安大模板--第2章-计控--第3次4次课讲述.ppt

电压跌落与动态电压调节装置 第二章 输入输出接口技术 和输入输出通道 第一节 概述 第二节 I/O控制方式 第三节 I/O接口设计 第四节 I/O通道 第五节 D/A转换器 第六节 A/D转换器 第七节 I/O通道的抗干扰措施 第四节 I/O通道 I/O通道的主要任务：将由检测器件测取的各种参量变换为计算机可接受的信息形式送入计算机。计算机按控制算法计算后，再将结果以数字量形式或转换为模拟量的形式输出至被控对象，以控制执行机构动作。 I/O通道分为： 1）模拟量输入通道； 2）模拟量输出通道； 3）数字量输入通道； 4）数字量输出通道。 一、模拟量输入通道 作用：采集模拟量，转换为数字量，输入给计算机。 （一） 信号处理装置 信号处理装置包括标度变换器、滤波电路、线性化处理、电参量间的转换电路等。 标度变换器：把由各种传感器得到的不同种类和不同电平的被测模拟信号变换为统一的标准信号。标度变换器一般包含在变送器中，通常由电阻网络或电桥构成。将传感器输出的直流电流（或电压）变换为统一规格的信号(0~±5V,0~±10V,0~±10mA,0~±20mA, 4~20mA ) （一） 信号处理装置 滤波电路：工业现场采集的许多模拟信号(通常是1HZ下)，却包含干扰信号（通常是高频噪声，例如50HZ的电源干扰），必须进行信号滤波。 线性化处理及电参量间的转换电路：有些转换后的电信号与被测参量呈现非线性，需要使之线性化。线性化的方式（1）在硬件上采用加负反馈放大器或采用线性化处理电路；（2）通过软件进行分段线性化或非线性校正的方式实现。 （二）采样单元 采样单元。也称多路转换器或多路切换开关，作用是把已变换成统一电压信号的测量信号按一定的顺序或随机的接到采样保持器上，（在某些不需要采样保持器的场合）或接到数据放大器上。 为什么要用采样单元？因为在模拟量输入通道中多路模拟量输入只采用一个A/D转换器，借助采样单元可以把多路模拟量分时接到A/D转换器进行转换。实现CPU对各路模拟量分时采样的目的。 采样单元一般由开关矩阵及其逻辑控制电路组成。开关矩阵是由被称为模拟开关的开关构成。逻辑控制电路是在软件或通道控制电路的控制下工作的，保证以一定的速度和所要求的次序一个个的选择被测模拟信号的输入。 模拟开关：指以某种方式接通或断开模拟信号的元件或电路。 要求：接通时接触电阻小，减少开关压降；断开时，截止电阻大，可靠断开电路的连接；动作速度快，驱动功率小；使用寿命长。 模拟开关分两种： 1、机械触点或开关，如干簧（湿簧）继电器，水银继电器等。这类开关的优点是：导电电阻小，开路电阻大，但响应速度慢，且触点不易清洗，容易产生误动作。多用于100～200点/s一下的系统。 2、晶体管开关、场效应管开关、光电耦合开关。优点是速度快，寿命长，无机械磨损，接触电阻低，断开电阻高。 集成电路模拟开关芯片CD4051 将模拟开关、开关矩阵、逻辑控制电路集成在一起，例如CD4051，单端8通道模拟开关。 CD4051由逻辑电平转换、二进制译码器、8个开关电路组成。 INH为允许输入控制端，当INH ＝1时，通道断开， INH ＝0时，允许其中一个通道接通。C、B、A为二进制 控制输入端，改变他们的值二进制译码器可以译出8种状态，并选中其中的一个通道（通道0～通道7），使输入与输出接通。 CD4051 （三）采样保持 A/D转换器将模拟信号转换为数字量需要一定的时间，完成一次A/D转换需要的时间叫做孔径时间。对于模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。如果孔径时间一定，最大可能的误差发生在信号过0的时刻。因为此时dU/dt最大，孔径时间tA/D一定，则此时的△U最大。 在模拟量输入通道中，有两种情况需要使用采样保持电路： 1.当信号变化频率较高而A/D转换器的转换速度又不快时，会由于孔径误差影响精度。 2.要求采样多个过程参量，且他们的间隔时间非常小。 对于一些慢变的信号，（在1HZ内）只需要采样单元，不需要保持电路。 （四）数据放大器 采样单元或经采样保持电路后的被测信号通常较弱（0～40mV），需要经过运放放大，从而提高输出电平，实现阻抗匹配，或经差分放大提高共模抑制比，然后才能送入A/D转换器。 阻抗的概念 阻抗是电阻与电抗在向量上的和。 电抗包括：容抗和感抗。 在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻。 在交流电的领域中，电容及电感也会阻碍电流的流动，称之为容抗和感抗。它们的计量单位也是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率有关系，频率愈高则容抗愈小、感抗愈大， 阻抗匹配的概念 阻抗匹配是指信号传输过程中负载阻抗和信