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1、3.5 模拟量输入输出通道模拟量输入输出通道3.5.1模拟量输入通道模拟量输入通道z完整的模拟量输入通道结构图完整的模拟量输入通道结构图生产过程传感器变送器模拟开关放大器采样保持器A/D接口电路PC总线1计算机控制技术课程讲义用于将被测物理信号转化为电信号的器件。用于将被测物理信号转化为电信号的器件。常用传感器举例：常用传感器举例：z温度测量：热电阻（温度测量：热电阻（0 200 度）度）热电偶（热电偶（200 1500 度）度）z压力测量：弹簧位移、压敏器件压力测量：弹簧位移、压敏器件z流量测量：压力差原理流量测量：压力差原理z位移测量：电位器、电容式、光栅位移测量：电位器、电容式、光栅 z
2、速度测量：电磁感应、离心位移速度测量：电磁感应、离心位移 z 一、传感器一、传感器2计算机控制技术课程讲义二、变送器二、变送器z用于将传感器信号进行初步处理。包括：用于将传感器信号进行初步处理。包括：1. 信号滤波：实现一个低通滤波器，滤除常见高频干扰信号滤波：实现一个低通滤波器，滤除常见高频干扰2. 小信号放大：小信号易受干扰，不易传输，要进行放大。小信号放大：小信号易受干扰，不易传输，要进行放大。3. I/V变换：将电压、电流、电阻信号统一变换为规定标准信号，以利变换：将电压、电流、电阻信号统一变换为规定标准信号，以利于传输使用。于传输使用。 常见标准：计算机接口标准：范围常见标准：计算机
3、接口标准：范围05v 型型仪表表标准：准： 范范围010mA 型型仪表表标准：准： 范范围420mA4.非非线性性补偿：对实际物理物理信号与信号与电信号成非信号成非线性关系的情况性关系的情况进行行补偿操作，使其成操作，使其成为线性关系，性关系，这部分工作亦可由部分工作亦可由计算机算机软件完成。件完成。 如：如：热电偶中：偶中：热电势e与温度与温度T的关系一般的关系一般为： T = a1e4+a2e3+a3e2+a4e+a5 (a1a5为常数常数) 补偿后，变送器的输出电压补偿后，变送器的输出电压V与温度与温度T的关系可转化为线性关系，的关系可转化为线性关系， 即：即：V = aT+b 3计算机
4、控制技术课程讲义三、模拟多路开关三、模拟多路开关z用于分时选择某一路信号通过进行后续处理。用于分时选择某一路信号通过进行后续处理。z1.功能：可用作多对一多路选择器或一对多多路分配器。与数字功能：可用作多对一多路选择器或一对多多路分配器。与数字电路不同，模拟多路开关一般均是双向的。电路不同，模拟多路开关一般均是双向的。z2.原理：采用输入地址译码，用译码信号控制开关，任一时刻至原理：采用输入地址译码，用译码信号控制开关，任一时刻至多只有一个开关闭合。多只有一个开关闭合。译码输出输出/入入地址地址输入输入/出出4计算机控制技术课程讲义z模拟多路开关有机械式和电子式两类：模拟多路开关有机械式和电子
5、式两类：z(1) 机械式一般用于干簧继电器实现：通过外部线圈产生磁场，机械式一般用于干簧继电器实现：通过外部线圈产生磁场，使之吸合或断开。其特点是结构简单，导通电阻小，断路电阻大，使之吸合或断开。其特点是结构简单，导通电阻小，断路电阻大，但速度慢，工作频率低。但速度慢，工作频率低。z(2) 电子式一般用电子式一般用MOS场效应三级管实现。特点是速度快，工作场效应三级管实现。特点是速度快，工作频率高，缺点是开、闭时都有一定的电阻。而普通的硅三级管导频率高，缺点是开、闭时都有一定的电阻。而普通的硅三级管导通有压降，不适用。通有压降，不适用。MOS管导通只有较小的电阻。管导通只有较小的电阻。信号信号
6、信号信号控制5计算机控制技术课程讲义z3.常用器件：计算机控制系统中使用电子式多路开关，常用器件：计算机控制系统中使用电子式多路开关，常用器件为：常用器件为： CMOS4000系列中的系列中的 CD 4051 8选一选一 CD 4052 4选一选一*2 CD 4053 2选一选一*3z以以CD4051为例，是一个为例，是一个16pin封装双列直插式芯片封装双列直插式芯片z管脚包括：管脚包括：电源脚电源脚3个个模拟信号线模拟信号线9个个地线地线3个个使能端使能端1个个INH使用中使用中uSS、uEE可共地，可共地，uDD工作电压在工作电压在315V，INH接片选接片选1 8 16 9 in4in
7、6outin7in5INHuEEuSSin2uDDin1in0in3BAC地址6计算机控制技术课程讲义z4.使用方式（与放大器的连接）使用方式（与放大器的连接）（1）单端式）单端式 （2） 差动式差动式开关地址B信号A信号放大器B信号A信号开关A地址放大器开关B7计算机控制技术课程讲义五、放大器五、放大器z放大器用于改善电路特性，主要是加大输入阻抗，增放大器用于改善电路特性，主要是加大输入阻抗，增加驱动能力，亦用于无变送器时的小信号放大加驱动能力，亦用于无变送器时的小信号放大z用于改善电路特性时，放大倍数为用于改善电路特性时，放大倍数为1。由变送器送来的。由变送器送来的电流信号通过多路开关后进
8、入电流信号通过多路开关后进入I/V(电流电流/电压电压)变换电阻，变换电阻，送至放大器，放大器具有较高输入阻抗，可减少对信送至放大器，放大器具有较高输入阻抗，可减少对信号的影响。号的影响。+_信号8计算机控制技术课程讲义六、采样保持器六、采样保持器z用于在用于在A/D转换期间保持输入电平转换期间保持输入电平z1. 孔径误差：由于孔径误差：由于A/D转换时间内输入信号变化而引起的误差转换时间内输入信号变化而引起的误差z2. 保持器工作原理：保持器工作原理：za. 控制信号有效，控制信号有效，K闭合，闭合，CH充电至模拟输入充电至模拟输入IN的电平。的电平。zb. 控制信号撤消，控制信号撤消，K断
9、开，断开，CH保持的电平经运放由模拟输出保持的电平经运放由模拟输出 OUT端端送出。送出。z闭合时充电快（闭合时充电快（R小），断开时运放内阻大，无或少漏流。因为充电小），断开时运放内阻大，无或少漏流。因为充电采样时间远小于采样时间远小于A/D转换时间，所以减少了孔径误差。采样保持器的转换时间，所以减少了孔径误差。采样保持器的性能参数包括：获得时间，孔径时间，输出电压衰减率等。性能参数包括：获得时间，孔径时间，输出电压衰减率等。K+_CHOUT控制信号RIN9计算机控制技术课程讲义3.5.2模拟量输出通道模拟量输出通道z完整的模拟量输出通道结构图完整的模拟量输出通道结构图z一、输出保持器一、输
10、出保持器 用于维持计算机输出持续一个采样周期，让数字量在时间上连续用于维持计算机输出持续一个采样周期，让数字量在时间上连续化。输出保持器与采样保持器原理相同，参数有区别（工作时间化。输出保持器与采样保持器原理相同，参数有区别（工作时间不同）。不同）。执行机构伺服放大手动设备保持D/A接口电路BUS控制10计算机控制技术课程讲义z多路输出保持的实现方法：多路输出保持的实现方法：z1. 模拟保持式：一个模拟保持式：一个D/A，数个保持器，要求刷新。数个保持器，要求刷新。 特点是：要求性能参数较高，为了维持输出稳定常需要进行刷特点是：要求性能参数较高，为了维持输出稳定常需要进行刷新操作。新操作。z2
11、. 数字保持式：用数字保持式：用REG（寄存器）保存数字量，用多个寄存器）保存数字量，用多个D/A，数字保持，不用刷新。数字保持，不用刷新。 特点是：简单可靠，成本较高，但目前采用数字保持式较多。特点是：简单可靠，成本较高，但目前采用数字保持式较多。REGD/A模拟多路开关保持器OUTREGD/AOUT接口11计算机控制技术课程讲义二、手动备用二、手动备用z由手动控制输出的装置，作为自动控制系统失效或调试阶由手动控制输出的装置，作为自动控制系统失效或调试阶段的备用部件。段的备用部件。z1. 结构：结构：K、R均由人工操作均由人工操作z2. 手动到自动的无扰动切换：手动到自动的无扰动切换： 操作
12、规则：将手动的值调整到与自动接近时，再切换操作规则：将手动的值调整到与自动接近时，再切换z 从手动到自动的切换：通过输出回采，使自动值接近于手动。从手动到自动的切换：通过输出回采，使自动值接近于手动。RmA回采回采OUT基础电源手动自动回采K12计算机控制技术课程讲义三、伺服放大器三、伺服放大器z伺服放大器也叫功率放大器，用于将计算机信号放大伺服放大器也叫功率放大器，用于将计算机信号放大以驱动机械及电气设备以驱动机械及电气设备z常用有两种标准：常用有两种标准：型仪表标准：型仪表标准：DDZ-(010mA)DDZ-(010mA) 型仪表标准：型仪表标准：DDZ- (420mA)DDZ- (420mA)五、执行机构五、执行机构z执行机构：执行输出信号所代表的物理意义。执行机构：执行输出信号所代表的物理意义。z常用设备：电动调节阀、变频调速电机、步进电机等等常用设备：电动调节阀、变频调速电机、步进电机等等变频调速器控制信号13计算机控制技术课程讲义
