第二章过程输入输出通道.ppt

* 第二章 过程输入输出通道 §2.1 概述 1、I/O接口电路 是主机和外设之间交换信息的连接部件。 使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。 本章学习目的: 解决控制计算机和被控对象的连接问题，使控制计算机和被控对象构成一个整体，能可靠、高效率的交换信息。这是设计一个计算机控制系统必须解决的问题。 2、I/O通道 也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。 信号输入通路 信号输出通路 模拟信号通路 数字信号通路 模拟量输入通路 模拟量输出通路 数字量输入通路 数字量输出通路 f(t) K f*(t) T 3．采样过程 用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。 香农(Shannon)采样定理：如果随时间变化的模拟信号的最高频率为ωmax，只要按照采样频率ωS≥2ωmax进行采样，那么取出的样品序列(f1*(t)，f2*(t)，…)就足以代表(或恢复)f(t)。 1）为什么要用保持器？ A/D转换需要时间，称为A/D转换时间。 在转换过程中采样信号应保持基本不变，否则影响转换精度。 4．保持器 2）采样保持器的两种工作状态 采样状态：采样保持器的输出跟随模拟量变化。 保持状态：采样保持器维持输出值不变。 4．量化过程 是用一组数码(如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。 fmax：被转换信号的最大值； fmin：被转换信号的最小值； i：转换后二进制数的位数。 量化单位为： §2.2 模拟量输入通道 任务：完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机。 主要组成： 信号处理装置（信号调理）、多路转换开关、采样保持器、数据放大器、A／D转换器控制电路。 1、信号处理装置（信号调理） 组成：标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转　　　换电路等。 ★ 标度变换器： 作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被　　　测模拟信号变换成统一的标准信号。 ★ 滤波电路： 作用：①滤掉干扰信号；②消除混频现象 。　　　 ★ 线性化处理：有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 　　　必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。 ★ 电参量间的转换电路： 主要进行电信号之间的转换。 2、多路转换开关 　　一个A/D转换器，多个信号需要转换，利用多路转换开关实现。 　　多路转换开关实现多选一操作，把n路输入信号依次（或随机）地切换到后级，实现CPU对各路模拟量分时采样。 组成：开关矩阵及逻辑控制电路。 　　　开关矩阵 —— 模拟开关的组合 　　　逻辑控制电路 —— 在软件或通道控制电路的控制下， 　　　　　　　　　以一定速度，按顺序输入被测模拟信号。 　计算机控制系统中多采用集成电路多路转换开关。如CD4051就是一种8通道的多路转换开关。当INH=高电平时，无论A、B、C为何值，8个开关均不通。此引脚可用于芯片扩展。 　　多路选择开关的参数主要有：通道数、通道切换时间、导通电阻、通道间的串拢误差等。 例：CD405l 组成：逻辑电平转换、二进制译码器及8个开关电路。 主要特性： 直流供电电源：VDD＝+5V～+15V， 数字信号电压变化范围：3～15V 输入电压：UIN＝0～VDD， 模拟信号峰峰值：15V CD405l的应用： ３、放大器 　可用仪用、可编程放大器。 　仪用放大器具有输入阻抗高、零漂小、共模抑制比高等优点。 　　当各路信号相差较大时，可通过对放大器的编程来改变各通道放大器的放大倍数，使各路信号到达A/D转换器时具有大体上相同的大小，可使A/D转换器满量程信号达到归一化，提高多路数据采集的分辨力。 ４、采样保持 采样保持电路：对变化的模拟信号快速采样，并在转换过程中 　　　　　　　保持模拟信号基本不变。 注：保持电容一般外接，其取值与采样频率和精度有关。 　　减小CH可提高采样频率，但会降低精度。 采样保持器的主要参数有：采样时间、电压下降率等。 注：模拟信号一般不直接送A/D转换器，而加保持器作信号保持。但是，当A/D转换速度很快且输入信号变化缓慢时可不加保持器。 保持器的两个工作状态： 　　　　　★ 采样状态　 ★ 保持状态 采样保持集成芯片LFl98