第二章过程通道与数据采集系统ppt课件.ppt

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1、内容与要求■重点掌握：过程通道的组成、采样信号与数字信号、采样定理、零阶保持器的特性、采样/保持器与A/D转换的工作流程。■一般掌握：D/A转换器的工作原理及指标，A/D转换器的分类、原理及特点，数据采集系统的一般组成及工作原理。■了解内容：DAC0832与ADC0809芯片的功能，与计算机的接口电路设计及软件编程。第二章过程通道与数据采集系统1内容2.1概述2.2信号的采集与恢复2.3D/A转换器及接口2.4A/D转换器及接口2.5计算机数据采集系统2过程通道－－实现计算机与生产过程间的信息传递输入通道（模拟量输入、数字量输入、脉冲信号）输出通道（模拟量输出、

2、数字量输出）2.1概述模拟量输入能转换成模拟电信号的量数字量输入开关状态（1或0）脉冲量输入脉冲形式输入信号模拟量输出执行装置、显示、记录数字量输出执行器（通/断）、报警32.1概述通常测量元件、执行元件和被控对象是模拟元件，其输入、输出信号是模拟信号。计算机中只能处理数字信号。为了使两种信号在系统中能相互传递，在连续信号与数字信号之间需要采样、量化与编码，在脉冲序列和连续信号间要用保持器。采样器与保持器，是采样控制系统的两个特殊环节。4信号调理传感器(温度、压力）采样/保持器A/D计算机输出设备D/A执行器输入设备计算机进行各种数字处理（如滤波、控制算法）、保存、打印等

3、控制对象典型的计算机控制（采集）系统52.2信号的采集与恢复1.典型的计算机控制系统的结构如下图所示r(t)A/D转换数字控制器(计算机)y(t)u(t)u*(t)u(kT)e(kT)D/A转换保持器被控对象采样器e*(t)e(t)计算机控制系统结构框图2.2.0概述62.简化结构框图：采样器、保持器和数字控制器的结构形式和控制规律决定系统动态特性，是研究的主要对象。控制系统的稳态控制精度由A/D、D/A转换器的分辨率决定。这说明A/D和D/A转换器只影响系统稳态控制精度。不影响动态指标。为了突出重点，只讨论影响系统动态特性的基本问题。为了便于数学上分析和综合，在分析和设

4、计计算机控制系统时，常常假定A/D、D/A转换器的精度足够高，使得量化误差可以忽略，于是A/D、D/A只存在物理上意义而无数学上意义。即：数字信号与采样信号e(kT)与e*(t)，u(kT)与u*(t)是等价的。上图可进一步简化为如下页图所示。7数字控制器(计算机)y(t)u(t)u*(t)u(kT)e(kT)r(t)保持器被控对象e*(t)e(t)TT计算机控制系统结构简化框图82.2.1信号的采样过程1.采样过程及采样开关：（1）在计算机控制系统中，信号是以脉冲序列或数字序列的方式传递的，把连续信号变成数字序列的过程叫做采样过程；实现采样的装置叫采样开关。采样过程的原

5、理下图所示，其中采样开关为理想的采样开关，它从闭合到断开以及从断开到闭合的时间均为零。采样开关平时处于断开状态，其输入为连续信号f(t)，在采样开关的输出端得到采样信号f*(t)。定时器控制的采样开关…9tf(t)0T2T3T4T5T……tf*(t)0T2T3T4T5T……(b)连续信号(c)采样信号信号的采样过程f*(t)f(t)T(a)采样开关102.δ函数11123.采样信号的脉冲序列标示1314152.2.2采样定理计算机控制系统是利用离散的信号进行控制运算，这就带来一个问题：采用离散信号能否实施有效的控制，或者连续信号所含的信息能否由离散信号表示，或者从离散信号

6、能否一定能代表原来的连续信号。例如：有两个不同的连续信号f1(t)和f2(t)，假设选择采样周期都为T，如下图所示，从图中可以看出，f1(t)和f2(t)具有相同的采样信号f*(t)，这说明f*(t)未必能完全反映或近似的反映连续信号。16tf(t)f*(t)f2(t)f1(t)0T2T3T……两个不同的连续信号具有相同采样信号的采样过程171．香农(Shannon)采样定理一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的，其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号f*(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。则采

7、样角频率只有满足下面的关系：ωs≥2ωmax采样后的离散信号f*(t)才能够无失真地复现f(t)。否则不能从f*(t)中恢复f(t)。其中，ωmax是最高角频率，ωs是采样角频率。18设连续信号f(t)的傅里叶变换为F(jω)，且其最高频率为ωmax，采样周期为T，则δT(t)的傅里叶级数为：将s=jω代入上式，得到f*(t)的傅里叶变换为：由f*(t)=f(t)δT(t)，则f*(t)为：采样信号f*(t)的拉式变换为：19F*(jω)称为采样函数f*(t)频谱函数。频谱函数的模

8、F*(jω)

9、称为f*(t)的振幅频谱，简称