《數(shù)字化網(wǎng)絡(luò)化控制技術(shù) 》 課件 第2章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的過(guò)程通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)王超一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)基本概念計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)模擬控制系統(tǒng)信號(hào)匹配二、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件部分控制計(jì)算機(jī)主機(jī)外設(shè)總線過(guò)程輸入輸出接口人機(jī)接口設(shè)備通信設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)儀表（傳感變送、執(zhí)行機(jī)構(gòu)等）軟件部分系統(tǒng)軟件操作系統(tǒng)匯編或高級(jí)語(yǔ)言過(guò)程控制語(yǔ)言通信網(wǎng)絡(luò)軟件診斷程序等應(yīng)用軟件過(guò)程輸入輸出程序控制策略程序人機(jī)接口程序打印顯示程序歷史數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的過(guò)程通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)王超第1節(jié)

檢測(cè)設(shè)備傳感器變送器一、傳感器傳感器是一種將各種被測(cè)非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成可用電信號(hào)的測(cè)量裝置或元件。傳感器的應(yīng)用領(lǐng)域主要包括如下幾個(gè)方面：1）生產(chǎn)過(guò)程的測(cè)量與控制;2）報(bào)警與環(huán)境保護(hù);3）自動(dòng)化設(shè)備和機(jī)器人;4）交通運(yùn)輸和資源探測(cè);5）醫(yī)療衛(wèi)生和家用電器。一、傳感器

電阻式傳感器

種類繁多，應(yīng)用廣泛，其基本原理是將被測(cè)非電信號(hào)的變化轉(zhuǎn)換成電阻的變化。電阻值可表示為:其中，σ為電導(dǎo)率，l為長(zhǎng)度，S為截面積。電阻應(yīng)變式荷重傳感器產(chǎn)品圖一、傳感器

電容式傳感器

是以各種類型的電容器作為敏感元件，將被測(cè)物理量的變化轉(zhuǎn)換為電容量的變化，再由測(cè)量電路轉(zhuǎn)換為電壓、電流或頻率的變化，以達(dá)到檢測(cè)的目的。電容值可表示為:其中，S為極板間相互覆蓋面積；d為兩極板間的距離；ε為兩極板間的介電常數(shù)；ε0為真空介電常數(shù)，εr為介質(zhì)的相對(duì)介電常數(shù)。電容式差壓變送器產(chǎn)品圖一、傳感器電感式傳感器是利用線圈自感或互感系數(shù)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)非電信號(hào)測(cè)量的一種裝置。電感式傳感器一般分為自感式、互感式和電渦流式3大類。習(xí)慣上將自感式傳感器稱為電感式傳感器，而互感式傳感器由于是利用變壓器原理，又往往做成差動(dòng)式，故常被稱為差動(dòng)變壓器式傳感器。電感式傳感器產(chǎn)品圖一、傳感器壓電式傳感器利用某些電介質(zhì)材料具有壓電效應(yīng)而制成。

當(dāng)有些電介質(zhì)材料在一定方向上受到外力（壓力或拉力）作用而變形時(shí)，在其表面上會(huì)產(chǎn)生電荷；當(dāng)外力去掉后，又回到不帶電狀態(tài)，這種將機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能的現(xiàn)象，稱為壓電效應(yīng)。壓電式力和加速度傳感器產(chǎn)品圖一、傳感器

光電式傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器，其理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。光電效應(yīng)大致可分為如下三類：第一類是外光電效應(yīng)，即在光照射下，能使電子逸出物體表面，利用這種效應(yīng)做成的器件有真空光電管、光電倍增管等；第二類是內(nèi)光電效應(yīng)，即在光線照射下，能使物質(zhì)的電阻率改變，這類器件包括各類半導(dǎo)體光敏電阻；第三類是光生伏特效應(yīng)，即在光線作用下，物體內(nèi)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，此電動(dòng)勢(shì)稱為光生電動(dòng)勢(shì)，這類器件包括光電池、光敏二極管和光敏晶體管等。光電開(kāi)關(guān)一、傳感器

熱電式傳感器利用某些材料或元件的性能隨溫度變化的特性進(jìn)行測(cè)量，主要包括熱電偶傳感器和熱電阻傳感器。熱電偶傳感器的測(cè)溫原理是熱電效應(yīng)。常用的熱電偶有鉑銠-鉑（分度號(hào)為S）、鎳鉻-鎳硅（分度號(hào)為K）、鎳鉻-銅鎳（分度號(hào)為E）等。熱電偶傳感器產(chǎn)品圖一、傳感器常用的數(shù)字式傳感器有光柵式、碼盤式、磁柵式和感應(yīng)同步器等。這類傳感器具有很高的測(cè)量精度，易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的快速化、自動(dòng)化和數(shù)字化，易于與微處理機(jī)配合，組成數(shù)控系統(tǒng)，在機(jī)械工業(yè)的生產(chǎn)、自動(dòng)測(cè)量以及機(jī)電控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。數(shù)字式傳感器產(chǎn)品圖一、傳感器根據(jù)具體的測(cè)量條件、使用條件以及傳感器的性能指標(biāo)合理地選用傳感器是進(jìn)行某個(gè)量測(cè)量時(shí)首先要解決的問(wèn)題。1．傳感器的類型

要進(jìn)行一個(gè)具體的測(cè)量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。2．靈敏度通常在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。3．精度精度是傳感器的一個(gè)重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)測(cè)量精度的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。4．線性度線性度反映了輸出量與輸入量之間保持線性關(guān)系的程度。5．穩(wěn)定性傳感器使用一段時(shí)間后，其性能保持不變的能力稱為穩(wěn)定性。6．頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測(cè)量的頻率范圍，必須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測(cè)量條件，實(shí)際上傳感器的響應(yīng)總有一定延遲，我們希望延遲時(shí)間越短越好。二、變送器

變送器在控制系統(tǒng)中起著至關(guān)重要的作用，它將工藝變量（如溫度、壓力、流量、液位、成分等）和電、氣信號(hào)（如電流、電壓、頻率和氣壓信號(hào)等）轉(zhuǎn)換成該系統(tǒng)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。變送器電動(dòng)變送器電流輸出型變送器電壓輸出型變送器氣動(dòng)變送器氣動(dòng)變送器的信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為0.02～0.1MPa工業(yè)上最廣泛采用的標(biāo)準(zhǔn)模擬量電信號(hào)是用4～20mA電流來(lái)傳輸信號(hào)二、變送器四線制

變送器需要兩根電源線，加上兩根信號(hào)線，總共要接4根線。三線制

變送器的信號(hào)輸出與電源共用一根線（公用VCC或者GND）。二線制

變送器的信號(hào)傳輸與供電共用兩根導(dǎo)線，即這兩根導(dǎo)線既從控制室向變送器傳送電源，變送器又通過(guò)這兩根導(dǎo)線向控制室傳送現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的信號(hào)。與非兩線制變送器相比，二線制變送器節(jié)省了導(dǎo)線，有利于抗干擾及防爆，因此，雖然現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)快速發(fā)展，但兩線制變送器依然在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用非常廣泛。二、變送器

傳感器將溫度、壓力等非電物理量轉(zhuǎn)化為電參量；調(diào)理電路將傳感器輸出的微弱或非線性的電信號(hào)進(jìn)行放大、調(diào)理、轉(zhuǎn)化為線性的電壓輸出。二線制V／I變換電路根據(jù)信號(hào)調(diào)理電路的輸出控制總體耗電電流，同時(shí)從環(huán)路上獲得電壓并穩(wěn)壓，供調(diào)理電路和傳感器使用。第2節(jié)

執(zhí)行機(jī)構(gòu)氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)一、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)伺服電動(dòng)機(jī)、電動(dòng)機(jī)、閥門、繼電器、接觸器等輸出部件，統(tǒng)稱為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，也稱為執(zhí)行裝置或執(zhí)行器。執(zhí)行機(jī)構(gòu)的作用：接收計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)，并把它轉(zhuǎn)換成調(diào)整機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，使生產(chǎn)過(guò)程按照預(yù)先規(guī)定的要求正常進(jìn)行。常用的執(zhí)行機(jī)構(gòu)為氣動(dòng)和電動(dòng)兩種類型。

氣壓信號(hào)由上部引入，作用在薄膜上，推動(dòng)閥桿產(chǎn)生位移，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，從而達(dá)到了控制流量的目的。執(zhí)行機(jī)構(gòu)是將信號(hào)壓力的大小轉(zhuǎn)換為閥桿位移的裝置?？刂茩C(jī)構(gòu)是將閥桿的位移轉(zhuǎn)換為流過(guò)閥的流量的裝置。一、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（一）執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)薄膜式活塞式適用于輸出力較小、精度較高的場(chǎng)合適用于輸出力較大的場(chǎng)合，如大口徑、高壓降控制或蝶閥的推動(dòng)裝置輸出位移信號(hào)壓力膜片有效面積彈簧剛度氣動(dòng)薄膜執(zhí)行機(jī)構(gòu)有正作用和反作用兩種形式。正作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力是通入波紋膜片上方的薄膜氣室；反作用執(zhí)行機(jī)構(gòu)的信號(hào)壓力是通入波紋膜片下方的薄膜氣室。氣動(dòng)活塞執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)特性分為比例式和兩位式兩種。兩位式根據(jù)輸入活塞兩側(cè)操作壓力的大小，活塞從高壓側(cè)被推向低壓側(cè)。比例式是在兩位式基礎(chǔ)上加以閥門定位器，使推桿位移和信號(hào)壓力成比例關(guān)系。一、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（二）控制機(jī)構(gòu)

控制機(jī)構(gòu)即控制閥，實(shí)際上是一個(gè)局部阻力可以改變的節(jié)流元件。通過(guò)閥桿上部與執(zhí)行機(jī)構(gòu)相連，下部與閥芯相連。由于閥芯在閥體內(nèi)移動(dòng)，改變了閥芯與閥座之間的流通面積，即改變了閥的阻力系數(shù)，被控介質(zhì)的流量也就相應(yīng)的改變，從而達(dá)到控制工藝參數(shù)的目的。控制閥直通單座控制閥直通雙座控制閥球閥蝶閥隔膜控制閥分流型三通控制閥角形控制閥合流型凸輪撓曲閥籠式閥二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（一）電磁式繼電器電磁式繼電器是一種用小電流的通斷控制大電流通斷的常用開(kāi)關(guān)控制器件，主要由線圈、鐵心、銜鐵和觸點(diǎn)四部分組成。繼電器的觸點(diǎn)是與線圈分開(kāi)的，通過(guò)控制繼電器線圈上的電流可以使繼電器上的觸點(diǎn)斷開(kāi)，從而使外部高電壓或大電流與微機(jī)隔離。電磁式繼電器線圈的驅(qū)動(dòng)電源可以是直流的，也可以是交流的，電壓規(guī)格也有很多種。電磁式繼電器還有電流放大作用，因此，它是種很好的開(kāi)關(guān)量輸出隔離及驅(qū)動(dòng)器件。電磁式繼電器的不足是機(jī)械式觸點(diǎn)動(dòng)作時(shí)間較慢，在開(kāi)關(guān)瞬間觸點(diǎn)容易產(chǎn)生火花，引起干擾，減短使用壽命。二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（二）固態(tài)繼電器固態(tài)繼電器簡(jiǎn)稱SSR（SolidStateRelay），它利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)了控制電路與負(fù)載電路之間的電隔離和信號(hào)耦合。由于固態(tài)繼電器輸入控制電流小，輸出無(wú)觸點(diǎn)，所以與電磁式繼電器相比，具有體積小、重最輕、無(wú)機(jī)械噪聲、無(wú)抖動(dòng)和回跳、開(kāi)關(guān)速度快、工作可幕、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。

在微機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，大有取代電磁式繼電器之勢(shì)。二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（二）固態(tài)繼電器輸入電路直流輸入電路交流輸入電路交直流輸入電路光電耦合和變壓器耦合光電耦合通常使用光電二極管—光電三極管，光電二極管—雙向光控可控硅，光伏電池，實(shí)現(xiàn)控制側(cè)與負(fù)載側(cè)隔離控制高頻變壓器耦合是利用輸入的控制信號(hào)產(chǎn)生的自激高頻信號(hào)經(jīng)耦合到次級(jí)，經(jīng)檢波整流，邏輯電路處理形成驅(qū)動(dòng)信號(hào)輸出電路直流輸出電路交流輸出電路交直流輸出電路二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（二）固態(tài)繼電器使用固態(tài)繼電器時(shí)應(yīng)注意：1）存在通態(tài)壓降，一般1V左右；2）半導(dǎo)體器件關(guān)斷后仍可有數(shù)微安至數(shù)毫安的漏電流，因此不能實(shí)現(xiàn)理想的電隔離；3）電流負(fù)載能力隨溫度升高而下降，選用時(shí)留余量。4）SSR過(guò)載能力差，當(dāng)感性負(fù)載時(shí)需加壓敏電阻保護(hù)，電壓選1.6-1.9倍電源電壓。5）輸出負(fù)載短路會(huì)造成SSR損壞。二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（三）電磁閥

電磁閥是在氣體或液體流動(dòng)的管路中受電磁力控制開(kāi)閉的閥體，廣泛應(yīng)用于液壓機(jī)械、空調(diào)系統(tǒng)、熱水器、自動(dòng)機(jī)床等系統(tǒng)中。電磁閥由線圈、固定鐵心、可動(dòng)鐵心和閥體等組成；電磁閥通常是處于關(guān)閉狀態(tài)的，通電時(shí)才開(kāi)啟，以避免電磁鐵長(zhǎng)時(shí)間通電而發(fā)熱燒毀；電磁閥有交流和直流之分。交流電磁閥使用方便，但容易產(chǎn)生顫動(dòng)，起動(dòng)電流大，并會(huì)引起發(fā)熱；直流電磁閥工作可靠，但需專門的直流電源，電壓分12V、24V和48V三個(gè)等級(jí)。二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（四）調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)閥是用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連續(xù)動(dòng)作以控制開(kāi)度大小的閥門，又稱為電動(dòng)閥。由于電動(dòng)機(jī)行程可完成直線行程也可完成旋轉(zhuǎn)的角度行程，所以有可以帶動(dòng)直線移動(dòng)的調(diào)節(jié)閥如直通單座閥、直通雙座閥、三通閥、隔膜閥、角形閥等，也有可以帶動(dòng)葉片旋轉(zhuǎn)閥芯的蝶形閥。根據(jù)流體力學(xué)的觀點(diǎn)，調(diào)節(jié)閥是一個(gè)局部阻力可變的節(jié)流元件，通過(guò)改變閥芯的行程可改變調(diào)節(jié)閥的阻力系數(shù)，從而達(dá)到控制流量的目的。二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（五）伺服電動(dòng)機(jī)伺服電動(dòng)機(jī)也稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，是控制系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛的一類執(zhí)行元件。伺服電動(dòng)機(jī)可以將輸入的電壓信號(hào)變換為軸的角位移和角速度輸出。在信號(hào)到來(lái)之前，轉(zhuǎn)子靜止不動(dòng)；信號(hào)到來(lái)之后，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動(dòng)；信號(hào)消失之后，轉(zhuǎn)子又能即時(shí)自行停轉(zhuǎn)。由于這種“伺服”性能，將這種控制性能較好、功率不大的電動(dòng)機(jī)稱作伺服電動(dòng)機(jī)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的輸出功率常為1~600W，往往用于功率較大的控制系統(tǒng)；交流伺服電動(dòng)機(jī)的功率較小，一般為0.1~100W，用于功率較小的控制系統(tǒng)。伺服電動(dòng)機(jī)有直流和交流兩大類。二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)（六）步進(jìn)電動(dòng)機(jī)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)是工業(yè)過(guò)程控制和儀器儀表中重要的控制元件之一，它是一種將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為直線位移或角位移的執(zhí)行器。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)按其運(yùn)動(dòng)方式可分為旋轉(zhuǎn)式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)和直線式步進(jìn)電動(dòng)機(jī)，前者每輸入一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)換成一定的角位移，后者每輸入一個(gè)電脈沖轉(zhuǎn)換成一定的直線位移。由此可見(jiàn)，步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的工作速度與電脈沖頻率成正比，基本上不受電壓、負(fù)載及環(huán)境條件變化的影響，與一般電動(dòng)機(jī)相比能夠提供較高精度的位移和速度控制。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)還有快速起停的顯著特點(diǎn)，并能直接接收來(lái)自計(jì)算機(jī)的數(shù)字信號(hào)，而無(wú)需經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換，使用十分方便，所以在定位場(chǎng)合中得到了廣泛的應(yīng)用。計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中檢測(cè)設(shè)備和執(zhí)行機(jī)構(gòu)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的過(guò)程通道計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)王超第1節(jié)

概述概述過(guò)程通道是計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。過(guò)程通道包括：檢測(cè)通道即輸入通道數(shù)字量輸入通道脈沖量輸入通道模擬量輸入通道控制通道即輸出通道數(shù)字量輸出通道脈沖量輸出通道模擬量輸出通道概述第2節(jié)

通道接口技術(shù)通道地址譯碼技術(shù)編址方式地址譯碼總線接口常用芯片鎖存器緩沖器第2節(jié)

通道接口技術(shù)通道地址譯碼技術(shù)編址方式地址譯碼總線接口常用芯片鎖存器緩沖器存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址方式（WR、RD）通道地址譯碼技術(shù)——編址方式存儲(chǔ)器指令豐富，使用靈活，程序設(shè)計(jì)方便；占用了存儲(chǔ)空間地址，指令執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)，難以區(qū)分I/O操作。I/O指令簡(jiǎn)單，執(zhí)行時(shí)間短，硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，程序設(shè)計(jì)清晰；輸入輸出數(shù)據(jù)必須經(jīng)過(guò)累加器A。I/O接口編址方式（MREQ、IORQ配合WR和RD或IOW、IOR）一、譯碼器譯碼（適合連續(xù)多個(gè)地址的譯碼電路設(shè)計(jì)）通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼（1）3－8譯碼器74LS1381、常用的譯碼器（2）除138外還有74LS154，是4－16譯碼器通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼2、譯碼器譯碼實(shí)例實(shí)例1：連續(xù)8地址譯碼設(shè)計(jì)通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼實(shí)例2：采用3片74LS138譯出24個(gè)I/O接口芯片地址。采用3片74LS138譯碼器，經(jīng)A0—A45根地址線，就可以譯出24個(gè)I/O接口端口號(hào)。通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼A7A6A5A4A3A2A1A0地址00000×××1381號(hào)00H-07H011382號(hào)08H-0FH101383號(hào)10H-17H邏輯表通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼二、通用陣列邏輯(GAL：GenericArrayLogic)器件譯碼

由譯碼器構(gòu)成的譯碼電路雖能很好地完成譯碼功能。但都需要非止一個(gè)器件來(lái)構(gòu)成譯碼電路。在實(shí)際應(yīng)用中需要較大的安裝空間和較多種類的產(chǎn)品備件．這將影響最終產(chǎn)品的成本、可靠性及可維護(hù)性。

通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼

●具有可編程的與門及或門陣列；

●可定義每個(gè)輸出引腳的結(jié)構(gòu)和功能；

●GAL器件可在線電擦寫(xiě)、編程，數(shù)據(jù)保持時(shí)間在10年以上；

●GAL器件有較高的響應(yīng)速度，與TTL兼容；●GAL器件具有可編程的保密位，防止非法讀取和復(fù)制。常用GAL器件介紹：常用的GAL器件有GAL16v8、GAL20v8等芯片，可依據(jù)應(yīng)用條件不同而選取。

GAL16v8器件具有20個(gè)引腳，最多可具有16個(gè)輸入端(這時(shí)僅有2個(gè)輸出端)或最多具有8個(gè)輸出端(這時(shí)僅有10個(gè)輸入端)。該特性與其名字的命名相對(duì)應(yīng)。通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼三、比較器件譯碼

8位比較器74LS688。

通道地址譯碼技術(shù)——地址譯碼第2節(jié)

通道接口技術(shù)通道地址譯碼技術(shù)編址方式地址譯碼總線接口常用芯片鎖存器緩沖器在應(yīng)用系統(tǒng)中，幾乎所有系統(tǒng)擴(kuò)展的外圍芯片都是通過(guò)總線與CPU連接的，但是：總線的數(shù)目是有限的；外圍芯片工作時(shí)有一個(gè)輸入電流，不工作時(shí)也有漏電流存在，因此總線只能帶動(dòng)一定數(shù)量的電路；對(duì)于多電壓系統(tǒng)，不同電平標(biāo)準(zhǔn)芯片的連接也需要電平的匹配；總線接口常用芯片一、鎖存器1、74LS574總線接口常用芯片一、鎖存器2、74LS573總線接口常用芯片總線接口常用芯片鎖存器改為74LS573可以嗎？二、緩沖器1、74LS2442、74LS24574LVTH624474LVTH6245總線接口常用芯片第3節(jié)

數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸入調(diào)理電路什么芯片可實(shí)現(xiàn)這里的輸入緩沖?數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)可能引入瞬時(shí)的高壓、過(guò)電壓、接觸抖動(dòng)等現(xiàn)象。將現(xiàn)場(chǎng)輸入的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)——信號(hào)調(diào)理。數(shù)字量輸入調(diào)理電路開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）的種類按類型分有電平式和觸點(diǎn)式兩種電平式為高電平或低電平觸點(diǎn)式為觸點(diǎn)閉合或觸點(diǎn)斷開(kāi)按電源分有有源和無(wú)源兩種有源即直接提供高、低電平無(wú)源即提供物理觸點(diǎn)，或感應(yīng)器件1、對(duì)抖動(dòng)的調(diào)理01101數(shù)字量輸入調(diào)理電路2、保護(hù)數(shù)字量輸入調(diào)理電路3、隔離

在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)獲取的開(kāi)關(guān)量或數(shù)字量的信號(hào)電平往往高于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的邏輯電平，即使輸入數(shù)字量電壓本身不高，也可能從現(xiàn)場(chǎng)引入意外的高壓信號(hào)，因此必須采取電隔離措施，以保障系統(tǒng)安全。光電耦合器就是一種常用且非常有效的電隔離手段，由于它價(jià)格低廉，可靠性好，被廣泛地應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)之間的隔離保護(hù)。數(shù)字量輸入調(diào)理電路

光電耦合器電路圖適于非TTL電路輸入的隔離電路圖數(shù)字量輸入調(diào)理電路第4節(jié)

數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸出調(diào)理電路數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)什么芯片可實(shí)現(xiàn)這里的輸出鎖存?

數(shù)字量輸出的信號(hào)調(diào)理主要是進(jìn)行功率放大，使控制信號(hào)具有足夠的功率去驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)或其它負(fù)載。1、小功率直流驅(qū)動(dòng)電路（幾十毫安級(jí)）數(shù)字量輸出調(diào)理電路2、繼電器輸出技術(shù)

繼電器經(jīng)常用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的開(kāi)關(guān)量輸出功率放大，即利用繼電器作為計(jì)算機(jī)輸出的第一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)繼電器的觸點(diǎn)控制大功率接觸器的通斷，從而完成從直流低壓到交流高壓，從小功率到大功率的轉(zhuǎn)換。數(shù)字量輸出調(diào)理電路3、大功率交流驅(qū)動(dòng)電路

對(duì)于交流供電的負(fù)載，其開(kāi)關(guān)量的輸出控制可用固態(tài)繼電器(SolidStateRelay，簡(jiǎn)稱SSR)來(lái)實(shí)現(xiàn)。固態(tài)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖數(shù)字量輸出調(diào)理電路分類：直流型（DC-SSR）節(jié)點(diǎn)通直流電；交流型（AC-SSR）節(jié)點(diǎn)通交流電。特點(diǎn)：輸入功率小、可靠性高、低噪聲、能承受的浪涌電流大、對(duì)電源電壓適應(yīng)能力強(qiáng)（交流型對(duì)負(fù)載30V—220V）、抗擾能力強(qiáng)。注意：存在通態(tài)壓降（<2V）；電流負(fù)載能力隨溫度升高而下降，選用時(shí)留余量；SSR過(guò)載能力差，當(dāng)感性負(fù)載時(shí)需加壓敏電阻保護(hù)，電壓選1.6～1.9倍電源電壓；輸出負(fù)載短路會(huì)造成SSR損壞。數(shù)字量輸出調(diào)理電路TTL驅(qū)動(dòng)SSRCMOS驅(qū)動(dòng)SSR數(shù)字量輸入調(diào)理電路第5節(jié)

模擬量輸出通道模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)采樣保持多路轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)1、數(shù)字保持式結(jié)構(gòu)：一個(gè)通路一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，CPU與D/A之間通過(guò)獨(dú)立的接口緩沖器傳送信息。特點(diǎn)：速度快，精度高，可靠，互不影響；D/A多。一個(gè)實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，往往需要多路的模擬量輸出，其實(shí)現(xiàn)方法有兩種。模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)§2.6.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)2、模擬保持式結(jié)構(gòu)：多個(gè)通路共用一個(gè)D/A，CPU分時(shí)將各路D/A轉(zhuǎn)換通過(guò)多路開(kāi)關(guān)分送各路保持電路去。特點(diǎn)：省D/A，速度慢，可靠性較差。第5節(jié)

模擬量輸出通道模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)采樣保持多路轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)AD轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量需要一定的時(shí)間，對(duì)于隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)換時(shí)間決定了每個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。AD轉(zhuǎn)換延遲所引起的可能誤差是△U。對(duì)于一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，最大可能的誤差發(fā)生在信號(hào)過(guò)零的時(shí)刻，因?yàn)榇藭r(shí)dU／dt最大，轉(zhuǎn)換時(shí)間一定，所以△U最大。采樣保持令U＝Umsinωt，則式中，Um為正弦信號(hào)的幅值，f為信號(hào)頻率，在坐標(biāo)原點(diǎn)取△t=tA/D，則得原點(diǎn)處轉(zhuǎn)換的不確定電壓誤差為采樣保持誤差的百分?jǐn)?shù)為：實(shí)例：一個(gè)10位的AD轉(zhuǎn)換器，若要求轉(zhuǎn)換精度為0.1%，轉(zhuǎn)換時(shí)間為10μs，則允許轉(zhuǎn)換的正弦波模擬信號(hào)的最大頻率為采樣保持采樣/保持器一般由模擬開(kāi)關(guān)、儲(chǔ)能元件（電容）、輸入和輸出緩沖放大器組成。采樣保持電路有兩個(gè)工作狀態(tài)，一是采樣狀態(tài)．二是保持狀態(tài)。采樣保持選擇采樣/保持器時(shí)，應(yīng)考慮如下因素：采樣保持器的孔徑時(shí)間：保持命令發(fā)出后K完全斷開(kāi)所需時(shí)間；采樣保持器的捕捉時(shí)間：由保持到采樣時(shí)輸出U，從原保持值過(guò)渡到跟蹤信號(hào)的時(shí)間；保持電壓變化率：，其中，ID是輸入C或流出C總的漏電流。常用的采樣保持芯片：LF398采樣保持應(yīng)當(dāng)指出，在模擬量輸入通道中，只有在信號(hào)變化頻率較高而A／D轉(zhuǎn)換速度又不高，以致轉(zhuǎn)換誤差影響轉(zhuǎn)換精度時(shí)，或者要求同時(shí)進(jìn)行多路采樣的情況下，才需要設(shè)置采樣保持電路，對(duì)于一些變化緩慢的生產(chǎn)過(guò)程(如石油、化工等)可以不設(shè)置保持電路。第5節(jié)

模擬量輸出通道模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)采樣保持多路轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)§2.5.4多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開(kāi)關(guān)是用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的關(guān)鍵元件。利用多路開(kāi)關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)依次地或隨機(jī)地連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上。A

B

C000X=X0001X=X1010X=X2011X=X3100X=X4101X=X5110X=X6111X=X7CD4051第5節(jié)

模擬量輸出通道模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)采樣保持多路轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換原理權(quán)電阻D/A倒T型網(wǎng)絡(luò)D/AD/A技術(shù)指標(biāo)分辨率穩(wěn)定時(shí)間線性度D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)模擬輸出極性變換與CPU接口依據(jù)D/A轉(zhuǎn)換原理不同可分為求取脈沖平均值的PWM型數(shù)字編碼信號(hào)控制下加權(quán)量疊加型加權(quán)量疊加型一般由四部分組成，即電子開(kāi)關(guān)、電阻網(wǎng)絡(luò)、放大器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源；根據(jù)電阻網(wǎng)絡(luò)不同，可分為權(quán)電阻譯碼D/A轉(zhuǎn)換器、倒T型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器等；D/A轉(zhuǎn)換原理D/A轉(zhuǎn)換原理——權(quán)電阻D/AD/A轉(zhuǎn)換原理——權(quán)電阻D/AD/A轉(zhuǎn)換原理——權(quán)電阻D/AD/A轉(zhuǎn)換原理——倒T型網(wǎng)絡(luò)D/ADi=1，Si將電阻接到運(yùn)放反向輸入端；Di=0，Si將i將電阻接到運(yùn)放同向輸入端；都是虛地，各支路電流不會(huì)變化；流入2R支路的電流是以2的倍速遞減；D/A轉(zhuǎn)換原理——倒T型網(wǎng)絡(luò)D/A運(yùn)算放大器的輸出電壓為

若Rf=R，并將I=UR/R代入上式，則有

可見(jiàn)，輸出模擬電壓正比于數(shù)字量的輸入。

D/A轉(zhuǎn)換原理——倒T型網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換原理權(quán)電阻D/A倒T型網(wǎng)絡(luò)D/AD/A技術(shù)指標(biāo)分辨率穩(wěn)定時(shí)間線性度D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)模擬輸出極性變換與CPU接口分辨率：與A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率概念類似，指當(dāng)輸入數(shù)字量變化1時(shí)，輸出模擬量變化的大小。分辨率通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，如8位、12位、18位。穩(wěn)定時(shí)間：指D/A轉(zhuǎn)換器所有輸入二進(jìn)制數(shù)變化是滿刻度時(shí)，模擬量輸出穩(wěn)定到±1/2LSB范圍內(nèi)所需要的時(shí)間。一般為幾十納秒到幾微秒完程一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間；線性度：一個(gè)理想的D/A轉(zhuǎn)換器輸入輸出特性應(yīng)是線性的。在滿量程范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差稱為線性誤差，一般用LSB的分?jǐn)?shù)表示。D/A技術(shù)指標(biāo)D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)D/A轉(zhuǎn)換原理權(quán)電阻D/A倒T型網(wǎng)絡(luò)D/AD/A技術(shù)指標(biāo)分辨率穩(wěn)定時(shí)間線性度D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)模擬輸出極性變換與CPU接口D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)——DAC08321、單極性輸出D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)——模擬輸出極性變換2、雙極性輸出D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)——模擬輸出極性變換1、單緩沖方式接口D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)——與CPU接口2、雙緩沖方式接口D/A實(shí)現(xiàn)技術(shù)——與CPU接口第6節(jié)

模擬量輸出通道模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)D/A轉(zhuǎn)換技術(shù)1、數(shù)字保持式結(jié)構(gòu)：一個(gè)通路一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，CPU與D/A之間通過(guò)獨(dú)立的接口緩沖器傳送信息。特點(diǎn)：速度快，精度高，可靠，互不影響；D/A多。一個(gè)實(shí)際的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，往往需要多路的模擬量輸出，其實(shí)現(xiàn)方法有兩種。模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)§2.6.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)2、模擬保持式結(jié)構(gòu)：多個(gè)通路共用一個(gè)D/A，CP