计算机控制系统-刘士荣第2章

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1、计算机控制系统第2章输入输出接口与过程通道技术2.1输入输出过程通道概述过程通道的主要任务是将生产过程中的各种参量和状态通过检测器件转换成计算机所能接收的信息送入计算机，计算机按确定算法计算后，又将计算结果以数字量或转换成模拟量的形式输出给执行机构，从而对被控对象进行自动控制。因此过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换的桥梁作用。图2-1输入输出过程通道组成结构图信息种类输入信息来源或输出信息的用途模拟量输入数字量输入脉冲计数器模拟量输出数字量输出温度、压力、物位、转速、成分等接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入

2、信号等控制执行装置、显示、记录等对执行器进行控制、报警显示等表2-1生产过程输入输出信息来源与用途2.2模拟量输入通道图2-2模拟量输入通道方框图2.2.1信号调理在进一步作模拟或数字处理之前，必须对输入信号作适当调理，即通过放大、电平变换、电隔离、阻抗变换、线性化和滤波，将传感器输出的电信号尽可能不失真地转变为标准的电流或电压信号（通常为4～20mA、0～5V等）。传感器输出信号不同，其相应的信号调理电路也不同，一般包括标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等。表2-2常见信号调理单元的构成与功能信号类型构成及功能低电压电流/频率热电阻(RTD)/热敏电阻热电偶应

3、变信号隔离、放大、信号滤波等电流/频率与电压的转换、隔离、放大、信号滤波等激励电源、隔离、放大、信号滤波等隔离、放大、信号滤波、冷端补偿等激励电源、电桥电路、隔离、放大、信号滤波等1．电桥电路图2-3热电偶变送器输入电路(2-1)(2-2)(2-3)电桥电路是最常见的标度变换电路之一，也称为测量电桥电路，它结构简单，应用广泛。2．仪表放大器经由传感器或敏感元件转换后输出的信号一般电平较低，经电桥等电路变换后的信号亦难以直接用来显示、记录、控制或进行A/D转换。为此，测量电路中常设有模拟放大环节（一般为线性放大环节）。图2-4仪表放大器结构(2-4)(2-5)(2-6)(2-7)(

4、2-8)(2-9)图2-5AD620引脚图图2-6AD620典型应用图2-7AD620在压力检测电路中的应用3．隔离放大器在有强电或强电磁干扰的环境中，为了防止电网电压或其它电磁干扰测量回路，通常在模拟量输入通道中采用隔离技术。隔离放大器的符号图2-8所示，其输入和输出两部分的信号和供电电源端口都是电气隔离的。图2-8隔离放大器的符号图2-9变压器耦合两端隔离放大器图2-10AD210电路结构4．电流/电压（I/V）转换器在计算机测控系统的模拟量输入通道调理电路中，除标度变换器、滤波、线性化校正、零点和满刻度调整等电路外，往往还包括电流/电压（I/V）转换器，这是因为大多数输入信

5、号（如压力、流量、位移等）的调理电路都直接由相应的产品化器件——变送器来完成。图2-11AD210在热电偶测量中的应用图2-12二线制变送器的连接图2-13无源I/V变换电路图2-14有源同相输入I/V变换电路图2-15有源反相输入I/V变换电路在计算机测控系统中，被控量与被测量的回路往往是几路或几十路，此时往往采用公共的A/D、D/A转换电路，利用多路转换开关轮流切换各被控或被测回路与A/D、D/A转换电路间的通路，以达到分时复用的目的。2.2.2多路转换开关1．CD4051图2-16CD4051结构原理图图2-17CD4051引脚图输入状态接通道号INHCBACD405100

6、00000011001020011301004010150110601117表2-3CD4051真值表图2-18CD4052结构原理图图2-19CD4052引脚图表2-4CD4052真值表输入状态接通道号INHBAXY000000011101022011331XX不通2.2.3可编程增益放大器（PGA）在计算机测控系统中，模拟量输入通道的变化范围会随被测量所处的环境和时间的变化而变化，因此希望能自动改变放大器的增益，使信号通过放大器后，具有合适的动态范围，即实现自动量程切换，以便于A/D转换或信号调理。此外，在多路数据采集系统中，也可能遇到各路信号动态范围不一致的情况，这时希望放

7、大器对不同的通路具有不同的增益，以实现相同的动态输出。图2-20用仪表放大器实现的可编程增益放大器图2-21LH0084电路结构2.2.4采样保持器1．采样保持器的作用A/D转换器将模拟信号转换成数字量需要一定的时间，完成一次转换所需的时间称孔径时间。对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。图2-22正弦模拟信号(2-10)(2-11)(2-12)(2-13)图2-23采样保持电路2．采样保持器的组成与工作原理采样保持电路由输入缓冲放大器A1、模