其次，把次高位置1，依上面的方法确定其状态。
从高位到低位逐次Vin位比较（N为A/D位数），使Ui逼近输入信号Vin，直到输出锁存器的最后一位。
这时，D/A转换器的输入数据即为模/数转换后的数据，控制器控制输出寄存器将其输出。
图1-1逐次逼近型A/D转换器
逐次逼近型A/D转换器的特点是转换速度比较快，价格适中，精度较高，因此在单片机系统中被广泛应用。
（2）双积分型A/D转换器
双积分型A/D转换器的原理图如图5.16所示，它由电子开关、积分器、比较器、逻辑控制器和计算器等部件构成。
所谓双积分，是指进行一次A/D转换需要进行两次积分。
图1-2双积分型A/D转换器
双积分型A/D转换器的工作原理是：
模拟电压信号Vi加到积分器进行固定时间（死）的积分，接着切换电子开关，将与Vi。
极性相反的标准电压信号Vr加到积分器上，积分电路从刚才积分的终值开始反向积分，由于Vr恒定，所以积分输出将以恒定的速度下降，直到积分器输出为零，此时发出“数据有效”状态，将数据输出。
反向积分时间Ti与Vi。
时间定值积分的终值成比例关系，A/D转换的结果数据通过测量反向积分的时间乃计算出输入电压值。
双积分转换过程通过对输入信号的不断积分能对噪声或变化的输入信号进行平滑，因此双积分型A/D转换器具有精度高，抗干扰性强，价格便宜等特点，只是转换速度较慢（每秒10次左右），是一种中速的A/D转换器。
典型的器件有MC14433（三位半）和ICL7135（四位半）等。
（3）V/F型A/D转换器
V/F型AfD转换器把输入模拟信号电压转换为频率信号送入单片机，可以简单地将其理解为一个压控振荡器。
使用V/F型转换器进行A/D转换具有良好的精度、线性和积分输入特性，常能实现其他类型转换器无法实现的功能。
在前向通道中，采用V[F型转换器代瞽普通的A/D转换器，可以大大简化前向通道。
采用V/F型转换器与计算机连接具有以下优点。
①接口简单。
占用计算机资源少，对于一路模拟信号只占用一个输入I/O口。
②频率输入信号灵活。
可以输入单片机I/O口线，也可作为中断源输入、计数输入等。
③抗干扰能力强。
频率测量本身是个计数过程。
V/F转换过程是对输入信号的不断计数，因而能对噪声或变化的输入信号进行平滑。
另外，V/F转换与计算机的接口很容易采用光电隔离。
便于远距离传输。
V/F型A/D转换器还可以调制在射频信号上进行无线传播，实现遥控，也可以调制成光脉冲，可用光纤传送，不受电磁干扰。
基于以上这些优点，在一些非快速过程的前向通道中，通常使用lUF转换器代替通常的A/D转换器，常用的器件有LM331等，但V/F型A/D转换器也有转换速度慢，数据定标麻烦等特点。
实验二J型热电偶温度计实验
一、实验目的
了解热电偶测量温度的性能与应用范围。
二、基本原理
热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来，构成一个闭合回路。
由于两种不同金属所携带的电子数不同，当两个导体的二个执着点之间存在温差时，就会发生高电位向低电位放电现象，因而在回路中形成电流,温度差越大，电流越大，这种现象称为热电效应，也叫塞贝克效应。
热电偶就是利用这一效应来工作的。
热电偶的冷端处理与补偿:
从热电偶的测温原理可知，热电势的大小不仅与热端温度有关，而且也与冷端温度有关，只有当冷端温度固定不变，才能通过热电势的大小去判断热端温度的高低。
当冷端温度波动较大时，必须首先使用补偿导线将冷端延长到一个温度稳定的地方，然后再考虑将冷端
处理为0℃，这称为热电偶的冷端处理和补偿。
下面介绍几种使用的方法：
1）补偿导线法
热电偶补偿导线通常由补偿导线合金丝、绝缘层、护套和屏蔽层组成。
在100℃以下的常温范围内，补偿导线具有与所匹配的热电偶的热电势标称值相同的特性。
用它连接热电偶可起到延长热电偶冷端的作用。
热电偶补偿导线有两方面的优点：
其一是改善了热电偶测温线路的物理性能和机械性能。
采用多股线芯或小线径补偿导线可提高线路的挠性，接线方便，也可调节线路电阻和屏蔽外界的干扰；其二是降低了线路的成本。
当热电偶与测量仪表距离较远时，使用补偿导线可节约热电偶材料，尤其对于贵金属热电偶来说，经济效益更是明显。
补偿导线又分为延长型和补偿型两种。
对延长型来讲，补偿导线合金丝的名义化学成分及热电势标称值与配用的热电偶相同，用字母“X”附在热电偶分度号后表示，例如“KX”表示与K型热电偶配用的延长型补偿导线。
对补偿型来讲，其合金丝的名义化学成分与配用的热电偶不同，但其热电势值在100℃以下时与配用的热电偶的热电势标称值相同，用字母“C”附在热电偶分度号后表示，例如“KC”就是与K型热电偶配用的补偿性补偿导线。
不同成分的合金丝可以作为同一型号热电偶的补偿导线，则用第3个附加字母加以区别，例如KCA、KCB。
2）计算修正法
在实际的应用中，热电偶的参比端往往不是0℃，而是环境温度
，这时测量出的回路热电势要小，因此要加上环境温度
与冰点
之间温差所产生的热点势后才能符合热电偶分度表的要求。
根据连接导体和中间温度定则有：
可用室温计测出环境温度
，从分度表中查处的值
，然后加上热电偶回路热电势
，得到
的值，反查分度表即可得到准确的被测温度t值。
3）软件修正法
在计算机监控系统中，有专门设计的热电偶信号采集卡（I/O卡中的一种），一般有8路或16路信号通道，一般带有隔离、放大、滤波等处理电路。
使用时要求把热电势信号通过补偿导线与采集卡上的输入端子连接起来，在每一块卡上都在接线端子附近安装有热敏感电阻，在采集卡驱动程序的支持下，计算机每次都采集各路热电势信号和热敏电阻信号，根据热敏电阻信号得到
，再按计算修正法计算出每一条路的
值，就可以得到准确的t值了。
（J型热电偶）铁-铜镍热电偶
铁-铜镍热电偶（J型热电偶）又称铁-康铜热电偶，也是一种价格低廉的廉金属的热电偶。
它的正极（JP）的名义化学成分为纯铁，负极（JN）为铜镍合金，常被含糊地称之为康铜，其名义化学成分为：
55%的铜和45%的镍以及少量却十分重要的锰，钴，铁等元素，尽管它叫康铜，但不同于镍铬-康铜和铜-康铜的康铜，故不能用EN和TN来替换。
铁-康铜热电偶的覆盖测量温区为-200~1200℃，但通常使用的温度范围为0~750℃J型热电偶具有线性度好，热电动势较大，灵敏度较高，稳定性和均匀性较好，价格便宜等优点,广为用户所采用。
J型热电偶可用于真空，氧化，还原和惰性气氛中，但正极铁在高温下氧化较快，故使用温度受到限制，也不能直接无保护地在高温下用于硫化气氛中。
三、实验内容
利用综合实验仪设计一热电偶温度计：
1、用温度源产生标准温度参量；
2、通过测量热电偶的电压测量温度；
3、采用软件方法进行冷端补偿；
4、根据分度表对测量结果进行非线性校验；
5、对所设计仪表的静态特性进行测定。
四、实验设备
热电偶J型，加热源，温度控制仪，数显单元
CSY-3000实验仪，CKXT-
型综合实验仪
五、实验步骤
1、在主机箱总电源、调节仪电源、温度源电源关闭的状态下，按图2-1示意图接线。
将J型热电偶自由端接入温度传感器实验模板上标有热电偶符号的a、b孔上，热电偶自由端连线中带红色套管或红色斜线的一条为正端。
图2-1J热电偶温度特性实验接线示意图
2、调节温度传感器实验模板放大器的增益k=30倍:
在图2-1中温度传感器实验模板上的放大器的二输入端引线暂时不要接入。
拿出应变传感器实验模板（实验一的模板），将应变传感器实验模板上的放大器输入端相连（短接），应变传感器实验模板上的±15Ｖ电源插孔与主机箱的±15Ｖ电源相应连接，合上主机箱电源开关（调节仪电源和温度源电源关闭）后调节应变传感器实验模板上的电位器RW4（调零电位器）使放大器输出一个较大的ｍV信号，如20mV（可用电压表2V档测量），再将这个20mV信号（Vi）输给图30A中温度传感器实验模板的放大器输入端（单端输入：
上端接mV，下端接⊥）；用电压表（2V档）监测温度传感器实验模板中的Vo1，调节温度传感器实验模板中的RW2增益电位器，使放大器输出Vo1=600mV，则放大器的增益Ｋ=Vo1/Vi=600/20=30倍。
注意：
增益Ｋ调节好后，千万不要触碰RW2增益电位器。
实验操作：
考虑到实验中所给的调节放大器增益到K=30倍的方法比较麻烦，我们采用了另一种方法。
操作步骤如下：
首先按照图2-1所示示意图进行接线，将热电偶的一端接地（与电压表的地相连），另一端接电压表的输入Vi。
同时温度传感器实验模板的输出V02接万用表，并将万用表打到电压档;
然后打开温度源开关进行加热，当加热到80℃左右（此处可以是任意一个温度值）时，观察到电压表的测量显示值为4.5mV。
调节温度传感器实验模板上的Rw2电阻，直至万用表显示的测量值为V02=135mV。
此时温度传感器实验模板放大器的增益约k=30倍。
3、关闭主机箱电源，拆去应变传感器实验模板，恢复图2-1接线。
4、测量热电偶冷端温度并进行冷端温度补偿：
在温度源电源开关关闭（Ｏ为关，-为开）状态下，合上主机箱和调节仪电源开关并将调节仪控制方式（控制对象）开关按到内（温度）位置，记录调节仪PV窗的显示值（实验时的室温）即为热电偶冷端温度t0＇（工作时的参考端温度）；根据热电偶冷端温度t0＇查附录K热电偶分度表得到E（t0＇,t0），再根据E（t0＇,t0）进行冷端温度补偿-----调节温度传感器实验模板中的RW3（电平移动）使Vo2=E（t0＇,t0）*Ｋ=E（t0＇,t0）*30（用电压表2V档监测温度传感器实验模板中的Vo2）。
5、将主机箱上的转速调节旋钮（2~24V）顺时针转到底（24V），合上温度源电源开关，在室温基础上，可按Δt=5℃增加温度并且小于160℃范围内设定温度源温度值（设定方法参阅实验二十七，重复6、7、8、9步骤），待温度源温度动态平衡时读取主机箱电压表的显示值并填入表2-1。
实验数据：
说明：
本实验中我们标定的温度范围为80~125℃。
表2-1k热电偶热电势（经过放大器放大后的热电势）与温度数据
t（℃）
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
V（mv）
76.9
85.8
95.0
103.8
112.8
121.7
131.4
140.2
149.5
158.5
6、根据表2-1数据画出实验曲线并计算非线性误差。
数据处理：
根据表2-1中所测得的数据可作出热电偶的热电势（放大了30倍）与温度的关系曲线如图2-2所示。
图2-2热电偶的热电势与温度的关系曲线
计算非线性误差
根据图2-2所示热电偶与温度的关系曲线知，热电偶的输出热电势与温度具有较好的线性关系，因而可采用一阶线性拟合，拟合直线如图2-3所示。
图2-3热电偶的热电势与温度的拟合直线
图2-3中热电偶的热电势与温度的拟合直线为V=1.8158T-68.5552。
各个点的拟合误差如表2-2所示。
表2-2直线拟合的各点误差
t（℃）
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
测量值
V（mv）
76.9
85.8
95.0
103.8
112.8
121.7
131.4
140.2
149.5
158.5
拟合值
V’（mv）
71.
0766
87.
2368
103.9418
119.
9205
136.
2623
152.
4225
170.
0354
186.
0141
202.
9006
219.
2424
拟合误差
0.1945
0.0158
0.1370
-0.1418
-0.22
06
-0.39
94
0.22
18
-0.05
70
0.16
42
0.08
55
根据表2-2知直线拟合的最大误差为
=0.1945mV，则计算非线性误差为
7、数据处理
使用matlab来处理实验得到的数据。
先把测量得到的数据利用最小二乘法进行线形拟和。
然后将拟和后的数据与测的数据比较，并利用给出的公式计算灵敏度。
解答：
拟合直线见图2-3,灵敏度为1.8158mV/℃。
8、将V02与CKXT-
型综合实验仪上的AD_0或AD_1连接。
9、重复步骤3~5。
10、编写程序，实现对输入电压的采集、转换。
通过采集温度传感器LM35的信号，完成软件的冷端补偿。
注意对AD要进行标定。
11、将测量结果显示在LED上。
12、根据分度表对测量结果进行非线性校正，并对仪表的静态特性进行测定。
软件修正及标定：
根据实验所给TEMPERATURE例程，可知程序的总体程序流程图如图2-4所示。
程序流程图
图2-4程序总体流程图
初始化部分流程图如图2-5所示：
图2-5程序初始化部分流程图
实现软件设计的步骤：
首先利用程序测出不同温度下AD采集到的AD_IN值，如表2-3所示：
表2-3
温度
T（℃）
80
85
90
95
100
105
110
115
120
125
测量电压
V（mV）
77.5
87.6
96.3
106.8
116.2
125.6
134.8
143.2
152.9
162.1
AD采样值
AD_IN
293
368
422
493
553
613
688
748
800
862
根据表2-3可作出测量电压V与AD采样值AD_IN、温度T与AD采样值AD_IN间的测量曲线如图2-6所示，拟合直线如图2-7所示。
图2-6AD采样值与温度及电压的关系的测量曲线
图2-7AD采样值与温度及电压的关系的测量曲线
根据拟合结果可得:
温度T与AD采样值AD_IN的拟合直线为：
T=0.1483AD_IN+33.6742;
测量电压V与AD采样值AD_IN的拟合直线为：
V=V=0.0795*AD_IN+56.2506。
根据拟合直线的结果修改程序;
修改程序后，等到温度源的温度降低到80℃以下后，重新对其进行升温测量标定，每隔2℃（也可以是1℃）记录CKXT-
型综合实验仪上显示的测量温度值。
若随着温度的升高，测量温度值与实际温度值的误差越来越大，则应该适当修正斜率；若随着温度的升高，测量温度值与实际温度值之间存在一个大约恒定的偏差，则只需要修正截距。
重复以上修正过程，直至达到所要求的精度。
说明：
测量电压的标定采用同样的方法。
软件修部分的核心程序：
voidmain（void）{
unsignedintTemp,AD_IN;
floatvolt;
disp_flag=0;//displayAD
WDTCN=0xde;//禁用看门狗
WDTCN=0xad;
SYSCLK_Init（）;//初始化系统时钟
PORT_Init（）;//初始化crossbar和GPIO
LED4_init（）;//初始化CH452
ADC0_Init（）;//初始化ADC
DAC_Init（）;//初始化DAC
IE=0x00;//禁用所有中断
EIE1=0x00;
E
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