輸入輸出通道

1、SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1第二章 測(cè)控通道（輸入輸出通道）自動(dòng)化學(xué)院沈陽(yáng)航空工業(yè)學(xué)院SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 2計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)硬件構(gòu)成傳感器傳感器調(diào)理電路調(diào)理電路采樣采樣/保持器保持器A / D多多路路切切換換器器傳感器傳感器調(diào)理電路調(diào)理電路執(zhí)行器執(zhí)行器保持器保持器D / A輸輸出出掃掃描描器器執(zhí)行器執(zhí)行器保持器保持器計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)開關(guān)量輸入電路開關(guān)量輸入電路開關(guān)量輸出電路開關(guān)量輸出電路被被控控對(duì)對(duì)象象測(cè)控系統(tǒng)輸入輸出通道測(cè)控系統(tǒng)輸入輸出通道接口接口接口接口接口接口接口接口打印機(jī)顯示

2、器（AI、AO、DI、DO）SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 32.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道一、模擬輸入通道的基本類型與組成結(jié)構(gòu)除數(shù)字傳感器外，大多數(shù)傳感器都是將模擬非電量轉(zhuǎn)換為模擬電量，而且這些模擬電量通常不宜直接用數(shù)據(jù)采集電路進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換，還需進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘?hào)調(diào)理。因此，一般說(shuō)來(lái)，模擬輸入通道應(yīng)由傳感器、信號(hào)調(diào)理電路、數(shù)據(jù)采集電路三部分組成，如圖2 一1 一1 所示。實(shí)際的微機(jī)化測(cè)控系統(tǒng)往往需要同時(shí)測(cè)量多種物理量（多參數(shù)測(cè)量）或同一種物理量的多個(gè)測(cè)量點(diǎn)（多點(diǎn)巡回測(cè)量）。因此，多路模擬輸入通道更具有普遍性。多路模擬輸入通道可分為集中采集式

3、（簡(jiǎn)稱集中式）和分散采集式（簡(jiǎn)稱分布式）兩大類。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 4集中采集式（集中式）集中采集式多路模擬輸入通道的典型結(jié)構(gòu)有分時(shí)采集型和同步采集型兩種，分別如圖2 一l 一2 ( a ）和（b ）所示。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 5特點(diǎn)：多路信號(hào)共同使用一個(gè)S / H 和A / D 電路，簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)，降低了成本。但對(duì)信號(hào)的采集由模擬多路切換器分時(shí)切換、輪流選通的，因而相鄰兩路信號(hào)在時(shí)間上是依次被采集，不能獲得同一時(shí)刻的數(shù)據(jù)。因此對(duì)于要求多路信號(hào)嚴(yán)格同步采集測(cè)試的系統(tǒng)不

4、適用，適用于多數(shù)中速和低速測(cè)試系統(tǒng)。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 6SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 7同步采集型的特點(diǎn)是在多路轉(zhuǎn)換開關(guān)之前，給每路信號(hào)通路各加一個(gè)采樣保持器，使多路信號(hào)的采樣在同一時(shí)刻進(jìn)行，即同步采樣。然后由各自的保持器保持著采樣信號(hào)幅值，等待多路轉(zhuǎn)換開關(guān)分時(shí)切換進(jìn)入公用的S / H 和A / D 電路將保持的采樣幅值轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)輸入主機(jī)。這樣可以消除分時(shí)采集型結(jié)構(gòu)的時(shí)間偏斜誤差，這種結(jié)構(gòu)既能滿同步采集的要求，又比較簡(jiǎn)單。不足之處：由于各路信號(hào)保持時(shí)間不同，致使各個(gè)保持信號(hào)的衰

5、減量不同，因此，嚴(yán)格地說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)不能獲得真正的同步輸入。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 82. 分散采集式（分布式）分散采集式的特點(diǎn)是每一路信號(hào)都有一個(gè)S / H 和A / D ，因而也不再需要模擬多路切換器 。每一個(gè)S / H 和A / D 只對(duì)本路模擬信號(hào)進(jìn)行數(shù)字轉(zhuǎn)換即數(shù)據(jù)采集，采集的數(shù)據(jù)按一定順序或隨機(jī)地輸入計(jì)算機(jī)，如圖2 一1 一3 所示。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 9二、二、 傳感器的選用傳感器的選用 現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬(wàn)別，。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測(cè)量方法和

6、測(cè)量設(shè)備也就可以確定了。測(cè)量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 101. 傳感器選用的主要依據(jù)傳感器選用的主要依據(jù)（1）具有將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電量的功能，轉(zhuǎn)換范圍（如幅 度、頻率等）與實(shí)際變化范圍一致。（2）轉(zhuǎn)換精度符合分配要求（一般高于系統(tǒng)精度10倍）。（3）轉(zhuǎn)換速度符合系統(tǒng)要求。（4）滿足環(huán)境要求（如高溫、高壓、腐蝕、體積小等）。（5）滿足可靠性和可維護(hù)性要求。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 11傳感器的選用傳感器的選用 以溫度傳感器為例，現(xiàn)有的

7、溫度傳感器類型：熱電偶、熱敏電阻、半導(dǎo)體PN結(jié)、IC溫度傳感器、紅外溫度計(jì)、光纖溫度傳感器量程的大??；被測(cè)位置對(duì)傳感器體積的要求；測(cè)量方式為接觸式還是非接觸式；環(huán)境要求：高溫、高壓、腐蝕、振動(dòng).SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 12接接觸觸式式溫溫度度傳傳感感器器主主要要類類型型 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 13工業(yè)溫度傳感器的種類工業(yè)溫度傳感器的種類SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 14目前一般可供選用的傳感器類型（1）大信號(hào)輸出傳感器 放大電

8、路與傳感器做成一體，直接輸出0-5V電壓信號(hào) 或4-20mA直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。（2）數(shù)字式傳感器-一般輸出頻率，若是TTL電平，則可 直接接入計(jì)算機(jī)的I/O口。（3）集成傳感器 將傳感器與信號(hào)調(diào)理電路做成一體。（4）光纖傳感器 信號(hào)拾取、變換、傳輸都通過(guò)光導(dǎo)纖維實(shí)現(xiàn)，可避免 電磁干擾。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 15傳感器的選用傳感器的選用如何選擇合適的傳感器？ 傳感器精度一般應(yīng)優(yōu)于系統(tǒng)精度的十倍左右 .靈敏度、響應(yīng)特性、線性范圍、穩(wěn)定性 定制、自行研制，軟測(cè)量 成本SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p

9、. 16三、三、 模擬量的輸入通道模擬量的輸入通道信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理模擬量輸入通道的一般組成：模擬量輸入通道的一般組成：傳感器、信號(hào)處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣傳感器、信號(hào)處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣/ /保保持器和持器和A/DA/D轉(zhuǎn)換器組成轉(zhuǎn)換器組成SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 171. 信號(hào)調(diào)理的目的信號(hào)調(diào)理的目的1. 1. 大多數(shù)傳感器的輸出范圍在大多數(shù)傳感器的輸出范圍在mVmV級(jí)，而級(jí)，而A/DA/D轉(zhuǎn)換設(shè)轉(zhuǎn)換設(shè)備輸入范圍為備輸入范圍為VoltVolt級(jí)。因此我們需要使用信號(hào)調(diào)理級(jí)。因此我們需要使用信號(hào)調(diào)理模塊對(duì)傳感器的信號(hào)放大。

10、模塊對(duì)傳感器的信號(hào)放大。 ADS1210,ADS1210,其模擬輸入范圍是其模擬輸入范圍是0-5V.0-5V.某溫度傳感某溫度傳感器輸出信號(hào)為器輸出信號(hào)為0-5mV0-5mV，該傳感器輸出信號(hào)應(yīng)放，該傳感器輸出信號(hào)應(yīng)放大多少倍？大多少倍？！為了提高模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)時(shí)的精度，我！為了提高模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)時(shí)的精度，我們希望們希望 。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 182.2.有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，有些傳感器輸出的是電信號(hào)中混雜有干擾噪聲，需要去掉噪聲，提高信噪比。需要去掉噪聲，提高信噪比。3.3.某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)

11、的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳某些場(chǎng)合，為便于信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳輸，需要對(duì)傳感器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。感器測(cè)量信號(hào)進(jìn)行調(diào)制解調(diào)處理。 遙測(cè)、遙測(cè)、4-20mA 4-20mA SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 19n 小信號(hào)放大小信號(hào)放大n 濾波濾波n溫度補(bǔ)償溫度補(bǔ)償n誤差修正誤差修正n量程切換量程切換n零點(diǎn)校正零點(diǎn)校正n線性化處理線性化處理SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 203. 前置放大器前置放大器放大器為什么要設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？放大器為什么要設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？電路噪聲電路噪聲：由于電路內(nèi)部

12、有各種噪聲源存在，使：由于電路內(nèi)部有各種噪聲源存在，使得電路在沒有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端仍存在一定幅得電路在沒有信號(hào)輸入時(shí)，輸出端仍存在一定幅度的波動(dòng)電壓。度的波動(dòng)電壓。等效輸入噪聲等效輸入噪聲：把電路輸出端測(cè)得的噪聲有效值：把電路輸出端測(cè)得的噪聲有效值V VONON折算到該電路的輸入端（除以電路增益折算到該電路的輸入端（除以電路增益K K），），得到的電平值稱為該電路的等效輸入噪聲得到的電平值稱為該電路的等效輸入噪聲V VININ。電路增益電路增益KVONVINVIN= VON/KSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 21電路增益電路增益KVOUTVI

13、NVIS信號(hào)淹沒信號(hào)淹沒：如果如果V VISISVVININ，則信號(hào)則信號(hào)V VISIS將被將被V VININ淹沒淹沒VIN前置放大器前置放大器K0后級(jí)電路后級(jí)電路KVISVIN0VOSVON為了不使小信號(hào)被噪聲淹沒，必須在該電路前面加一為了不使小信號(hào)被噪聲淹沒，必須在該電路前面加一級(jí)放大器，如下圖所示。級(jí)放大器，如下圖所示。等效輸入噪聲SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 22這里，這里，VIN0與與VIN是互不相關(guān)的隨機(jī)噪聲，因此圖中的是互不相關(guān)的隨機(jī)噪聲，因此圖中的電路總輸出噪聲為：電路總輸出噪聲為：VIN前置放大器前置放大器K0后級(jí)電路后級(jí)電

14、路KVISVIN0VOSVON總輸出噪聲折算到前置放大器輸入端，總的等效輸入總輸出噪聲折算到前置放大器輸入端，總的等效輸入噪聲為：噪聲為：SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 23VIN前置放大器前置放大器K0后級(jí)電路后級(jí)電路KVISVIN0VOSVONVIN VIN，就必須使就必須使加入前置放大器后電路噪聲加入前置放大器后電路噪聲VIN11，即電路前端加入的電路必須是放大器，才能保證小信號(hào)不，即電路前端加入的電路必須是放大器，才能保證小信號(hào)不被電路噪聲所淹沒。被電路噪聲所淹沒。2.2.放大器本身的等效輸入噪聲比其后級(jí)電路的等效輸入噪聲低，即低噪聲放

15、大器本身的等效輸入噪聲比其后級(jí)電路的等效輸入噪聲低，即低噪聲放大器。放大器。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 25放大器為什么要放大器為什么要“前置前置”, ,設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？設(shè)置在調(diào)理電路的最前端？?jī)煞N調(diào)理電路的對(duì)比兩種調(diào)理電路的對(duì)比 VIN0VIN1VIN1VIN0VONVONVIN1SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 26結(jié)結(jié) 論論SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 274. 儀表用放大器儀表用放大器：高速度放大器、高精度放大器、儀用放大器、

16、功高速度放大器、高精度放大器、儀用放大器、功率放大器、電荷放大器、隔離放大器率放大器、電荷放大器、隔離放大器足夠大的放大倍數(shù)足夠大的放大倍數(shù)低噪聲低噪聲高輸入電阻高輸入電阻高共模抑制比高共模抑制比n 儀用放大器儀用放大器（精密放大器）（精密放大器）主要用于傳感器小信號(hào)放大主要用于傳感器小信號(hào)放大檢測(cè)系統(tǒng)中常使用檢測(cè)系統(tǒng)中常使用SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 28儀表放大器的基本電路儀表放大器的基本電路V_V+i1ifSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 29儀用放大器上下對(duì)稱，即儀用放大器上下對(duì)稱，即

17、R1=R2, R4R6, R5R7。則放大器閉環(huán)增益為：則放大器閉環(huán)增益為：假設(shè)假設(shè)R4=R5，即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為，即第二級(jí)運(yùn)算放大器增益為1，則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：則可以推出儀用放大器閉環(huán)增益為：由上式可知，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻由上式可知，通過(guò)調(diào)節(jié)電阻RG，可以很方便地改變儀，可以很方便地改變儀 用放大器的閉環(huán)增益。用放大器的閉環(huán)增益。當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí)，當(dāng)采用集成儀用放大器時(shí)，RG一般為外接電阻。一般為外接電阻。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 30集成程控儀用放大器：集成程控儀用放大器： INA102 datasheet.pd

18、fSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 31一、采樣的折疊失真及消除條件一、采樣的折疊失真及消除條件二、去混淆濾波器二、去混淆濾波器SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 32 設(shè)正弦波為：設(shè)正弦波為：設(shè)采樣周期為設(shè)采樣周期為T T，則正弦波的離散信號(hào)為：，則正弦波的離散信號(hào)為：SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 33SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 34SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006

19、Unit 2 p. 355.2 采樣的折疊失真及消除條件采樣的折疊失真及消除條件SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 36SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 37SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 38SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 39因此，要消除采樣引起的折疊失真，必須滿足以下條件：第一，必須使被采樣信號(hào)為帶限信號(hào)，即它的最高頻率為有限值，即第二，必須使采樣頻率大于被采樣信號(hào)最高頻率的兩倍，即采樣周期T 滿

20、足條件只要在滿足上述兩個(gè)條件的情況下進(jìn)行采樣，理論上就可從采樣信號(hào) 中無(wú)失真地恢復(fù)出原被采樣信號(hào)x(t )。這個(gè)結(jié)論就是著名的奈奎斯特采樣定理。cfcfT21)(txsSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 40SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 41n 被采樣頻譜有用信號(hào)干擾噪聲普遍存在高于fs/2的頻率分量n 頻率混淆：由于被采樣頻譜中高于頻率混淆：由于被采樣頻譜中高于fs/2的頻率分量采樣后的頻率分量采樣后會(huì)出現(xiàn)在低于會(huì)出現(xiàn)在低于fs/2的信號(hào)頻段上，污染有用信號(hào)。的信號(hào)頻段上，污染有用信號(hào)。n 去混

21、淆濾波：為了消除頻率混淆，在采樣前先用一個(gè)截頻fh2.4V4.95V11.5V1.5VECL-0.9V-1.7VSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 114開關(guān)量輸入通道的關(guān)鍵問題SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 115開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 116開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 117開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理SYIAEFall, 2006Zhang X.D.

22、 2006 Unit 2 p. 118開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 119開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理n用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬間沖擊電壓箝位在安全電平用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬間沖擊電壓箝位在安全電平n用二極管防止電壓反向輸入用二極管防止電壓反向輸入n用限流電阻和穩(wěn)壓電路作過(guò)電壓保護(hù)用限流電阻和穩(wěn)壓電路作過(guò)電壓保護(hù)SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 120開關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理當(dāng)開關(guān)處于圖示位置時(shí)，當(dāng)開關(guān)處于圖示位置時(shí)，此時(shí)動(dòng)觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)，此時(shí)動(dòng)觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)改變觸發(fā)器狀態(tài)。改變觸發(fā)器狀態(tài)。當(dāng)

23、開關(guān)拔向上方時(shí)，第一當(dāng)開關(guān)拔向上方時(shí)，第一次與上方靜觸點(diǎn)接觸則使次與上方靜觸點(diǎn)接觸則使。此時(shí)開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)。此時(shí)開關(guān)動(dòng)觸點(diǎn)抖動(dòng)不會(huì)改變觸發(fā)器狀態(tài)。改變觸發(fā)器狀態(tài)。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 121開關(guān)量的輸出通道開關(guān)量的輸出通道SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 122開關(guān)量輸出隔離1. 較大的地電位差造成較大的地電流回路，導(dǎo)致誤動(dòng)作或測(cè)控系統(tǒng)的損壞。2. 外界電磁場(chǎng)干擾產(chǎn)生感生電流。3. 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的高電壓或電流會(huì)串入其他電路。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 U

24、nit 2 p. 1231. 光電耦合器件 光電隔離由光電耦合器件來(lái)完成的。其輸入端配置發(fā)光二極管作發(fā)光源，輸出端配置光敏三極管作受光器，工作時(shí)以光作為媒介來(lái)傳遞信息，因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的（如圖所示）。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 124。 例如可實(shí)現(xiàn)例如可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)傳感器與現(xiàn)場(chǎng)傳感器與A/DA/D轉(zhuǎn)換器或轉(zhuǎn)換器或D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器之間的與現(xiàn)場(chǎng)執(zhí)行器之間的模擬信號(hào)的線性傳送與隔離。模擬信號(hào)的線性傳送與隔離。 例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，以及在模擬量輸例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，以及在模擬量輸入輸出通道中的入輸出通

25、道中的A/DA/D轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與CPUCPU或或CPUCPU與與D/AD/A轉(zhuǎn)換器之轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號(hào)的耦合傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特間的數(shù)字信號(hào)的耦合傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特性對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離。性對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行隔離。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1251）優(yōu)點(diǎn)：使用少量的光耦，成本低；）優(yōu)點(diǎn)：使用少量的光耦，成本低；2）缺點(diǎn)：調(diào)試?yán)щy，如果光耦挑選得不合適，會(huì)）缺點(diǎn)：調(diào)試?yán)щy，如果光耦挑選得不合適，會(huì)影響影響A/D或或D/A轉(zhuǎn)換的精度和線性度。轉(zhuǎn)換的精度和線性度。1）優(yōu)點(diǎn)：調(diào)試簡(jiǎn)單，不影響系統(tǒng)精度和線性度；）優(yōu)點(diǎn)：調(diào)試簡(jiǎn)單，不影

26、響系統(tǒng)精度和線性度；2）缺點(diǎn)：使用較多的光耦器件，成本較高。但因）缺點(diǎn)：使用較多的光耦器件，成本較高。但因光耦越來(lái)越價(jià)廉，數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出光耦越來(lái)越價(jià)廉，數(shù)字信號(hào)隔離方法的優(yōu)勢(shì)凸現(xiàn)出來(lái)，因而在工程中使用的最多。來(lái)，因而在工程中使用的最多。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 126典型的光電耦合隔離電路有典型的光電耦合隔離電路有數(shù)字量同相傳遞數(shù)字量同相傳遞與與數(shù)字?jǐn)?shù)字量反相傳遞量反相傳遞兩種。兩種。路電離隔合耦電光3-4圖遞傳相同量字?jǐn)?shù)遞傳相反量字?jǐn)?shù)+5V+5V+5V+5Vccee+-D7D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選 通 脈 沖b (a

27、 (D7D074LS273數(shù)據(jù)緩沖器選 通 脈 沖SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 127 光電耦合隔離器按其輸出級(jí)不同可分為光電耦合隔離器按其輸出級(jí)不同可分為三極管型三極管型、單向晶閘管型單向晶閘管型、雙向晶閘管型雙向晶閘管型。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 128 體積小，重量輕，使用方便，性能穩(wěn)定； 不受磁場(chǎng)影響，不需磁屏蔽，抗干擾能力強(qiáng)； 無(wú)觸點(diǎn)，壽命長(zhǎng)，響應(yīng)速度快，可以傳輸高達(dá)幾MHz的脈沖信號(hào)； 隔離電壓等級(jí)高，輸入和輸出兩端之間絕緣電壓可達(dá)萬(wàn)伏以上； SYIAEFall, 2006Z

28、hang X.D. 2006 Unit 2 p. 129電磁繼電器銜鐵吸合繼電器“動(dòng)作”或“吸合”。銜鐵復(fù)位繼電器“釋放”或“復(fù)位”。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 130電磁繼電器繼電器是自動(dòng)控制電路中常用的一種元件。是的一種自動(dòng)開關(guān)。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 131SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 132從整體上看，SSR只有兩個(gè)輸入端A和B、兩個(gè)輸出端C和D，是一種四端器件。工作時(shí)只要在A、B加上一定的控制信號(hào)，就可以控制C、D兩端之

29、間的“通”和“斷”，。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 133n輸入輸出之間采用輸入輸出之間采用“光耦合器光耦合器”，實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)電氣隔離電氣隔離。n由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，使控制信號(hào)所需的由于輸入端的負(fù)載是發(fā)光二極管，使控制信號(hào)所需的功率極低功率極低( (約十余毫瓦就可正常工作約十余毫瓦就可正常工作) )，同時(shí)也使得，同時(shí)也使得SSRSSR輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，輸入端很容易做到與輸入信號(hào)電平相匹配，可直接與可直接與計(jì)算機(jī)輸出接口相接計(jì)算機(jī)輸出接口相接，即受，即受“1”1”與與“0”0”的邏輯電平的邏輯電平控制控制(TTL(T

30、TL、CMOS)CMOS)SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 134SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 135 SSR實(shí)現(xiàn)弱信號(hào)對(duì)強(qiáng)電(輸出端負(fù)載電壓)的控制。 由于光耦合器的應(yīng)用，使控制信號(hào)所需的功率極低(約十余毫瓦就可正常工作)，而且所需的工作電平與TTL、CMOS等常用集成電路兼容，可以實(shí)現(xiàn)直接聯(lián)接。 這使SSR在數(shù)控和自控設(shè)備等方面得到廣泛應(yīng)用。在相當(dāng)程度上可 取代傳統(tǒng)的“線圈簧片觸點(diǎn)式”繼電器(簡(jiǎn)稱“MER”)。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p.

31、 136n SSR由于是全固態(tài)電子元件組成，它沒有任何可由于是全固態(tài)電子元件組成，它沒有任何可動(dòng)的機(jī)械部件，工作中也沒有任何機(jī)械動(dòng)作；動(dòng)的機(jī)械部件，工作中也沒有任何機(jī)械動(dòng)作；n SSR沒有電接觸點(diǎn)，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，即工作高沒有電接觸點(diǎn)，具有一系列優(yōu)點(diǎn)，即工作高可靠、長(zhǎng)壽命無(wú)動(dòng)作噪聲；可靠、長(zhǎng)壽命無(wú)動(dòng)作噪聲；n 這些特點(diǎn)使這些特點(diǎn)使SSR可在軍事可在軍事(如飛行器、火炮、艦船、如飛行器、火炮、艦船、車載武器系統(tǒng)車載武器系統(tǒng))、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用、化工、井下采煤和各種工業(yè)民用電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身電控設(shè)備的應(yīng)用中大顯身 手，具有超越電磁繼電手，具有超越電磁繼電器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。器的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。

32、 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 137開關(guān)量的輸出通道開關(guān)量的輸出通道SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 138n 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電機(jī)、閥門、繼電器、接觸器等。n 執(zhí)行機(jī)構(gòu)的動(dòng)作需要較大的電流、電壓或功率。因此在計(jì)算機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間要增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng) 常用的有常用的有三極管三極管輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、電磁電磁繼電繼電器器輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、晶閘管晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、固態(tài)固態(tài)繼電器繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路等。輸出驅(qū)動(dòng)電路等。SYIAEFall, 2006

33、Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 139一、一、三極管驅(qū)動(dòng)電路三極管驅(qū)動(dòng)電路1 .1 .普通三極管驅(qū)動(dòng)電路普通三極管驅(qū)動(dòng)電路6047K3 . 3管極三DELV5+033圖4-6 小功率三極管輸出電路Di 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流只有十幾當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流只有十幾mAmA或幾十或幾十mAmA時(shí)，時(shí)，只要采用一個(gè)普通的功率三極管就能構(gòu)成只要采用一個(gè)普通的功率三極管就能構(gòu)成驅(qū)動(dòng)電路，如圖所示。驅(qū)動(dòng)電路，如圖所示。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1402. 2. 達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)電路圖圖 4-8 達(dá)達(dá)林林頓頓陣陣列列驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路7406達(dá)達(dá)林林

34、頓頓復(fù)復(fù)合合管管負(fù)負(fù)荷荷線線圈圈+24VDi1B1CGND 當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到幾百毫安時(shí)，當(dāng)驅(qū)動(dòng)電流達(dá)到幾百毫安時(shí)，如驅(qū)動(dòng)中功率繼電器、電磁開關(guān)等如驅(qū)動(dòng)中功率繼電器、電磁開關(guān)等裝置，裝置，輸出電路輸出電路可采用可采用構(gòu)成：構(gòu)成：高輸入阻抗高輸入阻抗、高增益、輸、高增益、輸出功率大及保護(hù)措施完善的特點(diǎn)。出功率大及保護(hù)措施完善的特點(diǎn)。由于輸入驅(qū)動(dòng)電由于輸入驅(qū)動(dòng)電流很小，流很小，可直接用計(jì)算機(jī)可直接用計(jì)算機(jī)的的I/O口驅(qū)動(dòng)口驅(qū)動(dòng)SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 141SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 142二

35、、電磁繼電器二、電磁繼電器驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)電路cVpV耦耦光光6047KA220V圖圖 4-9 繼繼電電器器輸輸出出驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路DiSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 143 晶閘管晶閘管是晶體閘流管是晶體閘流管(Thyristor)(Thyristor)的簡(jiǎn)稱，俗的簡(jiǎn)稱，俗稱稱，它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在，它是一種大功率開關(guān)型半導(dǎo)體器件，在電路中用文字符號(hào)為電路中用文字符號(hào)為“V”V”、“VT”VT”表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中表示（舊標(biāo)準(zhǔn)中用字母用字母“SCR”SCR”表示）。表示）。 晶閘管具有用晶閘管具有用、開關(guān)無(wú)觸點(diǎn)、開關(guān)無(wú)觸點(diǎn)等特點(diǎn)，能在高電

36、壓、大電流條件下工作，且其工等特點(diǎn)，能在高電壓、大電流條件下工作，且其工作過(guò)程可以控制，作過(guò)程可以控制， 在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 三、三、晶閘管驅(qū)動(dòng)電路晶閘管驅(qū)動(dòng)電路SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 144SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 145AGKT2T1GSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 146+5V6047180400470.01FT2GT1KSMOC304122

37、0V圖圖 4-11 雙雙向向晶晶閘閘管管輸輸出出驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)電電路路RLDiSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1476047cVLRRSS_圖 4-13固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路交流電源+DiSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1485.5.試舉出在隔離式試舉出在隔離式I/OI/O接口電路中三種常用的隔離器接口電路中三種常用的隔離器件？并簡(jiǎn)要說(shuō)明其工作原理。件？并簡(jiǎn)要說(shuō)明其工作原理。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 149：主要用于流量控制：主要用于流量控制：主

38、要用于運(yùn)動(dòng)控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 150n 工作原理工作原理 利用電磁鐵線圈中電流接通與開斷時(shí)產(chǎn)生的電磁利用電磁鐵線圈中電流接通與開斷時(shí)產(chǎn)生的電磁力使柱塞動(dòng)作，從而控制閥門打開與閉合。（電磁力使柱塞動(dòng)作，從而控制閥門打開與閉合。（電磁閥只有兩種工作狀態(tài)：閥只有兩種工作狀態(tài)：或或）SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 151n 工作原理工作原理 電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連續(xù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開度大電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連續(xù)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門開度大小的小

39、的。n 行程分類行程分類 直線行程直線行程 角度行程（蝶閥）角度行程（蝶閥）SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 152SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1531.1.開關(guān)形式開關(guān)形式：電磁閥：通過(guò)線圈驅(qū)動(dòng)，只能開或關(guān)。電動(dòng)閥：電機(jī)驅(qū)動(dòng)，開關(guān)動(dòng)作完成需一定時(shí)間。2.2.工作性質(zhì)工作性質(zhì)：電磁閥是快開和快關(guān)的，一般用在小流量和小壓力，要求開關(guān)頻率大的地方電動(dòng)閥閥的開度可以控制，可以控制管道中介質(zhì)的流量而電磁閥達(dá)不到這個(gè)要求。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p.

40、154五、 開關(guān)量輸入輸出通道設(shè)計(jì)舉例一、步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制步進(jìn)電機(jī)是自控系統(tǒng)中常用的執(zhí)行部件，品種較多，現(xiàn)以三相電機(jī)為例。這種步進(jìn)電機(jī)有三個(gè)繞組，當(dāng)按不同的順不同的順序序向繞組通以電脈沖時(shí)，步進(jìn)電機(jī)以不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)不同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，它的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速取決于通電脈沖的頻率脈沖的頻率。通電脈沖的不同組合方式?jīng)Q定了步進(jìn)電機(jī)的不同步相控制方式： 單三拍控制方式： 通電順序?yàn)锳 - B C - A （正轉(zhuǎn)） 或A - C - B - A （反轉(zhuǎn)）。 六拍控制方式： 通電順序?yàn)锳 - AB - B - BC - C - CA -A （正轉(zhuǎn)） 或A - AC - C - CB - B - BA - A （反轉(zhuǎn)）。

41、 雙三拍控制方式： 通電順序?yàn)锳B - BC - CA - AB （正轉(zhuǎn)） 或AB - CA - BC - AB （反轉(zhuǎn)）。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 155控制步進(jìn)電機(jī)正反轉(zhuǎn)的開關(guān)量輸入輸出電路，如圖2-3-10。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 156要求開關(guān)S1閉合時(shí)，電機(jī)正轉(zhuǎn)；S2 閉合時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)；S1、S2 斷開時(shí)停轉(zhuǎn)；則可由8031 的Pl 口輸入開關(guān)的通、斷狀態(tài)，經(jīng)軟件處理后，再由該端口輸出控制信號(hào)。圖中A 、B 、C 是三相電機(jī)的三個(gè)繞組，分別由功放電路1 、2 、3 通以驅(qū)

42、動(dòng)脈沖?，F(xiàn)采用六拍控制方式，端口輸出位的代碼和相應(yīng)的通電繞組如表2-3-1 所列。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 157由表可知，若電路按一定的節(jié)拍依次送出XIH 、X3H 、X2H 、X6H 、X4H 和X5H 代碼，則步進(jìn)電機(jī)正轉(zhuǎn)；若電路依次送出XIH 、X5H 、X4H 、X6H 、X2H 和X3H 則步進(jìn)電機(jī)反轉(zhuǎn)。8031 接口的控制程序: STEP : MOV R7 , # 06H ；06H to R7 LOOP: JNB PI.6 , POS ；若P1.6=0轉(zhuǎn)POS JNB Pl.7, NEG ；若P1.7=0。轉(zhuǎn)NEG AJMP

43、 LOOP POS : MOV DPTR , # TABLEI LOOPI: MOVX A , DPTR MOV Pl , A ；輸出表格1 代碼 INC DPTR CALL DELAY ；延時(shí) DJNZ R7 , LOOPI AJMP STEP SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 158 NEG： MOV DPTR , # TABLE2 LOOP2 : MOVX A , DPTR MOV Pl , A ；輸出表格2 代碼 INC DPTR CALL DELAY ；延時(shí) DJNZ R7 , LOOP2 AJMP STEP TABLEI： DB 0F

44、IH , 0F3H , 0F2H , 0F6H , 0F4H , 0F5HTABLE2：DB 0FIH , 0F5H , 0F4H , 0F6H , 0F2H , 0F3H SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 159二、直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)速控制小功率直流馬達(dá)的轉(zhuǎn)速控制方法是先將馬達(dá)啟動(dòng)一段時(shí)間，然后切斷電源，由于馬達(dá)轉(zhuǎn)動(dòng)具有慣性，所以將繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)一段時(shí)間。在馬達(dá)尚未停止轉(zhuǎn)動(dòng)之前，再次接通電源，于是馬達(dá)再次加速。改變馬達(dá)通斷時(shí)間的比例，即可達(dá)到調(diào)速的目的。圖2-3-11是直流馬達(dá)控制曲線。這種調(diào)速方法稱為脈沖寬度調(diào)速。設(shè)脈沖寬度為t , 脈沖周期為T ，馬達(dá)

45、的平均轉(zhuǎn)速Vd 為 Vd = VmaxD 式中，D =t / T ，稱為占空比，稱為占空比。占空比越大，轉(zhuǎn)速越高，反之，轉(zhuǎn)速就越低。對(duì)于特定的馬達(dá)， 其最大速度Vmax 是確定的，因此， 控制平均速度就 是控制占空比。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 160圖2-3-13是單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的脈沖寬度調(diào)速控制系統(tǒng)。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 161EPROM2732用于固化控制程序，占用地址空間為0000H 一0FFFH ，片選控制端接地,處于常選通狀態(tài)。8031 的Pl 口作為輸入口，讀設(shè)定的開關(guān)數(shù)

46、N , P3.4用做控制位，用于輸出控制脈沖，經(jīng)驅(qū)動(dòng)器和晶體管開關(guān)加到馬達(dá)上。當(dāng)P3.4輸出“ 1 ”時(shí)，晶體管開關(guān)接通，馬達(dá)通電；當(dāng)P3.4輸出為0時(shí)，晶體管截止，馬達(dá)斷電。8 個(gè)單刀雙擲開關(guān)用于設(shè)定占空比的給定值，當(dāng)開關(guān)撥到上方時(shí)，該位為零，當(dāng)開關(guān)撥到下方時(shí)，該位為“1 ”。 此時(shí)馬達(dá)的平均轉(zhuǎn)速Vd為 N-開關(guān)的給定值，N=00HFFH。 當(dāng)N=00H=0時(shí),Vd=0，當(dāng)N=FFH=255時(shí) D=255/256=1, Vd=Vmax 改變S7 一S0 中的8 位二進(jìn)制數(shù)的值，就能改變脈沖占空比。因此，只要根據(jù)所期望的平均轉(zhuǎn)速求出開關(guān)S 的給定值，然后人工設(shè)定各開關(guān)的狀態(tài)即可。maxmax2

47、56VNVDVdSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 162SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 163SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 164程序清單如下： MOV Pl , # FFH ；Pl 口為輸入 LOOP2 : MOV R4, FFH ；設(shè)循環(huán)計(jì)數(shù)器 SETB 70H ；設(shè)供電模型 MOV R3 , # 00H ；計(jì)數(shù)器賦初值 LOOPI : MOV A , PI ；讀入N CLR C ；開關(guān)數(shù)與計(jì)數(shù)值比較， ；計(jì)數(shù)值小于N 時(shí)供電，否則斷電 SU

48、BB A , R3 JNZ THL CLR 70H ；設(shè)斷電模型 THL : MOV C , 70H MOV P3.4 , C ；輸出模型 ACALL DELAY INC R3 DJNZ R4，LOOPI AJMP LOOP2 DELAY: MOV R5, #M LOOP2 : MOV A , # M1 LOOP3 : DEC A JNZ LOOP3 DJNZ R5 , LOOP2 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 165I/O通道小結(jié)通道小結(jié)傳感器傳感器調(diào)理電路調(diào)理電路采樣采樣/保持器保持器A / D多多路路切切換換器器傳感器傳感器調(diào)理電路調(diào)理

49、電路執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)理電路調(diào)理電路D / A多多路路切切換換器器執(zhí)行器執(zhí)行器調(diào)理電路調(diào)理電路計(jì)計(jì)算算機(jī)機(jī)開關(guān)量輸入電路開關(guān)量輸入電路開關(guān)量輸出電路開關(guān)量輸出電路被被控控對(duì)對(duì)象象測(cè)控系統(tǒng)輸入輸出通道測(cè)控系統(tǒng)輸入輸出通道接口接口接口接口接口接口接口接口打印機(jī)顯示器（AI、AO、DI、DO）SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 166兩種調(diào)理電路的對(duì)比兩種調(diào)理電路的對(duì)比 VIN0VIN1VIN1VIN0VONVONVIN VINSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 167主要結(jié)論主要結(jié)論SYIAEFall, 200

50、6Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 168V_V+i1if儀用放大器上下對(duì)稱，即儀用放大器上下對(duì)稱，即R1=R2, R4R6, R5R7SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 169SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 170n 被采樣頻譜有用信號(hào)干擾噪聲普遍存在高于fs/2的頻率分量n 頻率混淆：由于被采樣頻譜中高于頻率混淆：由于被采樣頻譜中高于fs/2的頻率分量采樣后的頻率分量采樣后會(huì)出現(xiàn)在低于會(huì)出現(xiàn)在低于fs/2的信號(hào)頻段上，污染有用信號(hào)。的信號(hào)頻段上，污染有用信號(hào)。n 去混淆濾波：為

51、了消除頻率混淆，在采樣前先用一個(gè)截頻fhfs/2低通濾波器把高于fs/2的頻率分量濾掉，以保證被采樣頻譜只包含低于fs/2的頻率分量，滿足采樣定理。n 去混淆濾波器：在采樣之前設(shè)置的這種用途的低通濾波器去混淆濾波器：在采樣之前設(shè)置的這種用途的低通濾波器稱作去混淆濾波器。稱作去混淆濾波器。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 171模擬量的輸出通道模擬量的輸出通道模擬量輸出通道的一般組成模擬量輸出通道的一般組成： D/A、多路開關(guān)、輸出保持器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成、多路開關(guān)、輸出保持器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成.SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006

52、 Unit 2 p. 172DACDAC輸出方式可以分為輸出方式可以分為電壓輸出電壓輸出、電流輸出電流輸出等方式。等方式。分為分為和和兩種輸出形式。兩種輸出形式。：V/IV/I變換電路變換電路 DAC的輸出方式的輸出方式SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 173開關(guān)量的輸入通道開關(guān)量的輸入通道SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 174開關(guān)量的輸出通道開關(guān)量的輸出通道SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 175SYIAEFall, 2006Zhang X.D.

53、2006 Unit 2 p. 176n 執(zhí)行機(jī)構(gòu)：電機(jī)、閥門、繼電器、接觸器等。n 在計(jì)算機(jī)與執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間要增加一級(jí)驅(qū)動(dòng)器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)及驅(qū)動(dòng)常用的有常用的有三極管三極管輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、電磁電磁繼電器繼電器輸輸出驅(qū)動(dòng)電路、出驅(qū)動(dòng)電路、晶閘管晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路、固態(tài)繼電固態(tài)繼電器器輸出驅(qū)動(dòng)電路等。輸出驅(qū)動(dòng)電路等。：主要用于流量控制：主要用于流量控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制：主要用于運(yùn)動(dòng)控制SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 1772.4 單元電路的級(jí)聯(lián)設(shè)計(jì)為使由各單元電路組成的測(cè)控系統(tǒng)

54、能正常工作，則必須考慮各單元電路之間的級(jí)聯(lián)問題。如電氣性能的相互匹配、信號(hào)的耦合方式以及時(shí)序配合等。一、電氣性能的相互匹配（1）阻抗匹配 信息傳輸通道中兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的輸入阻抗與輸出阻抗要匹配，才能保證信息最有效傳遞。常用負(fù)載（或輸入阻抗）ZL對(duì)信號(hào)源的輸出阻抗Zi之比說(shuō)明兩個(gè)環(huán)節(jié)的匹配程度。 匹配程度ag 的大小決定于兩個(gè)環(huán)節(jié)之間的匹配方式: 電壓匹配電壓匹配 要求信號(hào)源給負(fù)載的電壓最大。應(yīng) 1。 電流匹配電流匹配 要求信號(hào)源給負(fù)載的電流最大。應(yīng)ag 1。 功率匹配功率匹配 要求信號(hào)源給負(fù)載的功率最大。應(yīng) ag =1。iLgZZa gaSYIAEFall, 2006Zhang X.D. 200

55、6 Unit 2 p. 178（2）負(fù)載能力匹配 負(fù)載能力的匹配實(shí)際上是前一級(jí)單元電路能否驅(qū)動(dòng)后一級(jí)單元電路。 系統(tǒng)各級(jí)之間均有負(fù)載能力匹配問題，但特別突出的是在最后一級(jí)單元電路中，因?yàn)槟┘?jí)電路往往需要驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如果驅(qū)動(dòng)能力不夠，則應(yīng)增加一級(jí)功率驅(qū)動(dòng)單元。 模擬電路：一般采用電壓跟隨器或功率集成電路。 數(shù)字電路：達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器、單管反相器、射極跟隨器等。（3）電平匹配 數(shù)字電路中,若高低電平不匹配，則不能保證正常的邏輯功能。尤其是CMOS 集成電路與TTL 集成電路之間的連接，當(dāng)兩者的工作電源不同時(shí),必須增加電平轉(zhuǎn)換電路（如 CMOS為+15V,TTL為+5V） 。SYIAEFall, 20

56、06Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 179二、信號(hào)耦合與時(shí)序配合信號(hào)耦合方式 單元電路之間的信號(hào)耦合常見4種方式：（1）直接耦合方式 上一級(jí)單元電路的輸出直接（或通過(guò)電阻）與下一級(jí) 單元電路的輸入相連接。 特點(diǎn)：簡(jiǎn)單；把上一級(jí)輸出的任何波形的信號(hào)送到下一級(jí)單元電路。 兩個(gè)單元電路互相影響。（2）阻容耦合方式 通過(guò)電容和電阻將上一級(jí)的輸出信號(hào)耦合到下一級(jí)。 特點(diǎn)：隔直傳交。靜態(tài)情況下兩單元電路互不影響。（3）變壓器耦合方式 通過(guò)變壓器的原副繞組將上一級(jí)的輸出信號(hào)耦合到下一級(jí)。 特點(diǎn)：隔直傳交（因變壓器副邊電壓只反映變化的信號(hào)）。1. 不能集成化，體積大，現(xiàn)很少用。SYIAEF

57、all, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 180（4）光電耦合方式 通過(guò)光耦器件將信號(hào)傳送到下一級(jí)。原理：上一級(jí)輸出信號(hào)通過(guò)光耦器件中的發(fā)光二極管使其產(chǎn) 生光，光作用于達(dá)林頓光敏三極管基極，使管子導(dǎo) 通，從而將上一級(jí)信號(hào)傳送到下一級(jí)。 既可傳送模擬信號(hào)，又可傳送數(shù)字信號(hào)。特點(diǎn)：電氣隔離，可防止干擾侵入。2. 時(shí)序配合（1）時(shí)序在數(shù)字電路中非常重要。一個(gè)數(shù)字系統(tǒng)有一個(gè)固 定的時(shí)序，時(shí)序配合錯(cuò)亂，系統(tǒng)不能工作。（2）單純的 模擬電路無(wú)時(shí)序問題。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 181三、電平轉(zhuǎn)換接口（P48）在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)

58、中，習(xí)慣于用TTL 電路作為基本電路，根據(jù)需要可能采用HTL 、CMOS 、ECL 等芯片，因此，存在TTL 電路與這些數(shù)字電路的接口問題。 TTL與HTL電平轉(zhuǎn)換接口 HTL 電路即高閥值邏輯集成電路，因?yàn)樗拈y值電壓比較高（一般在7 -8V ) ，所以，噪聲容限比較大，抗干擾能力較強(qiáng)。但是，由于它的輸入部分是二極管結(jié)構(gòu)，所以，速度比較低。因此，這種數(shù)字集成電路適宜于速度不高但具有高可靠性的工業(yè)控制設(shè)備。HTL 電路的輸出高電平VoH 11 . 5V ，輸出低電平VoL 1 . 5V 1.（1）TTL HTL 電平轉(zhuǎn)換利用電平轉(zhuǎn)換器CH2017 可完成TTL HTL 電平轉(zhuǎn)換。該電路輸出能驅(qū)

59、動(dòng)8 一10 個(gè)HTL 標(biāo)準(zhǔn)門負(fù)載，工作電源電壓為15V 士10% ，其邏輯為反相器。CH2017 內(nèi)共有六個(gè)反相器，完成TTL - HTL 轉(zhuǎn)換。SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2 p. 182(2) HTL TTL 轉(zhuǎn)換 CH2016 具有HTL TTL 電平轉(zhuǎn)換功能，其邏輯為反相器。該芯片使用二種電源，Vcc1=15V 士10 % , Vcc2=5V 士10 % ，電路輸出高電平VoH 3V ，低電平VoL 0.4V ，能驅(qū)動(dòng)8 -10 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)TTL 門負(fù)載。 在HTL 與TTL 邏輯電平接口時(shí)，最簡(jiǎn)單的方法是采用電平轉(zhuǎn)換器，如圖2 一4 一1 所示。 SYIAEFall, 2006Zhang X.D. 2006 Unit 2