第二章 過程通道設計方法

1、信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-71第第2章章 計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)過程通道設計方法過程通道設計方法第二講第二講- -第四講第四講信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-72 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和工業(yè)生過程輸入輸出通道在微型計算機和工業(yè)生產過程之間起著產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。第二講第二講信息與電氣工程學院計算

2、機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-732.1 數(shù)字量過程通道的設計方法數(shù)字量過程通道的設計方法2.2 模擬量輸入通道設計方法模擬量輸入通道設計方法2.3 模擬量輸出通道設計方法模擬量輸出通道設計方法2.4 小小 結結信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-742.1 數(shù)字量過程通道的設計方法數(shù)字量過程通道的設計方法 數(shù)字量數(shù)字量(開關量開關量)：用：用“0”和和“1” 兩個量進行描述，兩個量進行描述，如電動機的啟動和停止，繼電器的吸合與釋放，指示燈如電動機的啟動和停止，繼電器的吸合與釋放，

3、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)。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 2.1.1 數(shù)字量輸入通道設計方法數(shù)字量輸入通道設計方法 2.1.2 數(shù)字量輸出通道設計方法數(shù)字量輸出通道設計方法山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-752.1.1 數(shù)字量輸入通道設計方法數(shù)字量輸入通道設計方法 數(shù)字量輸入通道，主要用于將生產過程中的數(shù)字數(shù)字量輸入通道，主要用于將生產過程中的數(shù)字信號轉換成計算機能夠接收的形式。信號轉換成計算機能夠接收的形式

4、。設計時注意兩個問題：設計時注意兩個問題：(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的接口電平不同，需要進行電平變換。算機的接口電平不同，需要進行電平變換。(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。 為了將外部開關量信號輸入到計算機，必須將現(xiàn)場為了將外部開關量信號輸入到計算機，必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號經轉換、保護、濾波、隔離等措施轉換輸入的狀態(tài)信號經轉換、保護、濾波、隔離等措施轉換成計算機能接收的邏輯信號，這個過程稱為成計算機能接收的邏輯信號，這個過程稱為信號調理信號調理。(電平變換和噪聲

5、抑制過程稱為信號調理。電平變換和噪聲抑制過程稱為信號調理。)信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-76信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)輸輸 入入 調調 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 產產 過過 程程PC 總總 線線數(shù)字量輸入通道結構數(shù)字量輸入通道結構山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-77信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)數(shù)字量輸入通道結構框圖數(shù)字量輸入通道結構框圖 數(shù)字量輸入的三種形態(tài)數(shù)字

6、量輸入的三種形態(tài)山東科技大學輸入調理電路設計的好壞直輸入調理電路設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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-78信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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、加強在兩者之間起緩沖、加強作用。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)門緩沖器三態(tài)門緩沖器74LS244山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-791. 外部的

7、開關信號及邏輯電平信號調理電路外部的開關信號及邏輯電平信號調理電路直接分壓直接分壓:對數(shù)字量的電壓信號進行衰減。對數(shù)字量的電壓信號進行衰減。 開關信號系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)在電氣上沒有隔離，開關信號系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)在電氣上沒有隔離，開關信號系統(tǒng)的電氣噪聲容易進入計算機系統(tǒng)，從開關信號系統(tǒng)的電氣噪聲容易進入計算機系統(tǒng)，從而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至損壞的情況。故設計中很少而導致系統(tǒng)不穩(wěn)定甚至損壞的情況。故設計中很少采用這種方式。采用這種方式。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)UU山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-710來自外部的開關信號及邏輯電平信

8、號有三種形式：來自外部的開關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 信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)尖峰電路穩(wěn)壓電路“0”山東科技大學歸于歸于限流限流信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-711(3) 交流接點信號輸入電路交流接點信號輸入電路信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學交流輸入電路交流輸入電路保護整流橋保護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

9、電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7122. 數(shù)字脈沖信號輸入調理電路數(shù)字脈沖信號輸入調理電路-計脈沖個數(shù)計脈沖個數(shù)信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)光耦去計數(shù)器+12VR1R2R3+VCCCZ山東科技大學選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管選擇不同穩(wěn)壓值的穩(wěn)壓管來調節(jié)輸出矩形波的占空比來調節(jié)輸出矩形波的占空比信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7133. 系統(tǒng)系統(tǒng)設置開關設置開關(小功率輸入調理電路小功率輸入調理電路)信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)采用積分電路消除開關抖動采用積分電路消除開關抖動山東科技大學信息

10、與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-714 采用采用R-S觸發(fā)器消除開關兩次反跳觸發(fā)器消除開關兩次反跳01信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7152.1.2 數(shù)字量輸出通道設計方法數(shù)字量輸出通道設計方法 數(shù)字量輸出通道用于將計算機輸出的數(shù)字量信數(shù)字量輸出通道用于將計算機輸出的數(shù)字量信號進行轉換，以達到能夠驅動被控對象動作的目的。號進行轉換，以達到能夠驅動被控對象動作的目的。在對開關功率進行匹配設計的同時，應考慮內部與在對開關功率進行匹配設計的同時，應考慮內部與外部公共地的隔離。外部公共地的隔離。信息與電氣工程學院計算機控制系

11、統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-716輸 出 驅 動 器輸 出 鎖 存 器地址譯碼器生 產 過 程P C 總 線數(shù)字量輸出通道結構數(shù)字量輸出通道結構信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-717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，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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7181. 小功率開關輸出電路小功率開關輸出電路VIR1OC門光耦R2+VCC+VO0011信息與電氣工

12、程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7192. 中功率晶體管驅動電路中功率晶體管驅動電路續(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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-720信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)3. (電磁電磁)繼電器輸出接口電路繼電器輸出接口電路JR開關量輸入D+VCC繼電器光耦220V弱電控制強電弱電控制強電1缺點？缺點？山東科技大學機械式觸點機械式觸點信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-721信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)4. (雙向雙向)晶閘管輸

13、出電路晶閘管輸出電路山東科技大學無觸點開關無觸點開關廣泛應用與交直流電機調速系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中。廣泛應用與交直流電機調速系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-722信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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生觸發(fā)信號，減少干擾。零交叉電路在交流電過零時產生觸發(fā)信號，減少干擾。山東科技大學無觸點開關無觸點開關信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-723 輸入調理電路和輸出驅動電路屬于輸入調理電路和輸出驅動電路屬于I/O電氣轉換部電氣轉

14、換部分，其主要功能是：分，其主要功能是： 濾波、電平轉換、隔離、功率驅動等濾波、電平轉換、隔離、功率驅動等。 所采用的一般方法為：所采用的一般方法為：信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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成穩(wěn)壓電路做過電壓保護；用限流電阻齊納二極管構成穩(wěn)壓電路做過電壓保護； 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。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系

15、統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7242.1 數(shù)字量過程通道的設計方法數(shù)字量過程通道的設計方法2.2 模擬量輸入通道設計方法模擬量輸入通道設計方法2.3 模擬量輸出通道設計方法模擬量輸出通道設計方法2.4 小小 結結信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學第三講第三講信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-725信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2.2 模擬量輸入通道設計方法模擬量輸入通道設計方法 模擬量輸入通道的任務：完成模擬量信號模擬量輸入通道的任務：完成模擬量信號到數(shù)字量信號的轉換。到數(shù)字量信號的轉換。 2.2.1

16、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、儀用放大器變換、多路開關、儀用放大器及采樣保持器及采樣保持器 2.2.3 模擬量輸入通道的設計模擬量輸入通道的設計 山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-726信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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通道的任務是把生產現(xiàn)場被控對象通道的任務是把生產現(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換成計算機可以識別的數(shù)字量信號。信號轉換成計

17、算機可以識別的數(shù)字量信號。模擬量輸入通道的結構組成圖模擬量輸入通道的結構組成圖4-20mA1-5V山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-727信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2.2.2 I/V變換、多路開關、儀用放大器變換、多路開關、儀用放大器及采樣保持器及采樣保持器 在設計離散系統(tǒng)時，在設計離散系統(tǒng)時，香農采樣定理香農采樣定理是必須嚴是必須嚴格遵守的一條準則，它指明了從采樣信號中格遵守的一條準則，它指明了從采樣信號中不失不失真地復現(xiàn)真地復現(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。香農定理：香農定理：設輸入信號設輸入信

18、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 中完整地復現(xiàn)中完整地復現(xiàn)信號信號 ，則必須滿足：，則必須滿足： 。maxfsfmax2 ffs)(tx)(tx)(*tx山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-728信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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轉換器所接收的模擬信號為轉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

19、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)場與控制室之間遠距離傳輸，可以避免傳輸導線上的壓降損失引起的誤差。輸導線上的壓降損失引起的誤差。15V電壓信號適于控制室內短距離聯(lián)絡，儀表之間可以并聯(lián)連接，便電壓信號適于控制室內短距離聯(lián)絡，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。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-729信息與

20、電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)為什么選取這樣的標準信號？為什么選取這樣的標準信號？ 30V電壓，電壓，30mA電流所引起的火花能量足以達到危險氣體燃電流所引起的火花能量足以達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。兩線制儀表在信號為零時仍需要一定的能量供應。 (d) 4-20mA電流作用在電流作用在250電阻上剛好得

21、到電壓電阻上剛好得到電壓1-5V。 山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-730無源無源I/V變換變換信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)50010021RR 輸入輸入 輸出輸出010mA 05V25010021RR420mA 15V精密電阻精密電阻限幅限幅山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-731信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(2) 有源有源I/V變換變換KRKRR25100200431，A-+R5R4R3R2R1CIVKRKRR150100200431， 輸入輸入 輸出輸

22、出010mA 05V420mA 15V為何選用運為何選用運算放大器？算放大器？341RRA+精密電阻精密電阻山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-732信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(3) 專用專用I/V轉換電路轉換電路sRsR 75757575ReferenceReference+10V+10VRVC420RVC420-in-in4mA4mA20mA20mA+in+in16 V+16 V+13135 58 87 710 Ref f10 Ref fB B1111141415 Rcv f15 Rcv fB B12 Ref in12 R

23、ef inRcv OutRcv OutRef OutRef Out3 32 21 Fm m1 Fm m+ +- -+ +- -+ +- -+ +- -RcvRcv公共公共RevRev公共公共CrCrV VO O(0V(0V5V)5V)Ref NoiseRef NoiseReductionReductionRef TrimRef Trim3 3I Im m4 V-4 V-山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-733信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2. 多路開關多路開關(多選一多選一)CD4051原理圖原理圖山東科技大學CMOS的模擬開關

24、電路：通過的模擬開關電路：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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-734信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)圖2 -3 CD4051結構原理圖0S2S3S4S5S6S7S1S動動驅驅碼碼譯譯換換轉轉平平電電ABCINHmSCD4051CD4051結構原理圖結構原理圖 并非實際的開關，而是并非實際的開關，而是CMOS的模擬開關，若的模擬開關，若VEE，VSS的電壓匹配不的電壓匹配不足，開關就相當于一個足，開關就相當于一個大內阻大內阻山東

25、科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-735信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)CD4051真值表真值表山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學山東科技大學2022-3-736信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)補：擴展電路補：擴展電路當采樣通道多至當采樣通道多至16路時，可直接選用路時，可直接選用16路模擬開關的芯片，路模擬開關的芯片，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。路開關。 D3D2D1D0動驅碼譯動驅碼譯換轉平電換轉平電0S2S3S4S

26、5S6S7S1S8S10S11S12S13S14S15S9SABCmSABCmS圖 2-4 多 路 模 擬 開 關 的 擴 展 電 路INHINH信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-737信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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到以達到A/D轉換所需的轉換所需的量程范圍。量程范圍。 運算放大器：運算放大器：具有毫伏級的失調電壓和溫漂具有毫伏級的失調電壓和溫漂放大器放大器 測量放大器：測量放大

27、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，低失調電壓和高穩(wěn)定增益，抗共模干擾能力強漂，低失調電壓和高穩(wěn)定增益，抗共模干擾能力強 常用的測量放大器為常用的測量放大器為AD521，AD522等。等。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-738信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) AD521基本連接方法基本連接方法山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-739 來自生產現(xiàn)場的傳感器信號往往帶有較大的來自生產現(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

28、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成的測量放大器放構成的測量放大器，也稱儀表放大器。，也稱儀表放大器。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-740信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(a) 經典測量放大器經典測量放大器(AD521結構圖結構圖)21 (12GsRRRRG+山東科技大學調整放大器增益調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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東

29、科技大學2022-3-741信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(b) 可變增益放大器可變增益放大器山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-742信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)4. 采樣保持器采樣保持器 當某一通道進行當某一通道進行A/D轉換時，由于轉換時，由于A/D 轉換需轉換需要一定的時間，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，就會引起較大的轉換誤差。為了保證較大的轉換誤差。為了保證A/D轉換的精度，需要轉換的精度，需要應用應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

30、樣的間隔時間內，是在兩次采樣的間隔時間內，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。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-743信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-744 對于同步系統(tǒng)，幾個并聯(lián)的參量均

31、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，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轉轉換器，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轉換全部完轉換全部完成。但轉換完成后，又要求成。但轉換完成后，又要求A/D轉換器的輸入信號轉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，以及國家半導體公司

32、的半導體公司的LF198/298/398。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-745信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)0t0T2T3Tt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語：常用術語：采樣器或采樣開關采樣器或采樣開關-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-采樣開關每次閉合的時間采樣開關每次閉合的時間采樣周期采樣周期T-采樣開關每次通斷的時間間隔采樣開關每次通斷的時間間隔 在實際系統(tǒng)中，在實際系

33、統(tǒng)中， ，也就是說，可以近似地認，也就是說，可以近似地認為采樣信號為采樣信號y*(t)是是y(t)在采樣開關閉合時的瞬時值。在采樣開關閉合時的瞬時值。數(shù)據(jù)采樣過程數(shù)據(jù)采樣過程山東科技大學T信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-746X(t)X*(t)X(t)t0P(t)KT005T3TT7T1(a)采樣開關采樣開關(b)連續(xù)信號連續(xù)信號(c)開關函數(shù)開關函數(shù)信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-747X*(t)kT05T3TT7T1調制器X(t)X*(t)P(t)(d)

34、 采樣信號采樣信號(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為，所以分析時可近似認為 ，以單，以單位脈沖函數(shù)位脈沖函數(shù) 來代替來代替p(t)。信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)T00)(t山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-748單位脈沖序列：單位脈沖序列：T(t)kT0數(shù)學表達式：數(shù)學表達式：單位脈沖函數(shù)定義：單位脈沖函數(shù)定義：-+-kTkTtt)()(信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)理論表達形式：理論表達形式：工程表達形式：工程表達形式：0, 00,)(ttt0, 00, 1)(t

35、tt山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-749信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)采樣過程數(shù)學描述采樣過程數(shù)學描述: :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：+-kTkTttxttxtx)()()()()(*+-0*)()()()()(kTkTttxttxtx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山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-750信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)

36、采樣保持器采樣保持器采樣保持器結構圖采樣保持器結構圖山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-751信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)零階保持器零階保持器INV1A2AHCOUTVSOUTVINVtt圖 2-8 采樣保持器 路電理原)a (性波作工)b(采樣保持1( )sTheG ss-山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-752信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2.2.3 模擬量輸入通道的設計模擬量輸入通道的設計 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轉換器

37、轉換器。 設計穩(wěn)定、優(yōu)良的模擬量輸入通道的設計穩(wěn)定、優(yōu)良的模擬量輸入通道的基礎：基礎：了解了解A/D轉換器的轉換器的原理原理和和外部特性外部特性。 模擬量輸入通道設計過程中需要主要模擬量輸入通道設計過程中需要主要解決的問題解決的問題：A/D轉換器與計算機的接口及其程序設計轉換器與計算機的接口及其程序設計。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-753信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)1. A/D轉換器轉換器 常見結構：逐次逼近寄存器常見結構：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逐次逼近式速度為雙積分式逐次逼近

38、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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-754信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(1) 逐次逼近寄存器式逐次逼近寄存器式A/D轉換器的基本工作原理轉換器的基本工作原理nrefrefrefIVVVVB2-+山東科技大學比較器比較器優(yōu)點：轉換速度快，轉換時間固定優(yōu)點：轉換速度快，轉換時間固定缺點：抗干擾能力差缺點：抗干擾能力差信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-755信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(2) A/D轉換器主要性能指標及術語轉換器主

39、要性能指標及術語 分辨率分辨率(Resolution) 量化誤差量化誤差(Quantizing error) 線性度線性度(Linearity) 轉換精度轉換精度(Conversion Accuracy) 絕對精度絕對精度 相對精度相對精度 轉換時間轉換時間(Conversion Time)山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-756信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(3) 常見常見A/D轉換器及其外特性轉換器及其外特性 由于逐次近似寄存器式轉換方式的快速性，因由于逐次近似寄存器式轉換方式的快速性，因此在普通此在普通A/D元件市場上有相

40、當多的是采用該方法，元件市場上有相當多的是采用該方法，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。 山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-757信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2. A/D轉換器接口及程序設計轉換器接口及程序設計 在模擬量輸入通道設計中，在模擬量輸入通道設計中，A/D轉換器與計算轉換器與計算機的連接機的連接(硬件設計硬件設計)及及程序設計程序設計(軟件設計軟件設計)是其重是其重要組成部分

41、。要組成部分。 (1) A/D轉換器的接口技術轉換器的接口技術 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轉換器的啟動轉換器的啟動 A/D轉換器結束信號的處理轉換器結束信號的處理(2) A/D轉換器的程序設計轉換器的程序設計 如何啟動如何啟動A/D轉換轉換 如何判斷如何判斷A/D轉換結束轉換結束 如何讀取并存放轉換結果如何讀取并存放轉換結果山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-758信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 并行并行A/D轉換器的典型應用轉換器的典型應用(ADC0809) 8 位位逐次逼近式逐次逼近式A/

42、D 轉換器轉換器 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山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-759信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)ADC0809內部結構及引腳內部結構及引腳山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-760信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)各引腳功能如下：各引腳功能如下： I

43、N0IN7：8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轉換器。轉換器。 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。 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轉換信號，輸入，高電平有效。上升沿時將轉換器轉換信號，輸入，高電平有效。上升沿時將轉換器內部清零，下降沿時啟動內部清零，下降沿時啟動A/D轉換。轉換。 EOC：轉換結束信號，輸出，高電平有效。：轉換結束信號，輸出，高電平有效。

44、 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轉換得到的轉換得到的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，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，可與主機數(shù)據(jù)總線直接相連。輸出鎖存，可與主機數(shù)據(jù)總線直接相連。 CLOCK：外部時鐘脈沖輸入端。當脈沖頻率為：外部時鐘脈沖輸入端。當脈沖頻率為640kHz時，時，A/D轉換轉換時間為時間為100m ms。 VR+，VR-：基準電壓源正、負端。取決于被轉換的模擬電壓范

45、圍，：基準電壓源正、負端。取決于被轉換的模擬電壓范圍，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。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-761信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)ALEC.B.ASTARTEOCOEDO7DO0圖2-12 ADC0809的轉換時序ADC0809的轉換時序的轉換時序地址鎖存，譯碼地址鎖存，譯碼選通模擬開關的某一路選通模擬開關的某一路啟動啟動A/D轉換轉換內部清零內部清零A/D轉換結束轉換結束輸出輸出轉換結果轉換結果

46、山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-762信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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。此地址經譯碼選通存入地址鎖存器中。此地址經譯碼選通8路模路模擬輸入之一到擬輸入之一到A/D轉換器。轉換器。START上升沿將上升沿將SAR復位，下降復位，下降沿啟動沿啟動 A/D轉換，此時轉換，此時EOC輸出信號變低電平，指示轉換正輸出信號變低電平，指示轉換正在進行，直到在進行，直到A/D轉換完成，轉換完成，EOC變?yōu)楦唠娖?/p>

47、，指示變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉轉換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。換結束，結果數(shù)據(jù)已存入鎖存器，這個信號可用作中斷申請。當當OE輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸入高電平時，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到數(shù)據(jù)總線上。輸出到數(shù)據(jù)總線上。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-763信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學

48、2022-3-764信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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，并，并依次把結果轉存到內部數(shù)據(jù)存儲區(qū)依次把結果轉存到內部數(shù)據(jù)存儲區(qū)的采樣存儲程的采樣存儲程序。序。 ORG 8000HSTART：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

49、通道地址，啟動A/D轉換轉換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轉換結果轉換結果 MOV R1，A ；存結果；存結果 INC R1 ；調整數(shù)據(jù)區(qū)指針；調整數(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 山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-765信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 串行串行A/D轉換器的典型應用轉換

50、器的典型應用(TLC2543) TLC2543是是TI公司生產的公司生產的12位位串行串行A/D轉換器，使用轉換器，使用開開關電容逐次逼近技術關電容逐次逼近技術完成完成A/D轉換過程。它具有轉換過程。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進行連接。串行接口可方便地與微機進行連接。P1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.380318031TLC2543TLC2543I/O CLOCKI/O CLOCKDATA INPUTDATA INPUTDATA OUTPUTDATA OUTPUTCSCS接口電路：接口電路： TLC2

51、543與與8031單片機接口原理圖單片機接口原理圖山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-766信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(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，傳送距離最遠可達總線輸出形式，傳送距離最遠可達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

52、增加了420mA的輸入范圍的輸入范圍山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-7672.1 數(shù)字量過程通道的設計方法數(shù)字量過程通道的設計方法2.2 模擬量輸入通道設計方法模擬量輸入通道設計方法2.3 模擬量輸出通道設計方法模擬量輸出通道設計方法2.4 小小 結結信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學第四講第四講信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-768信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2.3 模擬量輸出通道設計方法模擬量輸出通道設計方法 模擬量輸出通道的模擬量輸出通道的任務任務：將計算

53、機處理后的數(shù)：將計算機處理后的數(shù)字量轉換為模擬量，轉換輸出的模擬信號可能是電字量轉換為模擬量，轉換輸出的模擬信號可能是電壓或電流信號。這些轉換后的信號送入執(zhí)行機構，壓或電流信號。這些轉換后的信號送入執(zhí)行機構，引起執(zhí)行機構動作從而達到系統(tǒng)對被控對象調節(jié)的引起執(zhí)行機構動作從而達到系統(tǒng)對被控對象調節(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計模擬量輸出通道的設計山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-769信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2.3.1 模擬量輸出通道的組成模擬量輸出通道的

54、組成 AO通道的通道的任務任務是把經過計算機或控制器處理得是把經過計算機或控制器處理得到的某些數(shù)據(jù)送回物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)物理量進行調到的某些數(shù)據(jù)送回物理系統(tǒng)，對系統(tǒng)物理量進行調節(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)轉換器轉換器、輸出保持器輸出保持器、多路開關多路開關和和電壓電壓/電流電流(V/I)變換器變換器等構等構成。成。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-770信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(a) 每個通道單獨設置每個通道單獨設置D/A轉換器結構轉換器結構模擬量輸出通道結構圖模擬量輸

55、出通道結構圖特點：特點：1. 一路輸出通道使用一個一路輸出通道使用一個D/A轉換器轉換器 2. D/A轉換器芯片內部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器轉換器芯片內部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器 3. D/A轉換器具有數(shù)字信號轉換模擬信號、信號保轉換器具有數(shù)字信號轉換模擬信號、信號保 持作用持作用 4. 結構簡單，轉換速度快，工作可靠，精度較結構簡單，轉換速度快，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轉換器芯片較多轉換器芯片較多為何不需要為何不需要多路開關？多路開關？山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-771信息與電氣工程學院計算機

56、控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(b) 多通道共享多通道共享D/A轉換器結構轉換器結構特點：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轉換器轉換器 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轉換器只起數(shù)字到模擬信號的轉換作用轉換器只起數(shù)字到模擬信號的轉換作用 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轉換器，但電路復雜，精度差，可靠低、占用轉換器，但電路復雜，精度差，可靠低、占用 主機時間主機時間 山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-772信息與電氣

57、工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2.3.2 模擬量輸出通道的設計模擬量輸出通道的設計關鍵問題：關鍵問題：D/A轉換器與計算機的接口轉換器與計算機的接口(硬件設計硬件設計)及及其程序設計其程序設計(軟件設計軟件設計)1. D/A轉換器轉換器 將數(shù)字量轉換成模擬量將數(shù)字量轉換成模擬量 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信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-773信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(1) D/A轉換器的原理轉換器的原理 D/A轉換器一般由轉

58、換器一般由基準電壓基準電壓、解碼網絡解碼網絡、運算放大器運算放大器和和模擬電子開關模擬電子開關組成。組成。 其中核心是其中核心是“解碼網絡解碼網絡”，常見有，常見有“權電阻解碼網絡權電阻解碼網絡”和和“T型電阻解碼網絡型電阻解碼網絡”。山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-774信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) 權電阻解碼網絡權電阻解碼網絡4位位D/A轉換器轉換器 可以把數(shù)字可以把數(shù)字00001111B轉換成大小不同的電流，從而在運轉換成大小不同的電流，從而在運算放大器輸出端得到大小不同的電壓。算放大器輸出端得到大小不同的電壓。權電阻

59、解碼網絡權電阻解碼網絡4位位D/A轉換器的原理圖轉換器的原理圖權電阻權電阻山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-775信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng) T T型電阻解碼網絡型電阻解碼網絡T型電阻解碼網絡型電阻解碼網絡4位位D/A轉換器的原理圖轉換器的原理圖運放輸出端的電壓通式為：運放輸出端的電壓通式為：RRVDDDDRIVff+-4REF00112233fROUT2)2222(山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-776信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)(2) D/A轉換器的主

60、要技術指標轉換器的主要技術指標 分辨率分辨率 精度精度 線性度線性度 轉換時間轉換時間 輸出方式：輸出方式：510V或或20mA3A山東科技大學信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)山東科技大學2022-3-777信息與電氣工程學院計算機控制系統(tǒng)計算機控制系統(tǒng)2. D/A轉換器接口及程序設計轉換器接口及程序設計 一個一個D/A轉換器接口，必須根據(jù)系統(tǒng)的需要選轉換器接口，必須根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇合適的擇合適的D/A轉換芯片，通過外圍接口電路及器件，轉換芯片，通過外圍接口電路及器件，完成完成D/A轉換的信號處理。轉換的信號處理。D/A轉換器的接口技術轉換器的接口技術 計算機與計算機與D/A轉