数据采集系统设计第三章2模拟多路开关
多路模拟信号采集电路开题报告
为了能够使用数字电路处理模拟信号，必须把模拟信号转换成相应的数字信号，方能送入数字系统进行处理。我们把从模拟信号到数字信号的转换称为模－数转换。
[13]Almgren R.C. Data Acquisition and Instrument Control with Personal Computers. Electro International,1991．632~635
[14]nerjee Ayan，Sundar Dhar，Anindya.FPGA realization of a cordic based FFT proeessor for biomedical signal proeessing. MieroProeessors and Mierosystems，2001．134~141
1)单片机的时钟频率较低，各种功能都要靠软件的运行来实现，软件运行时间在整个采样时间中占很大的比例，效率低，难以适应高速数据采集系统的要求。
2)DSP的运算速度快，擅长处理密集的乘加运算，但很难完成外围的复杂硬件逻辑控制。
在高速数据采集方面，FPGA(现场可编程门阵列)有单片机和DSP无法比拟的优势。FPGA时钟频率高，内部时延小；全部控制逻辑由硬件完成，速度快、效率高，适于大数据量的高速传输控制；组成形式灵活，可以集成外围控制、译码和接口电路。[10] [11]
现代大容量、高速度的FPGA的出现，克服了上述方案的诸多不足。[14]FPGA是八十年代中期出现的新型高密度、可编程逻辑器件，它是在PAL，GAL，EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。在这些FPGA中，一般都内嵌有可配置的高速RAM、PLL、LVDS、LVTTL以及硬件乘法累加器等DSP模块，用FPGA来实现数字信号处理可以很好地解决并行性和速度问题。通过编程，可以立刻把一个通用的FPGA芯片配置成用户需要的硬件数字电路，其灵活的可配置特性，使得FPGA构成的DSP系统非常易于修改、易于测试及系统升级。这样使设计方便，设计费用降低，设计的周期减少。[15] [16]
3章 数据采集技术解读
第三章 数据采集技术
测量放大器
模拟多路转换器
采样保持电路
A/D转换器(ADC)及其接口设计 数据采集系统设计及举例
数据采集技术
将温度、压力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成 数字量后，再收集到微机进一步进行显示、处理、记录和传 输的过程。
智能仪器的数据采集系统
简称DAS（Data Acquisition System），是指将温度、压
力、流量、位移等模拟量进行采集、量化转换成数字量后， 以便由计算机进行存储、处理、显示或打印的系统或装置。
第一节 数据采集系统的组成结构
传感器
模拟信号调理
数据采集电路
微机系统
图3.1 数据采集系统的基本组成
一、数据采集系统的结构框图
输入信号有各自独立的 参考电压，或者信号长 传输引起严重共模干扰。 发挥共模抑制能力，通 道数一半
图3-12 模拟多路转换器的配置
伪差动式
3.3.3
常用的半导体多路转换器芯片
图 图3-13 3-13 AD7501(AD7503) AD7501(AD7503)和 和AD7502 AD7502的功能框图 的功能框图
00:02:48
图3-15 多路切换系统的等效电路 a)低频等效电路 b)高频等效电路
N-1通道被关断的信号在负载上产生的泄漏电压总和：
Ri+Ron<<RL<<(Ri+Roff)/(N-2) 2Ri+Ron<<Roff
1)减小Ri，为此前级应采用电压跟随器。 2)选用Ron极小、Roff极大的开关管。 3)减少输出端并联的开关数N。
对称结构使得具有很高的共模抑制能力 电路参数应对称以保证共模抑制能力 R1=R2,R3=R3, R5=R6
嵌入式系统开发课程-多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计1题目要求所设计的数据采集系统，共有 16 路信号输入，每路信号都是 0~10mV，每秒钟采集一遍，将其数据传给上位PC计算机，本采集地址为50H。
要求多路模拟开关用4067，A/D 转换用 ADC0809，运算放大器用 OP07，单片机用 89C51，芯片用 MAX232。
设计其电路原理图，用C51语言编制工作程序。
2总体方案设计根据题目要求，传感器首先采集 16 路信号，然后被多路模拟开关 4067 选通某一路信号，接着通过信号调理电路，由 A/D 转换器进行模 / 数转换后发送给单片机，之后通过MAX232由 RS232串口进行通讯，最终将数据传递到上位 PC计算机。
因此，数据采集系统主要包括以下几个主要环节：2.1 信号选通环节由于题目要求采集的信号路数达到了 16 路，每一路信号的流通路线均相同。
如果为每路信号都设置相应的放大、 A/D 转换单元，成本将大幅度提升。
因此可以接入一个多路模拟开关4076，轮流选通每一路信号，实现多路信号共用一个运算放大器和A/D 转换单元，即降低了成本，又简化了电路。
4067 为 16 路模拟开关，其内部包括一个 16 选 1 的译码器和被译码输出所控制的 16 个双向模拟开关。
当禁止端 INH 置 0 时，在 I/N0 －I/N15 中被选中的某个输入端与输出公共端 X 接通，外部地址输入端 A、 B、C、D 决定了被选通端；当 INH 置 1 时，所有模拟开关均处于断路状态。
2.2 信号调理电路为了方便信号的进一步传输和处理，一般均要在传感器的输出端接入信号调理电路，对传感器输出的信号进行变换、隔离、放大、滤波等处理。
此处的信号波动范围只有 0～10mV，属于微弱信号，需要进行放大处理。
按照题目要求，本文设计的系统选用运算放大器 OP07。
OP07是一种高精的度单片运算放大器，其输入失调电压和漂移值均很低，适合用作前级放大器。
2.3 A/D 转换器由于单片机只能处理数字信号，所以需要接入 A/D 转换器将模拟信号转换成数字信号。
中石油华东《计算机测控技术》2021年春季学期在线作业(二)【标准答案】
《计算机测控技术》2021年春季学期在线作业（二）
试卷总分:100 得分:100
一、单选题 (共 10 道试题,共 50 分)
1.数据采集系统的模拟多路开关相当于（），完成被检测信号放大的器件是（）。
A.解调器，集成运算放大器
B.调制器，测量放大器
C.采样器，通用放大器
D.转换器，可编程信号放大器
答案:C
2.DI通道指的是（）
A.模拟量输入通道
B.模拟量输出通道
C.数字量输入通道
D.数字量输出通道
答案:C
3.数据采集系统中，输入信号采用单端接法比采用双端接法提供的采集通道数（）倍。
A.多1
B.少1
C.多2
D.少2
答案:A
4.模入通道的核心部件是（）。
A.多入切换开关
B.模/数转换器
C.采样/保持器
D.测量放大器
答案:B
5.如果一台计算机控制多个回路，则每一回路采集到的现场数据可以通过（）分时送给计算机
A.采样保持器
B.多路转换开关
C.模数转换器
D.传感器
答案:B
6.采样/保持器的逻辑端接+5V，输入端从2.3V变至2.6V,输出端为（）。
A.从2.3V变至2.6V
B.从2.3V变至2.45V并维持不变
C.维持在2.3V
D.快速升至2.6V并维持不变。
中科大数据采集与处理技术课件——模拟多路开关资料.精讲
T8
缺点：为分立元件，需专门 的电平转换电路驱动，
VDD R28
UC8 通道选择8
R18
T8
使用不方便。
结型场效应管多路开关
数据采集与处理技术
模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
1. 多路开关工作原理
场效应管开关
② 绝缘栅场效应管开关
其工作原理与结型场效 应管多路开关类似。
优点：开关切换速度快，导通电 阻小，且随信号电压变化 波动小；易于和驱动电路 集成。
缺点：衬底要有保护电压，P沟 道加正电压，N沟道加负 电压。
数据采集与处理技术
Ui1
T1
Uo
-20V
R21
UC1 R11
. . Ui8 .
T1
+4V T8
-20V
UC8 R18
R28
T8 +4V
绝缘栅场效应管多路开关
模拟多路开关
3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
1. 多路开关工作原理 Ui1 T1
数据采集与处理技术
模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片 1. 无译码器的多路开关
TL182C，AD7510，AD7511，AD7512，CD4066， TS12A44513，TS3A4741，TS3A24159，… …
RON < 0.3Ω
TS12A44513芯片
数据采集与处理技术
CD4066芯片
模拟多路开关
数据采集与处理技术
模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片 2. 有译码器的多路开关
CD4501
C
B
A
INH
导通
0
0
计算机控制系统试题及答案
计算机控制系统（试题）答案在后面一、单选题(共126 题)【 1 】. 不属于规程中关于“取源部件的检修”这一节内容的是______。
A.机械量传感器的检修与质量要求B.取压部件的检修与质量要求C.电接点筒的检修与质量要求D.水位测量筒检修与质量要求答案：（）、【 2 】. 检修后的机柜，应无裸露线头遗留；但因检修完工验收时的疏忽，机组启动后热工人员小王巡检到FSSS柜时，发现柜内有裸露线头遗留，此时小王______。
A.应先用绝缘物将裸露线包扎后放入接线槽中，待机组运行稳定后，再查明原因处理B.为防止处理过程中发生异常，可暂不作任何处理，待机组运行稳定后，再查明原因处理C.应先用绝缘物包扎裸露线，然后立即汇报，等待指示D.应立即汇报，设备主人应立即查明原因予以恢复；若为无用线，及时用绝缘物将裸露线包扎后放入接线槽中答案：（）【 3 】. 关于测量管路，你认为下列说法正确的是______。
,A.为避免测量管路排污时对测量造成影响，各测量导压管均应分隔保温B.所有水位测量管路均应装设排污阀C.水位、流量等差压测量管路的正负压导压管应尽量靠近敷设D.所有测量管路均应装设二次阀答案：（）【 4 】. 对于-5V～+5V之间变化的模拟量信号进行数据采集，需采用______编码方式。
A.二进制编码编码【C.单极性编码D.双极性编码答案：（）【 5 】. A/D转换器接受输入信号的时间间隔，称为______；A/D转换器的转换时间与______的大小有关。
A.孔径时间模拟输入电压值B.采样时间模拟输入电流值C.转换时间接受输入信号的时间间隔D.采样周期量化误差】答案：（）【 6 】. 关于计算机控制系统的总电源，下面说法不符合规程要求的是______。
A.应由来自二路不同的电源系统冗余供电，电源自动投入装置应切换可靠B.正常运行时应由UPS提供，其容量应有大于40％的余量，质量符合要求C.若采用隔离变压器进行电源隔离时，检查隔离变压器应无异常发热，二次侧接地应良好D.供电回路中不应接有任何大功率用电设备，未经批准不得随意接入新负荷答案：（）{【7 】. 设12位A/D转换器的满量程电压FSR为10V，则该A/D转换器的量化单位是______。
多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计
多路数据采集系统设计通常包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计方面，需要考虑以下几个方面：
1. 数据采集模块：根据需要选择合适的模拟输入、数字输入或其他类型的传感器模块，并进行连接。
2. 信号调节：如果传感器输出的信号不符合需求，需要将其进行放大、滤波、隔离或其他调节。
3. 数据转换：将模拟信号转换为数字信号，可以采用模数转换芯片。
4. 多路信号复用：如果同时需要采集多个信号，可以使用多路复用器或多个采集模块。
5. 电源供应：为各个模块提供稳定的电源供应。
6. 通信接口：设计合适的通信接口，如串口、网络接口等，以方便数据传输。
7. 数据存储：选择合适的存储设备，如内存、硬盘、SD卡等，以存储采集到的数据。
软件设计方面，需要考虑以下几个方面：
1. 采集控制：编写控制程序，通过控制硬件模块的工作方式、采样时序和频率等参数，实现多路数据的同时采集。
2. 数据读取：编写数据读取程序，从硬件模块中读取采集到的数据，并进行处理。
3. 数据处理：对采集到的数据进行滤波、校正、分析等处理，以提取有用的信息。
4. 数据存储：将处理后的数据存储到合适的存储设备中，以便后续分析和使用。
5. 用户接口：设计合适的用户界面，以方便用户对系统进行操作和监视。
综上所述，多路数据采集系统设计需要综合考虑硬件和软件两个方面，确保系统能够稳定、高效地采集和处理多路数据。
《智能仪器》(第二版 程德福 林君)课后习题参考答案
智能仪器考试题型：名词解释、简答、简述、综合没有给重点，但是老师说考题都是由课后习题凝练出来的，所以我将大部分课后习题答案整理出来，仅供参考。
难免有错误，望大家谅解并指出。
课后习题参考第一章1-1 你在学习和生活中，接触、使用或了解了哪些仪器仪表？它们分别属于哪种类型？指出他们的共同之处与主要区别。
选择一种仪器，针对其存在的问题或不足，提出改进设想（课堂作业）。
解：就测量仪器而言，按测量各种物理量不同可划分为八种：几何量计量仪器、热工量计量仪器、机械量计量仪器、时间频率计量仪器、电磁计量仪器、无线电参数测量仪器、光学与声学测量仪器、电离辐射计量仪器。
1-2 结合你对智能仪器概念的理解，讨论“智能化”的层次。
解：P2 智能仪器是计算机技术和测量仪器相结合的产物，是含有微型计算机或微处理器的测量（或检测）仪器。
由于它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用（表现为智能的延伸或加强等），因而被称为智能仪器。
P5- P6 智能仪器的四个层次：聪敏仪器、初级智能仪器、模型化仪器和高级智能仪器。
聪敏仪器类是以电子、传感、测量技术为基础（也可能计算机技术和信号处理技术）。
特点是通过巧妙的设计而获得某一有特色的功能。
初级智能仪器除了应用电子、传感、测量技术外，主要特点是应用了计算机及信号处理技术，这类仪器已具有了拟人的记忆、存储、运算、判断、简单决策等功能。
模型化仪器是在初级智能仪器的基础上应用了建模技术和方法，这类仪器可对被测对象状态或行为作出评估，可以建立对环境、干扰、仪器参数变化作出自适应反映的数学模型，并对测量误差（静态或动态误差）进行补偿。
高级智能仪器是智能仪器的最高级别，这类仪器多运用模糊判断、容错技术、传感融合、人工智能、专家系统等技术。
有较强的自适应、自学习、自组织、自决策、自推理能力。
1-3 仪器仪表的重要性体现在哪些方面？P3-5解：（1）仪器及检测技术已经成为促进当代生产的主流环节，仪器整体发展水平是国家综合国力的重要标志之一（2）先进的科学仪器设备既是知识创新和技术创新的前提，也是创新研究的主题内容之一和创新成就得重要体现形式，科学仪器的创新是知识创新和及时创新的组成部分。
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U i1 模拟信号1
T1
Uo
R 21 +15V
通道选择
U C1 1
R 11
T1
模拟信号8
U i8
通道选择
U C8 8
. . .
T8
R 28 +15V
R 18 T8
图3.2 双极型晶体管开关电路
数据采集系统设计
4
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
U i1
T1
Uo
R 21
通道选择1
片上所有逻辑输入与TTL／DTL及CMOS 电路兼容。
数据采集系统设计
17
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片 表3.1 AD7501真值表
A2
A1
A0
EN 导通
0
0
0
1
1
0
0
1
1
2
0
1
0
1
3
0
1
1
1
4
1
0
0
1
5
1
0
1
1
6
1
1
0
1
7
1
1
1
1
8
×
×
×
0
无
数据采集系统设计
18
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
SAUACC
第3章 模拟多路开关
3.1 概述
作用：将多路被测信号分别传送到A/D转 换器进行转换。
机电式：用于大电流、低速切换 类型
电子式：用于小电流、高速切换
数据采集系统设计
1
SAUACC
第3章 模拟多路开关
数据采集系统设计
2
SAUACC
第3章 模拟多路开关
数据采集系统设计
3
SAUACC
第3章 模拟多路开关
INH C B
A
接通通道
0
0
0
0
S0
0
0
0
1
S1
0
0
1
0
S2
0
0
1
1
S3
0
1
0
0
S4
0
1
0
1
S5
0
1
1
0
S6
0
1
1
1
S7
1 ×××
无
数据采集系统设计
24
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
⑷ CD4052
UDD 16
(+1 5 V)
X(OUT/IN)
13
INH B A
6 9 10
UDD 16
(+15V)
INH C
6
9
BA
10
11
பைடு நூலகம்
电平转换
地8
译码驱动
UEE 7
(-15V)
3 4 2 5 1 12 15 14 13
SmS7 S6 S5 S4 S3 S2 S1 S0
{S4
I N /O U T
S6 (OUT/INS) m
{S7
I N /O U T
S5 INH UEE
GND
1
16
2
15
T8
+4V
图3.4 绝缘栅场效应管多路开关
数据采集系统设计
6
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
T1 U i1
U i2
T2
U i3...
...
U i15
U i16
T3
U0
T 15 ......
T 16
1 2 3 ...... 四-十六线译码器
15 16
计数
四位计数器
23 22 21 20
U SS 1 GND 2
A1 3 A2 4 A3 5 A4 6 NC 7 U DD 8
图3.6 AD7510芯片
16 S 1 15 D 1 14 S 2 13 D 2 12 S 3 11 D 3 10 S 4 9 D4
芯片中无译码 器，四个通道开关 都有各自的控制端。
数据采集系统设计
14
SAUACC
无
数据采集系统设计
20
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
注意：
AD7501，AD7502，AD7503 芯片都 是单向多到一的多路开关，即信号只允许 从多个 (8个) 输入端向一个输出端传送。
数据采集系统设计
21
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
数据采集系统设计
22
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
图3.5 集成多路开关
数据采集系统设计
7
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
2. 多路开关的主要指标
数据采集系统设计
8
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
数据采集系统设计
9
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
数据采集系统设计
10
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
UDD
(+1 5 V)
地 USS
(-1 5 V)
3.3 多路开关集成芯片
EN A2 A1 A0
电平转换
译码驱动
... ...
OUT
A1 GND
EN A2 S8 S7 S6 S5
1
16
2
15
3
14
AD
4 7501 13
5
12
6
11
7
10
8
9
A0 USS UDD S1 OUT S2 S3 S4
S1
S8
图3.7 AD7501（AD7503）芯片结构及引脚功能
数据采集系统设计
11
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
数据采集系统设计
12
SAUACC
第3章 模拟多路开关
3.3 多路开关集成芯片
1. 无译码器的多路开关
开关类型： TL182C，AD7510，AD7511，AD7512等。
数据采集系统设计
13
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
AD7503 除EN 端的控制逻辑电平相 反外, 其它与AD7501相同。
⑵ AD7502
EN A1 A0
UDD
(+15V)
地
USS
(-15V)
电平转换 译码驱动
...
...
OUT S1 S4 S5 S8 OUT
A1 GND
EN (5～ 8 )OUT
S8
S7 S6 S5
1
16
2
15
3
14
4 AD 13
3.3 多路开关集成芯片
数据采集系统设计
15
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片
优点：每一个开关可单独通断，也可同 时通断，使用方式比较灵活。
缺点： 引脚较多，使得片内所集成的开关较少。
当巡回检测点较多时，控制复杂。
2. 有译码器的多路开关 ⑴AD7501（AD7503）
数据采集系统设计
16
SAUACC
3
14
4 CD 13
4501
5
12
6
11
7
10
8
9
图3.9 CD4501芯片结构及引脚功能
UDD S2 S1 S0 S3 A
B C
I N /O U T
CD4051为8 通道单刀结构形式，它允许双 向使用，即可用于多到一的切换输出， 也可用 于一到多的输出切换。
数据采集系统设计
23
SAUACC
3.3 多路开关集成芯片 表3.3 CD4051真值表
5
7502
12
6
11
7
10
8
9
图3.8 AD7502芯片结构及引脚功能
数据采集系统设计
A0 USS UDD S1 OUT(1～ 4 ) S2 S3 S4
19
SAUACC
A1
0 0 1 1 ×
3.3 多路开关集成芯片
表3.2 AD7502真值表
A0
EN
接通通道
0
1
1
1
0
1
1
1
×
0
1和5 2和6 3和7 4和8
U C1 R 11
.
T1
.
U i8 .
T8
R 28
通道选择8 U C8 R 18
T8
图3.3 结型场效应管多路开关
数据采集系统设计
5
SAUACC 3.2 多路开关的工作原理及主要技术指标
U i1
T1
Uo
-20V
R 21
U C1 R.11 .
U i8 .
-20V
U C8 R 18
T1 +4V
T8
R 28