第2章

輸入通道接口技術第2章

輸入通道接口技術輸入通道接口技術2.1信號測量與傳感器技術

2.2模擬信號輸入通道接口

2.3鍵盤接口技術

2.4開關量信號輸入接口

輸入通道接口技術2.1信號測量與傳感器技術2.1信號測量與傳感器技術2.1.1溫度測量傳感器

溫度測量原理：通過溫度敏感元件與被測對象的熱交換，測量相關的物理量，即可確定被測對象的溫度。

溫度測量方式：有接觸式和非接觸式兩大類。2.1信號測量與傳感器技術2.1.1溫度測量傳感器測溫方式類別原理典型儀表測溫范圍接觸式測溫膨脹類利用液體氣體的熱膨脹及物質的蒸氣氣壓變化玻璃液體溫度計100℃～600℃壓力式溫度計100℃～500℃利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬溫度計

80℃～600℃熱電類利用熱電效應熱電偶200℃～1800℃電阻類固體材料的電阻隨溫度變化而變化鉑熱電阻260℃～850℃銅熱電阻50℃～150℃熱敏電阻50℃～300℃其他電學類半導體器件的溫度效應集成溫度傳感器50℃～150℃晶體的固有頻率隨溫度變化而變化石英晶體溫度計50℃～120℃光纖類利用光纖的溫度特性或作為傳光介質光纖溫度傳感器50℃～400℃非接觸式測溫光纖輻射溫度計200℃～4000℃輻射類利用普朗克定律光電高溫計800℃～3200℃輻射傳感器400℃～2000℃表2－1溫度檢測方法的分類測溫方式類別原理典型儀表測溫范圍接觸式測溫膨脹類利2.1信號測量與傳感器技術接觸式溫度測量傳感器－金屬熱電阻：測溫過程：金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化。優點：信號可以遠傳，靈敏度高，無須參比溫度。穩定性高、互換性好、準確度高。缺點：需要電源激勵，有自熱現象，影響測量精度。類型：鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻等。2.1信號測量與傳感器技術接觸式溫度測量傳感器－金屬熱電阻鉑熱電阻的工作原理：鉑的純度W100=R100/R0其中R100和R0為鉑熱電阻在100℃和0℃時的電阻值。當W100=1.3850，R0選用10和100兩種阻值（分度號分別為Pt10和Pt100）時，鉑熱電阻溫度測量范圍為200℃～850℃，其電阻與溫度的關系為： 當T≥0℃時 R(T)=R0(1+AT+BT2)

當T＜0℃時 R(T)=R0[1+AT+BT2+CT3(T100)]

式中，A=3.9083×103℃1,

B=5.775×107℃2,

C=4.183×1012℃4。鉑熱電阻的工作原理：2.1信號測量與傳感器技術鉑熱電阻的分類和特性及分度表見表2-2、表2-3。項目鉑熱電阻分度號Pt100Pt10R0/100100.00385℃測溫范圍200℃～850℃允差A級:±(0.15℃+0.002|T|)B級:±(0.30℃+0.005|T|)表2-2鉑熱電阻分類和特性2.1信號測量與傳感器技術鉑熱電阻的分類和特性及分度表見表TPt100Pt10TPt100Pt10TPt100Pt10200℃18.521.852160℃161.0516.105520℃287.6228.762180℃27.102.710180℃168.4816.848540℃294.2129.421160℃35.543.554200℃175.8617.586560℃300.7530.075140℃43.884.388220℃183.1918.319580℃307.2530.725120℃52.115.211240℃190.4719.047600℃313.7131.371100℃60.266.026260℃197.7119.771620℃320.1232.01280℃68.336.833280℃204.9020.490640℃326.4832.64860℃76.337.633300℃212.0521.205660℃332.7933.27940℃84.278.427320℃219.1521.915680℃339.0633.90620℃92.169.216340℃226.2122.621700℃345.2834.5280℃100.0010.000360℃233.2123.321720℃351.4635.14620℃107.7910.779380℃240.1824.018740℃357.5935.75940℃115.5411.554400℃247.0924.709760℃363.6736.36760℃123.2412.324420℃253.9625.396780℃369.7136.97180℃130.9013.090440℃260.7826.078800℃375.7037.570100℃138.5113.851460℃267.5626.756820℃381.6538.165120℃146.0714.607480℃274.2927.429840℃387.5538.775140℃153.5815.358500℃280.9828.098860℃390.4839.048表2-3鉑熱電阻分度表TPt100Pt10TPt100Pt10TPt100Pt102.1信號測量與傳感器技術熱電阻結構分為普通型和鎧裝型兩種。普通型：感溫元件、內引線、絕緣套管、保護套管、接線盒組成。鎧裝型：鎧裝電纜作為保護管－絕緣物－內引線的組件，前端與感溫元件連接，外部焊接短保護管。圖2-1鎧裝鉑熱電阻的結構2.1信號測量與傳感器技術熱電阻結構分為普通型和鎧裝型兩種2.1信號測量與傳感器技術2.1.2壓力測量傳感器

類型：應變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式、光電式、光纖式、超聲式等。壓電式傳感器：利用壓電材料的壓電效應將被測壓力轉換為電信號。壓電元件受一壓力作用時將產生電荷，當外力去除后，電荷消失。在彈性范圍內，壓電元件產生的電荷量與作用力之間呈線性關系，即：

q=kSp

式中，q為電荷量，k為壓電常數，S為作用面積，p為壓力。2.1信號測量與傳感器技術2.1.2壓力測量傳感器2.1信號測量與傳感器技術圖2-2壓電式壓力傳感器結構示意圖壓電元件的一個側面與膜片接觸并接地，另一個側面通過金屬箔和引線將電量引出。被測壓力均勻作用在膜片上，使壓電元件受力而產生電荷。2.1信號測量與傳感器技術圖2-2壓電式壓力傳感器結構2.1信號測量與傳感器技術2.1.3流量測量傳感器流體的流量是指在單位時間內流過某一個流通截面的流體的體積或者質量。流量計的種類繁多，分別適合于不同的工作場合。按檢測原理分類的典型流量計列在表2-4中。類別儀表名稱體積流量計容積式流量計橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、皮膜式流量計等差壓式流量計節流式流量計、勻速管流量計、彎管流量計、靶式流量計、浮子流量計速度式流量計渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計等質量流量計推導式質量流量計體積流量經密度補償或者溫度、壓力補償求得質量流量等直接式質量流量計科里奧利流量計、熱式流量計、沖量式流量計表2-4流量計的分類2.1信號測量與傳感器技術2.1.3流量測量傳感器類

2.2模擬信號輸入通道接口模擬量輸入通道的一般組成

圖模擬量輸入通道的組成結構

模擬量輸入通道一般由信號預處理、多路轉換器、前置放大器、采樣保持器、模/數轉換器和接口邏輯電路等組成。其核心是模/數轉換器。

2.2模擬信號輸入通道接口模擬量輸入通道的一般組成圖模擬量輸入通道中常用器件①傳感器、變送器

信號預處理的功能是對來自傳感器或變送器的信號進行處理。如將4mA～20mA或0～10mA電流信號變為電壓信號，將熱電阻(Pt100或Cu50)的電阻信號經過橋路變為電壓信號等。傳感器（Transducer）非電量→電壓、電流變送器（Transformer）轉換成標準的電信號②信號預處理

模擬量輸入通道中常用器件①傳感器、變送器信號③多路轉換器

多路轉換器又稱多路開關，多路開關的作用是用來將各路被測信號依次地或隨機地切換到公共放大器或A/D轉換上。④前置放大器

前置放大器的任務是將模擬輸入小信號放大到轉換的量程范圍之內。當多路輸入的信號源電平相差較懸殊時，用同一增益的放大器去放大高電平和低電平的信號，就有可能使低電平信號測量精度降低，而高電平則有可能超出模/數轉換器的輸入范圍。可設計可變增益放大器。③多路轉換器多路轉換器又稱多路開關，多路⑤采樣保持器采樣時，k閉合，VIN通過A1對CH快速充電，VOUT跟隨VIN；保持期間，k斷開，VOUT=VC保持不變，采樣保持器一旦進入保持期，便應立即啟動A/D轉換器，保證A/D轉換期間輸入恒定。⑥A／D轉換器A/D轉換器的作用是將模擬量轉換為數字量，它是模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統和計算機之間的接口。⑤采樣保持器采樣時，k閉合，VIN通過A1對CH快速充電2.2模擬信號輸入通道接口2.2.1模擬多路開關在實際的計算機控制系統中，往往需要對多路信號或者多種信號進行測量，而計算機在任意時刻只能處理一路信號，因此，需要將各路信號分時地送給計算機處理。多路開關:把多個模擬量參數分時地接通并送入A/D轉換器，即完成多到一的轉換。多路分配器（反多路開關）：把經計算機處理，且由D/A轉換器轉換成的模擬信號按一定的順序輸出到不同的控制回路（或外部設備）中，即完成一到多的轉換2.2模擬信號輸入通道接口2.2.1模擬多路開關圖2-3多路模擬信號檢測框圖圖2-3多路模擬信號檢測框圖按用途分：單向多路開關：只能完成多到一的切換，如AD7501（8路）、AD8506(16路)；雙向多路開關：該芯片既可以實現多到一的切換，也可以完成一到多的切換。如CD4051。從輸入信號的連接方式來分：

單端輸入

雙端輸入（或差動輸入）。雙端是指芯片內的一對開關同時動作，從而完成差動輸入信號的切換，以滿足抑制共模干擾的需要。按用途分：公司型號通道數種類CD公司CD40518通道雙向CD4052雙4通道雙向CD4053三重2通道雙向CD406716通道雙向CD4097雙8通道雙向AD公司AD75018通道單向AD7502雙4通道單向AD75038通道單向AD750616通道單向AD7507雙8通道單向MAX公司MAX3088通道雙向MAX309雙4通道雙向MAX30616通道雙向MAX307雙8通道雙向表2-5常用模擬多路開關芯片公司型號通道數種類CD公司CD40518通道雙向CD4052半導體模擬多路開關的主要特點：

具有多種集成電路的封裝形式（如DIP、SMD封裝等），尺寸小，便于安排；直接與TTL（或CMOS）電平相兼容；可采用雙極性輸入；轉換速度快，通常其導通或關斷時間在1s左右，有些產品已達到幾十ns；壽命長，無機械磨損；接通電阻較低，一般小于100，有的可達幾。斷開電阻高，通常達109以上。半導體模擬多路開關的主要特點：2.2模擬信號輸入通道接口1．模擬多路開關CD4051

CD4051是單端、8通道、雙向多路開關。它帶有3個通道選擇輸入端A、B、C和一個禁止輸入端INH。輸入端A、B、C的信號用來控制選擇8個通道之一被接通。INH＝1，所有通道均斷開，禁止模擬信號輸入。

INH＝0，通道接通，允許模擬信號輸入。輸入信號Vi范圍是VDD～VSS。該類芯片VDD－VSS允許使用的電壓范圍是-0.5－15V。

2.2模擬信號輸入通道接口1．模擬多路開關CD4051圖2-4CD4051的原理與引腳圖圖2-4CD4051的原理與引腳圖輸入狀態接通通道INHCBACD45010000000011001020011301004010150110601117表2-6CD4051真值表輸入狀態接通通道INHCBACD450100000002．CD4051多路開關的擴展應用如果被測參數多于8路，使用一個CD4051不能滿足路數的要求，可將多個4051相連并進行擴展。例如用2個CD4051構成16通道多路開關，2個16通道開關構成32通道多路開關等。例：2個CD4051構成16通道多路開關用一根地址總線D3即可作為兩個多路開關的允許控制端的選擇信號而兩個多路開關的通道選擇輸入端共用一組地址(或數據)總線D0～D2。2．CD4051多路開關的擴展應用例：2個CD4051構成圖2-5CD4051的擴展電路通過改變通道選擇線D3～D0的狀態，即可選通IN0～IN15這16個通道之一。圖2-5CD4051的擴展電路通過改變通道選擇線D3表2-716通道選擇真值表輸入狀態選中通道號D3D2D1D0INi00000000110010200113010040101501106011171000810019101010101111110012110113111014111115表2-716通道選擇真值表輸入狀態選中通道號D32.2.2A/D轉換器能將模擬信號轉換成數字信號的器件，稱為模數轉換器，簡稱A/D轉換器。按位數來分有8位、10位、12位、16位等幾種。按結構而分，有單一的A/D轉換器、內含多路開關的A/D轉換器、多功能的A/D轉換器等。轉換方法有:①計數器式A／D轉換:線路簡單，速度慢，較少用②逐次逼近型A／D轉換：既有轉換速度，又有一定精度。③雙斜率積分式A／D轉換④∑—△型A/D轉換⑤V／F變換型A／D轉換:用于遠距離串行傳送的場合。2.2.2A/D轉換器各種ADC的優缺點計數式ADC：最簡單，但轉換速度最慢。并行轉換式ADC：速度最快，但成本最高。逐次逼近式ADC：轉換速度和精度都比較高，且比較簡單，價格低，所以在微型機應用系統中最常用。雙積分式ADC：轉換精度高，抗干擾能力強，但轉換速度慢，一般應用在精度高而速度不高的場合，如測量儀表。V/F轉換式ADC：在轉換線性度、精度、抗干擾能力等方面有獨特的優點，且接口簡單、占用計算機資源少，缺點也是轉換速度慢。在一些輸出信號動態范圍較大或傳輸距離較遠的低速過程的模擬輸入通道中應用較為廣泛。各種ADC的優缺點計數式ADC：最簡單，但轉換速度最慢。結構：由D/A轉換器、比較器和逐次逼近寄存器SAR組成。Vi-+逐次逼近寄存器D/A轉換器Vc比較器數字量輸出控制電路模擬量輸入逐次逼近型A/D轉換器Vi-+逐次逼近寄存器D/A轉換器Vc比較器數字量輸出控制電工作原理

類似天平稱重量時的嘗試法，逐步用砝碼的累積重量去逼近被稱物體。例如：用8個砝碼20g，21g，…，27g，可以稱出1～255g之間的物體。現有一物體，用砝碼稱出其重量（假定重量為176g）。1）ADC從高到低逐次給SAR的每一位“置1”（即加上不同權重的砝碼），SAR相當于放法碼的稱盤；2）每次SAR中的數據經D/A轉換為電壓VC

；3）VC與輸入電壓Vi比較，若VC≤Vi，保持當前位的‘1’，否則當前位‘置0’；4）從高到低逐次比較下去，直到SAR的每一位都嘗試完；5）SAR內的數據就是與Vi相對應的2進制數。工作原理類似天平稱重量時的嘗試法，逐步用砝碼的累積重圖逐次逼近過程圖逐次逼近過程A/D轉換器的主要技術指標(1)分辨率：分辨率通常用數字量的位數來表示。分辨率=Vmax/電平數(即滿量程值)例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，則其分辨率為5V/255=19.6mV

(2)量程：A／D轉換器能轉換的模擬電壓的范圍。

(3)精度：分為絕對精度和相對精度。絕對精度=量化間隔/2=(滿量程電壓/(2n-1))/2

相對精度=1/2*1/量化電平數目*100%例：滿量程電壓=10V，A/D變換器位數=10位，則絕對量化誤差≈10/211=4.88mV

相對量化誤差≈1/211*100%=0.049%

(4)轉換時間：完成一次完整轉換所需要的時間。

(5)輸出邏輯電平：輸出數據的電平形式和數據輸出方式(如三態邏輯和數據是否鎖存)。

(6)工作溫度范圍：A/D轉換器在規定精度內允許的工作溫度范圍。A/D轉換器的主要技術指標(1)分辨率：分辨率通常用數1．8位A/D轉換器ADC0808/08098通道（8路）輸入8位字長逐位逼近型轉換時間100μs內置三態輸出緩沖器（可直接接到數據總線上）1．8位A/D轉換器ADC0808/08098通道（8路）圖2-6ADC0808/0809原理框圖模擬量輸入數字量輸出地址選擇地址鎖存允許圖2-6ADC0808/0809原理框圖模擬量輸入數字ADC0808/0809的引腳功能：IN7一IN0：8個模擬量輸入端。

START：啟動信號。高電平時，轉換開始。

EOC：轉換結束信號。高電平有效。OE：輸出允許信號。高電平有效。CLOCK：實時時鐘，可通過外接RC電路改變時鐘頻率。ALE：地址鎖存允許，高電平有效。

C，B，A：通道號選擇端子。C為最高位，A為最低位。D7～D0：數字量輸出端。VREF(+)，VREF(-)：參考電壓端子。

Vcc：電源端子。接+5V。

GND：接地端。ADC0808/0809的引腳功能：ADC0808/0809的技術指標

:單一電源，+5V供電，模擬輸入范圍為0～5V。分辨率為8位。最大不可調誤差：

ADC0808＜±1/2LSBADC0809＜±1LSB功耗為15mW。轉換速度取決于芯片的時鐘頻率。時鐘頻率范圍：10～1280kHz，當CLOCK等于500kHz時，轉換速度為128μs。可鎖存三態輸出，輸出與TTL兼容。無需進行零位及滿量程調整。溫度范圍為－400C～＋85℃。ADC0808/0809的技術指標:2．ADC0808/0809的應用圖2-7ADC0808/0809的應用原理圖2．ADC0808/0809的應用圖2-7ADC0808圖2-8ADC0808/0809進行A/D轉換時各引腳時序圖圖2-8ADC0808/0809進行A/D轉換時各引腳時ADC0809的工作過程根據時序圖，ADC0809的工作過程如下：①把通道地址送到A～C上，選擇一個模擬輸入端；②在通道地址信號有效期間，ALE上的上升沿使該地址鎖存到內部地址鎖存器；③START引腳上的下降沿啟動A/D變換；

④變換開始后，EOC引腳呈現低電平，EOC重新變為高電平時表示轉換結束；⑤OE信號打開輸出鎖存器的三態門送出結果。ADC0809的工作過程根據時序圖，ADC0809的工作過程3．A/D轉換器與微處理器的連接1）模擬量輸入通道的連接

A／D轉換器所要求接收的模擬量大都為0～5V的標準電壓信號。但是有些A／D轉換器的輸入除允許單極性外，也可以是雙極性，用戶可通過改變外接線路來改變量程。有的A／D轉換器還可以直接接入傳感器的輸出信號，如AD670。2）數字量輸出引腳的連接

對于內部未含輸出鎖存器的A／D轉換器來說，一般通過鎖存器或I/O接口與微型計算機相連。常用的接口及鎖存器有Intel8155，8255，8243以及74LS273，74LS373，8212等。當A／D轉換器內部含數據輸出鎖存器時，可直接與微型計算機相連。3．A/D轉換器與微處理器的連接3)A/D轉換器的啟動方式

任何一個A／D轉換器在開始轉換前，都必須經過啟動，才開始工作。芯片不同，要求的啟動方式也不同。脈沖啟動：在啟動轉換引鄶上加上要求的脈沖信號。電平啟動：在啟動引腳上加上要求的電平，在轉換過程中，必須保持這一電平。一般可采用D觸發器、鎖存器或并行I/O接口等來實現。高電平啟動：如ADC0809、AD574低電平啟動：如ADC0801、ADC0802、AD6704）轉換結束信號的處理方法微處理器檢查判斷A/D轉換結束的方法有以下3種：①中斷方式②查詢方式③軟件延時方法3)A/D轉換器的啟動方式5）參考電源的選擇在A／D轉換器中，參考電平的作用是給其內部D／A轉換器提供標準電源。它直接關系到A／D轉換的精度，因而對該電源的要求比較高，一般要求由穩壓電源供電。外電源供給：如AD7574、ADC0809內部供電：AD574A、ADC806）時鐘信號的連接時鐘信號的頻率決定了其轉換速度。一種由芯片內部提供，另一種由外部時鐘提供。7）接地問題模擬地和數字地應分別與系統的模擬地和數字地相連。而在整個系統中，模擬地和數字地只在一點接通。5）參考電源的選擇4．8位A/D轉換器控制程序設計

圖2-9ADC0809與計算機的接口原理圖

A/D轉換的結束信號EOC作為狀態信號，經三態門接入數據總線的D7位。計算機啟動AD轉換后，不斷查詢D7是否為1，判斷AD轉換是否結束。4．8位A/D轉換器控制程序設計圖2-9ADC08092.2.3數據采集與處理方法一、數字濾波由于有各種各樣的干擾，如環境溫度、電場、磁場等，會使采樣值偏離真實值，因此需要將干擾濾掉，也就是進行濾波。對于計算機系統，其濾波非常容易實現，就是設計一些計算程序，稱為數字濾波器，數字濾波可以實現各種各樣的濾波。

數字濾波器與模擬RC濾波器相比，具有以下優點：（1）不需要增加硬件設備（2）可靠性高（3）可多通道共享（4）可以對頻率很低（如0.1Hz）的信號濾波（5）使用靈活、方便，如可選擇不同的濾波器和參數2.2.3數據采集與處理方法1、程序判斷濾波

程序判斷濾波的方法，是根據生產經驗，確定出相鄰兩次采樣信號之間可能出現的最大偏差⊿Y。若超過此偏差值，則表明是干擾信號，應該去掉；若小于此偏差值，則將該信號作為本次的采樣值。程序判斷濾波的主要作用：用于濾掉由于大功率設備的啟停，所造成的電流尖峰干擾或誤檢測，以及變送器不穩定而引起的嚴重失真等。程序判斷濾波可分為限幅濾波和限速濾波兩種。

1、程序判斷濾波

1）限幅濾波

限幅濾波是濾掉采樣值變化過大的信號。①限幅濾波的方法是把相鄰兩次的采樣值相減，求出其增量（絕對值），然后與兩次采樣允許的最大差值（據情況而定）⊿Y進行比較，若小于或等于⊿Y，則取本次的采樣值；若大于⊿Y，則仍取上次的采樣值作為本次的采樣值。即若|Y(k)-Y(k-1)|≤⊿Y，則Y(k)=Y(k)，取本次采樣值若|Y(k)-Y(k-1)|>⊿Y，則Y(k)=Y(k-1)，取上次采樣值說明：⊿Y

的大小取決于采樣周期T及Y值的變化動態響應。②限幅濾波的應用系統是主要用于變化比較緩慢的參數，如溫度、物位等測量系統。③使用時最大允許誤差⊿Y的選取，可根據經驗數據或實驗得出。⊿Y太大，各種干擾信號將“乘機而入”，使系統誤差增大；⊿Y太小，又會使一些有用信號“拒之門外”，使計算機采樣效率變低。1）限幅濾波2）、限速濾波

限速濾波

也是濾掉采樣值變化過大的信號

限速濾波有時需要三次采樣值來決定采樣結果①限速濾波的方法當|Y(2)-Y(1)|>⊿Y時，不是取Y(1)作為本次的采樣值，而是再采樣一次，取的Y(3)，然后根據|Y(3)-Y(2)|與⊿Y的大小關系，來決定本次的采樣值。設順序采樣時刻t1、t2、t3所采集到的數據分別為Y(1)、Y(2)、Y(3)

當|Y(2)-Y(1)|≤⊿Y時，采用Y(2)

當|Y(2)-Y(1)|>⊿Y時，不采用Y(2)，但保留，繼續采樣取得Y(3)

當|Y(3)-Y(2)|≤⊿Y時，采用Y(3)

當|Y(3)-Y(2)|>⊿Y時，則取(Y(3)+Y(2))/2為采樣值

②限速濾波的特點既照顧了采樣的實時性，又顧及了采樣值變化的連續性。 不足之處：一是不夠靈活，二是不能反映采樣點數大于3時各采樣數值受干擾情況。故應用受到限制。2）、限速濾波3）中值濾波

中值濾波是對某一參數連續采集n次（一般n取奇數），然后把n次的采樣值從小到大、或從大到小排序，取其中間值作為本次采樣值。中值濾波的功能對于去掉偶然因素引起的波動、或采樣器不穩定而造成的誤差所引起的脈動干擾有效。中值濾波的應用系統適用與信號變化比較緩慢的系統，對于變化快速的信號，如流量、快速運動的位移、角度等不適用。3）中值濾波4）算數平均值濾波

①算術平均值濾波

是要尋找一個Y(k)，使該值與各采樣值之間誤差的平方和為最小。即

②算術平均值濾波公式由一元函數求極限值原理，得算術平均法數字濾波公式

式中-----為第k次采樣N個采樣值的算術平均值

X(i)-----第i個采樣值N-----采樣次數

③算術平均值濾波的實質

是把一個采樣周期內N次采樣值相加，然后再除以采樣個數N，得到該周期的采樣值。④算術平均值濾波應用

主要用于對壓力、流量等周期脈動的信號采樣值進行平滑處理。

不適用脈沖性干擾較嚴重的場合。

4）算數平均值濾波5）加權平均值濾波

①加權平均值濾波算術平均值的N個采樣值，所占的比例是相同的，濾波的結果取每個采樣值的1/N。為了提高濾波效果，將各采樣值取不同的比例，然后再相加，此方法稱為加權平均法。具有N個采樣值的加權平均值公式為：

式中均為常數，稱為各采樣值的系數，應滿足以下關系：

Ci體現了各采樣值在平均值中所占的比例，可以根據具體情況決定。②Ci取值例子

對于正在變化的信號，如采集流量的之間值，一般采樣次數愈靠后，取的比例愈大，這樣可以增加新的采樣值在平均值的比例。③主要應用根據需要，突出或抑制某一部分信號。5）加權平均值濾波5）滑動平均值濾波

①算術平均值濾波與加權平均值濾波的缺點不管是算術平均濾波還是加權平均濾波，都需要連續采樣N個數據，然后求算術平均值或加權平均值。這種方法適合于有脈動式干擾的場合。但由于采樣N個需要的時間較長，故檢測速度較慢。滑動平均值濾波可克服此缺點。

②滑動平均值濾波在RAM中建立一數據緩沖區，依次存放N個采樣數據，每采進一個新數據，就將最早采集的那個數據丟掉，然后求包括新數據在內的N個數據的算術平均值或加權平均值。

③有兩種滑動平均值濾波一種是算術平均濾波，另一種是加權平均濾波

提示：在滑動平均值濾波開始時，要先采集N個數據存放在緩沖區中，然后再做滑動平均值濾波。5）滑動平均值濾波6）RC低通數字濾波

右圖所示為RC低通濾波器，信號X(s)頻率越高，旁路阻抗越低，信號越容易被濾掉，信號X(s)頻率越低，旁路阻抗越高，信號越不容易被濾掉。是電子線路中常用的一種濾波器。

RC之積為濾波器的時間常數。傳遞函數為

式中τ=RC，為環節的時間常數。下面設計一個數字濾波器，其方法：一是計算該環節的廣義脈沖傳遞函數；二是作Z反變換；三是離散化求得差分方程，即遞推方程。①計算廣義脈沖傳遞函數

6）RC低通數字濾波

②作Z反變換由上式得令，用Z變換的實數位移定理，對上式做Z反變換得

③離散化得差分方程（用kT代替t，不寫T）

即為RC低通濾數字波器的數學公式。式中，

X(k)-----第k個采樣值；Y(k)-----第k次濾波輸出值；

Y(k-1)-----第k-1次濾波輸出值；

α-----濾波平滑系數，

T-----為采樣周期；τ-----濾波環節的時間常數②作Z反變換

④平滑系數α與T、τ的簡化關系由，按級數展開得

=1+(-T/τ)+(-T/τ)2/2!+(-T/τ)3/2!+……

若T<<τ（一般能夠滿足）

，則有

α≈T/τ

平滑系數α與平滑作用大小的關系

α越大，實際上平滑作用越小。⑤應用

把每一個采樣值X（k）代入（2-1）進行計算，即得到對應的濾波后的值。

④平滑系數α與T、τ的簡化關系7）復合數字濾波

將兩種或兩種以上的數字濾波方法聯合起來使用，其目的是進一步提高濾波效果。各種數字濾波性能比較：

濾波效果

1）對于變化比較緩慢的信號，如溫度、物位等，可以選擇程序判斷濾波及一階滯后濾波。

2）對于變化比較快的信號，如壓力、流量、轉速等，可以選擇算術平均或加權平均濾波法。

3）對于要求較高系統，可以采用復合濾波法，如算術平均加中值濾波等。濾波時間在滿足濾波效果的前提下，應該盡量縮短濾波時間。數字濾波在熱工和化工直接數字控制（DDC）系統不一定需要。7）復合數字濾波各種數字濾波性能比較：2．標度變換

為了顯示、記錄、打印和便于操作人員監控，必須把二進制表示的數字量轉換成對應的實際數值和單位。這一轉換過程就稱為標度變換。分為線性參數標度變換和非線性參數標度變換。

2．標度變換1）線性參數標度變換

線性參數標度變換是最常用的標度變換，其變換前提條件是被測物理量與A/D轉換得到的數字量為線性關系。

線性標度變換的公式為：

作變換得：

顯然是線性關系。式中，

A0-----測量儀表量程的下限；Am-----測量儀表量程的上限；

Ax-----實際測量值（工程量）；N0-----儀表下限所對應的數字量；

Nm-----儀表上限所對應的數字量；

Nx-----測量值所對應的數字量。1）線性參數標度變換

例：某溫度測量儀表的量程為10℃---50℃，采用8位A/D轉換器，AD采樣值經數字濾波后的數字量為7BH，求此時的溫度值。

解：根據題意知，A0=10℃，Am=50℃，Nx=7BH=123D；取Nm=0FFH=255、N0=0。用公式得例：某溫度測量儀表的量程為10℃--2）非線性參數標度變換

一般情況下，非線性參數的變化規律各不相同，故其標度變換公式也需根據各自的具體情況建立。例如在流量測量中，流量與壓差之間的關系為

（2-3）

式中Q-----流量；⊿P-----節流裝置的壓差；

K-----刻度系數，與流體的性質、節流裝置的尺寸有關。可見，流體的流量與被測流體流過節流裝置前后產生的壓力差的平方根成正比，由此可得到測量流體時的標度變換公式。2）非線性參數標度變換根據式（2-3）測流量時，計算機處理程序應包含以下3個步驟：①對A/D采樣值進行數字濾波；②利用式（2-2）對數字濾波后的數值進行線性參數標度變換，求得流量計節流裝置兩邊的壓差值；③將求得的壓差值代入式（2-3）計算，求得測量結果流量。根據式（2-3）測流量時，計算機處理程序應包含以下3個步驟2.3鍵盤接口技術2.3.1獨立式按鍵獨立式按鍵是指直接用輸入端口線構成的單個按鍵電路，常用于需要少量幾個按鍵的計算機控制系統。設8255的端口PA初始化為輸入，每個按鍵的狀態通過8255的端口PA讀入。當無鍵按下時，PA0～PA7輸入狀態均為1（高電平）當有鍵按下時：按鍵對應的端口線輸入為0（低電平）。2.3鍵盤接口技術2.3.1獨立式按鍵圖2-11具有8個獨立式按鍵的硬件連線圖圖2-11具有8個獨立式按鍵的硬件連線圖2.3.2行列式鍵盤行列式鍵盤由行線和列線組成，按鍵設置在行、列結構的交叉點上，行列線分別連在按鍵開關的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。當無鍵按下時，行線處于高電平狀態；當有鍵按下時，行、列線將導通，此時，行線電平將由與此行線相連的列線電平決定。行列式鍵盤與計算機的連接多采用I/O接口芯片，如8155、8255等。有時為了簡單起見，也采用鎖存器，如74LS273、74LS244、74LS373等。2.3.2行列式鍵盤1．定時掃描法圖2-12所示為采用8255端口構成的4×8矩陣鍵盤。圖2-12采用8255端口構成的4×8矩陣鍵盤根據計算機進行掃描的方法可分為定時掃描法和中斷掃描法兩種。1．定時掃描法圖2-12采用8255端口構成的4×8矩陣

按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導通，行線在無鍵按下時處在高電平，顯然，如果讓所有的列線也處在高電平，那么，按鍵按下與否不會引起行線電平的變化，因此，必須使所有列線處在低電平，只有這樣，當有鍵按下時，該鍵所在的行電平才會由高電平變為低電平。CPU根據行平電的變化，便能判定相應的行有鍵按下。為進一步確定具體鍵，不能使所有列線在同一時刻都處在低電平，可在某一時刻只讓一條列線處于低電平，其余列線均處于高電平，另一時刻，讓下一列處在低電平，依次循環，這種依次輪流每次選通一列的工作方式稱為鍵盤掃描。圖中，8255的PA端口為輸出工作方式作為列線使用，PC端口作為行線使用。每一個行線與列線的交叉點處接一個按鍵，每個鍵設一個編號。按鍵按下時，與此鍵相連的行線與列線導定時掃描法的工作過程如下：1）定時掃描鍵盤，判斷是否有鍵按下使列線均為低電平，定時從PC口讀入行值，監視有無鍵按下。若行值的低4位值為為0FH（1111），無鍵按下；若不為1111，說明有鍵按下。2）消除按鍵抖動若有鍵按下，則延時10～20ms，再次從PC口讀入行值。3）求按鍵鍵值對鍵盤逐列掃描，即逐列輸出低電平。若某行的值為0（低電平），說明該列與該行交叉點的鍵按下。首先令PA0＝0，讀入行值，若行值不等于0FH（1111），說明該列有鍵按下，求出按鍵值。例如若列輸出值為0FDH（PA1＝0），行輸入值為0EH（1110，即PC0＝0），則所按鍵值為1。4）等待按鍵釋放程序需等待按鍵釋放后，才做下一按鍵的處理。定時掃描法的工作過程如下：2．中斷掃描法

當無鍵按下時，CPU處理自己的工作，當有鍵按下時，產生中斷請求，CPU轉去執行鍵盤掃描子程序，并識別鍵號。中斷掃描方式可以提高CPU工作效率。工作原理：所有的列線輸出均為低電平，當沒有鍵按下時，所有的行線上均為高電平，經4輸入與非門后輸出為低電平，再送到中斷申請端IRQ2，這時不會產生中斷。當有任意一鍵按下時，對應該鍵的行線變為低電平，使得4輸入與非門的輸出變為高電平，這時使得IRQ2產生正跳變，向CPU申請中斷。CPU響應中斷后，再調用定時掃描法的程序，找到所按的鍵，并做相應的處理。2．中斷掃描法

當無鍵按下時，CPU處理自己的工作，當有圖2-14中斷掃描法硬件原理圖圖2-14中斷掃描法硬件原理圖2.3.3軟鍵盤與觸摸屏接口所謂軟鍵盤，就是以圖形顯示方式形成的鍵盤圖案，而非物理鍵盤。1．電阻式觸摸屏的接口電路與坐標值原理：用筆接觸觸摸屏的不同位置，則由Y＋（或X＋）端輸入到片內AD轉換器的電壓值不同，輸入電壓經片內AD轉換后就得到筆觸點的Y（或X）值，而該輸出值與筆觸點位置成近似線性關系。電阻式觸摸屏所得坐標值精度將受幾個因素的影響：觸摸屏本身電阻材料的均勻性ADS7846模擬電子開關的內阻和A/D轉換器自身的轉換精度A/D轉換時X＋（或Y＋）端所接正電源及X（或Y）端所接地的干擾2.3.3軟鍵盤與觸摸屏接口圖2-154線電阻式觸摸屏與ADS7846的接口原理圖圖2-154線電阻式觸摸屏與ADS7846的接口原理圖2．干擾誤差的消除方法為了盡可能減小干擾誤差對點觸精度的影響，必須對ADS7846的電源和接地采取一些抗干擾措施。應該仔細處理電源旁路和接地方法的問題采取軟件方法克服隨機干擾。3．坐標定位與坐標變換觸摸屏常和點陣式LCD屏疊加在一起配套使用。因此，獲得筆在觸摸屏上的觸點坐標后，還需經過坐標變換，才能得到筆觸點在LCD屏上的位置坐標。2．干擾誤差的消除方法設X=(XBXA+XDXC)，Y=(YAYC+YBYD)，設筆接觸的任一點在觸摸屏上的坐標為（XT,YT），其所對應的顯示屏上的坐標為（X,Y），則有

X=(XTX0)×M/X+M/2（2-4）

Y=(YTY0)×N/Y+N/2（2-5）圖2-164點定位圖圖2-16所示為電阻式觸摸屏與點陣式LCD屏重疊放置的4點定位圖。設LCD屏的大小為M（寬）×N高），左下角為坐標原點，則A（M/4,3N/4),B(3M/4,3N/4)C(M/4,N/4),D(3M/4,N/4)用筆分別接觸這4點，獲得觸摸屏對應ABCD4點的坐標值分別為（XA，YA），（XB，YB），（XC，YC），（XD，YD），觸摸屏的中心點坐標為（X0，Y0），則

X0＝（XA＋XB＋XC＋XD）/4Y0=(YA+YB+YC+YD)/4設X=(XBXA+XDXC)，Y=(YAY2.4開關量信號輸入接口2.4.1多路開關量信號輸入接口技術在計算機控制系統中，當需要檢測的開關量信號路數很多時，就需要擴充很多的輸入接口，以便能將所有的開關信號輸入到計算機中。圖2-17采用8255擴充64路輸入接口的原理圖2.4開關量信號輸入接口2.4.1多路開關量信號輸當輸入開關量路數不是很多時，也可以采用普通邏輯器件進行輸入接口的擴充。圖2-18采用74LS244擴充24路輸入接口的原理圖2.4開關量信號輸入接口

當輸入開關量路數不是很多時，也可以采用普通邏輯器件進行輸入接2.4.2光電隔離與大功率輸入接口技術1．光電隔離技術常用的光電隔離技術有：發光二極管/光敏三極管發光二極管/光敏復合晶體管發光二極管/光敏電阻發光二極管/光觸發可控硅等其原理圖如圖2-19所示。圖2-19光電隔離器原理圖2.4開關量信號輸入接口

2.4.2光電隔離與大功率輸入接口技術圖2-19光電2．大功率輸入接口

在計算機控制系統中，從現場送來的許多開關量都是通過觸點輸入電路輸入的。各開關信號通過接口電路轉換成TTL信號。圖2-20開關信號輸入硬件連線圖2．大功率輸入接口圖2-20開關信號輸入硬件連線圖大功率的開關電路一般采用電壓較高的直流電源，這種類型的開關信號應經光電隔離后才能與計算機相連。圖2-21大功率開關信號輸入硬件連線圖大功率的開關電路一般采用電壓較高的直流電源，這種類型的開關信THE

END

THEEND第2章

輸入通道接口技術第2章

輸入通道接口技術輸入通道接口技術2.1信號測量與傳感器技術

2.2模擬信號輸入通道接口

2.3鍵盤接口技術

2.4開關量信號輸入接口

輸入通道接口技術2.1信號測量與傳感器技術2.1信號測量與傳感器技術2.1.1溫度測量傳感器

溫度測量原理：通過溫度敏感元件與被測對象的熱交換，測量相關的物理量，即可確定被測對象的溫度。

溫度測量方式：有接觸式和非接觸式兩大類。2.1信號測量與傳感器技術2.1.1溫度測量傳感器測溫方式類別原理典型儀表測溫范圍接觸式測溫膨脹類利用液體氣體的熱膨脹及物質的蒸氣氣壓變化玻璃液體溫度計100℃～600℃壓力式溫度計100℃～500℃利用兩種金屬的熱膨脹差雙金屬溫度計

80℃～600℃熱電類利用熱電效應熱電偶200℃～1800℃電阻類固體材料的電阻隨溫度變化而變化鉑熱電阻260℃～850℃銅熱電阻50℃～150℃熱敏電阻50℃～300℃其他電學類半導體器件的溫度效應集成溫度傳感器50℃～150℃晶體的固有頻率隨溫度變化而變化石英晶體溫度計50℃～120℃光纖類利用光纖的溫度特性或作為傳光介質光纖溫度傳感器50℃～400℃非接觸式測溫光纖輻射溫度計200℃～4000℃輻射類利用普朗克定律光電高溫計800℃～3200℃輻射傳感器400℃～2000℃表2－1溫度檢測方法的分類測溫方式類別原理典型儀表測溫范圍接觸式測溫膨脹類利2.1信號測量與傳感器技術接觸式溫度測量傳感器－金屬熱電阻：測溫過程：金屬導體的電阻值隨溫度變化而變化。優點：信號可以遠傳，靈敏度高，無須參比溫度。穩定性高、互換性好、準確度高。缺點：需要電源激勵，有自熱現象，影響測量精度。類型：鉑熱電阻、銅熱電阻、鎳熱電阻等。2.1信號測量與傳感器技術接觸式溫度測量傳感器－金屬熱電阻鉑熱電阻的工作原理：鉑的純度W100=R100/R0其中R100和R0為鉑熱電阻在100℃和0℃時的電阻值。當W100=1.3850，R0選用10和100兩種阻值（分度號分別為Pt10和Pt100）時，鉑熱電阻溫度測量范圍為200℃～850℃，其電阻與溫度的關系為： 當T≥0℃時 R(T)=R0(1+AT+BT2)

當T＜0℃時 R(T)=R0[1+AT+BT2+CT3(T100)]

式中，A=3.9083×103℃1,

B=5.775×107℃2,

C=4.183×1012℃4。鉑熱電阻的工作原理：2.1信號測量與傳感器技術鉑熱電阻的分類和特性及分度表見表2-2、表2-3。項目鉑熱電阻分度號Pt100Pt10R0/100100.00385℃測溫范圍200℃～850℃允差A級:±(0.15℃+0.002|T|)B級:±(0.30℃+0.005|T|)表2-2鉑熱電阻分類和特性2.1信號測量與傳感器技術鉑熱電阻的分類和特性及分度表見表TPt100Pt10TPt100Pt10TPt100Pt10200℃18.521.852160℃161.0516.105520℃287.6228.762180℃27.102.710180℃168.4816.848540℃294.2129.421160℃35.543.554200℃175.8617.586560℃300.7530.075140℃43.884.388220℃183.1918.319580℃307.2530.725120℃52.115.211240℃190.4719.047600℃313.7131.371100℃60.266.026260℃197.7119.771620℃320.1232.01280℃68.336.833280℃204.9020.490640℃326.4832.64860℃76.337.633300℃212.0521.205660℃332.7933.27940℃84.278.427320℃219.1521.915680℃339.0633.90620℃92.169.216340℃226.2122.621700℃345.2834.5280℃100.0010.000360℃233.2123.321720℃351.4635.14620℃107.7910.779380℃240.1824.018740℃357.5935.75940℃115.5411.554400℃247.0924.709760℃363.6736.36760℃123.2412.324420℃253.9625.396780℃369.7136.97180℃130.9013.090440℃260.7826.078800℃375.7037.570100℃138.5113.851460℃267.5626.756820℃381.6538.165120℃146.0714.607480℃274.2927.429840℃387.5538.775140℃153.5815.358500℃280.9828.098860℃390.4839.048表2-3鉑熱電阻分度表TPt100Pt10TPt100Pt10TPt100Pt102.1信號測量與傳感器技術熱電阻結構分為普通型和鎧裝型兩種。普通型：感溫元件、內引線、絕緣套管、保護套管、接線盒組成。鎧裝型：鎧裝電纜作為保護管－絕緣物－內引線的組件，前端與感溫元件連接，外部焊接短保護管。圖2-1鎧裝鉑熱電阻的結構2.1信號測量與傳感器技術熱電阻結構分為普通型和鎧裝型兩種2.1信號測量與傳感器技術2.1.2壓力測量傳感器

類型：應變式、壓阻式、電容式、壓電式、振頻式、光電式、光纖式、超聲式等。壓電式傳感器：利用壓電材料的壓電效應將被測壓力轉換為電信號。壓電元件受一壓力作用時將產生電荷，當外力去除后，電荷消失。在彈性范圍內，壓電元件產生的電荷量與作用力之間呈線性關系，即：

q=kSp

式中，q為電荷量，k為壓電常數，S為作用面積，p為壓力。2.1信號測量與傳感器技術2.1.2壓力測量傳感器2.1信號測量與傳感器技術圖2-2壓電式壓力傳感器結構示意圖壓電元件的一個側面與膜片接觸并接地，另一個側面通過金屬箔和引線將電量引出。被測壓力均勻作用在膜片上，使壓電元件受力而產生電荷。2.1信號測量與傳感器技術圖2-2壓電式壓力傳感器結構2.1信號測量與傳感器技術2.1.3流量測量傳感器流體的流量是指在單位時間內流過某一個流通截面的流體的體積或者質量。流量計的種類繁多，分別適合于不同的工作場合。按檢測原理分類的典型流量計列在表2-4中。類別儀表名稱體積流量計容積式流量計橢圓齒輪流量計、腰輪流量計、皮膜式流量計等差壓式流量計節流式流量計、勻速管流量計、彎管流量計、靶式流量計、浮子流量計速度式流量計渦輪流量計、渦街流量計、電磁流量計、超聲波流量計等質量流量計推導式質量流量計體積流量經密度補償或者溫度、壓力補償求得質量流量等直接式質量流量計科里奧利流量計、熱式流量計、沖量式流量計表2-4流量計的分類2.1信號測量與傳感器技術2.1.3流量測量傳感器類

2.2模擬信號輸入通道接口模擬量輸入通道的一般組成

圖模擬量輸入通道的組成結構

模擬量輸入通道一般由信號預處理、多路轉換器、前置放大器、采樣保持器、模/數轉換器和接口邏輯電路等組成。其核心是模/數轉換器。

2.2模擬信號輸入通道接口模擬量輸入通道的一般組成圖模擬量輸入通道中常用器件①傳感器、變送器

信號預處理的功能是對來自傳感器或變送器的信號進行處理。如將4mA～20mA或0～10mA電流信號變為電壓信號，將熱電阻(Pt100或Cu50)的電阻信號經過橋路變為電壓信號等。傳感器（Transducer）非電量→電壓、電流變送器（Transformer）轉換成標準的電信號②信號預處理

模擬量輸入通道中常用器件①傳感器、變送器信號③多路轉換器

多路轉換器又稱多路開關，多路開關的作用是用來將各路被測信號依次地或隨機地切換到公共放大器或A/D轉換上。④前置放大器

前置放大器的任務是將模擬輸入小信號放大到轉換的量程范圍之內。當多路輸入的信號源電平相差較懸殊時，用同一增益的放大器去放大高電平和低電平的信號，就有可能使低電平信號測量精度降低，而高電平則有可能超出模/數轉換器的輸入范圍。可設計可變增益放大器。③多路轉換器多路轉換器又稱多路開關，多路⑤采樣保持器采樣時，k閉合，VIN通過A1對CH快速充電，VOUT跟隨VIN；保持期間，k斷開，VOUT=VC保持不變，采樣保持器一旦進入保持期，便應立即啟動A/D轉換器，保證A/D轉換期間輸入恒定。⑥A／D轉換器A/D轉換器的作用是將模擬量轉換為數字量，它是模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統和計算機之間的接口。⑤采樣保持器采樣時，k閉合，VIN通過A1對CH快速充電2.2模擬信號輸入通道接口2.2.1模擬多路開關在實際的計算機控制系統中，往往需要對多路信號或者多種信號進行測量，而計算機在任意時刻只能處理一路信號，因此，需要將各路信號分時地送給計算機處理。多路開關:把多個模擬量參數分時地接通并送入A/D轉換器，即完成多到一的轉換。多路分配器（反多路開關）：把經計算機處理，且由D/A轉換器轉換成的模擬信號按一定的順序輸出到不同的控制回路（或外部設備）中，即完成一到多的轉換2.2模擬信號輸入通道接口2.2.1模擬多路開關圖2-3多路模擬信號檢測框圖圖2-3多路模擬信號檢測框圖按用途分：單向多路開關：只能完成多到一的切換，如AD7501（8路）、AD8506(16路)；雙向多路開關：該芯片既可以實現多到一的切換，也可以完成一到多的切換。如CD4051。從輸入信號的連接方式來分：

單端輸入

雙端輸入（或差動輸入）。雙端是指芯片內的一對開關同時動作，從而完成差動輸入信號的切換，以滿足抑制共模干擾的需要。按用途分：公司型號通道數種類CD公司CD40518通道雙向CD4052雙4通道雙向CD4053三重2通道雙向CD406716通道雙向CD4097雙8通道雙向AD公司AD75018通道單向AD7502雙4通道單向AD75038通道單向AD750616通道單向AD7507雙8通道單向MAX公司MAX3088通道雙向MAX309雙4通道雙向MAX30616通道雙向MAX307雙8通道雙向表2-5常用模擬多路開關芯片公司型號通道數種類CD公司CD40518通道雙向CD4052半導體模擬多路開關的主要特點：

具有多種集成電路的封裝形式（如DIP、SMD封裝等），尺寸小，便于安排；直接與TTL（或CMOS）電平相兼容；可采用雙極性輸入；轉換速度快，通常其導通或關斷時間在1s左右，有些產品已達到幾十ns；壽命長，無機械磨損；接通電阻較低，一般小于100，有的可達幾。斷開電阻高，通常達109以上。半導體模擬多路開關的主要特點：2.2模擬信號輸入通道接口1．模擬多路開關CD4051

CD4051是單端、8通道、雙向多路開關。它帶有3個通道選擇輸入端A、B、C和一個禁止輸入端INH。輸入端A、B、C的信號用來控制選擇8個通道之一被接通。INH＝1，所有通道均斷開，禁止模擬信號輸入。

INH＝0，通道接通，允許模擬信號輸入。輸入信號Vi范圍是VDD～VSS。該類芯片VDD－VSS允許使用的電壓范圍是-0.5－15V。

2.2模擬信號輸入通道接口1．模擬多路開關CD4051圖2-4CD4051的原理與引腳圖圖2-4CD4051的原理與引腳圖輸入狀態接通通道INHCBACD45010000000011001020011301004010150110601117表2-6CD4051真值表輸入狀態接通通道INHCBACD450100000002．CD4051多路開關的擴展應用如果被測參數多于8路，使用一個CD4051不能滿足路數的要求，可將多個4051相連并進行擴展。例如用2個CD4051構成16通道多路開關，2個16通道開關構成32通道多路開關等。例：2個CD4051構成16通道多路開關用一根地址總線D3即可作為兩個多路開關的允許控制端的選擇信號而兩個多路開關的通道選擇輸入端共用一組地址(或數據)總線D0～D2。2．CD4051多路開關的擴展應用例：2個CD4051構成圖2-5CD4051的擴展電路通過改變通道選擇線D3～D0的狀態，即可選通IN0～IN15這16個通道之一。圖2-5CD4051的擴展電路通過改變通道選擇線D3表2-716通道選擇真值表輸入狀態選中通道號D3D2D1D0INi000000001100102001130100401015011060111710008100191010101011111100121101131