控制器的工作y实时时钟寄存器信息yAM/PM/12/24方式zDS1216B实时时钟操作DS1216B时钟插座引脚图DATA片选读写相当于CLK相当于三线制的SPI串口DS1216 64BIT识别密码z TM_CLK:LDAX_CLK,#TIMADDLDBDL_CLK,AX_CLKLDCX_CLK,#0LDBR1_CLK,#08HL0_CLK:LDBR2_CLK,#08HLDBDL_CLK,TAB_CLKCX_CLKL1_CLK:STBDL_CLK,AX_CLKSHRBDL_CLK,#1DJNZR2_CLK,L1_CLKINCCX_CLKDJNZR1_CLK,L0_CLKretTAB_CLK:DCB0C5H,3AH,0A3H,5CHDCB0C5H,3AH,0A3H,5CHDS1216B的时钟定义z RD_CLK:LDBX_CLK,#SSSZDZLDBR1_CLK,#08HL4_CLK:LDBR2_CLK,#08HLDBDH_CLK,#00HL5_CLK:SHRBDH_CLK,#1LDBDL_CLK,AX_CLKJBCDL_CLK,0,L6_CLKORBDH_CLK,#80HL6_CLK:DJNZR2_CLK,L5_CLKSTBDH_CLK,BX_CLK+DJNZR1_CLK,L4_CLKRET4.5.2 实时时钟集成电路DS1287和DS12887（自学）zDS12887的特点和功能z引脚排列与功能z地址分配z时间、日历和报警单元的应用方法z控制和状态寄存器4.5.3 微电流充电式实时时钟芯片DS1302（自学）z特点z引脚说明z概述z工作原理z命令字节z复位与时钟控制z数据输入z数据输出微电流充电式实时时钟芯片DS1302（续）z突发模式z时钟/日历z时钟停止标志位zAM/PM及12/24小时制模式选择z写保护位z微电流充电寄存器z时钟/日历突发模式zRAM 微电流充电式实时时钟芯片DS1302（续）zRAM突发模式z寄存器概要z晶振选择z电源控制本章小结z本章内容是智能仪器仪表设计中的一个重要环节前向（输入）通道设计，它是智能仪表自动检测参数的前提。z重点介绍了信号提取、放大、隔离、多路切换，CPU对信号的采集处理、按键输入和实时时钟等。本章作业z仔细阅读有关章节；z现有1路01000V的电压信号、1路010000A的电流信号、1路通过测速电机检测的01200RPM柴油机转速信号、1路振动频率信号、5路通过分流器检测的01000A的电流信号、1路0600KPA的压力信号、2路110V的状态信号需要用采集。x选取合适的传感器并设计对应的前向通道;x设计模拟量、频率量和开关量的采集程序框图或采集时序图.x(大作业，两周以后交）