过程通道和数据采集系统ppt培训课件

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1、第三章过程通道和数据采集系统3.1概述3.2模拟量输入通道3.3D/A与A/D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过程通道的抗干扰措施3.1概述在计算机和生产过程之间，进行信息传递和变换的装置称为过程输入、输出通道。它们在微型机和生产过程之间起了纽带和桥梁的作用。过程通道的组成和功用组成：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。功用：对工业现场运行状态进行检测以及将控制量输出给控制对象。注：本章重点介绍模拟量输入、输出通道

2、。表3-1列出了微机控制系统中生产过程输入信息的来源和输出信息的用途。2.信号转换中的采样、量化和编码1）信号的采样采样过程如图3-1所示。这种把时间连续的信号变成一连串时间不连续的脉冲信号的过程称为采样过程或离散化过程。f*(t)为采样信号，0,T,2T,…各时间点称为采样时刻，T称为采样周期，S为采样开关或（采样器），t称为采样宽度，代表采样开关闭合的时间。图3-1采样过程(a)被采样信号(b)采样开关(c)采样信号数据采样定理由香农定理可知：如果随时间变化的的模拟信号（包括噪声干扰）的最高频率为f

3、max，则只要按照采样频率f>=fmax进行采样，那么取出的样品系列就足以代表原来的连续信号。实际应用中常取f>=(5~10)fmax。2）量化采样信号不能直接进入计算机，必须经过整量化成为数字信号后才可以输入。这种按四舍五入的小数归整的过程称为整量化。如图3-2数字信号和采样信号的区别在于，前者幅值是断续的。数字计算机内的信号是用二进制代码表示的，任何值只能表示成二进制的整数倍。量化单位q是A/D转换器最低二进制位所代表的物理量，量化误差位+q。图3-2整量化过程(a)方块图(b)坐标表示3）编码在模

4、拟量转换过程中，对双极性信息通常有3种表示方法：符号－数值码类似于原码，增加一位符号位，其它数值与单极性相同。偏移二进制码它是两种直接的二进制码，用满刻度来加以偏移。符号位在正值（包括零在内）时均为1，在负值时均为0。补码与计算机内的补码相同。表3-2列出了常用双极性编码法（三位加符号位）的代码。在A/D转换之后或D/A转换之前，可能要进行代码转换，下表列出了常用双极性代码之间的转换关系。返回本章首页3.2模拟量输入通道模拟量输入通道的任务是，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

5、口送入计算机。1.模拟量输入通道的一般组成多路模拟量输入通道的一般组成框图如图3-3图3-3多路模拟量输入通道的一般组成框图2.多路转换器多路转换器又称多路开关，在分时检测时，利用多路开关可将各个输入信号依次或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。它是切换模拟电压信号地关键元件。理想地多路开关：其开路电阻无穷大，而接通时的导通电阻应为零。此外，还希望切换速度快，噪声小，寿命长，工作可靠。多路开关有两大类：机械触点式（干簧继电器和机械振子式继电器）电子式开关（晶体管、场效应管以及集成电路开关等）首先介绍

6、常用的由C-MOSFET（场效应管）组成的单片多路开关CD4051CD4051的引脚及用法CD4051是单边8通道多路调制器/多路解调器。其引脚结构如图3-4所示。图3-4中，C、B、A为二进制控制输入端，改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。当INH=1时，通道断开；当INH=0时，通道接通。改变图中IN/OUT0~7及OUT/IN的传递方向，则可用作多路开关或反多路开关。其真值表如表3-5所示。图3-4CD4051引脚图表3-5CD4051真值表CD4051的工作原

7、理原理图如图3-6，CD4051有数字和模拟信号电平数字信号为3～15v，模拟信号峰峰值为15v。图3-6单片多路开关CD4051的原理图CD4051的应用扩展多路转换开关的扩展当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来，组成8×2或16×2的多路开关。下面以CD4051为例说明多路开关的扩展方法。两个8路开关扩展成16路的多路开关的方法，如图3-7所示。图3-7用CD4051多路开关组成的16路模拟开关接线图多路转换开关差动输入方式的连接为了提高抗共模干扰的能力，可用差动输入方式。图3

8、-8为16个通路差动输入时CD4051的接法。图3-80～15个通路差动输入时CD4051的接法选择多路转换器主要应考虑的因素:通路数目单端还是差动的连接，电平高低如何。采用什么方式对各通路进行寻址。开关切换时要多少时间才能稳定到要求的精度？各通路间允许有多大的串扰误差。3.可编程放大器1）采用增益可调的仪表放大器方案仪表放大器除具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低外，有的具有增益可调的功能。如AM-542,AM-543。图3-9是这种增