《计算机控制》PPT课件

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1、2.3模拟量输入通道及接口一、模拟量输入通道结构利用传感器将信号源检测的非电量转换为电量，并进行信号处理、滤波、多路转换、信号放大等，经采样保持器，将模拟信号变换成时间上离散的采样保持信号后，送至A／D转换器将模拟保持信号转换成数字信号，再经I／O接口电路送入计算机.二、模入通道结构形式1）多路信号源共享采样保持器和A／D转换器节省硬件资源，成本较低，但转换速度较慢，常用于分时采样和分时转换的控制系统中。2）多路同时采样、分时转换模入通道多用于转换速度、精度要求不高，需同时采集、分时转换的控制系

2、统，如多点巡回检测系统。3）多路A／D通道同步高速数据采集、同步转换的控制系统，成本较高。三、A／D转换器的外围电路1、模拟多路开关模拟多路开关又称多路转换器，用来切换模拟电压信号。可以将各路模拟信号依次连接到程控放大器或A/D转换器上。以CD4051为例。CD4051多路开关图8-34CD4051多路开关引脚图说明：VEE：负电源VSS：地端VDD：正电源INH：为允许／禁止输出控制端。当INH为“1”时，前后级通道断开，当INH为“0”时，正常选通。C,B,A：地址信号X：输出/输入公共端。

3、2.3模拟量输入通道及接口CD4051多路开关译码逻辑INHCBA与3相连的信号0000X00001X10010X20011X30100X40101X50110X60111X71xxx无2、采样保持器采样保持器是对输入信号进行采集、保持的器件，采集瞬时电压信号并保持。采样开关闭合时，模拟信号经放大器输入，送给A/D转换器进行转换。而A/D转换是需要一定时间的，为了在这段时间里将采集的信号维持不变，保证转换精度，需加采样保持器。模拟开关：采样或保持保持电容：保持输入电压缓冲放大器：隔离保持电容与负

4、载采样保持器基本组成采样保持器工作原理采样过程:当控制信号为高电平（即采用阶段）时，开关S闭合，输入信号通过电阻R向保持电容C充电。通常，要求充电时间越短越好，以使电容迅速达到输入电压值。保持过程:控制信号为低电平（即保持阶段）时，开关S断开，V0保持S断开时的电压值。A／D转换器就根据电容C上的电压进行整量化。2.3模拟量输入通道及接口四、A/D转换器根据工作原理，A/D转换器最常用的有两种：双积分式A/D转换器和逐位逼近式A/D转换器。１、双积分A/D转换器原理:图8-17组成：积分器、比较

5、器、电子开关、计数器、定时与控制逻辑五部分组成。原理：采用间接测量原理，将被测电压转换成时间常数T。一次转换需要2次积分，故称双积分。A/D转换过程：①先对被测输入电压Vx进行固定时间T0的正向积分，②然后控制逻辑将电子开关接参考电压进行反向积分，直至反向积分输出返回到起始值。由于参考电压与输入电压反向，且参考电压恒定，所以反向积分斜率固定,反向积分时间T正比于输入电压。③用高频标准时钟脉冲测量反向积分时间T，得到相应于输入电压的数字量。结论:(1)双积分A/D分辨率提高，需提高时钟频率或降低V

6、ref。(2)提高时钟频率，需采用采用高速器件，以提高转换电路的工作速度.特点:（1）精度高;（2）对交流干扰有较强的抑制能力，因是积分过程;（3）转换过程较慢，因有2个积分过程。双积分A/D转换器如图8-18（二分搜索法）组成：D/A转换器、比较器、逐次逼近数字寄存器（SAR）、控制逻辑、输出缓冲器。信号：Vx----待转换的输入模拟电压；Vs-----D/A转换后的模拟电压；A/D转换过程：(1)微机发出‘启动’信号，清除寄存器各位；(2)由控制逻辑将SAR寄存器的最高位置1；(3)D/A转

7、换器将10000000转成Vs;2、逐位逼近式A/D转换器原理逐位逼近式A/D(5)置次高位为1，重复（3）、（4）步，直到SAR所有寄存器位处理完。(6)控制逻辑发‘转换结束’信号，通知CPU，可以读取数据。结论：(1)逐次逼近式A/D转换器的精度取决于D/A的精度，与比较器有关；(2)A/D转换的满量程是D/A输入为全1时的输出电压。即如果Vref=-5V,则VsMax=5V。当Vx>5V时，数字量输出全为1。即只能对0-5V的Vx有效转换，大于5V时达到了满量程。(3)D/A的位数越高，分

8、辨率越高，转换时间越长。是使用最广泛的ADC,16位以下的A/D转换时，速度和精度都可以。(4)比较器比较Vx和Vs，若Vx>Vs,比较器输出1，说明前步置1正确,予以保留；若Vx