第2章-計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)

第2章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)技術(shù)2.1總線技術(shù)2.2總線擴(kuò)展技術(shù)2.3數(shù)字量輸入輸出接口與過(guò)程通道2.4模擬量輸入接口與過(guò)程通道2.5模擬量輸出接口與過(guò)程通道2.6基于串行總線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件技術(shù)2.7硬件抗干擾技術(shù)2.1總線技術(shù)所謂總線，就是計(jì)算機(jī)各模塊之間互聯(lián)和傳送信息（指令、地址和數(shù)據(jù)）的一組信號(hào)線。以微處理器為核心，總線可以分為內(nèi)部總線和外部總線，而內(nèi)部總線又可分為片級(jí)總線和系統(tǒng)總線。片級(jí)總線包括數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線、I2C總線、SPI總線、SCI總線等；系統(tǒng)總線包括ISA總線、EISA總線、VESA總線、PCI總線等；外部總線包括RS-232C、RS-485、IEEE-488、USB等總線。另外，在工業(yè)控制中，還定義了其它總線，如：VME、STD、PC-104、CompactPCI等。2.1.1總線的定義、層次結(jié)構(gòu)及種類2.1.2PC/ISA/EISA總線簡(jiǎn)介1.PC/ISA總線的發(fā)展

IBMPC總線是ISA總線的前身。1987年IEEE正式制定ISA總線標(biāo)準(zhǔn)。ISA總線已被PCI總線所取代。

16位ISA總線與8位PC向下兼容?？偩€插槽有兩部分組成：8位基本插槽（62芯，8位數(shù)據(jù)，20位地址）和16位擴(kuò)充插槽（36芯）。2.ISA信號(hào)線定義A0～A9：地址信號(hào)線。SA17～SA23：擴(kuò)展地址信號(hào)線。D0～D7、SD8～SD15：數(shù)據(jù)信號(hào)線。：高位字節(jié)選擇信號(hào)。ALE：地址所存信號(hào)。AEN：DMA地址使用信號(hào)。、、、、、：存儲(chǔ)器讀寫和I/O讀寫信號(hào)。：I/O通道準(zhǔn)備好，輸入為低電平表示請(qǐng)求插入等待周期DREQ0～3、DREQ5～7：DMA應(yīng)答信號(hào)。TC：所有DMA通道的計(jì)數(shù)結(jié)束信號(hào)。IRQ3～7

、

IRQ9、IRQ10～15

：中斷請(qǐng)求信號(hào)。、：16位存儲(chǔ)器傳送請(qǐng)求、16位I/O傳送請(qǐng)求。：總線主設(shè)備確認(rèn)。：0等待信號(hào)。：I/O通道檢驗(yàn)錯(cuò)誤信號(hào)。CLK：系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)。3.EISA（ExtendedIndustryStandardArchitecture）為32位CPU（386、486、586等）設(shè)計(jì)的總線擴(kuò)展工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)?？偩€頻率從8M提高到16MHz。在圖形技術(shù)、光存儲(chǔ)器、分布處理、網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)處理等需要高速處理能力的地方發(fā)揮作用。EISA總線已被PCI總線所取代。

2.1.3PCI/CompactPCI總線簡(jiǎn)介

PCI(PeripheralComponentInterconnect)是美國(guó)SIG(SpecialInterestGroupofAssociationforComputerMachinery)集團(tuán)推出的64位總線。該總線的最高總線頻率為33MHz，數(shù)據(jù)傳輸率為80Mby/s(峰值傳輸率為133Mby/s)。是一種不依附于某個(gè)具體處理器的局部總線。它是在CPU和原來(lái)的系統(tǒng)總線之間插入的總線，由橋接電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這一層的管理。1.PCI總線的主要性能

2.其它性能支持10種外設(shè)?？偩€頻率33.3M/66M。最大數(shù)據(jù)傳輸速率133MB/s。時(shí)鐘同步方式與CPU及時(shí)鐘頻率無(wú)關(guān)總線寬度32位（5V）/63位（3.3V）。能自動(dòng)識(shí)別外設(shè)。特別適合于Intel的CPU協(xié)同工作。

3.PCI總線信號(hào)定義主控設(shè)備49條，目標(biāo)設(shè)備47條，可選引腳51條（主要用于64位擴(kuò)展、中斷請(qǐng)求、高速緩存支持等），總引腳數(shù)120條（包含電源、地、保留引腳等）。

CPU總線和PCI總線由橋接電路（北橋芯片）相連。PCI總線上掛接高速設(shè)備

PCI總線和ISA/EISA總線之間也通過(guò)橋接電路（南橋芯片）相連，ISA/EISA總線掛接慢速設(shè)備。4.CompactPCI總線是一種新的開(kāi)放式工業(yè)計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)，是PCI總線技術(shù)和成熟的歐式卡組裝技術(shù)的結(jié)合。最具吸引力的特點(diǎn)是熱插拔（HotSwap）。采用CompactPCI總線標(biāo)準(zhǔn)的工業(yè)計(jì)算機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)廣泛應(yīng)用于電信、工業(yè)實(shí)時(shí)控制以及國(guó)防工業(yè)。2.1.4其它總線簡(jiǎn)介1.PC/104總線是一種嵌入式總線規(guī)范，是ISA標(biāo)準(zhǔn)的延伸，是緊湊型的ISA。其信號(hào)定義和/AT基本一致，但電氣和機(jī)械規(guī)范卻完全不同，是一種優(yōu)化的、小型、堆棧式結(jié)構(gòu)的嵌入式控制系統(tǒng)。在嵌入式系統(tǒng)領(lǐng)域流行。2.PC/104plus總線有效信號(hào)線和控制線和PCI總線完全兼容。一個(gè)PC/104CPU模塊何以同時(shí)擁有PC/104和PC/104plus3.STD總線用于工業(yè)控制的標(biāo)準(zhǔn)微機(jī)總線。采用公共母板（底板）、模塊式結(jié)構(gòu)，各功能模塊（CPU模塊、存儲(chǔ)器模塊、圖形顯示模塊、A/D模塊、D/A模塊、開(kāi)關(guān)量模塊、I/O模塊）都按標(biāo)準(zhǔn)的插件尺寸制造。

(1)STD總線信號(hào)

56根信號(hào)線，分為電源線、數(shù)據(jù)總線、地址總線、控制總線。(2)STD32總線在STD總線P金手指之間插入了附加E金手指，增加了58條信號(hào)線擴(kuò)展了總線仲裁、附加的中斷線、DMA以及地址線和數(shù)據(jù)線，以適應(yīng)32位共性能微處理器的發(fā)展。2.1.5串行外部總線簡(jiǎn)介1.RS-232/RS-422/RS-485串行通信總線（1）平衡和不平衡傳輸方式

（2）RS-232C是單端雙極性電源供電電路。不足之處：數(shù)據(jù)傳輸數(shù)率<=20kb/s，傳輸距離<=15m,單端不平衡方式可能在各信號(hào)成分間產(chǎn)生干擾。負(fù)邏輯<-3V為“1”，>+3V為“0”。例如發(fā)送端比接收端地平高5V的情況。與TTL電平有很大不同，>2V為“1”，<0.8V為“0”。大幅度電壓擺動(dòng)是必須的。（3）RS-422A/RS-485RS-422A采用平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收方法，從根本上消除信號(hào)地線。干擾信號(hào)是共模輸入。能夠在1200m距離內(nèi)數(shù)據(jù)傳輸速率達(dá)到100Kbit/s，或在較短距離內(nèi)達(dá)到10Mbit/s。差分接收器可以區(qū)分0.20V以上的電位差。全雙工傳輸電路。RS-485

是RS-422A的變型，還是采用平衡差分電路，但為半雙工工作方式?？稍谠械腞S-232C接口上附加轉(zhuǎn)換裝置，兩個(gè)轉(zhuǎn)換裝置之間采用RS-422A方式連接。（4）RS-485多點(diǎn)互連（一主多從）2.USB總線（1）具有熱插拔功能（2）USB采用“級(jí)聯(lián)”方式連接各個(gè)外部設(shè)備（3）適用于低速外設(shè)連接2.2總線擴(kuò)展技術(shù)

2.2.1微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)I/O端口與地址分配

1.I/O端口及I/O操作（1）數(shù)據(jù)端口（2）狀態(tài)端口（3）命令端口

2.I/O端口編址方式（1）統(tǒng)一編址（2）獨(dú)立編址

3.I/O端口地址分配（1）系統(tǒng)板上的I/O接口（2）擴(kuò)展卡上的I/O接口

4.I/O端口地址選用原則2.2.2I/O端口地址譯碼技術(shù)1.三種譯碼方式（1）線選法（2）全譯碼法（3）部分譯碼2.I/O端口地址譯碼電路信號(hào)把地址和控制信號(hào)組合，產(chǎn)生對(duì)芯片或端口的選擇信號(hào)。以ISA總線為例，A0～A910根地址線，利用、信號(hào)控制對(duì)端口的讀寫，利用AEN信號(hào)控制非DMA傳送。3.I/O端口地址譯碼方法及電路形式（1）固定地址譯碼3.I/O端口地址譯碼方法及電路形式（2）開(kāi)關(guān)選擇譯碼2.2.3基于ISA總線端口擴(kuò)展1.板選譯碼與板內(nèi)譯碼2.總線驅(qū)動(dòng)及邏輯控制3.端口及其讀寫控制2.3數(shù)字量輸入輸出接口與過(guò)程通道

數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)信號(hào)包括：開(kāi)關(guān)的閉合與斷開(kāi)，指示燈的亮與滅，繼電器或接觸器的吸合與釋放，馬達(dá)的啟動(dòng)與停止，閥門的打開(kāi)與關(guān)閉等。共同特征:以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。2.3.1數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)

1.數(shù)字量輸入接口作用：收集生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)信息。

用三態(tài)門緩沖器74LS244取得狀態(tài)信息。經(jīng)過(guò)端口地址譯碼，得到片選信號(hào)CS。當(dāng)在執(zhí)行IN指令周期時(shí)，產(chǎn)生IOR信號(hào)。被測(cè)的狀態(tài)信息可通過(guò)三態(tài)門送到PC總線工業(yè)控制機(jī)的數(shù)據(jù)總線，然后裝入AL寄存器。MOVDX，portINAL，DX2.數(shù)字量輸出接口當(dāng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行控制時(shí)，一般控制狀態(tài)需進(jìn)行保持，直到下次給出新的值為止，這時(shí)輸出就要鎖存。由于PC總線工業(yè)控制機(jī)的I/O端口寫總線周期時(shí)序關(guān)系中，總線數(shù)據(jù)D0～D7比IOW前沿(下降沿)稍晚，因此利用IOW的后沿產(chǎn)生的上升沿鎖存數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)端口地址譯碼，得到片選信號(hào)，當(dāng)在執(zhí)行OUT指令周期時(shí)，產(chǎn)生IOW信號(hào)。MOVAL，DATAMOVDX，portOUTDX，AL2.3.2數(shù)字量輸入通道1.數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入口地址譯碼電路等組成。2.輸入調(diào)理電路數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸入通道的基本功能就是接收外部裝置或生產(chǎn)過(guò)程的狀態(tài)信號(hào)。這些狀態(tài)信號(hào)的形式可能是電壓、電流、開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)，因此引起瞬時(shí)高壓、過(guò)電壓、接觸抖動(dòng)等現(xiàn)象。將現(xiàn)場(chǎng)輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)，這些功能稱為信號(hào)調(diào)理。

(1)小功率輸入調(diào)理電路開(kāi)關(guān)、繼電器等接點(diǎn)接通和斷開(kāi)動(dòng)作，被轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)。為了清除由于接點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)而產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，一般都應(yīng)加入有較長(zhǎng)時(shí)間常數(shù)的積分電路來(lái)消除這種振蕩。目的：把開(kāi)關(guān)K的狀態(tài)轉(zhuǎn)化成二進(jìn)制狀態(tài)。

原理：閉和K時(shí)，電容C放電，反相器反相為1；斷開(kāi)K時(shí)，電容C充電，反相器反相為0。原理：當(dāng)S在上時(shí)，輸出上為1，下為0。當(dāng)S按下時(shí)，因?yàn)殒I的機(jī)械特性，使按鍵因抖動(dòng)而產(chǎn)

生瞬間不閉合，造成R-S觸發(fā)器輸入為雙1，故狀態(tài)不改變。(2)大功率輸入調(diào)理電路當(dāng)從電磁離合等大功率器件的接點(diǎn)輸入信號(hào)時(shí)，為了使接點(diǎn)工作可靠，接點(diǎn)兩端至少要加24V以上的直流電壓（因?yàn)橹绷麟娖降捻憫?yīng)快，不易產(chǎn)生干擾）。用光電耦合器進(jìn)行隔離?！肮怆姼綦x”：使用一個(gè)光耦將電子信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)，在另一邊再將光信號(hào)轉(zhuǎn)換回電子信號(hào)。如此，這兩個(gè)電路就可以互相的隔離。2.3.3數(shù)字量輸出通道1.數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)（1）小功率直流驅(qū)動(dòng)電路①功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路繼電器包括線圈和觸點(diǎn)。因負(fù)載呈電感性，所以輸出必須加裝克服反電勢(shì)的保護(hù)二極管D，K為繼電器的線圈。

VD的作用為泄流作用，通過(guò)VD放掉K上所帶的電荷，防止反向擊穿。R的作用是限流電阻。②達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路

MC1416是達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)含7個(gè)達(dá)林頓復(fù)合管。每個(gè)復(fù)合管的電流都在500mA以上，截止時(shí)承受100V電壓。

(2)大功率交流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器SSR作交流開(kāi)關(guān)使用，相當(dāng)于有一個(gè)觸點(diǎn)。

SSR是一種四端有源器件，為實(shí)現(xiàn)輸入與輸出之間的電氣隔離，器件中采用了高耐壓的專用光電耦合器。零交叉電路在交流電過(guò)零時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，減少干擾。

2.3.4數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入/輸出通道模板舉例圖2-19PCL-730板卡組成框圖程序設(shè)計(jì)舉例(基地址設(shè)為220H)：PCL-730板卡的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出都只需要二條指令就可以完成。C語(yǔ)言程序如下：outportb(0x220，Ox55)outportb(Ox221，0x55)inportb(Ox220)inportb(Ox221)匯編語(yǔ)言程序如下：MOVDX，220HMOVAL，55HOUTDX，ALMOVDX，221HOUTDX，ALMOVDX，220HINAL，DXMOVAH，ALMOVDX，221HINAL，DX模擬量輸入通道的任務(wù)是把從系統(tǒng)中檢測(cè)到的模擬信號(hào)，變成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口送往計(jì)算機(jī)。

傳感器是將生產(chǎn)過(guò)程工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)的裝置，大多數(shù)傳感器的輸出是直流電壓(或電流)信號(hào)，也有一些傳感器把電阻值、電容值、電感值的變化作為輸出量。為了避免低電平模擬信號(hào)傳輸帶來(lái)的麻煩，經(jīng)常要將測(cè)量元件的輸出信號(hào)經(jīng)變送器變送，如溫度變送器、壓力變送器、流量變送器等，將溫度、壓力、流量的電信號(hào)變成0～10mA或4～20mA的統(tǒng)一信號(hào)，然后經(jīng)過(guò)模擬量輸入通道來(lái)處理。2.4模擬量輸入接口與過(guò)程通道2.4.1模擬量輸入通道的組成過(guò)程參數(shù)由傳感元件和變送器測(cè)量并轉(zhuǎn)換為電流(或電壓)形式后，再送至多路開(kāi)關(guān)；在微機(jī)的控制下，由多路開(kāi)關(guān)將各個(gè)過(guò)程參數(shù)依次地切換到后級(jí)，進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)過(guò)程參數(shù)的巡回檢測(cè)。2.4.2信號(hào)調(diào)理和I/V變換1.信號(hào)調(diào)理電路通過(guò)非電量的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的變換、放大、濾波、線性化、共模抑制及隔離等方法，將非電量和非標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路是傳感器和A/D之間以及D/A和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的橋梁，也是測(cè)控系統(tǒng)中重要的組成部分。（1）非電信號(hào)的檢測(cè)-不平衡電橋零度時(shí)的電阻值熱敏電阻三線制接線圖（2）信號(hào)放大電路主要考慮精度要求、速度要求、幅度要求及共模抑制比。

1)基于ILC7650的前置放大電路2）AD526可編程儀用放大器

AD526是可通過(guò)軟件對(duì)增益進(jìn)行編程的單端輸入的儀用放大器，器件本身所提供的增益是xl、x2、x4、x8、x16等五擋。它是一個(gè)完整的包括放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)和TTL數(shù)字邏輯電路的器件，使用時(shí)不需外加任何元件就可工作。

2.I/V變換

變送器輸出的信號(hào)為0～10mA或4～20mA的統(tǒng)一信號(hào)，需要經(jīng)過(guò)I/V變換變成電壓信號(hào)后才能處理。對(duì)于電動(dòng)單元組合儀表，DDZ-Ⅱ型的輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為0～10mA,而DDZ—Ⅲ型和DDZ—S系列的輸出信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)為4～20mA。（1）無(wú)源I/V變換R1:限流電阻VD:將電壓鉗制在5V+0.3V以內(nèi)R2:電壓采樣電阻，其壓降即為輸出電壓，精密電阻，精度為0.1%。C和R1：組成阻容低通濾波電路（2）有源I/V變換

R2是精密電阻又稱多路開(kāi)關(guān)，利用多路開(kāi)關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)依次地或隨機(jī)地連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上，實(shí)現(xiàn)多路共享。常用的多路開(kāi)關(guān)有CD4051(或MC14051)、AD7501、LF13508等。CD4051原理圖

2.4.3多路轉(zhuǎn)換器2.4.4采樣、量化及采樣／保持器1.信號(hào)的采樣采樣過(guò)程：按一定的時(shí)間間隔T，把時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)變成在時(shí)刻O、T、2T、…KT的一連串脈沖輸出信號(hào)的過(guò)程。采樣周期：采樣開(kāi)關(guān)S每一個(gè)通斷的時(shí)間間隔T，包括等待時(shí)間、閉合時(shí)間、斷開(kāi)時(shí)間等。采樣寬度：采樣開(kāi)關(guān)閉合的時(shí)間。采樣信號(hào)y*(t)：幅值連續(xù)但是時(shí)間上離散的模擬信號(hào)。香農(nóng)采樣定理：如果模擬信號(hào)(包括噪聲干擾在內(nèi))頻譜的最高頻率為fmax，只要按照采樣頻率f≥2fmax進(jìn)行采樣，那么采樣信號(hào)y*(t)就能唯一地復(fù)現(xiàn)y(t)。2.量化所謂量化，就是采用一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為量化過(guò)程，執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置是A/D轉(zhuǎn)換器。量化單位：字長(zhǎng)為n的A/D轉(zhuǎn)換器，其最低有效位(LSB)所對(duì)應(yīng)的模擬量q稱為量化單位。量化誤差：量化過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)用q去度量采樣值幅值高低的小數(shù)歸整過(guò)程，因而存在量化誤差，量化誤差為(±1/2)q。

例如，q=20mV時(shí)，量化誤差為±10mV，0．990～1．009V范圍內(nèi)的采樣值，其量化結(jié)果是相同的，都是數(shù)字50。3.采樣保持器(1)孔徑時(shí)間tA/D和孔徑誤差△U的消除tA/D：完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間(2)采樣保持原理（3）常用的采樣保持器常用的集成采樣保持器有LF398、AD582等，LF398的采樣控制電平為“1”，保持電平為“0”，AD582相反。2.4.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)1.8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809(1)8通道模擬開(kāi)關(guān)及通道選擇邏輯

(2)8位A/D轉(zhuǎn)換器

(3)三態(tài)輸出鎖存緩沖器2．12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A(1)12位A/D轉(zhuǎn)換器

(2)三態(tài)輸出鎖存緩沖器

(3)控制邏輯3.AD574A/1674與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口2.4.6模擬量輸入通道模板舉例圖2-36PCL-813B數(shù)據(jù)采集卡組成框圖PCL-813B的寄存器地址（1）寄存器地址分配（2）寄存器格式2.程序設(shè)計(jì)舉例

PCL-813BA/D轉(zhuǎn)換基于查詢方式，由軟件觸發(fā)。A/D轉(zhuǎn)換器被觸發(fā)后，利用程序檢查A/D狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備位（DRDY）。如果檢測(cè)到該位為“1”，則A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后；該位變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可由程序讀出。2.5模擬量輸出接口與過(guò)程通道1.一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式

2.多個(gè)通道共用一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式優(yōu)點(diǎn)：節(jié)省了數(shù)/模轉(zhuǎn)換器缺點(diǎn)：只適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場(chǎng)合?？煽啃暂^差。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠。缺點(diǎn)：使用了較多的D/A轉(zhuǎn)換器。2.5.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式2.5.2D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)1.8位D/A轉(zhuǎn)換器接口2.12位D/A轉(zhuǎn)換器接口2.5.3單極性與雙極性電壓輸出電路

ZF2B20是通過(guò)V/I變換的方式產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓成比例的輸出電流。它的輸入電壓范圍是0～10V，輸出電流是4～20mA(加接地負(fù)載)，采用單正電源供電，電源電壓范圍為10～32V，它的特點(diǎn)是低漂移，在工作溫度為-25～85℃范圍內(nèi)，最大漂移為0.005%/℃，可用于控制和遙測(cè)系統(tǒng)，作為子系統(tǒng)之間的信息傳送和連接。2.5.4V/I變換1.集成V/I轉(zhuǎn)換器ZF2B202.集成V/I轉(zhuǎn)換器AD694

AD694是一種4～20mA轉(zhuǎn)換器，適當(dāng)接線也可使其輸出范圍為0～20mA。輸出范圍：4～20mA,0～20mA。輸入范圍：0～2V或0～10V。

電源范圍：+4.5～36V。

可與電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。具有開(kāi)路或超限報(bào)警功能。電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。2.5.5模擬量輸出通道模板舉例圖2-47PCL-726板卡組成框圖2.D/A轉(zhuǎn)換程序流程D/A轉(zhuǎn)換程序流程如下（以通道1為例）：（1）選擇通道地址n=1（n=1～6）。（2）確定D/A高4位數(shù)據(jù)地址（基地址+00）。（3）置D/A高4位數(shù)據(jù)(D3～DO有效)。（4）確定D/A低8位數(shù)據(jù)地址（基地址+01）。（5）置D/A低8位數(shù)據(jù)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。3.程序設(shè)計(jì)舉例PCL-726的D/A輸出、數(shù)字量輸入等操作均不需要狀態(tài)查詢，分辨率為12位，000H～0FFFH分別對(duì)應(yīng)輸出0%～100%，若輸出50%，則對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字量為7FFH，設(shè)基地址為220H，D/A通道l輸出50%。C語(yǔ)言參考程序段如下：outportb(0x220,0x07)//D/A通道l輸出50%outportb(0x221,0xff)匯編語(yǔ)言參考程序如下：（基地址為220H）：

MOVAL，07H；D/A通道l輸出50%MOVDX，0220HOUTDX，AL MOVDX，0221HMOVAL，0FFH2.6基于串行總線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件技術(shù)

基于RS-485的分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

RS-485串行總線由于平衡差分傳輸特性具有的干擾性好、傳輸距離遠(yuǎn)、有較大級(jí)聯(lián)能力等特點(diǎn)，非常適合于組成工業(yè)級(jí)的多機(jī)通信系統(tǒng)。2.6.1智能遠(yuǎn)程I/O模塊智能遠(yuǎn)程I/O模塊是傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)到計(jì)算機(jī)的多功能遠(yuǎn)程I/O單元，專為惡劣環(huán)境下的可靠操作而設(shè)計(jì)。內(nèi)置的微處理器，嚴(yán)格的工業(yè)級(jí)塑料外殼，使其可以獨(dú)立提供智能信號(hào)調(diào)理、I/O隔離、模擬量I/O、數(shù)字量I/O、數(shù)據(jù)顯示和串行數(shù)字通信接口。遠(yuǎn)程I/O模塊可以安裝在現(xiàn)場(chǎng)，就地完成A/D、D/A轉(zhuǎn)換、I/O操作及脈沖量的計(jì)數(shù)、累計(jì)等操作，以通信方式和計(jì)算機(jī)交換信息，構(gòu)成數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)。通過(guò)采用RS-485中繼器，可以將多達(dá)256個(gè)遠(yuǎn)程模塊連接到RS-485網(wǎng)絡(luò)上，或者將最大通信距離延伸到10km。1.ADAM-4000系列模塊功能特點(diǎn)：(1)遠(yuǎn)端可編程輸入范圍可以存取多類型和范圍的模擬量。通過(guò)執(zhí)行主機(jī)的命令，可以遠(yuǎn)端選擇類型和范圍。使用一種模塊處理整個(gè)工廠的測(cè)量數(shù)據(jù)，不需要任何物理調(diào)節(jié)。(2)內(nèi)置看門狗看門狗管理功能可以使模塊自動(dòng)復(fù)位，減少維護(hù)需求，提高了系統(tǒng)的可靠性和自恢復(fù)能力。典型的遠(yuǎn)程I/O模塊有研華公司的ADAM-4000系列、研發(fā)公司的DAC-8000系列、研祥公司的Ark-14000系列以及威達(dá)公司的牛頓-7000系列。(3)網(wǎng)絡(luò)配置靈活通過(guò)RS-485總線與主站連接成一個(gè)主從式測(cè)控系統(tǒng)一條RS-485通信鏈路可以并行連接32個(gè)模塊，但可以使用ADAM-4510中繼器再增加32個(gè)模塊或?qū)⒕W(wǎng)絡(luò)再延伸1200m。一條RS-485通信鏈路最多可以連接256個(gè)ADAM-4000系列模塊。(4)可選的獨(dú)立控制策略可將程序下載到基于PC的ADAM-4500通信控制器的FLASHROM中，定做用戶自己的應(yīng)用環(huán)境。(5)模塊化的工業(yè)設(shè)計(jì)確保模塊易安裝、易更改、易維護(hù)。(6)滿足工業(yè)環(huán)境的需要可使用10～30VDC范圍之內(nèi)的非調(diào)節(jié)電源。2.ADAM-5000系列

ADAM-5000系列分布式數(shù)據(jù)采集控制系統(tǒng)，體積緊湊，符合現(xiàn)場(chǎng)總線的發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)基于RS-485和CAN的流行現(xiàn)場(chǎng)總線架構(gòu)，提供3種不同的數(shù)據(jù)采集及控制系統(tǒng)，使現(xiàn)場(chǎng)I/O設(shè)備容易地構(gòu)成PC應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)。特點(diǎn)：(1)系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活根據(jù)需求架構(gòu)適合自己的方案。內(nèi)建可編程I/O范圍及報(bào)警輸出。同時(shí)支持雙絞線、無(wú)線Moden及光纖等通信媒介。(2)系統(tǒng)維護(hù)及故障處理使用硬件自檢及軟件診斷來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)可能出現(xiàn)的問(wèn)題。(3)易于安裝及組網(wǎng)信號(hào)連接、網(wǎng)絡(luò)修改及維護(hù)簡(jiǎn)單快捷。(4)數(shù)據(jù)采集及控制最多通過(guò)4個(gè)I/O模塊（64個(gè)I/O點(diǎn)）進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和控制。(5)三端隔離I/O模塊、電源及通信的三端隔離避免了接地環(huán)流，減少了噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響提供對(duì)系統(tǒng)在浪涌及尖峰電壓下的保護(hù)。(6)看門狗定時(shí)器(7)內(nèi)置診斷器硬件自診斷和軟件自診斷兩種模式。(8)遠(yuǎn)程配置可以配置成不同的電壓、電流、熱電偶及熱電阻輸入范圍所有參數(shù)包括通信速度、高低限報(bào)警及校正參數(shù)均可以通過(guò)遠(yuǎn)程設(shè)定。(9)能獨(dú)立于PC主機(jī)進(jìn)行ON/OFF控制系統(tǒng)中數(shù)字量輸出通道可配置為模擬量輸入通道的報(bào)警輸出。3.ADAM-6000系列模塊ADAM-6000系列產(chǎn)品是基于Ethernet的數(shù)據(jù)采集和控制模塊，它們集數(shù)據(jù)采集和網(wǎng)絡(luò)傳輸能力于一身。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)，ADAM-6000模塊可以實(shí)時(shí)的將來(lái)自傳感器的數(shù)據(jù)發(fā)送到局域網(wǎng)/以太網(wǎng)結(jié)點(diǎn)上。（1）模擬量輸入/輸出模塊模擬量輸入模塊通過(guò)為A/D提供的光電隔離和3000V變壓器隔離防止對(duì)地環(huán)路/浪涌電壓對(duì)設(shè)備造成損壞。ADAM-6015是16位，6通道熱電阻輸入模塊，各通道輸入范圍可調(diào)?？梢赃B接Pt100,Pt1000，Balco500或者Ni50，Ni508熱電阻。ADAM-6017是16位8通道差分模擬量輸入模塊，通道輸入范圍均可程控。ADAM-6018是16位8通道熱電偶輸入模塊，所有通道的輸入范圍均可程控。ADAM-6024是3個(gè)模擬量輸入/1個(gè)模擬量輸出。（2）數(shù)字量輸入/輸出模塊ADAM-6050具有12個(gè)數(shù)字量輸入，6個(gè)輸出通道，并且為以太網(wǎng)的無(wú)縫連接提供了10/100Base-T接口。ADAM-6051提供12路數(shù)字量輸入，2路數(shù)字量輸出和2個(gè)計(jì)數(shù)器（10MHz時(shí)基）并且為以太網(wǎng)的無(wú)縫連接提供了10/100Base-T接口。（3）繼電器輸出模塊ADAM-6060提供6路繼電器輸出，6路模擬量輸入，并且為以太網(wǎng)的無(wú)縫連接提供了10/100Base-T接口。ADAM-6050還提供了6路繼電器輸出和6路模擬量輸入。（4）ADAM以太網(wǎng)模塊的應(yīng)用軟件ADAM-6000系列模塊使用集成的專用應(yīng)用軟件工具進(jìn)行系統(tǒng)配置，應(yīng)用軟件名稱為：ADAM-5000TCP/6000UtilityProgram。該工具同時(shí)支持ADAM-5000/TCP和ADAM-6000模塊，提供了圖形化的界面來(lái)方便用戶的配置工作，同時(shí)也可以方便的用來(lái)監(jiān)控遠(yuǎn)端的DA&C系統(tǒng)。2.6.2智能調(diào)節(jié)器智能調(diào)節(jié)器一般具有RS-485數(shù)字通信接口，除了在控制系統(tǒng)中作為常規(guī)的單機(jī)控制器使用外，在現(xiàn)代工業(yè)控制中還可以作組態(tài)使用，常常與上位機(jī)一起使用構(gòu)成計(jì)算機(jī)監(jiān)督控制系統(tǒng)。常用的智能調(diào)節(jié)器國(guó)外的品牌有：SHIMADEN（日本島電）、YAKOGAWA（日本橫河）、HONEWELL（美國(guó)霍尼韋爾）、OMRON（日本歐姆龍）以及RKC（日本理化）等；國(guó)內(nèi)的品牌有：廈門宇電自動(dòng)化科技有限公司（廈門宇光）的AI系列1.硬件構(gòu)成:單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器(SingleStrategyController，簡(jiǎn)稱SSC)

SSC的硬件主要由MPU單元、過(guò)程I/O單元、PIA單元、面板單元、編程單元、通信單元和硬手操單元等組成。MPU單元是調(diào)節(jié)器的核心，它包括微處理器(或單片微機(jī))、系統(tǒng)存儲(chǔ)器(PROM/EPROM、EAPROM、RAM)、時(shí)鐘、Watchdog和接口電路等。PROM/EPROM中固化有調(diào)節(jié)器的監(jiān)控程序和功能程序。監(jiān)控程序負(fù)責(zé)面板(鍵盤、顯示器等)管理和巡回采樣控制等功能程序即各種運(yùn)算、控制、通信子程序(模塊)的集合。EPROM用來(lái)存放系統(tǒng)組態(tài)程序。系統(tǒng)組態(tài)程序是根據(jù)系統(tǒng)控制流程，抽取所需的運(yùn)算、控制模塊(固化在PROM/EPROM中)進(jìn)行軟連接而形成的。系統(tǒng)組態(tài)用編程單元完成。有些單回路數(shù)字調(diào)節(jié)器的系統(tǒng)組態(tài)程序是固化在EPROM中。

PIA（PeripheralInterfaceAdapter）單元是過(guò)程I/O單元、鍵盤及顯示單元與MPU連接的橋梁電路，實(shí)現(xiàn)電氣隔離與數(shù)據(jù)緩沖、鎖存等功能。不同的系統(tǒng)組態(tài)程序，能實(shí)現(xiàn)不同的控制過(guò)程，SSC能通過(guò)編程組態(tài)的方法，方便地組建和修改控制系統(tǒng)。故又稱為可編程調(diào)節(jié)器。鍵盤、顯示器也是數(shù)字調(diào)節(jié)器的重要組成部分，它是一種簡(jiǎn)單的人機(jī)接口，通過(guò)鍵盤修改調(diào)節(jié)器參數(shù)和工作狀態(tài)，顯示器可讓操作人員了解系統(tǒng)的工作狀態(tài)。通信單元(通信接口)使SSC能與集中監(jiān)視操作站、上位機(jī)通信，組成多級(jí)微機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)各種高級(jí)控制和管理。2.軟件構(gòu)成數(shù)字調(diào)節(jié)器的軟件包括以下幾部分：(1)監(jiān)控管理程序這是系統(tǒng)軟件，由它實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入/輸出通道、鍵盤、顯示器及通信等部件的管理，以及對(duì)調(diào)節(jié)器各硬件部分和程序進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)及處理等。對(duì)于固定程序的調(diào)節(jié)器，監(jiān)控管理程序較簡(jiǎn)單，主要用于修改和顯示調(diào)節(jié)器的工作方式和參數(shù)及監(jiān)視系統(tǒng)狀態(tài)，如對(duì)各個(gè)調(diào)節(jié)回路的PID參數(shù)TI、TD、P及采樣周期Ts等進(jìn)行整定、設(shè)定、修改傳感器或變送器量程、上下限報(bào)警值及進(jìn)行調(diào)節(jié)器手動(dòng)／自動(dòng)工作方式的切換等。對(duì)于可編程序調(diào)節(jié)器，還需提供一套可由用戶進(jìn)行系統(tǒng)組態(tài)的軟件，包括編程語(yǔ)言的編輯及編譯軟件，這種程序編制較復(fù)雜，但提供給用戶的編程語(yǔ)言卻十分簡(jiǎn)單，只要是有控制系統(tǒng)常識(shí)的人員都很容易掌握。這種調(diào)節(jié)器一般功能都十分豐富，具有很好的通用性和靈活性，讓用戶有很大的選擇余地。(2)應(yīng)用程序根據(jù)調(diào)節(jié)器的應(yīng)用功能所編的程序，如數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、數(shù)據(jù)處理、控制算法、報(bào)警及輸出等程序。在可編程調(diào)節(jié)器中，這些應(yīng)用程序以模塊形式給出，用戶可用數(shù)字調(diào)節(jié)器的編程語(yǔ)言將這些模塊進(jìn)行組態(tài)，構(gòu)成用戶所需系統(tǒng)。SSC的運(yùn)算、控制功能十分豐富，一般包括幾十種運(yùn)算、控制模塊。運(yùn)算模塊不僅能實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜組合的四則運(yùn)算，還能完成函數(shù)運(yùn)算和邏輯運(yùn)算。例如，用超前環(huán)節(jié)模塊1+Tds(Td超前時(shí)間)和滯后環(huán)節(jié)模塊1/(1+Tis)(Ti滯后時(shí)間)組成函數(shù)(1+Tds)/(1+Tis)；通過(guò)控制模塊組態(tài)可構(gòu)成PID、串級(jí)、比值、前饋、選擇、非線性、程序控制等。另外，SSC還有斷電保護(hù)和自診斷功能，提高了系統(tǒng)的可靠性。2.6.3可編程序控制器(PLC)1.PLC的硬件結(jié)構(gòu)可編程控制器的結(jié)構(gòu)形式分為整體式和模塊式兩類。2.PLC的軟件結(jié)構(gòu)可編程控制器的軟件可分為系統(tǒng)軟件、編程軟件和應(yīng)用軟件三部分。（1）系統(tǒng)軟件（2）編程軟件（3）應(yīng)用軟件2.6.4運(yùn)動(dòng)控制器1.運(yùn)動(dòng)控制器分類(1)基于計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)總線的運(yùn)動(dòng)控制器這種運(yùn)動(dòng)控制器大都采用DSP或微機(jī)芯片作為CPU，具有開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)，以PC機(jī)作為信息處理平臺(tái)，運(yùn)動(dòng)控制器以插卡形式嵌入PC機(jī)，即“PC+運(yùn)動(dòng)控制器”的模式。將PC機(jī)的信息處理能力和開(kāi)放式的特點(diǎn)與運(yùn)動(dòng)控制器的運(yùn)動(dòng)軌跡控制能力有機(jī)地結(jié)合在一起，具有信息處理能力強(qiáng)、開(kāi)放程度高、運(yùn)動(dòng)軌跡控制準(zhǔn)確、通用性好的特點(diǎn)?？赏瓿蛇\(yùn)動(dòng)規(guī)劃、高速實(shí)時(shí)插補(bǔ)、伺服濾波控制和PLC功能，它開(kāi)放的函數(shù)庫(kù)可供用戶根據(jù)不同的需求，在DOS或WINDOWS等平臺(tái)下自行開(kāi)發(fā)應(yīng)用軟件，組成各種控制系統(tǒng)如美國(guó)DeltaTau

公司的PMAC多軸運(yùn)動(dòng)控制器和固高公司的GT/GH系列運(yùn)動(dòng)控制器等。伺服電機(jī)PMAC卡驅(qū)動(dòng)器ABC接口板ABC編碼器.機(jī)械I/O軟件接口圖2-51開(kāi)放式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制系統(tǒng)示意圖(2)Soft型開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制器這種運(yùn)動(dòng)控制器提供給用戶最大的靈活性，它的運(yùn)動(dòng)控制軟件全部裝在計(jì)算機(jī)中，而硬件部分僅是計(jì)算機(jī)與伺服驅(qū)動(dòng)和外部I/O之間的標(biāo)準(zhǔn)化通用接口。用戶可以在WINDOWS平臺(tái)和其他操作系統(tǒng)的支持下，利用開(kāi)放的運(yùn)動(dòng)控制內(nèi)核，開(kāi)發(fā)所需的控制功能。典型產(chǎn)品有美國(guó)MDSI公司的OpenCNC、德國(guó)PA公司的PA8000NT。美國(guó)SoftSERVO公司的基于網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)動(dòng)控制器和固高科技公司的GO系列運(yùn)動(dòng)控制器產(chǎn)品等。Soft型開(kāi)放式運(yùn)動(dòng)控制的特點(diǎn)是開(kāi)發(fā)、制造成本相對(duì)較低，能夠給予系統(tǒng)集成商和開(kāi)發(fā)商更加個(gè)性化的發(fā)展。(3)嵌入式結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器

是把計(jì)算機(jī)嵌入到運(yùn)動(dòng)控制器中，能夠獨(dú)立運(yùn)行。

運(yùn)動(dòng)控制器與計(jì)算機(jī)之間的通信依然是靠計(jì)算機(jī)總線，實(shí)質(zhì)上是基于總線結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)控制器的一種變種。

在使用中，采用如工業(yè)以太網(wǎng)、RS-485、SERCOS、PROFIBUS等現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)通信接口聯(lián)接上級(jí)計(jì)算機(jī)或控制面板。

嵌入式的運(yùn)動(dòng)控制器也可配置軟盤和硬盤驅(qū)動(dòng)器，甚至可以通過(guò)Internet進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。

例如美國(guó)ADEPT公司的SmartController，固高科技公司的GU嵌入式運(yùn)動(dòng)控制平臺(tái)系列產(chǎn)品等。

2.變頻器變頻器的主要任務(wù)就是把恒壓恒頻（CVCF）的交流電轉(zhuǎn)換為變壓變頻（VVVF）的交流電，以滿足交流電機(jī)變頻調(diào)速的需要。從結(jié)構(gòu)上分，變頻器可以分為交-交變頻器（亦稱直接變頻器）和交-直-交變頻器（亦稱間接變頻器）。除了作為交流電機(jī)調(diào)速驅(qū)動(dòng)器，現(xiàn)在很多變頻器具有PID調(diào)節(jié)功能，與溫度、壓力、流量等傳感器配合使用，可以構(gòu)成一個(gè)單獨(dú)的控制系統(tǒng)應(yīng)用，省去了控制器。新一代變頻器均具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，用戶可以利用通信接口對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制。也可以使多臺(tái)變頻器組網(wǎng)應(yīng)用，與計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。新一代變頻器均具有標(biāo)準(zhǔn)通信接口，用戶可以利用通信接口對(duì)變頻器進(jìn)行遠(yuǎn)程集中控制。也可以使多臺(tái)變頻器組網(wǎng)應(yīng)用，與計(jì)算機(jī)連接構(gòu)成分布式控制系統(tǒng)。2.7硬件抗干擾技術(shù)2.7.1過(guò)程通道抗干擾技術(shù)2.7.2CPU抗干擾技術(shù)2.7.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù)所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。克服干擾的措施：硬件措施，軟件措施，軟硬結(jié)合的措施。干擾的來(lái)源：外部干擾和內(nèi)部干擾。外部干擾主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件。內(nèi)部干擾主要是分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元器件產(chǎn)生的噪聲。分布電容：除電容器外，由于電路的分布特點(diǎn)而具有的電容叫分布電容．。分布電感：distributedinductance。1.串模干擾及其抑制方法

(1)串模干擾：所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。也稱為常態(tài)干擾。2.7.1過(guò)程通道抗干擾技術(shù)（2）串模干擾的抑制方法①根據(jù)串模干擾頻率的高低，采用低通濾波器、高通濾波器帶通濾波器抑制串模干擾。一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。②當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。因?yàn)榇祟愞D(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的積分值進(jìn)行測(cè)量，而不是測(cè)量信號(hào)的瞬時(shí)值。若干擾信號(hào)是周期性的而積分時(shí)間又為信號(hào)周期或信號(hào)周期的整數(shù)倍，則積分后干擾值為零，對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生誤差。③對(duì)于串模干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大。從而提高回路中的信號(hào)噪聲比；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。④從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制串模干擾。⑤采用雙絞線作信號(hào)引線的目的是減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。

2．共模干擾及其抑制方法所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。被測(cè)信號(hào)Us的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的電位差Ucm

。共模干擾示意圖單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端對(duì)地輸入方式，此時(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，所以必須采用雙端輸入不對(duì)地方式。

ZS、ZS1、ZS2為信號(hào)源US的內(nèi)阻抗

ZC、ZC1、ZC2為輸入電路的輸入阻抗。共模干擾電壓Ucm對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入端A和B的共模電壓和兩個(gè)輸入端之間的共模電壓分別為：為了衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRatio)來(lái)表示，即

Ucm--共模干擾電壓，Un--Ucm轉(zhuǎn)化成的串模干擾電壓。對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，由于Un=Ucm，所以CMRR=0，說(shuō)明無(wú)共模抑制能力。對(duì)于雙端不對(duì)地輸入方式，由Ucm引入的串模干擾Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干擾能力越強(qiáng)。(2)共模干擾的抑制方法①變壓器隔離利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)，以使共模干擾電壓Ｕcm不成回路，從而抑制了共模干擾。另外，隔離前和隔離后應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。

②光電隔離光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成的，發(fā)光二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光，傳給光敏三極管。

③浮地屏蔽采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來(lái)抑制共模干擾。這是利用屏蔽方法使輸入信號(hào)的“模擬地”浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。

④采用儀表放大器提高共模抑制比儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門用來(lái)分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。儀表放大器將兩個(gè)信號(hào)的差值放大。抑制共模分量是使用儀表放大器的唯一原因。

AD620（低功耗，低成本，集成儀表放大器），還有AD623等等。3.長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法(1)長(zhǎng)線傳輸干擾

①長(zhǎng)線的“長(zhǎng)”是相對(duì)的；

②信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問(wèn)題：一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾。二是具有信號(hào)延時(shí)。三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。（阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。）(2)長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度。

雙絞線與同軸電纜雙絞線的波阻抗一般在100至200Ω之間，絞花越密，波阻抗越低。同軸電纜的波阻抗一般在50至100Ω之間。①終端匹配：②始端匹配：2.7.2CPU抗干擾技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPU抗干擾措施：

①Watchdog(俗稱看門狗)②電源監(jiān)控(掉電檢測(cè)及保護(hù))③復(fù)位

MAX1232微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔助功能以及電源供電監(jiān)控功能。MAX1232通過(guò)監(jiān)控微處理器系統(tǒng)電源供電及監(jiān)控軟件的執(zhí)行，來(lái)增強(qiáng)電路的可靠性，它提供一個(gè)反彈的(無(wú)鎖的)手動(dòng)復(fù)位輸入。另外常用的集成電路還有X5045、IMP813等。1．MAX1232的結(jié)構(gòu)原理

MAX1232引腳圖MAX1232內(nèi)部原理圖2．MAX1232的主要功能(1)電源監(jiān)控(2)按鈕復(fù)位輸入

(3)監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)(1)電源監(jiān)控電壓檢測(cè)器監(jiān)控Vcc。每當(dāng)Vcc低于所選擇的容限時(shí)(5%容限時(shí)的電壓典型時(shí)為4.62V，10%容限時(shí)的電壓典型時(shí)為4.37V)就輸出并保持復(fù)位信號(hào)。選擇5%的容許極限時(shí)，TOL端接地；選擇10%的容許極限時(shí)，TOL端接Vcc。當(dāng)Vcc恢復(fù)到容許極限內(nèi)，復(fù)位輸出信號(hào)至少保持250ms的寬度，才允許電源供電并使微處理器穩(wěn)定工作。(2)按鈕復(fù)位輸入

MAX1232的PBRST端靠手動(dòng)強(qiáng)制復(fù)位輸出，該端保持tPBD是按鈕復(fù)位延遲時(shí)間，當(dāng)PBRST升高到大于一定的電壓值后，復(fù)位輸出保持至少250ms的寬度。

一個(gè)機(jī)械按鈕或一個(gè)有效的邏輯信號(hào)都能驅(qū)動(dòng)PBRST，無(wú)鎖按鈕輸入至少忽略了1ms的輸入抖動(dòng)，并且被保證能識(shí)別出20ms或更大的脈沖寬度。該P(yáng)BRST在芯片內(nèi)部被上拉到大約100μA的Vcc上，因而不需要附加的上拉電阻。(3)監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)用于因干擾引起的系統(tǒng)“飛程序”等出錯(cuò)的檢測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)。微處理器用一根I/O線來(lái)驅(qū)動(dòng)輸入ST，微處理器必須在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)ST端(其時(shí)間取決于TD)，以便來(lái)檢測(cè)正常的軟件執(zhí)行。如果一個(gè)硬件或軟件的失誤導(dǎo)致沒(méi)被觸發(fā)，在一個(gè)最小超時(shí)間間隔內(nèi)，ST的觸發(fā)只能被脈沖的下降沿作用，這時(shí)MAX1232的復(fù)位輸出至少保持250ms的寬度。監(jiān)控電路MAX1232的典型應(yīng)用2.7.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù)1．供電技術(shù)2．接地技術(shù)從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括：

1、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。

2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以供下一級(jí)變換。

3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。

4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直