第02章 模拟量输入输出通道的接口技术ppt课件.ppt

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1、计算机控制系统自动化教研室自动化专业主干课程华北科技学院电子信息工程学院第2章模拟量输入/输出通道的接口技术2.1　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接口：计算机与外设之间相连接的部件。可以是电路板、元器件等。如显卡、网卡、并行接口、串行接口、A/D转换器、D/A转换器、MODEM等。接口的功能：寻址功能、输入/输出功能、信号转换功能（串转并、并转串、A/D、D/A等）、数据缓冲功能等。模拟量输入/输出通道接口，是微机控制系统中重要的硬件部分。模拟量输入通道一般组成通常，人们把连续变化的过程工艺参数(如温度、流量、压力、液位、速

2、度等)称为模拟量，而微型计算机只能处理数字量。在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的各种测量参数，按要求的方式送入微型计算机。单片机和被控实体间的接口示意当地功能单片微型计算机A/D多路开关传感器传感器D/A被控实体变送器变送器所以，在计算机和生产过程之间，必须设置信息的传递和交换装置。这个装置就称为过程输入、输出通道，它们在微型计算机和生产过程之间起了纽带和桥梁的作用。A/D，D/A转换是微型计算机接受、处理、控制模拟量参数过程中不可缺少的环节。此外，由于计算机的速度很快，而模拟量的变化速度一般比较慢，一般用一台计算机采样或控制多个参数，参数需被分时地进行

3、采样和控制。本节内容：采样定理、多路开关、采样/保持器2.1.0采样定理采样定理即香浓（Shannon）定理：对于有限带宽信号x(t)，即

4、f

5、>fmax，x(t)=0，而x*(t)是x(t)的理想采样信号，若采样频率fs≥2fmax，则由x*(t)可以完全地恢复x(t)。一般fs至少取4fmax，实际中取10倍是很平常的。采样频率fs（或周期T）理论计算困难，常用经验值。2.1多路开关及采样/保持器（1）区别离散系统与连续系统。离散系统的采样形式：周期采样、多阶采样、随机采样三种。最常用的是周期采样。确定采样频率的高低大小，使采样结果既不失真，又不无谓耗费计算机的计算时间。

6、采用香农定理。（信号的固有最大频率）实际要取大一点。2.1多路开关及采样/保持器（2）2.1.1多路开关多路开关的作用是把多个模拟量参数分时地接通并送入A/D转换器，可以是输入，多到一进行A/D转换；或者把经计算机处理，且由D/A转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备）中。前者叫多路开关，后者叫多路分配器。现在的多路开关均为集成电路，有很多型号可供选择，见表2-1。单向、双向多路开关，有的是单端输入，有的则允许双端输入（或差动输入）。多路开关的一个重要参数是接通电阻，不会是0。2.1多路开关及采样/保持器（3）公司型号路数种类CD公司CD40518

7、路双向CD4052双4路双向CD4053三重二通道双向CD406716路双向CD4097双8路双向AD公司AD75018路单向AD7502双4路单向AD75038路单向AD750616路单向AD7507双8路单向MAX公司MAX3078路双向MAX309双4路双向MAX30616路双向MAX307双8路双向表2.1常用的多路开关芯片在以前的数字控制系统中，大多采用干簧（湿簧）继电器。由于这类开关结构简单，闭合时接触电阻小，而断开接点时阻抗高，工作寿命长，且不受外界环境温度的影响，所以应用比较广。随着大规模集成电路的发展，厂家已推出各式各样的半导体多路开关。从组成开关的电路来看

8、，有TTL电路、CMOS和HMOS电路等。有的芯片还能在其内部进行TTL与CMOS之间的电平转换（如CD4051），更加拓宽了芯片的使用环境。2.1多路开关及采样/保持器（5）半导体多路开关的特点是：(1)采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；(2)直接与TTL(或CMOS)电平相兼容；(3)内部带有通道选择译码器，使用方便；(4)可采用正或负双极性输入；(5)转换速度快，通常其导通或关断时间在lμs左右，有些产品已达到几十到几百纳秒(ns)；(6)寿命长，无机械磨损；(7)接通电阻低，一般小于100Ω，有的可达几欧姆：(8)断开电阻高，通常达109Ω以上。逻辑电平转换

9、带禁止端的二进制译码器TGTGTGTGTGTGTGTGVDD167654321425112151413387VSSVEEABCINH1110960通道IN/OUT公共端OUT/INCD4051０１１１７CD4051的真值表输入状态接通通道ＩＮＨＣＢＡ００００００００１１００１０２００１１３０１００４０１０１５０１１０６ＣＤ４０５１CD4067B是16通道双向多路模拟开关。CD4097B为双向双8通道多路模拟开关。IN/OUT0IN/OUT1IN/OUT2IN/OUT3IN/OUT4IN/OUT5IN/O