模块十一 传感器与微处理器接口电路（课件）-《传感器检测技术》同步教学（电子工业版）

模块十一 传感器与微处理器 接口电路 课题 传感器输出信号的检测电路 任务：多路参数巡回检测系统的设计 任务目标 ★ 掌握计算机控制现代测试系统的基本组成； ★ 了解各种传感器输出电信号的特点； ★ 掌握常见传感器输出信号的检测电路； ★ 根据传感器输出信号的特点，灵活与计算机对接。 一、接口电路概述 以计算机为中心的现代测控系统，采用数据采集与传感器相结合的方式，能最大限度地完成测试工作的全过程。既能实现对信号的检测，又能对所获信号进行分析处理求得有用信息。 图11-1所示为计算机控制现代测试系统，它能完成对多点、多种随时间变化的被测参量的快速、实时测量，并能排除噪声干扰，进行数据处理、信号分析，由测得的信号求出与研究对象有关信息的量值或给出其状态的判别。 图11-1 计算机控制现代测试系统 传感器的作用是完成信号的获得，它把各种被测参量转换成电信号。 计算机是系统的神经中枢，它使整个测控系统成为一个智能化的有机整体。 输入通道是传感器及其他装置向计算机传送数据及信息的通道。其主要功能是将传感器送来的信号变换成微机所能接收的数字量，以便进行相应的运算。这一通道又可称为传感器接口电路。 传感器接口电路的选择是根据传感器的输出信号特点和用途确定的，所以传感器接口电路具有多样性。 二、传感器输出信号的特点 1．传感器输出信号的特点 （1）传感器输出信号的类型不同 分为模拟信号和数字信号，数字信号又分为数字开关量、数字脉冲列。例如输出量为电阻、电容、电感、电压、电流等都是模拟量，开关量信号是一种接点信号，即由继电器或其他电器接点的接通、断开产生的“通”、“断”信号，如机械触点的闭合与断开和电子开关导通与截止。数字脉冲列是一种电平信号，由信号电平的“高”、“低”组成的脉冲序列，如频率信号。 （2）传感器输出信号一般比较微弱 （3）传感器的输出阻抗比较高 会使传感器输出信号在传递过程中产生较大的衰减。 （4）传感器内部噪声 由于传感器内部噪声的存在，使输出信号与噪声混合在一起。当传感器的信噪比小，而输出信号又比较弱时，信号淹没在噪声中。 （5）传感器的输出信号动态范围很宽 输出信号随着输入信号的变化而变化，一部分传感器的输入与输出特性呈线性或基本成线性比例关系，但部分传感器的输入与输出特性是非线性的，如按指数函数、对数函数或开方函数等而变化。 （6）传感器的输出特性会受干扰 传感器的输出特性会受外界环境干扰及各种电磁干扰的影响，其中主要是受温度的影响，有温度系数存在。 （7）传感器的输出特性与电源性能有关，一般需采用恒压供电或恒流供电 。 2．传感器接口电路应满足的要求 （1）要考虑阻抗匹配的问题 （2）输出信号的幅值要足够大 能驱动相应的后续电路。一般由放大电路将微弱的传感器输出信号放大。 （3）传感器的输出信号为不同的变量 要进行信号处理，通过相应的转换电路转换成电压信号。 （4）考虑到环境温度的影响，要加温度补偿电路 （5）要考虑传感器的输出特性不是线性的情况 在传感器的输出特性不是线性的情况下，可通过线性化电路来进行线性校正。现在也可通过软件由微机进行线性化处理。 （6）接口电路要能够抗干扰，具有较好的稳定性 对噪声要进行噪声抑制，对电磁干扰要进行滤波、屏蔽和隔离。 （7）当输出信号有多个时 当输出信号有多个（如多点巡回检测）时，一台微机要对它们实时分时采样，需在输入通道的某个适当位置配置多路模拟开关。另外，当模拟量变化较快时，要加采样保持器。 （8）传感器的输出信号为模拟量时 传感器的输出信号为模拟量时，经放大、信号处理后，输入计算机前要进行模/数转换，常用转换电路有A/D转换器、V/F转换器等。 三、传感器输出信号的检测电路 传感器的接口电路中完成对传感器输出信号预处理的各种接口电路统称为检测电路，经检测电路预处理过的信号，应成为可供测量、控制使用及便于向微型计算机输入的信号形式。 1．阻抗匹配器 （1）半导体管阻抗匹配器 半导体管阻抗匹配器是一个BJT共集极电路，又称为射极输出器，也被称为电压跟随器。 其特点是：电压增益小于1而近于1，输出电压与输入电压同相，输入阻抗高，可减小放大器对信号源（或前级）所取的信号电流，同时输出阻抗低，可减小负载变动对放大倍数的影响。另外，它对电流仍有放大作用。 图11-2 射极输出器电路图 图11-3 采用自举电路射极输出器电路图 在射极输出基本电路的基础上，可以采取若干措施来进一步提高输入电阻。图11-3为采用自举电路以提高射极输出器输入电阻的电路。 （2）场效应管阻抗匹配器 场效应管阻抗匹配器为场效应管共漏极电路—源极输出器。电路如图11-4所示。源极输出器特点是：电压增益小于1而近于1，输入输出电