第二章 過程通道設(shè)計方法

1、信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-11 第第2章章 計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 過程通道設(shè)計方法過程通道設(shè)計方法 第二講第二講- -第四講第四講 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-12 過程輸入輸出通道由過程輸入輸出通道由模擬量輸入輸出通道模擬量輸入輸出通道 (AI, AO)和和數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量輸入輸出通道(DI, DO)組組 成。成。 過程輸入輸出通道在微型計算機(jī)和工業(yè)生過程輸入輸出通道在微型計算機(jī)和工業(yè)生 產(chǎn)過程之間起著產(chǎn)過程之間起著信號傳遞與變換信號傳遞與變換的紐帶作用。的紐帶作用。 第二講第二講

2、信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-13 2.1 數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法 2.2 模擬量輸入通道設(shè)計方法模擬量輸入通道設(shè)計方法 2.3 模擬量輸出通道設(shè)計方法模擬量輸出通道設(shè)計方法 2.4 小小 結(jié)結(jié) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-14 2.1 數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法 數(shù)字量數(shù)字量(開關(guān)量開關(guān)量)：用：用“0”和和“1” 兩個量進(jìn)行描述，兩個量進(jìn)行描述， 如電動機(jī)的啟動和停止，繼電器的吸合與釋放，指示燈

3、如電動機(jī)的啟動和停止，繼電器的吸合與釋放，指示燈 的亮和滅等。的亮和滅等。 數(shù)字量過程通道分為數(shù)字量輸入通道數(shù)字量過程通道分為數(shù)字量輸入通道(DI)和數(shù)字量和數(shù)字量 輸出通道輸出通道(DO)。 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.1.1 數(shù)字量輸入通道設(shè)計方法數(shù)字量輸入通道設(shè)計方法 2.1.2 數(shù)字量輸出通道設(shè)計方法數(shù)字量輸出通道設(shè)計方法 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-15 2.1.1 數(shù)字量輸入通道設(shè)計方法數(shù)字量輸入通道設(shè)計方法 數(shù)字量輸入通道，主要用于將生產(chǎn)過程中的數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸入通道，主要用于將生產(chǎn)過程中的數(shù)字 信號

4、轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠接收的形式。信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠接收的形式。 設(shè)計時注意兩個問題：設(shè)計時注意兩個問題： (1) 輸入電平的形式輸入電平的形式。由于數(shù)字量輸入電平一般與計。由于數(shù)字量輸入電平一般與計 算機(jī)的接口電平不同，需要進(jìn)行電平變換。算機(jī)的接口電平不同，需要進(jìn)行電平變換。 (2) 使通道具備抗噪聲的能力，防止噪聲引發(fā)誤動作使通道具備抗噪聲的能力，防止噪聲引發(fā)誤動作。 為了將外部開關(guān)量信號輸入到計算機(jī)，必須將現(xiàn)場為了將外部開關(guān)量信號輸入到計算機(jī)，必須將現(xiàn)場 輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換 成計算機(jī)能接收的邏輯信號，這個過程稱為成

5、計算機(jī)能接收的邏輯信號，這個過程稱為信號調(diào)理信號調(diào)理。 (電平變換和噪聲抑制過程稱為信號調(diào)理。電平變換和噪聲抑制過程稱為信號調(diào)理。) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-16 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 輸輸 入入 調(diào)調(diào) 理理 電電 路路 輸輸 入入 緩緩 沖沖 器器 地址譯碼器地址譯碼器 生生 產(chǎn)產(chǎn) 過過 程程 PC 總總 線線 數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu) 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-17 信息與電氣工程學(xué)

6、院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)框圖數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)框圖 數(shù)字量輸入的三種形態(tài)數(shù)字量輸入的三種形態(tài) 山東科技大學(xué) 輸入調(diào)理電路設(shè)計的好壞直輸入調(diào)理電路設(shè)計的好壞直 接影響系統(tǒng)的性能接影響系統(tǒng)的性能 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-18 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 三態(tài)門緩沖器三態(tài)門緩沖器74LS244可可 用來隔離輸入和輸出線路，用來隔離輸入和輸出線路， 在兩者之間起緩沖、加強(qiáng)在兩者之間起緩沖、加強(qiáng) 作用。作用。 可用如下指令來完成取數(shù)可用如下指令來完成取數(shù) MOV DX，PROT IN AL，DX 三態(tài)門緩沖器

7、三態(tài)門緩沖器74LS244 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-19 1. 外部的開關(guān)信號及邏輯電平信號調(diào)理電路外部的開關(guān)信號及邏輯電平信號調(diào)理電路 直接分壓直接分壓:對數(shù)字量的電壓信號進(jìn)行衰減。對數(shù)字量的電壓信號進(jìn)行衰減。 開關(guān)信號系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)在電氣上沒有隔離，開關(guān)信號系統(tǒng)與計算機(jī)系統(tǒng)在電氣上沒有隔離， 開關(guān)信號系統(tǒng)的電氣噪聲容易進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)，從開關(guān)信號系統(tǒng)的電氣噪聲容易進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)，從 而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至損壞的情況。故設(shè)計中很少而導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至損壞的情況。故設(shè)計中很少 采用這種方式。采用這種方式。 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控

8、制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) UU 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-110 來自外部的開關(guān)信號及邏輯電平信號有三種形式：來自外部的開關(guān)信號及邏輯電平信號有三種形式： 空接點空接點繼電器的輔助觸點繼電器的輔助觸點 帶直流電壓接點帶直流電壓接點 帶交流電壓接點帶交流電壓接點 (2) 直流接點信號輸入電路直流接點信號輸入電路 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 尖峰電路 穩(wěn)壓電路 “0” 山東科技大學(xué) 歸于歸于 限流限流 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-111 (3) 交流接點信號輸入電路交流接點信

9、號輸入電路 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 交流輸入電路交流輸入電路 保護(hù)整流橋保護(hù)整流橋 濾波電路濾波電路 交流信號交流信號 直流信號直流信號 “0” 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-112 2. 數(shù)字脈沖信號輸入調(diào)理電路數(shù)字脈沖信號輸入調(diào)理電路-計脈沖個數(shù)計脈沖個數(shù) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 光 耦 去 計 數(shù) 器 +12V R 1 R 2 R 3 +V CC C Z 山東科技大學(xué) 選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管 來調(diào)節(jié)輸出矩形波的占空比來調(diào)節(jié)輸出矩形波的占空比 信息與電氣工程學(xué)院計算

10、機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-113 3. 系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)置開關(guān)設(shè)置開關(guān)(小功率輸入調(diào)理電路小功率輸入調(diào)理電路) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 采用積分電路消除開關(guān)抖動采用積分電路消除開關(guān)抖動 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-114 采用采用R-S觸發(fā)器消除開關(guān)兩次反跳觸發(fā)器消除開關(guān)兩次反跳 0 1 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-115 2.1.2 數(shù)字量輸出通道設(shè)計方法數(shù)字量輸出通道設(shè)計方法 數(shù)字量輸出通道用于將計算機(jī)輸出的數(shù)字量信數(shù)字量輸出通道用于將計算機(jī)

11、輸出的數(shù)字量信 號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以達(dá)到能夠驅(qū)動被控對象動作的目的。號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，以達(dá)到能夠驅(qū)動被控對象動作的目的。 在對開關(guān)功率進(jìn)行匹配設(shè)計的同時，應(yīng)考慮內(nèi)部與在對開關(guān)功率進(jìn)行匹配設(shè)計的同時，應(yīng)考慮內(nèi)部與 外部公共地的隔離。外部公共地的隔離。 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-116 輸 出 驅(qū) 動 器 輸 出 鎖 存 器 地址譯碼器 生 產(chǎn) 過 程 P C 總 線 數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-117 可用以下指令完成數(shù)可用以下指令完成數(shù) 據(jù)輸出控制。據(jù)輸出控制。 MOV AL

12、，DATA MOV DX，PROT OUT DX，AL 鎖存器鎖存器74LS273 利用利用IOW上升沿鎖存上升沿鎖存 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-118 1. 小功率開關(guān)輸出電路小功率開關(guān)輸出電路 VI R1 OC門 光耦 R2 +VCC +VO 0 0 1 1 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-119 2. 中功率晶體管驅(qū)動電路中功率晶體管驅(qū)動電路 續(xù)流二極管續(xù)流二極管 限流限流 繼電器線圈繼電器線圈 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-120 信息與電氣工程學(xué)院計算

13、機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 3. (電磁電磁)繼電器輸出接口電路繼電器輸出接口電路 J R 開 關(guān) 量 輸 入 D +VCC 繼電器 光耦 220V 弱電控制強(qiáng)電弱電控制強(qiáng)電 1 缺點？缺點？ 山東科技大學(xué) 機(jī)械式觸點機(jī)械式觸點 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-121 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 4. (雙向雙向)晶閘管輸出電路晶閘管輸出電路 山東科技大學(xué) 無觸點開關(guān)無觸點開關(guān) 廣泛應(yīng)用與交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中。廣泛應(yīng)用與交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中。 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7

14、-122 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 5. 固態(tài)繼電器輸出接口電路固態(tài)繼電器輸出接口電路 零交叉電路在交流電過零時產(chǎn)生觸發(fā)信號，減少干擾。零交叉電路在交流電過零時產(chǎn)生觸發(fā)信號，減少干擾。 山東科技大學(xué) 無觸點開關(guān)無觸點開關(guān) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-123 輸入調(diào)理電路和輸出驅(qū)動電路屬于輸入調(diào)理電路和輸出驅(qū)動電路屬于I/O電氣轉(zhuǎn)換部電氣轉(zhuǎn)換部 分，其主要功能是：分，其主要功能是： 濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離、功率驅(qū)動等濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離、功率驅(qū)動等。 所采用的一般方法為：所采用的一般方法為： 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)

15、控制系統(tǒng) 用齊納二極管或壓敏電阻將瞬態(tài)尖峰箝位在安全電用齊納二極管或壓敏電阻將瞬態(tài)尖峰箝位在安全電 平上；平上； 串聯(lián)一個二極管來防止反電壓輸入；串聯(lián)一個二極管來防止反電壓輸入； 用限流電阻齊納二極管構(gòu)成穩(wěn)壓電路做過電壓保護(hù)；用限流電阻齊納二極管構(gòu)成穩(wěn)壓電路做過電壓保護(hù)； 用光電隔離實現(xiàn)信號完全隔離；用光電隔離實現(xiàn)信號完全隔離； 用用RC濾波器抑制干擾。濾波器抑制干擾。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-124 2.1 數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法 2.2 模擬量輸入通道設(shè)計方法模擬量輸入通道設(shè)計方法 2.3 模擬量輸出

16、通道設(shè)計方法模擬量輸出通道設(shè)計方法 2.4 小小 結(jié)結(jié) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 第三講第三講 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-125 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.2 模擬量輸入通道設(shè)計方法模擬量輸入通道設(shè)計方法 模擬量輸入通道的任務(wù)：完成模擬量信號模擬量輸入通道的任務(wù)：完成模擬量信號 到數(shù)字量信號的轉(zhuǎn)換。到數(shù)字量信號的轉(zhuǎn)換。 2.2.1 模擬量輸入通道的組成模擬量輸入通道的組成 2.2.2 I/V變換、多路開關(guān)、儀用放大器變換、多路開關(guān)、儀用放大器 及采樣保持器及采樣保持器 2.2.3 模擬量

17、輸入通道的設(shè)計模擬量輸入通道的設(shè)計 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-126 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.2.1 模擬量輸入通道的組成模擬量輸入通道的組成 AI通道的任務(wù)是把生產(chǎn)現(xiàn)場被控對象通道的任務(wù)是把生產(chǎn)現(xiàn)場被控對象(如溫度、如溫度、 壓力、流量、液位、電流、電壓、成分等壓力、流量、液位、電流、電壓、成分等)模擬量模擬量 信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以識別的數(shù)字量信號。信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以識別的數(shù)字量信號。 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)組成圖模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)組成圖 4-20mA 1-5V 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)

18、控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-127 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.2.2 I/V變換、多路開關(guān)、儀用放大器變換、多路開關(guān)、儀用放大器 及采樣保持器及采樣保持器 在設(shè)計離散系統(tǒng)時，在設(shè)計離散系統(tǒng)時，香農(nóng)采樣定理香農(nóng)采樣定理是必須嚴(yán)是必須嚴(yán) 格遵守的一條準(zhǔn)則，它指明了從采樣信號中格遵守的一條準(zhǔn)則，它指明了從采樣信號中不失不失 真地復(fù)現(xiàn)真地復(fù)現(xiàn)原來連續(xù)信號的最低采樣頻率。原來連續(xù)信號的最低采樣頻率。 香農(nóng)定理：香農(nóng)定理：設(shè)輸入信號設(shè)輸入信號 的頻率分量為的頻率分量為 ，采，采 樣頻率為樣頻率為 ，則要從采樣信號，則要從采樣信號 中完整地復(fù)現(xiàn)中完整地復(fù)現(xiàn) 信

19、號信號 ，則必須滿足：，則必須滿足： 。 max f s f max 2 ff s )(tx )(tx )( * tx 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-128 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) I/V變換變換 傳感器和變送器輸出的信號為傳感器和變送器輸出的信號為15V或或420mA， 而而A/D轉(zhuǎn)換器所接收的模擬信號為轉(zhuǎn)換器所接收的模擬信號為010V或或05V。 思考思考：(1) DDZ-II型與型與DDZ-III型電動單元組合儀表型電動單元組合儀表 的區(qū)別？的區(qū)別？ (2) DDZ-III型電動儀表為何型電動儀表為何在控制

20、室使用電在控制室使用電 壓傳輸，在現(xiàn)場與控制室間使用電流傳輸？壓傳輸，在現(xiàn)場與控制室間使用電流傳輸？ 420mA電流信號適用在現(xiàn)場與控制室之間遠(yuǎn)距離傳輸，可以避免傳電流信號適用在現(xiàn)場與控制室之間遠(yuǎn)距離傳輸，可以避免傳 輸導(dǎo)線上的壓降損失引起的誤差。輸導(dǎo)線上的壓降損失引起的誤差。 15V電壓信號適于控制室內(nèi)短距離聯(lián)絡(luò)，儀表之間可以并聯(lián)連接，便電壓信號適于控制室內(nèi)短距離聯(lián)絡(luò)，儀表之間可以并聯(lián)連接，便 于儀表安裝和維修。于儀表安裝和維修。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-129 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 為什么選取這樣的標(biāo)

21、準(zhǔn)信號？為什么選取這樣的標(biāo)準(zhǔn)信號？ 30V電壓，電壓，30mA電流所引起的火花能量足以達(dá)到危險氣體燃電流所引起的火花能量足以達(dá)到危險氣體燃 點的平均下限，因此多數(shù)儀表采用點的平均下限，因此多數(shù)儀表采用24V供電，為了留有余量，供電，為了留有余量， 電流信號上限定為電流信號上限定為20mA。 (b) 為了區(qū)分無信號和信號為零，信號起始值不為零。為了區(qū)分無信號和信號為零，信號起始值不為零。 (c) 兩線制儀表在信號為零時仍需要一定的能量供應(yīng)。兩線制儀表在信號為零時仍需要一定的能量供應(yīng)。 (d) 4-20mA電流作用在電流作用在250電阻上剛好得到電壓電阻上剛好得到電壓1-5V。 山東科技大學(xué) 信息

22、與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-130 無源無源I/V變換變換 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 500 100 2 1 R R 輸入輸入 輸出輸出 010mA 05V 250 100 2 1 R R 420mA 15V 精密電阻精密電阻 限幅限幅 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-131 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (2) 有源有源I/V變換變換 KRKRR25100200 431 ， A - + R5 R4 R3 R2 R1 C I V KRKRR150100200

23、 431 ， 輸入輸入 輸出輸出 010mA 05V 420mA 15V 為何選用運為何選用運 算放大器？算放大器？ 3 4 1 R R A+ 精密電阻精密電阻 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-132 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (3) 專用專用I/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 s R s R 7575 7575 ReferenceReference +10V+10V RVC420RVC420 -in-in 4mA4mA20mA20mA +in+in 16 V+16 V+13135 5 8 8 7 7 10 Ref f10 Re

24、f f B B 1111 1414 15 Rcv f15 Rcv f B B 12 Ref in12 Ref in Rcv OutRcv Out Ref OutRef Out 3 3 2 2 1 Fm m 1 Fm m + + - - + + - - + + - - + + - - RcvRcv公共公共RevRev公共公共 CrCr V VO O (0V(0V5V)5V) Ref NoiseRef Noise ReductionReduction Ref TrimRef Trim 3 3 I Im m 4 V-4 V- 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)

25、2021-7-133 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2. 多路開關(guān)多路開關(guān)(多選一多選一) CD4051原理圖原理圖 山東科技大學(xué) CMOS的模擬開關(guān)電路：通過的模擬開關(guān)電路：通過 數(shù)字量來控制傳輸門數(shù)字量來控制傳輸門(TG)的接的接 通和斷開以傳輸數(shù)字信號或模通和斷開以傳輸數(shù)字信號或模 擬信號擬信號 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-134 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 圖2 -3 CD4051結(jié)構(gòu)原理圖 0S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 1S 動動 驅(qū)驅(qū) 碼碼 譯譯 換換 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 平平 電電 A B C IN

26、H mS CD4051CD4051結(jié)構(gòu)原理圖結(jié)構(gòu)原理圖 并非實際的開關(guān)，而是并非實際的開關(guān)，而是 CMOS的模擬開關(guān)，若的模擬開關(guān)，若 VEE，VSS的電壓匹配不的電壓匹配不 足，開關(guān)就相當(dāng)于一個足，開關(guān)就相當(dāng)于一個 大內(nèi)阻大內(nèi)阻 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-135 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) CD4051真值表真值表 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué)山東科技大學(xué) 2021-7-136 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 補(bǔ)：擴(kuò)展電路補(bǔ)：擴(kuò)展電路 當(dāng)采樣通道多至當(dāng)

27、采樣通道多至16路時，可直接選用路時，可直接選用16路模擬開關(guān)的芯片，路模擬開關(guān)的芯片， 也可以將也可以將2個個8路路4051并聯(lián)起來，組成并聯(lián)起來，組成1個單端的個單端的16路開關(guān)。路開關(guān)。 D3D2D1D0 動 驅(qū) 碼 譯 動 驅(qū) 碼 譯 換 轉(zhuǎn) 平 電 換 轉(zhuǎn) 平 電 0S 2S 3S 4S 5S 6S 7S 1S 8S 10S 11S 12S 13S 14S 15S 9S A B C mS A B C mS 圖 2-4 多 路 模 擬 開 關(guān) 的 擴(kuò) 展 電 路 INH INH 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-137 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控

28、制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 3. 測量放大器測量放大器 在實際工程中，傳感器或變送器輸出的模擬信在實際工程中，傳感器或變送器輸出的模擬信 號一般較弱，故需要將其號一般較弱，故需要將其放大放大以達(dá)到以達(dá)到A/D轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換所需的 量程范圍。量程范圍。 運算放大器：運算放大器：具有毫伏級的失調(diào)電壓和溫漂具有毫伏級的失調(diào)電壓和溫漂 放大器放大器 測量放大器：測量放大器：高輸入阻抗、低輸出阻抗，低溫高輸入阻抗、低輸出阻抗，低溫 漂，低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益，抗共模干擾能力強(qiáng)漂，低失調(diào)電壓和高穩(wěn)定增益，抗共模干擾能力強(qiáng) 常用的測量放大器為常用的測量放大器為AD521，AD522等。等。 山東科技大學(xué) 信息與電

29、氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-138 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) AD521基本連接方法基本連接方法 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-139 來自生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器信號往往帶有較大的來自生產(chǎn)現(xiàn)場的傳感器信號往往帶有較大的共共 模干擾模干擾，而單個運放電路的差動輸入端難以起到很，而單個運放電路的差動輸入端難以起到很 好的抑制作用。好的抑制作用。 因此，因此，A/D通道中常采用由通道中常采用由一組運一組運 放構(gòu)成的測量放大器放構(gòu)成的測量放大器，也稱儀表放大器。，也稱儀表放大器。 信息與電氣

30、工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-140 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (a) 經(jīng)典測量放大器經(jīng)典測量放大器(AD521結(jié)構(gòu)圖結(jié)構(gòu)圖) ) 2 1 ( 1 2G s R R R R G+ 山東科技大學(xué) 調(diào)整放大器增益調(diào)整放大器增益 可抑制共模干擾可抑制共模干擾 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-141 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (b) 可變增益放大器可變增益放大器 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山

31、東科技大學(xué) 2021-7-142 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 4. 采樣保持器采樣保持器 當(dāng)某一通道進(jìn)行當(dāng)某一通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換時，由于轉(zhuǎn)換時，由于A/D 轉(zhuǎn)換需轉(zhuǎn)換需 要一定的時間，如果輸入信號變化較快，就會引起要一定的時間，如果輸入信號變化較快，就會引起 較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了保證較大的轉(zhuǎn)換誤差。為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，需要轉(zhuǎn)換的精度，需要 應(yīng)用應(yīng)用采樣保持器采樣保持器。 采樣保持器的采樣保持器的作用作用是在兩次采樣的間隔時間內(nèi)，是在兩次采樣的間隔時間內(nèi)， 一直保持采樣值不變直到下一個采樣時刻。一直保持采樣值不變直到下一個采樣時刻。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算

32、機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-143 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 如圖所示，它有如圖所示，它有 兩種工作狀態(tài)，一種兩種工作狀態(tài)，一種 是是采樣狀態(tài)采樣狀態(tài)，另一種，另一種 是是保持狀態(tài)保持狀態(tài)。 采樣保持器工作狀態(tài)采樣保持器工作狀態(tài) 時間上離散時間上離散 幅值上連續(xù)幅值上連續(xù) 離散模擬信號離散模擬信號 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-144 對于同步系統(tǒng)，幾個并聯(lián)的參量均取自同一瞬對于同步系統(tǒng)，幾個并聯(lián)的參量均取自同一瞬 時，如電力系統(tǒng)監(jiān)控中的功率計算，就是同一時刻時，如電力系統(tǒng)監(jiān)控中的功率計算，

33、就是同一時刻 的交流電流和電壓值。而各參數(shù)要共享一個的交流電流和電壓值。而各參數(shù)要共享一個A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換器，就必須保持其信號直到本次換器，就必須保持其信號直到本次A/D轉(zhuǎn)換全部完轉(zhuǎn)換全部完 成。但轉(zhuǎn)換完成后，又要求成。但轉(zhuǎn)換完成后，又要求A/D轉(zhuǎn)換器的輸入信號轉(zhuǎn)換器的輸入信號 能夠隨模擬量的變換而變化。能夠隨模擬量的變換而變化。 最常用的采樣保持器有最常用的采樣保持器有AD公司的公司的AD582、 AD585、AD346、AD389、ADSHC-85，以及國家，以及國家 半導(dǎo)體公司的半導(dǎo)體公司的LF198/298/398。 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 信息與電氣

34、工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-145 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 0 t 0T2T3T t 采樣器 y( t ) * y( t ) * y( t ) y( t ) T 圖2-7 信號的采樣過程 常用術(shù)語：常用術(shù)語： 采樣器或采樣開關(guān)采樣器或采樣開關(guān)-執(zhí)行采樣動作的裝置，執(zhí)行采樣動作的裝置， 采樣時間或采樣寬度采樣時間或采樣寬度-采樣開關(guān)每次閉合的時間采樣開關(guān)每次閉合的時間 采樣周期采樣周期T-采樣開關(guān)每次通斷的時間間隔采樣開關(guān)每次通斷的時間間隔 在實際系統(tǒng)中，在實際系統(tǒng)中， ，也就是說，可以近似地認(rèn)，也就是說，可以近似地認(rèn) 為采樣信號為采樣

35、信號y*(t)是是y(t)在采樣開關(guān)閉合時的瞬時值。在采樣開關(guān)閉合時的瞬時值。 數(shù)據(jù)采樣過程數(shù)據(jù)采樣過程 山東科技大學(xué) T 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-146 X(t)X*(t) X(t) t 0 P(t) KT 0 0 5T3TT7T 1 (a)采樣開關(guān)采樣開關(guān) (b)連續(xù)信號連續(xù)信號 (c)開關(guān)函數(shù)開關(guān)函數(shù) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-147 X*(t) kT 05T3TT7T 1 調(diào)制器 X(t)X*(t) P(t) (d) 采樣信號采樣

36、信號 (e) 采樣過程采樣過程 x*(t)=p(t)x(t) 因因 ，所以分析時可近似認(rèn)為，所以分析時可近似認(rèn)為 ，以單，以單 位脈沖函數(shù)位脈沖函數(shù) 來代替來代替p(t)。 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) T0 0 )(t 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-148 單位脈沖序列：單位脈沖序列： T(t) kT0 數(shù)學(xué)表達(dá)式：數(shù)學(xué)表達(dá)式： 單位脈沖函數(shù)定義：單位脈沖函數(shù)定義： - + -k T kTtt)()( 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 理論表達(dá)形式：理論表達(dá)形式： 工程表達(dá)形式：工程表達(dá)形式： 0, 0

37、 0, )( t t t 0, 0 0, 1 )( t t t 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-149 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 采樣過程數(shù)學(xué)描述采樣過程數(shù)學(xué)描述: : 考慮物理上可實現(xiàn)，又可近似為：考慮物理上可實現(xiàn)，又可近似為： + - - k T kTttxttxtx)()()()()( * + - 0 * )()()()()( k T kTttxttxtx 思考：為何可以這樣地近似表示？思考：為何可以這樣地近似表示？ 可見，可見， 具有離散信號的特性。具有離散信號的特性。)( * tx 山東科技大學(xué) 信息與電氣

38、工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-150 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 采樣保持器采樣保持器 采樣保持器結(jié)構(gòu)圖采樣保持器結(jié)構(gòu)圖 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-151 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 零階保持器零階保持器 IN V 1A 2A HC OUT V S OUT V IN V t t 圖 2-8 采樣保持器 路電理原) a ( 性波作工)b( 采樣保持 1 ( ) sT h e G s s - - 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技

39、大學(xué) 2021-7-152 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.2.3 模擬量輸入通道的設(shè)計模擬量輸入通道的設(shè)計 模擬量輸入通道中模擬量輸入通道中主要器件主要器件就是就是A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器。 設(shè)計穩(wěn)定、優(yōu)良的模擬量輸入通道的設(shè)計穩(wěn)定、優(yōu)良的模擬量輸入通道的基礎(chǔ)：基礎(chǔ)：了解了解 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的原理原理和和外部特性外部特性。 模擬量輸入通道設(shè)計過程中需要主要模擬量輸入通道設(shè)計過程中需要主要解決的問題解決的問題： A/D轉(zhuǎn)換器與計算機(jī)的接口及其程序設(shè)計轉(zhuǎn)換器與計算機(jī)的接口及其程序設(shè)計。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-1

40、53 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 1. A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 常見結(jié)構(gòu)：逐次逼近寄存器常見結(jié)構(gòu)：逐次逼近寄存器 雙積分雙積分 - 高速流水線高速流水線 山東科技大學(xué) 逐次逼近式速度為雙積分式逐次逼近式速度為雙積分式 的的100倍以上倍以上 精度高于精度高于16位位 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-154 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (1) 逐次逼近寄存器式逐次逼近寄存器式A/D轉(zhuǎn)換器的基本工作原理轉(zhuǎn)換器的基本工作原理 n refref refI VV VV B2 - - -+ 山東科技大學(xué) 比較器比較器 優(yōu)點：轉(zhuǎn)換

41、速度快，轉(zhuǎn)換時間固定優(yōu)點：轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換時間固定 缺點：抗干擾能力差缺點：抗干擾能力差 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-155 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (2) A/D轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)及術(shù)語轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)及術(shù)語 分辨率分辨率(Resolution) 量化誤差量化誤差(Quantizing error) 線性度線性度(Linearity) 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度(Conversion Accuracy) 絕對精度絕對精度 相對精度相對精度 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間(Conversion Time) 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控

42、制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-156 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (3) 常見常見A/D轉(zhuǎn)換器及其外特性轉(zhuǎn)換器及其外特性 由于逐次近似寄存器式轉(zhuǎn)換方式的快速性，因由于逐次近似寄存器式轉(zhuǎn)換方式的快速性，因 此在普通此在普通A/D元件市場上有相當(dāng)多的是采用該方法，元件市場上有相當(dāng)多的是采用該方法， 如如 8位的位的ADC0801、0804、0808、0809； 10位的位的AD7570、AD573、AD575、AD579； 12位的位的AD574、AD578、AD7582。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7

43、-157 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2. A/D轉(zhuǎn)換器接口及程序設(shè)計轉(zhuǎn)換器接口及程序設(shè)計 在模擬量輸入通道設(shè)計中，在模擬量輸入通道設(shè)計中，A/D轉(zhuǎn)換器與計算轉(zhuǎn)換器與計算 機(jī)的連接機(jī)的連接(硬件設(shè)計硬件設(shè)計)及及程序設(shè)計程序設(shè)計(軟件設(shè)計軟件設(shè)計)是其重是其重 要組成部分。要組成部分。 (1) A/D轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器的接口技術(shù) 模擬量輸入與數(shù)字量輸出的連接模擬量輸入與數(shù)字量輸出的連接 A/D轉(zhuǎn)換器的啟動轉(zhuǎn)換器的啟動 A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)束信號的處理轉(zhuǎn)換器結(jié)束信號的處理 (2) A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計 如何啟動如何啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 如何判斷如何判斷A/D轉(zhuǎn)換

44、結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束 如何讀取并存放轉(zhuǎn)換結(jié)果如何讀取并存放轉(zhuǎn)換結(jié)果 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-158 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 并行并行A/D轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用(ADC0809) 8 位位逐次逼近式逐次逼近式A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 分辨率分辨率8 位，精度位，精度7 位位 8 個模擬量輸入通道個模擬量輸入通道 通道地址譯碼鎖存器通道地址譯碼鎖存器 輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器輸出帶三態(tài)數(shù)據(jù)鎖存器 啟動方式為脈沖啟動啟動方式為脈沖啟動 輸入電壓范圍為輸入電壓范圍為05V 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)

45、計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-159 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-160 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 各引腳功能如下：各引腳功能如下： IN0IN7：8路模擬量輸入端。允許路模擬量輸入端。允許8路模擬量分時輸入，共用一個路模擬量分時輸入，共用一個 A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。上升沿時鎖存：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。上升沿時鎖存3位通位通 道選擇信號。道選擇信號。

46、C、B、A：3位地址線即模擬量通道選擇線。位地址線即模擬量通道選擇線。 START：啟動：啟動A/D轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平有效。上升沿時將轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平有效。上升沿時將轉(zhuǎn)換器 內(nèi)部清零，下降沿時啟動內(nèi)部清零，下降沿時啟動A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，高電平有效。：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出，高電平有效。 OE：輸出允許信號，輸入，高電平有效。該信號用來打開三態(tài)輸出：輸出允許信號，輸入，高電平有效。該信號用來打開三態(tài)輸出 緩沖器，將緩沖器，將A/D轉(zhuǎn)換得到的轉(zhuǎn)換得到的8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。 D0D7：8位數(shù)字量輸出。位數(shù)字量輸出。D0為最低位，

47、為最低位，D7為最高位。由于有三態(tài)為最高位。由于有三態(tài) 輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)總線直接相連。輸出鎖存，可與主機(jī)數(shù)據(jù)總線直接相連。 CLOCK：外部時鐘脈沖輸入端。當(dāng)脈沖頻率為：外部時鐘脈沖輸入端。當(dāng)脈沖頻率為640kHz時，時，A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 時間為時間為100m ms。 VR+，VR-：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍，：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍， 通常通常VR+ = + +5V DC，VR- = 0V DC。 Vcc：工作電源，：工作電源， + +5VDC。 GND：電源地。：電源地。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技

48、大學(xué) 2021-7-161 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) ALE C.B.A START EOC OE DO7DO0 圖2-12 ADC0809的轉(zhuǎn)換時序 ADC0809的轉(zhuǎn)換時序的轉(zhuǎn)換時序 地址鎖存，譯碼地址鎖存，譯碼 選通模擬開關(guān)的某一路選通模擬開關(guān)的某一路 啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 內(nèi)部清零內(nèi)部清零 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束 輸出輸出 轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-162 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) ADC0809的的工作過程工作過程是：首先是：首先ALE的上升沿將輸入的的上升沿

49、將輸入的3 位地址位地址(C,B,A) 存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通存入地址鎖存器中。此地址經(jīng)譯碼選通8路模路模 擬輸入之一到擬輸入之一到A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。START上升沿將上升沿將SAR復(fù)位，下降復(fù)位，下降 沿啟動沿啟動 A/D轉(zhuǎn)換，此時轉(zhuǎn)換，此時EOC輸出信號變低電平，指示轉(zhuǎn)換正輸出信號變低電平，指示轉(zhuǎn)換正 在進(jìn)行，直到在進(jìn)行，直到A/D轉(zhuǎn)換完成，轉(zhuǎn)換完成，EOC變?yōu)楦唠娖剑甘咀優(yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。換結(jié)束，結(jié)果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。 當(dāng)當(dāng)OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量輸入高電平時

50、，輸出三態(tài)門打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量 輸出到數(shù)據(jù)總線上。輸出到數(shù)據(jù)總線上。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-163 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) ADC0809與與8031采用查詢方式的接口電路采用查詢方式的接口電路 山東科技大學(xué) 濾除低頻干擾濾除低頻干擾 濾除高頻干擾濾除高頻干擾 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-164 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 下面的程序是采用查詢方式，下面的程序是采用查詢方式，分別對分別對8路模擬信號輪流采路模擬信號輪流采 樣一次樣一次，

51、并，并依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)依次把結(jié)果轉(zhuǎn)存到內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲區(qū)的采樣存儲程的采樣存儲程 序。序。 ORG 8000H START：MOV R1, #DATA ；置數(shù)據(jù)區(qū)地址指針；置數(shù)據(jù)區(qū)地址指針 MOV DPTH, #0DFH ；P2.5=0 MOV DPTL, #80H ；指向模擬通道；指向模擬通道0 MOV R7, #08H ；置通道數(shù)；置通道數(shù) LP1: MOVX DPTR，A ；所存模擬通道地址，啟動；所存模擬通道地址，啟動A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 LP2: MOV C, P1.0 ；讀；讀EOC狀態(tài)狀態(tài) JNC LP2 ；非；非1，循環(huán)等待，循環(huán)等待 MOVX A，DPTR ；讀；讀A/D

52、轉(zhuǎn)換結(jié)果轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1，A ；存結(jié)果；存結(jié)果 INC R1 ；調(diào)整數(shù)據(jù)區(qū)指針；調(diào)整數(shù)據(jù)區(qū)指針 INC DPTR ；模擬量通道加；模擬量通道加1 DJNZ R7, LP1 ；8個通道全采樣完否？未完繼續(xù)個通道全采樣完否？未完繼續(xù) RET ；返回；返回 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-165 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 串行串行A/D轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用轉(zhuǎn)換器的典型應(yīng)用(TLC2543) TLC2543是是TI公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的12位位串行串行A/D轉(zhuǎn)換器，使用轉(zhuǎn)換器，使用開開 關(guān)電容逐次逼近技術(shù)關(guān)電容逐次逼近技術(shù)完

53、成完成A/D轉(zhuǎn)換過程。它具有轉(zhuǎn)換過程。它具有三個控制輸三個控制輸 入端入端，采用簡單的，采用簡單的3線線SPI串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接。串行接口可方便地與微機(jī)進(jìn)行連接。 P1.0P1.0 P1.1P1.1 P1.2P1.2 P1.3P1.3 80318031TLC2543TLC2543 I/O CLOCKI/O CLOCK DATA INPUTDATA INPUT DATA OUTPUTDATA OUTPUT CSCS 接口電路：接口電路： TLC2543與與8031單片機(jī)接口原理圖單片機(jī)接口原理圖 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-

54、166 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 3. 模擬量輸入模塊模擬量輸入模塊(ADAM-4017+) 8路差分輸入、路差分輸入、16位分辨率位分辨率 采樣速度快、輸入信號范圍廣、輸入阻抗高采樣速度快、輸入信號范圍廣、輸入阻抗高 輸入電壓或電流形式的模擬信號輸入電壓或電流形式的模擬信號 采用采用RS-485總線輸出形式，傳送距離最遠(yuǎn)可達(dá)總線輸出形式，傳送距離最遠(yuǎn)可達(dá) 1200m 支持支持8路差分輸入信號，支持路差分輸入信號，支持Modbus協(xié)議協(xié)議 增加了增加了420mA的輸入范圍的輸入范圍 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-1

55、67 2.1 數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法數(shù)字量過程通道的設(shè)計方法 2.2 模擬量輸入通道設(shè)計方法模擬量輸入通道設(shè)計方法 2.3 模擬量輸出通道設(shè)計方法模擬量輸出通道設(shè)計方法 2.4 小小 結(jié)結(jié) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 第四講第四講 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-168 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.3 模擬量輸出通道設(shè)計方法模擬量輸出通道設(shè)計方法 模擬量輸出通道的模擬量輸出通道的任務(wù)任務(wù)：將計算機(jī)處理后的數(shù)：將計算機(jī)處理后的數(shù) 字量轉(zhuǎn)換為模擬量，轉(zhuǎn)換輸出的模擬信號可能是電字量轉(zhuǎn)換為模擬量，轉(zhuǎn)換輸

56、出的模擬信號可能是電 壓或電流信號。這些轉(zhuǎn)換后的信號送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)，壓或電流信號。這些轉(zhuǎn)換后的信號送入執(zhí)行機(jī)構(gòu)， 引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作從而達(dá)到系統(tǒng)對被控對象調(diào)節(jié)的引起執(zhí)行機(jī)構(gòu)動作從而達(dá)到系統(tǒng)對被控對象調(diào)節(jié)的 目的。目的。 2.3.1 模擬量輸出通道的組成模擬量輸出通道的組成 2.3.2 模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸出通道的設(shè)計 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-169 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2.3.1 模擬量輸出通道的組成模擬量輸出通道的組成 AO通道的通道的任務(wù)任務(wù)是把經(jīng)過計算機(jī)或控制器處理得是把經(jīng)過計算機(jī)或控制器處理

57、得 到的某些數(shù)據(jù)送回物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)物理量進(jìn)行調(diào)到的某些數(shù)據(jù)送回物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)物理量進(jìn)行調(diào) 節(jié)和控制。節(jié)和控制。 AO通道一般由通道一般由接口電路接口電路、數(shù)數(shù)/模模(D/A)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、 輸出保持器輸出保持器、多路開關(guān)多路開關(guān)和和電壓電壓/電流電流(V/I)變換器變換器等構(gòu)等構(gòu) 成。成。 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-170 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (a) 每個通道單獨設(shè)置每個通道單獨設(shè)置D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu) 模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)圖模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)圖 特點：特點：1. 一路輸出通道使用一個一路輸出通道

58、使用一個D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2. D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器 3. D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號、信號保轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號、信號保 持作用持作用 4. 結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較 高、通道獨立高、通道獨立 5. 缺點是所需缺點是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多轉(zhuǎn)換器芯片較多 為何不需要為何不需要 多路開關(guān)？多路開關(guān)？ 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-171 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (b) 多通道共享多通道共

59、享D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu) 特點：特點：1. 多路輸出通道共用一個多路輸出通道共用一個D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 2. 每一路通道都配有一個采樣保持放大器每一路通道都配有一個采樣保持放大器 3. D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用 4. 采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能 5. 節(jié)省節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用 主機(jī)時間主機(jī)時間 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-172 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) 2

60、.3.2 模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸出通道的設(shè)計 關(guān)鍵問題：關(guān)鍵問題：D/A轉(zhuǎn)換器與計算機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器與計算機(jī)的接口(硬件設(shè)計硬件設(shè)計)及及 其程序設(shè)計其程序設(shè)計(軟件設(shè)計軟件設(shè)計) 1. D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量 輸出有電流和電壓兩種方式輸出有電流和電壓兩種方式 電壓輸出又有單極性和雙極性兩種方式電壓輸出又有單極性和雙極性兩種方式 山東科技大學(xué) 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng)山東科技大學(xué) 2021-7-173 信息與電氣工程學(xué)院計算機(jī)控制系統(tǒng)計算機(jī)控制系統(tǒng) (1) D/A轉(zhuǎn)換器的原理轉(zhuǎn)換器的原理 D/A轉(zhuǎn)換器一般由轉(zhuǎn)換器一般由基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)