計算機(jī)控制技術(shù)第三章

計算機(jī)控制技術(shù)第三章第一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一一、信息通道的概念信息通道包括過程通道和人-機(jī)交互通道。第二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一計算機(jī)控制系統(tǒng)基本原理圖r給定值計算機(jī)

-被控量控制器執(zhí)行機(jī)構(gòu)被控對象A/DD/A過程（輸入輸出）通道：是計算機(jī)和工業(yè)生產(chǎn)過程相互交換信息的橋梁。1.過程通道（掌握）第三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一過程通道的組成1根據(jù)過程信息的性質(zhì)及傳遞方向，過程輸入輸出通道分類如下：模擬量輸入通道：模擬量輸出通道：生產(chǎn)過程的參數(shù)(如溫度、壓力、流量、速度、位移等)一般是隨時間連續(xù)變化的模擬量，通過檢測元件或變送器將其轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬電壓或電流，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程；把微機(jī)輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬信號（電壓或電流）并傳輸給被控對象的過程；第四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一數(shù)字量(開關(guān)量)輸入通道：數(shù)字量(開關(guān)量)輸出通道：

拾起或檢測反映生產(chǎn)過程或設(shè)備工況的開關(guān)信號（如繼電器接點、行程開關(guān)、按紐等）、脈沖信號（如速度、位移、流量脈沖等）并傳輸給微機(jī)的過程；將數(shù)字信號從微機(jī)傳輸給那些接受數(shù)字信號的執(zhí)行機(jī)構(gòu)和顯示、指示裝置的過程。第五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一過程輸入輸出通道示意圖第六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一過程通道與CPU交換的信息類型23．控制信息：用來控制過程通道的啟動和停止等信息，如三態(tài)門的打開和關(guān)閉、觸發(fā)器的啟動等。2．狀態(tài)信息：又叫協(xié)議信息，如應(yīng)答信息、握手信息，它反映過程通道的狀態(tài)，如準(zhǔn)備就緒信號。

過程輸入輸出通道與CPU交換的信息類型有三種：注意：在過程輸入輸出通道中，必須設(shè)置一個與CPU聯(lián)系的接口電路，傳送數(shù)據(jù)信息、狀態(tài)信息和控制信息。

1．?dāng)?shù)據(jù)信息：反映生產(chǎn)現(xiàn)場的參數(shù)及狀態(tài)的信息，它包括數(shù)字量、開關(guān)量和模擬量。第七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一過程通道的編址方式3

2．過程通道與存儲器獨立編址方式1．過程通道與存儲器統(tǒng)一編址方式

由于計算機(jī)控制系統(tǒng)一般都有多個過程輸入輸出通道，因此需對每一個過程輸入輸出通道安排地址。過程通道編址方式有兩種：第八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2.人-機(jī)交互通道

主要功能是實現(xiàn)人-機(jī)對話，實現(xiàn)操作人員與計算機(jī)之間的信息交流。第九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一二、輸入輸出接口（掌握）

接口電路起著連接過程通道與CPU的橋梁作用，它的基本任務(wù)有：

1．控制信息的傳遞路徑：即根據(jù)控制的任務(wù)在眾多的信息源中進(jìn)行選擇；

2．控制信息傳送的順序：計算機(jī)控制的過程就是執(zhí)行程序的過程，為確保進(jìn)程正確無誤，接口電路應(yīng)根據(jù)控制程序的要求，適時地發(fā)出一組有序的門控信號。以確定該信息傳送的路徑和目的地。第十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一

在過程通道接口電路設(shè)計中應(yīng)解決以下問題：

1．觸發(fā)方式：有序的門控信號的主要作用就是嚴(yán)格遵循系統(tǒng)工作時序要求，適時對系統(tǒng)中某個或某些特定部件發(fā)出開啟或關(guān)閉(觸發(fā))信號，這必然涉及到同步觸發(fā)和異步觸發(fā)的方式。

2．時序：控制邏輯的結(jié)構(gòu)有組合控制邏輯與存儲控制邏輯兩種類型，不管哪種類型都要嚴(yán)格遵守規(guī)定的操作步驟，每一個操作步驟又都是在一組有序的控制信號驅(qū)動下實現(xiàn)的。

3.負(fù)載能力：一旦控制邏輯確定后，系統(tǒng)能否可靠運行與器件的選擇關(guān)系密切，器件的選擇除了要考慮電平的擺幅、數(shù)值、延時外，還應(yīng)考慮器件所帶負(fù)載是否匹配。第十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.1數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量輸入信號：開關(guān)閉合與斷開，繼電器吸合與釋放（檢測）數(shù)字量輸出信號：指示燈亮滅，電機(jī)的啟和停，閥門的開閉（控制）數(shù)字量信號的兩個狀態(tài)：導(dǎo)通和截止變換為二進(jìn)制0和1來表示第十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.1.1數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)（掌握）1.數(shù)字量輸入接口2.數(shù)字量輸出接口第十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.1.2數(shù)字量輸入／輸出通道數(shù)字量輸入輸出通道結(jié)構(gòu)（掌握）：

數(shù)字量輸入／輸出通道一般由三部分組成：輸入／輸出地址譯碼電路、輸入緩沖器／輸出鎖存器、輸入／輸出電氣接口亦即數(shù)字量輸入信號調(diào)理／輸出信號驅(qū)動電路。第十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一各種數(shù)字量輸入／輸出電氣接口作用：主要完成濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動等功能。輸入緩沖器功能：對輸入信號緩沖、加強(qiáng)和選通；輸出鎖存器功能：對輸出信號鎖存供外圍設(shè)備使用；第十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1）信號轉(zhuǎn)換處理

從工業(yè)現(xiàn)場獲取的開關(guān)量或數(shù)字量，在邏輯上表現(xiàn)為邏輯“1”或邏輯“0”，信號形式則可能是電壓、電流信號或開關(guān)的通斷，其幅值范圍也往往不符合數(shù)字電路的電平范圍要求，因此必須進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理。對于電壓輸入，V2>某一值，為邏輯1對于電流輸入，V2>某一值，為邏輯1數(shù)字量輸入信號調(diào)理和信號隔離（了解）1第十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一電壓輸入電路如果是電壓輸入，R1和R2電阻分壓，使得V2符合TTL邏輯規(guī)范V1V2第十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一電流輸入電路如果是電流輸入，I在電阻R2上的壓降符合TTL邏輯規(guī)范第十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一開關(guān)觸點輸入電路對于開關(guān)輸入，S斷開，V2=5V，為邏輯“1”S閉合，V2=0V，為邏輯“0”V2第十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2）安全保護(hù)措施

在設(shè)計一個計算機(jī)控制系統(tǒng)時，必須針對可能出現(xiàn)的輸入過電壓、瞬間尖峰或極性接反的情況，預(yù)先采取安全保護(hù)措施。信號轉(zhuǎn)換電路，雖然也考慮邏輯電平問題，但在工業(yè)應(yīng)用中，還可能出現(xiàn)意外的過電壓（電流），瞬間干擾等。就是非工業(yè)控制應(yīng)用也可能出現(xiàn)瞬間尖峰過電壓（過電流），例如雷電引起的等。因此還需要有安全保護(hù)電路。常用的保護(hù)電路為：第二十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一輸入保護(hù)電路第二十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一電平轉(zhuǎn)換與保護(hù)電路組合使用的一個例子：這時，我們可以把分壓電阻去掉，用穩(wěn)壓二極管第二十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3）隔離處理

從工業(yè)現(xiàn)場獲取的開關(guān)量或數(shù)字量的信號電平往往高于計算機(jī)系統(tǒng)的邏輯電平；即使輸入開關(guān)量電壓本身不高，也有可能從現(xiàn)場引入意外的高壓信號；因此必須采取電隔離措施，以保障計算機(jī)系統(tǒng)的安全。常用的隔離措施是采用光電耦合器件實現(xiàn)的。下圖給出了兩種開關(guān)量光電耦合輸入電路，它們除了實現(xiàn)電氣隔離之外，還具有電平轉(zhuǎn)換功能。第二十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一工業(yè)控制的現(xiàn)場開關(guān)，一般使用24VDC電源。注意：現(xiàn)場側(cè)和CPU側(cè)兩邊沒有電的聯(lián)系（獨立的電源和地線）現(xiàn)場側(cè)CPU側(cè)第二十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一機(jī)械式按鍵再按下或釋放時，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時間的觸點機(jī)械抖動，然后其觸點才穩(wěn)定下來。抖動時間的長短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510ms。4）消除觸點抖動第二十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一去抖的方法：軟件（延時）硬件在硬件上可采用在輸出端加R-S觸發(fā)器(雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器)或單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成去抖動電路。第二十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1）隔離處理

當(dāng)計算機(jī)控制系統(tǒng)的開關(guān)量輸出信號用于控制較大功率的設(shè)備時，為防止現(xiàn)場設(shè)備上的強(qiáng)電磁干擾或高電壓通過輸出控制通道進(jìn)入計算機(jī)系統(tǒng)，一般需要采取光電隔離措施隔離現(xiàn)場設(shè)備和計算機(jī)系統(tǒng)。下圖是采用了光電隔離的開關(guān)量輸出電路。數(shù)字量輸出信號隔離和驅(qū)動電路（了解）2第二十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一低壓小功率開關(guān)量輸出第二十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2）開關(guān)量輸出驅(qū)動電路小功率低壓開關(guān)量輸出功率場效應(yīng)輸出繼電器輸出可控硅輸出第二十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一①小功率低壓開關(guān)量輸出

對于低壓小功率開關(guān)量輸出，可采用晶體管、OC門或運放等方式輸出。下圖給出的兩種電路一般僅能提供幾十毫安級的輸出驅(qū)動電流，可以驅(qū)動低壓電磁閥、指示燈等。第三十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一低壓小功率開關(guān)量輸出第三十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一②功率場效應(yīng)輸出

功率場效應(yīng)管(MOSFET)是壓控電子開關(guān)，只要在其柵極G和源極S之間加上足夠的控制電壓，漏極D和源極S之間可導(dǎo)通。

MOSFET的柵極控制電流為微安級，而導(dǎo)通后漏極D和源極S之間允許通過較大的電流。例如IRF640導(dǎo)通時，D、S間允許通過的最大電流可達(dá)18安培。第三十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一功率場效晶體管的典型使用方法第三十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一③繼電器輸出

繼電器經(jīng)常用于計算機(jī)控制系統(tǒng)中的開關(guān)量輸出功率放大——即利用繼電器作為計算機(jī)輸出的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過繼電器的觸點控制較大功率設(shè)備或控制接觸器的通斷以驅(qū)動更大功率的負(fù)載，從而完成從直流低壓到交流(或直流)高壓、從小功率到大功率的轉(zhuǎn)換。使用繼電器輸出時，為克服線圈反電勢，常在繼電器的線圈上并聯(lián)一個反向二級管。繼電器輸出也可以提供電氣隔離功能，但其觸點在通斷瞬間往往容易產(chǎn)生火花而引起干擾，還是必須予以注意的，一般可采用阻容電路予以吸收。第三十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一繼電器式開關(guān)量輸出第三十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一繼電器式開關(guān)量輸出帶光電隔離的繼電器輸出接口電路第三十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一④可控硅輸出

作為一種大功率半導(dǎo)體無觸點開關(guān)器件，可控硅具有以較小的功率來控制大功率的特點，因此在計算機(jī)控制系統(tǒng)中被廣泛地用作功率執(zhí)行元件，一般是由計算機(jī)發(fā)出數(shù)字觸發(fā)脈沖信號實現(xiàn)其通斷控制。第三十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一光電隔離的雙向可控硅輸出第三十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.2模擬量輸入通道(掌握)模擬輸入通道的作用是實現(xiàn)模擬待測信號與主控微處理器之間的接口，一般由傳感器、信號調(diào)理電路、多路模擬開關(guān)、放大器、采樣保持器(S/H)和A/D轉(zhuǎn)換器組成。其中A/D轉(zhuǎn)換器是實現(xiàn)模擬待測信號到數(shù)字信號之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。

模擬量輸入通道根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以有不同的結(jié)構(gòu)形式。第三十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1、單路模擬量輸入通道2、多路模擬量輸入通道接口電路信號處理信號處理信號處理傳感器1傳感器2傳感器nA/D轉(zhuǎn)換器多路開關(guān)采樣保持微型計算機(jī)第四十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1、多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開關(guān)，它是用來切換模擬電壓信號的關(guān)鍵元件。多路開關(guān)功能：把多個模擬量參數(shù)分時地接通并送入A/D轉(zhuǎn)換器，即完成多到一的轉(zhuǎn)換（輸入）；或者把經(jīng)計算機(jī)處理，且由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬信號按一定的順序輸出到不同的控制回路（或外部設(shè)備）中，即完成一到多的轉(zhuǎn)換（輸出）。3.2.1模擬量輸入通道中的常用器件及電路第四十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一理想多路開關(guān)要求：開路電阻應(yīng)為無窮大，接通時的導(dǎo)通電阻應(yīng)為零，切換速度快、噪聲小、壽命長、工作可靠。實際多路開關(guān)性能：導(dǎo)通電阻10幾歐，開關(guān)速度幾百納秒多類開關(guān)的分類：1)單向多路開關(guān)(1對多或多對1)，如AD7501（8路）、AD8506(16路)；2)雙向多路開關(guān)（1對多且多對1），如CD4051；3）矩陣多路開關(guān)（多對多），如MT8816；第四十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一多路開關(guān)實例：CD4051（雙向）

CD4051是8通道多路開關(guān)帶有3個通道選擇輸入端A、B、C，用于選擇8個通道之一一個禁止輸入端INH，高電平時，禁止模擬信號輸入；低電平時允許模擬信號輸入第四十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一

CD4051的真值表

０１１１７輸入狀態(tài)接通通道ＩＮＨＣＢＡ００００００００１１００１０２００１１３０１００４０１０１５０１１０６ＣＤ４０５１第四十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一在實際應(yīng)用中，如果被測參數(shù)多于8路，可以采用將多個CD4051相連進(jìn)行擴(kuò)展。*由D0D1D2D3來選擇16路通道之一*其中D3＝0，選中1＃*其中D3＝1，選中2＃CD4051多路開關(guān)的擴(kuò)展應(yīng)用第四十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1）

概述問題：模擬信號進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換時，從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時間，當(dāng)輸入信號變化較大時，會造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。解決方法：采用一種器件，在A／D轉(zhuǎn)換時保持住輸入信號電平，在A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束后跟蹤輸入信號的變化。這種功能的器件就是采樣／保持器。2、采樣保持器第四十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2）

采樣／保持器的工作原理采樣／保持器的一般結(jié)構(gòu)形式如圖所示。模擬信號UiK驅(qū)動信號ACH模擬地UO組成模擬開關(guān)K保持電容CH緩沖放大器A第四十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一在t1時刻前，控制電路的驅(qū)動信號為高電平時，模擬開關(guān)K

閉合，模擬輸入信號Ui

通過模擬開關(guān)加到電容CH上，使得CH端電壓UC

跟隨Ui變化而變化。在t1時刻，驅(qū)動信號為低電平，模擬開關(guān)K斷開，此時電容CH

上的電壓UC

保持模擬開關(guān)斷開瞬間的Ui

值不變并等待A／D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換。工作原理如下：t控制信號t模擬輸入At采樣輸出跟蹤t1A2t2A1t3保持A3t4A圖5.2采樣／保持器工作原理而在t2時刻，保持結(jié)束，新一個跟蹤時刻到來，此時驅(qū)動信號又為高電平，模擬開關(guān)K

重新閉合，

CH

端電壓UC又跟隨Ui變化而變化；t3時刻，驅(qū)動信號為低電平時，模擬開關(guān)K斷開，......。第四十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一從以上討論可知：

采樣／保持器是一種用邏輯電平控制其工作狀態(tài)的器件。

第四十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一采樣保持器的工作狀態(tài)：跟蹤狀態(tài)在此期間它盡可能快地接收模擬輸入信號，并精確地跟蹤模擬輸入信號的變化，一直到接到保持指令為止。保持狀態(tài)對接收到保持指令前一瞬間的模擬輸入信號進(jìn)行保持。采樣／保持器主要作用：“穩(wěn)定”快速變化的輸入信號，以減少轉(zhuǎn)換誤差。用來儲存模擬多路開關(guān)輸出的模擬信號，以便模擬多路開關(guān)切換下一個模擬信號。第五十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3）采樣／保持器使用中應(yīng)注意的問題采樣／保持器和A／D轉(zhuǎn)換器各完成一次動作所需時間之和應(yīng)小于采樣周期采樣／保持器的性能在很大程度上取決于保持電容器的質(zhì)量。因此，應(yīng)該選擇優(yōu)質(zhì)電容器。第五十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一4）常用的采樣/保持器

常用的采樣/保持器集成電路有AD582、AD583、AD585、AD346、THS-0025、LF198/298/398等。下面以LF398為例，介紹集成電路S/H的工作原理，其他的S/H的原理與其大致相同。LF398是一種反饋型采樣/保持器，也是較為通用的采樣/保持器，與LF398結(jié)構(gòu)相同的還有LF198、LF298等，都是由場效應(yīng)管構(gòu)成，具有采樣速率高，保持性好和精度高等優(yōu)點。其采樣時間小于10μs，輸入阻抗為，保持電容為1μF時，其下降速度為5mV/min。雙電源供電，電源范圍寬，可以從±5V到±18V。第五十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一LF398的組成原理圖如圖所示。引腳排列如圖所示。第五十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一各引腳功能如下：V+、V-：正負(fù)電源電壓輸入引腳，輸入范圍為±5V到±18V。

OFFSETADJ：偏置調(diào)整引腳?？捎猛饨与娮枵{(diào)整采樣-保持器的偏差。

VIN：輸入引腳。

VOUT：輸出引腳。

CH：保持電容引腳。用來外接保持電容。

LOGICREF：參考邏輯電平。

LOGIC：輸入控制邏輯。第五十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一LF398典型的電源和信號的接法第五十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一保持電容CH可選用漏電流較小的聚苯乙烯電容、云母電容或聚四氟乙烯電容。CH的數(shù)值直接影響采樣時間及保持精度，為了提高精度，就需要增加保持電容CH的容量，但CH增大時又會使其采樣時間加長。因此，當(dāng)精度要求不高（±1%）而速度要求較高時，

CH可小至100μf。當(dāng)精度要求高（±0.01%）時，應(yīng)取CH=1000μF。當(dāng)CH≥400μF時，采樣時間tAC與CH有經(jīng)驗公式tAC=CH/40式中，CH為保持電容的容量，單位為μF；tAC為采樣時間，單位為s。保持電容的選擇第五十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.2.2模擬信號的調(diào)理在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，模擬量輸入信號類型：傳感器輸出的信號變送器輸出的信號①電壓信號：一般為mV或μV信號。②電阻信號：單位為Ω，如熱電阻（RTD）信號，通過電橋轉(zhuǎn)換成mV信號。③電流信號：一般為mA或μA信號。①電流信號：一般為0~10mA（0~1.5kΩ負(fù)載）或4~20mA（0~500Ω負(fù)載）。②電壓信號：一般為0~5V或1~5V信號。第五十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1.

I/V變換2、電流信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；注意：信號調(diào)理電路的設(shè)計主要是根據(jù)傳感器輸出的信號、變送器輸出的信號及A/D轉(zhuǎn)換器的具體情況而有所不同。3、非電壓信號轉(zhuǎn)化為電壓信號；1、電壓信號的“標(biāo)準(zhǔn)化”；第五十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一電橋是將電阻、電容、電感等參數(shù)的變化變?yōu)殡妷夯螂娏鬏敵龅囊环N測量電路。其輸出既可用指示儀表直接測量，也可以送入放大器進(jìn)行放大。由于橋式測量電路結(jié)構(gòu)簡單，并具有較高的精確度和靈敏度，因此在測試裝置中得到了廣泛應(yīng)用。與其他測試裝置的分類一樣，電橋亦有不同的分類方式：按照激勵電源的性質(zhì)可分為直流電橋與交流電橋；按照橋臂阻抗性質(zhì)又可分為電阻電橋、電容電橋和電感電橋。2.電橋第五十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.2.3模擬量輸入通道的設(shè)計模擬量輸入通道的應(yīng)考慮的問題：①使用對象和性能指標(biāo)；②信號的調(diào)理；③A/D轉(zhuǎn)換器的選擇；④采樣保持器和前置放大器的選用；第六十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.3模擬量輸出通道(掌握)模擬輸出通道的作用是將計算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流或者電壓信號，以便驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而實現(xiàn)控制。一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、輸出保持器和I/V變換等組成。

模擬量輸出通道根據(jù)不同的應(yīng)用要求，可以有不同的結(jié)構(gòu)形式。第六十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1、單模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)組成：接口電路、寄存器、D／A轉(zhuǎn)換器和放大變換電路第六十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2、多模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)

多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式主要取決于輸出保持器的構(gòu)成方式。輸出保持器的作用主要是在新的控制信號到來之前，使本次控制信號維持不變。保持器一般有數(shù)字保持方案和模擬保持方案兩種。這就決定了模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式。第六十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一優(yōu)點:轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，即使某一路D/A轉(zhuǎn)換器發(fā)生故障，也不影響其他通道的工作。缺點:使用了較多的D/A轉(zhuǎn)換器，使得這種結(jié)構(gòu)的價格很高。1）

一個通道設(shè)置一片D/A轉(zhuǎn)換器第六十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2）多個通道共用一片D/A轉(zhuǎn)換器由于公用一個D/A轉(zhuǎn)換器，因此必須在計算機(jī)控制下分時工作，即依次把D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬電壓（或電流），通過多路開關(guān)傳送給輸出采樣—保持器。優(yōu)點:節(jié)省了D/A轉(zhuǎn)換器。缺點：因為分時工作，只適用于通道數(shù)量多且速率要求不高的場合。它還要使用多路開關(guān)，且要求輸出采樣—保持器的保持時間與采樣時間之比較大，這種方案工作可靠性較差。第六十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.2.1電壓/電流轉(zhuǎn)化電路因為電流信號易于遠(yuǎn)距離傳送，且不易受干擾，特別是在過程控制系統(tǒng)中，自動化儀表只接收電流信號，所以在微機(jī)控制輸出通道中常以電流信號來傳送信息，這就需要將電壓信號再轉(zhuǎn)換成電流信號，完成電流輸出方式的電路稱為V/I變換電路。電流輸出方式一般有兩種形式：

1．普通運放V/I變換電路

2．集成轉(zhuǎn)換器V/I變換電路第六十六頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1）

普通運放V/I變換電路

（1）0~10mA的輸出

+-Vin0~10VAT1T2I0Vf+VsR1R2R3R4R5R6RfRL

圖為0~10V/0~10mA的變換電路，由運放A和三極管T1、T2組成，R1

和R2是輸入電阻，Rf是反饋電阻，RL是負(fù)載的等效電阻。輸入電壓Vin經(jīng)輸入電阻進(jìn)入運算放大器A，放大后進(jìn)入三極管T1、T2。由于T2射極接有反饋電阻Rf，得到反饋電壓Vf加至輸入端，形成運放A的差動輸入信號。該變換電路由于具有較強(qiáng)的電流反饋，所以有較好的恒流性能。第六十七頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一（2）4~20mA的輸出圖為1~5V/4~20mA的變換電路，兩個運放A1、A2均接成射極輸出形式。+-A1+-A2T2T1T3Vin1~5VR1R2RfRLR3CIfI2I0I1V1V2+VsV3第六十八頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2）集成轉(zhuǎn)換器V/I變換電路

圖是集成V/I轉(zhuǎn)換器ZF2B20的引腳圖，采用單正電源供電，電源電壓范圍為10～32V，ZF2B20的輸入電阻為10KΩ，動態(tài)響應(yīng)時間小于25μS，非線性小于土0.025％。第六十九頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.2.2模擬量輸出通道設(shè)計舉例（了解）模擬量輸出通道一般根據(jù)系統(tǒng)需求可由多路開關(guān)、采樣保持器、D/A轉(zhuǎn)換器及接口電路等組成。采樣保持器的作用及工作原理如前中所述，多路開關(guān)在模擬量輸出通道中的作用是實現(xiàn)多選一操作，即利用多路開關(guān)將一路D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分時切換至后級的各執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

第七十頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一1）模擬量輸出通道設(shè)計的基本方法模擬量輸出通道的設(shè)計原則主要考慮以下幾點：安全可靠盡量選用性能好的元器件，并采用光電隔離技術(shù)。性能價格比高既要在性能上達(dá)到預(yù)定的技術(shù)指標(biāo)，又要在技術(shù)路線、芯片元件上降低成本。通用性

D/A轉(zhuǎn)換模板的設(shè)計應(yīng)具有通用性，它主要體現(xiàn)在三個方面：符合總線標(biāo)準(zhǔn)，可選接口地址以及可選輸出方式。

對于電流輸出而言，常用的是0～10mADC或4～20mADC這兩種信號范圍，能滿足該范圍輸出的電路所示。第七十一頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一2）模擬量輸出通道的設(shè)計模擬量輸出通道設(shè)計步驟是：確定性能指標(biāo)，設(shè)計電路原理圖，設(shè)計和制造印制線路板，最后焊接和調(diào)試電路板。其中，數(shù)字電路和模擬電路應(yīng)分別排列走線，盡量避免交叉，連線要盡量短。模擬地（AGND）和數(shù)字地（DGND）分別走線，通常在總線引腳附近一點接地。光電隔離前后的電源線和地線要相互獨立。調(diào)試時，一般是先調(diào)數(shù)字電路部分，再調(diào)模擬電路部分，并按性能指標(biāo)逐項考核。圖（a）、（b）給出了具有8路D/A轉(zhuǎn)換的模擬量輸出通道模板結(jié)構(gòu)框圖和其中1路的電路原理圖。該模板由總線接口邏輯、8片DAC0832以及V/I變換電路等組成。第七十二頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一8路D/A轉(zhuǎn)換模板(a)第七十三頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一8路D/A轉(zhuǎn)換模板(b)第七十四頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一

其中每路的D/A轉(zhuǎn)換器均接為單緩沖輸入工作方式，且均具有電壓、電流兩種可選的輸出方式。這里的V/I變換電路與負(fù)載共電源，輸出電流IOUT=VCC/R5。當(dāng)R5=500Ω，VCC＝0～5V時，IOUT=0～10mA；當(dāng)R5＝250Ω，VCC=1～5V時，IOUT=4～20mA。

第七十五頁，共八十三頁，編輯于2023年，星期一3.4人-機(jī)交互通道(了解)1、鍵盤接口按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)；另一類是無觸點式開關(guān)按鍵，如電容式按鍵，薄膜按鍵等。按鍵處理程序需完成下列工作:第七十六頁，共八十三頁，編