计算机控制技术输入输出接口与过程通道

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1、n nNEPUNEPU第第2章章输入输出接口与输入输出接口与信号转换技术信号转换技术接口接口是与是与外部设备外部设备（部件与部件之间）交换信息的桥（部件与部件之间）交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。梁，它包括输入接口和输出接口。 接口技术接口技术是研究计算机与外部设备之间如何交换信息是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术。的技术。 过程通道过程通道是在和之间设置的信息传送和转换的连接通是在和之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量量( (开关量开关量) )输入通道、数字量输入通道、数字量( (开

2、关量开关量) )输出通道。输出通道。 1n nNEPUNEPU2.1数字量输入输出通道数字量输入输出通道2.1.1 2.1.1 数字量输入输出接口技术数字量输入输出接口技术2.1.2 2.1.2 数字量输入通道数字量输入通道2.1.3 2.1.3 数字量输出通道数字量输出通道2n nNEPUNEPU明确概念明确概念数字量数字量(开关量开关量)信号，这些信号包括：开关的闭信号，这些信号包括：开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电器或接触器的吸合合与断开，指示灯的亮与灭，继电器或接触器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等。与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等。共同特征共同特征

3、:这些信号都是以二进制的逻辑这些信号都是以二进制的逻辑“1”和和“0”出现出现的。的。3n nNEPUNEPU2.1.1数字量输入输出接口技术数字量输入输出接口技术作用作用：对生产过程进行控制，往往要收集生产过程的状态信息，根据状态：对生产过程进行控制，往往要收集生产过程的状态信息，根据状态信息，再给出控制量。信息，再给出控制量。完成过程完成过程：用三态门缓冲器：用三态门缓冲器74LS244取得状态信息。经过端口地址译码，取得状态信息。经过端口地址译码，得到片选信号得到片选信号CS，当在执行，当在执行IN指令周期时，指令周期时，产生产生IOR信号，则被测的状态信息可通过三信号，则被测的状态信息

4、可通过三态门送到态门送到PC总线工业控制机的数据总线，总线工业控制机的数据总线，然后装入然后装入AL寄存器。寄存器。设设设设片片片片选选选选端端端端口口口口地地地地址址址址为为为为portport，可可可可用如下指令来完成取数用如下指令来完成取数用如下指令来完成取数用如下指令来完成取数. .MOVDXMOVDX，portportINALINAL，DXDX 1G 2G 74LS244 输入接口 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 1A1 1Y1 1A2 1Y2 1A3 1Y3 1A4 1Y4 1A5 1Y5 1A6 1Y6 1A7 1Y7 1A8 1Y8 IOR CS 图 2 . 1

5、 数字量输入接口 1. 1. 数字量输入接口数字量输入接口 4n nNEPUNEPU 作用：作用：作用：作用： 当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存锁存锁存锁存。 完成过程完成过程完成过程完成过程：用：用：用：用74LS27374LS273作作作作8 8位输出锁存口，对状态输出信号位输出锁存口，

6、对状态输出信号位输出锁存口，对状态输出信号位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。经过端口地址译码，得到片选信号，当在执行进行锁存。经过端口地址译码，得到片选信号，当在执行进行锁存。经过端口地址译码，得到片选信号，当在执行进行锁存。经过端口地址译码，得到片选信号，当在执行OUTOUT指令周期时，产生指令周期时，产生指令周期时，产生指令周期时，产生IOWIOW信号。信号。信号。信号。 设设设设片片片片选选选选端端端端口口口口地地地地址址址址为为为为portport，可可可可用用用用以以以以下指令完成数据输出控制。下指令完成数据输出控制。下指令完成数据输出控制。下指令完成数据输出控制。 MOVALM

7、OVAL，DATADATAMOVDXMOVDX，portportOUTDXOUTDX，ALAL 2 2数字量输出接口数字量输出接口5n nNEPUNEPU当当当当CLKCLK（使能端）为高电平时，锁存器的数据输出端（使能端）为高电平时，锁存器的数据输出端（使能端）为高电平时，锁存器的数据输出端（使能端）为高电平时，锁存器的数据输出端QQ的状的状的状的状态与数据输入端态与数据输入端态与数据输入端态与数据输入端D D相同（透明的）。相同（透明的）。相同（透明的）。相同（透明的）。当当当当CLKCLK端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端的端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端的端从高电

8、平返回到低电平时（下降沿后），输入端的端从高电平返回到低电平时（下降沿后），输入端的数据就被锁存在锁存器中，数据输入端数据就被锁存在锁存器中，数据输入端数据就被锁存在锁存器中，数据输入端数据就被锁存在锁存器中，数据输入端D D的变化不再影响的变化不再影响的变化不再影响的变化不再影响QQ端输出。端输出。端输出。端输出。锁存器锁存器(Flip-latch)6n nNEPUNEPU2.1.2 2.1.2 数字量输入通道数字量输入通道1.1.数字量输入通道的结构数字量输入通道的结构 数字量输入通道主要由数字量输入通道主要由数字量输入通道主要由数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入输入缓冲器

9、、输入调理电路、输入输入缓冲器、输入调理电路、输入输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路地址译码电路地址译码电路地址译码电路等组成。等组成。等组成。等组成。 PC 总 线 输入 缓冲 器 输入 调理 电路 地址译码器 来自生产过程 7n nNEPUNEPU2.输入调理电路输入调理电路 数字量数字量( (开关量开关量) )输入通道的输入通道的基本功能基本功能就是接收外部就是接收外部装置或生产过程的状态信号。装置或生产过程的状态信号。 这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触触点点，因此引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。，因此引起瞬时高压、过电

10、压、接触抖动等现象。 为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离转换、保护、滤波、隔离等措施转换等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理信号调理 。 （1 1）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路 （2 2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路 8n nNEPUNEPUn（1）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路 开关、继电器等接点接通和断开动作，被转换成开关、继电器等接点接通和断开动作，被转换成开关、继电器等接点接通和断开动作，被

11、转换成开关、继电器等接点接通和断开动作，被转换成TTLTTLTTLTTL电平信电平信电平信电平信号与计算机相连。号与计算机相连。号与计算机相连。号与计算机相连。 为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般都为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般都为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般都为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般都应加入有较长时间常数的应加入有较长时间常数的应加入有较长时间常数的应加入有较长时间常数的积分电路积分电路积分电路积分电路来消除这种振荡。来消除这种振荡。来消除这种振荡。来消除这种振荡。 左图为采用左图为采用左图为采用左图为采用积分电路积分

12、电路积分电路积分电路的小功率输入的小功率输入的小功率输入的小功率输入调理电路。调理电路。调理电路。调理电路。目的：目的：目的：目的：把开关把开关把开关把开关K K K K的状态转化成二进制的状态转化成二进制的状态转化成二进制的状态转化成二进制状态。状态。状态。状态。 原理：原理：原理：原理：闭和闭和闭和闭和K K K K时，电容时，电容时，电容时，电容C C C C放电，反相器放电，反相器放电，反相器放电，反相器反相为反相为反相为反相为1 1 1 1； 断开断开断开断开K K K K时，电容时，电容时，电容时，电容C C C C充电，反相器充电，反相器充电，反相器充电，反相器反相为反相为反相为

13、反相为0 0 0 0。+ 5 V C K R 2 R 1 9n nNEPUNEPURS触发器触发器(Flip-flop)消除开关两次反跳电路消除开关两次反跳电路原理原理： 当当K K在上时，输出上为在上时，输出上为1 1，下为，下为0 0。 当当K K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产生按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产生瞬间不闭合，造成瞬间不闭合，造成R-SR-S触发器输入为双触发器输入为双1 1，故状态不改变。，故状态不改变。+ 5 V K R 4 5 R 3 R S Q Q0 1 1 01 0 0 11 1 保持保持保持保持RSQQ10n nNEPUNEPUn（2）大功率

14、输入调理电路）大功率输入调理电路 当当当当从从从从电电电电磁磁磁磁离离离离合合合合等等等等大大大大功功功功率率率率器器器器件件件件的的的的接接接接点点点点输输输输入入入入信信信信号号号号时时时时，为为为为了了了了使使使使接接接接点点点点工工工工作作作作可可可可靠靠靠靠，接接接接点点点点两两两两端端端端至至至至少少少少要要要要加加加加24V24V24V24V以以以以上上上上的的的的直直直直流流流流电电电电压压压压（因因因因为为为为直直直直流流流流电电电电平平平平的的的的响响响响应应应应快快快快，不不不不易易易易产产产产生生生生干干干干扰扰扰扰）。但但但但是是是是这这这这种种种种电电电电路路路路，

15、由由由由于于于于所所所所带带带带电电电电压压压压高高高高，所以高压与低压之间，用所以高压与低压之间，用所以高压与低压之间，用所以高压与低压之间，用光电耦合器光电耦合器光电耦合器光电耦合器进行隔离。进行隔离。进行隔离。进行隔离。 “光电隔离光电隔离光电隔离光电隔离”：通常使用一个光耦将电子通常使用一个光耦将电子通常使用一个光耦将电子通常使用一个光耦将电子信号转换为光信号，在另信号转换为光信号，在另信号转换为光信号，在另信号转换为光信号，在另一边再将光信号转换回电一边再将光信号转换回电一边再将光信号转换回电一边再将光信号转换回电子信号。如此，这两个电子信号。如此，这两个电子信号。如此，这两个电子信

16、号。如此，这两个电路就可以互相的隔离。路就可以互相的隔离。路就可以互相的隔离。路就可以互相的隔离。 + 5 V R 2 R 3 R 1 + 4 8 V KC111n nNEPUNEPUn（2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路原理：原理： 当当K闭合时，光电二极管导通，闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经反相器反发光使晶体管导通，经反相器反相为相为1。当当K断开时，光电二极管不导断开时，光电二极管不导通，晶体管不导通，经反相器反通，晶体管不导通，经反相器反相输出为相输出为0。其中，用其中，用R1,R2进行分压，进行分压，C1进行滤波，要合理选择参数。进行滤波，要合理选择参数。+ 5

17、 V R 2 R 3 R 1 + 4 8 V KC112n nNEPUNEPU2.1.2 2.1.2 数字量输出通道数字量输出通道1.1.数字量输出通道的结构数字量输出通道的结构 数字量输出通道主要由数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路出口地址译码电路等组成等组成 。 去生产过程 PC 总 线 输 出 锁 存 器 输 出 驱 动 电 路 地址译码器 图 2. 6 数字量输出通道结构 13n nNEPUNEPU 2. 2.输出驱动电路输出驱动电路 在数字量输出通道中，关键是在数字量输出通道中，关键是驱动驱动，因为从锁存器中出来的是，因为从锁

18、存器中出来的是TTL电电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。（1）小功率直流驱动电路）小功率直流驱动电路功率晶体管输出驱动继电器电路功率晶体管输出驱动继电器电路继电器包括线圈和触点。继电器包括线圈和触点。因负载呈电感性，所以输出必须加装克服反电势的保护二极管因负载呈电感性，所以输出必须加装克服反电势的保护二极管D，J为为继电器的线圈。继电器的线圈。D的作用为泄流作用，通过的作用为泄流作用，通过D放掉放掉J上所带的电荷，防止反向击穿。上所带的电荷，防止反向击穿。R的作用是限流电阻。的作用是限流电阻。 作用过程作用过程：当：当TTL电平为电平为1时，晶体管截

19、止，时，晶体管截止，J不吸合不吸合当当TTL电平为电平为0时，晶体管导通，时，晶体管导通，J吸合吸合100114n nNEPUNEPU达林顿阵列输出驱动继电器电路达林顿阵列输出驱动继电器电路MC1416是达林顿阵列驱动器是达林顿阵列驱动器.达林顿晶体管达林顿晶体管DT（DarlingtonTransistor）亦称复合晶体管。）亦称复合晶体管。它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出极，依次级连

20、而成，最后引出E、B、C三个电极。三个电极。15n nNEPUNEPU (2) (2) (2) (2)大功率交流大功率交流大功率交流大功率交流(Alternating)(Alternating)(Alternating)(Alternating)驱动电路驱动电路驱动电路驱动电路 在大功率交流驱动电路中，固态继电器在大功率交流驱动电路中，固态继电器在大功率交流驱动电路中，固态继电器在大功率交流驱动电路中，固态继电器SSRSSRSSRSSR作交流开关使用。作交流开关使用。作交流开关使用。作交流开关使用。 SSR SSR SSR SSR是一种无触点通断电子开关，是一种是一种无触点通断电子开关，是一种

21、是一种无触点通断电子开关，是一种是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件有源器件有源器件有源器件，其中两个端，其中两个端，其中两个端，其中两个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。 + 5 V 交 流 电 源 R

22、 L R 2 C S C R R 1 D I/ O 接 口 零 交 叉 电 路 触 发 电 路 SSRSSRSSRSSR作交流开关，相作交流开关，相作交流开关，相作交流开关，相当于有一个触点，左当于有一个触点，左当于有一个触点，左当于有一个触点，左边是边是边是边是TTLTTLTTLTTL电平，在电平，在电平，在电平，在0 0 0 05V5V5V5V之间：之间：之间：之间： 当当当当TTLTTLTTLTTL电平为高电平为高电平为高电平为高时，触点闭合；时，触点闭合；时，触点闭合；时，触点闭合； 当当当当TTLTTLTTLTTL电平为低电平为低电平为低电平为低时，触点断开。时，触点断开。时，触点断

23、开。时，触点断开。 零交叉电路在交流电压变化到零零交叉电路在交流电压变化到零零交叉电路在交流电压变化到零零交叉电路在交流电压变化到零附近时产生附近时产生附近时产生附近时产生触发信号，减少干扰。触发信号，减少干扰。触发信号，减少干扰。触发信号，减少干扰。 固态继电器固态继电器固态继电器固态继电器SSRSSR结构及用法结构及用法结构及用法结构及用法16n nNEPUNEPU2.2 A/D转换器及其接口技术2.2.0A/D转换基础知识转换基础知识1.A/D转换方式转换方式2.A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标3.逐位逼近法逐位逼近法2.2.1A/D转换器转换器1.8位位A/D转换器转换器

24、ADC08092.12位位A/D转换器转换器AD574A2.2.2A/D转换器接口技术转换器接口技术1.ADC0809与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口2.AD574A与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口17n nNEPUNEPUnA/D转换方式有转换方式有逐次逼近式逐次逼近式和和双斜积分式双斜积分式。(1)逐次逼近式（逐次逼近式（Successiveapproximation）转转换换时时间间短短(几几个个微微秒秒几几百百个个微微秒秒)，但但抗抗干干扰扰能能力力较较差差。常用的逐次逼近式常用的逐次逼近式A/D转换器转换器ADC0809，AD574A等；等；逐次逼近式逐次逼近

25、式A/D转换器逻辑框图转换器逻辑框图1.A/D转换方式转换方式18n nNEPUNEPU(2)双斜积分式（双斜积分式（DoubleSlopeIntegral）转转换换时时间间长长(几几十十个个毫毫秒秒几几百百个个毫毫秒秒)，抗抗干干扰扰能能力力较较强强。适适用用于于现现场场信信号号变变化化缓缓慢慢、干干扰扰严严重重的的场场合合。常常用用的的双双斜斜积积分分式式A/D转转换换器器有有3位位半半（相相当当于于二二进进制制的的11位位分分辨辨率率）的的MC14433，4位位半半（14位分辨率）的位分辨率）的ICL7135等。等。1.A/D转换方式转换方式19n nNEPUNEPUA/D转换器的主要技

26、术指标有转换器的主要技术指标有转换时间、分辨率、转换时间、分辨率、线性误差、量程、对基准电源的要求线性误差、量程、对基准电源的要求等。等。转换时间转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。（转换率是转换时间的倒数。时间。（转换率是转换时间的倒数。200ns,5MHz）分辨率分辨率：通常用数字量的位数：通常用数字量的位数n(字长字长)来表示，如来表示，如8位、位、12位、位、16位等。位等。分辨率为分辨率为n表示它能对满量程输入的表示它能对满量程输入的1/2n的增量作出反应，即数字量的最低有效位的增量作出反应，即数字量的最低有效位(LSB)对应对应

27、于满量程输入的于满量程输入的1/2n。2.A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标20n nNEPUNEPUn线性误差线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为性的最大误差定义为线性误差线性误差。线性误差常用。线性误差常用LSB的分的分数表示，如数表示，如(1/2)LSB或或1LSB。n量程量程：即所能转换的输入电压范围，如：即所能转换的输入电压范围，如-5V+5V,010V，05V等。等。n对基准电源的要求对基准电源的要求：基准电源的精度对整个系统的：基准电源的精度对整个系统的精度产生很大影响。故在设计时，应考虑是否要外接精精度产

28、生很大影响。故在设计时，应考虑是否要外接精密基准电源。密基准电源。2.A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标21n nNEPUNEPU3.逐位逼近法逐位逼近法逐位逼近式逐位逼近式A/D的工作原理的工作原理从从SAR输出的数码送至输出的数码送至D/A，其输出电压，其输出电压Vf与与模拟量输入模拟量输入Vin比较后，再控制比较后，再控制SAR的数字逼近。的数字逼近。 逐位逼近式逐位逼近式逐位逼近式逐位逼近式A/DA/D转换器原理框图转换器原理框图转换器原理框图转换器原理框图VinVin模拟量输入模拟量输入模拟量输入模拟量输入数字量数字量数字量数字量输出输出输出输出寄存器寄存器寄存器寄存器D

29、/AD/A转换器转换器转换器转换器逐位逼近逐位逼近逐位逼近逐位逼近寄存器寄存器寄存器寄存器（SARSAR）控制时序控制时序控制时序控制时序和和和和逻辑电路逻辑电路逻辑电路逻辑电路比较器比较器比较器比较器+ +VfVf（反馈电压）（反馈电压）（反馈电压）（反馈电压）D D0 0DD7 7比较器：比较器：ViVf输出输出“1”ViVf输出输出“0”22n nNEPUNEPU3.逐位逼近法逐位逼近法保留的砝码为保留的砝码为128g+16g+4g+1g=149g相当于转换的数码为相当于转换的数码为D7D0=10010101重物重物砝码砝码2724222023n nNEPUNEPU例：例：天平称量与天平

30、称量与A/D转换转换一个一个一个一个2727克重物的称量过程克重物的称量过程克重物的称量过程克重物的称量过程24n nNEPUNEPU逐次逼近逐次逼近A/D转换器原理转换器原理25n nNEPUNEPU对一个对一个n位的逐位逼近式位的逐位逼近式A/D转换输出的二进制数转换输出的二进制数字量字量B与输入模拟电压与输入模拟电压VIN、正基准电压、正基准电压VREF+、负、负基准电压基准电压VREF-的关系为的关系为Example:SupposedADCis8-bit，VREF+=5.00V，VREF- = 0V，What is the digital output of theVIN=0V、2.5

31、V?00H3.逐位逼近法逐位逼近法80H26n nNEPUNEPU1. 81. 8位位A/DA/D转换器转换器 ADC0809 ADC0809 ADC0809是一种带有是一种带有8通道模拟开关的通道模拟开关的8位逐次逼位逐次逼近式近式A/D转换器，转换时间为转换器，转换时间为100s左右，线性误差为左右，线性误差为(1/2)LSB，采用，采用28脚脚双立直插式封装双立直插式封装(Dualinlinepackage)。2.2.1 A/D转换器转换器27n nNEPUNEPUADC0809ADC0809逻辑组成逻辑组成逻辑组成逻辑组成trapezoidalA/DV VV VV VV VV VV V

32、V VV VADC0809ADC0809引脚图引脚图引脚图引脚图28n nNEPUNEPU逻辑组成：逻辑组成： (1)8(1)8通模拟开关及通道选择通模拟开关及通道选择通模拟开关及通道选择通模拟开关及通道选择逻辑逻辑逻辑逻辑该部分的功能是实现该部分的功能是实现该部分的功能是实现该部分的功能是实现8 8选选选选1 1操作，由通道选择信号操作，由通道选择信号操作，由通道选择信号操作，由通道选择信号C C、B B、A A，在，在，在，在ALEALE的作用下的作用下的作用下的作用下( (正脉冲正脉冲正脉冲正脉冲) )送入通道选择逻辑。送入通道选择逻辑。送入通道选择逻辑。送入通道选择逻辑。(3)(3)三

33、态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器 用于存放转换结果用于存放转换结果用于存放转换结果用于存放转换结果D D，输出允许信号输出允许信号输出允许信号输出允许信号OEOE为高电平为高电平为高电平为高电平时，时，时，时，D D由由由由DO7DO7DO0DO0上输出；上输出；上输出；上输出；OEOE为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线DO7DO7DO0DO0为高阻态。为高阻态。为高阻态。为高阻态。(2)8(2)8位位位位A/DA/D转换器转换器转换器转换器 在在在在STARTSTART上收到一个上收到

34、一个上收到一个上收到一个启动转换命令启动转换命令启动转换命令启动转换命令( (正脉冲正脉冲正脉冲正脉冲) )后开始转换，后开始转换，后开始转换，后开始转换，100100ss左右左右左右左右(64(64个时钟周期个时钟周期个时钟周期个时钟周期) )后转换结束。转换结束时，后转换结束。转换结束时，后转换结束。转换结束时，后转换结束。转换结束时，EOCEOC信号由低电信号由低电信号由低电信号由低电平变为高电平平变为高电平平变为高电平平变为高电平，通知，通知，通知，通知CPUCPU读结果。读结果。读结果。读结果。 通过查询或中断方式读取。通过查询或中断方式读取。通过查询或中断方式读取。通过查询或中断方

35、式读取。CBA所选通道所选通道000VIN0001VIN1010VIN2011VIN3100VIN4101VIN5110VIN6111VIN729n nNEPUNEPUADC0809采样状态图采样状态图 30n nNEPUNEPUADC0809转换时序图转换时序图P25图图2.1131n nNEPUNEPU2 21212位位A/DA/D转换器转换器AD574A AD574A AD574A是是一一种种高高性性能能的的12位位逐逐次次逼逼近近式式A/D转转换换器器，转转换换时时间间约约为为25s，线线性性误误差差为为1/2LSB，内内部部有有时时钟钟脉脉冲冲源源和和基基准准电电压压源源，单单通通道

36、道单单极极性性或或双双极极性性电电压压输输入入，采采用用28脚脚双双立立直直插式封装。插式封装。32n nNEPUNEPUAD574AD574的原理结构图的原理结构图的原理结构图的原理结构图33n nNEPUNEPU AD574AAD574AAD574AAD574A由四部分构成：由四部分构成：由四部分构成：由四部分构成：12121212位位位位A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器控制逻辑控制逻辑控制逻辑控制逻辑: : : :三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器10V10V10V10V基准电压源基准电压源基准电压源基准电压源 启动转换启动转换启动转

37、换启动转换控制转换过程控制转换过程控制转换过程控制转换过程控制转换结果的输出控制转换结果的输出控制转换结果的输出控制转换结果的输出34n nNEPUNEPU1)12位位A/D转换器转换器AD574A两种模拟输入方式两种模拟输入方式(a)单极性输入单极性输入BIPOFF=0V；(b)双极性输入双极性输入BIPOFF=10V35n nNEPUNEPU2）引脚特性：）引脚特性：DO0DO11：12位数字量输出。位数字量输出。R/C：数据读：数据读/启动信号。启动信号。R/C=1时，时，读取转换结果；读取转换结果；R/C=0时，启动时，启动A/D转换。转换。12/8：输出数据长度选择信号。输出数据长度

38、选择信号。12/8=1，D11D0并行输出；并行输出；12/8=0，D11D4与与D3D0分时输出。分时输出。A0：字节选择信号。字节选择信号。在转换启动时，在转换启动时，A0=0代表选择代表选择AD574A作为作为12位转换器使用，位转换器使用，在读数据时，在读数据时，A0=1代表读低代表读低4位。位。STS：AD574A的工作状态信号。的工作状态信号。STS=1表示正处于转换状态；表示正处于转换状态；STS=0表示转换完毕。表示转换完毕。CPU可用查询或中断可用查询或中断方式了解转换过程是否结束。方式了解转换过程是否结束。AD574A1234567891011121314282726252

39、4232221201918171615+5 V8/12CSA0C/RCEVCCREF OUTAGNDREF INVEEBIP OFF10 VIN20 VINDGNDDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7DO8DO9DO10DO11STS36n nNEPUNEPUAD574A12345678910111213142827262524232221201918171615+5 V8/12CSA0C/RCEVCCREF OUTAGNDREF INVEEBIP OFF10 VIN20 VINDGNDDO0DO1DO2DO3DO4DO5DO6DO7DO8DO9DO10DO11STS10VIN：1

40、0V模拟电压输入。模拟电压输入。单极性时为单极性时为010V，双极性时为双极性时为5V5V。20VIN：20V模拟电压输入。模拟电压输入。单极性时为单极性时为020V，双极性时为双极性时为10V10V。REFIN：参考输入，用于满量程调节。参考输入，用于满量程调节。REFOUT：内部内部10V参考电压输出。参考电压输出。BIPOFF：偏置输入，用于零点调节。偏置输入，用于零点调节。BIPOFF=0V单极性；单极性；BIPOFF=10V双极性。双极性。VCC、VEE、VL：15V、15V、5V供电电源。供电电源。AGND：模拟地。模拟地。DGND：数字地。数字地。37n nNEPUNEPUAD5

41、74A控制信号功能表控制信号功能表3）控制逻辑）控制逻辑CE12/A0功功能能1000启动启动12位转换位转换1001启动启动8位转换位转换1011允许允许12位并行输出位并行输出1010010101允许低允许低4位输出位输出01允许高允许高8位输出位输出禁止，无操作禁止，无操作禁止，无操作禁止，无操作38n nNEPUNEPU4）AD574A的工作时序的工作时序39n nNEPUNEPU2.2.2A/D转换器接口技术转换器接口技术 A/D转换器通常都具有三态数据输出缓冲器，因而允许A/D转换器直接同系统总线相连接。为便于或简化接口电路设计，也常通过通用并行接口芯片8255A实现与系统的接口。

42、 1. ADC0809与PC总线工业控制机接口 2. AD574A与PC总线工业控制机接口40n nNEPUNEPU1ADC0809与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口n ADC0809与PC总线工业控制机接口电路图 41n nNEPUNEPUn （1 1）确定选择模拟通道号）确定选择模拟通道号 n （2 2）输出启动信号）输出启动信号 n （3 3）查询是否转换结束）查询是否转换结束 n （4 4）读取转换结果）读取转换结果分析程序流程分析程序流程42n nNEPUNEPU2 2ADC574AADC574A与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口43n nNEPUNEPU2.

43、3模拟量输入通道模拟量输入通道2.3.1模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成2.3.2I/V变换变换2.3.3多路转换器多路转换器2.3.4采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器2.3.5模拟量输入通道设计模拟量输入通道设计44n nNEPUNEPU 模模拟拟量量输输入入通通道道的的任任务务是是把把从从系系统统中中检检测测到到的的模模拟拟信信号号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 传传感感器器是是将将生生产产过过程程工工艺艺参参数数转转换换为为电电参参数数的的装装置置，大大多多数数传传感感器器的的输输出出是是直直流流电电压压( (或或电电流

44、流) )信信号号，也也有有一一些些传传感感器器把把电阻值、电容值、电感值的变化作为输出量。电阻值、电容值、电感值的变化作为输出量。 为为了了避避免免低低电电平平模模拟拟信信号号传传输输带带来来的的麻麻烦烦，经经常常要要将将测测量量元元件件的的输输出出信信号号经经变变送送器器变变送送，如如温温度度变变送送器器、压压力力变变送送器器、流流量量变变送送器器等等，将将温温度度、压压力力、流流量量的的电电信信号号变变成成0 010mA10mA或或4 420mA20mA的统一信号，然后经过模拟量输入通道来处理。的统一信号，然后经过模拟量输入通道来处理。 2.3模拟量输入通道模拟量输入通道45n nNEPU

45、NEPU2.3.1 2.3.1 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电流过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电流(或电压或电压)形式后，再送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各形式后，再送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行采样和个过程参数依次地切换到后级，进行采样和A/D转换，实现过转换，实现过程参数的巡回检测。程参数的巡回检测。模拟量输入通道一般模拟量输入通道一般由由I/V变换，多路转换器、采样保持变换，多路转换器、采样保持器、器、A/D转换器、接口及控制逻辑转换器、接口及控制逻辑等组成。等组成。46n

46、 nNEPUNEPU2.3.2 I/V2.3.2 I/V变换变换n变变送送器器输输出出的的信信号号为为010mA或或420mA的的统统一一信号，需要经过信号，需要经过I/V变换变成电压信号后才能处理。变换变成电压信号后才能处理。nDDZ-型的输出信号标准为型的输出信号标准为010mA,nDDZ-型和型和DDZ-S的输出信号标准为的输出信号标准为420mA。n1.无源无源I/V变换变换n2.有源有源I/V变换变换47n nNEPUNEPUnI/V变换的基本思想：电流变换的基本思想：电流n变换电路中各部分的作用：变换电路中各部分的作用：R1:限流电阻限流电阻D:将电压钳制在将电压钳制在5V+0.3

47、V以内以内R2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电阻。电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电阻。C和和R1：组成阻容低通滤波电路。：组成阻容低通滤波电路。1.1.无源无源I/VI/V变换变换电压电压I=010mA,R2=I=010mA,R2=05V05VI=420mA,R2=I=420mA,R2=15V15VR1R2CIV+5V 无源无源I/V变换电路变换电路精密精密电阻电阻V=R2*ID50050025025048n nNEPUNEPU2.2.有源有源I/VI/V变换变换利用有源器件利用有源器件运算放大器运算放大器和电阻组成。与无源变换的区和电阻组成。与无源变换的区别在于信号的隔离上

48、。电流不能直接流过别在于信号的隔离上。电流不能直接流过R2,Vi=I*R1。利用运算放大器的虚短利用运算放大器的虚短(Emptyshort)和虚断和虚断(Emptybreak)的的概念，我们可以求出该同相放大电路的放大倍数。概念，我们可以求出该同相放大电路的放大倍数。合理选择相应的电阻，就可以得到相应的电压输出合理选择相应的电阻，就可以得到相应的电压输出Vo。有源有源I/V变换电路变换电路 AR1R3R2R4R5CIVOViA=1+R4/R3VO=A*R1*I输入阻抗高，输出阻抗低输入阻抗高，输出阻抗低输出限流，保护运放输出限流，保护运放100K200150K49n nNEPUNEPU2.3.

49、3 2.3.3 多路转换器多路转换器(Multiplexer)(Multiplexer)n多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。电压信号的关键元件。 n作用：作用：利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或地连接到公用放大器或A/D转换器上，实现多路共享。转换器上，实现多路共享。n常用的多路开关有常用的多路开关有CD4051(或或MC14051)、AD7501、LF13508等。等。50n nNEPUNEPU主要特性：主要特性：直流供电电源：直流供电电源：VDD+

50、5V+15V，数字信号变化范围：数字信号变化范围：315V输入电压：输入电压：VIN0VDD，模拟信号峰模拟信号峰-峰值：峰值：15VCD4051原理图原理图 INH控制禁止端控制禁止端1：断开：断开0：由：由ABC选通选通51n nNEPUNEPU2.3.4 2.3.4 采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器1.1.信号的采样信号的采样 采样过程：按一定的时间间隔采样过程：按一定的时间间隔T T，把时间上连续和幅值上也，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻连续的模拟信号，转变成在时刻O O、T T、2T2T、KTKT的一连串脉冲的一连串脉冲输出信号的过程。输出信号的过程。

51、 采样周期（采样间隔）：采样周期（采样间隔）：采样周期（采样间隔）：采样周期（采样间隔）：采样开关采样开关采样开关采样开关K K每一个通断的时间间隔每一个通断的时间间隔每一个通断的时间间隔每一个通断的时间间隔T T，包括等待时间、闭合时间、断开时间等。，包括等待时间、闭合时间、断开时间等。，包括等待时间、闭合时间、断开时间等。，包括等待时间、闭合时间、断开时间等。 采样宽度：采样宽度：采样宽度：采样宽度：采样开关闭合的时间。采样开关闭合的时间。采样开关闭合的时间。采样开关闭合的时间。 采样信号采样信号采样信号采样信号y*(t)y*(t)：幅值连续但是时间上离散的模拟信号。幅值连续但是时间上离散

52、的模拟信号。幅值连续但是时间上离散的模拟信号。幅值连续但是时间上离散的模拟信号。 香农采样定理：香农采样定理：香农采样定理：香农采样定理：如果模拟信号如果模拟信号如果模拟信号如果模拟信号( (包括噪声干扰在内包括噪声干扰在内包括噪声干扰在内包括噪声干扰在内) )频谱的最高频谱的最高频谱的最高频谱的最高频率为频率为频率为频率为fmaxfmax，只要按照采样频率，只要按照采样频率，只要按照采样频率，只要按照采样频率f f 2fmax2fmax进行采样，那么采样进行采样，那么采样进行采样，那么采样进行采样，那么采样信号信号信号信号y*(t)y*(t)就能唯一地复现就能唯一地复现就能唯一地复现就能唯一

53、地复现y(t)y(t)。为采样宽度，为采样宽度，即即K闭合的时间闭合的时间52n nNEPUNEPUn2.量化量化所谓所谓量化量化量化量化，就是采用一组数码，就是采用一组数码(如二进制码如二进制码)来来逼近逼近逼近逼近离散模离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。也就是怎样将离散模拟拟信号的幅值，将其转换为数字信号。也就是怎样将离散模拟变量变为二进制码，二进制数的大小和量化单位有关。变量变为二进制码，二进制数的大小和量化单位有关。量化过程量化过程量化过程量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。量化装置量化装置量化装置量化装置：执行量化

54、动作的装置是：执行量化动作的装置是A/D转换器。转换器。量化单位量化单位量化单位量化单位：字长为：字长为n的的A/D转换器把转换器把yminymax范围内变化的采样范围内变化的采样信号变换为数字信号变换为数字02n-1，其最低有效位，其最低有效位(LSB)所对应的模拟量所对应的模拟量q称为量化单位。称为量化单位。量化误差量化误差量化误差量化误差：量化过程实际上是一个用：量化过程实际上是一个用q去度量采样值幅值高低的去度量采样值幅值高低的小数归整过程，如同人们用单位长度小数归整过程，如同人们用单位长度(毫米或其它毫米或其它)去度量人的去度量人的身高一样。由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量

55、化身高一样。由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误差，量化误差为误差，量化误差为(1/2)q。例如，例如，例如，例如，q=20mV时，量化误差为时，量化误差为10mV，0.9901.009V范范围内的采样值，其量化结果是相同的，都是数字围内的采样值，其量化结果是相同的，都是数字50。53n nNEPUNEPU模拟信号的量化模拟信号的量化将模拟信号电平分成将模拟信号电平分成N=2n等分等分n每一等分用一个n位定点数表示例：例：被采样的电压值范围被采样的电压值范围-5V+5V，用，用8位二进制数表示位二进制数表示则：则：-5V+5V的电压范围将等分为的电压范围将等分为256个等级个等级在此

56、范围内的任一电压值都将被量化为一个在此范围内的任一电压值都将被量化为一个8位二进制数位二进制数即：即：0000000011111111，10/256=0.039V为一个等级为一个等级电压模拟量电压模拟量二进制量化值二进制量化值电压模拟量电压模拟量二进制量化值二进制量化值-5V0V-4.961V0.039V-4.922V0.078V-0.078V4.922V-0.039V4.961V54n nNEPUNEPU模拟信号的量化模拟信号的量化55n nNEPUNEPUn3.3.采样保持器（采样保持器（S/HS/H）(1)采样保持电路的工作方式：采样保持电路的工作方式：采样和保持采样和保持采样和保持采样

57、和保持。在在采样方式采样方式采样方式采样方式中，采中，采/保电路的输出保电路的输出跟踪跟踪（track）模拟输）模拟输入电压。入电压。在在保持方式保持方式保持方式保持方式中，采中，采/保电路将保持保电路将保持采样命令撤销采样命令撤销时刻的时刻的采样值，直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。采样值，直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。(2)孔径时间孔径时间(aperturetime)和孔径误差和孔径误差(apertureerror)在采在采/保电路中，完成一次保电路中，完成一次A/D转换所需的时间称为转换所需的时间称为孔径孔径孔径孔径时间时间时间时间。采样时刻的最大转换误差称为采样

58、时刻的最大转换误差称为孔径误差孔径误差孔径误差孔径误差。孔径误差的消除孔径误差的消除采用采用采样保持器。采样保持器。采样保持器。采样保持器。56n nNEPUNEPU(3)常用的采样保持器常用的采样保持器LF398、AD582选择采样保持器的主要因素有：获取时间，电压下降率。选择采样保持器的主要因素有：获取时间，电压下降率。LF398的保持电容的保持电容CH取为取为0.01F时，信号达到时，信号达到0.01%精度精度所需的获取时间所需的获取时间(采样时间采样时间)为为25s，保持期间的输出电压下降率，保持期间的输出电压下降率为每秒为每秒0.3mV。LF398的的采样保持控制引脚采样保持控制引脚

59、8：高电平高电平1，采样，采样低电平低电平0，保持，保持CH为保持电容，将其减小为保持电容，将其减小可以提高采样频率但会降低精度。可以提高采样频率但会降低精度。57n nNEPUNEPU58n nNEPUNEPU将将ADC0809的启动转换脉冲的启动转换脉冲START连到连到LF398的引的引脚脚8上上,作为采样控制脉冲作为采样控制脉冲,在脉冲的下降沿启动转换在脉冲的下降沿启动转换,在转在转换期间换期间,LF398处于保持状态。处于保持状态。START835VOUTLF398ADC0809INVIN模入模入采样保持器用法：采样保持器用法：59n nNEPUNEPU元器件：元器件：12位位A/D

60、转换器转换器AD574A，采样保持器，采样保持器LF398、多路开、多路开关关CD4051、8255A并行接口。并行接口。要求要求：设计：设计PC总线工业控制机的模拟量输入通道电路模板。总线工业控制机的模拟量输入通道电路模板。主要技术指标主要技术指标：8通道模拟量输入，通道模拟量输入，12位分辨率位分辨率输入量程为单极性输入量程为单极性010V，应答方式为查询应答方式为查询A/D转换时间为转换时间为25s2.3.5 2.3.5 模拟量输入通道设计模拟量输入通道设计60n nNEPUNEPU该模板采集一个数据的过程该模板采集一个数据的过程1通道选择通道选择PC0PC2,通道禁止通道禁止PC3,L

61、F398ADC574的的STS+反相器，反相器，STS=0时时LF398为采样状态。为采样状态。2启动启动AD574A进行进行A/D转换转换,STS=1时时LF398保持保持.AD574A的的R/C,CS,CEPC4-PC63查询查询AD574A是否转换是否转换结束结束STSPA74读取转换结果读取转换结果STS由由1变为变为0后，读高后，读高4位位PA0-PA3，低，低8位位B口口61n nNEPUNEPU2.4 D/A2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的元件或装置，它转换器是指将数字量转换成模拟量的元件或装置，它的模拟量输出的模拟量输出(

62、电流或电压电流或电压)与参考电压和二进制数成比例。与参考电压和二进制数成比例。主要技术指标有分辨率、建立时间、线性误差主要技术指标有分辨率、建立时间、线性误差等。等。分辨率：分辨率：D/A转换器输入二进制数的位数，如转换器输入二进制数的位数，如8位、位、10位、位、12位。分辨率为位。分辨率为n位，表示位，表示D/A转换器输入二进制数的最低有转换器输入二进制数的最低有效位效位LSB与满量程输出的与满量程输出的1/2n相对应。相对应。线性误差：线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用大误差定义为线性误差。线性误差

63、常用LSB的分数表示，如的分数表示，如(1/2)LSB或或1LSB。（同。（同A/D转换）转换）62n nNEPUNEPU建立时间：建立时间：输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值号达到离终值(1/2)LSB所需的时间，一般为所需的时间，一般为ns。2.4 D/A2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术63n nNEPUNEPU2.4.1D/A转换器转换器1.8位位D/A转换器转换器DAC08322.12位位D/A转换器转换器DAC12102.4.2D/A转换器接口技术转换器接口技术1.8位位D/A转换器与转换器与PC总线工业

64、控制机接口总线工业控制机接口2.12位位D/A转换器与转换器与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口2.4 D/A2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术64n nNEPUNEPU1. 81. 8位位D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832nDAC0832的分辨率为的分辨率为8位，电流输出，采用位，电流输出，采用20脚双立直插式封装。脚双立直插式封装。65n nNEPUNEPU（1）DAC0832结结构框构框图图主要由主要由主要由主要由8 8位输入寄存器、位输入寄存器、位输入寄存器、位输入寄存器、8 8位位位位DACDAC寄存器、寄存器、寄存器、寄存器、8 8位位位位D

65、/AD/A转换器、转换器、转换器、转换器、相应的选通控制逻辑四部分组成。相应的选通控制逻辑四部分组成。相应的选通控制逻辑四部分组成。相应的选通控制逻辑四部分组成。66n nNEPUNEPU（2）DAC0832的引脚功能的引脚功能D0D7：转换数据输入接口线，：转换数据输入接口线，D0为为LSB，D7为为MSB。ILE：输入锁存允许。输入锁存允许。：8位输入寄存器写选通信号。位输入寄存器写选通信号。：8位位DAC寄存器写选通信号。寄存器写选通信号。：传输转换数据线。：传输转换数据线。IOUT1：电流输出：电流输出1端。端。IOUT2：电流输出：电流输出2端。端。IOUT1+IOUT2=常数常数C

66、Rfb：标准电阻线，与外部运算放大器的输出相连，作为反馈电阻。：标准电阻线，与外部运算放大器的输出相连，作为反馈电阻。VREF：基准电压源端，输入线，：基准电压源端，输入线， 10VDC 10VDC。VCC：工作电压源端，输入线，：工作电压源端，输入线， 5VDC 15VDC。1234567891020191817161514131211VCCILEWR2XFERDI4DI4DI6DI7Iout2Iout1CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VrefRfbDGNDDAC083267n nNEPUNEPUILE=1，CS=0时，时，将将D锁入锁入8位输入寄存器；位输入寄存器；=0时，时，将

67、输入寄存器中的数据传送到将输入寄存器中的数据传送到DAC寄存器。寄存器。数据送入数据送入DAC后后1微秒，微秒，IOUT1和和IOUT2稳定。稳定。68n nNEPUNEPU（3）DAC0832的工作方式的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器：两级缓冲寄存器都是直通锁存器： LE1，直通（输出等于输入） LE0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout169n nNEPUNEPU（3）DAC0832的工作方式：的工作方式：LE1LE21输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器。转换器。LE2LE1

68、DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1A.直通方式直通方式70n nNEPUNEPULE11，或者，或者LE21两个寄存器之一始终处于直通状态；两个寄存器之一始终处于直通状态；另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）。另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）。LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1B.单缓冲方式单缓冲方式（3）DAC0832的工作方式：的工作方式：71n nNEPUNEPUC.双缓冲方式双缓冲方式LE10，并且，并且LE20两个寄存器都处于受控（缓冲）状态；两个寄存器

69、都处于受控（缓冲）状态；能够对一个数据进行能够对一个数据进行D/A转换的同时，输入下一转换的同时，输入下一个要转换的数据，可以有效地提高转换速度个要转换的数据，可以有效地提高转换速度。LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1（3）DAC0832的工作方式：的工作方式：72n nNEPUNEPU2. 122. 12位位D/AD/A转换器转换器DAC1210DAC121073n nNEPUNEPU与与DAC0832的两点区别的两点区别：可用可用BYTElBYTE2控制数据的输入：控制数据的输入：高电平时高电平时DI0-DI11这这12

70、位同时存入两寄存器；位同时存入两寄存器；低电平时只将低低电平时只将低4位位DI0-DI3存入存入4位输入寄存器。位输入寄存器。 DAC1210有有12条数据输入线，因此采用条数据输入线，因此采用24脚脚双列直插封装。双列直插封装。74n nNEPUNEPU2.4.2 D/A2.4.2 D/A转换器接口技术转换器接口技术1 1 8 8位位D/AD/A转换器转换器08320832与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口1.端口地址端口地址+IOW有效有效CS有效有效 LE1高电平高电平输入寄存器直通输入寄存器直通输入数输入数据进行据进行D/A转换。转换。2.IOW变高变高CS变高变高LE1

71、低电平低电平输入寄存器输入寄存器锁存锁存D/A转换输出保持。转换输出保持。DAC0832工作方式为单缓冲寄存器工作方式为单缓冲寄存器75n nNEPUNEPU2. 122. 12位位D/AD/A转换器转换器12101210与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口译码器的Y0， Y1 ， Y2用于控制DAC1210的工作方式和进行12位转换。 CS接地 DAC1210的高8位：PC总线D0-D7 DAC1210的低4位：PC总线D4-D776n nNEPUNEPU工作过程：工作过程：1.锁存高锁存高8位数据：位数据：Y0有效有效BYTE1/BYTE2高电平高电平当当IOW有效有效D4-D

72、11写入高写入高8位输入寄存器，位输入寄存器，D0-D3写入写入低低4位输入寄存器。位输入寄存器。2.锁存低锁存低4位数据：位数据：Y1有效有效BYTE1/BYTE2低电平低电平当当IOW有效有效高高8位输入数据被锁存，位输入数据被锁存，D3-D0写入低写入低4位输入寄位输入寄存器，原内容被冲掉。存器，原内容被冲掉。3.输入寄存器数据送到输入寄存器数据送到DAC寄存器寄存器：Y2有效有效XFER低电平低电平当当IOW有效有效输入寄存器数据传送到输入寄存器数据传送到DAC寄存器，寄存器，并开始并开始D/A转换。转换。4.DAC寄存器锁存，寄存器锁存，D/A输出保持输出保持：Y2,IOW变高电变高

73、电平平DAC寄存器锁存数据，保持寄存器锁存数据，保持D/A转换输出。转换输出。77n nNEPUNEPU2.5 2.5 模拟量输出通道模拟量输出通道 n 2.5.1 2.5.1 模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式 n 2.5.2 2.5.2 单极性与双极性电压输出电路单极性与双极性电压输出电路 n 2.5.3 V/I 2.5.3 V/I 变换和自动变换和自动/ /手动切换手动切换 n 2.5.4 2.5.4 模拟量输出通道设计模拟量输出通道设计 78n nNEPUNEPU2.5.1 2.5.1 模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式1.一个通路设置一个一个通路设置一个D

74、/A转换器的形式转换器的形式数字保持数字保持优点：优点：转换速度快、工作可靠，即使某一路转换速度快、工作可靠，即使某一路D/A转换器有故转换器有故障，也不会影响其它通路的工作。障，也不会影响其它通路的工作。缺点：缺点：使用了较多的使用了较多的D/A转换器转换器模拟量输出通道一般由接口电路、模拟量输出通道一般由接口电路、模拟量输出通道一般由接口电路、模拟量输出通道一般由接口电路、D/AD/A转换器、多路转换器、多路转换器、多路转换器、多路转换开关、采样保持器、转换开关、采样保持器、转换开关、采样保持器、转换开关、采样保持器、V/IV/I变换等组成。变换等组成。变换等组成。变换等组成。 79n n

75、NEPUNEPUn2.2.多个通路共用一个数多个通路共用一个数/ /模转换器的形式模转换器的形式模拟保持模拟保持n 优点：优点：节省了数节省了数/ /模转换器模转换器 n 缺点：缺点：由于需要分时工作，只适用于通路数量多且速度要由于需要分时工作，只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。求不高的场合。80n nNEPUNEPU2.5.2 2.5.2 单极性与双极性电压输出电路单极性与双极性电压输出电路n通常采用通常采用D/A转换器外加运算放大器的方法，转换器外加运算放大器的方法，把把D/A转换器的电流输出转换为电压输出。转换器的电流输出转换为电压输出。1、VOUT1为单极性输出为单极性输出2、V

76、OUT2为双极性输出为双极性输出81n nNEPUNEPU若若 D为为 输输 入入 数数 字字 量量 ，VREF为为基基准准参参考考电电压压，且且为为n位位D/A转换器，则有：转换器，则有：对于对于DAC0832，n=8，则，则VREF/256是常数。是常数。显然，显然，VOUT1和和D成正比关系，输入数字量成正比关系，输入数字量D为为00H时，时，VOUT1也为也为0；输入数字量；输入数字量D 为为FFH即即255时，时，VOUT1为与为与VREF极性相反的最大值。极性相反的最大值。1、VOUT1为单极性输出为单极性输出82n nNEPUNEPU2、VOUT2为双极性输出为双极性输出R1=2

77、RR3=2RR4=RR2=RI383n nNEPUNEPU对于双极性的情况：对于双极性的情况：当输入数字量当输入数字量D小于小于80H即即128时，输出模拟电压为负；时，输出模拟电压为负；当输入数字量当输入数字量D大于大于80H即即128时，输出模拟电压为正。时，输出模拟电压为正。由上式，对于由上式，对于8位位D/A转换器，有：转换器，有：D=0时，时，D=80H，D=FFH，84n nNEPUNEPU2.5.3 2.5.3 V/I 变换和自动变换和自动/ /手动切换手动切换n1集成集成V/I转换器转换器ZF2B20n2集成集成V/I转换器转换器AD694n3带有自动带有自动/手动切换的手动切

78、换的V/I变换变换85n nNEPUNEPU1集成集成V/I转换器转换器ZF2B20ZF2B20是通过是通过V/I变换的方式产生一个与输入电压成比变换的方式产生一个与输入电压成比例的输出电流。它的输入电压范围是例的输出电流。它的输入电压范围是010V，输出电流是，输出电流是420mA(加接地负载加接地负载)，采用单正电源供电，电源电压范围为，采用单正电源供电，电源电压范围为1032V，它的特点是，它的特点是低漂移（低漂移（Lowexcursion），），在工作温度在工作温度为为-2585范围内，最大漂移为范围内，最大漂移为0.005%/，可用于控制和，可用于控制和遥测系统遥测系统(Teleme

79、trysystem)，作为子系统之间的信息传送和，作为子系统之间的信息传送和连接。连接。86n nNEPUNEPU(a)(a)(a)(a)是一种带初值校准的是一种带初值校准的是一种带初值校准的是一种带初值校准的0 0 0 010V10V10V10V到到到到4 4 4 420mA20mA20mA20mA转换电路。转换电路。转换电路。转换电路。(b)(b)(b)(b)是一种带满度校准的是一种带满度校准的是一种带满度校准的是一种带满度校准的0 0 0 010V10V10V10V到到到到0 0 0 010mA10mA10mA10mA转换电路。转换电路。转换电路。转换电路。87n nNEPUNEPU2集

80、成集成V/I转换器转换器AD694AD694的主要特点是：的主要特点是：输出范围：输出范围：420mA,020mA。输入范围：输入范围：02V或或010V。可可与与电电流流输输出出型型D/A转转换换器器直直接接配配合合使使用用，实实现程控现程控(programcontrol)电流输出。电流输出。具具有有开开路路或或超超限限报报警警（opencircuit/overrunalarm）功能。功能。88n nNEPUNEPU3 3带有自动带有自动/ /手动切换的手动切换的V/I变换变换1289n nNEPUNEPU（1）手动）手动/自动切换目的自动切换目的：在计算机出现故障时，可以手动操作。在计算机

81、出现故障时，可以手动操作。（2）电路的两个功能）电路的两个功能：实现实现V/I变换变换能够实现能够实现A/H切换切换3 3带有自动带有自动/ /手动切换的手动切换的V/I变换变换90n nNEPUNEPU实现实现V/I变换变换(Vi=05VIL=010mA)当当K1处处于于A时时，形形成成一一个个电电压压比比较较型型跟跟随随器器(Voltagecomparisonfollower)。当当VfVi时时，电电路路能能自自动动地地使使输输出出电电流流增大或减小。最终使增大或减小。最终使Vf=Vi，于是有，于是有IL=Vi(R9+W)。1当当R9+W=500或或250时，时，IL以以010mA或或42

82、0mA的直流电流信号线性地对应的直流电流信号线性地对应Vi的的05V或或15V的直流电压信号。的直流电压信号。91n nNEPUNEPUn能够实现能够实现A/H切换切换n n AHn当开关当开关K1、K2和和K3都处于都处于H位置时，即为手动操作方式，位置时，即为手动操作方式，此时运算放大器此时运算放大器A1和和A2脱开，脱开，A2成为一个保持型反相积分器成为一个保持型反相积分器(HoldingInversionIntegrator)(HoldingInversionIntegrator)。92n nNEPUNEPU当按下当按下“增增”按钮时，按钮时，V2以一定速率上升，以一定速率上升，IL以

83、一定速率上升；以一定速率上升；当按下当按下“减减”按钮时，按钮时，V2以一定速率下降，以一定速率下降，IL以一定速率下降。以一定速率下降。当两按钮都断开时，由于当两按钮都断开时，由于A2为一高输入阻抗保持器，为一高输入阻抗保持器，V2几乎几乎 保持不变，维持输出电流恒定。持不变，维持输出电流恒定。93n nNEPUNEPUnHAn当当开开关关K1、K2、K3处处于于H，要要做做到到无无扰扰动动必必须须使使图图中中的的输出电路具有输出电路具有输出跟踪输出跟踪功能，即在手动状态下，功能，即在手动状态下，Vi等于等于Vf。94n nNEPUNEPU计算机由计算机由DI读入读入K2的状态，判断输出电路

84、的状态，判断输出电路A还是还是H。A程序执行预先规定的运算，最终输出程序执行预先规定的运算，最终输出Vi;HA/D读入读入Vf，送至输出单元；，送至输出单元；D/A输出输出Vi。Vi=Vf跟踪程序的工作过程跟踪程序的工作过程95n nNEPUNEPU2.5.4模拟量输出通道设计模拟量输出通道设计目的：目的：设计设计8通道的模拟量输出通道的电路原理图。通道的模拟量输出通道的电路原理图。器件：器件：DAC0832，CD4051要求：要求：利用利用DAC0832作作8位位D/A转换器，通过多路开关转换器，通过多路开关CD4051，可由程序控制，将转换结果从，可由程序控制，将转换结果从8通道中的某通道

85、中的某一通道中送出，送出的结果以电流形式输出。一通道中送出，送出的结果以电流形式输出。96n nNEPUNEPU工作过程工作过程：PC总线送出的数据由总线送出的数据由DAC0832进行转进行转换。用换。用OUT指令，通过指令，通过D0、D1、D2位打开位打开多路开关的某一通道而送出，其输出端所接多路开关的某一通道而送出，其输出端所接的保持器是为了保持的保持器是为了保持D/A输出稳定，起到电输出稳定，起到电压保持作用压保持作用,由由V/I转换器来输出转换器来输出420mA的的电流信号。电流信号。97n nNEPUNEPU2.6硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术HardwareAnti-interfer

86、enceTechnology 2.6.1 过程通道抗干扰技术 2.6.2 CPU抗干扰技术 2.6.3 系统供电与接地技术 98n nNEPUNEPUn所所谓谓干干扰扰，就就是是有有用用信信号号以以外外的的噪噪声声或或造造成成计计算算机机设设备备不不能能正常工作的破坏因素。正常工作的破坏因素。n克服干扰的措施克服干扰的措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施。n干扰的来源干扰的来源：外部干扰和内部干扰。：外部干扰和内部干扰。n外部干扰与系统结构无关，而是由外界环境因素决定的；外部干扰与系统结构无关，而是由外界环境因素决定的；n内部干扰则是由系统结构、制造工

87、艺等决定的。内部干扰则是由系统结构、制造工艺等决定的。外外部部干干扰扰主主要要是是空空间间电电或或磁磁的的影影响响，环环境境温温度度、湿湿度度(humidity)等气象条件。等气象条件。内内部部干干扰扰主主要要是是分分布布电电容容(distributedcapacitance)、分分布布电电感感引引起起的的耦耦合合感感应应(couplinginduction)，电电磁磁场场辐辐射射感感应应(radiationinduction)，长长线线传传输输的的波波反反射射(wavereflect)，多多点点接接地地造造成成的的电电位位差差(potentialdifference)引引起起的的干干扰扰，寄

88、寄生生振振荡荡(parasiticoscillation)引引起起的的干干扰扰，甚甚至至元元器器件件产产生生的的噪噪声。声。99n nNEPUNEPUn分布电容分布电容：distributedcapacitancen除除电电容容器器外外，由由于于电电路路的的分分布布特特点点而而具具有有的的电电容容叫叫分分布布电电容容例例如如线线圈圈的的相相邻邻两两匝匝之之间间，两两根根相相邻邻的的导导线线间间都都具具有有一一定定的的电电容容它它对对电电路路的的影影响响等等效效于于给给电电路路并并联联上上一一个电容器，这个电容值就是分布电容个电容器，这个电容值就是分布电容n由由于于分分布布电电容容的的数数值值一

89、一般般不不大大，在在低低频频交交流流电电路路中中，分分布布电电容容的的容容抗抗很很大大，对对电电路路的的影影响响不不大大，因因此此在在低低额额交交流流电电路路中中，一一般般可可以以不不考考虑虑分分布布电电容容的的影影响响，但但对对于于高高额额交流电路，分布电容的影响就不能忽略不计了。交流电路，分布电容的影响就不能忽略不计了。n分布电感分布电感：distributedinductance100n nNEPUNEPU2.6.1过程通道抗干扰技术过程通道抗干扰技术n1.1.串串模模干干扰扰( (SeriesModeinterference) )及及其抑制方法其抑制方法 (1)(1)串串模模干干扰扰：

90、所所谓谓串串模模干干扰扰是是指指叠叠加加在在被被测测信信号上的干扰噪声。也称为常态干扰。号上的干扰噪声。也称为常态干扰。 101n nNEPUNEPU（2 2）串模干扰的抑制方法）串模干扰的抑制方法n如果串模干扰频率如果串模干扰频率fc比被测信号频率比被测信号频率f高高，则采用，则采用输入低通输入低通滤波器滤波器来抑制高频率串模干扰；来抑制高频率串模干扰；n如果如果fc比比f低低，则采用，则采用高通滤波器高通滤波器来抑制低频串模干扰；来抑制低频串模干扰；n如果如果fc落在落在f频谱的频谱的两侧两侧，则应用，则应用带通滤波器带通滤波器(band-passfilter)。n一般情况下，串模干扰均比

91、被测信号变化快，故常用二级阻一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模容低通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。串串模模干干扰扰示示意意图图102n nNEPUNEPUn 当当尖尖峰峰型型串串模模干干扰扰成成为为主主要要干干扰扰源源时时，用用双双积积分分式式A/DA/D转转换换器器可可以以削削弱弱串串模模干干扰扰的的影影响响。因因为为此此类类转转换换器器是是对对输输入入信信号号的的积积分分值值进进行行测测量量，而而不不

92、是是测测量量信信号号的的瞬瞬时时值值。若若干干扰扰信信号号是是周周期期性性( (periodicity) )的的而而积积分分时时间间又又为为信信号号周周期期或或信信号号周周期期的的整整数数倍倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。 n 对对于于串串模模干干扰扰主主要要来来自自电电磁磁感感应应的的情情况况下下，对对被被测测信信号号应应尽尽可可能能早早地地进进行行前前置置放放大大，从从而而达达到到提提高高回回路路中中的的信信号号噪噪声声比比的的目目的的；或者尽可能早地完成模或者尽可能早地完成模/ /数转换或采取隔离和屏蔽等措施。数转换或采取隔离和屏蔽

93、等措施。 n 从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。 n 采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。 103n nNEPUNEPU 2共模干扰及其抑制方法共模干扰及其抑制方法n(1)共模干扰共模干扰(CommonModeinterference

94、)是指模是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。共模干扰也称为共态干扰。n被测信号被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的电位差考接地点之间往往存在着一定的电位差Ucm。共模干扰示意图共模干扰示意图104n nNEPUNEPU单端对地输入和双端不对地输入单端对地输入和双端不对地输入对对于于存存在在共共模模干干扰扰的的场场合合，不不能能采采用用单单端端对对地地输输入入方方式式，因因为为此此时时的的共共模模干干扰扰电电压压将将全全部部成成为为串串模模干干扰扰电电压压，如如

95、左左图图所所示示。所所以以必必须须采用双端输入不对地方式，如右图所示。采用双端输入不对地方式，如右图所示。ZS、ZS1、ZS2为为信信号号源源US的的内内阻阻抗抗，ZC、ZC1、ZC2为为输输入入电电路路的的输输入入阻阻抗抗。共共模模干干扰扰电电压压Ucm对对两两个个输输入入端端形形成成两两个个电电流流回回路路，每每个个输入端输入端A和和B的共模电压和两个输入端之间的共模电压分别为：的共模电压和两个输入端之间的共模电压分别为：105n nNEPUNEPU为为为为了了了了衡衡衡衡量量量量一一一一个个个个输输输输入入入入电电电电路路路路抑抑抑抑制制制制共共共共模模模模干干干干扰扰扰扰的的的的能能能

96、能力力力力，常常常常用用用用共共共共模模模模抑抑抑抑制比制比制比制比CMRR(CommonModeRejectionRatio)CMRR(CommonModeRejectionRatio)来表示，即来表示，即来表示，即来表示，即 UcmUcm是是是是共共共共模模模模干干干干扰扰扰扰电电电电压压压压，UnUn是是是是UcmUcm转转转转化化化化成成成成的的的的串串串串模模模模干干干干扰扰扰扰电电电电压压压压。显显显显然然然然，对对对对于于于于单单单单端端端端对对对对地地地地输输输输入入入入方方方方式式式式，由由由由于于于于Un=UcmUn=Ucm，所所所所以以以以CMRR=0CMRR=0，说说说

97、说明明明明无无无无共共共共模模模模抑抑抑抑制制制制能能能能力力力力。对对对对于于于于双双双双端端端端不不不不对对对对地地地地输输输输入入入入方方方方式式式式来来来来说说说说，由由由由UcmUcm引引引引入入入入的的的的串串串串模模模模干干干干扰扰扰扰UnUn越越越越小小小小，CMRRCMRR就就就就越越越越大大大大，所所所所以以以以抗抗抗抗共共共共模模模模干干干干扰扰扰扰能力越强。能力越强。能力越强。能力越强。 如果如果如果如果Z ZS1S1=Z=ZS2S2，Z ZC1C1=Z=ZC2C2，那么，那么，那么，那么U UABAB=0=0，表示不引入共模干扰，表示不引入共模干扰，表示不引入共模干扰

98、，表示不引入共模干扰，但实际上无法满足，只能但实际上无法满足，只能但实际上无法满足，只能但实际上无法满足，只能Z ZS1S1接近接近接近接近Z ZS2S2，Z ZC1C1接近接近接近接近Z ZC2C2，则，则，则，则U UABAB00，即实际上总存在一定的共模干扰电压。即实际上总存在一定的共模干扰电压。即实际上总存在一定的共模干扰电压。即实际上总存在一定的共模干扰电压。当当当当Z ZS1S1和和和和Z ZS2S2越小，越小，越小，越小，Z ZC1C1和和和和Z ZC2C2越大，并且越大，并且越大，并且越大，并且Z ZC1C1与与与与Z ZC2C2越接近时，越接近时，越接近时，越接近时，共模干扰

99、的影响就越小。一般情况下，共模干扰电压共模干扰的影响就越小。一般情况下，共模干扰电压共模干扰的影响就越小。一般情况下，共模干扰电压共模干扰的影响就越小。一般情况下，共模干扰电压UcmUcm总是总是总是总是转化成一定的串模干扰转化成一定的串模干扰转化成一定的串模干扰转化成一定的串模干扰UnUn出现在两个输入端之间。出现在两个输入端之间。出现在两个输入端之间。出现在两个输入端之间。106n nNEPUNEPU(2)共模干扰的抑制方法共模干扰的抑制方法n 变压器隔离变压器隔离 （transformerisolation） 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离利用变压器把模拟信号电路与数字信号电

100、路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压电压cmcm不成回路，从而抑制了共模干扰。不成回路，从而抑制了共模干扰。107n nNEPUNEPU光电隔离光电隔离 (Photoelectricisolation) 光光电电耦耦合合器器是是由由发发光光二二极极管管和和光光敏敏三三极极管管封封装装在在一一个个管管壳壳内内组组成成的的，发发光光二二极极管管两两端端为为信信号号输输入入端端，光光敏敏三三极极管管的的集集电电极极和和发发射射极极分分别别作作为为光光电电耦耦合合器器的的输输出出端端，它它们们之之间间的的信信号号是是靠靠发发光光二二极极

101、管管在在信信号号电电压压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。 108n nNEPUNEPU 浮地屏蔽浮地屏蔽( (FloatingShield) ) 采采用用浮浮地地输输入入双双层层屏屏蔽蔽放放大大器器来来抑抑制制共共模模干干扰扰，如如图图所所示示。这这是是利利用用屏屏蔽蔽方方法法使使输输入入信信号号的的“模模拟拟地地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。109n nNEPUNEPUn 采用仪表放大器提高共模抑制比采用仪表放大器提高共模抑制比 n (Using instrument amplifier toimprove

102、common mode rejectionratio) n 仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。模干扰与有用信号的器件。 n 仪表放大器将两个信号的差值放大，用来抑制仪表放大器将两个信号的差值放大，用来抑制共模分量。共模分量。 n AD620（低功耗，低成本，集成仪表放大器），（低功耗，低成本，集成仪表放大器），AD623。110n nNEPUNEPU3.长线传输干扰及其抑制方法(1)长线传输干扰 长线的“长”是相对的； 信号在长线中传

103、输遇到三个问题： 一是长线传输易受到外界干扰， 二是具有信号延时， 三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。111n nNEPUNEPU(2)长线传输干扰的抑制方法采采 用用 终终 端端 阻阻 抗抗 匹匹 配配 (Terminal impedancematching)或或 始始 端端 阻阻 抗抗 匹匹 配配 (Before impedancematching），可可以以消消除除长长线线传传输输中中的的波波反反射射或或者者把把它它抑制到最低限度。抑制到最低限度。为为了了避避免免外外界界干干扰扰的的影影响响，在在计计算算机机中中常常常常采采用用双双绞绞线线（twistedpair）

104、和和同同轴轴电电缆缆（coaxialcable）作信号线。作信号线。终端匹配：终端匹配：终端并联电阻终端并联电阻始端匹配：始端匹配：始端串联电阻始端串联电阻112n nNEPUNEPU2.6.2CPU抗干扰技术抗干扰技术计算机控制系统的计算机控制系统的CPU抗干扰措施常采用抗干扰措施常采用：Watchdog(俗称看门狗俗称看门狗)电源监控电源监控(Powermonitoring掉电检测及保护掉电检测及保护)复位复位 MAX1232 MAX1232 MAX1232 MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅微处理器监控电路给微处理器提供辅微处理器监控电路给微处理器提供辅微处理器监控电路给微处

105、理器提供辅助功能以及电源供电监控功能。助功能以及电源供电监控功能。助功能以及电源供电监控功能。助功能以及电源供电监控功能。MAX1232MAX1232MAX1232MAX1232通过监控通过监控通过监控通过监控 微处理器系统电源供电微处理器系统电源供电及及及及监控软件的执行监控软件的执行，来增强电路，来增强电路，来增强电路，来增强电路的可靠性，它提供一个反弹的的可靠性，它提供一个反弹的的可靠性，它提供一个反弹的的可靠性，它提供一个反弹的( ( ( (reboundrebound，unlock unlock 无无无无锁的锁的锁的锁的) ) ) )手动复位输入。手动复位输入。手动复位输入。手动复位

106、输入。 另外常用的集成电路还有另外常用的集成电路还有另外常用的集成电路还有另外常用的集成电路还有X5045X5045X5045X5045、IMP813IMP813IMP813IMP813等。等。等。等。113n nNEPUNEPU1MAX1232的结构原理的结构原理MAX1232MAX1232引脚图引脚图PBRST PBRST 按键复位输入按键复位输入TD TD 时间延迟时间延迟TOL TOL 容差输入容差输入RST RST 复位输出复位输出ST ST 选通输入选通输入MAX1232MAX1232内部原理图内部原理图114n nNEPUNEPU2 2MAX1232MAX1232的主要功能的主要

107、功能n(1)电源监控 n(2)按钮复位输入 n(3)监控定时器(Watchdog) 115n nNEPUNEPU(1)(1)电源监控电源监控n电电压压检检测测器器监监控控Vcc。每每当当Vcc低低于于所所选选择择的的容容限限时时(5%容容限限时时的的电电压压典典型型时时为为462V，10%容容限限时时的的电电压压典型时为典型时为437V)就输出并保持复位信号。就输出并保持复位信号。选择选择5%的容许极限时，的容许极限时，TOL端接地；端接地；选择选择10%的容许极限时，的容许极限时，TOL端接端接Vcc。当当Vcc恢恢复复到到容容许许极极限限内内，复复位位输输出出信信号号至至少少保保持持250

108、ms的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。116n nNEPUNEPU(2)(2)按钮复位输入按钮复位输入MAX1232的的PBRST端端靠靠手手动动强强制制复复位位输输出出，该该端端保保持持tPBD是是按按钮钮复复位位延延迟迟时时间间，当当PBRST升升高高到到大大于于一一定定的的电电压压值值后后，复复位位输出保持至少输出保持至少250ms的宽度。的宽度。一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动能驱动PBRST，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了1ms的输入抖动，并且被保证能识别出的输入抖动，并且

109、被保证能识别出20ms或更大的脉冲宽度。或更大的脉冲宽度。117n nNEPUNEPU(3)(3)监控定时器监控定时器(Watchdog)(Watchdog)n用于因干扰引起的系统用于因干扰引起的系统“飞程序飞程序”等出错的检等出错的检测和自动恢复。测和自动恢复。n微处理器用一根微处理器用一根I/O线来驱动输入线来驱动输入ST，微处理，微处理器必须在一定时间内触发器必须在一定时间内触发ST端端(其时间取决于其时间取决于TD)，以便来检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件以便来检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件的失误导致没被触发，在一个最小超时间间隔内，的失误导致没被触发，在一个最小超时间间

110、隔内，ST的触发只能被脉冲的下降沿作用，这时的触发只能被脉冲的下降沿作用，这时MAX1232的复位输出至少保持的复位输出至少保持250ms的宽度。的宽度。118n nNEPUNEPU2 26 63 3 系统供电与接地技术系统供电与接地技术n1供电技术 n2接地技术 119n nNEPUNEPU1供电技术供电技术（1）从交流电网输入、直流输出的全过程，）从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：包括：、输入滤波器：、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。、整流、整流(rectifica

111、tion)与滤波：与滤波：将电网交流电源直接整流为将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。较平滑的直流电，以供下一级变换。120n nNEPUNEPU、逆变、逆变(Inverter)：将整流后的直流电变为高频交流电，这将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。率之比越小。、输出整流与滤波：、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。电源。121n nNEPUNEPUn(2)电源异常电源异常(Poweranomaly)的保护措

112、施的保护措施n计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生产。为此，可采用生产。为此，可采用不间断电源不间断电源UPS(UninterruptablePowerSupply)。 UPS自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的原有的48V通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。控机产生任何传导干扰。 输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电 。通过改进控。通过改进控制器的工作，可以减轻电池组放

113、电的频率，减少电池损坏。制器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。 122n nNEPUNEPU2 2接地技术接地技术n(1)(1)地线系统分析地线系统分析 n 什么是地线？什么是地线？地线有地线有安全地安全地和和信号地信号地两类。两类。 安全地安全地是为了保证人身安全、设备安全而设置的是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线，地线，信号地信号地是为了保证电路正确工作所设置的是为了保证电路正确工作所设置的地线。地线。 造成电路干扰现象的主要是信号地。造成电路干扰现象的主要是信号地。 123n nNEPUNEPUn在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：在计算机控制系统中，一般有以下几

114、种地线：模拟地、模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。数字地、安全地、系统地、交流地。n模模拟拟地地（analoggrounding）作作为为传传感感器器、变变送送器器、放大器、放大器、A/D和和D/A转换器中模拟电路的零电位。转换器中模拟电路的零电位。n数数字字地地（digitalgrounding）作作为为计计算算机机中中各各种种数数字字电电路路的的零零电电位位，应应该该与与模模拟拟地地分分开开，避避免免模模拟拟信信号号受受数字脉冲的干扰。数字脉冲的干扰。n安安全全地地（safetygrounding）的的目目的的是是使使设设备备机机壳壳与与大大地地等等电电位位，以以避避免免机机壳壳带带

115、电电而而影影响响人人身身及及设设备备安安全全。通通常常安安全全地地又又称称为为保保护护地地或或机机壳壳地地，机机壳壳包包括括机机架架、外外壳、屏蔽罩等。壳、屏蔽罩等。124n nNEPUNEPUn n 系系统统地地（systemgrounding）就就就就是是是是上上上上述述述述几几几几种种种种地地地地的的的的最最最最终终终终回回回回流流流流点点点点，直直直直接接接接与与与与大大大大地地地地相相相相连连连连。众众众众所所所所周周周周知知知知，地地地地球球球球是是是是导导导导体体体体而而而而且且且且体体体体积积积积非非非非常常常常大大大大，因因因因而而而而其其其其静静静静电电电电容容容容量量量量

116、也也也也非非非非常常常常大大大大，电电电电位位位位比比比比较较较较恒恒恒恒定定定定，所所所所以以以以人人人人们们们们把它的电位作为基准电位，也就是零电位。把它的电位作为基准电位，也就是零电位。把它的电位作为基准电位，也就是零电位。把它的电位作为基准电位，也就是零电位。 n n 交交流流地地（alternatinggrounding）是是是是计计计计算算算算机机机机交交交交流流流流供供供供电电电电电电电电源源源源地地地地，即即即即动动动动力力力力线线线线地地地地，它它它它的的的的地地地地电电电电位位位位很很很很不不不不稳稳稳稳定定定定。在在在在交交交交流流流流地地地地上上上上任任任任意意意意两两

117、两两点点点点之之之之间间间间，往往往往往往往往很很很很容容容容易易易易就就就就有有有有几几几几伏伏伏伏至至至至几几几几十十十十伏伏伏伏的的的的电电电电位位位位差差差差存存存存在在在在。另另另另外外外外，交交交交流流流流地地地地也也也也很很很很容容容容易易易易带带带带来来来来各各各各种种种种干干干干扰扰扰扰。因因因因此此此此，交交交交流流流流地地地地绝绝绝绝对对对对不不不不允允允允许许许许分分分分别别别别与与与与上上上上述述述述几几几几种种种种地地地地相相相相连连连连，而而而而且且且且交交交交流流流流电电电电源源源源变变变变压压压压器器器器的的的的绝绝绝绝缘缘缘缘性性性性能能能能要好，绝对避免漏

118、电现象。要好，绝对避免漏电现象。要好，绝对避免漏电现象。要好，绝对避免漏电现象。 125n nNEPUNEPU (2) (2)低频接地技术低频接地技术n一点接地方式一点接地方式（SinglePointGrounding） n 信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用多点接地。信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用多点接地。一点接地主要有两种接法：即串联接地一点接地主要有两种接法：即串联接地(或称共同接地或称共同接地)和并联和并联接地接地(或称分别接地或称分别接地)。各自的优缺点：各自的优缺点： 从防止噪声角度看，如图所示的串联接地方式是最不适用的，由于从防止噪声角度看，如图所示的串联接地

119、方式是最不适用的，由于地电阻地电阻r1、r2和和r3是串联的，所以各电路间相互发生干扰是串联的，所以各电路间相互发生干扰 。 并联接地方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电并联接地方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。 126n nNEPUNEPUn实用的低频接地（实用的低频接地（Usefullowfrequencygrounding） 一般在低频时用串

120、联一点接地的综合接法，即在符合噪声一般在低频时用串联一点接地的综合接法，即在符合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法，标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同地线接地。地线接地。一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线(称为称为“噪声噪声”地线地线)；一条是设备机壳地线；一条是设备机壳地线(称为称为“金属件金属件”地线地线)。这三条地线应在一点连接接地。这三条地线应在一点连接接地。n 127n

121、nNEPUNEPU(3)(3)通道电缆的接地技术通道电缆的接地技术n电路一点地基准电路一点地基准(circuitsingle-pointreference):n一一个个实实际际的的模模拟拟量量输输入入通通道道，总总可可以以简简化化成成由由信信号号源源、输输入入馈馈线线和和输输入入放放大大器器3部部分分组组成成。如如图图所所示示的的将将信信号号源源与与输输入入放放大大器器分分别别接接地地的的方方式式是是不不正正确确的的。因因为为它它不不仅仅会会遭遭致致磁磁场场耦耦合合的的影影响响，而而且且还还会会因因A和和B两两点点地地电电位位不不等等而而引引起起环环流流噪噪声声干干扰扰。忽忽略略导导线线电电阻

122、阻，误误认认为为A和和B两两点点都都是是地地球球地地电电位位应该相等，是造成这种接地错误的应该相等，是造成这种接地错误的根本原因根本原因。n为为了了克克服服双双端端接接地地的的缺缺点点，应应将将输输入入回回路路改改为为单单端端接接地地方方式式。当当单单端端接接地地点点位位于于信信号号源源端端时时，放放大大器器电电源源不不接接地地；当单端接地点位于放大器端时，信号源不接地。当单端接地点位于放大器端时，信号源不接地。128n nNEPUNEPU 电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地(cableshieldgrounding):当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏

123、蔽层当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较也应一点接地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。好的接地点。好的接地点。好的接地点。 当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地当一个电路有一个不接地的信号源与一个接地的的的的( (即使不是接大地即使不是接大地即使不是接大地即使不是接大地) )放大器相连时，输入线的屏蔽放大器相连时，输入线的屏蔽放

124、大器相连时，输入线的屏蔽放大器相连时，输入线的屏蔽应接至放大器的公共端；当接地信号源与不接地放应接至放大器的公共端；当接地信号源与不接地放应接至放大器的公共端；当接地信号源与不接地放应接至放大器的公共端；当接地信号源与不接地放大器相连时，即使信号源端接的不是大地，输入线大器相连时，即使信号源端接的不是大地，输入线大器相连时，即使信号源端接的不是大地，输入线大器相连时，即使信号源端接的不是大地，输入线的屏蔽层也应接到信号源的公共端。的屏蔽层也应接到信号源的公共端。的屏蔽层也应接到信号源的公共端。的屏蔽层也应接到信号源的公共端。129n nNEPUNEPUn(4)(4)主机外壳接地但机芯浮空主机外

125、壳接地但机芯浮空(Hostshellgroundingbutcorefloating) n 为为了了提提高高计计算算机机的的抗抗干干扰扰能能力力，将将主主机机外外壳壳作作为为屏屏蔽蔽罩罩接接地地。而而把把机机内内器器件件架架与与外外壳壳绝绝缘缘，绝绝缘缘电电阻阻大大于于50M，即即机机内内信信号号地地浮浮空空这这种种方方法法安安全全可可靠靠，抗抗干干扰扰能能力力强强，但但制制造造工工艺艺复复杂杂，一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。130n nNEPUNEPUn(5)(5)多机系统的接地多机系统的接地n(Multi-computerssystemgrounding) n

126、 在计算机网络系统中，多台计算机之间相互通信，资在计算机网络系统中，多台计算机之间相互通信，资源共享。如果接地不合理，将使整个网络系统无法正常工源共享。如果接地不合理，将使整个网络系统无法正常工作。近距离的几台计算机安装在同一机房内，可采用多机作。近距离的几台计算机安装在同一机房内，可采用多机一点接地方法。对于远距离的计算机网络，多台计算机之一点接地方法。对于远距离的计算机网络，多台计算机之间的数据通信，通过隔离的办法把地分开。例如：采用变间的数据通信，通过隔离的办法把地分开。例如：采用变压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信技术。压器隔离技术、光电隔离技术和无线电通信技术。131n nNEPUNEPU本章小结本章小结！132