數(shù)值化測量重點

PAGEPAGE54暖通與燃氣數(shù)值化測量重點標(biāo)注（紅色）數(shù)字化測量技術(shù)是面向21世紀的一項高、新科學(xué)技術(shù)，它所涉及的領(lǐng)域非常廣泛，已成為實現(xiàn)高準(zhǔn)確度、高速率、高抗擾、實時測量的最佳選擇和可靠保證。本課程從實用角度出發(fā)，系統(tǒng)地闡述了數(shù)字化測量領(lǐng)域的新技術(shù)，貫穿著從器件到整機、由檢測電路到測量儀器及測試系統(tǒng)、從原理到應(yīng)用的體系，以硬件電路為主，做到軟、硬件相結(jié)合。本課程側(cè)重于實用技術(shù)，強調(diào)理論與實踐（含實驗課、課程設(shè)計、學(xué)生課外活動小組）相結(jié)合，重點在于提高學(xué)生的獨立設(shè)計水平和實際動手能力。本課程的任務(wù)是指導(dǎo)學(xué)生進行數(shù)字儀表、智能儀器及檢測系統(tǒng)的設(shè)計，幫助解決今后在科研及生產(chǎn)中遇到的一些數(shù)字化測量技術(shù)的課題。教

材：1.《數(shù)字化測量技術(shù)》沙占友、王曉君編著

機械工業(yè)出版社，2009.32.《數(shù)字化測量技術(shù)實驗指導(dǎo)書》（自編）3.《數(shù)字化測量技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)書》（自編）參考文獻：1.《智能傳感器系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用》，沙占友等編著，電子工業(yè)出版社，20032.《數(shù)字電位器設(shè)計原理與應(yīng)用》，沙占友等編著，機械工業(yè)出版社，20073.《低壓差線性穩(wěn)壓器設(shè)計原理與應(yīng)用》，沙占友等編著，機械工業(yè)出版社，2008.74.《數(shù)字儀表新穎電路設(shè)計與應(yīng)用》，沙占友等著，機械工業(yè)出版社，2006.6第一章計算機控制技術(shù)基礎(chǔ)1-1概述電子計算機是本世紀40年代中期開始發(fā)展起來的，1971年以后，隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，誕生了微型計算機，引起了科學(xué)技術(shù)的深刻革命。計算機正進入人們生活的各個領(lǐng)域，給整個世界帶來了巨大變化，從人類生產(chǎn)到生活以至戰(zhàn)爭，影響之大，出乎人們的預(yù)料。CPUROMRAMI/O接口電路SingleChipComputerSingleBoardComputer自動化與工控機“4A”（工業(yè)自動化、農(nóng)業(yè)自動化、辦公自動化、家庭自動化）已成為國際上的熱門話題，有許多問題需要研究和解決。工控機：現(xiàn)代化工業(yè)實現(xiàn)自動化不可缺少的工具。運轉(zhuǎn)率99.95%，即一年的停機不超過4小時。MTBF平均無故障時間MTTR短的故障修復(fù)時間1-1-2工控機的研制與發(fā)展工控機的三個發(fā)展階段：50年代至60年代初期為開創(chuàng)時期；60年代末至70年代初為系列小型機發(fā)展時期；進入70年代中期以后，以微型機為基礎(chǔ)的工控機獲得了迅速發(fā)展和廣泛應(yīng)用（工控機測控系統(tǒng)：微機自動測試系統(tǒng)、微機數(shù)控及程控裝置；采用“4C”技術(shù)的微機測控系統(tǒng)）。4C：computer、communication、control、CRT工控機開創(chuàng)時期50年代初開創(chuàng)，萌芽了將數(shù)字計算機作為測控系統(tǒng)的組成部分這一思想，著重研究數(shù)字計算機在導(dǎo)彈和飛機測控方面的應(yīng)用。50年代中期，計算機開始用于過程控制，美國ThomsonRamoWoolrige（TRW）航空公司和Texaco公司聯(lián)合提出了一個可行性研究報告，針對得克薩斯州的PortArthur煉油廠的一臺聚合裝置進行研究，設(shè)計出采用TRW-300計算機的聚合裝置測控系統(tǒng)，該系統(tǒng)1959年投入運行，它控制26個流量、72溫度、3個壓力和3個成分，基本功能是使反應(yīng)器的壓力最小，對5個反應(yīng)器供料確定最佳分配，根據(jù)催化劑性能的測量結(jié)果控制熱水的注入量，以確定最佳循環(huán)。60年代初，英國的帝國化學(xué)工業(yè)公司制造出一套以計算機為中心的過程控制系統(tǒng)，它可以直接測量224個過程參數(shù)并控制129個閥門。60年代末，以計算機為中心的測控系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展并推廣應(yīng)用。當(dāng)時，測控系統(tǒng)采用16位字長小型計算機，如CDC1700、PDP-11、以及NOVA等機型。1969年發(fā)表CAMAC標(biāo)準(zhǔn)（采用標(biāo)準(zhǔn)接口的計算機自動測量和控制系統(tǒng)），1972年發(fā)表OP-IB通用接口標(biāo)準(zhǔn)。70年代中期，采用微處理器的工控裝置，如微型機程控裝置、數(shù)控裝置、可編程控制器、數(shù)據(jù)通信裝置、數(shù)字信號處理技術(shù)和數(shù)字處理機等相繼問世。這個時期計算機系統(tǒng)的特點：采用開放式的結(jié)構(gòu)和總線（BUS）系統(tǒng)。如S-100總線、STD總線和IBMPC/XT/AT總線等。以采用“4C”技術(shù)為特征的分散控制系統(tǒng)得到了長足的發(fā)展。1976年IEC著重研究過程數(shù)據(jù)公路（Proway）國際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，出現(xiàn)了MAP標(biāo)準(zhǔn)，為分散系統(tǒng)的發(fā)展奠定了良好基礎(chǔ)。80年代初，單回路調(diào)節(jié)器研制成功，小型分散控制系統(tǒng)得到進一步發(fā)展，光纖通信技術(shù)引入分散型控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)公路，微型可編程控制器及快速通信系統(tǒng)研制成功。當(dāng)前，工控機仍以大系統(tǒng)和分散對象應(yīng)用為主，采用分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，繼續(xù)發(fā)展分散型控制系統(tǒng)。另一方面，為適應(yīng)工業(yè)過程、科學(xué)實驗和測量自動化，發(fā)展適合中低層次需要的測控系統(tǒng)。這類系統(tǒng)大都采用開放式系統(tǒng)設(shè)計思想，充分考慮了數(shù)據(jù)采集、處理、控制多方面要求，在繼承集中式體系結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上進行聯(lián)網(wǎng)。1987年美國FOXBORO公司率先推出新一代的控制系統(tǒng)——I/A系列智能自動化系統(tǒng)。不僅使當(dāng)今的自動化更具有靈活性、完善性、經(jīng)濟性和安全性，而且為將來的工業(yè)信息集成和自動化系統(tǒng)提供了新的結(jié)構(gòu)，成為當(dāng)今自動化系統(tǒng)的最新結(jié)構(gòu)。微電子技術(shù)、通信技術(shù)、CRT技術(shù)、控制技術(shù)的發(fā)展和微處理器的應(yīng)用給工控機的發(fā)展帶來了深刻影響。分布式體系和集中式體系互為補充，工業(yè)控制局域網(wǎng)成為工控機系統(tǒng)發(fā)展的重要方向，分散控制系統(tǒng)和工業(yè)微型機測量和控制系統(tǒng)成為代表產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用。過程控制和管理有機結(jié)合，發(fā)展控制與管理集成系統(tǒng)、智能自動化系統(tǒng)已成為當(dāng)今國際上工控機系統(tǒng)的發(fā)展方向。我國工控機的發(fā)展概況“六·五”期間，工控機列入國家計算機系列型，開展了工控機系統(tǒng)、分散控制型系統(tǒng)、工業(yè)控制模板系列、過程通道子系統(tǒng)、自動測試系統(tǒng)和微機數(shù)控、程控裝置等各系列產(chǎn)品的研究。“七·五”期間，分散型控制系統(tǒng)與工業(yè)控制局域網(wǎng)列入國家攻關(guān)計劃，我國工控機已成為一個跨行業(yè)、跨地區(qū)、跨部門的高新技術(shù)行業(yè)。工控機應(yīng)用于過程控制、設(shè)備配套潛力很大。效益明顯。從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上來看，分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是發(fā)展的方向，不排斥集中式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，兩者互為補充。另外，設(shè)備配套、機電一體化配套將是工控機OEM（OriginalEquipmentManufacture）產(chǎn)品應(yīng)用的主要領(lǐng)域。1-2計算機控制系統(tǒng)的基本組成、分類和特點1-2-1工業(yè)控制機的組成工控機系統(tǒng)包括硬件和軟件。硬件方面包括主機、外部設(shè)備以及與被控對象相聯(lián)系的過程輸入輸出設(shè)備和人-機對話設(shè)備。軟件方面包括工業(yè)控制的實時系統(tǒng)軟件、通用應(yīng)用軟件和專用軟件。1-2-2工業(yè)控制系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)兩種基本結(jié)構(gòu)：內(nèi)總線結(jié)構(gòu)和外總線結(jié)構(gòu)1-2-3工業(yè)控制系統(tǒng)的分類可編程控制器PLC微型機測控系統(tǒng)分散式計算機測控系統(tǒng)單片微控制器1-2-4工業(yè)控制機的特點輸入/輸出功能實時性高可靠性環(huán)境適應(yīng)性豐富的應(yīng)用軟件技術(shù)綜合性1-3計算機在控制系統(tǒng)中的典型應(yīng)用方式1-3-1數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)1-3-2開環(huán)計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)1-3-3直接數(shù)字控制系統(tǒng)（DDC）DDC優(yōu)點可實現(xiàn)多個回路的PID控制容易實現(xiàn)復(fù)雜控制規(guī)律變更方案、參數(shù)等方便容易實現(xiàn)無擾動切換系統(tǒng)品質(zhì)得到提高1-3-4計算機監(jiān)督控制系統(tǒng)（SCC，又稱SPC）SCC+模擬SCC+DDC1-3-5分級控制系統(tǒng)（MCS）1-4計算機總線結(jié)構(gòu)何謂總線？微處理器總線示意圖1-4-1總線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)總線（What）地址總線（Where）控制總線（When）1-4-2常用總線及其技術(shù)特點S-100總線MulitibusⅠ和ⅡVME總線（IEEE1014標(biāo)準(zhǔn)）微通道和EISA總線采用總線復(fù)用技術(shù)的Q總線和NUBUSIBMPC總線和AT總線STD（Standard）總線1987年末被批準(zhǔn)為IEEE961標(biāo)準(zhǔn)PC總線主要用于數(shù)據(jù)處理、軟件開發(fā)工具以及一般用途；VEM總線包括Multibus主要用于工作站、圖像處理等高性能領(lǐng)域；工控領(lǐng)域主要采用STD總線，以及PC總線和VME總線。1-4-3STD總線工業(yè)機STD總線引腳定義STD總線引腳說明STD總線引腳信號描述STD總線的技術(shù)特點4個特點:小板結(jié)構(gòu)和高度的模板化嚴格的標(biāo)準(zhǔn)化和廣泛的兼容性面向I/O口的設(shè)計高可靠性（例如美國Pro-Log公司生產(chǎn)的STD總線提供5年保用期，MTBF超過60年，采用了固化操作系統(tǒng)和系統(tǒng)軟件以及watchdog等系統(tǒng)支持功能與措施。）1-4-4PC總線工業(yè)機工業(yè)PC總線微機PC總線工控機的組成PC總線工業(yè)I/O模板PC總線工控機的優(yōu)勢兼容性好，升級容易性能價格比優(yōu)良豐富的軟件資源軟件的適用性通信功能更強其它優(yōu)點：1-5計算機中的數(shù)和碼（自學(xué)）1-5-1進位計數(shù)制十進制、二進制、八進制、十六進制數(shù)的表示1-5-2進位制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換八進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換任意進制數(shù)與十進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換十六進制數(shù)與二進制數(shù)之間的轉(zhuǎn)換1-5-3帶符號數(shù)的表示法原碼反碼補碼思考題：按控制目的不同，計算機過程控制系統(tǒng)可分為幾類？試自擬一個對象，畫出計算機數(shù)據(jù)檢測處理系統(tǒng)方框圖，并注明各部件的名稱。某一被控對象有5個模擬量控制回路和3個模擬量檢測監(jiān)視回路，試為該對象設(shè)計一個監(jiān)督計算機控制系統(tǒng)方框圖。試述DDC系統(tǒng)與常規(guī)模擬系統(tǒng)的主要不同點。實現(xiàn)DDC系統(tǒng)的主要步驟有哪些？何謂總線？有幾種？它們傳送的是什么信息？簡述各種總線的應(yīng)用領(lǐng)域。第二章模擬信號調(diào)制2-1概述2-2前置信號放大器2-3模擬信號函數(shù)放大器2-4光電隔離電路2-5信號檢測放大電路2-6濾波器2-7信號發(fā)生器2-8保護電路2-9電源電路

第二章模擬信號調(diào)制2-1概述模擬量輸入和輸出是工業(yè)測控系統(tǒng)的重要組成部分，也是微處理機與測控對象之間的一種非常重要的接口方式。A/DD/A自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)舉例：通常傳感器把各種物理量變換成電信號后，并不一定適合A/D采樣，往往需將模擬信號進行調(diào)制處理，例如信號放大、濾波、線性化補償、隔離、保護等。調(diào)制好的模擬信號才能送A/D轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換器是將二進制數(shù)字量轉(zhuǎn)換為電壓信號，許多情況下，還必須經(jīng)V/I變換才能用來驅(qū)動電動閥等執(zhí)行機構(gòu)，有時還必須經(jīng)功率放大、隔離等其它措施。用于A/D、D/A的輸入、輸出信號通常為：0～+5V、0～±5V、0～±10V電壓信號，傳感器、變送器一般用0～10mA（0～+5V）DC、4～20mA（+1V～+5V）DC標(biāo)準(zhǔn)信號。但某些特殊用傳感器則不一定采用上述標(biāo)準(zhǔn)信號，如熱電偶、氣體成份濃度等輸出只有幾毫伏到幾十毫伏。為了把這些信號送入A/D，必須進行信號的調(diào)制處理。信號調(diào)制形式：模板形式模塊形式模板形式為各種總線產(chǎn)品提供配套應(yīng)用，傳感器或執(zhí)行機構(gòu)的引線可接到該模板，有些模板可直接由總線操作，有些模板只完成調(diào)制功能，并不經(jīng)總線操作，可經(jīng)電纜接鄰近的I/O模板。模塊形式：它集放大、補償、隔離、偏置等于一體，做成標(biāo)準(zhǔn)尺寸、標(biāo)準(zhǔn)插腳的厚膜電路（固封塊），不同的傳感器有不同的對應(yīng)模塊，一個系統(tǒng)中被選用的標(biāo)準(zhǔn)模塊都插到一塊標(biāo)準(zhǔn)母板上，通過工業(yè)端子與傳感器和執(zhí)行機構(gòu)相連。另外，還可通過電纜與直接與計算機相連，或者在母板上配上處理器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器，經(jīng)通信網(wǎng)絡(luò)與計算機相連。兩種信號調(diào)制形式比較：模板形式的信號調(diào)制電路價格便宜，易安裝，到計算機的連線短。但不通用，抗惡劣環(huán)境能力不如模塊。測控系統(tǒng)的性能優(yōu)良與否，不但與微機硬件、軟件有關(guān)，很大程度上取決于模擬信號的調(diào)制，而且，有時模擬信號的處理比數(shù)字信號處理難度更大，問題更復(fù)雜。因此，模擬信號的調(diào)制歷來受到專家們重視，也是人們長期花大量時間進行研究、不斷改善、改進的主要內(nèi)容。2-2前置信號放大器2-2-1零漂移跟隨放大器電路構(gòu)成：用兩個失調(diào)電壓以及電壓的溫度特性相同的運算放大器連接而成。放大器選型：FXOP-09或性能相當(dāng)?shù)男吞枴７糯笃鬏斎?、輸出關(guān)系：VIN=VOUT2-2-2零漂移倒向放大器電路構(gòu)成：用兩個運算放大器可構(gòu)成零漂移倒向放器放大器選型：FX747（FX747是做在一塊芯片的兩個運算放大器，容易滿足失調(diào)電壓相匹配這一要求）或性能相當(dāng)?shù)男吞?。放大器輸入、輸出關(guān)系：VIN=-100VOUT2-2-3零電流輸入放大器電路構(gòu)成：用兩個運算放大器、三極管、電阻、電容等可構(gòu)成零電流輸入放大器放大器選型：FX124或性能相當(dāng)?shù)男吞柸龢O管選型：FG14該電路采用有源自舉電路，大大提高了輸入阻抗，這對于采樣保持更有其特殊作用。2-2-4可變增益放大器由集成運放組成運放選型：F007（F007集成運放的共模抑制比大于80dB）該電路適用于單端輸出信號源2-2-5自動增益控制放大器采用電流型運算放大器組成電流型運算放大器：FX3401（即諾頓放大器）通過控制電壓達到對增益的控制目的。2-2-6高精度高輸入阻抗放大器電路構(gòu)成：用兩個超低失調(diào)運算放大器可構(gòu)成高精度高輸入阻抗放大器放大器選型：FXOP-07A或性能相當(dāng)?shù)男吞枴Ｔ撾娐凡钅］斎腚娮璧湫椭禐?0MΩ應(yīng)用時注意：電路中選配的四只電阻的精度要大于0.1%,否則將引入共模誤差.2-2-7高速差分放大器當(dāng)電路增益為1時,帶寬為18MHz,轉(zhuǎn)換速率為200V/μS,直流增益大于10時,失調(diào)電壓和失調(diào)電流取決于運放的性能.電路組成:運算F007、場效應(yīng)管差分放大級、晶體管組成的正反饋輸出級這種高速運算放大器特別適合于高頻信號的放大、積分和濾波。2-3模擬信號函數(shù)放大器2-3-1精密模擬絕對值放大器該電路的輸出電平正比于輸入信號電平的絕對值，不管輸入電壓的極性如何，其輸出總是正電壓。注意的幾個問題：[1]運放要求有很高的共模抑制比，低失調(diào)電壓和低漂移。[2]偏置電流引入的誤差無法消除，挑選運放時應(yīng)注意選取偏置電流較小的器件。[3]輸入失調(diào)電壓會使該電路在輸入信號為零附近有一個不工作區(qū)，而且產(chǎn)生一個殘余電壓輸出，因此必須反復(fù)調(diào)節(jié)運算放大器的失調(diào)電壓，以消除不工作區(qū)。[4]各電阻應(yīng)是精密電阻。電阻的任何失配都會引起增益誤差，使正負信號有不同的增益。電路主要器件：FX7472-3-2模擬對數(shù)放大器主要器件：高輸入阻抗運算放大器FX3140和三極管對管5G9215電路要求電阻匹配精度為1%2-3-3模擬指數(shù)放大器模擬指數(shù)放大器是由一個對數(shù)放大器和反對數(shù)放大器構(gòu)成的指數(shù)函數(shù)運算電路。主要器件：FX101、FX1082-3-4模擬乘除法器電路由運放FX3140、雙三極管5G9215及同軸電位器等構(gòu)成。電路電阻宜選取精度為1%的金屬膜電阻。2-3-5微分器電路的輸出電壓是電路輸入電壓微分的常數(shù)倍。電路主要器件：F007運放設(shè)計時應(yīng)注意電路參數(shù)的選取條件。2-3-6積分器運放選用FX318高速運算放大器，電阻精度為0.1%時，可取得非常好的線性。該電路積分周期可短到1nS或長到1000S。2-4光電隔離電路2-4-1穩(wěn)定的光電耦合器2-4-2直流光電耦合器2-4-3交流模擬光電耦合器2-4-4集成固態(tài)光電繼電器2-4-5光電式雙向可控硅陣列驅(qū)動器2-4-6隔離式零電壓開關(guān)2-4-7光電式高速紙帶讀出器2-4-8數(shù)字傳輸隔離器2-4-9光發(fā)射機2-4-10光接收機2-5信號檢測2-5-1高頻檢波器2-5-2高穩(wěn)定峰值檢波器2-5-3高速過零檢波器2-5-4零交叉檢測器2-5-5跟隨型峰值檢波器2-5-6頻率極限檢波器2-5-710位精度的鑒相器2-6濾波器測量現(xiàn)場的電磁干擾問題增加系統(tǒng)的信噪比（S/N）濾波電路2-6-1濾波器分類無源濾波器有源濾波器無源濾波器是指用無源器件如電感、電容和電阻組成的濾波器。有源濾波器是利用放大器、電阻和電容組成的濾波器電路，在低頻（1MHz）中使用，比無源濾波器有更優(yōu)越的性能。濾波器是頻率選擇電路，只允許通帶內(nèi)的頻率通過，因此，按通帶可分為低通、高通、帶通、帶阻（又叫陷波器）和全通（移相器）5類濾波器。2-6-2有源濾波器的設(shè)計有源濾波器在測控系統(tǒng)中的應(yīng)用極為廣泛，首先從理論上對有源濾波器進行討論。一般有源濾波器的設(shè)計是根據(jù)所要求的幅頻特性，尋找可實現(xiàn)的有理函數(shù)進行逼近設(shè)計。常用的逼近函數(shù)有：巴特奧斯函數(shù)（Butterworth）、車比雪夫（Chebyshev）函數(shù)和貝塞爾（Besel）函數(shù)等。2-6-3集成有源濾波器常用的集成濾波器主要有“有源RC”濾波器和“開關(guān)電容”濾波器兩種。開關(guān)電容濾波器是一種新型的大規(guī)模集成電路，主要特點是用開關(guān)電容來代替電阻，利用這種方法可將一大類有源RC濾波器轉(zhuǎn)換成開關(guān)電容濾波器。2-7信號發(fā)生器2-7-1鐘脈沖發(fā)生器2-7-2輸出200mA的方波發(fā)生器2-7-3鋸齒波發(fā)生器2-7-4正弦余弦信號發(fā)生器2-7-5三角波方波振蕩器2-7-6階梯波發(fā)生器2-8保護電路2-8-1過壓保護電路2-8-2交流電子斷路器2-8-312nS高速斷路器2-8-3低電壓斷路器2-8-4自動短路保護電路2-8-5電子過壓短路器2-9電源電路2-9-1具有溫度穩(wěn)定性的參考電壓源問題的提出：穩(wěn)壓二極管必須運用在產(chǎn)品說明書中所推薦的工作電流值上，才能有良好的溫度穩(wěn)定性，一般的參考電壓源在改變輸出電壓時，工作電流會隨之改變，所以就不能得到良好的溫度穩(wěn)定性。參考電壓源電路的核心器件：FX741參考電壓源電路的特點：工作電流不受輸出電壓變化的影響。2-9-2溫度系數(shù)和電壓可變的參考電壓源核心器件：運算放大器F007為了得到長時間穩(wěn)定性，電路中所有的固定電阻要求是金屬膜或線繞電阻。電路特點：既可以調(diào)節(jié)輸出電壓值，又可以調(diào)節(jié)輸出電壓的溫度系數(shù)，并且互相沒有影響。2-9-3用單電源構(gòu)成的穩(wěn)定參考源運算放大器F007F007可采用正、負電源供電，可分別得到正、負參考電壓輸出。2-9-4高壓穩(wěn)壓電源穩(wěn)定高壓通常用高壓晶體管，若用一個穩(wěn)壓二極管降壓，則可以用耐壓較低的晶體管。例如用60V耐壓的晶體管去穩(wěn)定250V輸出電壓，甚至可以用低壓管去穩(wěn)定2kV的電壓。核心器件:運放F007晶體管FG1008穩(wěn)壓二極管2CW56、2DW1432-9-5開關(guān)穩(wěn)壓電源具有短路和過載保護功能電路組成：FW723、3AD30C、FG14等2-9-6自動控制的參考電壓源提供一個不隨時間和溫度變化的參考電壓源。電路由F007、FG13等構(gòu)成溫度從0℃變化到75℃，電源電壓變化±10%時，輸出電壓穩(wěn)定在±7mV以內(nèi)。2-9-7壓控恒流源受電壓控制的電流源匹配很好的晶體管（具有相同的β值）FG12和FG13、運放FX741頻率響應(yīng)可做到1MHz。思考題：模擬信號為什么必須進行調(diào)制處理？信號調(diào)制有哪兩種形式？模擬信號的調(diào)制主要包括哪幾類電路？

第三章信號輸入與采集3-1概述輸入通道輸出通道測量系統(tǒng)核心任務(wù)：如何準(zhǔn)確獲取被測信號。測控系統(tǒng)不可缺少的環(huán)節(jié)：對被控對象狀態(tài)的測試和對控制條件的監(jiān)視。信號的輸入/輸出分類：一類是模擬量信號，另一類是開關(guān)量信號。由于模擬量信號是連續(xù)變化信號，其信號幅度在任何時刻都有定義，因此，對其進行處理就較為復(fù)雜，在進行小信號放大、濾波和量化處理過程中需考慮對干擾信號的抑制、轉(zhuǎn)換精度及線性等諸多因素，而這種信號是測控系統(tǒng)中最普遍、最常碰到的信號。例如：溫度、濕度、流量、壓力和亮度等。開關(guān)量信號（開關(guān)量指信號的狀態(tài)，其電平只有兩種，即高電平或低電平），只需經(jīng)放大、整形和電平轉(zhuǎn)換等處理后就可直接送入計算機。開關(guān)信號包括：儀器儀表的BCD碼、開關(guān)狀態(tài)的閉全與斷開、指示燈的亮和滅、繼電器或接觸器的吸合和釋放、馬達的啟動和停止、可控硅的通和斷、閥門的打開和關(guān)閉以及脈沖信號的計數(shù)和定時信號等等。開關(guān)信號的共同特征：以二進制的邏輯“1”或“0”出現(xiàn)開關(guān)信號的電氣接口形式：TTL電平、DTL電平、COMOS電平以及開關(guān)或繼電器的觸點信號等。多路切換技術(shù)采樣保持技術(shù)本章內(nèi)容：多路通道的輸入輸出和采樣信號保持電路、典型應(yīng)用實例。3-2多通道信號輸入多路和多參數(shù)的采集和控制問題的提出：每一路都單獨采用各自的輸入回路的問題：成本高、體積龐大、系統(tǒng)校準(zhǔn)很困難。設(shè)計實現(xiàn)：采用多路模擬開關(guān)3-2-1多路開關(guān)多路開關(guān)的作用：主要是用于信號切換。多路開關(guān)選擇時需考慮下列參數(shù)：通道數(shù)量通道數(shù)量對切換開傳輸被測信號的精度和切換速度有直接影響。通道越多，寄生電容和泄漏電流越大，通道間的干擾也越大，尤其是在使用集成模擬開關(guān)時。泄漏電流如果信號源內(nèi)阻很大，傳送的是電流量，就要考慮多路開關(guān)的泄漏電流，一般希望泄漏電流越小越好。切換速度[1]對需要傳輸快速變化信號的場合，就要求多路開關(guān)的切換速度要高。[2]同時，也要考慮后一段采樣/保持和A/D的轉(zhuǎn)換速度，以最優(yōu)的性能價格比來選取多路開關(guān)的切換速度。開關(guān)電阻理想狀態(tài)的多路開關(guān)：導(dǎo)通電阻為零，斷開后為無窮大。實際選擇時考慮：[1]實際的模擬開關(guān)無法作到這個要求，因此需要考慮開關(guān)電阻，尤其是與開關(guān)串聯(lián)的負載為低阻抗時，應(yīng)選擇導(dǎo)通電阻足夠低的多路開關(guān)。[2]多路開關(guān)參數(shù)的漂移性及每路電阻的一致性也需考慮。3-2-2常用模擬開關(guān)機械觸點式多路開關(guān)干簧繼電器的工作頻率一般可達10～40次/秒，斷開電阻大于1MΩ，導(dǎo)通電阻小于50mΩ，壽命可達108次，吸合和釋放時間約為1mS。優(yōu)點：不受環(huán)境溫度的影響輸入電壓、電流的動態(tài)范圍寬缺點：體積大（與電子開關(guān)相比）、工作頻率低應(yīng)用：一般用于低速高精度檢測系統(tǒng)模擬電子開關(guān)模擬電子開關(guān)優(yōu)點：切換速度高、易于集成缺點：導(dǎo)通電阻一般較大，輸入電壓、電流的動態(tài)范圍很有限。應(yīng)用：常用于高速且要求系統(tǒng)體積小的場合。常用的電子模擬開關(guān)有：[1]晶體管開關(guān)特點：速度快、工作頻率高（1MHz以上）、導(dǎo)通電阻?。ㄓ绕湓诓捎秒p極型晶體管時，最小可到1Ω），但缺點是存在殘余電壓，且控制電流要流入信號通道，不能隔離。[2]光電隔離耦合開關(guān)速度和工作頻率屬于中等，但其控制端與信號通道的隔離好，耐壓高，其控制端與信號通道側(cè)之間可以承受2仟伏左右的電壓。存在殘留失調(diào)電壓和單向?qū)щ娗闆r，如果用光敏電阻代替光電三極管，則可實現(xiàn)雙向傳送，但光敏電阻分散性大，反應(yīng)速度較低。應(yīng)用場合：要求隔離情況良好但傳輸精度不高的場合，也常用于輸出通道中需要通道隔離的場合。[3]結(jié)型場效應(yīng)管開關(guān)這是一種使用較普遍的開關(guān)。無失調(diào)電壓，開啟電阻為：10～100Ω，斷開電阻一般為10MΩ以上，且具有雙向?qū)ǖ墓δ?。這種場效應(yīng)管不易集成。[4]COMS場效應(yīng)管開關(guān)這是一種應(yīng)用最普遍的模擬開關(guān)。目前，常用的集成模擬開關(guān)大多采用CMOS工藝。它的通道電阻基本不隨輸入電壓變化而變化。CMOS開關(guān)具有比其它電子開關(guān)特性好、成本低等優(yōu)點。3-2-3模擬集成開關(guān)指在一個單片上包含多路開關(guān)的集成開關(guān)。其中采用CMOS工藝的模擬多路開關(guān)應(yīng)用最廣泛。參數(shù)：通道數(shù)、開關(guān)電阻、漏電流、輸入電壓、方向切換等。使用中的幾個問題：CMOS模擬開關(guān)的導(dǎo)通電阻和切換速度與電源電壓有一定關(guān)系，在允許范圍內(nèi)，電源電壓越高，導(dǎo)通電阻越小，切換速度也越快。模擬開關(guān)在接通時，有一定的導(dǎo)通電阻，在某種情況下，可能會對信號的傳遞精度帶來較大的影響。作為一種補救，一般應(yīng)盡可能使負載阻抗大一些，必要時可在負載前加緩沖器。在多通道選擇開關(guān)中，為防止兩個通道在同一瞬間同時導(dǎo)通的情況，往往在某一通道斷開到后一通道閉合之間加一延時，當(dāng)然，這會影響到模擬開關(guān)的切換速度。多路模擬開關(guān)主要有5種：4選18選1雙4選1雙8選116選1它們之間除通道號和外部管腳排列有些不同外，其電路結(jié)構(gòu)、電源組成及工作原理基本相同。四雙向模擬開關(guān)：CD4066使用中應(yīng)注意的問題：[1]控制電壓應(yīng)滿足要求，否則會導(dǎo)致片子損壞。[2]在傳輸交流電信號時，應(yīng)采用正負電源供電，在傳輸直流電信號時應(yīng)采用單電源供電。[3]在使用CD4006模擬開關(guān)或其它同類工藝制作的器件時應(yīng)注意，當(dāng)只使用其中部分開關(guān)時，必須把其它不用的開關(guān)的控制端接到VSS上，否則，在懸空狀態(tài)下有可能受高壓靜電感應(yīng)而擊穿。3-2-4常用多路模擬開關(guān)單路8通道[1]AD7501單路8通道模擬開關(guān)AD7501是CMOS單片集成的8選1單路8通道模擬開關(guān)。輸入電平：TTL/DTL或CMOS電平[2]AD7503單路8通道模擬開關(guān)基本性能與參數(shù)與AD7501同，只是選通電平為低電平時模擬開關(guān)工作。[3]CD4051單路8通道模擬開關(guān)INH端為禁止端，當(dāng)INH為高電平時，8個通道全部不通。單路16通道[1]AD7506單路16通道模擬開關(guān)[2]CD4067單路16通道模擬開關(guān)雙路4通道[1]AD7502雙路4通道模擬開關(guān)AD7502是CMOS單片集成的4選2雙路4通道模擬開關(guān)，每次同時選中2路4個通道中的1個通道與公共通道接通，選通通道是根據(jù)輸入地址編碼而得。[2]CD4052雙路4通道模擬開關(guān)雙路8通道[1]AD7507雙路8通道模擬開關(guān)AD7507是CMOS單片集成的8選2雙路8通道模擬開關(guān)，每次同時選中2路8個通道中的1個通道與公共通道接通，選通通道是根據(jù)輸入地址編碼而得。[2]CD4097雙路8通道模擬開關(guān)以上主要介紹了AD系列和CD系列模擬開關(guān)，AD系列電源電壓為±15V，CD系列為+5～+15V，導(dǎo)通電阻最大值：CD系列為280Ω，AD系列一般為300Ω左右。多路模擬開關(guān)其它系列：MPC系列、國產(chǎn)的5G系列（與AD、CD相近）另外，采用了介質(zhì)隔離技術(shù)的高性能多路模擬開關(guān)，具有輸入過壓保護功能和鎖存保護功能。AD7510DI，AD7511DI、AD7590DI/AD7591DI/AD7510DI/AD7511DI有SCR鎖存保護和輸入邏輯緩沖功能。3-3模擬開關(guān)應(yīng)用舉例3-3-1基本開關(guān)電路利用四模擬開關(guān)CD4066，可以組成單刀單擲、單刀雙擲、雙刀單擲、雙刀雙擲四種基本開關(guān)電路。3-3-2多路信號輸入系統(tǒng)多通道模擬開關(guān)8通道：CD405116通道：兩片CD4051或單片AD750664通道、128通道輸入輸出，只能使用多個多通道模擬開關(guān)組合的方式。在有些情況下，模擬信號的輸入往往需雙路多通道輸入，如后接測量放大器或從熱電偶獲取信號等情況，此時可選雙路4通道、雙路8通道模擬開關(guān)，也可用多片模擬開關(guān)組合而成，尤其對多路多通道輸入的情況，只能采用多片組合的方式。多路模擬開關(guān)常用于增益放大器、集成濾波器、采樣/保持電路以及多路信號的輸入輸出選擇等設(shè)計中。3-3-3多路開關(guān)的選用在多路開關(guān)選用時，要考慮許多因素，例如，需要多少路？每一路需要多少通道？開關(guān)電阻多大？控制電平多高？另外還要考慮開關(guān)速度及開關(guān)間相互干擾等諸多因素。選用原則：[1]對于傳輸信號電平較低場合，可選用低壓多路模擬開關(guān)，這時必須在電路中有嚴格的抗干擾措施，一般情況可選取常用的高壓型開關(guān)。[2]對于要求傳輸精度高而信號變化慢的場合，例如用鉑電阻測緩慢變化的溫度場，就可選用機械觸點式開關(guān)。在輸入通道較多的場合，應(yīng)考慮體積問題。[3]在切換速度高、路數(shù)多的情況下，宜選用多路模擬集成開關(guān)。因為在這種情況下，每路特性參數(shù)可基本一致。[4]在多路模擬開關(guān)的速度選擇時，要考慮到后級采樣保持電路和A/D的轉(zhuǎn)換速度，只需略大于它們的速度即可。[5]在進行精密數(shù)據(jù)采集和測量時，要考慮模擬開關(guān)的傳輸精度，尤其要注意模擬開關(guān)的漂移特性。如果阻值和漏電流等漂移很大，很難用補償措施來消除誤差，將會大大影響測量精度。3-4采樣/保持電路模數(shù)變換的精度問題A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間：在對模擬信號進行模數(shù)變換時，從啟動變換到變換結(jié)束的數(shù)字量輸出，需要一定的時間，即A/D的孔徑時間。采樣保持器是否加采樣/保持電路，完全取決于使用對象。模擬信號的變化頻率和A/D的孔徑時間。3-4-1采樣/保持原理采樣保持器的作用：在采樣期間，其輸出能跟隨輸入信號的變化而變化，而在保持狀態(tài)，能使其輸出值保持不變。采樣保持器選用時主要考慮下列因素：[1]孔徑時間：它會導(dǎo)致A/D采樣時間被延遲。[2]捕捉時間：采樣/保持器的狀態(tài)邏輯控制信號由保持電平轉(zhuǎn)換成采樣電平后，其輸出電壓由原保持值過渡到此時輸入信號值所需的時間稱捕捉時間。A/D轉(zhuǎn)換的采樣周期必須大于捕捉時間，才能保證采樣階段充分地采集到輸入模擬信號。[3]保持電壓的變化在保持期間，由于保持電容的漏電會使保持電壓不斷地衰減或上升。[4]輸入輸出直接耦合在信號保持階段，雖然開關(guān)斷開，但是由于極間寄生電容的耦合作用，輸入信號的變化會引起輸出信號的變化，在輸入信號頻率高時，這種耦合的影響會很大。3-4-2集成采樣/保持器采樣保持器：可以由分離元件組成，一般常采用集成采樣/保持器。用于一般目的：AD582、AD583、AD585等用于高速場合：HTS-0025、HTS-0010等用于高分辨率場合：SHA1144等集成采樣保持器的特點：采樣速度快、精度高、下降速率慢。3-4-3常用集成采樣/保持器通用型AD582、AD583，適用于12位的A/D信號采集系統(tǒng)。高速采樣/保持器AD346、AD585，可用于97kHz的快速A/D轉(zhuǎn)換。高分辨率采樣/保持器AD389、SHA1144（適用于14位精度的數(shù)據(jù)采集需要）3-4-4采樣/保持器的應(yīng)用舉例數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)峰值采樣電路采樣/保持電路高性能采樣/保持電路無限采樣/保持放大器3-5開關(guān)量I/O模板的典型結(jié)構(gòu)3-5-1總線接口邏輯3-5-2緩沖器/鎖存器3-5-3開關(guān)量I/O模板的電氣接口采用TTL電平直接接口光隔離電路3-5-4開關(guān)量輸入信號調(diào)制信號轉(zhuǎn)換電路濾波電路保護電路消除觸點的抖動3-5-5開關(guān)量輸出驅(qū)動電路常用驅(qū)動電路類型：[1]TTL電平三態(tài)門電路[2]開路集電極（OC門）輸出電路[3]門電路外加功率驅(qū)動級[4]達林頓陣列驅(qū)動器功率輸出電路思考題：信號的輸入輸出通常分為哪兩大類？在信號處理時有何區(qū)別？對于多路輸入情況，需采用什么技術(shù)？對快速變化的被測信號，為減少由于模數(shù)轉(zhuǎn)換孔徑時間等影響，又需要采用什么技術(shù)？多路開關(guān)選擇時常需考慮哪些參數(shù)？采樣保持器的作用是什么？什么叫A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時間？

數(shù)-模（D/A）轉(zhuǎn)換4-1概述D/A轉(zhuǎn)換是測控應(yīng)用系統(tǒng)中典型的接口技術(shù)內(nèi)容。D/A轉(zhuǎn)換器簡稱DAC。D/A轉(zhuǎn)換接口設(shè)計的主要內(nèi)容：選擇D/A集成芯片，配置外圍電路及器件，實現(xiàn)數(shù)字量到模擬量的線性轉(zhuǎn)換。4-2D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理（略）權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)原理R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器的輸入二進制代碼形式有：原碼、補碼、反碼、偏移碼及BCD碼等。輸出的電壓范圍有：0～+5V，0～+10V，±2.5V，±5V，±10V，這個范圍是比較寬的,一般可以選擇一種來滿足用戶要求.對于某種非標(biāo)準(zhǔn)的電壓范圍,可以在輸出端再加運算放大器來調(diào)整,有些場合需要輸出電流信號,以便與標(biāo)準(zhǔn)儀表配接或滿足長距離傳送要求,這時,可在電壓輸出端加V/I轉(zhuǎn)換電路。10位、12位或者說2位以上的D/A轉(zhuǎn)換原理同8位一樣，只要增加相應(yīng)的模擬開關(guān)和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)即可。4-3D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1、分辨率這里指最小輸入電壓與最大輸出電壓之比。例如，10位D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為：1/（210-1）=1/1024≈0.001分辨率越高越靈敏。AD7541的分辨率為12位，DAC832的分辨率為8位。2、線性度通常用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換器的線性度，并且把理想的輸出特性的偏關(guān)差與滿刻度輸出之比的百分數(shù)，定義為非線性誤差。例如，單片集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7541的線性度為≤±0.02%FSR3、轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度是以最大的靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差的形式給出,這個轉(zhuǎn)換誤差應(yīng)該是包含非線性誤差、比例系數(shù)誤差、及漂移誤差等綜合誤差。注意：精度和分辨率是兩個不同的概念。精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實際值對于理想值的接近程度，而分辨率是指能夠?qū)D(zhuǎn)換結(jié)果產(chǎn)生影響的最小輸入量。對于分辨它很高的A/D轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度。4、建立時間所謂建立時間，指數(shù)模轉(zhuǎn)換器中的輸入代碼有滿刻度值的變化時，其輸出模擬信號電壓（或模擬信號電流）達到滿刻度值±1/2LSB（或與滿刻度值差百分之多少）時所需要的時間。例如D/A轉(zhuǎn)換器AD7541，輸出達到與滿刻度之差0.01%時,建立時間<1μS,D/A轉(zhuǎn)換器AD561J,輸出達到滿刻度值的±1/2LSB時,建立時間為250nS。5、溫度系數(shù)在滿刻度輸出的條件下，溫度每升高1度，輸出變化的百分數(shù)定義為溫度系數(shù)。例如，AD561J的溫度系數(shù)為<10ppmFSR/℃（ppm為英文百萬分之一的縮寫）。6、電源抑制比對于高質(zhì)量的D/A，要求開關(guān)電路及運算放大器所用的電源電壓發(fā)生變化時對輸出的電壓影響極小。通常把滿量程電壓變化的百分數(shù)與電源電壓變化的百分數(shù)之比稱為電源抑制比。7、輸出電平不同型號的數(shù)模轉(zhuǎn)換器的輸出電平相差較大，一般為+15V～+10V，有的高壓輸出型的輸出電平可高達+24V～+30V。學(xué)有些電流型的D/A轉(zhuǎn)換器，低的為幾個毫安到幾十個毫安，高的可達3安。8、輸入代碼有二進制碼、BCD碼、雙極性時的符號數(shù)值碼、補碼、偏移二進制碼等。9、輸入數(shù)字電平指輸入數(shù)字信號分別為“1”和“0”時，所對應(yīng)的高低電平的起碼數(shù)值。例如，單片集成D/A轉(zhuǎn)換器AD7541的輸入數(shù)字電平為：VIH>+2.4V，VIL<+0.8V。10、工作溫度范圍較好的轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍：-40℃～+85℃較差的轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍：0℃～+70℃4-4D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的接口本節(jié)所選用的CPU為MCS-51系列的8031，它在測控領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，與D/A轉(zhuǎn)換器的接口具有廣泛的代表性。4-4-18位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0830/0831/0832與CPU的接口芯片特點：價格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易。在單片機系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。DAC0830系列產(chǎn)品可以完全相互替換。20腳DIP封裝具有很好的兼容性，DAC0830和DAC1230系列引腳兼容。D/A轉(zhuǎn)換器DAC0830/0831/0832的特性與引腳功能DAC0830系列能直接與MCS-51系列單片機接口，主要特性參數(shù)：分辨率為8位；電流穩(wěn)定時間1μS；可單緩沖、雙緩沖直接數(shù)字輸入；只需在滿量程下調(diào)整其線性度；單一電源供電（+5V～+15V）；低功耗，200mW。D/A轉(zhuǎn)換器DAC0830/0831/0832與CPU的接口DAC0830系列與8031單片機有兩種接口方式，即單緩沖輸出器方式和雙緩沖輸出器方式。[1]單緩沖輸出器方式應(yīng)用系統(tǒng)中只有一路D/A轉(zhuǎn)換或雖然是多路，但并不要求同步輸出時，則采用單緩沖器接口方式。對于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，要求同步進行D/A轉(zhuǎn)換時，必須采用雙緩沖器同步方式接法。由于DAC0830具有數(shù)字量的輸入鎖存功能，故數(shù)字量可以直接從8031的PO口送入。[2]雙緩沖輸出器方式。對于多路D/A轉(zhuǎn)換接口，要求進行同步D/A轉(zhuǎn)換時，必須采用雙緩沖器同步方式接法。D/A轉(zhuǎn)換器DAC0830/0831/0832的調(diào)試說明[1]關(guān)于雙緩沖輸入的特點DAC0830系列獨特的優(yōu)點是8位數(shù)據(jù)輸入是雙緩沖的。雙緩沖輸入允許一個應(yīng)用系統(tǒng)中的多個DAC的一個修改DAC寄存器的內(nèi)容。[2]DAC0830系列零點和滿度的調(diào)節(jié)為實現(xiàn)準(zhǔn)確的D/A轉(zhuǎn)換，輸出放大器的輸入補償電壓必須置零。調(diào)零的基本目的是使DAC輸出端電壓盡可能接近零。[3]DAC0830的雙極性和單極性輸出在單極性輸出的基礎(chǔ)上再加一級放大器，便構(gòu)成了雙極性輸出。這種接法在效果上起到把最高位當(dāng)作符號位的作用。4-4-210位D/A轉(zhuǎn)換器AD7522與CPU的接口能直接與微處理器接口。在與MCS-51單片機口時，10位D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可分兩次打入AD7522的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，然后將該數(shù)據(jù)送入DAC寄存器中。AD7522的大部分應(yīng)用只需增加一個運算放大器和一個基準(zhǔn)電壓源。AD7522的特性及引腳功能AD7522工作時需要一組+15V主電源和一個供TTL接口的+5V電源或供CMOS接口用的+10V～＋15Ｖ電源，其主要特性如下：分辨率10位；電流穩(wěn)定時間為500ｎＳ；輸入為雙緩沖形式；數(shù)據(jù)輸入為并行或串行輸入形式；可直接與通用微處理器接口；可與TTL/CMOS電平直接相接。AD7522轉(zhuǎn)換器與CPU的接口AD7522與8031單片機接口的關(guān)鍵是它能按兩個字節(jié)把10位數(shù)據(jù)打入緩沖器（一個8位字節(jié)，一個兩位字節(jié)），然后將該10位數(shù)據(jù)送入DAC寄存器。4-4-310位D/A轉(zhuǎn)換器AD7520/AD7530/AD7533與CPU接口AD7520/AD7530/AD7533是由美國模擬器件公司（AnalogDevices）生產(chǎn)的完全兼容的產(chǎn)品。AD7533特性與引腳功能AD7533與8031單片機的接口4-4-412位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208/1209/1210與CPU的接口DAC1208系列D/A轉(zhuǎn)換器是與微處理器完全兼容的12位D/A轉(zhuǎn)換器，目前應(yīng)用較廣泛。其它D/A轉(zhuǎn)換器簡介：14位D/A轉(zhuǎn)換器AD753516位D/A轉(zhuǎn)換器AD1147/AD11484-5D/A轉(zhuǎn)換器的選擇原則選擇D/A轉(zhuǎn)換芯片時，主要考慮芯片的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性。在性能上必須滿足D/A轉(zhuǎn)換的技術(shù)要求，在結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性上應(yīng)滿足接口方便、外圍電路簡單和價格低廉等要求。選擇原則：D/A轉(zhuǎn)換器主要性能指標(biāo)的選擇D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)從相應(yīng)的集成芯片的器件手冊上能查出，在D/A接口設(shè)計的實際應(yīng)用中，用戶在選擇時主要考慮的是轉(zhuǎn)換精度和轉(zhuǎn)換時間。D/A轉(zhuǎn)換器主要結(jié)構(gòu)特性與應(yīng)用特性的選擇數(shù)字輸入特性。數(shù)字輸出特性。鎖存特性及轉(zhuǎn)換控制。參考源。思考題：1、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)有哪些？2、簡述D/A轉(zhuǎn)換器的選擇原則。3、利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一鋸齒波，要求周期為20mS（在程序中插入延時子程序），試編寫此程序。（選作）

模-數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換5-1概述實現(xiàn)模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的設(shè)備稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC），簡稱A/D。對測控系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的設(shè)計人員，要正確、合理地選用商品化的A/D集成芯片，必須全面了解它們的功能和與計算機的接口方法。5-2A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分析、設(shè)計A/D，面對課題選A/D芯片，都會涉及到ADC的技術(shù)指標(biāo)及術(shù)語。1、分辨率（Resolution）分辨率定義為滿刻度電壓與2N之比值，其中N為ADC的位數(shù)。例：12位A/D能分辨滿刻度的1/2N，或滿刻度的0.0245。又例：一個10V滿刻度的12位ADC能分辨輸入電壓變化的最小值為2.4mV。2、量化誤差（QuantizingError）分辨率高的ADC具有較小的量化誤差。ADC的階梯狀轉(zhuǎn)移特性曲線與ADC的轉(zhuǎn)移特性曲線（直線）之間的最大偏差稱之為量化誤差。LSB（LeastSignificantBit）3、偏移誤差（OffsetError）偏移誤差指輸入信號為零時，輸出信號不為零的值。4、滿刻度誤差（FullScaleError）滿刻度誤差又稱為增益誤差。ADC的滿刻度誤差是指滿刻度輸出數(shù)碼所對應(yīng)的實際輸入電壓與理想輸入電壓之差。5、線性度（Linearity）線性度又稱為非線性誤差，它是指轉(zhuǎn)換器的實際轉(zhuǎn)換函數(shù)與理想直線的最大偏移。6、絕對精度（AbsoluteAccuracy）在一個轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對應(yīng)的實際模擬電壓與理想的電壓值之差并非一個常數(shù)，把這個差的最大值定義為絕對精度。7、相對精度（RelativeAccuracy）它與絕對精度相似，所不同的是把這個最大偏差表示為滿刻度模擬電壓的百分數(shù)，或者用二進制分數(shù)來表示相對應(yīng)的數(shù)字量。8、轉(zhuǎn)換速率（ConversionRate）ADC的轉(zhuǎn)換速率就是能夠重復(fù)進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的速度，即每秒轉(zhuǎn)換的次數(shù)。而完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間（包括穩(wěn)定時間），則是轉(zhuǎn)換速率的倒數(shù)。5-3A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理A/D轉(zhuǎn)換的具體電路在數(shù)字電路中已作討論。選用A/D：根據(jù)使用者具體要求，按照轉(zhuǎn)換的速度、精度、價格、尺寸、功能及接口的條件等因素而定。了解分類和特點。分類：計數(shù)型（例如V/F型、雙積分型等）和比較型（例如逐次比較型、并行型、串并行型等）5-3-1雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理特點：抑制噪聲、速度低雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的電路簡單，抗干擾性好，精度高，但轉(zhuǎn)換時間長，速度較慢，常用的雙積分A/D轉(zhuǎn)換速度在10～50次/秒之間。5-3-2逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理它們是應(yīng)用得最多的A/D，轉(zhuǎn)換速度較快、精度高。特點：轉(zhuǎn)換速度較快，在1～100μS以內(nèi)，分辨率可達18位。轉(zhuǎn)換時間固定，不隨輸入信號的變化而變化。因為轉(zhuǎn)換速度較快，所以，需要采用采樣/保持電路。抗干擾能力較差。這類芯處有：ADC0809、ADC1210、AD7574等。5-3-3并行型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理在高速數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域，例如圖像處理、頻譜分析等，雙積分型和逐次逼近型的轉(zhuǎn)換速度都不能滿足要求。并行型A/D，轉(zhuǎn)換速度最快、元件多、復(fù)雜、成本高、精度低。8位A/D的轉(zhuǎn)換速度可達每秒300MHz次，6位的可達470MHz次。但由于它的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無法做到高精度。模式識別及圖象處理中的象素有256個灰度等級就相當(dāng)滿意了，但由于一幀畫面有數(shù)以萬計的象素（如EGA彩顯有640×350=22400個象素、VGA彩顯有800×600=480000個象素等，而為了適應(yīng)視覺的要求必須每秒鐘處理幾十幀畫面，如果每秒鐘處理30個畫面，則相當(dāng)每秒鐘要對6.6MHz個以上的象素進行處理，所以對A/D的轉(zhuǎn)換速度要求極高。5-3-4串-并比較型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理串并行A/D由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，精度低，難以適應(yīng)工業(yè)測控系統(tǒng)的要求。串并行A/D大大簡化了結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)了高速、高精度的A/D轉(zhuǎn)換。目前12位串并A/D，其轉(zhuǎn)換時間小于1μS，大多10位以上的高速A/D都是基于這種原理設(shè)計的。5-3-5V/F型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理特點：①分辨率比較高。②對工頻干擾有一定的抑制能力③因頻信號易于傳輸，最適合在遠距離測量系統(tǒng)中應(yīng)用。④最容易實現(xiàn)隔離，因為只要一位光電隔離器即可，這是其它形式的A/D所不具備的。⑤速度慢。5-4A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口引腳功能、接口等（略）。5-5面對課題如何選擇A/D轉(zhuǎn)換器件5-5-1常用A/D轉(zhuǎn)換器簡介A/D轉(zhuǎn)換器按照輸出代碼的有效位數(shù)分為4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位和BCD碼輸出的3位半、4位半、5位半等多種。按照轉(zhuǎn)換速度可分為：超高速（轉(zhuǎn)換時間≤1nS）、高速（轉(zhuǎn)換時間≤1μS）、中速（轉(zhuǎn)換時間≤1mS）、低速（轉(zhuǎn)換時間≤1S）等。5-5-2A/D轉(zhuǎn)換器的選擇要點及應(yīng)用設(shè)計的幾點實用技術(shù)1、A/D轉(zhuǎn)換器的選擇要點如何確定A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)如何確定A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率如何確定是否要加采樣保持器工作電壓和基準(zhǔn)電壓⑤正確選用A/D轉(zhuǎn)換器的有關(guān)量程的引腳2、A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用設(shè)計的幾點實用技術(shù)①A/D轉(zhuǎn)換器與MCS-51單片機接口邏輯設(shè)計要點②A/D轉(zhuǎn)換器的可控硅現(xiàn)象及其防護措施③影響A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)的主要因素[1]工作電源電壓不穩(wěn)定；[2]外接時鐘頻率不適合；[3]環(huán)境溫度不適合；[4]與其它器件的電特性不匹配，如負載過重等；[5]外界有強干擾；[6]印刷電路板布線不合理。思考題：1、A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)有哪些？2、簡述雙積分型A/D、逐次逼近型A/D的主要特點。3、并行型A/D主要用在哪些領(lǐng)域？4、A/D按照輸出代碼、轉(zhuǎn)換速度可分為哪幾種？5、簡述A/D轉(zhuǎn)換器的選擇要點。6、影響A/D轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)的主要因素有哪些？

外圍設(shè)備I/O接口技術(shù)6-1概述今天的外圍設(shè)備I/O接口技術(shù)已發(fā)展成了一個龐大的家族，人們許多昔日的夢想也越來越多地被成功的喜悅所代替。外圍設(shè)備接口技術(shù)是人機信息交換的接口，它把外圍設(shè)備所擁有的能力同計算機完美地結(jié)合起來。外圍設(shè)備I/O接口技術(shù)包括輸入系統(tǒng)和輸出系統(tǒng)。（輸出系統(tǒng)包括聲音應(yīng)答設(shè)備、靜電印刷、縮微膠卷輸出裝置等）6-2顯示系統(tǒng)自1950年第一臺圖形顯示器在麻省理工學(xué)院問世以來，計算機圖形顯示技術(shù)就引起了人們極大的關(guān)注。（70年代開始普及）6-2-1顯示器基本工作原理1、顯示器種類按照顯示原理可分為：數(shù)字顯示器組合顯示器模擬顯示器數(shù)字顯示器：一般具有六種彩色輸入線，當(dāng)一種彩色被認定，該彩色就出現(xiàn)在屏幕上，數(shù)字顯示器能顯示的彩色種類為2n。大多數(shù)顯示器是數(shù)字的，單色顯示適配器MDA、彩色圖形適配器CGA、增強型圖形適配器EGA和VGA都需要一個數(shù)字顯示器。（VideoGraphicsArray視頻顯示圖形陣列）組合顯示器：所有視頻信息都用NTSC（美國國家電視系統(tǒng)委員會）的編碼標(biāo)準(zhǔn)。（只有一條視頻輸入線，可以是單色的，也可以是彩色的。它在一條線上編碼，分辨率通常很低。）CGA也可支持組合顯示器。模擬顯示器：模擬RGB被認為是一種最有優(yōu)勢的顯示技術(shù)。它有三種彩色模擬輸入線，加在第個輸入線上的電壓等級決定了出現(xiàn)在屏幕上的那種彩色的數(shù)量，在理論上它能顯示的彩色數(shù)目是無限的。實際上做不到，主要取決于適配器的功能。由于彩色能力的無限性，模擬RGB被認為是一種最有優(yōu)勢的顯示技術(shù)。顯示器的選擇取決于將在系統(tǒng)上運行的應(yīng)用軟件。IBM兼容顯示器：保證投資的持續(xù)性。2、測控系統(tǒng)的工作方式黑模式最底層的節(jié)點機，可以通過RS232與上位機相連。投資少，但開發(fā)過程需上位機或智能終端支持。智能終端方式主機不需顯示，適配器只通過RS232送終端。小鍵盤LED方式應(yīng)用于輸入/輸出信息較少的工作環(huán)境。圖形顯示方式應(yīng)用最多的一種。目前已開發(fā)出多種適配器（MDA、CGA、EGA、VGA、液晶顯示適配器、液晶顯示器LCD功耗低、防粉塵、防震動、體積小、重量輕。）模擬屏方式利用發(fā)光二級管LED等組成大規(guī)模顯示矩陣，廣泛用于廣告牌、大屏幕模擬顯示器、信息提示牌。雙屏顯示方式高質(zhì)量顯示器作圖形工作站，字符顯示器作控制臺。3、基本顯示原理6-2-2顯示適配器模板設(shè)計基本分為兩種：I/O方式的顯示適配器不占CPU內(nèi)存，適用于內(nèi)存空間小的系統(tǒng)。I/O方式未包括字符和漢字的字形庫，字符和漢字顯示按圖形處理。內(nèi)存直接映象方式顯示適配器占內(nèi)存，比I/O方式速度快，訪問簡捷。①增強型圖形適配器（EGA）高分辨率顯示彩色圖形②視頻顯示圖形陣列（VGA）VGA門陣列，個人計算機顯示系統(tǒng)VGA的天下。③顯示存儲器④雙屏及多屏顯示系統(tǒng)顯示方式的選擇：一般投資少，則需要的開發(fā)周期就長；投資多，支持的軟件、硬件豐富，開發(fā)周期就短，人機界面也會高得多。6-3漢字信息處理6-3-1漢字信息處理系統(tǒng)的構(gòu)成6-3-2漢字顯示與漢字字模庫6-3-3漢字打印6-4鍵盤接口6-4-1IBMPC/XT鍵盤及接口6-4-2非標(biāo)準(zhǔn)專用鍵盤及接口6-5打印控制器6-5-1打印機適配器構(gòu)成6-5-2并行打印機適配器接口信號分布6-6串行通訊I/O接口CPU與外部的信息交換稱為通訊。6-6-1串行通訊的特點只要一條傳送線，速度慢。6-6-2傳送編碼6-6-3兩種通訊方式異步通訊異步通訊中，在CPU與外設(shè)之間必須有兩項規(guī)定：字符格式和波特率。波特率即數(shù)據(jù)傳送速度的規(guī)定。2、同步傳送6-6-4串行傳送中的幾個關(guān)鍵1、數(shù)據(jù)傳送方式2、信號的調(diào)頻和解頻3、數(shù)據(jù)終端與調(diào)制器的接口①電流回路（較老的方法）②RS-232C接口（目前最常用的一種串行通訊接口。RecommendedStandard）RS-232-C是EIA發(fā)表的，是RS-232-B的修改版。本來是為連接模擬通信線路中的調(diào)制解調(diào)器等DCE及電傳打印機等DTE拉接口而標(biāo)準(zhǔn)化的?，F(xiàn)在很多個人計算機也用RS-232-C作為輸入輸出接口，用RS-232-C作為接口的個人計算機也很普及。③RS-422A標(biāo)準(zhǔn)接口④RS-423A標(biāo)準(zhǔn)接口⑤RS-485標(biāo)準(zhǔn)接口4、通訊差錯的校驗6-7并行I/O接口6-7-18255A可編程I/O接口6-7-28155/8158可編程I/O接口6-8外部I/O口的擴展6-8-1線選法6-8-2全地址譯碼法思考題：1、顯示器可以分為哪幾類？為什么模擬顯示器（RGB）被認為是一種最有優(yōu)勢的顯示技術(shù)？2、計算機顯示系統(tǒng)由哪幾個部分組成？用框圖表示顯示系統(tǒng)的構(gòu)成。3、CPU與外部的通訊方式有哪兩種？4、什么是接口？為什么需要接口？5、寫出幾個目前常用的串口。

第七章測控系統(tǒng)設(shè)計7-1概述前面幾章內(nèi)容介紹的目的，是為設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)打下基礎(chǔ)。然而，即使掌握了前面的全部內(nèi)容并已能熟練地應(yīng)用，仍然不等于已經(jīng)能夠設(shè)計實際的應(yīng)用系統(tǒng)了。一個真正的測控系統(tǒng)項目，從承接到最后驗收，這中間有很多事要做。本章從系統(tǒng)工程的角度出發(fā)，就應(yīng)用系統(tǒng)的研制步驟和方法等做些陳述。7-2應(yīng)用系統(tǒng)的研制流程作為一個測控系統(tǒng)的項目，其研制一般可以分為四個階段，即準(zhǔn)備階段、設(shè)計階段、仿真與調(diào)試階段和現(xiàn)場聯(lián)調(diào)投運階段。7-2-1準(zhǔn)備階段1、甲方提出任務(wù)委托書在委托乙方承接系統(tǒng)項目前，甲方一定要提供正式的書面委托任務(wù)書，該委托書一定要有清楚準(zhǔn)確的技術(shù)指標(biāo)要求，還要包含研究經(jīng)費、計劃進度及合作方式等內(nèi)容。2、乙方研究任務(wù)委托書乙方在接到任務(wù)委托書后要認真閱讀，并逐條進行研究，對含混不清、認識上有分歧和需補充或刪除的地方要不得逐條標(biāo)出，并擬訂出要進一步弄清的問題及修改意見。3、雙方對委托書進行確認性修改雙方就有關(guān)事宜進行協(xié)商和討論，經(jīng)過修改和確認的委托書中不再應(yīng)有含義不清的詞匯和條款，且雙方的任務(wù)和技術(shù)界面必須劃分清楚。4、乙方初步進行系統(tǒng)總體方案設(shè)計由于任務(wù)和經(jīng)費沒有落實，所以這時總體方案的設(shè)計只能是粗線條的。把握尺度的三大關(guān)鍵問題：技術(shù)難點、經(jīng)費概算、工期。5、乙方進行方案可行性論證方案可行性論證的目的是要估計承接該項任務(wù)的把握性，并為簽合同后設(shè)計階段的總體設(shè)計打下基礎(chǔ)。論證的主要內(nèi)容是技術(shù)可行性、經(jīng)費可行性和進度計劃可行性。特別要指出，對控制項目尤其是對可測性和可控性應(yīng)給予充分重視。6、簽訂合同書合同書（或協(xié)議書）應(yīng)包含8個方面的內(nèi)容：經(jīng)過雙方修改并認可的甲方“任務(wù)委托書全部內(nèi)容”雙方的任務(wù)劃分及各自應(yīng)承擔(dān)的責(zé)任合作方式付款方式進度和計劃安排驗收方式及條件成果的歸屬及違約的解決辦法7-2-2設(shè)計階段1、組成設(shè)計隊伍明確分工和相互的協(xié)調(diào)關(guān)系。2、硬件總體設(shè)計硬件總體設(shè)計的方法是“黑箱”設(shè)計法。所謂“黑箱”設(shè)計就是畫方塊圖的方法，用這種方法做出的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，只見方塊之間的信號輸入輸出關(guān)系和功能要求，而不需知道“黑箱”內(nèi)的具體結(jié)構(gòu)。3、軟件總體設(shè)計也采用結(jié)構(gòu)化的“黑箱”設(shè)計法。先畫出結(jié)構(gòu)較高一級的方框圖，然后，再將大的方框分解成小的方框，直到能表達清楚為止。4、系統(tǒng)總體方案將硬件總體方案和軟件總體方案合在一起構(gòu)成系統(tǒng)的總體方案。硬件和軟件的設(shè)計是互相有聯(lián)系的，相互往往有影響。因此，在設(shè)計時要經(jīng)過多次的協(xié)調(diào)和反復(fù)，最后才能形成統(tǒng)一的總體方案設(shè)計。總體方案完成后要建立文檔。系統(tǒng)總體方案文件的內(nèi)容：系統(tǒng)的主要功能、技術(shù)指標(biāo)、原理性方框圖及文字說明。控制策略控制算法系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)及配置和主要的軟件功能、結(jié)構(gòu)及框圖。方案比較和選擇。保證性能指標(biāo)的技術(shù)措施?？垢蓴_和可靠性設(shè)計。機柜或機箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計。經(jīng)費和進度計劃的安排。5、方案論證與評審評審后確定的方案是進行具體設(shè)計和工程實施的依據(jù)。評審后的方案應(yīng)該作為正式文件存檔，原則上不應(yīng)再作大的改動。6、硬件、軟件的細化設(shè)計及調(diào)試此步驟只能在總體方案評定后進行，如果進行太早會造成資源的浪費和返工。所謂細化設(shè)計就是將方框圖中的方塊劃到最底層，然后進行底層塊內(nèi)的結(jié)構(gòu)細化設(shè)計。（軟、硬件的設(shè)計中都需要邊設(shè)計邊修改，往往需要經(jīng)過幾個反復(fù)過程才能完成。7、系統(tǒng)總裝總裝是實驗聯(lián)調(diào)的前提和必要條件。7-2-3仿真和調(diào)試階段實驗室硬件聯(lián)調(diào)如果硬件沒有調(diào)通，軟件聯(lián)調(diào)則無法進行。事實上，并非是總裝后才進行硬件系統(tǒng)調(diào)試，而是邊裝邊調(diào)。實驗室軟件聯(lián)調(diào)軟件聯(lián)調(diào)，安排在硬件調(diào)試成功這后。有了正確的硬件系統(tǒng)作保證，就很容易發(fā)現(xiàn)軟件的錯誤，在軟件聯(lián)調(diào)過程中，有時也會發(fā)現(xiàn)硬件故障，一般情況下，軟件聯(lián)調(diào)完畢，硬件中的隱藏問題也能被發(fā)現(xiàn)和糾正。實驗室系統(tǒng)仿真在下現(xiàn)場前，必須把工作做充分，必須在實驗室條件下把存在的問題充分暴露，并加以解決。為此，必須進行統(tǒng)調(diào)實驗，也就是通常所說的“模擬”（系統(tǒng)仿真）。工程仿真有三種類型：數(shù)學(xué)仿真（計算機仿真）、半物理仿真（硬件閉路動態(tài)試驗）、全物理仿真（在模擬環(huán)境條件下的全實物仿真）對純數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，一般可以做到全物理仿真，而對于控制系統(tǒng)，要做到全物理仿真幾乎是不可能的。特別要指出，不經(jīng)過系統(tǒng)仿真和各種實驗，試圖在現(xiàn)場調(diào)試中一舉成功的想法是不實際的?？紮C考機的目的是要在不停機的過行中暴露問題和解決問題。7-2-4現(xiàn)場安裝調(diào)試階段在現(xiàn)場安裝調(diào)試前先要進行下列檢查：檢測元件、變送器、顯示儀表、調(diào)節(jié)閥等必須通過校驗。各種接線、極性、對號位置必須保證正確。對在流量測量中采用隔離液的系統(tǒng)，要在清洗好引壓導(dǎo)管以后，灌入隔離液（封裝液）。檢查調(diào)節(jié)閥能否正常工作、旁路閥及上下游截斷閥關(guān)閉或打開。檢查系統(tǒng)的干擾情況和接地情況，如果不符合要求，應(yīng)采取相應(yīng)措施。對安全防護措施也要嚴格檢查。系統(tǒng)的投運和參數(shù)的標(biāo)定投入時應(yīng)先切入手動，待系統(tǒng)運行接近于給定值時再切入自動。參數(shù)標(biāo)定，應(yīng)按特定方法進行。系統(tǒng)試運行一段時間，即可組織驗收或鑒定。甲、乙雙方協(xié)同辦理。7-3測控系統(tǒng)的組合工業(yè)PC和STD總線是面向工業(yè)測控的標(biāo)準(zhǔn)化總線，它可以解決工業(yè)測控中的大多數(shù)問題，其模板可以組成儀表中的最小智能單元，也可以組成流水線的測控系統(tǒng)。由于總線的高度模塊化和采用單功能小板結(jié)構(gòu)，因此右以采用組合方式大大簡化微型機測控系統(tǒng)的設(shè)計。由于總線的高度模塊化和采用組合方式的特點，使工業(yè)測控系統(tǒng)可以靈活地組成各種各樣的系統(tǒng)。7-3-1系統(tǒng)模式測控微型計算機是整個測控系統(tǒng)的心臟，必須設(shè)計好。在設(shè)計時，主要有三個問題需要考慮，即系統(tǒng)模式、計算機機型和低端互連。組合式系統(tǒng)具有多種靈活的系統(tǒng)模式，它可以自成系統(tǒng)，即采用獨立模式，也可以方便地作為其它計算機的前端測控機，或者組成分布式系統(tǒng)和典型的分散系統(tǒng)。獨立工作模式模式一：這種模式采用基本系統(tǒng)（CPU+鍵盤/顯示）加上工業(yè)用I/O模板構(gòu)成測控系統(tǒng)。這些系統(tǒng)的用戶程序通常在開發(fā)完成后再固化在EPROM中，采用與單板機或單片機相兼容的操作鍵盤和監(jiān)控程序。模式二：將模式一中的鍵盤/顯示板改為RS232-C接口板，外接CRT，即構(gòu)成模式二系統(tǒng)。模式三：在模式二系統(tǒng)中增加磁盤測控器接口板和驅(qū)動器，即構(gòu)成模式三系統(tǒng)。該系統(tǒng)可運行微型機的標(biāo)準(zhǔn)操作系統(tǒng)，對于Z80系統(tǒng)，采用CP/M；對于8088系統(tǒng)，采用MS-DOS。作為其它計算機的前端測控機采用工業(yè)PC可很方便地作為其它工業(yè)PC機的前端測控機。IBMPC個人計算機本來并不是為測控系統(tǒng)而設(shè)計的，但是，經(jīng)過改造后的工業(yè)PC機，目前也大量用于工業(yè)測控系統(tǒng)。構(gòu)成分布式網(wǎng)絡(luò)利用工控機的組合方式可以方便地進行各種分布式系統(tǒng)的組合。系統(tǒng)間采用高低檔工業(yè)局域網(wǎng)、現(xiàn)場總線進行通信，系統(tǒng)中各工控機分站可以任選I/O模板。7-3-2計算機機型選擇基本系列：8088系列、Z80系列及單片機（包括8位MCS-51、16位MCS-96）系列有幾條選擇原則供參考：①選擇自己最熟悉的機型。所選機型在功能上、硬件資源和軟件支持等方面應(yīng)滿足應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)、調(diào)試和運行的要求。②考慮選擇的機型的先進性和可擴展性。③考慮性能價格比。1、8088系列系統(tǒng)Ⅱ是主流機型8088系列系統(tǒng)Ⅱ是一臺與IBMPC/XT完全兼容的STD總線工業(yè)測控機。它具有豐富的軟硬件資源，幾乎可以滿足各種規(guī)模的應(yīng)用系統(tǒng)的要求。2、Z80系列更加完善Z80系列是最早開發(fā)的一個系列，也是用戶最多、系統(tǒng)配套齊全、比較成熟的系統(tǒng)。Z80目前仍具有大量的用戶。3、單片機系列逐漸興起單片機采用工業(yè)芯片，集成度高、價格便宜、功能齊全、可靠性和抗干擾能力都很優(yōu)良，越來越為眾多用戶熟悉并采用。目前比較流行的單片機系列CPU板有兩種，一種采用8位系列芯片MCS-51，另一種采用16位MCS-96/98系列芯片。對于這兩種單片機系統(tǒng)，我們推薦的編程語言為C-51和C-96。C-96是一種自行開發(fā)的國產(chǎn)化高級語言，可以同匯編語言混用。7-3-3I/O子系統(tǒng)的組合方式典型的計算機過程測控系統(tǒng)包括：基本系統(tǒng)（CPU、人機接口和系統(tǒng)支持功能）、過程接口（DI/DO、AI/AO）、時鐘和事件信號（中斷信號）的輸入，包括脈沖量的輸入/輸出及定時信號的產(chǎn)生和處理。開入/開出功能（并行接口和工業(yè)驅(qū)動模塊）模入/模出功能包括各種A/D、D/A板以及信號調(diào)理器。脈沖量輸入/輸出功能用以接收諸如渦輪流量計等的輸入脈沖信號或控制步進電機本身的輸出脈沖信號。7-4應(yīng)用軟件設(shè)計軟件是計算機的神經(jīng)中樞，整個系統(tǒng)的動作都是在軟件指揮下進行協(xié)調(diào)工作的。軟件分為系統(tǒng)軟件和應(yīng)