第8章模拟量的输入输出

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1、1第8章 模拟量的输入输出2主要内容：模拟量输入输出通道的组成模拟量输入输出通道的组成D/A转换器的工作原理、连接及编程转换器的工作原理、连接及编程A/D转换器的工作原理、连接及编程转换器的工作原理、连接及编程8.1 测控通道结构 n测控通道的输入测控通道的输入/输出有模拟信号和离散信号输出有模拟信号和离散信号(包括脉冲信号、开关信号和数字包括脉冲信号、开关信号和数字信号信号)之分。离散信号可经简单的数字接口与计算机相连，而模拟信号则必须进之分。离散信号可经简单的数字接口与计算机相连，而模拟信号则必须进行变换：输入的模拟信号经模数转换电路行变换：输入的模拟信号经模数转换电路ADC转换成数字量送

2、入计算机，计算转换成数字量送入计算机，计算机输出的数字信号经数模转换电路机输出的数字信号经数模转换电路DAC转换成模拟量去控制模拟设备。转换成模拟量去控制模拟设备。n8.1.1 检测通道结构检测通道结构n1. 结构框图结构框图n检测通道负责数据采集，其结构如图检测通道负责数据采集，其结构如图8-1所示。所示。n图图(a)是模拟信号检测通道结构框图。是模拟信号检测通道结构框图。n传感器感知、检测被测对象连续变化的物理量，将其转换成连续变化的模拟电传感器感知、检测被测对象连续变化的物理量，将其转换成连续变化的模拟电信号送到下一级。使用不同材料和工艺制作的传感器很多，感知转换的原理也信号送到下一级。

3、使用不同材料和工艺制作的传感器很多，感知转换的原理也各不相同，它们可对各种不同的物理量如温度、湿度、流量、速度、压力、位各不相同，它们可对各种不同的物理量如温度、湿度、流量、速度、压力、位移、角度移、角度直到各种生理指标、色谱分析、辐射状况等进行感知、量测、传送直到各种生理指标、色谱分析、辐射状况等进行感知、量测、传送。 模拟信号必须用A/D转换器转换成计算机能识别的数字信号。A/D转换的方法和电路很多，性能各异，应根据系统的要求选择合适的A/D转换器。A/D转换器一般要求输入电压信号，若传感器送出的是电流信号则要先进行电流-电压（I-V）变换；对微弱信号要由高精度、高开环增益的运算放大器进行

4、放大，接着进行“信号调理”，把对应满量程的输入信号放大到规定幅度，再由增益放大器放大以达到A/D转换器满量程输入时的幅度要求。在干扰较大的现场，可采用线性隔离放大器或线性光电隔离器去除干扰，但这两种电路的响应频率不高，仅适用于低频场合。6A/D转换需要一定的时间，高速模拟输入信号在A/D转换期间其值可能已发生很大变化，因此必须用采样-保持（S-H）电路把采样时刻模拟量的值保持住（不再变化），直到转换完毕；然后更新采样值，进行下一次转换。当有多个模拟信号输入时，为了能共用S-H电路、A/D转换器和微机，使用多路转换开关，可分时地接通多个不同的信号源，进行放大、采样、转换和计算机处理。在图(a)中

5、，多路开关之后是各个输入模拟通道的公共部分。图(b)是离散信号检测通道结构框图。检测的是脉冲信号、开关信号或数字信号等离散量，传感器送来的信号经放大整形、电平变换后，通过并行、串行等数字接口送入微机进行处理。 2. 检测通道特点 n检测通道的任务就是对被检测对象进行准确的数据采集。为了测量的可检测通道的任务就是对被检测对象进行准确的数据采集。为了测量的可靠与精确，减少传输过程的干扰和损耗，通常将检测通道和传感器做在靠与精确，减少传输过程的干扰和损耗，通常将检测通道和传感器做在一起，放到被测对象的现场中，使检测通道和计算机系统分开。一起，放到被测对象的现场中，使检测通道和计算机系统分开。n检测对

6、象的多样性和检测环境的复杂性，决定了检测通道的设计丰富多检测对象的多样性和检测环境的复杂性，决定了检测通道的设计丰富多变。使用不同的传感器和变换器，通道的模块结构及信息的传输形式各变。使用不同的传感器和变换器，通道的模块结构及信息的传输形式各不相同。不管什么结构的检测通道，其共同点就是要把被检测的信号准不相同。不管什么结构的检测通道，其共同点就是要把被检测的信号准确地转换成计算机能识别的具有确地转换成计算机能识别的具有TTL电平的数字信号，供计算机处理。电平的数字信号，供计算机处理。n检测结果失准便没有实际意义。由于检测器置于被测对象的现场，容易检测结果失准便没有实际意义。由于检测器置于被测对

7、象的现场，容易受到各种干扰，因此在小信号检测中，抗干扰设计是十分重要的内容。受到各种干扰，因此在小信号检测中，抗干扰设计是十分重要的内容。在信号的识别、放大、传输整个过程中，都要充分注意抗干扰问题。在信号的识别、放大、传输整个过程中，都要充分注意抗干扰问题。 8.1.2 控制通道结构 n1. 结构框图结构框图n控制通道输出控制信号给受控对象，对受控对象实施预期目标的控制。控制通道输出控制信号给受控对象，对受控对象实施预期目标的控制。控制通道的结构如图控制通道的结构如图9-2所示。所示。n若受控装置是离散信号控制的数控装置，计算若受控装置是离散信号控制的数控装置，计算机输出的控制信号通过数字接口

8、经光电隔离和机输出的控制信号通过数字接口经光电隔离和功率放大后直接施控；若受控对象是模拟信号功率放大后直接施控；若受控对象是模拟信号控制的设备，则须经控制的设备，则须经D/A转换后施控；微机经转换后施控；微机经D/A转换器可输出多路控制信号，通过转换器可输出多路控制信号，通过1 TO m的多路转换开关对多个受控对象实施群控。的多路转换开关对多个受控对象实施群控。92. 控制通道特点控制通道特点计算机总线信号为TTL电平，负载能力很小，而受控对象则多种多样，一般要求较大的控制电压或电流。因此，控制通道具有如下特点： n 小信号输入，大功率控制。计算机送来的控制信号必须经功率放大电路不失 真地加以

9、放大，放大到受控对象所要求的电功率，再实施控制。 n有效的抗干扰措施。受控对象一般是强电磁部件，例如电机使用的电磁启动 器等，受控过程中不可避免地会产生强电磁干扰，有效的抗干扰措施是确保 整个控制系统正常工作的必要条件。 11模拟量的输入输出通道12模拟量I/O通道：模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处

10、理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道变变送送器器13模拟量的输入通道n传感器（传感器（Transducer）n非电量非电量电压、电流电压、电流 n变送器（变送器（Transformer）n转换成标准的电信号转换成标准的电信号n信号处理（信号处理（Signal Processing）n放大、整形、滤波放大、整形、滤波n多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer）n多选一多选一n采样保持电路（采样保持电路（Sample Holder，S/H）n保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变nA/D变换器（变换器（A/D Converter）n模拟量转换为数字量

11、模拟量转换为数字量14模拟量的输出通道nD/A变换器（变换器（D/A Converter）n数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量n低通滤波低通滤波n平滑输出波形平滑输出波形n放大驱动放大驱动n提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流15闭环控制系统应用案例n水泥厂增湿塔出口温度控制系统水泥厂增湿塔出口温度控制系统16数/模（D/A）变换器17掌握：nD/A变换器的工作原理变换器的工作原理nD/A变换器的主要技术指标变换器的主要技术指标nDAC0832的三种工作模式的三种工作模式nDAC0832的应用的应用18一、D/A变换器的工作原理n组成：组成：n模拟开关模拟开关n电阻网络电阻网络n