微机控制技术项目教程 教学课件 ppt 作者 汤平课件 项目三 模拟量输入输出通道接口设计.ppt

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1、项目三模拟量输入输出通道接口设计项目导读通过本项目，掌握单片机利用模/数转换电路实现对外部模拟量的采集方法，同时掌握利用数/模转换电路实现对常用外部设备的控制方法。项目任务单通过本项目的相关知识的学习，要求完成下面两个电路的软硬件设计：简易的温度报警器的设计简易的数控直流稳压电源的设计任务知识及实施在微型计算机控制系统中，要实现对工业对象和生产过程的控制，就要将对象的各种状态参数，经过测量按照计算机要求的方式送入微型计算机。计算机经过计算、处理之后，将结果以数字量的形式输出，然后经过相应的一系列输出变换，使输出量变成适合控制工业对象的量。因此，

2、在计算机和工业控制对象之间，必须设置信息的传递和变换装置。这个装置就叫做输入输出通道，它们在微型计算机和工业控制对象之间起着连接纽带和桥梁的作用。输入输出通道包括模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道3.1模拟量输入通道3.1.2A/D转换及其接口技术3.1.3典型A/D转换器应用实例案例4简易的温度报警器的设计3.1.1模拟量输入通道3.1.1模拟量输入通道组成模拟量输入通道的任务，就是要把从控制对象检测得到的模拟信号，变换成二进制数字信号，经接口送入计算机。1.模拟量输入通道的一般组成2.输入信号的处理3.采样和采样定理4

3、.模拟多路开关5.采样保持器1.模拟量输入通道的一般组成模拟量输入通道的结构形式有单路模拟量输入通道多路模拟量输入通道2.输入信号的处理输入信号处理的任务是将被测对象的输出信号变换成计算机要求的输入信号。图3.2输入信号的处理电路的结构图3.2输入信号的处理电路的结构3.采样和采样定理（1）信号的采样（2）量化（1）信号的采样采样的定义采样过程采样定理采样的定义计算机数据采集系统按照分时的方式逐点对现场连续信号进行采集，从而把连续变化量变成离散的数字量，这个过程称为信号的采样。采样的定义采样过程采样开关闭合的时间τ称为采样宽度两次采样之间的时间

4、间隔T称为采样周期采样的定义采样过程采样定理香农定理指出，如果随时间变化的模拟信号f(t)的最高频率为fmax,那么只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，则采样信号f*(t)就能无失真地恢复原连续信号f(t)。（2）量化所谓量化，就是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。量化过程可以视为“数值分层”的过程。微型计算机中的信号是以二进制数的代码来表示的，任何值只能表示成二进制数的整数倍。假设fmax和fmin分别为信号的最大值和最小值，则用字长为i的二进制数进行量化，量化单位是模/数转换器最低位二进制位（LSB）

5、所代表的物理量，其值为4.模拟多路开关模拟多路开关又称多路转换器。模拟多路开关主要用在两方面：在多通道数据采样检测时，把多个模拟量参数分时地接通并送入A/D转换器，即完成多到一的转换，这叫多路开关；把经由计算机处理，且由D/A转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备）中，即完成一到多的转换，这叫多路分配器，或反多路开关。（1）模拟多路开关的分类根据组成结构的不同分：一类是机械触点式开关，如干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电器；另一类是无触点电子式开关，如晶体管、场效应管以及集成电路开关等。按用途来分：单向多路开关：

6、只能做多路开关或反多路开关其中的一种用途，如AD7501（8路）、AD7506（16路）；双向多路开关：双向多路开关则既能做多路开关，又能做多路分配器，称为如CD4051。按输入信号的连接方式来分单端输入：CD4051双端输入（或差动输入）：CD4052（2）CD4051CD4051是单端8通道双向多路开关8路模拟量输入通道，输入信号Vi的电压范围可以在VDDVSS之间，即VSS≤Vi≤VDD。C，B，A的信号用来选择8个通道之一被接通CD4051允许VDD，VEE，VSS的电压范围为－0.5V15V禁止输入端INH=“1”，禁止模拟量输入

7、当INH=“0”，允许模拟量输入多路分配器设置端，只要把输入信号与引脚3连接，改变C，B，A三个控制信号的值，则可使其与8个输出端的任何一路相通，完成一到多的分配器。5.采样保持器在工业生产过程中，有很多变化比较快的模拟量，而且我们还经常要对多个通道的模拟输入量进行分时采样，这就要求输入到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求A/D转换器的输入信号能够跟随模拟量变化。上述任务的完成要靠一种器件叫做采样—保持器（Sample/Hold），简写为S/H。（1）采样—保持器的工作原理S/H一般由模拟开关、储能元件（电容）和缓

8、冲放大器组成在采样方式中，控制开关S闭合，输入信号通过电阻R向电容C充电，采样—保持器的输出跟随模拟量输入电压变化。在保持状态时，开关S断开，采样—保