计算机控制技术 教学课件 作者 夏扬 主编 第2章.ppt

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1、第二章过程输入／输出通道第一节信号的采样与复现第二节模拟量输入通道第三节模拟量输出通道第四节数字量输入／输出通道常用的计算机输入／输出通道分为四类。第一类是模拟量输入通道；第二类是模拟量输出通道；第三类是数字量(开关量)输入通道；第四类是数字量(开关量)输出通道第一节信号的采样与复现一、信号的采样与重构采样是按一定的时间间隔T对时间连续的信号进行取值的过程，得到或。一般称为采样信号，称为离散信号或时间序列信号，称采样时间间隔丁为采样周期。离散信号是时间离散、幅值连续的信号。离散信号是从时间连续信号中按取出的离散时刻序列值。是对的取样，即和的关系是局部与整体的关系。现在的问

2、题是：这个局部能否反映整体?亦即能否由惟一地确定或重构连续信号?连续信号及其频谱可构成如下的变换对：二、混频现象与滤波混频现象又称为频率混叠现象。1）当连续信号的带宽是有限的，即时，为信号中的最高频率分量。2)若连续系统的频谱是无限带宽的，事实上实际信号一般都属于此类情况。三、信号的复现与零阶保持器理想的不失真的恢复需要具备3个条件：3)具有理想的低通滤波器，其特性为1)原连续信号的频谱必须是有限带宽，即2)满足采样定理，即设滤波器输出信号y(t)的频谱为，在上述3个条件下，由于后均为零，所以中只有n=0时的基本频谱才能通过理想滤波器，其余所有旁带均被滤去，所以下面公式说

3、明滤波器的输出可以无失真地恢复出原连续信号，即在计算机控制系统的A／D转换中，为了适应量化过程所需的转换时间的要求，在采样开关之后总是连接着零阶保持器，对采样开关输出的采样信号进行保持。以后将这种结构称为采样保持结构，记为S／H(sample／Hold)，其传递函数框图如图所示。第二节模拟量输入通道一、模拟量输入通道的结构模拟量输入通道根据不同的应用要求，可以有不同的结构形式，最简单的就是单路模拟量输入通道。整个模拟量输入通道可分为两块。一块是模拟量输入接口，主要部分是A／D转换器及其与计算机的数字量接口，另一块则是对模拟量输入信号进行调理以适合A／D转换器对输入电压要求

4、的相关电路。二、多路转换器多路转换器又称多路开关，它是用来切换模拟电压信号的关键元件。理想多路开关的开路电阻应为无穷大，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。三、采样保持器的工作过程在满足转换精度的条件下，为了提高信号允许的工作频率，一般需用采样保持器。采样保持器有两种工作状态，一种是采样状态，另一种是保持状态。实际选用采样保持器时要注意它的获取时间的大小，获取时间指从发出采样指令到采样保持器输出与其输入相等所需的时间。A／D转换位数与转换信号的分辨率直接相关。转换位数越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏。2．A／D转换器的转换

5、速度A／D转换器从启动转换开始到转换结束输出稳定的数字量需要一定的时问，这一时间就是A／D转换器的转换时间。3.选择A/D转换器的其他因数选择A/D转换器芯片时，应考虑环境条件，如工作温度、可靠性等性能参数1．A／D转换器的位数四、A／D转换器的选择A／D转换器的编程要考虑A／D芯片的转换时间、采样周期的大小、CPU的资源使用等综合因素，不能不加分析地随意选择一种方案，否则会使系统的效率下降。A／D转换器需要在微处理器的控制下才能工作，这是由软件编程实现的。五、A／D转换器软件编程第三节模拟量输出通道一、模拟量输出通道的结构单路模拟量输出通道的结构它由接口电路、寄存器、D

6、／A转换器和放大变换电路组成。二、单极性与双极性输出实时控制系统中被控制的物理量，如温度、压力和流量等，转换成电信号后，参数的变化范围是单极性的，即经传感器和变送器后，转换为0~10mA或4~20mA信号，可以用单极性输出方式。2．器件主要结构特性和应用特性(1)数字量输入特性(2)模拟量输出特性(3)锁存特性及转换控制(4)参考电源三、D／A转换器的选择1．D／A转换器的位数0第四节数字量输入／输出通道一、数字量输入／输出通道的结构数字量输入／输出通道一般由三部分组成：CPU接口逻辑电路、输入缓冲器和输出锁存器、输人／输出电气接口亦即数字量输入信号调理和输出信号驱动电路

7、。各种数字量输入／输出电气接口主要完成滤波、电平转换、隔离和功率驱动等功能。二、数字量输入信号调理和信号隔离1．信号转换电路1)电压或电流转换电路2)开关触点型信号输入电路2．滤波电路3．保护电路4．消除触点抖动5．信号的光电隔离三、数字量输出驱动电路1．小功率驱动电路2．中功率驱动电路3．固态继电器及其使用方法本章完