第2章过程输入输出通道研究.ppt

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） 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) ◆ 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. ◆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）(1-10V,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) 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.1 信号采样与恢复 2.2 模拟量输入通道 2.2.1 模拟量输入通道的一般组成 特点： 1、 机械触点式：干簧继电器 接触电阻小, 断开电阻大; 寿命长106 -107次; 工作频率400Hz; 小信号中速度(10-400点/s)，缺点是受剩磁影响，可靠性稍差。 2、 电子开关式 速度高，工作频率高达1000点/s,体积小,寿命长.缺点导通电阻大, 小信号测量精度受影响。 当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来。两个8路开关扩展成16路的多路开关的方法： 四个8路开关扩展成16路的差动输入方法 图中 4、采样/保持器 采样中问题 ◆ A/D转换器完成一次转换过程的时间称为转换时间；转换时间将引起误差 例： Vf=5V; 12位的A/D;基准电压10.24V; 量化误差为最低位的一半; 转换时间0.1ms.则信号最高频率为 （1）采样/保持器的工作原理 采样/保持器有采样和保持两种工作状态。当控制信号为低电平时（采样状态），开关S闭合，输入信号通过电阻R向电容C快速充电，输出电压随着输入信号变化。当控制信号为高电平时（保持状态），开关S断开，由于电容C此时无放电回路，在理想情况下输出电压的值等于电容C上的电压值。 在采样期间，不启动A/D转换器，一旦进入保持期间，立即启动A/D转换器，从而保证A/D转换的模拟输入电压恒定，提高了A/D转换的精度。 （2）常用的采样/保持器 LF398的组成原理图如图所示： 图中，LF398由输入缓冲级（A1）、输出驱动级（A3）和控制电路（A2和S）组成。运算放大器A1和A3均接成电压跟随器形式。当输入控制逻辑电平高于参考逻辑电平时，A2输出一个低电平信号，驱动开关S闭合，此时输入信号经A1后进入A3，A3的输出跟随输入电压变化，同时向保持电容充电；而当输入控制逻辑电平低于参考逻辑电平时，A2输出一个高电平信号使开关断开，以达到非采样时间内保持器仍保持原来输入的目的。因此，A1和A3的作用主要是对保持电容输入和输出端进行阻抗变换，以提高采样/保持器的性能。 LF398典型的电源和信号的接法如图所示 1）逐次逼近式A/D转换原理图 ◆ 主要由逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、电压比较器、时序及控制逻辑等部分组成； ◆ 工作过程：逐次把设定在SAR中的数字量所对应的D/A转换器输出的电压，与要被转换的模拟电压进行比较，比较时从SAR中的最高位开始，逐次确定各数码位是“1”还是“0”，最后，SAR中的内容就是与输入的模拟电压对应的二进制数字代码； ◆适于精度速度要求不高的场合。 ◆ 以4位A/D转换器为例，说明其逐次逼近过程的原理： LSB所代表的信号电压为0.25v(满量程,4/24)，模拟输入电压为1.8v 这里误差为0.125v。SAR位数越多，越逼近 ，但转换时间也越长。 2）双斜率积分式A/D转换原理图 工作原理: — 固定时间 T0 内对模拟输入电压 积分 — 对基准电源反向积分，直到电容放电完毕，记录反向积分时间 T1 — 模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比T1/T0=Ux/U基准 — 应用于信号变化慢, 输入速度低,精度要求高,干扰严重的场合。 1、8位A/D转换器ADC0809 ◆ 是转换后的二进制输出端，它们受输出允许信号OE的控制：OE＝0， 呈高阻态；OE＝1，输出转换后的数据