微机原理、汇编语言与接口技术教学课件唐瑞庭第09章测控通道接口.ppt

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1、第9章测控通道接口9.1测控通道结构9.2控制通道接口9.3数据采集通道接口内容提要本章概述测控系统中检测通道、控制通道的结构形式和特点，说明I/O接口卡的设计要求；介绍离散和模拟控制通道接口技术，分析了D/A转换原理，典型DAC芯片及其应用；叙述数据采集通道接口技术，讲解多路选择开关、采样-保持电路及A/D转换原理，典型ADC转换芯片及其应用。测控通道包括两种：检测通道（又叫数据采集通道）和控制通道。检测通道对被采集对象的状态和量值进行检测，转换成数字量送计算机分析处理；控制通道接受计算机的处理结果，将其变成适宜的控制信号送到受控设备，使其向预定的控制目标动作。本

2、章围绕计算机测控系统的实用接口技术展开。9.1测控通道结构测控通道的输入/输出有模拟信号和离散信号(包括脉冲信号、开关信号和数字信号)之分。离散信号可经简单的数字接口与计算机相连，而模拟信号则必须进行变换：输入的模拟信号经模数转换电路ADC转换成数字量送入计算机，计算机输出的数字信号经数模转换电路DAC转换成模拟量去控制模拟设备。9.1.1检测通道结构1.结构框图检测通道负责数据采集，其结构如图9-1所示。图(a)是模拟信号检测通道结构框图。传感器感知、检测被测对象连续变化的物理量，将其转换成连续变化的模拟电信号送到下一级。使用不同材料和工艺制作的传感器很多，感知转

3、换的原理也各不相同，它们可对各种不同的物理量如温度、湿度、流量、速度、压力、位移、角度……直到各种生理指标、色谱分析、辐射状况等进行感知、量测、传送。模拟信号必须用A/D转换器转换成计算机能识别的数字信号。A/D转换的方法和电路很多，性能各异，应根据系统的要求选择合适的A/D转换器。A/D转换器一般要求输入电压信号，若传感器送出的是电流信号则要先进行电流-电压（I-V）变换；对微弱信号要由高精度、高开环增益的运算放大器进行放大，接着进行“信号调理”，把对应满量程的输入信号放大到规定幅度，再由增益放大器放大以达到A/D转换器满量程输入时的幅度要求。在干扰较大的现场，可

4、采用线性隔离放大器或线性光电隔离器去除干扰，但这两种电路的响应频率不高，仅适用于低频场合。A/D转换需要一定的时间，高速模拟输入信号在A/D转换期间其值可能已发生很大变化，因此必须用采样-保持（S-H）电路把采样时刻模拟量的值保持住（不再变化），直到转换完毕；然后更新采样值，进行下一次转换。当有多个模拟信号输入时，为了能共用S-H电路、A/D转换器和微机，使用多路转换开关，可分时地接通多个不同的信号源，进行放大、采样、转换和计算机处理。在图(a)中，多路开关之后是各个输入模拟通道的公共部分。图(b)是离散信号检测通道结构框图。检测的是脉冲信号、开关信号或数字信号等离

5、散量，传感器送来的信号经放大整形、电平变换后，通过并行、串行等数字接口送入微机进行处理。2.检测通道特点检测通道的任务就是对被检测对象进行准确的数据采集。为了测量的可靠与精确，减少传输过程的干扰和损耗，通常将检测通道和传感器做在一起，放到被测对象的现场中，使检测通道和计算机系统分开。检测对象的多样性和检测环境的复杂性，决定了检测通道的设计丰富多变。使用不同的传感器和变换器，通道的模块结构及信息的传输形式各不相同。不管什么结构的检测通道，其共同点就是要把被检测的信号准确地转换成计算机能识别的具有TTL电平的数字信号，供计算机处理。检测结果失准便没有实际意义。由于检测器

6、置于被测对象的现场，容易受到各种干扰，因此在小信号检测中，抗干扰设计是十分重要的内容。在信号的识别、放大、传输整个过程中，都要充分注意抗干扰问题。9.1.2控制通道结构1.结构框图控制通道输出控制信号给受控对象，对受控对象实施预期目标的控制。控制通道的结构如图9-2所示。若受控装置是离散信号控制的数控装置，计算机输出的控制信号通过数字接口经光电隔离和功率放大后直接施控；若受控对象是模拟信号控制的设备，则须经D/A转换后施控；微机经D/A转换器可输出多路控制信号，通过1TOm的多路转换开关对多个受控对象实施群控。2.控制通道特点计算机总线信号为TTL电平，负载能力很小

7、，而受控对象则多种多样，一般要求较大的控制电压或电流。因此，控制通道具有如下特点：n小信号输入，大功率控制。计算机送来的控制信号必须经功率放大电路不失真地加以放大，放大到受控对象所要求的电功率，再实施控制。n有效的抗干扰措施。受控对象一般是强电磁部件，例如电机使用的电磁启动器等，受控过程中不可避免地会产生强电磁干扰，有效的抗干扰措施是确保整个控制系统正常工作的必要条件。9.1.3I/O接口卡设计实现外设经测控通道与主机的连接，用户需要设计相应的接口电路，将其做成板卡形式，插在微机主板的I/O扩展槽上。微机主板上都有数量不等的相应总线类型的扩展插槽。少数插槽