计算机控制系统过程通道设计方法.ppt

计算机控制系统过程通道设计方法.ppt

《计算机控制系统过程通道设计方法.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制系统过程通道设计方法.ppt（58页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

第第2章章计算机控制系统过程通道设计方法计算机控制系统过程通道设计方法v2.1数字量过程通道的设计方法数字量过程通道的设计方法v2.2模拟量输入通道设计方法模拟量输入通道设计方法v2.3模拟量输出通道设计方法模拟量输出通道设计方法v2.4小小结结2.1数字量过程通道的设计方法数字量过程通道的设计方法v过程输入输出通道由过程输入输出通道由模拟量输入输出通道模拟量输入输出通道和和数数字量输入输出通道字量输入输出通道组成。

组成。

v过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用。

程之间起着信号传递与变换的纽带作用。

开关量输入通道结构框图v2.1.1数字量输入通道设计方法数字量输入通道设计方法v注意两个问题，一是注意两个问题，一是输入电平形式输入电平形式，二是，二是使通道抗噪声使通道抗噪声。

v由于数字量输入电平一般与计算机的接口电平不同，需要由于数字量输入电平一般与计算机的接口电平不同，需要进行电平变换。

进行电平变换。

v电平变换和噪声抑制过程叫做电平变换和噪声抑制过程叫做信号调理信号调理数字量输入通道框图可用如下指令来完成取数MOVDX，PROTINAL，DX三态门缓冲器74LS244可用来隔离输入和输出线路，在两者之间起缓冲作用。

数字量输入通道结构1.外部的开关信号及逻辑电平信号调理电路

（1）直接分压

（2）光电耦合技术实现了电气隔离外，还可以使电压不同的子系统信号之间相互兼容，另外可防止电气噪声或其他尖峰电压从接口电路传到另一个电路。

（3）直流接点信号输入电路（4）交流接点信号输入电路2.2.数字脉冲信号输入调理电路数字脉冲信号输入调理电路3.3.系统设置开关系统设置开关采用积分电路采用R-S触发器2.1.2数字量输出通道设计方法可可用用以以下下指指令令完完成成数数据据输输出控制。

出控制。

MOVALMOVAL，DATADATAMOVDXMOVDX，PROTPROTOUTDXOUTDX，ALAL数字量输出接口数字量输出通道结构CPU锁存输出控制逻辑隔离功放执行机构1.小功率开关输出电路2.中功率晶体管驱动电路J开关量输入50mA100mA（+24V）7406DRVCC3.继电器输出接口电路4.固态继电器输出接口电路5.晶闸管2.2模拟量输入通道设计方法v2.2.1模拟量输入通道的组成v模拟量输入通道，也称为AI通道。

2.2.2多路开关、仪用放大器、I/V变换及采样保持器v在设计离散系统时，香农采样定理是必须严格遵守的一条准则，它指明了从采样信号中不失真地复现原来连续信号的最低采样频率。

v1.信号调理电路v

（1）无源I/V变换+5VVDR2CR1I

（2）有源I/V变换A-+R5R4R3R2R1CIV（3）专用I/V转换电路sRsRWW7575Reference+10VRVC420-in4mA20mA+in16V+1358710ReffB111415RcvfB12RefinRcvOutRefOut321Fm1Fm+-+-+-+-Rcv公共Rev公共CrVO（0V5V）RefNoiseReductionRefTrim3Im4V-2.多路开关CD4051真值表3.测量放大器4.采样保持器v采样保持器的作用是在两次采样的间隔时间内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。

v最常用的采样保持器有AD公司的AD582、AD585、AD346、AD389、ADSHC-85，以及国家半导体公司的LF198/298/398。

v如图所示，它有两种工作状态，一种是采样状态，另一种是保持状态。

X（t）X*（t）X（t）t0P（t）KT05T3TT7T1（a）（a）采样开关采样开关（b）（b）连续信号连续信号（c）（c）开关函数开关函数采样过程与数学描述X*（t）kT05T3TT7T1调制器X（t）X*（t）P（t）（d）（d）采样信号采样信号（e）（e）采样过程采样过程X*（t）=P（t）X（t）0T因因，所以分析时可近似认为，所以分析时可近似认为00为为00，以单位脉冲函数，以单位脉冲函数（t）（t）代替代替p（t）p（t）。

理论表达形式理论表达形式：

（t）0t=0tt00工程表达形式工程表达形式：

（t）011t=0t0单位脉冲序列：

单位脉冲序列：

T（t）kT0数学表达式：

数学表达式：

单位脉冲函数定义：

单位脉冲函数定义：

采样过程数学描述采样过程数学描述:

考虑物理上可实现，又可近似为：

考虑物理上可实现，又可近似为：

可见，可见，x*（t）x*（t）具有离散信号的特性。

具有离散信号的特性。

采样定理对于角频率范围为对于角频率范围为（）（）的连续信号进行采样，当的连续信号进行采样，当采样频率采样频率时，采样器的输出信号时，采样器的输出信号x*（t）x*（t）就能充分表就能充分表征原始的连续信号征原始的连续信号x（t）x（t），换言之，为使采样信号的频谱能无，换言之，为使采样信号的频谱能无失真地恢复原来的连续信号的频谱，采样周期失真地恢复原来的连续信号的频谱，采样周期TT必须小于输必须小于输入信号变化最小周期入信号变化最小周期的的1/21/2，即：

，即：

由于被控对象一般具有低通滤波特性，因而由于被控对象一般具有低通滤波特性，因而x（t）x（t）的带宽是有限的，其的带宽是有限的，其的振幅谱图如下：

的振幅谱图如下：

（1）

（2）2.2.3模拟量输入通道的设计v1.A/D转换器转换器v

（1）A/D转换器的基本工作原理v逐次近似寄存器式原理如图所示

（2）A/D转换器主要性能指标及术语v分辨率分辨率（Resolution）;v量化误差量化误差（Quantizingerror）;v线性度线性度（Linearity）;v相对精度（相对精度（RelativeAccuracy）v转换时间转换时间（ConversionTime）。

（3）常见A/D转换器及其外特性v由于逐次近似寄存器式转换方式的快速性，因此在普通A/D元件市场上有相当多的是采用该方法，如v8位的ADC0801、0804、0808、0809；v10位的AD7570、AD573、AD575、AD579；v12位的AD574、AD578、AD7582。

2.A/D转换器接口及程序设计转换器接口及程序设计v硬件是基础，软件是灵魂。

v

（1）A/D转换器的接口技术v模拟量输入与数字量输出的连接vA/D转换器的启动vA/D转换器结束信号的处理v

（2）A/D转换器的程序设计v三个问题：

启动A/D转换；等待A/D转换结束；读取转换结果。

并行A/D转换器的典型应用vADC0809是采用CMOS工艺制造的双列直插式单片8位并行A/D转换器。

分辨率8位，精度7位，带8个模拟量输入通道，有通道地址译码锁存器，输出带三态数据锁存器。

ADC0809的逻辑框图ADC0809的转换时序tDATAOUTALEALEC.B.ASTARTEOCOEDO70查询法接口电路中断法接口电路ADC0809与8031单片机接口电路串行A/D转换器的典型应用vTLC2543是TI公司生产的12位串行A/D转换器v使用开关电容逐次逼近技术完成A/D转换过程。

v它具有三个控制输入端，采用简单的3线SPI串行接口可方便地与微机进行连接。

P1.0P1.1P1.2P1.38031TLC2543I/OCLOCKDATAINPUTDATAOUTPUTCS3.模拟量输入模块vADAM-4000系列是研华科技股份有限公司生产的高性能输入输出模块。

vADAM-4000系列提供了完整的模拟量I/O系列，包括：

模拟量输入、热电偶输入、RTD输入和模拟量输出模块。

vADAM-4017+是ADAM-4000系列中的一款8路差分输入、16位分辨率的模拟量采集模块。

采样速度快、输入信号范围广、输入阻抗高，可以输入电压或电流形式的模拟信号。

2.3模拟量输出通道设计方法v2.3.1模拟量输出通道的组成2.3.2模拟量输出通道的设计v1.D/A转换器转换器vD/A转换器是一种能将数字量转换成模拟量的电子器件。

D/A转换器的输出有电流和电压两种方式，其中电压输出型又有单极性电压输出和双极性电压输出两种方式。

v

（1）D/A转换器的原理vD/A转换器一般由基准电压、解码网络、运算放大器和模拟电子开关组成。

v其中核心是“解码网络”，v常见有“权电阻解码网络”和“T型电阻解码网络”。

权电阻解码网络T型电阻解码网络

（2）D/A转换器的主要技术指标v分辨率v精度v线性度v转换时间2.D/A转换器接口及程序设计v

（1）D/A转换器的接口技术vD/A转换器中是否包含寄存器vD/A转换器控制信号的连接DAC0832的结构

（2）D/A转换器的程序设计v并行A/D转换器的典型应用vDAC0832是采用CMOS/Si-Cr工艺制造的双列直插式单片8位D/A转换器。

8位D/A转换器与PC系统总线的接口译码器D0D1:

D6D7接系统总线A0A1A9AENIOWDI0DI1:

DI6DI7VccVREFRfbIOUT2IOUT1AGNDDGNDXFERWR1WR2CSAAV0DAC0832+5VVRY0串行A/D转换器的典型应用vTLC5628是TI公司生产的可输出8路模拟电压信号的串行D/A转换器3.模拟量输出模块vADAM-4024是一款具有4路模拟输出、12位分辨率的模拟输出模块。

v输出误差小、低输出电阻。

v输入信号使用RS-485串行总线传送，v输出信号可以是电压或电流信号。

其中电压输出范围为0V10V，电流信号输出范围可以选择0mA20mA或4mA20mA。

2.4小结v计算机控制系统的过程通道有数字量输入通道、数字量输出通道、模拟量输入通道和模拟量输出通道。

v数字量输入输出通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成。

v数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。

v模拟量输入通道主要由多路开关、放大器、采样保持器、A/D转换器及其接口电路组成。

v模拟输出通道有多通道共用D/A转换器和各通道单独设置D/A转换器两种结构形式。

作业1.1.计算机控制系统中由哪些过程通道组成？

各自完计算机控制系统中由哪些过程通道组成？

各自完成什么功能？

成什么功能？

2.2.数字量输入、输出通道的设计原则以及各自结构数字量输入、输出通道的设计原则以及各自结构框图？

框图？

3.3.模拟量输入、输出通道的结构框图模拟量输入、输出通道的结构框图?

4.A/D4.A/D转换器、转换器、D/AD/A转换器的工作原理？

主要性能指转换器的工作原理？

主要性能指标有哪些？

标有哪些？

5.P40:

5.P40:

第第88题题.