第第2章章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道接口接口接口接口: : : :是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换是计算机与外部设备（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。信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。接口技术接口技术接口技术接口技术: : : :是研究计算机与外部设备之间如何交换信是研究计算机与外部设备之间如何交换信是研究计算机与外部设备之间如何交换信是研究计算机与外部设备之间如何交换信 息的技术。息的技术。息的技术。息的技术。过程通道过程通道过程通道过程通道: : : :是在是在是在是在计算机计算机计算机计算机和生产过程之间设置的信息传和生产过程之间设置的信息传和生产过程之间设置的信息传和生产过程之间设置的信息传 送和转换的连接通道，它包括模拟量输入送和转换的连接通道，它包括模拟量输入送和转换的连接通道，它包括模拟量输入送和转换的连接通道，它包括模拟量输入 通道通道通道通道AIAIAIAI、模拟量输出通道、模拟量输出通道、模拟量输出通道、模拟量输出通道AOAOAOAO、数字量、数字量、数字量、数字量( ( ( (开关开关开关开关 量量量量) ) ) )输入通道输入通道输入通道输入通道DIDIDIDI、数字量、数字量、数字量、数字量( ( ( (开关量开关量开关量开关量) ) ) )输出通道输出通道输出通道输出通道 DO DO DO DO。 2.1 2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 明确概念明确概念: :1.1.数字量数字量( (开关量开关量) )信号信号 开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电器开关的闭合与断开，指示灯的亮与灭，继电器或接触器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门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。的打开与关闭等。 共同特征共同特征: :这些信号的是以二进制的逻辑这些信号的是以二进制的逻辑“1”1”和和“0”0”出现的，代表生产过程的一个状态。出现的，代表生产过程的一个状态。总线总线 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1.1.1.1.数字量输入接口（数字量输入接口（数字量输入接口（数字量输入接口（DIDIDIDI） 作用：作用：作用：作用：采集生产过程的状态信息。采集生产过程的状态信息。采集生产过程的状态信息。采集生产过程的状态信息。 完成过程：完成过程：完成过程：完成过程：用三态门缓冲器用三态门缓冲器用三态门缓冲器用三态门缓冲器74LS24474LS24474LS24474LS244取得状态信息。经过取得状态信息。经过取得状态信息。经过取得状态信息。经过端口地址译码，得到片选信号。当在执行端口地址译码，得到片选信号。当在执行端口地址译码，得到片选信号。当在执行端口地址译码，得到片选信号。当在执行ININININ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I/OI/OI/OI/O读信号，则被测的状态信息可通过三态门送到读信号，则被测的状态信息可通过三态门送到读信号，则被测的状态信息可通过三态门送到读信号，则被测的状态信息可通过三态门送到PCPCPCPC总线工业总线工业总线工业总线工业控制机的数据总线，然后装入控制机的数据总线，然后装入控制机的数据总线，然后装入控制机的数据总线，然后装入ALALALAL寄存器。寄存器。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portportportport，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. . . . MOV DX MOV DX MOV DX MOV DX， portportportport IN AL IN AL IN AL IN AL， DXDXDXDX注意：注意：注意：注意：硬件组成、软件设计硬件组成、软件设计硬件组成、软件设计硬件组成、软件设计 （汇编、（汇编、（汇编、（汇编、C C C C语言语言语言语言) ) ) ) 1G2G74LS244 输入接口 D0D1D2D3D4D5D6D7 1A1 1Y1 1A2 1Y2 1A3 1Y3 1A4 1Y4 1A5 1Y5 1A6 1Y6 1A7 1Y7 1A8 1Y8 IORCS图 2 .1 数字量输入接口 PC总线2 2 2 2数字量输出接口（数字量输出接口（数字量输出接口（数字量输出接口（DODODODO） 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，这时输出就要锁存。持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。 完成过程：完成过程：完成过程：完成过程：用用用用74LS27374LS27374LS27374LS273作作作作8 8 8 8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。由于进行锁存。由于进行锁存。由于进行锁存。由于PCPCPCPC总线工业控制机的总线工业控制机的总线工业控制机的总线工业控制机的I/OI/OI/OI/O端口写总线周期时序关端口写总线周期时序关端口写总线周期时序关端口写总线周期时序关系中，总线数据系中，总线数据系中，总线数据系中，总线数据D D D D0 0 0 0D D D D7 7 7 7比比比比I/OI/OI/OI/O写前沿写前沿写前沿写前沿( ( ( (下降沿下降沿下降沿下降沿) ) ) )稍晚，因此利用稍晚，因此利用稍晚，因此利用稍晚，因此利用I/OI/OI/OI/O写的写的写的写的后沿后沿后沿后沿产生的上升沿锁存数据。经过端口地址译码，得到产生的上升沿锁存数据。经过端口地址译码，得到产生的上升沿锁存数据。经过端口地址译码，得到产生的上升沿锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信号，当在执行片选信号，当在执行片选信号，当在执行片选信号，当在执行OUTOUTOUTOUT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I/OI/OI/OI/O写信号。写信号。写信号。写信号。 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portportportport，可可可可用用用用以以以以下下下下指指指指令完成数据输出控制。令完成数据输出控制。令完成数据输出控制。令完成数据输出控制。 MOV ALMOV ALMOV ALMOV AL， DATADATADATADATA MOV DX MOV DX MOV DX MOV DX， portportportport OUT DX OUT DX OUT DX OUT DX， ALALALAL 注意：注意：注意：注意：硬件组成、软件设计（汇编、硬件组成、软件设计（汇编、硬件组成、软件设计（汇编、硬件组成、软件设计（汇编、C C C C语语语语 言言言言) ) ) ) 74LS273 CLR CLK 输出接口 RESET D0D1D2D3D4D5D6D7 PC总线 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 D8 Q8 IOW CS图 2 .2 数字量输出接口 2.1.2 2.1.2 数字量输入通道数字量输入通道1.1.1.1.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的结构数字量输入通道的结构 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入口地址译码电路等组成。路、输入口地址译码电路等组成。路、输入口地址译码电路等组成。路、输入口地址译码电路等组成。 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 2. 2. 2. 2. 输入调理电路输入调理电路输入调理电路输入调理电路 数字量数字量数字量数字量( ( ( (开关量开关量开关量开关量) ) ) )输入通道的输入通道的输入通道的输入通道的基本功能基本功能基本功能基本功能就是接收外部就是接收外部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。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、开关的触触触触点点点点，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、过电压、接触抖动等现象。，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，这些功能称为信号调理成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理 。 （1 1 1 1）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路 （2 2 2 2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路（1 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，被转换成开关、继电器等接点接通和断开动作，被转换成TTLTTLTTLTTL电电电电平信号与计算机相连。平信号与计算机相连。平信号与计算机相连。平信号与计算机相连。 为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，一般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都应加入有较长时间常数的都应加入有较长时间常数的都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。 问题：问题：问题：问题：利用什么原理消除了抖动？利用什么原理消除了抖动？利用什么原理消除了抖动？利用什么原理消除了抖动？+5V C K R2 R1 采用采用采用采用积分电路积分电路积分电路积分电路的的的的小功率输入调理电路小功率输入调理电路小功率输入调理电路小功率输入调理电路 目的：把开关目的：把开关目的：把开关目的：把开关K K的状态转化成二进制状态。的状态转化成二进制状态。的状态转化成二进制状态。的状态转化成二进制状态。 原理：闭和原理：闭和原理：闭和原理：闭和K K时，电容时，电容时，电容时，电容C C放电，反相器反相放电，反相器反相放电，反相器反相放电，反相器反相 为为为为1 1； 断开断开断开断开K K时，电容时，电容时，电容时，电容C C充电，反相器反相充电，反相器反相充电，反相器反相充电，反相器反相 为为为为0 0。RSRSRSRS触发器消除开关两次反跳电路触发器消除开关两次反跳电路触发器消除开关两次反跳电路触发器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，造成生瞬间不闭合，造成R-SR-S触发器输入为双触发器输入为双1 1，故状态，故状态 不改变。不改变。+5V K R45 R3 （2 2 2 2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路）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，由由由由于于于于所所所所带带带带电电电电压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行隔离。 光光光光电电电电隔隔隔隔离离离离：通通通通常常常常使使使使用用用用一一一一个个个个光光光光耦耦耦耦将将将将电电电电子子子子信信信信号号号号转转转转换换换换为为为为光光光光信信信信号号号号，在在在在另另另另一一一一边边边边再再再再将将将将光光光光信信信信号号号号转转转转换换换换回回回回电电电电子子子子信信信信号号号号。如如如如此此此此，这这这这两两两两个个个个电电电电路路路路就就就就可可可可以互相的隔离。以互相的隔离。以互相的隔离。以互相的隔离。 原理：原理：当当K K 闭合时，光电二极闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经管导通，发光使晶体管导通，经反相器反相输出为反相器反相输出为1 1。 当当K 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 0。 其中，用其中，用R1R1、R2R2进行进行限流限流分压，分压，C C进行滤波，要合理选择参数进行滤波，要合理选择参数。+5V R2 R3 C R1 +48V 2.1.2 2.1.2 数字量输出通道数字量输出通道1.1.1.1.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的结构数字量输出通道的结构 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成电路、输出口地址译码电路等组成电路、输出口地址译码电路等组成电路、输出口地址译码电路等组成 。 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 2.2.2.2.输出驱动电路输出驱动电路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，关键是驱动驱动驱动驱动，因为从锁存器中出来的，因为从锁存器中出来的，因为从锁存器中出来的，因为从锁存器中出来的是是是是TTLTTLTTLTTL电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。（1 1 1 1）小功率直流驱动电路）小功率直流驱动电路）小功率直流驱动电路）小功率直流驱动电路 a.a.a.a.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。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管管管D D D D，J J J J为继电器的线圈。为继电器的线圈。为继电器的线圈。为继电器的线圈。 D D D D的作用是泄流，通过的作用是泄流，通过的作用是泄流，通过的作用是泄流，通过D D D D放掉放掉放掉放掉J J J 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。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 R R R的作用是限流。的作用是限流。的作用是限流。的作用是限流。 作用过程：当输入作用过程：当输入作用过程：当输入作用过程：当输入TTLTTLTTLTTL电平为电平为电平为电平为1 1 1 1时，晶体管截止，时，晶体管截止，时，晶体管截止，时，晶体管截止，J J J J不吸合。不吸合。不吸合。不吸合。 当输入当输入当输入当输入TTLTTLTTLTTL电平为电平为电平为电平为0 0 0 0时，晶体管导通，时，晶体管导通，时，晶体管导通，时，晶体管导通，J J J J吸合。吸合。吸合。吸合。b.b.b.b.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(16MC1416(16MC1416(16MC1416(16脚脚脚脚, , , ,含有含有含有含有7 7 7 7达林顿复合晶体管达林顿复合晶体管达林顿复合晶体管达林顿复合晶体管) ) ) )是达林顿阵列驱动是达林顿阵列驱动是达林顿阵列驱动是达林顿阵列驱动器。器。器。器。 达林顿晶体管达林顿晶体管达林顿晶体管达林顿晶体管DTDTDTDT（Dar1ington TransistorDar1ington TransistorDar1ington TransistorDar1ington Transistor）亦称复合晶）亦称复合晶）亦称复合晶）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起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体连在一起，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极，依次级连而成，最后引出管的基极，依次级连而成，最后引出管的基极，依次级连而成，最后引出管的基极，依次级连而成，最后引出E E E E、B B B B、C C C C三个电极。三个电极。三个电极。三个电极。 MC1416MC1416(2)(2)(2)(2)大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路 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。 SSRSSRSSRSSR是一种无触是一种无触是一种无触是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两个点通断电子开关，是一种有源器件，其中两个点通断电子开关，是一种有源器件，其中两个点通断电子开关，是一种有源器件，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的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。 SSRSSRSSRSSR作交流开关，相当作交流开关，相当作交流开关，相当作交流开关，相当于有一个触点，左边于有一个触点，左边于有一个触点，左边于有一个触点，左边是是是是TTLTTLTTLTTL电平，在电平，在电平，在电平，在05V05V05V05V之之之之间：间：间：间： 当当当当输入输入TTLTTLTTLTTL电平为电平为电平为电平为高时，触点闭合；高时，触点闭合；高时，触点闭合；高时，触点闭合； 当当当当输入输入TTLTTLTTLTTL电平为电平为电平为电平为低时，触点断开。低时，触点断开。低时，触点断开。低时，触点断开。 当用计算机来控制当用计算机来控制当用计算机来控制当用计算机来控制电磁阀时，用固态继电磁阀时，用固态继电磁阀时，用固态继电磁阀时，用固态继电器。电器。电器。电器。注意：注意：注意：注意：零交叉电路在交流电过零时零交叉电路在交流电过零时, ,会会产产 生触发信号，生触发信号，从而减从而减少干扰。少干扰。 2.2 A/D2.2 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术 A/D A/D A/D A/D转换器的主要技术指标：转换器的主要技术指标：转换器的主要技术指标：转换器的主要技术指标： 转换时间：转换时间：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时间。指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 分辨率：分辨率：分辨率：分辨率：通常用数字量的位数通常用数字量的位数通常用数字量的位数通常用数字量的位数n(n(n(n(字长字长字长字长) ) ) )来表示，如来表示，如来表示，如来表示，如8 8 8 8位、位、位、位、12121212 位、位、位、位、16161616位等。位等。位等。位等。 线性误差：线性误差：线性误差：线性误差：理想转换特性理想转换特性理想转换特性理想转换特性( ( ( (量化特性量化特性量化特性量化特性) ) ) )应该是线性的，但实应该是线性的，但实应该是线性的，但实应该是线性的，但实 际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，际转换特征并非如此。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。偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。 线性误差常用线性误差常用线性误差常用线性误差常用LSB(LSB(LSB(LSB(数字量的最低有效位数字量的最低有效位数字量的最低有效位数字量的最低有效位) ) ) )的分数的分数的分数的分数 表示表示表示表示, , , ,如如如如(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB或或或或1LSB1LSB1LSB1LSB。 量程：量程：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-5V-5V+5V, 0+5V, 0+5V, 0+5V, 010V10V10V10V， 0 0 0 05V5V5V5V等。等。等。等。 对基准电源的要求：对基准电源的要求：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精度产生基准电源的精度对整个系统的精度产生基准电源的精度对整个系统的精度产生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，应考虑是否要很大影响。故在设计时，应考虑是否要很大影响。故在设计时，应考虑是否要很大影响。故在设计时，应考虑是否要 外接精密基准电源。外接精密基准电源。外接精密基准电源。外接精密基准电源。A/DA/D转换方式：转换方式：逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式：转换时间短：转换时间短：转换时间短：转换时间短( ( ( (几个微秒几百个微几个微秒几百个微几个微秒几百个微几个微秒几百个微 秒秒秒秒) ) ) )，但抗干扰能力较差。常用的逐，但抗干扰能力较差。常用的逐，但抗干扰能力较差。常用的逐，但抗干扰能力较差。常用的逐 次逼近式次逼近式次逼近式次逼近式A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809，AD574AD574AD574AD574 等；等；等；等；双斜积分式：双斜积分式：双斜积分式：双斜积分式：转换时间长转换时间长转换时间长转换时间长( ( ( (几十个毫秒几百个毫几十个毫秒几百个毫几十个毫秒几百个毫几十个毫秒几百个毫 秒秒秒秒) ) ) )，抗干扰能力较强。在信号变化，抗干扰能力较强。在信号变化，抗干扰能力较强。在信号变化，抗干扰能力较强。在信号变化 缓慢、现场干扰严重的场合采用。常缓慢、现场干扰严重的场合采用。常缓慢、现场干扰严重的场合采用。常缓慢、现场干扰严重的场合采用。常 用的双斜积分式用的双斜积分式用的双斜积分式用的双斜积分式A/DA/DA/DA/D转换器有转换器有转换器有转换器有3 3 3 3位半位半位半位半 ( ( ( (相当于相当于相当于相当于2 2 2 2进制进制进制进制11111111位分辨率位分辨率位分辨率位分辨率) ) ) )的的的的MC14433MC14433MC14433MC14433， 4 4 4 4位半位半位半位半( ( ( (相当于相当于相当于相当于2 2 2 2进制进制进制进制14141414位分辨率位分辨率位分辨率位分辨率) ) ) )的的的的 ICL7135 ICL7135 ICL7135 ICL7135等。等。等。等。2.2.1 A/D2.2.1 A/D2.2.1 A/D2.2.1 A/D转换器转换器转换器转换器 ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809是一种带有是一种带有是一种带有是一种带有8 8 8 8通道模拟开关的通道模拟开关的通道模拟开关的通道模拟开关的8 8 8 8位逐次逼位逐次逼位逐次逼位逐次逼近式近式近式近式A/DA/DA/DA/D转换器，转换时间转换器，转换时间转换器，转换时间转换器，转换时间为为为为64646464个时钟周期（时钟频个时钟周期（时钟频个时钟周期（时钟频个时钟周期（时钟频率为率为率为率为640KHZ640KHZ640KHZ640KHZ时时时时100s100s100s100s左右）左右）左右）左右），线性误差为，线性误差为，线性误差为，线性误差为(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB。 采用采用采用采用28282828脚双立直插式脚双立直插式脚双立直插式脚双立直插式封装。封装。封装。封装。 外加基准电源。外加基准电源。外加基准电源。外加基准电源。1. 81. 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809 ADC0809 ADC0809ADC0809逻辑组成：逻辑组成：逻辑组成：逻辑组成：(1) 8(1) 8(1) 8(1) 8通模拟开关及通道选择逻辑通模拟开关及通道选择逻辑通模拟开关及通道选择逻辑通模拟开关及通道选择逻辑 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 8 8选选选选1 1 1 1操作，操作，操作，操作，由通道选择信号由通道选择信号由通道选择信号由通道选择信号C C C C、B B B B、A A A A，在，在，在，在ALEALEALEALE的的的的作用下送入通道选择逻辑。作用下送入通道选择逻辑。作用下送入通道选择逻辑。作用下送入通道选择逻辑。 注意：注意：注意：注意：转换时序转换时序转换时序转换时序。 (3) (3) (3) (3) 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 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 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OEOEOEOE为高电平时，为高电平时，为高电平时，为高电平时，D D D D由由由由DO7DO7DO7DO7DO0DO0DO0DO0上输出；上输出；上输出；上输出；OEOEOEOE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DO7DO7DO7DO7DO0DO0DO0DO0为高阻态。为高阻态。为高阻态。为高阻态。(2) 8(2) 8(2) 8(2) 8位位位位A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器 在在在在STARTSTARTSTARTSTART上收到一个启动转换命令上收到一个启动转换命令上收到一个启动转换命令上收到一个启动转换命令( ( ( (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，100s100s100s100s左右左右左右左右(64(64(64(64个个个个时钟周期时钟周期时钟周期时钟周期) ) ) )后转换结束后转换结束后转换结束后转换结束( ( ( (相应的时钟频率为相应的时钟频率为相应的时钟频率为相应的时钟频率为640KHZ)640KHZ)640KHZ)640KHZ)。转换结束时，。转换结束时，。转换结束时，。转换结束时，EOCEOCEOCEOC信号由低信号由低信号由低信号由低电平变为高电平，通知电平变为高电平，通知电平变为高电平，通知电平变为高电平，通知CPUCPUCPUCPU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式读取。ADC0809ADC0809的转换时序的转换时序2 2 2 212121212位位位位A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器AD574A AD574A AD574A AD574A （AD1674AD1674AD1674AD1674） AD574AAD574AAD574AAD574A（ AD1674AD1674AD1674AD1674）是是是是一一一一种种种种高高高高性性性性能能能能的的的的12121212位位位位逐逐逐逐次次次次逼逼逼逼近近近近式式式式A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器，转转转转换换换换时时时时间间间间约约约约为为为为25252525（10101010）ssss，线线线线性性性性误误误误差差差差为为为为1/2LSB1/2LSB1/2LSB1/2LSB，内内内内部部部部有有有有时时时时钟钟钟钟脉脉脉脉冲冲冲冲源源源源和和和和基基基基准准准准电电电电压压压压源源源源，单单单单通通通通道道道道单单单单极极极极性性性性或或或或双双双双极极极极性性性性电电电电压压压压输输输输入入入入，采采采采用用用用28282828脚脚脚脚双双双双立立立立直直直直插插插插式式式式封封封封装。装。装。装。 AD1674AD1674AD1674AD1674有有有有S/HS/HS/HS/H。 AD574AAD574A原理结构原理结构模拟输入信号编程模拟输入信号编程模拟输入信号编程模拟输入信号编程: : : :AD574AD574的输入信号连接方法的输入信号连接方法 AD574AAD574AAD574AAD574A由由由由12121212位位位位A/DA/DA/DA/D转换器、控制逻辑、三态输出锁转换器、控制逻辑、三态输出锁转换器、控制逻辑、三态输出锁转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器和存缓冲器和存缓冲器和存缓冲器和10V10V10V10V基准电压源四部分构成。基准电压源四部分构成。基准电压源四部分构成。基准电压源四部分构成。位位位位A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器: : : :模拟输入信号有单极性和双极性两模拟输入信号有单极性和双极性两模拟输入信号有单极性和双极性两模拟输入信号有单极性和双极性两 种输入形式。种输入形式。种输入形式。种输入形式。2.2.2.2.三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: : : :用于存放用于存放用于存放用于存放12121212位转换结果位转换结果位转换结果位转换结果D D D D。3.3.3.3.控制逻辑：控制启动转换、控制转换过程和控制转控制逻辑：控制启动转换、控制转换过程和控制转控制逻辑：控制启动转换、控制转换过程和控制转控制逻辑：控制启动转换、控制转换过程和控制转换结果的输出。换结果的输出。换结果的输出。换结果的输出。 CE CE CE CE、CSCSCSCS均为片选信号，均为片选信号，均为片选信号，均为片选信号，R/CR/CR/CR/C为读为读为读为读/ / / /启动控制信号，启动控制信号，启动控制信号，启动控制信号，12/812/812/812/8为为为为数字量输出位数控制，数字量输出位数控制，数字量输出位数控制，数字量输出位数控制，A A A A0 0 0 0为分辨率和字节选择：在转换启动时，为分辨率和字节选择：在转换启动时，为分辨率和字节选择：在转换启动时，为分辨率和字节选择：在转换启动时，A A A A0 0 0 0=1=1=1=1代表选择代表选择代表选择代表选择AD574AAD574AAD574AAD574A作为作为作为作为12121212位转换器使用，在读数据时，位转换器使用，在读数据时，位转换器使用，在读数据时，位转换器使用，在读数据时，A A A A0 0 0 0=1=1=1=1代表读低字节。代表读低字节。代表读低字节。代表读低字节。 STS STS STS STS为为为为AD574AAD574AAD574AAD574A的状态输出信号。启动后，的状态输出信号。启动后，的状态输出信号。启动后，的状态输出信号。启动后，STSSTSSTSSTS为高电平表为高电平表为高电平表为高电平表示正在转换；示正在转换；示正在转换；示正在转换；25s25s25s25s后转换结束，后转换结束，后转换结束，后转换结束，STSSTSSTSSTS为低电平。为低电平。为低电平。为低电平。CPUCPUCPUCPU可用查可用查可用查可用查询或中断方式了解转换过程是否结束。询或中断方式了解转换过程是否结束。询或中断方式了解转换过程是否结束。询或中断方式了解转换过程是否结束。2.2.2 A/D2.2.2 A/D转换器接口技术转换器接口技术 A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器通通通通常常常常都都都都具具具具有有有有三三三三态态态态数数数数据据据据输输输输出出出出缓缓缓缓冲冲冲冲器器器器，因因因因而而而而允允允允许许许许A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器直直直直接接接接同同同同系系系系统统统统总总总总线线线线相相相相连连连连接接接接。为为为为便便便便于于于于或或或或简简简简化化化化接接接接口口口口电电电电路路路路设设设设计计计计，常常常常通通通通过过过过通通通通用用用用并并并并行行行行接接接接口口口口芯芯芯芯片片片片8255A8255A8255A8255A实实实实现现现现与与与与系统的接口。系统的接口。系统的接口。系统的接口。 与与与与PCPCPCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口 与与与与PCPCPCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口 1 1ADC0809ADC0809与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809与与与与PCPCPCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口(8255A)(8255A)(8255A)(8255A)电路图电路图电路图电路图 8255A8255A的引脚功能的引脚功能8255A8255A端口功能选择端口功能选择2 2ADC574AADC574A与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口2.3 2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 模模模模拟拟拟拟量量量量输输输输入入入入通通通通道道道道的的的的任任任任务务务务是是是是把把把把从从从从系系系系统统统统中中中中检检检检测测测测到到到到的的的的模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号，变变变变成成成成二二二二进进进进制制制制数数数数字字字字信信信信号号号号，经经经经接接接接口口口口送送送送往往往往计算机。计算机。计算机。计算机。 传传传传感感感感器器器器是是是是将将将将生生生生产产产产过过过过程程程程工工工工艺艺艺艺参参参参数数数数转转转转换换换换为为为为电电电电参参参参数数数数的的的的装装装装置置置置，大大大大多多多多数数数数传传传传感感感感器器器器的的的的输输输输出出出出是是是是直直直直流流流流电电电电压压压压( ( ( (或或或或电电电电流流流流) ) ) )信信信信号号号号，也也也也有有有有一一一一些些些些传传传传感感感感器器器器把把把把电电电电阻阻阻阻值值值值、电电电电容容容容值值值值、电电电电感感感感值的变化作为输出量。值的变化作为输出量。值的变化作为输出量。值的变化作为输出量。 为为为为了了了了避避避避免免免免低低低低电电电电平平平平模模模模拟拟拟拟信信信信号号号号传传传传输输输输带带带带来来来来的的的的麻麻麻麻烦烦烦烦，经经经经常常常常要要要要将将将将测测测测量量量量元元元元件件件件的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号经经经经变变变变送送送送器器器器变变变变送送送送，如如如如温温温温度度度度变变变变送送送送器器器器、压压压压力力力力变变变变送送送送器器器器、流流流流量量量量变变变变送送送送器器器器等等等等，将将将将温温温温度度度度、压压压压力力力力、流流流流量量量量的的的的电电电电信信信信号号号号变变变变成成成成0 0 0 010mA10mA10mA10mA或或或或4 4 4 420mA20mA20mA20mA的统一电信号，然后经过模拟量输入通道来处理。的统一电信号，然后经过模拟量输入通道来处理。的统一电信号，然后经过模拟量输入通道来处理。的统一电信号，然后经过模拟量输入通道来处理。2.3.1 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/DA/DA/DA/D转换，实现过转换，实现过转换，实现过转换，实现过程参数的巡回检测。程参数的巡回检测。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由模拟量输入通道一般由模拟量输入通道一般由模拟量输入通道一般由I/VI/VI/VI/V变换变换变换变换，多路转换器多路转换器多路转换器多路转换器、采样保持采样保持采样保持采样保持器器器器、A/DA/DA/DA/D转换器转换器转换器转换器、接口接口接口接口及及及及控制逻辑控制逻辑控制逻辑控制逻辑等组成。等组成。等组成。等组成。2.3.2 I/V2.3.2 I/V变换变换 变变变变送送送送器器器器输输输输出出出出的的的的信信信信号号号号为为为为0 0 0 010mA10mA10mA10mA或或或或4 4 4 420mA20mA20mA20mA的的的的统统统统一一一一信信信信号号号号，需需需需要要要要经经经经过过过过I/VI/VI/VI/V变变变变换换换换变变变变成成成成电电电电压压压压信信信信号号号号后后后后才才才才能能能能处处处处理理理理。对对对对于于于于电电电电动动动动单单单单元元元元组组组组合合合合仪仪仪仪表表表表，DDZ-DDZ-DDZ-DDZ-型型型型的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号标标标标准准准准为为为为0 0 0 010mA,10mA,10mA,10mA,而而而而DDZDDZDDZDDZ型型型型和和和和DDZSDDZSDDZSDDZS系系系系列列列列的的的的输输输输出出出出信信信信号号号号标标标标准为准为准为准为4 4 4 420mA20mA20mA20mA。I/VI/VI/VI/V变换的实现方法变换的实现方法变换的实现方法变换的实现方法: : : : 1. 1. 1. 1.无源无源无源无源I/VI/VI/VI/V变换变换变换变换 2. 2. 2. 2.有源有源有源有源I/VI/VI/VI/V变换变换变换变换 问问问问题题题题：为为为为什什什什么么么么我我我我们们们们经经经经常常常常用用用用到到到到的的的的标标标标准准准准信信信信号号号号是是是是电电电电流流流流信信信信号号号号？1.1.1.1.无源无源无源无源I/VI/VI/VI/V变换变换变换变换I/VI/VI/VI/V变换的基本思想：电流变换的基本思想：电流变换的基本思想：电流变换的基本思想：电流变换电路中各部分的作用：变换电路中各部分的作用：变换电路中各部分的作用：变换电路中各部分的作用： r1:r1:r1:r1:限流电阻限流电阻限流电阻限流电阻 D:D:D:D:将电压钳制在以内将电压钳制在以内将电压钳制在以内将电压钳制在以内 r2:r2:r2:r2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密 电阻，精度为电阻，精度为电阻，精度为电阻，精度为0.1%0.1%0.1%0.1%。 C C C C和和和和r1r1r1r1：组成阻容低通滤波电路：组成阻容低通滤波电路：组成阻容低通滤波电路：组成阻容低通滤波电路电压？电压？电压？电压？2.2.有源有源I/VI/V变换变换 利用有源器件利用有源器件利用有源器件利用有源器件运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别在于信号的隔离上。电流不能直接流过在于信号的隔离上。电流不能直接流过在于信号的隔离上。电流不能直接流过在于信号的隔离上。电流不能直接流过R2,VI=I*R1R2,VI=I*R1R2,VI=I*R1R2,VI=I*R1。 利用运算放大器的虚短和虚断的概念，可求出该同相放大电利用运算放大器的虚短和虚断的概念，可求出该同相放大电利用运算放大器的虚短和虚断的概念，可求出该同相放大电利用运算放大器的虚短和虚断的概念，可求出该同相放大电路路路路的放大倍数。的放大倍数。的放大倍数。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。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。 2.3.3 2.3.3 多路转换器多路转换器 多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压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。信号的关键元件。信号的关键元件。信号的关键元件。作用：作用：作用：作用：利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到 公用放大器或公用放大器或公用放大器或公用放大器或A/DA/DA/DA/D转换器上，实现多路共享。转换器上，实现多路共享。转换器上，实现多路共享。转换器上，实现多路共享。 常用的多路开关有常用的多路开关有常用的多路开关有常用的多路开关有CD4051(CD4051(CD4051(CD4051(或或或或MC14051)MC14051)MC14051)MC14051)、AD7501AD7501AD7501AD7501、MAX354MAX354MAX354MAX354、LF13508LF13508LF13508LF13508、ADG408ADG408ADG408ADG408等。等。等。等。 CD4051CD4051原理图原理图 2.3.4 2.3.4 采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器1.1.1.1.信号的采样信号的采样信号的采样信号的采样 采样过程：采样过程：采样过程：采样过程：按一定的时间间隔按一定的时间间隔按一定的时间间隔按一定的时间间隔T T T T，把时间上连续和幅值上也，把时间上连续和幅值上也，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 O O、T T T T、2T2T2T2T、KTKTKTKT的一连串脉冲的一连串脉冲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。输出信号的过程。输出信号的过程。 采样周期：采样周期：采样周期：采样周期：采样开关采样开关采样开关采样开关K K 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 T T，包括等待，包括等待，包括等待，包括等待时间、闭合时间、断开时间等。时间、闭合时间、断开时间等。时间、闭合时间、断开时间等。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)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) ) ) )频谱的频谱的频谱的频谱的最高频率为最高频率为最高频率为最高频率为fmaxfmaxfmaxfmax，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f2fmaxf2fmaxf2fmaxf2fmax进行采样，那么进行采样，那么进行采样，那么进行采样，那么采样信号采样信号采样信号采样信号y*(t)y*(t)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地复现y(t)y(t)y(t)y(t)。2.2.2.2.量化量化量化量化 所谓量化所谓量化所谓量化所谓量化，就是采用一组数码，就是采用一组数码，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如二进制码如二进制码) ) ) )来来来来逼近逼近逼近逼近离散模拟信离散模拟信离散模拟信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变量变为号的幅值，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。二进制码，二进制数的大小和量化单位有关。二进制码，二进制数的大小和量化单位有关。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。：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：执行量化动作的装置是：执行量化动作的装置是：执行量化动作的装置是：执行量化动作的装置是A/DA/DA/DA/D转换器。转换器。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：字长为：字长为n n n n的的的的A/DA/DA/DA/D转换器，其最低有效位转换器，其最低有效位转换器，其最低有效位转换器，其最低有效位(LSB)(LSB)(LSB)(LSB)所对应的模所对应的模所对应的模所对应的模 拟量拟量拟量拟量q q q q称为量化单位。称为量化单位。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：量化过程实际上是一个用：量化过程实际上是一个用q q q q去度量采样值幅值高低的小去度量采样值幅值高低的小去度量采样值幅值高低的小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数归整过程，如同人们用单位长度数归整过程，如同人们用单位长度数归整过程，如同人们用单位长度( ( ( (毫米或其它毫米或其它毫米或其它毫米或其它) ) ) )去度量去度量去度量去度量 人的身高一样。由于量化过程是一个小数归整过程，因人的身高一样。由于量化过程是一个小数归整过程，因人的身高一样。由于量化过程是一个小数归整过程，因人的身高一样。由于量化过程是一个小数归整过程，因 而存在量化误差，量化误差为而存在量化误差，量化误差为而存在量化误差，量化误差为而存在量化误差，量化误差为(1/2)q(1/2)q(1/2)q(1/2)q。 例如例如例如例如: : : :q=20mVq=20mVq=20mVq=20mV时，量化误差为时，量化误差为时，量化误差为时，量化误差为10mV10mV10mV10mV，范围内，范围内，范围内，范围内 的采样值，其量化结果是相同的，都是数字的采样值，其量化结果是相同的，都是数字的采样值，其量化结果是相同的，都是数字的采样值，其量化结果是相同的，都是数字50505050。3.3.3.3.采样保持器（采样保持器（采样保持器（采样保持器（S/HS/HS/HS/H）(1)(1)(1)(1)采样保持电路的工作方式：采样和保持。采样保持电路的工作方式：采样和保持。采样保持电路的工作方式：采样和保持。采样保持电路的工作方式：采样和保持。 在采样方式中，采在采样方式中，采在采样方式中，采在采样方式中，采/ / / /保电路的输出保电路的输出保电路的输出保电路的输出为为为为采样的模拟输入电压。采样的模拟输入电压。采样的模拟输入电压。采样的模拟输入电压。 在保持方式中，采在保持方式中，采在保持方式中，采在保持方式中，采/ / / /保电路将保持采样命令撤销时刻的采样值，保电路将保持采样命令撤销时刻的采样值，保电路将保持采样命令撤销时刻的采样值，保电路将保持采样命令撤销时刻的采样值，直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。(2)(2)(2)(2)孔径时间和孔径误差孔径时间和孔径误差孔径时间和孔径误差孔径时间和孔径误差孔径时间孔径时间孔径时间孔径时间: : : :在模拟量输入通道中，完成一次在模拟量输入通道中，完成一次在模拟量输入通道中，完成一次在模拟量输入通道中，完成一次A/DA/DA/DA/D转换所需要的时间转换所需要的时间转换所需要的时间转换所需要的时间 t t t tA/DA/DA/DA/D 。孔径误差孔径误差孔径误差孔径误差: : : :对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差为孔径误差。个采样时刻的最大转换误差为孔径误差。个采样时刻的最大转换误差为孔径误差。个采样时刻的最大转换误差为孔径误差。(3)(3)(3)(3)采样保持原理采样保持原理采样保持原理采样保持原理 常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有LF398LF398LF398LF398、AD582AD582AD582AD582等。等。等。等。 选择采样保持器的主要因素有：选择采样保持器的主要因素有：选择采样保持器的主要因素有：选择采样保持器的主要因素有：获取时间，电压下降率。获取时间，电压下降率。获取时间，电压下降率。获取时间，电压下降率。 (4)(4)常用的采样保持器常用的采样保持器 LF398 LF398 LF398 LF398的的的的C C C CH H H H取为取为取为取为0 0 0 001F01F01F01F时，信号达到时，信号达到时，信号达到时，信号达到0 0 0 001%01%01%01%精度所需的精度所需的精度所需的精度所需的获取时间获取时间获取时间获取时间( ( ( (采样时间采样时间采样时间采样时间) ) ) )为为为为25S25S25S25S，保持期间的输出电压下降率，保持期间的输出电压下降率，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为每秒为每秒3mV3mV3mV3mV。若。若。若。若A/DA/DA/DA/D转换器的转换时间为转换器的转换时间为转换器的转换时间为转换器的转换时间为100S100S100S100S，转换期间，转换期间，转换期间，转换期间，保持器输出电压下降约保持器输出电压下降约保持器输出电压下降约保持器输出电压下降约300V300V300V300V。 当被测信号变化缓慢时，若当被测信号变化缓慢时，若当被测信号变化缓慢时，若当被测信号变化缓慢时，若A/DA/DA/DA/D转换器转换时间足够短，转换器转换时间足够短，转换器转换时间足够短，转换器转换时间足够短，可以不加采样保持器。可以不加采样保持器。可以不加采样保持器。可以不加采样保持器。 2.3.5 2.3.5 模拟量输入通道设计模拟量输入通道设计 利利利利用用用用12121212位位位位A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器AD574AAD574AAD574AAD574A，采采采采样样样样保保保保持持持持器器器器LF398LF398LF398LF398、多多多多路路路路开开开开关关关关CD4051CD4051CD4051CD4051、I/VI/VI/VI/V变变变变换换换换电电电电路路路路、8255A8255A8255A8255A并并并并行行行行接接接接口口口口，我我我我们们们们能能能能够够够够设设设设计计计计出出出出PCPCPCPC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。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。该电路模板的主要技术指标为：该电路模板的主要技术指标为：该电路模板的主要技术指标为：该电路模板的主要技术指标为： 通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输入 位分辨率位分辨率位分辨率位分辨率 3.3.3.3.输入量程为单极性输入量程为单极性输入量程为单极性输入量程为单极性0 0 0 010V10V10V10V转换时间为转换时间为转换时间为转换时间为25S25S25S25S 5. 5. 5. 5.应答方式为查询应答方式为查询应答方式为查询应答方式为查询 模板采集一个数据的过程模板采集一个数据的过程模板采集一个数据的过程模板采集一个数据的过程: : : :1 1 1 1通道选择通道选择通道选择通道选择2 2 2 2启动启动启动启动AD574AAD574AAD574AAD574A进行进行进行进行A/DA/DA/DA/D转换转换转换转换3 3 3 3查询查询查询查询AD574AAD574AAD574AAD574A是否转换结束是否转换结束是否转换结束是否转换结束4 4 4 4读取转换结果读取转换结果读取转换结果读取转换结果 8 8通道数据采集程序流程图通道数据采集程序流程图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 D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换器器器器是是是是指指指指将将将将数数数数字字字字量量量量转转转转换换换换成成成成模模模模拟拟拟拟量量量量的的的的元元元元件件件件或或或或装装装装置置置置，它它它它的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量输输输输出出出出( ( ( (电电电电流流流流或或或或电电电电压压压压) ) ) )与与与与参参参参考考考考电电电电压压压压和和和和二二二二进进进进制制制制数数数数成成成成比比比比例例例例。常常常常用用用用的的的的D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换器器器器的的的的分分分分辨辨辨辨率率率率有有有有8 8 8 8位位位位、10101010位位位位、12121212位位位位等等等等，其其其其结结结结构构构构大大大大同同同同小小小小异异异异，通通通通常常常常都都都都带带带带有有有有两两两两级级级级缓缓缓缓冲冲冲冲寄寄寄寄存存存存器器器器。主主主主要要要要技技技技术术术术指指指指标标标标有有有有分分分分辨辨辨辨率率率率、建建建建立时间、线性误差等。立时间、线性误差等。立时间、线性误差等。立时间、线性误差等。 分分分分辨辨辨辨率率率率：通通通通常常常常用用用用D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换器器器器输输输输入入入入二二二二进进进进制制制制数数数数的的的的位位位位数数数数来来来来表表表表示示示示，如如如如8 8 8 8位位位位、10101010位位位位、12121212位位位位。分分分分辨辨辨辨率率率率为为为为n n n n位位位位，表表表表示示示示D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换器器器器输输输输入入入入二二二二进进进进制数的最低有效位制数的最低有效位制数的最低有效位制数的最低有效位LSBLSBLSBLSB与满量程输出的与满量程输出的与满量程输出的与满量程输出的1/21/21/21/2n n n n相对应。相对应。相对应。相对应。 建建建建立立立立时时时时间间间间：输输输输入入入入数数数数字字字字信信信信号号号号的的的的变变变变化化化化量量量量是是是是满满满满量量量量程程程程时时时时，输输输输出出出出模模模模拟拟拟拟信号达到离终值信号达到离终值信号达到离终值信号达到离终值(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB所需的时间，一般为所需的时间，一般为所需的时间，一般为所需的时间，一般为nSnSnSnS。 线性误差线性误差线性误差线性误差：理想转换特性：理想转换特性：理想转换特性：理想转换特性( ( ( (量化特性量化特性量化特性量化特性) ) ) )应该是线性的，但实应该是线性的，但实应该是线性的，但实应该是线性的，但实际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特际转换特征并非如此。在满量程输入范围内，偏离理想转换特际转换特征并非如此。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。线性误差常用性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用LSBLSBLSBLSB的分数表示，的分数表示，的分数表示，的分数表示，如如如如(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB(1/2)LSB或或或或1LSB1LSB1LSB1LSB。 2.4.1 D/A2.4.1 D/A转换器转换器1. 81. 81. 81. 8位位位位D/AD/AD/AD/A转换器转换器转换器转换器DAC0832DAC0832DAC0832DAC0832 主要由主要由主要由主要由8 8 8 8位输入寄位输入寄位输入寄位输入寄存器、存器、存器、存器、8 8 8 8位位位位DACDACDACDAC寄存器、寄存器、寄存器、寄存器、采用采用采用采用R2RR2RR2RR2R电阻网络的电阻网络的电阻网络的电阻网络的8 8 8 8位位位位D/AD/AD/AD/A转换器、相应转换器、相应转换器、相应转换器、相应的选通控制逻辑四部的选通控制逻辑四部的选通控制逻辑四部的选通控制逻辑四部分组成。分组成。分组成。分组成。 DAC0832 DAC0832 DAC0832 DAC0832的分辨率的分辨率的分辨率的分辨率为为为为8 8 8 8位，电流输出，采位，电流输出，采位，电流输出，采位，电流输出，采用用用用20202020脚双立直插式封脚双立直插式封脚双立直插式封脚双立直插式封装。装。装。装。 模拟电流输出端模拟电流输出端I IOUT1OUT1OUT1OUT1和和I IOUT1OUT1OUT1OUT1与数字量与数字量D D的关系的关系2. 122. 122. 122. 12位位位位D/AD/AD/AD/A转换器转换器转换器转换器DAC1210DAC1210DAC1210DAC12102.4.2 D/A2.4.2 D/A转换器接口技术转换器接口技术1 1 1 18 8 8 8位位位位D/AD/AD/AD/A转换器与转换器与转换器与转换器与PCPCPCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口2. 122. 122. 122. 12位位位位D/AD/AD/AD/A转换器与转换器与转换器与转换器与PCPCPCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口总线工业控制机接口2.5 2.5 模拟量输出通道模拟量输出通道2.5.1 2.5.1 2.5.1 2.5.1 模拟量输出通道的结构型式模拟量输出通道的结构型式模拟量输出通道的结构型式模拟量输出通道的结构型式1.1.1.1.一个通路设置一个数一个通路设置一个数一个通路设置一个数一个通路设置一个数/ / / /模转换器的形式模转换器的形式模转换器的形式模转换器的形式 优点：优点：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/AD/AD/AD/A转换器有故转换器有故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。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：缺点：缺点：使用了较多的使用了较多的使用了较多的使用了较多的D/AD/AD/AD/A转换器转换器转换器转换器 2.2.2.2.多个通路共用一个数多个通路共用一个数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转换器的形式模转换器的形式优点：优点：优点：优点：节省了数节省了数节省了数节省了数/ / / /模转换器模转换器模转换器模转换器 缺点：缺点：缺点：缺点：只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。它只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。它只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。它只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。它 还要用多路开关，且要求输出采样保持器的保持还要用多路开关，且要求输出采样保持器的保持还要用多路开关，且要求输出采样保持器的保持还要用多路开关，且要求输出采样保持器的保持 时间与采样时间之比较大。这种方案的可靠性较时间与采样时间之比较大。这种方案的可靠性较时间与采样时间之比较大。这种方案的可靠性较时间与采样时间之比较大。这种方案的可靠性较 差。差。差。差。应用场合：应用场合：应用场合：应用场合：适用于通道数量多而且速度要求不高的场合。适用于通道数量多而且速度要求不高的场合。适用于通道数量多而且速度要求不高的场合。适用于通道数量多而且速度要求不高的场合。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D/AD/AD/AD/A转换器的单极性与双极性输出电路：转换器的单极性与双极性输出电路：转换器的单极性与双极性输出电路：转换器的单极性与双极性输出电路：V Vout1out1为为单单极极性性输输出出，若若D D为为输输入入数数字字量量，V VREFREF为为基基准准参参考考电电压压，且且为为n n位位D/AD/A转转换器，则有换器，则有: : V VOUT1OUT1=-V=-VREFREFD/2D/2n n V Vout2out2为双极性输出，且可推导得到为双极性输出，且可推导得到: :V Vout2out2=-(R=-(R3 3/R/R1 1) V) VREFREF-(R-(R3 3/R/R2 2)V)Vout1out1 =V =VREF REF (D/2(D/2n n-1)-1-1)-1R2RR2RR2RR2R电阻网络结构图电阻网络结构图电阻网络结构图电阻网络结构图2.5.3 V/I 2.5.3 V/I 2.5.3 V/I 2.5.3 V/I 变换和自动变换和自动变换和自动变换和自动/ / / /手动切换手动切换手动切换手动切换1 1 1 1集成集成集成集成V/IV/IV/IV/I转换器转换器转换器转换器ZF2B20ZF2B20ZF2B20ZF2B20主要特点：主要特点：主要特点：主要特点：输入电压范围输入电压范围输入电压范围输入电压范围:0:0:0:010V10V10V10V输出电流输出电流输出电流输出电流:4:4:4:420mA(20mA(20mA(20mA(加接地负载加接地负载加接地负载加接地负载) ) ) )电源电压范围电源电压范围电源电压范围电源电压范围: 10: 10: 10: 1032V32V32V32V低漂移低漂移低漂移低漂移: : : :在工作温度为在工作温度为在工作温度为在工作温度为-25-25-25-2585858585范围内，最大漂移范围内，最大漂移范围内，最大漂移范围内，最大漂移0.005%/0.005%/0.005%/0.005%/。 可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送和连接。可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送和连接。可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送和连接。可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送和连接。 ZF2B20ZF2B20ZF2B20ZF2B20的输入电阻为的输入电阻为的输入电阻为的输入电阻为10K10K10K10K，动态响应时间小于，动态响应时间小于，动态响应时间小于，动态响应时间小于25S25S25S25S，非线，非线，非线，非线性小于性小于性小于性小于0000025%025%025%025%。 (a)(a)(a)(a)一种带初值校准的一种带初值校准的一种带初值校准的一种带初值校准的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)一种带满度校准的一种带满度校准的一种带满度校准的一种带满度校准的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。2 2 2 2集成集成集成集成V/IV/IV/IV/I转换器转换器转换器转换器AD694AD694AD694AD694 AD694AD694是是一一种种4 420mA20mA转转换换器器，适适当当接接线线也也可可使使其其输输出出范范围为围为0 020mA20mA。AD694AD694的的主要特点：主要特点： 输出范围：输出范围：4 420mA,020mA,020mA20mA。 输入范围：输入范围：0 02V2V或或0 010V10V。 电源范围：电源范围：36V36V。 可与电流输出型可与电流输出型D/AD/A转换器直接配合使用，实现程控转换器直接配合使用，实现程控 电流输出。电流输出。 具有开路或超限报警功能。具有开路或超限报警功能。 AD694AD694的基本应用的基本应用输出能驱动的最大负载输出能驱动的最大负载输出能驱动的最大负载输出能驱动的最大负载R R R RL L L L: : : :R R R RL L L L=(V=(V=(V=(VS S S S-2)/20mA-2)/20mA-2)/20mA-2)/20mADAC1210DAC1210与与AD694AD694的接口的接口输出电流范围：输出电流范围：输出电流范围：输出电流范围：4 4 4 420mA20mA20mA20mA3.3.经典经典V/IV/I变换电路图变换电路图 由电路图可知，这是一种利用电压比较器方法来实现对输入电压的跟由电路图可知，这是一种利用电压比较器方法来实现对输入电压的跟踪，从而保证输出电流为所需值。利用踪，从而保证输出电流为所需值。利用A1A1作比较器，将输入电压与反馈电作比较器，将输入电压与反馈电压进行比较，通过比较器输出电压控制压进行比较，通过比较器输出电压控制A2A2的输出电压，从而改变晶体管的输出电压，从而改变晶体管T1T1的输出电流的输出电流IL,ILIL,IL的大小又影响参考电压的大小又影响参考电压Vf,Vf,这种负反馈的结果是使得这种负反馈的结果是使得Vi=Vf,Vi=Vf,而此时流过负载的电流为：而此时流过负载的电流为： 4 4自动自动/ /手动切换手动切换 12自动自动自动自动/ / / /手动切换目的：手动切换目的：手动切换目的：手动切换目的：在调试或在计算机出现故障时，可以手动在调试或在计算机出现故障时，可以手动在调试或在计算机出现故障时，可以手动在调试或在计算机出现故障时，可以手动 操作。操作。操作。操作。电路的两个功能：电路的两个功能：电路的两个功能：电路的两个功能：实现实现实现实现V/IV/IV/IV/I变换变换变换变换 能够实现能够实现能够实现能够实现A/HA/HA/HA/H切换切换切换切换实现实现实现实现V/IV/IV/IV/I变换变换变换变换 当当当当开开开开关关关关K K K K1 1 1 1处处处处于于于于自自自自动动动动位位位位置置置置A A A A时时时时，它它它它形形形形成成成成一一一一个个个个电电电电压压压压比比比比较较较较型型型型跟跟跟跟随随随随器器器器，是是是是自自自自动动动动控控控控制制制制输输输输出出出出方方方方式式式式。当当当当V V V Vf f f fVVVVi i i i时时时时，电电电电路路路路能能能能自自自自动动动动地地地地使使使使输输输输出出出出电电电电流流流流增增增增大或减小。最终使大或减小。最终使大或减小。最终使大或减小。最终使V V V Vf f f f=V=V=V=Vi i i i，于是有，于是有，于是有，于是有 I IL L=V=Vi i(R(R9 9+W)+W) 从从从从上上上上式式式式可可可可以以以以看看看看出出出出，只只只只要要要要电电电电阻阻阻阻R R R R9 9 9 9+W+W+W+W稳稳稳稳定定定定性性性性好好好好，A A A A1 1 1 1和和和和A A A A2 2 2 2具具具具有有有有较较较较好好好好的的的的增增增增益益益益，该该该该电电电电路路路路就就就就有有有有较较较较高高高高的的的的线线线线性性性性精精精精度度度度。当当当当R R R R9 9 9 9+W=500+W=500+W=500+W=500或或或或250250250250时时时时，I I I IL L L L就就就就以以以以0 0 0 010mA10mA10mA10mA或或或或4 4 4 420mA20mA20mA20mA的的的的直直直直流流流流电电电电流流流流信信信信号号号号线线线线性性性性地地地地对对对对应应应应V V V Vi i i i的的的的0 0 0 05V5V5V5V或或或或1 1 1 15V5V5V5V的直流电压信号。的直流电压信号。的直流电压信号。的直流电压信号。 能够实现能够实现能够实现能够实现A/HA/HA/HA/H切换切换切换切换 当开关当开关当开关当开关K K K K1 1 1 1、K K K K2 2 2 2和和和和K K K K3 3 3 3都处于都处于都处于都处于H H H H位置时，即为手动操作方式，此时位置时，即为手动操作方式，此时位置时，即为手动操作方式，此时位置时，即为手动操作方式，此时运算放大器运算放大器运算放大器运算放大器A A A A1 1 1 1和和和和A A A A2 2 2 2脱开，脱开，脱开，脱开，A A A A2 2 2 2成为一个保持型反相积分器。当按下成为一个保持型反相积分器。当按下成为一个保持型反相积分器。当按下成为一个保持型反相积分器。当按下“增增增增”按钮时，按钮时，按钮时，按钮时，V V V V2 2 2 2以一定的速率上升，从而使以一定的速率上升，从而使以一定的速率上升，从而使以一定的速率上升，从而使I I I IL L L L也以同样的速率也以同样的速率也以同样的速率也以同样的速率上升；上升；上升；上升； 当按下当按下当按下当按下“减减减减”按钮时，按钮时，按钮时，按钮时，V V V V2 2 2 2以一定的速率下降，以一定的速率下降，以一定的速率下降，以一定的速率下降，I I I IL L L L也就以同样也就以同样也就以同样也就以同样的速率下降。的速率下降。的速率下降。的速率下降。 输出电流输出电流输出电流输出电流I I I IL L L L的升降速率取决于的升降速率取决于的升降速率取决于的升降速率取决于R R R R6 6 6 6、R R R R7 7 7 7、C C C C和电源电压和电源电压和电源电压和电源电压EEEE的大的大的大的大小。当两按钮都断开时，由于小。当两按钮都断开时，由于小。当两按钮都断开时，由于小。当两按钮都断开时，由于A A A A2 2 2 2为一高输入阻抗保持器，为一高输入阻抗保持器，为一高输入阻抗保持器，为一高输入阻抗保持器，V V V V2 2 2 2几乎几乎几乎几乎保持不变，维持输出电流恒定。当开关保持不变，维持输出电流恒定。当开关保持不变，维持输出电流恒定。当开关保持不变，维持输出电流恒定。当开关K K K K1 1 1 1、K K K K2 2 2 2、K K K K3 3 3 3都从自动都从自动都从自动都从自动(A)(A)(A)(A)切切切切换为手动换为手动换为手动换为手动(H)(H)(H)(H)时，时，时，时，A A A A2 2 2 2为一保持器。输出电流为一保持器。输出电流为一保持器。输出电流为一保持器。输出电流I I I IL L L L保持不变，实现了自保持不变，实现了自保持不变，实现了自保持不变，实现了自动到手动方向的无扰动切换。动到手动方向的无扰动切换。动到手动方向的无扰动切换。动到手动方向的无扰动切换。 从手动到自动的切换：从手动到自动的切换：从手动到自动的切换：从手动到自动的切换： 当当当当开开开开关关关关K K K K1 1 1 1、K K K K2 2 2 2、K K K K3 3 3 3处处处处于于于于手手手手动动动动方方方方式式式式(H)(H)(H)(H)，要要要要做做做做到到到到无无无无扰扰扰扰动动动动还还还还必必必必须须须须使使使使图图图图中中中中的的的的输输输输出出出出电电电电路路路路具具具具有有有有输输输输出出出出跟跟跟跟踪踪踪踪功功功功能能能能，即即即即在在在在手手手手动动动动状状状状态态态态下下下下，来来来来自自自自微微微微机机机机D/AD/AD/AD/A电电电电路路路路的的的的自自自自动动动动输输输输入入入入信信信信号号号号V V V Vi i i i总总总总等等等等于于于于反反反反映映映映手手手手动动动动输输输输出出出出的的的的信信信信号号号号V V V Vf f f f(V(V(V(Vf f f f与与与与I I I IL L L L总总总总是是是是一一一一一一一一对对对对应应应应的的的的) ) ) )。要要要要达达达达到到到到这这这这个个个个目目目目的的的的，必必必必须须须须有有有有相相相相应应应应的的的的微微微微机机机机配配配配合，我们把这样的程序称为合，我们把这样的程序称为合，我们把这样的程序称为合，我们把这样的程序称为跟踪程序跟踪程序跟踪程序跟踪程序。 跟跟跟跟踪踪踪踪程程程程序序序序的的的的工工工工作作作作过过过过程程程程：在在在在每每每每个个个个控控控控制制制制周周周周期期期期中中中中，计计计计算算算算机机机机首首首首先先先先由由由由数数数数字字字字量量量量输输输输入入入入通通通通道道道道(DI)(DI)(DI)(DI)读读读读入入入入开开开开关关关关K K K K2 2 2 2的的的的状状状状态态态态，以以以以判判判判断断断断输输输输出出出出电电电电路路路路是是是是处处处处于于于于手手手手动动动动状状状状态态态态还还还还是是是是自自自自动动动动状状状状态态态态。若若若若是是是是自自自自动动动动状状状状态态态态，则则则则程程程程序序序序执执执执行行行行本本本本回回回回路路路路预预预预先先先先规规规规定定定定的的的的控控控控制制制制运运运运算算算算，最最最最终终终终输输输输出出出出V V V Vi i i i；若若若若为为为为手手手手动动动动状状状状态态态态，则则则则首首首首先先先先由由由由A/DA/DA/DA/D转转转转换换换换器器器器读读读读入入入入V V V Vf f f f，然然然然后后后后原原原原封封封封不不不不动动动动地地地地将将将将该该该该输输输输入入入入数数数数字字字字信信信信号号号号送送送送至至至至调调调调节节节节器器器器的的的的输输输输出出出出单单单单元元元元，再再再再由由由由D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换器器器器将将将将该该该该数数数数字字字字信信信信号号号号转转转转换换换换为为为为电电电电压压压压信信信信号号号号送送送送至至至至输输输输出出出出电电电电路路路路的的的的输输输输入入入入端端端端V V V Vi i i i，这这这这样样样样就就就就使使使使V V V Vi i i i总总总总与与与与V V V Vf f f f相相相相等等等等，处处处处于于于于平平平平衡衡衡衡状状状状态态态态。当当当当开开开开关关关关K K K K1 1 1 1从从从从手手手手动动动动切切切切换换换换到到到到自自自自动动动动时时时时，V V V V1 1 1 1、V V V V2 2 2 2和和和和I I I IL L L L都都都都保保保保持持持持不不不不变变变变，从从从从而而而而实实实实现了现了现了现了手动到自动方向的无扰动切换。手动到自动方向的无扰动切换。手动到自动方向的无扰动切换。手动到自动方向的无扰动切换。2.5.4 2.5.4 模拟量输出通道设计模拟量输出通道设计 8 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 电路采用电路采用电路采用电路采用DAC0832DAC0832DAC0832DAC0832作作作作8 8 8 8位位位位D/AD/AD/AD/A转换器，通过一多路开关转换器，通过一多路开关转换器，通过一多路开关转换器，通过一多路开关CD4051CD4051CD4051CD4051，可由程序控制，将转换结果从八通道中的某一通，可由程序控制，将转换结果从八通道中的某一通，可由程序控制，将转换结果从八通道中的某一通，可由程序控制，将转换结果从八通道中的某一通道中送出，送出的结果以电流形式输出。道中送出，送出的结果以电流形式输出。道中送出，送出的结果以电流形式输出。道中送出，送出的结果以电流形式输出。 工作过程是：由工业控制机工作过程是：由工业控制机工作过程是：由工业控制机工作过程是：由工业控制机PCPCPCPC总线送出的数据，由总线送出的数据，由总线送出的数据，由总线送出的数据，由DAC0832DAC0832DAC0832DAC0832进行转换。然后再用进行转换。然后再用进行转换。然后再用进行转换。然后再用OUTOUTOUTOUT指令，通过指令，通过指令，通过指令，通过D D D D0 0 0 0、D D D D1 1 1 1、D D D D2 2 2 2位位位位打开多路开关的某一通道而送出，其输出端所接的保持器打开多路开关的某一通道而送出，其输出端所接的保持器打开多路开关的某一通道而送出，其输出端所接的保持器打开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是为了保持是为了保持是为了保持D/AD/AD/AD/A输出稳定，起到电压保持作用，由输出稳定，起到电压保持作用，由输出稳定，起到电压保持作用，由输出稳定，起到电压保持作用，由V/IV/IV/IV/I转换转换转换转换器来输出器来输出器来输出器来输出4 4 4 420mA20mA20mA20mA的电流信号。该电路使用两个口地址，的电流信号。该电路使用两个口地址，的电流信号。该电路使用两个口地址，的电流信号。该电路使用两个口地址，它由译码器译出，设它由译码器译出，设它由译码器译出，设它由译码器译出，设300H300H300H300H为为为为DAC0832DAC0832DAC0832DAC0832的端口地址，的端口地址，的端口地址，的端口地址，301H301H301H301H为为为为CD4051CD4051CD4051CD4051的端口地址。的端口地址。的端口地址。的端口地址。2.6 2.6 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术干扰：干扰：干扰：干扰：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常 工作的破坏因素工作的破坏因素工作的破坏因素工作的破坏因素。抗干扰措施：抗干扰措施：抗干扰措施：抗干扰措施：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。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。干扰的来源：干扰的来源：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。外部干扰和内部干扰。外部干扰和内部干扰。外外外外部部部部干干干干扰扰扰扰：是是是是与与与与系系系系统统统统结结结结构构构构无无无无关关关关，而而而而是是是是由由由由外外外外界界界界环环环环境境境境因因因因素素素素决决决决定定定定的的的的干干干干 扰扰扰扰。外外外外部部部部干干干干扰扰扰扰主主主主要要要要是是是是空空空空间间间间电电电电或或或或磁磁磁磁的的的的影影影影响响响响，环环环环境境境境温温温温度、度、度、度、 湿度等气象条件的影响。湿度等气象条件的影响。湿度等气象条件的影响。湿度等气象条件的影响。内内内内部部部部干干干干扰扰扰扰：是是是是由由由由系系系系统统统统结结结结构构构构、制制制制造造造造工工工工艺艺艺艺等等等等决决决决定定定定的的的的。内内内内部部部部干干干干扰扰扰扰主主主主要要要要 是是是是分分分分布布布布电电电电容容容容、分分分分布布布布电电电电感感感感引引引引起起起起的的的的耦耦耦耦合合合合感感感感应应应应，电电电电磁磁磁磁场场场场辐辐辐辐 射射射射感感感感应应应应，长长长长线线线线传传传传输输输输的的的的波波波波反反反反射射射射，多多多多点点点点接接接接地地地地造造造造成成成成的的的的电电电电位位位位 差差差差引引引引起起起起的的的的干干干干扰扰扰扰，寄寄寄寄生生生生振振振振荡荡荡荡引引引引起起起起的的的的干干干干扰扰扰扰，甚甚甚甚至至至至元元元元器器器器件件件件 产生的噪声。产生的噪声。产生的噪声。产生的噪声。2.6.1 2.6.1 过程通道抗干扰技术过程通道抗干扰技术1.1.1.1.串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法 (1)(1)(1)(1)串模干扰串模干扰串模干扰串模干扰 所所所所谓谓谓谓串串串串模模模模干干干干扰扰扰扰是是是是指指指指叠叠叠叠加加加加在在在在被被被被测测测测信信信信号号号号上上上上的的的的干干干干扰扰扰扰噪噪噪噪声。也称为常态干扰。声。也称为常态干扰。声。也称为常态干扰。声。也称为常态干扰。 （2 2 2 2）串模干扰的抑制方法）串模干扰的抑制方法）串模干扰的抑制方法）串模干扰的抑制方法 采用滤波器采用滤波器采用滤波器采用滤波器 一般串模干扰信号的频率比有用信号的频率快，一般串模干扰信号的频率比有用信号的频率快，一般串模干扰信号的频率比有用信号的频率快，一般串模干扰信号的频率比有用信号的频率快，所以，常用二级阻容低通滤波网络作为模所以，常用二级阻容低通滤波网络作为模所以，常用二级阻容低通滤波网络作为模所以，常用二级阻容低通滤波网络作为模/ / / /数转换器的数转换器的数转换器的数转换器的输入滤波器输入滤波器输入滤波器输入滤波器。 当当当当尖尖尖尖峰峰峰峰型型型型串串串串模模模模干干干干扰扰扰扰成成成成为为为为主主主主要要要要干干干干扰扰扰扰源源源源时时时时，用用用用双双双双积积积积分分分分式式式式A/DA/DA/DA/D转换器。转换器。转换器。转换器。 尽尽尽尽可可可可能能能能早早早早地地地地将将将将有有有有用用用用信信信信号号号号进进进进行行行行前前前前置置置置放放放放大大大大，尽尽尽尽可可可可能能能能早早早早地完成模地完成模地完成模地完成模/ / / /数转换，或采取隔离和屏蔽等措施。数转换，或采取隔离和屏蔽等措施。数转换，或采取隔离和屏蔽等措施。数转换，或采取隔离和屏蔽等措施。 从从从从选选选选择择择择逻逻逻逻辑辑辑辑器器器器件件件件入入入入手手手手，利利利利用用用用逻逻逻逻辑辑辑辑器器器器件件件件的的的的特特特特性性性性来来来来抑抑抑抑制制制制串串串串模模模模干干干干扰扰扰扰。通通通通过过过过高高高高阈阈阈阈值值值值电电电电平平平平来来来来抑抑抑抑制制制制低低低低噪噪噪噪声声声声的的的的干干干干扰扰扰扰，也也也也可采用低速逻辑器件来抑制高频干扰。可采用低速逻辑器件来抑制高频干扰。可采用低速逻辑器件来抑制高频干扰。可采用低速逻辑器件来抑制高频干扰。 采采采采用用用用双双双双绞绞绞绞线线线线作作作作信信信信号号号号引引引引线线线线的的的的目目目目的的的的是是是是减减减减少少少少电电电电磁磁磁磁感感感感应应应应。选选选选用用用用带带带带屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽的的的的双双双双绞绞绞绞线线线线或或或或同同同同轴轴轴轴电电电电缆缆缆缆做做做做信信信信号号号号线线线线，并并并并且且且且要要要要求求求求具具具具有良好的接地。有良好的接地。有良好的接地。有良好的接地。 2 2共模干扰及其抑制方法共模干扰及其抑制方法 (1)(1)(1)(1)共模干扰共模干扰共模干扰共模干扰 所谓共模干扰是指模所谓共模干扰是指模所谓共模干扰是指模所谓共模干扰是指模/ / / /数转换器两个输入端上公有的干扰数转换器两个输入端上公有的干扰数转换器两个输入端上公有的干扰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。电压。共模干扰也称为共态干扰。电压。共模干扰也称为共态干扰。电压。共模干扰也称为共态干扰。 被测信号被测信号被测信号被测信号U U U Us s s s的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点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之间往往存在着一定的电位差之间往往存在着一定的电位差之间往往存在着一定的电位差U U U Ucm cm cm cm 。 模模/ /数转换器的两个输入端分别有数转换器的两个输入端分别有信号信号信号信号：（U U U Us s s s+U+U+U+Ucmcmcmcm）和）和）和）和U U U Ucmcmcmcm。单端对地输入单端对地输入注意：注意：对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式，对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式， 因为此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压：因为此时的共模干扰电压将全部成为串模干扰电压：双端不对地输入双端不对地输入 UcmUcm引起的电压：引起的电压：引起的电压：引起的电压： U UA A=Ucm/(Zs1+Zc1)*Zc1=Ucm/(Zs1+Zc1)*Zc1 U UB B= Ucm/(Zs2+Zc2)*Zc2 = Ucm/(Zs2+Zc2)*Zc2 U UABAB=U=UA A-U-UB B =Zc1/(Zs1+Zc1)- Zc2/(Zs2+Zc2)* Ucm =Zc1/(Zs1+Zc1)- Zc2/(Zs2+Zc2)* Ucm 当当当当Zs1=Zs2Zs1=Zs2，Zc1=Zc2Zc1=Zc2时，时，时，时，U UABAB=0 =0 常用共模抑制比常用共模抑制比常用共模抑制比常用共模抑制比CMRRCMRR来表示系统抗干扰能力。来表示系统抗干扰能力。来表示系统抗干扰能力。来表示系统抗干扰能力。 CMRR=20lg(UCMRR=20lg(Ucmcm/U/Un n) dB) dB 注意：注意：注意：注意：U Un n是是是是U Ucmcm转换成的串模干扰电压。转换成的串模干扰电压。转换成的串模干扰电压。转换成的串模干扰电压。 (2)(2)共模干扰的抑制方法共模干扰的抑制方法 变压器隔离变压器隔离变压器隔离变压器隔离 光电隔离光电隔离 浮地屏蔽浮地屏蔽浮地屏蔽浮地屏蔽 利利利利用用用用屏屏屏屏蔽蔽蔽蔽方方方方法法法法使使使使输输输输入入入入信信信信号号号号的的的的“模模模模拟拟拟拟地地地地”浮浮浮浮空空空空，从从从从而而而而达达达达到到到到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目的。的目的。的目的。的目的。 Z1: Z1: Z1: Z1:模拟地与内屏蔽盒之间的绝缘阻抗。模拟地与内屏蔽盒之间的绝缘阻抗。模拟地与内屏蔽盒之间的绝缘阻抗。模拟地与内屏蔽盒之间的绝缘阻抗。 Z2: Z2: Z2: Z2:内屏蔽与外屏蔽层（机壳）之间的绝缘阻抗。内屏蔽与外屏蔽层（机壳）之间的绝缘阻抗。内屏蔽与外屏蔽层（机壳）之间的绝缘阻抗。内屏蔽与外屏蔽层（机壳）之间的绝缘阻抗。 共模电流：共模电流：共模电流：共模电流：I I I Icm1cm1cm1cm1=U=U=U=Ucmcmcmcm/(R/(R/(R/(Rc c c c+Z+Z+Z+Z2 2 2 2) ) ) ) （不会产生串模干扰）（不会产生串模干扰）（不会产生串模干扰）（不会产生串模干扰） 共模电流：共模电流：共模电流：共模电流：I I I Icm2cm2cm2cm2=V=V=V=VB B B B/(Z/(Z/(Z/(Zs s s s+Z+Z+Z+Z1 1 1 1), V), V), V), VB B B B=U=U=U=Ucmcmcmcm/(R/(R/(R/(Rc c c c+Z+Z+Z+Z2 2 2 2)*R)*R)*R)*Rc c c c，（会产生串模干扰），（会产生串模干扰），（会产生串模干扰），（会产生串模干扰） 因为因为因为因为R R R Rc c c cZZZZ2 2 2 2,Z,Z,Z,Zs s s sZZZZ1 1 1 1, , , , 所以所以所以所以I I I Icm2cm2cm2cm2很小，引人的串模干扰信号也很小。很小，引人的串模干扰信号也很小。很小，引人的串模干扰信号也很小。很小，引人的串模干扰信号也很小。 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 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、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、漂移低及增益可调的特点。漂移低及增益可调的特点。漂移低及增益可调的特点。漂移低及增益可调的特点。 仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因分量是使用仪表放大器的唯一原因分量是使用仪表放大器的唯一原因分量是使用仪表放大器的唯一原因 。 AD620 AD620 AD620 AD620（低功耗、低成本的集成仪表放大器），（低功耗、低成本的集成仪表放大器），（低功耗、低成本的集成仪表放大器），（低功耗、低成本的集成仪表放大器），还有还有还有还有AD623AD623AD623AD623等等等等等等等等. . . .3.3.长线传输干扰及其抑制方法长线传输干扰及其抑制方法(1)(1)(1)(1)长线传输干扰长线传输干扰长线传输干扰长线传输干扰 长线的长线的长线的长线的“长长长长”是相对的；是相对的；是相对的；是相对的； 信号在长线中传输遇到三个问题：信号在长线中传输遇到三个问题：信号在长线中传输遇到三个问题：信号在长线中传输遇到三个问题： a.a.a.a.易受到外界干扰；易受到外界干扰；易受到外界干扰；易受到外界干扰； b.b.b.b.具有信号延时；具有信号延时；具有信号延时；具有信号延时； c.c.c.c.高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。波反射现象：波反射现象：波反射现象：波反射现象：当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的当信号在长线中传输时，由于传输线的分布电容和分布电感的影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波；影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波；影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波；影响，信号会在传输线内部产生正向前进的电压波和电流波，称为入射波；另外如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，那么当入射波到达终端另外如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，那么当入射波到达终端另外如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，那么当入射波到达终端另外如果传输线的终端阻抗与传输线的阻抗不匹配，那么当入射波到达终端时，便会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果传输线的始端阻时，便会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果传输线的始端阻时，便会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果传输线的始端阻时，便会引起反射；同样，反射波到达传输线始端时，如果传输线的始端阻抗与传输线的阻抗不匹配还会引起新的反射。这种信号的多次反射现象，使抗与传输线的阻抗不匹配还会引起新的反射。这种信号的多次反射现象，使抗与传输线的阻抗不匹配还会引起新的反射。这种信号的多次反射现象，使抗与传输线的阻抗不匹配还会引起新的反射。这种信号的多次反射现象，使信号波形严重失真和畸变，并且引起干扰脉冲。信号波形严重失真和畸变，并且引起干扰脉冲。信号波形严重失真和畸变，并且引起干扰脉冲。信号波形严重失真和畸变，并且引起干扰脉冲。(2)(2)长线传输干扰的抑制方法长线传输干扰的抑制方法 采采采采用用用用终终终终端端端端阻阻阻阻抗抗抗抗匹匹匹匹配配配配或或或或始始始始端端端端阻阻阻阻抗抗抗抗匹匹匹匹配配配配，可可可可以以以以消消消消除除除除长长长长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。 终端匹配：终端并联电阻终端匹配：终端并联电阻终端匹配：终端并联电阻终端匹配：终端并联电阻 当当当当R=RpR=RpR=RpR=Rp时，门时，门时，门时，门A A A A输出的波形不畸变，波反射完全消失。输出的波形不畸变，波反射完全消失。输出的波形不畸变，波反射完全消失。输出的波形不畸变，波反射完全消失。 最简单的终端匹配方法最简单的终端匹配方法最简单的终端匹配方法最简单的终端匹配方法 当当当当R=RpR=RpR=RpR=Rp时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间上有迟后，终端波形的高电平有所下降，高电平抗干扰能力降低了。上有迟后，终端波形的高电平有所下降，高电平抗干扰能力降低了。上有迟后，终端波形的高电平有所下降，高电平抗干扰能力降低了。上有迟后，终端波形的高电平有所下降，高电平抗干扰能力降低了。 等效电阻等效电阻等效电阻等效电阻R R R R R=R R=R R=R R=R1 1 1 1R R R R2 2 2 2/(R/(R/(R/(R1 1 1 1+R+R+R+R2 2 2 2) ) ) ) 当当当当R=RpR=RpR=RpR=Rp时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，终端波形时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，终端波形时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，终端波形时，消除波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，终端波形的高电平下降较少，但是，低电平抬高了，降低了低电平的抗干扰能力。的高电平下降较少，但是，低电平抬高了，降低了低电平的抗干扰能力。的高电平下降较少，但是，低电平抬高了，降低了低电平的抗干扰能力。的高电平下降较少，但是，低电平抬高了，降低了低电平的抗干扰能力。始端匹配：始端串联电阻始端匹配：始端串联电阻始端匹配：始端串联电阻始端匹配：始端串联电阻 当当当当R=RR=RR=RR=Rp p p p-R-R-R-Rscscscsc时，消除波反射。终端波形的高电平不变，低电平时，消除波反射。终端波形的高电平不变，低电平时，消除波反射。终端波形的高电平不变，低电平时，消除波反射。终端波形的高电平不变，低电平有所抬高，低电平抗干扰能力降低了。有所抬高，低电平抗干扰能力降低了。有所抬高，低电平抗干扰能力降低了。有所抬高，低电平抗干扰能力降低了。 R R R Rscscscsc是门是门是门是门A A A A输出低电平时的输出阻抗。输出低电平时的输出阻抗。输出低电平时的输出阻抗。输出低电平时的输出阻抗。2.6.2 CPU2.6.2 CPU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计算机控制系统的计算机控制系统的CPUCPUCPUCPU抗干扰措施常常采用：抗干扰措施常常采用：抗干扰措施常常采用：抗干扰措施常常采用： Watchdog(Watchdog(Watchdog(Watchdog(俗称看门狗俗称看门狗俗称看门狗俗称看门狗) ) ) ) 电源监控电源监控电源监控电源监控( ( ( (掉电检测及保护掉电检测及保护掉电检测及保护掉电检测及保护) ) ) ) 复位复位复位复位 MAX1232 MAX1232 MAX1232 MAX1232是微处理器监控电路，另外常用的集是微处理器监控电路，另外常用的集是微处理器监控电路，另外常用的集是微处理器监控电路，另外常用的集成电路还有成电路还有成电路还有成电路还有X5045X5045X5045X5045、IMP813IMP813IMP813IMP813等。等。等。等。1 1MAX1232MAX1232的结构原理的结构原理 MAX1232MAX1232引脚图引脚图MAX1232MAX1232内部原理图内部原理图 2 2MAX1232MAX1232的主要功能的主要功能(1)(1)电源监控电源监控电压检测器监控电压检测器监控电压检测器监控电压检测器监控V V V Vcccccccc 每每每每当当当当V V V Vcccccccc低低低低于于于于所所所所选选选选择择择择的的的的容容容容限限限限时时时时(5%(5%(5%(5%容容容容限限限限时时时时的的的的电电电电压压压压典典典典型型型型时时时时为为为为，10%10%10%10%容容容容限限限限时时时时的的的的电电电电压压压压典典典典型型型型时时时时为为为为4.37V)4.37V)4.37V)4.37V)就就就就输输输输出出出出并并并并保保保保持持持持复位信号。复位信号。复位信号。复位信号。 选择选择选择选择5%5%5%5%的容许极限时，的容许极限时，的容许极限时，的容许极限时，TOLTOLTOLTOL端接地；端接地；端接地；端接地； 选择选择选择选择10%10%10%10%的容许极限时，的容许极限时，的容许极限时，的容许极限时，TOLTOLTOLTOL端接端接端接端接V V V Vcccccccc。 当当当当V V V Vcccccccc恢恢恢恢复复复复到到到到容容容容许许许许极极极极限限限限内内内内，复复复复位位位位输输输输出出出出信信信信号号号号至至至至少少少少保保保保持持持持250ms250ms250ms250ms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。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。(2)(2)按钮复位输入按钮复位输入 MAX1232MAX1232MAX1232MAX1232的的的的PBRSTPBRSTPBRSTPBRST端端端端靠靠靠靠手手手手动动动动强强强强制制制制复复复复位位位位输输输输出出出出，该该该该端端端端保保保保持持持持t t t tPBDPBDPBDPBD是是是是按按按按钮钮钮钮复复复复位位位位延延延延迟迟迟迟时时时时间间间间，当当当当PBRSTPBRSTPBRSTPBRST升升升升高高高高到到到到大大大大于于于于一一一一定定定定的的的的电电电电压压压压值值值值后后后后，复复复复位位位位输输输输出出出出保保保保持持持持至至至至少少少少250ms250ms250ms250ms的的的的宽宽宽宽度度度度。 一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动PBRST PBRST PBRST PBRST ，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了1ms1ms1ms1ms的输入抖动，的输入抖动，的输入抖动，的输入抖动，并且被保证能识别出并且被保证能识别出并且被保证能识别出并且被保证能识别出20ms20ms20ms20ms或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该PBRSTPBRSTPBRSTPBRST在芯片内部被上拉到大约在芯片内部被上拉到大约在芯片内部被上拉到大约在芯片内部被上拉到大约100A100A100A100A的的的的V V V Vcccccccc上，因上，因上，因上，因而不需要附加的上拉电阻。而不需要附加的上拉电阻。而不需要附加的上拉电阻。而不需要附加的上拉电阻。 (3)(3)监控定时器监控定时器(Watchdog)(Watchdog) 用于因干扰引起的系统用于因干扰引起的系统用于因干扰引起的系统用于因干扰引起的系统“飞程序飞程序飞程序飞程序”等出错的检测和自动等出错的检测和自动等出错的检测和自动等出错的检测和自动恢复。恢复。恢复。恢复。 微处理器用一根微处理器用一根微处理器用一根微处理器用一根I/OI/OI/OI/O线来驱动输入线来驱动输入线来驱动输入线来驱动输入STSTSTST，微处理器必须在一，微处理器必须在一，微处理器必须在一，微处理器必须在一定时间内触发定时间内触发定时间内触发定时间内触发STSTSTST端（喂狗），（其喂狗时间取决于端（喂狗），（其喂狗时间取决于端（喂狗），（其喂狗时间取决于端（喂狗），（其喂狗时间取决于TDTDTDTD），以），以），以），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，没被触发，在一个最小超时间间隔内，没被触发，在一个最小超时间间隔内，没被触发，在一个最小超时间间隔内，STSTSTST的触发只能被脉冲的触发只能被脉冲的触发只能被脉冲的触发只能被脉冲的下降沿作用，这时的下降沿作用，这时的下降沿作用，这时的下降沿作用，这时MAX1232MAX1232MAX1232MAX1232的复位输出至少保持的复位输出至少保持的复位输出至少保持的复位输出至少保持250ms250ms250ms250ms的宽的宽的宽的宽度。度。度。度。 TD=0V,t TD=0V,t TD=0V,t TD=0V,tTDTDTDTD=150ms=150ms=150ms=150ms TD TD TD TD悬空，悬空，悬空，悬空，t t t tTDTDTDTD=600ms=600ms=600ms=600ms TD=V TD=V TD=V TD=Vcccccccc, t, t, t, tTDTDTDTD 监控电路监控电路MAX1232MAX1232的典型应用的典型应用3.3.掉电保护和恢复运行掉电保护和恢复运行 软件中将掉电中断规定为高级中断。软件中将掉电中断规定为高级中断。 掉电中断服务子程序中要做到：掉电中断服务子程序中要做到：（1 1）保护现场。）保护现场。（2 2）关闭各输入输出口，使外部设备处于非）关闭各输入输出口，使外部设备处于非 工作状态。工作状态。 (3 (3）掉电标记。）掉电标记。注意：注意：为保证掉电子程序能顺利执行，掉电为保证掉电子程序能顺利执行，掉电 检测电路必须在电源电压下降到检测电路必须在电源电压下降到CPUCPU最最 低电压之前就提出中断请求，提前时低电压之前就提出中断请求，提前时 间为几百微秒至数毫秒。间为几百微秒至数毫秒。2.6.3 2.6.3 2.6.3 2.6.3 系统供电与接地技术系统供电与接地技术系统供电与接地技术系统供电与接地技术 1 1 1 1供电技术供电技术供电技术供电技术 从交流电网输入到直流输出的全过程包括：从交流电网输入到直流输出的全过程包括： (1)(1)输入滤波器输入滤波器 (2)(2)整流与滤波整流与滤波 (3)(3)逆变逆变 (4)(4)输出整流与滤波输出整流与滤波(2)(2)(2)(2)电源异常的保护措施电源异常的保护措施电源异常的保护措施电源异常的保护措施 计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生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，可采用不间断电源产。为此，可采用不间断电源产。为此，可采用不间断电源产。为此，可采用不间断电源UPSUPSUPSUPS 。2 2 2 2接地技术接地技术接地技术接地技术(1)(1)(1)(1)地线系统分析地线系统分析地线系统分析地线系统分析 对地线使用下面的定义：对地线使用下面的定义：对地线使用下面的定义：对地线使用下面的定义：“地线是信号电流流回信地线是信号电流流回信地线是信号电流流回信地线是信号电流流回信号源地阻抗的路径号源地阻抗的路径号源地阻抗的路径号源地阻抗的路径” ” ” ” 。 模模模模拟拟拟拟地地地地作作作作为为为为传传传传感感感感器器器器、变变变变送送送送器器器器、放放放放大大大大器器器器、A/DA/DA/DA/D和和和和D/AD/AD/AD/A转转转转换换换换器器器器中中中中模模模模拟电路的零电位。拟电路的零电位。拟电路的零电位。拟电路的零电位。 数数数数字字字字地地地地作作作作为为为为计计计计算算算算机机机机中中中中各各各各种种种种数数数数字字字字电电电电路路路路的的的的零零零零电电电电位位位位，应应应应该该该该与与与与模模模模拟拟拟拟地地地地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。 安安安安全全全全地地地地的的的的目目目目的的的的是是是是使使使使设设设设备备备备机机机机壳壳壳壳与与与与大大大大地地地地等等等等电电电电位位位位，以以以以避避避避免免免免机机机机壳壳壳壳带带带带电电电电而影响人身及设备安全。而影响人身及设备安全。而影响人身及设备安全。而影响人身及设备安全。 系统地系统地系统地系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。就是上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。 交流地交流地交流地交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。很不稳定。很不稳定。很不稳定。 回流法接地回流法接地(2)(2)低频接地技术低频接地技术 一点接地方式一点接地方式一点接地方式一点接地方式 信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用信号地线的接地方式应采用一点接地，而不采用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：即串联接地和多点接地。一点接地主要有两种接法：即串联接地和多点接地。一点接地主要有两种接法：即串联接地和多点接地。一点接地主要有两种接法：即串联接地和并联接地并联接地并联接地并联接地 。实用的低频接地实用的低频接地实用的低频接地实用的低频接地 可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接可用分组接法，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地线接地。地，高电平电路经另一组共同地线接地。地，高电平电路经另一组共同地线接地。地，高电平电路经另一组共同地线接地。 一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线等的地线等的地线等的地线( ( ( (称为称为称为称为“噪声噪声噪声噪声”地线地线地线地线) ) ) )；一条是设备机壳地线；一条是设备机壳地线；一条是设备机壳地线；一条是设备机壳地线( ( ( (称为称为称为称为“金属件金属件金属件金属件”地线地线地线地线) ) ) )。 这三条地线应在一点连接这三条地线应在一点连接这三条地线应在一点连接这三条地线应在一点连接接地。接地。接地。接地。 (3)(3)(3)(3)通道馈线（电缆）的接地技术通道馈线（电缆）的接地技术通道馈线（电缆）的接地技术通道馈线（电缆）的接地技术 电路一点地基准电路一点地基准电路一点地基准电路一点地基准 将信号源与输入放大器分别接地的方式是不正确的。将信号源与输入放大器分别接地的方式是不正确的。将信号源与输入放大器分别接地的方式是不正确的。将信号源与输入放大器分别接地的方式是不正确的。电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地 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。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。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。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，则应选择较好的接地点。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。 电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地电缆屏蔽层的接地 当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接当信号电路是一点接地时，低频电缆的屏蔽层也应一点接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，则应选择较好的接地点。地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。地。如欲将屏蔽一点接地，则应选择较好的接地点。(4)(4)(4)(4)主机外壳接地但机芯浮空主机外壳接地但机芯浮空主机外壳接地但机芯浮空主机外壳接地但机芯浮空(5)(5)(5)(5)多机系统的接地多机系统的接地多机系统的接地多机系统的接地