计算机控制过程通道和数据采集系统

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1、第三章过程通道和数据采集系统1本章学习目的:解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题。计算机和工业现场信号无法进行直接传递，这就需要在二者之间进行信息传递和交换的装置，这就是过程通道，是本章的主要内容之一。2本章主要内容3.1概述3.2模拟量输入通道3.3A/D与D/A转换技术3.4单片A/D转换器及其与微处理器的接口3.5数据采集系统3.6模拟量输出通道3.7本章总结3第一节Unit1概述Introduction4过程通道：计算机和生产过程之间设置的

2、信息传送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO）微机控制系统组成框图5计算机控制系统的输入输出接口(经常被称作生产过程通道)是计算机与生产过程或外部设备之间交换信息的桥梁，也是计算机控制系统中的一个重要组成部分。工业过程控制的计算机，必须实时地了解被控对象的情况，并根据现场情况发出各种控制命令控制执行机构动作，如果没有输入输出接口的支持，计算机控制系统就失去了实用的价值。6接口的必要性速度不匹配，CPU速度快，外围设备速度不尽相同数据格式不同，CPU以字节为单位传送，外围通道字长可以是10位、12位等，有的要求串行传送信号形式不匹配，CPU

3、现在多为TTL电平标准，而外围通道则有电子、机械、电磁等不同形式必须具有电平转换、字/字节转换、串/并转换，为CPU提供外围通道的状态信息，地址译码电路、中断申请、中断屏蔽电路等7输入输出接口技术——研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术。输入输出接口——简称“接口”1、接口、通道及其功能1)I／O接口电路I／O接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。82)I／O通道I／O通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。信号的输入通路:模拟量、数字量信号的输出通路

4、:模拟量、数字量输入和输出通路的主要功能———实现模拟量与数字量之间的信号变换在微型机和生产过程之间起到了纽带和桥梁的作用。9第二节Unit2模拟量输入通道AnalogInputInterface10本节主要内容模拟量输入通道的一般组成信号处理多路模拟转换开关可编程序放大器采样与保持A/D转换器控制电路11模拟量输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。结构组成如图所示，来自于工业现场传感器或变送器的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟开关，分时切换到后级进行前

5、置放大、采样保持和模/数转换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，从而完成对过程参数的巡回检测任务。12模拟量输入通道的一般组成模拟输入通道一般由信号处理、多路转换器、放大器、采样保持器、A/D转换器和控制器组成A/D通道或AI通道131.信号处理：是整个控制系统中很重要的一环，关系到整个系统的精度。信号处理主要包括：小信号放大、信号滤波、信号衰减、阻抗匹配、电平变换、非线性补偿、电流/电压电平转换等2.多路转换器：由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某一时刻只能接收一个回路的信号。

6、所以，必须通过多路模拟开关实现多选一的操作，将多路输入信号依次地切换14目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、8路)、CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、16路)等。多个信号要共用一个模拟通道输入微型机，需要多路转换器，这种方式主要适用于A/D转换芯片比较昂贵，信号路数比较多的情况，有些A/D转换芯片带有多路转换器：如ADC0809、ADC0816。多路转换器实际上就是多路开关。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成一到多的切换；而单向

7、则只能完成多到一的切换。双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。15现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原理如图所示。CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、A=001时，通道S1通；……当C、B、A=111时，通道S7选通。其真值表如表所示。16C

8、D4051结构原理图由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成1718扩展电路当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将2个8路4