,本章内容,第四章,单片机在大学生科技创新活动中的应用,大赛典型竞赛题目分析,单片机基础知识与科技创新,电源电路设计,输入通道电路设计,输出通道电路设计,人机接口电路设计,本章内容第四章大赛典型竞赛题目分析单片机基础知识与科技创新,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,一、数字量输入接口设计,二、模拟量输入输出接口技术,是单片机与测控对象相连的部分，是应用系统的数据采集的,输入通道。,来自被控对象的现场信息按物理量的特征可分为,模拟量和数字量两种。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,一、数字量输入接口设计,1,、光电耦合隔离器,光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如图,1,所示。它们的原理是相同的，即都是通过电,-,光,=,电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,一、数字量输入接口设计,2,、数字量输入通道,（,1,）开关输入电路,凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，要考虑一下问题：,1,）电平转换：,如把现场的电流信号转换为电压信号。,2,）,RC,滤波：,用,RC,滤波器滤出高频干扰。,3,）过电压保护：,用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。,4,）反电压保护：,串联一个二极管防止反极性电压输入。,5,）光电隔离：,用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,一、数字量输入接口设计,2,、数字量输入通道,（,1,）开关输入电路,典型的开关量输入信号调理电路如图,4,所示。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,一、数字量输入接口设计,2,、数字量输入通道,（,2,）脉冲计数电路,有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一种定时计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换算出所检测的物理量。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,一、数字量输入接口设计,2,、数字量输入通道,（,2,）脉冲计数电路,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,1,）采样,:,（数字）数据采集包含模拟信号量化过程,。数字信号不仅在时间上是离散的，而且在数值上也是离散的。类似于从总体中抽样研究分布，故称采样。,以一定时间间隔对连续信号进行采样，使连续信号转换成时间上离散的脉冲序列。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,2,）采样频率,。为了不丢失被采样信号所携带的信息，实时采样的采样频率应满足采样定理（香农定理）的要求，当采样频率不满足采样定理时将产生信号混迭现象，使采样后波形中增加了额外的低频成分，造成失真，引起误差。,在工程上采样频率应取被采样信号所含最高频率的,K,倍，通常,K10,20,。还应在,A/D,转换之前加入抗混迭模拟滤波器,AF,，滤掉多余的高频分量。,香农定理：为使采样信号能够复现原连续信号，采样频率,s,和连续信号,e(t),最高频率,max,之间的关系必须满足：,s2,max,或：,T/,max,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,2,）采样频率,(,推荐,),工业过程变量采样周期：,流量,0.5s,压力,1s,液位,2s,温度,5s,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,3,）数据采集通道,:,由两部分组成：一是信号的滤波、放大、采样、保持、转换部分；二是单片机及其接口部分；如图所示。,接口程序的任务为,:,对接口初始化，确定采样通道、采样频率、中断方式,启动,A/D,读取结果,作前期数据处理，存入指定单元等。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,3,）数据采集通道,:-,各元件的作用,传感器及变换器：,采集现场的各种信号，并变换成电信号,(,电压信号或电流信号,),，以满足单片机的输入要求。现场信号有各种各样，有电信号，如电压、电流、电磁量等；也有非电量信号，如温度、湿度、压力、流量、位移量等，,对于不同物理量应选择相应的传感器。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,3,）数据采集通道,:-,各元件的作用,放大器：对,传感器输出的微弱信号，进行放大处理处理成满足,A/D,转换要求的输入信号。如果传感器输出的信号满足,A/D,转换要求，可以省略。,滤波器：,减少来自各种工业现场的干扰信号。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,3,）数据采集通道,:-,各元件的作用,采样保持器：,在单片机的控制下，在某一个时刻采样模拟信号的值，并能保持该瞬时值，直到下一次重新采样。,主要用于对一个,A/D,转换器分时对多路模拟信号进行转换时，或对变化较快的信号。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,1,、基本概念,（,3,）数据采集通道,:-,各元件的作用,多路转换开关：,实现一个,A/D,转换器分时对多路模拟信号进行转换。如果是一个,A/D,转换器对用一个信号，可以省略。,A/D,转换器：,实现模拟信号向数字转换，量化。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,（,1,）,常用的温度传感器,1,）热电偶温度传感器：,是以热电效应为基础的，将任意两种不同的导体,A-B,组成一个闭合回路，只要它们的两个接点,t1,，,t2,的温度不同，,在回路里就会产生热电动势,，如图,1,所示：,在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液位，速度，位移等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,常用热电偶的代号，分度号及测量范围见表,名称,代号,分设号,测量范围,C,铜,-,康铜,WRC,（,T,）,CK,-200-+300,镍铬,-,考铜,WRK,（,E,）,EA-2,0-800,镍铬,-,镍硅,WRN,（,K,）,EU-2,0-1300,铂铑,10,-,铂,WRP,（,S,）,LB-3,0-1600,铂铑,10,-,铂铑,6,WRR,（,B,）,LB-2,0-1800,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,（,1,）常用的温度传感器,2,）热电阻温度传感器：,它是利用铂电阻，铜电阻，热敏电阻的阻值随温度而变化的原理测量温度的，这一类传感器的适用范围在,-200-+650,C,，有较高的灵敏度。,常用的铂电阻传感器有,Pt100,，,Pt100,是指,0,C,时铂电阻的电阻值为,100,。常用于,-50-+650,C,范围。,常用的铜电阻传感器有,Cu100,和,Cu50,二种，是指,0,C,时，铜电阻的电阻值为,100,和,50,。常用于,-50-+150,C,范围。,热敏电阻是一种利用一些金属氧化物按比例混合烧结成的电阻值随温度而变化的传感器。灵敏度高，体积小，反应快，使用寿命长。它适用的测量范围为,-50,C-+300,C,。,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入输出接口技术,（,1,）常用的温度传感器,2,）热电阻温度传感器：,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,（,1,）常用的温度传感器,3,）半导体集成温度传感器,该传感器的线性度好，使用方便，可以直接输出电压信号，或电流信号，常用型号见下表,型号,测量范围,C,输出信号,温度系数,XC616A,+40-+125,电压型,10mV/,C,XC616C,-25-+85,电压型,10mV/,C,LX6500,-55-+85,电压型,10mV/,C,Lm3911,-25-+85,电压型,10mV/,C,AD590,-55-+150,电流型,1uA/,C,Lm35,-35-+150,电压型,10mV/,C,Lm134,-55-+125,电流型,1uA/,C,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,（,1,）常用的温度传感器,3,）半导体集成温度传感器,典型应用如图,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,（,2,）常用的压力传感器,压力测量在工业、航空、航天、汽车、气象、海洋、医疗等方面有大量的应用，利用压力可以测量液体、水的高度和压力，可以测量血压、气体质量和重量等参数。,压力（又称压强）的单位是帕（Pa），1帕=1牛/米2，常用千帕（KPa），兆帕（MPa）表示，工业上使用的压力单位有Kg/cm2和mmHg，mmHg几种,。它们之间的关系见表,1,：,2,、常用的传感器（变换器）及选择问题：,4.4 输入通道电路设计第四章 单片机在大学生科技创新活动中,4.4,输入通道电路设计,第四章 单片机在大学生科技创新活动中的应用,二、模拟量输入接口技术,（,2,）常用的压力传感器,各个压力（又称压强）的单位之间的关系见表,1,：,单位,Pa(,帕,),Kg/cm,2,atm(,大气压,),MmHg,MmH20,1Pa,1,1.0997*10,5,9.8692*10,-6,7.5006*10,-3,0.10197,1K