虚拟仪器硬件技术42205.pptx

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1、传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术6-3 DAQ6-3 DAQ虚拟仪器硬件技术虚拟仪器硬件技术引言引言3.1 3.1 数据采集及数据采集系统数据采集及数据采集系统3.2 3.2 信号获取与信号调理技术信号获取与信号调理技术3.3 3.3 采样保持与采样保持与A/DA/D转换技术转换技术3.3 3.3 数据存储与数据传输技术数据存储与数据传输技术 3.5 PCI3.5 PCI总线及其接口技术总线及其接口技术 3.6 3.6 多通道的组建方案多通道的组建方案3.7 3.7 多功能数据采集卡典型实例分析多功能数据采集卡典型实例分析传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与

2、检测技术传感器与检测技术引 言 DAQ DAQ虚拟仪器又称虚拟仪器又称PC-DAQPC-DAQ仪器系统，其组成如仪器系统，其组成如下图所示。它由一台下图所示。它由一台PCPC机和基于标准总线的采集机和基于标准总线的采集卡（仪器卡）构成，同时还配备有仪器驱动软件卡（仪器卡）构成，同时还配备有仪器驱动软件来支持硬件工作。来支持硬件工作。传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.1 数据采集（DAQ）及数据采集系统（DAS）3.1.1 3.1.1 3.1.1 3.1.1 数据采集的基本概念数据采集的基本概念数据采集的基本概念数据采集的基本概念 “数据采集数据采集数据采集数据

3、采集”（Data Acquisition,DAQData Acquisition,DAQData Acquisition,DAQData Acquisition,DAQ）是指将模）是指将模）是指将模）是指将模拟量（模拟信号）采集、转换成数字量（数字信号）后，拟量（模拟信号）采集、转换成数字量（数字信号）后，拟量（模拟信号）采集、转换成数字量（数字信号）后，拟量（模拟信号）采集、转换成数字量（数字信号）后，再由计算机进行存储、处理、显示或输出的过程。用于再由计算机进行存储、处理、显示或输出的过程。用于再由计算机进行存储、处理、显示或输出的过程。用于再由计算机进行存储、处理、显示或输出的过程。用于

4、数据采集的成套设备称为数据采集系统（数据采集的成套设备称为数据采集系统（数据采集的成套设备称为数据采集系统（数据采集的成套设备称为数据采集系统（Data Data Data Data Acquisition System,DASAcquisition System,DASAcquisition System,DASAcquisition System,DAS）。）。）。）。数据采集是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取数据采集是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取数据采集是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取数据采集是计算机与外部世界联系的桥梁，是获取信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成

5、信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成信息的重要途径。数据采集技术是信息科学的重要组成部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，部分，已广泛应用于国民经济和国防建设的各个领域，并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与并且随着科学技术的发展，尤其是计算机技术的发展与普及，数据采集技术将有广阔的发展前景。普及，数据采集技术将有广阔的发展前

6、景。普及，数据采集技术将有广阔的发展前景。普及，数据采集技术将有广阔的发展前景。传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.1.2 3.1.2 3.1.2 3.1.2 数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成数据采集系统基本组成 1.DAS1.DAS1.DAS1.DAS的基本组成的基本组成的基本组成的基本组成 数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分数据采集系统包括硬件和软件两大部分，硬件部分又可分为模拟部分和数字部分。下图是硬件基本组成示意又可分为模拟部分和

7、数字部分。下图是硬件基本组成示意又可分为模拟部分和数字部分。下图是硬件基本组成示意又可分为模拟部分和数字部分。下图是硬件基本组成示意图。图。图。图。传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术DASDASDASDAS的基本结构图表示如下的基本结构图表示如下的基本结构图表示如下的基本结构图表示如下传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.1.3 3.1.3 3.1.3 3.1.3 数据采集系统的主要性能指标数据采集系统的主要性能指标数据采集系统的主要性能指标数据采集系统的主要性能指标 （1 1 1 1）系统分辨率）系统分辨率）系统分辨率）系统分辨率下

8、表列出了满度值为下表列出了满度值为下表列出了满度值为下表列出了满度值为10V10V10V10V时数据采集系统的分辨率。时数据采集系统的分辨率。时数据采集系统的分辨率。时数据采集系统的分辨率。位位位位 数数数数级数级数级数级数1 LSB1 LSB（满度值的百分数）（满度值的百分数）（满度值的百分数）（满度值的百分数）1 LSB1 LSB（10V10V满度）满度）满度）满度）8 82562560.391%0.391%39.1mV39.1mV1212309630960.0233%0.0233%2.33mV2.33mV161665536655360.0015%0.0015%0.15mV0.15mV20

9、20103857610385760.000095%0.000095%9.539.53 V V232316777216167772160.0000060%0.0000060%0.600.60 V V （2 2 2 2）系统精度）系统精度）系统精度）系统精度 （3 3 3 3）采集速率）采集速率）采集速率）采集速率传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术（3 3 3 3）动态范围）动态范围）动态范围）动态范围 数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最数据采集系统的动态范围通常定义为所允许输入的最数据采集系统的动态范围通常定

10、义为所允许输入的最大幅值大幅值大幅值大幅值V V V Vi i i imaxmaxmaxmax与最小幅值与最小幅值与最小幅值与最小幅值V V V Vi i i iminminminmin之比的分贝数，即之比的分贝数，即之比的分贝数，即之比的分贝数，即 式中最大允许输出幅值式中最大允许输出幅值式中最大允许输出幅值式中最大允许输出幅值V V V Vi i i imaxmaxmaxmax是指使数据采集系统的放大器发是指使数据采集系统的放大器发是指使数据采集系统的放大器发是指使数据采集系统的放大器发生饱和或者是使模数转换器发生溢出的最小输入幅值。生饱和或者是使模数转换器发生溢出的最小输入幅值。生饱和或

11、者是使模数转换器发生溢出的最小输入幅值。生饱和或者是使模数转换器发生溢出的最小输入幅值。瞬时动态范围是指某一时刻系统所能采集到的信号瞬时动态范围是指某一时刻系统所能采集到的信号瞬时动态范围是指某一时刻系统所能采集到的信号瞬时动态范围是指某一时刻系统所能采集到的信号的不同频率分量幅值之比的最大值，即幅度最大频率分量的不同频率分量幅值之比的最大值，即幅度最大频率分量的不同频率分量幅值之比的最大值，即幅度最大频率分量的不同频率分量幅值之比的最大值，即幅度最大频率分量的幅值的幅值的幅值的幅值A A A Af f f fmaxmaxmaxmax与幅度最小频率分量的幅值与幅度最小频率分量的幅值与幅度最小频

12、率分量的幅值与幅度最小频率分量的幅值A A A Af f f fminminminmin之比的分贝数。之比的分贝数。之比的分贝数。之比的分贝数。用用用用I I I I表示瞬时动态范围，则有表示瞬时动态范围，则有表示瞬时动态范围，则有表示瞬时动态范围，则有传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术（5 5）非线性失真）非线性失真 谐波失真系统用来衡量系统产生非线性谐波失真系统用来衡量系统产生非线性失真的程度，它通常用下式表示失真的程度，它通常用下式表示 式中式中 A A1 1基波振幅；基波振幅；A Ak k第第k k次谐波（频率为次谐波（频率为kfkf）的振幅。的振幅。传感

13、器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.2 信号获取与信号调理技术3.2.1 3.2.1 3.2.1 3.2.1 信号获取方法和途径信号获取方法和途径信号获取方法和途径信号获取方法和途径 1 1 1 1信号获取信号获取信号获取信号获取 作为采集系统，为了获取被测对象的信息，需要拾取作为采集系统，为了获取被测对象的信息，需要拾取作为采集系统，为了获取被测对象的信息，需要拾取作为采集系统，为了获取被测对象的信息，需要拾取必要的原始参量信号。为此，首先要通过敏感元件、传感必要的原始参量信号。为此，首先要通过敏感元件、传感必要的原始参量信号。为此，首先要通过敏感元件、传感必要的

14、原始参量信号。为此，首先要通过敏感元件、传感器将现场非电参量，如压力、温度、速度、位移等物理量器将现场非电参量，如压力、温度、速度、位移等物理量器将现场非电参量，如压力、温度、速度、位移等物理量器将现场非电参量，如压力、温度、速度、位移等物理量转换成电量。转换成电量。转换成电量。转换成电量。1 1 1 1）通过敏感元件拾取被测信号）通过敏感元件拾取被测信号）通过敏感元件拾取被测信号）通过敏感元件拾取被测信号2 2 2 2）通过传感器拾取被测信号）通过传感器拾取被测信号）通过传感器拾取被测信号）通过传感器拾取被测信号3 3 3 3）通过接口直接拾取被测信号）通过接口直接拾取被测信号）通过接口直接

15、拾取被测信号）通过接口直接拾取被测信号3 3 3 3）通过测量仪表拾取被测信号）通过测量仪表拾取被测信号）通过测量仪表拾取被测信号）通过测量仪表拾取被测信号传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2输入通道特点输入通道特点输入通道特点输入通道特点 作为信号获取的门户和通道，输入通道具有作为信号获取的门户和通道，输入通道具有作为信号获取的门户和通道，输入通道具有作为信号获取的门户和通道，输入通道具有以下特点：以下特点：以下特点：以下特点：1 1 1 1）输入通道要靠近信号拾取对象）输入通道要靠近信号拾取对象）输入通道要靠近信号拾取对象）输入通道要靠近信号拾取对

16、象2 2 2 2）输入通道常常是一个模拟和数字的混合电路）输入通道常常是一个模拟和数字的混合电路）输入通道常常是一个模拟和数字的混合电路）输入通道常常是一个模拟和数字的混合电路3 3 3 3）输入通道电路设计与多种因素相关）输入通道电路设计与多种因素相关）输入通道电路设计与多种因素相关）输入通道电路设计与多种因素相关3 3 3 3）输入通道的环境无主观选择余地）输入通道的环境无主观选择余地）输入通道的环境无主观选择余地）输入通道的环境无主观选择余地5 5 5 5）输入通道靠近现场，易受干扰）输入通道靠近现场，易受干扰）输入通道靠近现场，易受干扰）输入通道靠近现场，易受干扰传感器与检测技术传感器

17、与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.2.2 3.2.2 3.2.2 3.2.2 采集信号调理的主要功能采集信号调理的主要功能采集信号调理的主要功能采集信号调理的主要功能1 1 1 1、被采集信号的特点、被采集信号的特点、被采集信号的特点、被采集信号的特点传感器感应物理现象并生成与被检测的物理量成比例的电传感器感应物理现象并生成与被检测的物理量成比例的电传感器感应物理现象并生成与被检测的物理量成比例的电传感器感应物理现象并生成与被检测的物理量成比例的电信号。传感器输出信号的类型，主要有电阻、电压、电流信号。传感器输出信号的类型，主要有电阻、电压、电流信号。传感器输出信号的类型，主要有电

18、阻、电压、电流信号。传感器输出信号的类型，主要有电阻、电压、电流和频率等四类信号。和频率等四类信号。和频率等四类信号。和频率等四类信号。2 2 2 2、信号调理功能、信号调理功能、信号调理功能、信号调理功能 信号调理功能主要有：信号调理功能主要有：信号调理功能主要有：信号调理功能主要有：1 1 1 1）放大功能）放大功能）放大功能）放大功能2 2 2 2）隔离功能）隔离功能）隔离功能）隔离功能3 3 3 3）多路复用功能）多路复用功能）多路复用功能）多路复用功能3 3 3 3）滤波功能）滤波功能）滤波功能）滤波功能5 5 5 5）激励功能）激励功能）激励功能）激励功能6 6 6 6）线性化功能

19、）线性化功能）线性化功能）线性化功能传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.2.3 3.2.3 3.2.3 3.2.3 模拟开关模拟开关模拟开关模拟开关 1 1 1 1模拟开关的分类模拟开关的分类模拟开关的分类模拟开关的分类 2 2 2 2模拟开关的主要技术指标模拟开关的主要技术指标模拟开关的主要技术指标模拟开关的主要技术指标 模拟开关的主要技术参数如下：模拟开关的主要技术参数如下：模拟开关的主要技术参数如下：模拟开关的主要技术参数如下：（1 1 1 1）通道数量）通道数量）通道数量）通道数量（2 2 2 2）泄漏电流）泄漏电流）泄漏电流）泄漏电流I I I IS

20、S S S （3 3 3 3）导道电阻）导道电阻）导道电阻）导道电阻R R R Ronononon （3 3 3 3）导通电阻的平坦度）导通电阻的平坦度）导通电阻的平坦度）导通电阻的平坦度 （5 5 5 5）切换速度）切换速度）切换速度）切换速度（6 6 6 6）电源电压范围）电源电压范围）电源电压范围）电源电压范围传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.2.3 3.2.3 测量放大电路测量放大电路 1 1测量放大器电路原理测量放大器电路原理测量放大器原理电路测量放大器原理电路测量放大器原理电路测量放大器原理电路传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器

21、与检测技术测量放大器的增益由下列公式来确定测量放大器的增益由下列公式来确定传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术从而测量放大器输出电压为从而测量放大器输出电压为从而测量放大器输出电压为从而测量放大器输出电压为 为了提高测量放大器的共模抑制比和降低温度漂移，为了提高测量放大器的共模抑制比和降低温度漂移，为了提高测量放大器的共模抑制比和降低温度漂移，为了提高测量放大器的共模抑制比和降低温度漂移，测量放大器的电路结构采用对称行式，一般取测量放大器的电路结构采用对称行式，一般取测量放大器的电路结构采用对称行式，一般取测量放大器的电路结构采用对称行式，一般取 ，可得增，可得增，

22、可得增，可得增益表达式为益表达式为益表达式为益表达式为 很显然，调节很显然，调节很显然，调节很显然，调节R R R Rg g g g可以很方便地改变测量放大器的增益大可以很方便地改变测量放大器的增益大可以很方便地改变测量放大器的增益大可以很方便地改变测量放大器的增益大小。小。小。小。传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2测量放大器主要技术指标测量放大器主要技术指标测量放大器主要技术指标测量放大器主要技术指标测量放大器的主要技术指标有下面六个方面测量放大器的主要技术指标有下面六个方面测量放大器的主要技术指标有下面六个方面测量放大器的主要技术指标有下面六个方

23、面1 1 1 1）共模抑制比）共模抑制比）共模抑制比）共模抑制比 共模抑制比共模抑制比共模抑制比共模抑制比CMRRCMRRCMRRCMRR可表示为可表示为可表示为可表示为2 2 2 2）温度漂移）温度漂移）温度漂移）温度漂移3 3 3 3）非线性度）非线性度）非线性度）非线性度4 4 4 4）建立时间）建立时间）建立时间）建立时间5 5 5 5）恢复时间）恢复时间）恢复时间）恢复时间6 6 6 6）电源引起的失调）电源引起的失调）电源引起的失调）电源引起的失调传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.2.5 3.2.5 3.2.5 3.2.5 模拟量（激励信号）输出模

24、拟量（激励信号）输出模拟量（激励信号）输出模拟量（激励信号）输出 1.D/A1.D/A1.D/A1.D/A转换原理转换原理转换原理转换原理根据叠加原理，根据叠加原理，根据叠加原理，根据叠加原理，D D D D为任意数时四位为任意数时四位为任意数时四位为任意数时四位D/AD/AD/AD/A转换器的总输出电压转换器的总输出电压转换器的总输出电压转换器的总输出电压R-2RR-2RR-2RR-2R梯形网络梯形网络梯形网络梯形网络D/AD/AD/AD/A转换器原理转换器原理转换器原理转换器原理传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2D/AD/AD/AD/A转换器的主

25、要技术指标转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1 1 1 1）分辨率）分辨率）分辨率）分辨率 2 2 2 2）转换精度）转换精度）转换精度）转换精度 3 3 3 3）转换时间）转换时间）转换时间）转换时间 4 4 4 4）尖峰误差）尖峰误差）尖峰误差）尖峰误差D/AD/AD/AD/A转换器尖峰误差及消峰原理转换器尖峰误差及消峰原理转换器尖峰误差及消峰原理转换器尖峰误差及消峰原理传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3 3 3 3D/AD/AD/AD/A转换电路输入与输出形式转换电路输入与输出形式转换电路输入与输出形式转换电路输入与输出形式1 1

26、 1 1）输入方式）输入方式）输入方式）输入方式2 2 2 2）输出方式）输出方式）输出方式）输出方式 输出输入关系式为输出输入关系式为输出输入关系式为输出输入关系式为D/AD/AD/AD/A转换器单极性输出电路转换器单极性输出电路转换器单极性输出电路转换器单极性输出电路传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术 D/A D/A D/A D/A芯片连接成双极性输出的电路图及数字量芯片连接成双极性输出的电路图及数字量芯片连接成双极性输出的电路图及数字量芯片连接成双极性输出的电路图及数字量与模拟量的关系如下图所示与模拟量的关系如下图所示与模拟量的关系如下图所示与模拟量的关系如

27、下图所示D/AD/AD/AD/A转换器双极性输出电路转换器双极性输出电路转换器双极性输出电路转换器双极性输出电路传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.3 采样保持与A/D转换技术3.3.1 3.3.1 3.3.1 3.3.1 采样保持器采样保持器采样保持器采样保持器1 1 1 1采样保持的必要性采样保持的必要性采样保持的必要性采样保持的必要性 在在在在A/DA/DA/DA/D转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使转换期间，输入的模拟信号发生变化，将会使A/DA/DA/DA/D转换产生

28、误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大转换产生误差，而且信号变化的快慢将影响误差的大小。假设输入信号是正弦波，而且要求对输入信号的瞬时小。假设输入信号是正弦波，而且要求对输入信号的瞬时小。假设输入信号是正弦波，而且要求对输入信号的瞬时小。假设输入信号是正弦波，而且要求对输入信号的瞬时值进行测量，为了使模拟信号变化产生的值进行测量，为了使模拟信号变化产生的值进行测量，为了使模拟信号变化产生的值进行测量，为了使模拟信号变化产生的A/DA/DA/DA/D转换误差小转换误差小转换误差小转换误差小于于于于A/DA

29、/DA/DA/D转换器分辨率的转换器分辨率的转换器分辨率的转换器分辨率的1/21/21/21/2，需要满足下式：，需要满足下式：，需要满足下式：，需要满足下式：式中，式中，式中，式中，为为为为A/DA/DA/DA/D转换器的满度值，转换器的满度值，转换器的满度值，转换器的满度值，t t t tc c c c为转换时间，为转换时间，为转换时间，为转换时间，为输入信号，假定为输入信号，假定为输入信号，假定为输入信号，假定 ，且，且，且，且 ，则有：，则有：，则有：，则有：传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2采样保持器的组成原理采样保持器的组成原理采样保持器

30、的组成原理采样保持器的组成原理 采样保持器（采样保持器（采样保持器（采样保持器（S/HS/HS/HS/H）可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定时）可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定时）可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定时）可以取出输入信号某一瞬间的值并在一定时间内保持不变。采样保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。间内保持不变。采样保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。间内保持不变。采样保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。间内保持不变。采样保持器有两种工作方式，即采样方式和保持方式。在采样方式下，采样保持器的输出必须跟踪模拟输入电压；在保持方在采样方式下，采样保持器的输

31、出必须跟踪模拟输入电压；在保持方在采样方式下，采样保持器的输出必须跟踪模拟输入电压；在保持方在采样方式下，采样保持器的输出必须跟踪模拟输入电压；在保持方式下，采样保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直式下，采样保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直式下，采样保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直式下，采样保持器的输出将保持采样命令发出时刻的电压输入值，直到保持命令撤销为止。其原理如图所示到保持命令撤销为止。其原理如图所示到保持命令撤销为止。其原理如图所示到保持命令撤销为止。其原理如图所示采样保持器电路原理采样保持器电路原理采样保持器电路原理采样保持器电路原理

32、传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3 3 3 3采样保持器的主要性能指标采样保持器的主要性能指标采样保持器的主要性能指标采样保持器的主要性能指标 主要性能指标如下主要性能指标如下主要性能指标如下主要性能指标如下（1 1 1 1）捕获时间）捕获时间）捕获时间）捕获时间t t t tACACACAC （2 2 2 2）孔径时间）孔径时间）孔径时间）孔径时间t t t tAPAPAPAP（3 3 3 3）保持建立时间）保持建立时间）保持建立时间）保持建立时间t t t tHSHSHSHS （4 4 4 4）孔径抖动）孔径抖动）孔径抖动）孔径抖动 （5 5 5 5）衰减率

33、）衰减率）衰减率）衰减率 采样保持器的动态特性采样保持器的动态特性采样保持器的动态特性采样保持器的动态特性传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.3.2 A/D转换器的分类和指标1A/D转换器分类分类方式分类方式分类方式分类方式类类类类 型型型型按器件工艺结构按器件工艺结构按器件工艺结构按器件工艺结构1.1.组件型组件型组件型组件型A/DA/D转换器转换器转换器转换器2.2.混合（集成）电路混合（集成）电路混合（集成）电路混合（集成）电路A/DA/D转换器转换器转换器转换器3.3.单单单单片片片片式式式式A/DA/D转转转转换换换换器器器器 （1 1）双双双双极极极

34、极型型型型（2 2）MOSMOS型型型型（3 3）双双双双极极极极-MOS-MOS型型型型按转换器工作原理按转换器工作原理按转换器工作原理按转换器工作原理1.1.间接型间接型间接型间接型A/DA/D转换器转换器转换器转换器（1 1）积分型（电压）积分型（电压）积分型（电压）积分型（电压-时间变换型）时间变换型）时间变换型）时间变换型）A/DA/D转换器转换器转换器转换器（2 2）电压）电压）电压）电压-频率变换型频率变换型频率变换型频率变换型A/DA/D转换器（转换器（转换器（转换器（V-FV-F变换器）变换器）变换器）变换器）2.2.比较型（直接型）比较型（直接型）比较型（直接型）比较型（直

35、接型）A/DA/D转换器转换器转换器转换器（1 1）反馈比较型）反馈比较型）反馈比较型）反馈比较型（2 2）无反馈比较型）无反馈比较型）无反馈比较型）无反馈比较型3.3.型型型型A/DA/D转换器转换器转换器转换器按转换器精度按转换器精度按转换器精度按转换器精度1.1.低精度（低精度（低精度（低精度（8 8位及位及位及位及8 8位以下）位以下）位以下）位以下）2.2.中精度（中精度（中精度（中精度（912912位）位）位）位）3.3.高精度（高精度（高精度（高精度（13161316位）位）位）位）3.3.超高精度（超高精度（超高精度（超高精度（1616位以上）位以上）位以上）位以上）按转换速率

36、按转换速率按转换速率按转换速率1.1.低速（低速（低速（低速（1ms1ms）2.2.中速（中速（中速（中速（1ms1ms1 1 s s）3.3.高速（高速（高速（高速（1 1 s s0.010.01 s s）3.3.超高速（超高速（超高速（超高速（0.010.01 s s）传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术表表表表3-33-33-33-3列出了列出了列出了列出了6 6 6 6种常用的种常用的种常用的种常用的A/DA/DA/DA/D转换器比较转换器比较转换器比较转换器比较类类类类 型型型型并联比较并联比较并联比较并联比较式式式式分级型分级型分级型分级型逐次逼近式逐次

37、逼近式逐次逼近式逐次逼近式型型型型积分式积分式积分式积分式V/FV/F型型型型主要特主要特主要特主要特点点点点超高速超高速超高速超高速高速高速高速高速速度精度价格速度精度价格速度精度价格速度精度价格等等等等综合性价比较综合性价比较综合性价比较综合性价比较高高高高高分辨率高分辨率高分辨率高分辨率高精度高精度高精度高精度高精度，低高精度，低高精度，低高精度，低成本成本成本成本高抗干扰能高抗干扰能高抗干扰能高抗干扰能力力力力低成本低成本低成本低成本高分辨率高分辨率高分辨率高分辨率分辨率分辨率分辨率分辨率（位）（位）（位）（位）6106108168168168161623162312161216816

38、816转换时转换时转换时转换时间间间间几十几十几十几十nsns几十几十几十几十几百几百几百几百nsns几几几几几十几十几十几十 s s几几几几几十几十几十几十msms几十几十几十几十几百几百几百几百msms几十几十几十几十几百几百几百几百msms采样频采样频采样频采样频率率率率几十几十几十几十MS/sMS/s几几几几MS/sMS/s几十几十几十几十几百几百几百几百kS/skS/s几十几十几十几十kS/skS/s几几几几几十几十几十几十S/sS/s几几几几几十几十几十几十S/sS/s价价价价 格格格格高高高高高高高高中中中中中中中中低低低低低低低低主要用主要用主要用主要用途途途途超高超超高超超高

39、超超高超视频处理视频处理视频处理视频处理视频处理视频处理视频处理视频处理高速数据高速数据高速数据高速数据采集采集采集采集数据采集数据采集数据采集数据采集工业控制工业控制工业控制工业控制音频处理音频处理音频处理音频处理数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器数字仪器简易简易简易简易A/DA/D传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2技术指标技术指标技术指标技术指标A/DA/DA/DA/D转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平。转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平。转换器常用以下几项技术指标来评价其质量

40、水平。转换器常用以下几项技术指标来评价其质量水平。1 1 1 1）分辨率与量化误差）分辨率与量化误差）分辨率与量化误差）分辨率与量化误差A/DA/DA/DA/D转换器的量化误差转换器的量化误差转换器的量化误差转换器的量化误差传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2）转换精度）转换精度传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3 3 3 3）转换速率）转换速率）转换速率）转换速率 转换速率是指转换速率是指转换速率是指转换速率是指A/DA/DA/DA/D转换器在每秒钟内所能完成的转换次转换器在每秒钟内所能完成的转换次转换器在每秒钟内所能完成的转换

41、次转换器在每秒钟内所能完成的转换次数。这个指标也可表述为转换时间，即数。这个指标也可表述为转换时间，即数。这个指标也可表述为转换时间，即数。这个指标也可表述为转换时间，即A/DA/DA/DA/D转换从启动到转换从启动到转换从启动到转换从启动到结束所需的时间，两者互为倒数。例如，某结束所需的时间，两者互为倒数。例如，某结束所需的时间，两者互为倒数。例如，某结束所需的时间，两者互为倒数。例如，某A/DA/DA/DA/D转换器的转换器的转换器的转换器的转换速率为转换速率为转换速率为转换速率为10MHz10MHz10MHz10MHz，则其转换时间是，则其转换时间是，则其转换时间是，则其转换时间是100

42、ns100ns100ns100ns。转换速度是一。转换速度是一。转换速度是一。转换速度是一项重要的技术指标，速度越高价格越贵。项重要的技术指标，速度越高价格越贵。项重要的技术指标，速度越高价格越贵。项重要的技术指标，速度越高价格越贵。3 3 3 3）满刻度范围）满刻度范围）满刻度范围）满刻度范围 满刻度范围是指满刻度范围是指满刻度范围是指满刻度范围是指A/DA/DA/DA/D转换器所允许最大的输入电压范围。转换器所允许最大的输入电压范围。转换器所允许最大的输入电压范围。转换器所允许最大的输入电压范围。满刻度值只是个名义值，实际的满刻度值只是个名义值，实际的满刻度值只是个名义值，实际的满刻度值只

43、是个名义值，实际的A/DA/DA/DA/D转换器的最大输入电转换器的最大输入电转换器的最大输入电转换器的最大输入电压值总比满刻度值小压值总比满刻度值小压值总比满刻度值小压值总比满刻度值小1/21/21/21/2n n n n（n n n n为转换器的位数）。这是因为转换器的位数）。这是因为转换器的位数）。这是因为转换器的位数）。这是因为为为为0 0 0 0值也是值也是值也是值也是2 2 2 2n n n n个转换状态中的一个。例如个转换状态中的一个。例如个转换状态中的一个。例如个转换状态中的一个。例如12121212位的位的位的位的A/DA/DA/DA/D转换器，转换器，转换器，转换器，其满刻

44、度值为其满刻度值为其满刻度值为其满刻度值为10V10V10V10V，而实际允许的最大输入电压值为，而实际允许的最大输入电压值为，而实际允许的最大输入电压值为，而实际允许的最大输入电压值为 传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.3.3 3.3.3 3.3.3 3.3.3 高速高速高速高速A/DA/DA/DA/D转换器的原理转换器的原理转换器的原理转换器的原理 目前高速目前高速目前高速目前高速ADCADCADCADC主要有逐次逼近式、并行式和分级式等几主要有逐次逼近式、并行式和分级式等几主要有逐次逼近式、并行式和分级式等几主要有逐次逼近式、并行式和分级式等几种类型，现

45、简介如下。种类型，现简介如下。种类型，现简介如下。种类型，现简介如下。1 1 1 1逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式ADCADCADCADC 逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式ADCADCADCADC是目前应用最普遍的一种是目前应用最普遍的一种是目前应用最普遍的一种是目前应用最普遍的一种ADCADCADCADC，其电路，其电路，其电路，其电路结构简单。结构简单。结构简单。结构简单。传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2并行（或称闪烁）式并行（或称闪烁）式并行（或称闪烁）式并行（或称闪烁）式ADCADCADCADC并行（或称闪烁）式并行（或称

46、闪烁）式并行（或称闪烁）式并行（或称闪烁）式ADCADCADCADC是一种转换速率最快的是一种转换速率最快的是一种转换速率最快的是一种转换速率最快的ADCADCADCADC传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3 3 3 3分级式分级式分级式分级式ADCADCADCADC 将两个或多个较低分辨率的闪烁式将两个或多个较低分辨率的闪烁式将两个或多个较低分辨率的闪烁式将两个或多个较低分辨率的闪烁式ADCADCADCADC组合起来，构组合起来，构组合起来，构组合起来，构成一个高分辨率的成一个高分辨率的成一个高分辨率的成一个高分辨率的ADCADCADCADC是能够实现的，这就是

47、目前流行的是能够实现的，这就是目前流行的是能够实现的，这就是目前流行的是能够实现的，这就是目前流行的分级式分级式分级式分级式ADCADCADCADC，又称流水线或多级式，又称流水线或多级式，又称流水线或多级式，又称流水线或多级式ADCADCADCADC（subranging,subranging,subranging,subranging,pipelined,multi-stage or multistep ADCpipelined,multi-stage or multistep ADCpipelined,multi-stage or multistep ADCpipelined,multi

48、-stage or multistep ADC）。）。）。）。分级式分级式分级式分级式ADCADCADCADC结构框图结构框图结构框图结构框图传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术AD9220/AD9221/AD9223AD9220/AD9221/AD9223AD9220/AD9221/AD9223AD9220/AD9221/AD9223的的的的12121212位流水线型位流水线型位流水线型位流水线型A/DA/DA/DA/D转换器结构框图转换器结构框图转换器结构框图转换器结构框图传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.3 数据存储与数据传输

49、技术3.3.1 ADC3.3.1 ADC3.3.1 ADC3.3.1 ADC与与与与CPUCPUCPUCPU直接数据传输直接数据传输直接数据传输直接数据传输1 1 1 1程序控制的数据传输方式程序控制的数据传输方式程序控制的数据传输方式程序控制的数据传输方式2 2 2 2DMADMADMADMA控制的数据传输方式控制的数据传输方式控制的数据传输方式控制的数据传输方式传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术3.3.2 3.3.2 3.3.2 3.3.2 基于高速数据缓存技术的数据传输方式基于高速数据缓存技术的数据传输方式基于高速数据缓存技术的数据传输方式基于高速数据缓存技

50、术的数据传输方式 1 1 1 1基于双口基于双口基于双口基于双口RAMRAMRAMRAM的高速数据缓存方式的高速数据缓存方式的高速数据缓存方式的高速数据缓存方式传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术传感器与检测技术2 2 2 2基于基于基于基于FIFOFIFOFIFOFIFO的高速数据缓存方式的高速数据缓存方式的高速数据缓存方式的高速数据缓存方式 FIFOFIFOFIFOFIFO（First In First OutFirst In First OutFirst In First OutFirst In First Out）是先进先出存储器，）是先进先出存储器，）是先进先出存储器，）