原創T教育中心 丧八武乘统培训基 第15讲A/D转换接口技术 151模拟量输入接口技术 15.2A/D转换器的主要性能指标及分类 153常用的A/D转换芯片
第15讲 A/D转换接口技术 15.1 15.1 模拟量输入接口技术 模拟量输入接口技术 15. 2 A/D 15. 2 A/D转换器的主要性能指标及分类 转换器的主要性能指标及分类 15.3 常用的A/D转换芯片
弗原創IT教育中心 在单片机应用中,常常需要测量温度、湿度、流 量、速度、液位、压力等多种模拟量,并通过输入接口 传送给单片杋℃PU,需要输岀模拟量去控制被控对象或 用于显示。模拟量信号是连续变化的电压、电流信号, 与数字量有本质上的区别,模拟量信号需要放大、滤波、 线性化、信号变换等一系列的电路处理,把检测到的模 拟量电压、电流信息变换成0-5V的电压信号,通过A/V 转换电路转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同 样,单片机输出的数字量控制值,也往往要通过D∧A转 换电路变换成模拟量才能去控制被控对象或用于数据的 显示。因此,模拟量的输入输出接口技术是单片机应用 中的一个重要环节
在单片机应用中，常常需要测量温度、湿度、流 在单片机应用中，常常需要测量温度、湿度、流 量、速度、液位、压力等多种模拟量，并通过输入接口 量、速度、液位、压力等多种模拟量，并通过输入接口 传送给单片机CPU，需要输出模拟量去控制被控对象或 需要输出模拟量去控制被控对象或 用于显示。模拟量信号是连续变化的电压、电流信号， 用于显示。模拟量信号是连续变化的电压、电流信号， 与数字量有本质上的区别，模拟量信号需要放大、滤波、 与数字量有本质上的区别，模拟量信号需要放大、滤波、 线性化、信号变换等一系列的电路处理，把检测到的模 线性化、信号变换等一系列的电路处理，把检测到的模 拟量电压、电流信息变换成 拟量电压、电流信息变换成 0 -5V的电压信号，通过 的电压信号，通过A/V 转换电路转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同 转换电路转换成相应的数字量才能输入单片机处理。同 样，单片机输出的数字量控制值，也往往要通过 样，单片机输出的数字量控制值，也往往要通过D/A 转 换电路变换成模拟量才能去控制被控对象或用于数据的 换电路变换成模拟量才能去控制被控对象或用于数据的 显示。因此，模拟量的输入输出接口技术是单片机应用 显示。因此，模拟量的输入输出接口技术是单片机应用 中的一个重要环节。 中的一个重要环节
弗原創IT教育中心 15.1模拟量输入输出接口技术 在单片机应用中,需要测量温度,湿度,流量,速 度,液体,压力等大量模拟量,需要输岀模拟量去控制 被控对象或进 示,模拟量的输入输出也是单片机的 接口是 重要的环节。模拟量信号是连续变化的电 压,电流信号,与数字量有本质一的区别,需要对模拟 地量造,借号接路能得与 通过Δ/D转换电路,转换成相应的数字量才能输入单片 灶沙果转英殼救型能进符整搦儘集要 此,模拟量的输入输出是单片机应用中的一个重要环节
15．1模拟量输入输出接口技术 在单片机应用中，需要测量温度，湿度，流量，速 在单片机应用中，需要测量温度，湿度，流量，速 度，液体，压力等大量模拟量，需要输出模拟量去控制 度，液体，压力等大量模拟量，需要输出模拟量去控制 被控对象或进行显示，模拟量的输入输出也是单片机的 被控对象或进行显示，模拟量的输入输出也是单片机的 接口是一个重要的环节。模拟量信号是连续变化的电 接口是一个重要的环节。模拟量信号是连续变化的电 压，电流信号，与数字量有本质一的区别，需要对模拟 压，电流信号，与数字量有本质一的区别，需要对模拟 量信号时放大，滤波，线性化，信号变换等电路处理， 量信号时放大，滤波，线性化，信号变换等电路处理， 把测量的模拟量电压，电流信号变换成 把测量的模拟量电压，电流信号变换成 0 -5V的电压信号， 通过A/D转换电路，转换成相应的数字量才能输入单片 转换电路，转换成相应的数字量才能输入单片 机处理。同样，单片机的控制值，测量数据也往往要通 机处理。同样，单片机的控制值，测量数据也往往要通 过D/A转换电路变换成模拟量才能进行控制或显示。因 转换电路变换成模拟量才能进行控制或显示。因 此，模拟量的输入输出是单片机应用中的一个重要环节。 此，模拟量的输入输出是单片机应用中的一个重要环节
弗原創IT教育中心 15.1.1模拟量输入接口技术 1传感器的概念 传感器是把一种物理量(或化学量、生物量)转 换成另一种与之有确定对应关系的物理量(通常是 电量)的装置。它是测量系统中最重要的环节。 传感器有许多种类,一种是以被测参数的性质来 分,一种是以传感器的测量原理来分。 按被测量参数的性质来分,有热量类传感器,用 于测量温度,热量,比热,压力,流量,风速等;有 机械量类传感器,用于测量位移,应力,振 速 度等;有成分量类传感器,用于测量各种气体、液体 的成分、浓度、密度等。 按传感器测量原理来分,有电阻式、电感式、电 容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式等
15．1.1模拟量输入接口技术 1.传感器的概念 传感器是把一种物理量（或化学量、生物量）转 器是把一种物理量（或化学量、生物量）转 换成另一种与之有确定对应关系的物 换成另一种与之有确定对应关系的物 理量（通常是 电量）的装置。它是测量系统中最重要的环节。 电量）的装置。它是测量系统中最重要的环节。 传感器有许多种类，一种是以被测参数的性质来 器有许多种类，一种是以被测参数的性质来 分，一种是以传感器的测量原理来分。 分，一种是以传感器的测量原理来分。 按被测量参数的性质来分，有热量类传感器，用 测量参数的性质来分，有热量类传感器，用 于测量温度，热量 于测量温度，热量，比热，压力，流量，风速等；有 ，比热，压力，流量，风速等；有 机械量类传感器， 机械量类传感器，用于测量位移，应力，振动，加速 用于测量位移，应力，振动，加速 度等；有成分量类 度等；有成分量类传感器，用于测量各种气体、液体 传感器，用于测量各种气体、液体 的成分、浓度、密度等。 的成分、浓度、密度等。 按传感器测量原理来分，有电阻式、电感式、电 原理来分，有电阻式、电感式、电 容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式等。 容式、阻抗式、磁电式、热电式、压电式等
弗原創IT教育中心 传感器品种繁多,用途各异,但衡量传感器的基本参数主要 有 测量范围:传感器能正常工作的范围,在使用中不应使传 感器过载,以免损坏元件,或造成大的测量误差。 线性度:传感器的输入与输出的关系,大部分传感器的输入 输出关系是非线性的,在使用中,要进行线性化处理。在采用 单片机后,可以用软件的方法进行线性化处理,可以简化电 路,获得较好效果。 灵敏度:传感器的输出与输入信号之比,灵敏度大的传感 器,电路处理方便,我们希望传感器有较大的灵敏度。 互换性:同种传感器的特性参数的一不致性,传感器的互 换性差,会给使用带来不方便
传感器品种繁多，用途各异，但衡量传感器的基本参数主要 传感器品种繁多，用途各异，但衡量传感器的基本参数主要 有： 测量范围：传感器能正常工作的范围，在使用中不应使传 测量范围：传感器能正常工作的范围，在使用中不应使传 感器过载，以免损坏元件，或造成大的测量误差。 感器过载，以免损坏元件，或造成大的测量误差。 线性度：传感器的输入与输出的关系，大部分传感器的输入、 线性度：传感器的输入与输出的关系，大部分传感器的输入、 输出关系是非线性的，在使用中，要进行线性化处理。在采用 输出关系是非线性的，在使用中，要进行线性化处理。在采用 单片机后，可以用软件的方法进行线性化处理，可以简化电 单片机后，可以用软件的方法进行线性化处理，可以简化电 路，获得较好效果。 路，获得较好效果。 灵敏度：传感器的输出与输入信号之比，灵敏度大的传感 灵敏度：传感器的输出与输入信号之比，灵敏度大的传感 器，电路处理方便，我们希望传感器有较大的灵敏度。 器，电路处理方便，我们希望传感器有较大的灵敏度。 互换性：同种传感器的特性参数的一不致性，传感器的互 互换性：同种传感器的特性参数的一不致性，传感器的互 换性差，会给使用带来不方便。 换性差，会给使用带来不方便
弗原創IT教育中心 15.1.1模拟量输入接口技术 2.温度、压力等常用传感器 在单片机应用中,常用的测量参数有温度,压力,湿度,液 位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。是单片机应用中最基本的 测量参数 热电偶温度传感器 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AB组成一个闭合回路,只要它们的两个接点t1, 的温度不同,在回路里就会产生热电动势,如图9.1所示
15．1.1模拟量输入接口技术 2.温度、压力等常用传感器 温度、压力等常用传感器 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液 位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。是单片机应用中最基本的 温度是表示物体冷热程度的参数。是单片机应用中最基本的 测量参数。 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器 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 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 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 的温度不同，在回路里就会产生热电动势，如图9.1所示：
15.1.1模拟量输入接口技术 2温度、压力等常用传感器 在单片机应用中,常用的测量参数有温度,压力,湿度,液 位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 ①)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。是单片机应用中最基本 的测量参数。 热电偶温度传感器 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AB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,如图所示
15．1.1模拟量输入接口技术 2.温度、压力等常用传感器 温度、压力等常用传感器 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液 在单片机应用中，常用的测量参数有温度，压力，湿度，液 位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 位等。我们对常用的传感器作一详细的介绍。 (1)温度传感器 温度是表示物体冷热程度的参数。 温度是表示物体冷热程度的参数。 是单片机应用中最基本 是单片机应用中最基本 的测量参 数。 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器 热电偶温度传感器是以热电效应为基础的，将任意两种不 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 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，如图所示： 的温度不同，在回路里就会产生热电动势，如图所示：
弗原創IT教育中心 15.1.1模拟量输入接口技术 热电偶电桥补偿测量电路中,Rt为热敏电阻,当冷 端温度变化时,由于热敏电阻的补偿作用,消除了 冷端温度变化的影响,提髙了测量的精度。常用热 电偶的代号,分度号及测量范围见表9.1 名称 代号 分设号 测量范围°C 铜-康铜 WRC (T) CK 00-+300 镍铬考铜WRK (E)EA-20-800 镍铬-镍硅WRN (K)EU-20-1300 铂铑。-铂 WRP (S)LB-30-1600 铂铑铂铑。WRR (B)LB20-1800
15．1.1模拟量输入接口技术 热电偶电桥补偿测量电路中， 热电偶电桥补偿测量电路中，Rt为热敏电阻，当冷 为热敏电阻，当冷 端温度变化时，由于热敏电阻的补偿作用， 端温度变化时，由于热敏电阻的补偿作用，消除了 冷端温度变化的影响，提高了测量的精度。 冷端温度变化的影响，提高了测量的精度。常用热 电偶的代号，分度号及测量范围见表 电偶的代号，分度号及测量范围见表9.1。 名称 代号 分设号 测量范围ºC 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
弗原創IT教育中心 15.1.1模拟量输入接口技术 热电偶的测温度范围在-180-2800°C,热电偶的输出热 电势与工作端温度有关,还与自由端的温度有关,所 以在测量时需要进行冷端补偿,热电偶的常用测量电 路如图所示。 十 被测温度 R
15．1.1模拟量输入接口技术 热电偶的测温度范围在 热电偶的测温度范围在-180-2800ºC，热电偶的输出热 热电偶的输出热 电势与工作端温度有关，还与自由端的温度有关，所 电势与工作端温度有关，还与自由端的温度有关，所 以在测量时需要进行冷端补偿，热电偶的常用测量电 以在测量时需要进行冷端补偿，热电偶的常用测量电 路如图所示
热电阻温度传感器是利用铂电阻,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°,有 较高的灵敏度。铂电阻与电阻的关系为: R=风+4+Br+C(100Co0 式中Rt温度C时铂电阻的电阻值。R0—温度0PC时铂电阻的电 阻值 A3.90802*10-3/°CB--5802*10-7/°CC—4027350*10-12/° 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 100g 铜电阻是利用铜丝线绕成的温度传感器,常用于-50-+150范围,它 的电阻值与温度的关系如 Rt=Ro(1+a t 式中Rt温度tOC时铜电阻的电阻值。R0温度0C时铜电阻的 电阻值。 a——铜电阻温度系数,为4,25*103/°C 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1009和509。 对于用铂电阻、铜电阻一类热电阻作为温度传感器时,由于温度的 变化只引起很小的电阻值变化,所以热电阻的测量电路常用不平衡电
热电阻温度传感器是利用铂电阻，铜电阻，热敏电阻的阻值随温度而 热电阻温度传感器是利用铂电阻，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 变化的原理测量温度的，这一类传感器的适用范围在 -200 -+650 º C，有 较高的灵敏度。铂电阻与电阻的关系为： 较高的灵敏度。铂电阻与电阻的关系为： 式中Rt——温度 t º C时铂电阻的电阻值。 时铂电阻的电阻值。 R0——温度 0 º C时铂电阻的电 阻值。 A——3.90802*10 3.90802*10 -3/ ºC B — -5.802*10 5.802*10 -7/ ºC C—— -4027350*10 4027350*10 -12/ º C 常用的铂电阻传感器有 常用的铂电阻传感器有Pt100，Pt100是指 0 º C时铂电阻的电阻值为 时铂电阻的电阻值为 100 Ω 。 铜电阻是利用铜丝线绕成的温度传感器，常用于 铜电阻是利用铜丝线绕成的温度传感器，常用于 -50 -+150 º C范围，它 的电阻值与温度的关系如下： 的电阻值与温度的关系如下： Rt= R0 （1+ α t ） 式中Rt——温度t º C时铜电阻的电阻值。 时铜电阻的电阻值。R0——温度0 º C时铜电阻的 电阻值。 α——铜电阻温度系数，为 铜电阻温度系数，为 4，25*10 -3/ º C 常用的铜电阻传感器有 常用的铜电阻传感器有 Cu100 和Cu50二种，是指 0 º C时，铜电阻的电 时，铜电阻的电 阻值为100 Ω 和50 Ω 。 对于用铂电阻、铜电阻一类热电阻作为温度传感器时，由于温度的 对于用铂电阻、铜电阻一类热电阻作为温度传感器时，由于温度的 变化只引起很小的电阻值变化，所以热电阻的测量电路常用不平衡电 变化只引起很小的电阻值变化，所以热电阻的测量电路常用不平衡电 桥来测量. [ ( ) ] 2 3 Rt = R 0 1 + At + Bt + C t −100 ° C t