模拟量输入输出通道接口技术ppt课件.ppt

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1、第二章模拟量输入/输出通道接口技术2.1接口和通道2.2多路开关及采样保持器2.2模拟量输出通道接口技术2.3模拟量输入通道接口技术2.1接口和通道接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁。是研究微机和外围设备之间交换信息的技术。过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道；AI：模拟量输入通道AO：模拟量输出通道DI：开关量输入通道DO：开关量输出通道——连接计算机与生产过程、物理对象、外部设备外围设备多种多样，有机械的、电动式或其它形式。其输入信号可以是模拟信号，也可以是数字信号，这样在计算机与被控对象之间包括模拟量输入/输出通道，数字是（开关量）输入/输

2、出通道。模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的任务：把系统中检测到的模拟信号变成数字信号，经接口送到计算机2.2多路开关及采样/保持器1多路开关和采样保持器的物理意义2采样定理3多路开关4采样/保持器返回本章首页多路开关和采样保持器的物理意义多路开关：解决多输入的问题（A/D）和多输出的问题（D/A）采样保持器：精度问题输入时：A/D转换期间保持信号恒定，转换结束后能够跟踪信号的变化。输出时：D/A转换器输出时跟踪信号，转换结束后保持信号的恒定。2.2.1采样定理1离散系统和连续系统连续系统处理连续性的信号，采用连续信号进行控制。（模拟仪表）离散系统把连续信号转换成离散量，依

3、据离散量进行控制（计算机控制系统）连续信号转换成离散量的手段和方法：采样和量化2信号的采样按照一定的时间间隔T，把时间上和幅值上连续的模拟信号转换成在时刻0、T、2T、…kT上在时间上离散的脉冲序列信号的过程称采样。工具：采样开关；结果：采样信号3信号的量化采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。将采样信号转换成数字信号。工具：A/D转换器；结果：离散化的数字信号连续信号和离散信号连续信号分为两种：时间和幅度都连续的信号，称为模拟信号；时间连续而幅度量化的信号，称为幅度离散或幅度量化信号。离散信号分为两种：时间离散而幅度连续的信号，称为采样信

4、号；时间和幅度都量化的信号，称为数字信号。采样过程按照一定的时间间隔将连续信号变换为在时间上离散的脉冲序列的过程称为采样过程。用来实现采样过程的装置称为采样器或采样开关。将连续信号e(t)加到采样开关的输入端，采样开关以周期T依次闭合，闭合持续时间为ε，则采样开关的输出端得到宽度为ε的脉冲序列e*(t)。e*(t)可近似为一系列宽度为ε，高度为e(kT)的矩形脉冲。理想的采样开关等效于一个理想的单位脉冲序列发生器，由于ε很小因此产生单位脉冲序列δT(t)。采样过程的物理意义返回本节X*（t）图2-2采样波形图采样过程的物理意义：采样过程可以看作脉冲调制过程，单位理想脉冲序列

5、δT(t)作为载波，输入信号e(t)作为调制信号，采样开关看作一个调制器。采样定理如果x(t)是有限带宽信号，如果要从采样信号中唯一恢复原来的连续信号，采样频率必须满足fs≥2fmax实际使用中一般取fs≥4fmax香浓是现代信息论的著名创始人。1938年，香浓在发表的论文中，首次用布尔代数进行开关电路分析，并证明布尔代数的逻辑运算，可以通过继电器电路来实现。离散系统的采样形式周期采样：以相同的时间间隔进行采样。tk+l-tk=常量T多阶采样：tk+r-tk周期性重复，非常量。随机采样：根据需要决定采样的时刻。2.2.2多路开关把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器，完

6、成多到一地转换。——多路开关把计算机处理地值，由D/A转换器输出的模拟信号按一定的顺序输出到不同的外部设备，完成一到多的转换。——多路分配器单向多路开关：只能做多路开关AD7501AD7506双向多路开关：可做多路开关和多路分配器CD4051单端输入：在某一时刻只能接通一个通道双端输入：在某一时刻可以接通两个通道特点：采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；直接与TTL、CMOS电平相兼容；内部带有通道选择译码器，使用方便可采用双极性输入转换速度快，导通或关断时间1μs无机械磨损，寿命高接通电阻低＜100Ω；断开电阻高＞109Ω图2-3CD4051原理电路图C、B、A为

7、二进制控制输入端，改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。当INH=1时，通道断开；当INH=0时，通道接通。改变图中IN/OUT0~7及OUT/IN的传递方向，则可用作多路开关或反多路开关。CD4051CD4052（双四通道）和CD4053(三重二通道）多路开关的扩展当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来，组成8×2或16×2的多路开关。用CD4051多路开关组成的16路模拟开关接线图要点：地址、允许、模拟量输入输出及通道特性2.2.3采样/保持器采样/保持器的