微机控制技术项目2_输入输出通道及接口技术.ppt

2 输入输出通道的接口技术 原因 反映现场工况的信号类型 1.模拟量：连续变化的物理量； 2.数字量 （开关量） ①以二进制或ASCII码形式 ②两个状态的量，通常可用一位二进制数表示 ③脉冲量 计算机能够接收的信号类型 数字量 输入输出通道(含义) 即I/O通道，指在计算机和工业对象(过程)之间所设置的信息传递和转换的连接装置。输入/输出通道由模拟量输入/输出通道和数字量（开关量）输入/输出通道组成。 I/O通道的分类 检测通道 ①模拟量输入通道（AI) ②数字量输入通道（DI) 控制通道 ①模拟量输出通道（AO) ②数字量输出通道（DO) 第2章 输入/输出通道及接口技术 任务1 模拟量输入通道 任务2 模拟量输入通道接口技术 任务3 模拟量输出通道 任务1 模拟量输入通道 2.1.1、AI（Analog Input）通道的一般结构 AI通道的一般结构如图2.1所示。 一、组成：由信号检测单元、 信号处理单元、多路开关、 放大器、S/H、AD转换器 以及控制电路组成。 二、工作过程： 过程参数由 传感元件和变送器测量并转换 为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和A/D转换，实现过程参数的巡回检测。 三、AI（Analog Input）通道的作用 A/D转换 1 离散系统和连续系统 连续系统处理连续性的信号，采用连续信号进行控制。（模拟仪表） 离散系统把连续信号转换成离散量，依据离散量进行控制（计算机控制系统） 连续信号转换成离散量的手段和方法：采样和量化 2 信号的采样 按照一定的时间间隔T，把时间上和幅值上连续的模拟信号转换成在时刻0、T、2T、 …kT上在时间上离散的脉冲序列信号的过程称采样。 工具：采样开关；结果：采样信号 3 信号的量化 采用一组数码（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。将采样信号转换成数字信号。 工具：A/D转换器；结果：离散化的数字信号 任务1 模拟量输入通道 2.1.2、AI通道中的信号变换 模拟信号到数字信号的转换包含信号采样和量化两个过程。 一、信号的采样 1、采样过程：模拟信号到采样信号的变换过程， 也称为离散过程。 2.1 模拟量输入通道 信号的采样过程如图2.3所示，由采样-保持器（S/H)完成。 图2.3(a) 模拟信号y(t) ：时间，幅值均连续的信号 图2.3(b) 采样开关（采样器）：每隔一定时间闭合一次 图2.3(c) 离散模拟信号y *(t)（采样信号）： 时间上离散，幅值上连续的信号 采样过程 按照一定的时间间隔将连续信号变换为在时间上离散的脉冲序列的过程称为采样过程。用来实现采样过程的装置称为采样器或采样开关。 将连续信号e(t)加到采样开关的输入端，采样开关以周期T依次闭合，闭合持续时间为ε，则采样开关的输出端得到宽度为ε的脉冲序列e*(t)。e*(t)可近似为一系列宽度为ε，高度为e(kT)的矩形脉冲。 理想的采样开关等效于一个理想的单位脉冲序列发生器，由于ε很小因此产生单位脉冲序列δT(t)。 2.1 模拟量输入通道 采样周期：k两次采样的时间间隔（T） 采样时间/宽度：k每次采样/闭合持续的时间（ ） 采样时刻：一系列的时间点（0, T, 2T, 3T……） 3、 Shannon采样定理 若随时间连续变化的模拟信号的最高频率为fmax ，那么只要按照采样频率 进行采样，采样信号y*(t)就能唯一地复现y(t)。 工程实际中，一般选取 二、量化过程 量化过程中的信号变换如图2.3所示。 离散模拟信号y*(t) ADC 数字信号y(nT) 1、量化原理 用最基本的度量单位去度量某个 采样时刻幅值的大小，然后进行小数 归整，并且用一组二进制码表示的过程。 t y*(t) 0 2T 4T 2 4 (a) 离散模拟信号 图2.3 信号的量化过程 2、量化单位 指量化后二进