第2章过程通道与人机联系.ppt

第二章 过程通道与人机联系 过程通道（I／O通道）：是计算机和控制对象之 间信息传送和变换的连接通道，在计算机和生产 过程之间起到纽带和桥梁的作用。 过程通道主要包括模拟量输入/输出通道、数字量 （开关量）输入/输出通道。 （AI、AO、DI、DO） 过程通道原理框图如下图所示： 计算机控制系统中的信息有两种形式，即模拟信号和数字信号，它们之间的相互转换是通过A/D和D/A转换器实现的。 被控过程参数以及控制量是连续的模拟量信号，计算机只能处理离散信号，连续信号和离散信号之间的相互转换是通过采样器和保持器来实现的。 第二章 过程通道与人机联系 2.1 过程参数采样原理 2.2 模拟量输入通道 2.3 D/A、A/D转换技术 2.4 模拟量输出通道 2.5 人-机接口和CRT操作站 2.1 过程参数采样原理 2.1.1 采样过程与数学描述 2.1.2 采样定理 2.1.3 采样周期选择 2.1.4 多路采样装置 2.1.2 采样定理 对于角频率范围为（ ）的连续信号进行采样，当采样频率 时，采样器的输出信号x*(t)就能充分表征原始的连续信号x(t)，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T必须小于输入信号变化最小周期 的1/2，即： 采样周期选取的一般原则： （1）系统受扰动情况 若扰动和噪声都较小，采样周期T应选大些； 对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期T应选小些； （2）被控系统动态特性 滞后时间大的系统，采样周期T应选大些； 对于快速系统，采样周期T应选小些； （3）控制品质指标要求 若超调量为主要指标，采样周期T应选大些； 若希望过渡过程时间短些，采样周期T应选小些； 在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号或者多种信号进行测量，而计算机在任意时刻只能处理一路信号，因此，需要将各路信号分时地送给计算机处理。下图所示是实现这一过程的常用方案。 采用多路采样装置的目的： 为了实现对多路（多点）模拟量信号的采样，需要设置多路采样开关或采样电路。 1、多路采样器结构组成 （1）采样控制器 （2）采样驱动器 （3）采样开关 3、典型采样开关介绍 1）继电器式采样开关 在中低速采样模入通道中，机械触电式继电器采样开关 应用比较普遍。 类型：干簧继电器 、湿簧（水银）继电器 采样速度：干簧继电器 100点/S T=10ms 湿簧（水银）继电器 200点/S T=5ms 半导体模拟多路开关的一些主要特点： 具有多种集成电路的封装形式（如DIP、SMD封装等），尺寸小，便于安排； 直接与TTL（或CMOS）电平相兼容； 可采用双极性输入； 转换速度快，通常其导通或关断时间在1?s左右，有些产品已达到几十ns； 寿命长，无机械磨损； 接通电阻较低，一般小于100?，有的可达几?。 断开电阻高，通常达109?以上。 2.2 模拟量输入通道 2.2.1 一般组成 2.2.2 设计中需考虑的问题 2.3 D/A、A/D转换技术（略讲） 2.3.1 D/A转换 2.3.2 A/D转换 2.3.3 A/D、D/A主要技术指标 2.3.4 典型芯片介绍 2.3.1 D/A转换 组成：基准源、模拟二进制开关、精密电阻网络、运算 放大器 1、权电阻D/A网络 （4位权电阻网络） 2、R-2R电流相加型D/A网络 1、逐次逼近式 （1）结构组成: 2.3.3 A/D、D/A主要技术指标 1、A/D主要指标 （1）分辨率：一般以A/D的位数表示； （2）量程：即测量范围； （3）精度：结果相对实际值得准确度； （4）转换时间：从A/D启动至输出二进制数据； （5）输出电平：多为与TTL、CMOS电平兼容； （6）工作温度：－40－＋85℃ ； （7）基准源：要求外部提供精密基准电压； （8）输出编码：二进制原码、补码、BCD码。 2.3.4 典型芯片介绍 一、ADC0809 转换原理：逐次逼近式 技术指标：8位A/D芯片 CLK: 0-640kHz，一般为500kHz 精度：± 1LSB 功耗：15mw 量程：－5V～＋5V 三、A/D芯片的选择原则 设计AI通道时，考虑以下几个方面的因素： 1.转换精度：略高于整个测量系统的精度等级； 2.转换速度：依据被采样信号的频率和采样速度决定； 3.工作环境：温度、湿度、振动等； 4.抗干扰性能：双