模拟量输入输出通道dq.ppt

第二章 模拟量输入/输出通道 本章要点: 计算机控制系统的信号 多路开关及采样保持器 模拟量输出通道接口技术 模拟量输入通道接口技术 概述 过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO） 概述 过程通道的组成和功能 ◆ 数字量输入（DI）通道：把从控制对象检测得到的数字码、开关量、脉冲量或中断请求信号经过输入缓冲器在接口的控制下送给计算机(检测通道) 概述 ◆ 数字量输出（DO）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口输出数字信号、脉冲信号或开关信号(控制通道,电磁阀) 概述 ◆模拟量输入（AI）通道：把从控制对象检测得到的时间连续模拟信号（如温度,压力,流量,液位等）(0-5V,4-20mA)变换成二进制的数字信号，然后经接口送入到计算机(检测通道) ◆ 模拟量输出（AO）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口由它变换成相应的模拟量信号输出给控制对象(控制通道,连续调节阀) ◆ AI、AO比较重要，有不少特殊问题要解决 计算机控制系统的信号 一 信号形式的分类 二 A/D 转换器 三 D/A 转换器 四 计算机控制系统中信号形式的分类 五 计算机控制系统的简化结构图 一 信号形式的分类 计算机控制系统是包含模拟部件和数字部件的一个混合系统，因此信号的种类较多。 计算机控制系统的信号流程图如下,其中主要有四种信号 ①模拟信号：时间上连续，幅值上连续。 ②离散模拟信号：时间上离散，幅值上连续。 ③数字信号：时间上离散，幅值离散量化。 ④量化模拟信号：时间上连续，幅值连续量化。 计算机系统要把连续变化的量变成离散量后再进行处理。因此，计算机系统称做离散系统(采样数据系统)。 二 A/D转换器 功能：连续的模拟信号变换成数字信号。 包括采样(Sample) 、量化(Quantity)、编码(Coding)三个过程 1 采样 ◆ 功能：把时间上连续的模拟信号，按一定的时间间隔 T 进行采样，变成时间上不连续（离散）的、幅值等于采样时刻输入值的脉冲序列信号，即采样信号。 执行采样动作的开关为采样开关或采样器。 采样开关每次通断的时间间隔T称为采样周期。 离散系统的采样形式有： ①周期采样:以相同的时间间隔进行采样(应用最多). ②多阶采样:时间间隔是周期性的重复. ③随机采样:没有固定的采样周期，根据需要选择采样时刻. 一个连续变化的信号，经采样后形成一个脉冲序列。采样的频率越高，离散后的信号x*(t) 越接近连续输入信号x(t)。但采样频率太高，在实时控制系统中，会把过多的时间用于采样，失去实时控制的机会。 ? 采样定理——香农（Shannon）定理 设?max 为被采样信号变化的最高频率，则采样频率?s 应满足：?s ≥ 2 ?max ，才能用采样信号无失真地重构被采样信号。 2 量化 ◆ 功能 将采样信号连续变化的幅值按最小量化单位q 取整数倍，即整量化，变为时间和幅值上均离散的信号 量化时尾数的处理方法 (1) 尾数截断 尾数小于q，忽略不计 (2) 尾数舍入 尾数小于q/2，忽略不计，大于等于q/2，作q 处理 3 编码 ◆将经整量化后的离散信号用一定位数的二进制数码来表示，称为编码 双极性(正负)信息的 3种表示方法 — 符号－数值码 — 偏移二进制码 — 补码表示法 注记：常用的双极性编码 注记：常用的双极性编码关系 三 D/A 转换器 ◆功能 将数字编码信号转换为相应的时间连续的模拟信号，相当于解码器与保持器的组合。 ◆解码 将数字信号转换为幅值等于该数字量的模拟脉冲信号 解码后的信号在时间上仍是离散的，幅值上为模拟脉冲信号（电流或电压） ◆保持 将解码后的时间离散的模拟脉冲信号保持规定时间，变成时间上连续的模拟信号 保持时间通常为一个采样周期，这样的保持器称为零阶保持器（ZOH） ▲根据D/A转换器的不同结构，可以是先解码后保持（称为模拟量保持），也可以是先保持后解码（称为数字量保持） 四计算机控制系统中信号形式的分类 1 计算机控制系统信号变换结构图 ▲采样信号 时间上离散而幅值上连续的信号，如图中的 B 处的信号 ▲时间上连续，幅值为阶梯状模拟量的模拟保持信号，如图中的 H 点 ▲时间上和幅值上均离散的离散信号，如图中的C、G 处的信号 ▲时间上连续存在，幅值由二进制编码表示的计算机内存信号，如图中的 E 点 3 计算机控制系统中信号的传