河北科技大学教案用纸

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1、河北科技大学教案用纸第19次课2学时上次课复习：DC/DC电源变换器本次课题（或教材章节题目）：第十章数据采集系统第一节数据采集系统的设计方法教学要求：掌握数据采集信号的基本构成、了解常用A/D转换器主要类型，掌握A/D转换器的选择方法重点：A/D转换器的选择方法难点：A/D转换器位数的确定教学手段及教具：讲授讲授内容及时间分配：1.数据采集系统的设计方法：45分钟2.A/D转换器的选择方法：45分钟课后作业课后习题第4题参考资料1.沙占友等编著.数字化测量技术，机械工业出版社，2009.32.沙占友等著.单片机外围

2、电路设计（第2版），电子工业出版社，2006.6.6.3.沙占友.单片开关电源最新应用技术，机械工业出版社，2003.1注：本页为每次课教案首页第9页河北科技大学教案用纸第八章数据采集及语音处理技术第一节数据采集统的设计方法一、基本教学内容：1、数据采集系统的设计方法（1）.数据采集系统的基本构成数据采集系统的基本构成如图8-1-1所示。主要包括多路模拟开关、信号调理器和图8-1-1数据采集系统的基本构成A/D转换器这三大部分。信号调理器一般是通过可编程增益放大器（PGA）、自动补偿或校准电路对模拟信号进行调理，使之

3、能满足A/D转换器对输入电压的要求。新型A/D转换器一般都包含采样/保持器（部分A/D转换器中无采样/保持器）、量化器和编码器。图8-1-1中A点为模拟信号，B点为幅度连续但在时间上离散的信号（亦称离散时间信号或序列），C点为幅度和时间均被离散化的信号，经过编码器即可输出数字信号。多路模拟开关亦称多路转换器（Multiplexer，MUX），其作用是按规定顺序依次从多路模拟输入信号中选择其中一路送至A/D转换器进行模/数转换。A/D转换器件的主要作用是实现量化和编码。量化就是模拟信号先经过在时间轴上抽样后获得取样电平

4、值，再用一个预定精度的数值来近似表示的过程。（2）.A/D转换的主要类型目前，A/D转换器集成电路的开发应用技术受到了人们的普遍关注，国内外许多半导体公司相继推出一批各具特色的A/D转换芯片。其设计目标是通过单片IC将模拟输入信号转换成脉冲形式的数字输出信号。从电路结构上看，目前实现A/D转换的主要类型有闪烁式、积分式、逐次逼近式、∑-△式和流水线式。2．A/D转换器的选择方法及接口示例A/D转换器的生产厂家一般都提供产品数据手册，包含主要性能指标（静态特性、动态特性、接口特性等）、基本原理及典型用法，这是选择A/D

5、转换器的原始依据。为正确使用厂家提供的原始资料，充分发掘器件的潜力，在选择适合特定应用场合的A/D转换器、确保A/D转换精度时，需要注意下述问题。（1）.A/D转换器位数的选择第9页A/D转换器位数的确定，首先应考虑整个测试系统需要测量的范围和精度。一般讲，A/D转换器的位数至少应比总精度所要求的最低分辨率高一位，以便与系统中其他单元（如传感器、信号预处理电路、伺服机构）的精度相适应。（2）.A/D转换时间的选择转换时间也是A/D转换器的一项主要指标，它限定了系统信号带宽的上限值，也限定了系统的转换速率。（3）.A/

6、D转换器输出接口的选择A/D转换器的输出接口分并行接口、串行接口两大类。（4）.A/D转换器类型的选择采用不同原理制成的A/D转换器，其转换速率（次/s）也不尽相同，一般讲，积分式、电荷平衡式和跟踪比较式A/D转换器的转换速率较慢。逐次比较式A/D转换器的转换时间为几至几十微秒，属于中速ADC，适用于工业多通道单片机控制系统。而采用CMOS工艺的全并行、串并行及电压转移函数式的A/D转换器的速率最快，转换时间仅几十纳秒，常用于数字通信、实时光谱分析、视频数字转换及雷达系统中。5.A/D转换器与单片机的接口示例现以AD

7、C0809A/D转换器为例来介绍并行接口的A/D转换器与8051单片机的接口方法，其接口电路如图8-1-7所示。图8-1-7A/D转换器与8051单片机的接口电路其电路工作过程为：首先输入3位地址，通过使ALE为高电平，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START引脚的上升沿将逐次逼近式寄存器复位，下降沿则用来启动A/D转换。然后EOC输出信号变成低电平，表示A/D转换正在进行，直至转换结束，EOC才变为高电平，结果数据已存入锁存器，该信号可用作中断申请通知8051。8051通过使OE

8、为高电平，打开输出三态门，将转换结果（数字量）读入8051中。二、教学重点：A/D转换器的选择方法三、教学难点：A/D转换器位数的确定；第9页四、强调一点：AD转换器是数据采集系统的“心脏”，它决定着整个系统成败。五、归纳总结：在选择A/D转换器八时，要同时考虑：位数、速度、接口方式、转换器类型等。六、教学方法：（1）以实际数据采集案例为例，说