输入输出通道
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输入输出接口与过程通道(1)
D0
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，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 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
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LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 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
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 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、开关的触 点，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 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，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 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
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LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 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
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 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、开关的触 点，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 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
测控系统原理与设计21_输入
图中五个部件的噪声可以视做采集电路内部五个不相关的噪声源， 它们本身的等效输入噪声分别为： 、 VIN 3 0 V 9 V VIN 1 0.085V 、VIN 1 0.085VVIN 2 、 (可忽略不计)
VIN 4 7 V VIN 5 177 V
五个部件的放大倍数分别为：
●数字可编程控制增益：PGA202的增益倍数为 1，10，100，1000；PGA203的增益倍数为1，2，4， 8
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●增益误差：G<1000 0.05％～0.15％， G=1000 0.08％～0.1％； ●非线性失真：G=1000 0.02％～0.06％。 ●快速建立时间：2μs。 ●快速压摆率：20V/μs ●共模抑制比：80～94dB。 ●频率响应：G<1000 1MHz；G=1000 250kHz。 ●电源供电范围：±6～±18V。
在测控系统中，一台微机往往要同时测量 几个被测量，因而测控系统的输入通道常常是 多路的。按照各路输入通道是共用一个采集通 道还是每个通道各用一个，输入通道可分为集 中采集式和分散采集式。
一、输入通道的分类
集中采集式之分时采集结构：
传感器 传感器 调理电路 调理电路 模 拟 多 路 切 换 开 关 采集电路
的传感器。
对传感器的主要技术要求
• 具有将被测量转换为后续电路可用电量的功能，转换范围 与被测量实际变化范围相一致。 • 符合整机对传感器精度（通常为系统精度的十倍）和速度 的要求； • 满足被测介质和使用环境的要求（如耐高温、耐高压、防 腐、抗振、防爆、抗电磁干扰、体积小、质量轻和不耗电 或耗电少等）； • 满足可靠性和可维护性的要求。
传感器 传感器
调理电路 调理电路
第2章输入输出接口与过程通道抗干扰
安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以 避免机壳带电而影响人身及设备安全。
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地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。
26
接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
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工作的破坏因 素。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的 影响，环境温度、湿度等气象条件。
内部干扰：是由系统结构、制造工艺等决定的。 内部干扰主要是分布电容、分布电感引起的耦合 感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多 点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起 的干扰，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
8
(2)共模干扰的抑制方法
①变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔
离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
9
②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
13
(2)长线传输干扰的抑制方法
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以 消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低 限度。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地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。
26
接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
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工作的破坏因 素。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的 影响，环境温度、湿度等气象条件。
内部干扰：是由系统结构、制造工艺等决定的。 内部干扰主要是分布电容、分布电感引起的耦合 感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多 点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起 的干扰，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
8
(2)共模干扰的抑制方法
①变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔
离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
9
②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
13
(2)长线传输干扰的抑制方法
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以 消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低 限度。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。
第3章 过程输入输出通道
；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
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3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
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三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。
第三章-输入输出通道和接口技术
20
2、常用的采样/保持器 常用的采样/保持器有美国 AD公司的AD582、AD585 、
AD346、AD389和国家半导体公司的LF198/298/398等。 LF198是由双极型绝缘栅场效应管组成的采样/保持器，它
具有采样速度快，保持性能好，精度高等优点。 LF198芯片引脚和原理图如图5-21所示。 LF198芯片引脚的功能如下： （1） VIN：模拟量输入 （2）VOUT： 模拟量输出。
上述转换过程需要用模拟量输入/输出通道来实现。 ● 开关量：如继电器的合上和断开，按钮的按下和松开等。
3
开关量的输入/输出较模拟量简单，计算机只需判断输 入信息是“0”还是“1”，即可知道开关的状态；若控制某个 继电器工作，只需经过输出通道送“0”或“1”即可。
工业现场存在着电、磁、震动、温度变化等干扰，各类 执行器要求的开关电压、功率也不同，因此需要设置输入/ 输出通道进行信息的缓冲、隔离、驱动等措施。
CD4051由电平转换、译码、多路开关组成。 电平转换： CMOS到TTL的转换 3-8译码器：通过对分时控制端A、B、C的状态进行译码来
选择某一路的接通。
18
（三）采样/保持 由传感器检测的模拟信号经过处理后仍是模拟量，要输入
到计算机中，需要进行A/D转换。 由于A/D转换过程需要时间，因此要求输入A/D转换器的信
2
在工业控制过程中，被测参数一般分为模拟量和开关量。 ● 模拟量：如温度、压力、流量、电压和电流等；
由于计算机只能处理数字量，因此对于模拟量需要经过采 集，放大，采样保持，A/D转换等步骤，将模拟量转换为数字 量，才能送入计算机进行运算、分析和处理。
同样的，经过计算机处理后数据常常需要转换成模拟量来 控制执行机构的执行。
2、常用的采样/保持器 常用的采样/保持器有美国 AD公司的AD582、AD585 、
AD346、AD389和国家半导体公司的LF198/298/398等。 LF198是由双极型绝缘栅场效应管组成的采样/保持器，它
具有采样速度快，保持性能好，精度高等优点。 LF198芯片引脚和原理图如图5-21所示。 LF198芯片引脚的功能如下： （1） VIN：模拟量输入 （2）VOUT： 模拟量输出。
上述转换过程需要用模拟量输入/输出通道来实现。 ● 开关量：如继电器的合上和断开，按钮的按下和松开等。
3
开关量的输入/输出较模拟量简单，计算机只需判断输 入信息是“0”还是“1”，即可知道开关的状态；若控制某个 继电器工作，只需经过输出通道送“0”或“1”即可。
工业现场存在着电、磁、震动、温度变化等干扰，各类 执行器要求的开关电压、功率也不同，因此需要设置输入/ 输出通道进行信息的缓冲、隔离、驱动等措施。
CD4051由电平转换、译码、多路开关组成。 电平转换： CMOS到TTL的转换 3-8译码器：通过对分时控制端A、B、C的状态进行译码来
选择某一路的接通。
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（三）采样/保持 由传感器检测的模拟信号经过处理后仍是模拟量，要输入
到计算机中，需要进行A/D转换。 由于A/D转换过程需要时间，因此要求输入A/D转换器的信
2
在工业控制过程中，被测参数一般分为模拟量和开关量。 ● 模拟量：如温度、压力、流量、电压和电流等；
由于计算机只能处理数字量，因此对于模拟量需要经过采 集，放大，采样保持，A/D转换等步骤，将模拟量转换为数字 量，才能送入计算机进行运算、分析和处理。
同样的，经过计算机处理后数据常常需要转换成模拟量来 控制执行机构的执行。
模拟量输入、输出通道
在能源管理系统中，模拟量输入/输出通道用于监测 和控制各种能源设备的运行状态，如电力、燃气等 ，实现能源的优化利用和节能减排。
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
第四章数字量输入输出通道
（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。
计算机控制系统：第2章 输入输出通道
采用光电隔离外部开关信号如何输入到计算vccoutvccp1i单片机gndgngoutvccoutvccp1i单片机gndgngoutvccp1i单片机gndgngoutvccout外部开关量vccka220vp1i单片机控制电流外部设备线圈铁芯触点衔铁继电器工作原理图22模拟输入通道221组成及各部分的作用222采样量化及采样保持器223模数转换器adc221组成及各部分作用调理电路多路开关采样保持器ad转换器传感器模拟通道组成图222采样量化及保持器223模拟转换器1
3.并行接口的ADC0809
CLOCK ADDA--ADDC
START ALE
EOC OE
D0--D7
转换时间
ADC0809工作时序图
2.2.3模拟转换器
3.并行接口的ADC0809
ADC0809工作时序图 ADC0809与51单片机的接口电 路
2.2.3模拟转换器
4.应用举例
ADC0809模拟输入原理图
DI7
DI0
Rfb Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vx
WR2
CS
XFER
DAC0832
DI7 DI0 Rfb
Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vy
WR2
DAC0832和51单片机双缓冲连接
P2.0 P2.1 P2.2 P0口 WR
80C51
CS DAC0832
XFER
DI7
DI0
Rfb IouΒιβλιοθήκη 1-WR1❖ 30℃：Rt＝5.6K VAD＝5×500/(5600＋500)＝0.410(V) 对应AD值：14H
❖ 40℃：Rt＝3.8K VAD＝5×500/(3800＋500)＝0.581(V) 对应AD值：1DH
3.并行接口的ADC0809
CLOCK ADDA--ADDC
START ALE
EOC OE
D0--D7
转换时间
ADC0809工作时序图
2.2.3模拟转换器
3.并行接口的ADC0809
ADC0809工作时序图 ADC0809与51单片机的接口电 路
2.2.3模拟转换器
4.应用举例
ADC0809模拟输入原理图
DI7
DI0
Rfb Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vx
WR2
CS
XFER
DAC0832
DI7 DI0 Rfb
Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vy
WR2
DAC0832和51单片机双缓冲连接
P2.0 P2.1 P2.2 P0口 WR
80C51
CS DAC0832
XFER
DI7
DI0
Rfb IouΒιβλιοθήκη 1-WR1❖ 30℃：Rt＝5.6K VAD＝5×500/(5600＋500)＝0.410(V) 对应AD值：14H
❖ 40℃：Rt＝3.8K VAD＝5×500/(3800＋500)＝0.581(V) 对应AD值：1DH
调音台的音频输入与输出设置详解
调音台的音频输入与输出设置详解在音频领域，调音台是一个重要的设备，用于混音和控制音频信号的输入和输出。
它常被应用于音乐演出、录音棚制作、广播电台等场合。
调音台的音频输入和输出设置是其核心功能之一，下面将详细介绍调音台音频输入和输出设置的相关知识。
一、音频输入设置调音台的音频输入设置是指将音频信号导入调音台的过程。
通常，调音台具有多个音频输入通道，可以连接不同的音源设备，如话筒、乐器、播放器等。
1. 输入通道选择调音台通常具有多个输入通道，每个通道上都有一个独立的音频输入端口。
可以通过选择不同的输入通道，将不同音源的音频信号导入调音台。
选择合适的输入通道，可以有效区分不同音源的声音，方便后续的混音和处理。
2. 音量调节在音频输入设置中，调音台提供了音量调节功能。
通过调节输入通道上的音量控制旋钮，可以控制音频信号的输入音量大小。
合理设置音量，可以避免音频信号过强或过弱，保证音频输入的质量。
3. 增益控制调音台的输入通道上通常还有一个增益控制旋钮。
增益控制用于调整音频信号的增益水平，以适应不同音源的音量。
当音源信号较弱时，可以通过增益控制来提升信号的音量，保证音频输入的稳定性和清晰度。
二、音频输出设置调音台的音频输出设置是指将处理后的音频信号导出的过程。
通过音频输出设置，可以将调音台中混合后的音频信号导出到外部设备或扬声器进行播放或录制。
1. 输出选择调音台通常具有多个音频输出端口，可以通过选择不同的输出端口将音频信号导出。
根据需要，可以选择将音频信号导出到扬声器、录音设备或其他外部设备。
2. 主输出和辅助输出调音台通常具有一个主输出和多个辅助输出。
主输出用于将混合后的音频信号输出到主要播放设备，如主扬声器系统；辅助输出则可以用于导出音频信号到其他设备，如监听设备、录音设备等。
3. 音量控制音频输出设置中，调音台提供了音量控制功能。
通过调节主输出或辅助输出的音量控制旋钮，可以控制输出信号的音量大小。
合理设置音量，可以避免输出信号过强或过弱。
调音台功能介绍
调音台功能介绍调音台是一种用于音频处理和混音的设备。
它通常包括多个通道输入和输出，可以用于调整音频信号的音量、均衡、效果处理、混音等功能。
1. 通道输入和输出：调音台通常具有多个输入通道，可以接入不同的音频源，例如麦克风、乐器和其他音频设备。
每个输入通道通常都有独立的音量控制，可以调节每个音频源的音量大小。
调音台还具有多个输出通道，可以将处理后的音频信号发送到不同的音箱或录音设备。
2. 音频效果处理：调音台通常具有内置的音频效果处理器，例如均衡器、压缩器、延迟等。
均衡器可以调整不同频段的音量，使音频信号更加平衡；压缩器可以控制音频信号的动态范围，使音量变化更加平滑；延迟效果可以在音频信号中添加延迟，创造出深度和空间感。
3. 混音功能：调音台还具有混音功能，可以将多个音频源的信号混合在一起。
通过调节每个通道的音量和平衡，可以实现不同音频源之间的平衡混音。
混音功能还可以对不同通道的音频信号进行独立的效果处理，创造出丰富的音乐效果。
4. 预设和存储功能：一些调音台还具有预设和存储功能，可以保存用户对不同场景的配置和设置。
用户可以根据需要创建和保存不同的配置文件，以便在不同场合快速切换和应用。
5. 监听和录音功能：调音台通常具有输出监控功能，可以让用户实时听到处理后的音频信号。
此外，调音台还可以连接到录音设备，如电脑、录音机等，从而实现对音频信号的录制和存储。
6. 扩展性和连接性：一些调音台具有多种接口，可以连接到其他音频设备和外部设备。
例如，它可以连接到电脑进行音频数据的传输和处理，还可以连接到效果器、话筒等外部设备。
总之，调音台作为一种专业的音频处理设备，具有多种功能，可以满足音频处理和混音的需求。
无论是在音乐录音室、现场演出还是广播电台等场合，调音台都扮演着重要的角色，为音频的处理和表现提供支持。
计算机控制技术第二章
第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的被控参数及运行状态，按要求的方式送人计算机处理，再将结果以数字量的形式输出，并将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机接口和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就称之为过程输入输出通道，也叫I／O通道。
2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向，过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。
生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等)，一般是随时间连续变化的模拟量，通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。
由于计算机只识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后，才能送人计算机。
对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受，因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种，即模拟量输出通道和数字量输出通道。
计算机输出的控制信号以数字形式给出，若执行元件要求提供模拟电压或电流，则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流，若执行元件要求数字量(开关量)，则应采用数字量输出通道，将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。
由此可见，过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。
2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种：(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。
(2)状态信息又叫应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。
(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。
接口电路含这三类信息交换的端口。
2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。
模拟量输入输出通道dq
DQ通道与AO通道的比较
信号类型
AO通道通常用于输出模拟信号，如控制阀门、电机等，而 DQ通道则主要用于数字信号的输入输出。
数据处理
AO通道输出的模拟信号需要经过数模转换器（DAC）从数字信 号转换为模拟信号后输出，而DQ通道则直接处理数字信号。
应用场景
AO通道广泛应用于过程控制、执行器驱动等领域，而DQ 通道则多用于数据通讯、逻辑控制等领域。
表示输出模拟信号的精度，通常以位数（bit） 表示。
表示输出模拟信号与输入数字信号之间的 线性关系，越接近1表示线性度越高。
输出范围
输出阻抗
表示输出模拟信号的最大值和最小值，根 据不同设备需求而定。
表示输出模拟信号的电阻值，影响驱动能 力和负载匹配。
05
DQ通道与其他通道的比 较
DQ通道与AI通道的比较
高精度化趋势
随着工业自动化水平的提高，对模拟量输入输出 通道的精度要求也越来越高。高精度通道能够提 供更准确的测量结果，更好地满足生产需求。
智能化趋势
随着物联网和人工智能技术的发展，模拟量输入 输出通道正逐渐向智能化方向发展。智能化的通 道能够自主完成数据采集、处理、分析和决策， 为工业自动化提供更强大的支持。
噪声抑制
通过滤波器或数字信号处理技 术减小噪声干扰。
模拟量输入通道的参数
分辨率
表示A/D转换器能够分辨的最小电压或电流 变化量。
采样速率
表示A/D转换器每秒能够完成的采样次数。
线性度
表示A/D转换器输出与输入之间的线性关系。
精度
表示A/D转换器的误差范围，通常以百分比 表示。
04
模拟量输出通道
模拟量输出通道的种类
模拟量输出通道的原理
输入输出接口与过程通道
D/A
V/I
D/A
V/I
图2.18
多D/A结构
特点:1、一路输出通道使用一个D/A转换器
2、 D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器
3、 D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用
4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立
5、 缺点是所需D/A转换器芯片较多
通道 1 通道 n
量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的; ❖ 模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成--一般是由接口电路
、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等; ❖ 模拟量输出通道基本构成--多D/A结构（图2.18）和共享D/A结构（
图2.19）
PC 总 线
接 口 电 路
中断服务子程序：
ORG 0003H
AJMP RDDAT
RDDAT:MOVX A，@DRTR
;读转换结果
MOVX @R0，A ;存数到缓冲区
INC R0 ;修改缓冲区指针
INC R1 ;修改通道号（通道号加1）
REP: MOV A，R1
CJNE A，#08H，REP1
;完成8通道采样吗？
MOV R1，#00H
常用的集成采样保持器有LF198/298/398等， LF398它有8个引脚，2脚接1 k 电阻，用于调节漂移电压，7脚和8脚是两个控制端，控制开关的关断。7脚 接参考电压，8脚接控制信号。参考电压应根据控制信号的电平来选择。
LF398的采样保持控制引脚8：
高电平1，采样
低电平0，保持
CH为保持电容，将其减小
逻辑结构图如下图所示。
START：启动转换命令输入端， OE：输出使能端，高电平有效。A、B、C地址 输入线，用于选通8路模拟输入中的一路进入A/D转换。ALE：地址锁存允许信 号。EOC：转换结束信号输出。CLOCK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640 kHz。REF（+）与REF（-）：基准电压。
第三章开关量输入输出通道
–TTL：5V（±5~10%）
–CMOS：3~18V
–其它：24V，3.3V，3V，……
2 逻辑信号电平的匹配
V1
–三极管
–电平转换芯片 如74LVXC4245
第三章开关量输入输出通 道
二、限电压保护
右图是一种限压保护电 路。该电路可将Vi’ 的信号 电平控制在0-VD ~VCC+VD 之间。 VD是二极管D1D2的管压降 。二极管D1D2应选择导通 速度快的开关二极管。
本节介绍了模拟信号的采集技术。对于一个以单片机为核心的 智能仪器系统来说，解决的是怎样将各类模拟信号变换成微型计算 机能够识别和处理的二进制数字信号的问题。
MCU
DB READY /RD
ADC
信号 放大 S/H 电路
模 拟 多 路
变 输入 换 、 保
开
护
/WR 启动 逻辑
关
电
路
DB 锁存器
AB 译码器
该电路可将输入信号的电流限制一定范围正温热敏电阻ptcr自复保险丝简介以微量稀土元素掺杂而半导化的batio3陶瓷在室温至一定温度范围电阻很小到一定温度相变温度后电阻急剧上升电阻变化可达10以上这一特性称为正温热敏电阻效应简称ptc效应用该陶瓷制成的元件称为ptcr热敏电阻芯片
第三章 智能仪表的I/O接口
第三章开关量输入输出通 道
3.2.5 输入端口的保护
仪表I/O端口直接与外部信号连接，容易受到输 入信号线携带的高电压噪声的损害。所以，输入端 口应采取适当的保护。常用的保护措施有：
•电平匹配 •限幅（电压） •限流 •隔离
第三章开关量输入输出通 道
一、电平匹配
1 常用IC和现场信号逻辑电平
V2
INT1
–CMOS：3~18V
–其它：24V，3.3V，3V，……
2 逻辑信号电平的匹配
V1
–三极管
–电平转换芯片 如74LVXC4245
第三章开关量输入输出通 道
二、限电压保护
右图是一种限压保护电 路。该电路可将Vi’ 的信号 电平控制在0-VD ~VCC+VD 之间。 VD是二极管D1D2的管压降 。二极管D1D2应选择导通 速度快的开关二极管。
本节介绍了模拟信号的采集技术。对于一个以单片机为核心的 智能仪器系统来说，解决的是怎样将各类模拟信号变换成微型计算 机能够识别和处理的二进制数字信号的问题。
MCU
DB READY /RD
ADC
信号 放大 S/H 电路
模 拟 多 路
变 输入 换 、 保
开
护
/WR 启动 逻辑
关
电
路
DB 锁存器
AB 译码器
该电路可将输入信号的电流限制一定范围正温热敏电阻ptcr自复保险丝简介以微量稀土元素掺杂而半导化的batio3陶瓷在室温至一定温度范围电阻很小到一定温度相变温度后电阻急剧上升电阻变化可达10以上这一特性称为正温热敏电阻效应简称ptc效应用该陶瓷制成的元件称为ptcr热敏电阻芯片
第三章 智能仪表的I/O接口
第三章开关量输入输出通 道
3.2.5 输入端口的保护
仪表I/O端口直接与外部信号连接，容易受到输 入信号线携带的高电压噪声的损害。所以，输入端 口应采取适当的保护。常用的保护措施有：
•电平匹配 •限幅（电压） •限流 •隔离
第三章开关量输入输出通 道
一、电平匹配
1 常用IC和现场信号逻辑电平
V2
INT1
输入输出过程通道
图7－15 ADC0809的原理框图及引脚
7 EOC
17
14 15 三态输 8
DO0 (LSB) DO1 DO 2
出锁存 缓冲器 18
DO 3 DO 4
19 DO5
20 21
DO 6 DO7 (MSB)
9 OE
19
12位A／D转换器 AD574A
AGND REF OUT VCC CE R/C A0 CS 12 / 8 VLOGIC
DI11
DAC1210 DI 4
15 16 17 18 19 20 4 5
3 6789
14
2 8
256
15V C4
A4
10k
W2
VO A/D
而高电平则有可能 超出模/数转换器的
74LS14
15V
输入范围。可设计 可变增益放大器，
Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 74LS138
对于低电压情况下开关量控制输出，可采用三极管、OC门 或运放等方式输出。
2021/12/26
8
② 继电器输出接口
一般在驱动大型设备时，
往往利用继电器作为控制系
统输出到输出驱动级之间的
第一级执行机构，通过第一
级继电器输出，可完成从低
电压直流到高电压交流的过
R1
渡。
5V
Vc
KJ
VD1
R2
OP
K1 - 1
PA 7
PA 0
PC 7 8255A
D7 VREF VREF
IN0
D0
OE ADC0809
EOC
IN7
START
ADC0809的ALE与START 接
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SYIAE
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4. 仪表用放大器
放大器的种类： 高速度放大器、高精度放大器、仪用放大器、功 率放大器、电荷放大器、隔离放大器……
前置放大器的要求： 足够大的放大倍数 低噪声 高输入电阻 高共模抑制比
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仪用放大器
（精密放大器）
主要用于传感器小信号放大 检测系统中常使用
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5. 采样的折叠失真及去混淆滤波器
一、采样的折叠失真及消除条件 二、去混淆滤波器
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Fall, 2006
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SYIAE
2. 分散采集式（分布式） 分散采集式的特点是每一路信号都有一个S / H 和A / D ， 因而也不再需要模拟多路切换器 。每一个S / H 和A / D 只 对本路模拟信号进行数字转换即数据采集，采集的数据按 一定顺序或随机地输入计算机，如图2 一1 一3 所示。
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1. 传感器选用的主要依据
（1）具有将被测量转换为电量的功能，转换范围（如幅 度、频率等）与实际变化范围一致。 （2）转换精度符合分配要求（一般高于系统精度10倍）。 （3）转换速度符合系统要求。 （4）满足环境要求（如高温、高压、腐蚀、体积小等）。 （5）满足可靠性和可维护性要求。
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VIS VIN0
前置放大器 K0
后级电路 K
VOS
' VON
VIN
这里，VIN0与VIN是互不相关的随机噪声，因此图中的 电路总输出噪声为：
总输出噪声折算到前置放大器输入端，总的等效输入 噪声为：
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结 论
• 调理电路前端电路必须是前置放大器，并且是低噪 声的放大器。 • 调理电路中放大器设置在滤波器前面（称为前置放 大器），可以降低电路的等效输入噪声，提高了电 路接收弱信号的能力。
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Zhang X.D. © 2006
Unit 2 – p. 14
SYIAE
传感器的选用
如何选择合适的传感器？
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STEP 1.确定传感器的类型 STEP 2.选择传感器的精度
传感器精度一般应优于系统精度的十倍左右
STEP 3.
灵敏度、响应特性、线性范围、稳定性 其他考虑： 成本 没有可以选择的传感器？定制、自行研制，软测量
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工业温度传感器的种类
工业热电偶 工业热电阻
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目前一般可供选用的传感器类型
（1）大信号输出传感器 放大电路与传感器做成一体，直接输出0-5V电压信号 或4-20mA直流标准信号。 （2）数字式传感器----一般输出频率，若是TTL电平，则可 直接接入计算机的I/O口。 （3）集成传感器 将传感器与信号调理电路做成一体。 （4）光纤传感器 信号拾取、变换、传输都通过光导纤维实现，可避免 电磁干扰。
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VIS
VIN0
前置放大器 K0
后级电路 K VIN
VOS
' VON
假定不设置前置放大器时，输入信号VIS刚好被电路噪声VIN淹没，即 VIS=VIN，加入前置放大器后，为使输入信号VIS不再被电路噪声V’IN所淹没， 即VIS>V’IN，就必须使加入前置放大器后电路噪声V’IN< VIN，即：
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1. 集中采集式（集中式） 集中采集式多路模拟输入通道的典型结构有分时采集型和同 步采集型两种，分别如图2 一l 一2 ( a ）和（b ）所示。
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特点：多路信号共同使用一个 S / H 和A / D 电路，简化了电路结 SYIAE Fall, 2006 构，降低了成本。但对信号的采集由模拟多路切换器分时切换、 轮流选通的，因而相邻两路信号在时间上是依次被采集，不能获 得同一时刻的数据。因此对于要求多路信号严格同步采集测试的 系统不适用，适用于多数中速和低速测试系统。
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2.有些传感器输出的是电信号中混杂有干扰噪声， 需要去掉噪声，提高信噪比。 3.某些场合，为便于信号的远距离传输，需要对传 感器测量信号进行调制解调处理。 遥测、4-20mA
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同步采集型的特点是在多路转换开关之前，给每路信号通路 各加一个采样／保持器，使多路信号的采样在同一时刻进 行，即同步采样。然后由各自的保持器保持着采样信号幅 值，等待多路转换开关分时切换进入公用的S / H 和A / D 电 路将保持的采样幅值转换成数据输入主机。这样可以消除分 时采集型结构的时间偏斜误差，这种结构既能满同步采集的 要求，又比较简单。不足之处：由于各路信号保持时间不 同，致使各个保持信号的衰减量不同，因此，严格地说，这 种结构不能获得真正的同步输入。
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第二章 测控通道 （输入输出通道）
自动化学院☺沈阳航空工业学院
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计算机测控系统硬件构成
传感器 调理电路
﹕ ﹕
传感器
被 控 对 象
﹕ ﹕
调理电路
多 路 切 换 器 输 出 扫 描 器
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信号调理的的目的是便于信号的传输与处理。 1. 大多数传感器的输出范围在mV级，而A/D转换设 备输入范围为Volt级。因此我们需要使用信号调理 模块对传感器的信号放大。 ADS1210,其模拟输入范围是0-5V.某温度传感 器输出信号为0-5mV，该传感器输出信号应放 大多少倍？ ！为了提高模拟信号转换成数字信号时的精度，我 们希望 输入的模拟信号的最大值刚好等于A/D转换 设备输入范围。
采样/保持器
A/D
接口 计 算 机
显示器
执行器
保持器
﹕ ﹕
执行器
﹕ ﹕
保持器
D/A
接口
∥ ∥
开关量输入电路 开关量输出电路
∥ ∥
接口 接口
打印机
测控系统输入输出通道（AI、AO、DI、DO）
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2.1 模拟量输入通道
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VIN VIS
电路增益K
VOUT
信号淹没： 如果VIS<VIN， 则信号VIS将被VIN淹没
为了不使小信号被噪声淹没，必须在该电路前面加一 级放大器，如下图所示。
VIS VIN0 前置放大器 K0 后级电路 K VIN VOS VON
等效输入噪声
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仪表放大器的基本电路
V_
i1
if
V+
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Unit 2 – p. 28
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仪用放大器上下对称，即R1=R2, R4＝R6, R5＝R7。 则放大器闭环增益为：
假设R4=R5，即第二级运算放大器增益为1， 则可以推出仪用放大器闭环增益为：
一、模拟输入通道的基本类型与组成结构
除数字传感器外，大多数传感器都是将模拟非电量转换为模拟电量，而 且这些模拟电量通常不宜直接用数据采集电路进行数字转换，还需进行 适当的信号调理。因此，一般说来，模拟输入通道应由传感器、信号调 理电路、数据采集电路三部分组成，如图2 一1 一1 所示。
实际的微机化测控系统往往需要同时测量多种物理量（多参数测量）或 同一种物理量的多个测量点（多点巡回测量）。因此，多路模拟输入通 道更具有普遍性。多路模拟输入通道可分为集中采集式（简称集中式） 和分散采集式（简称分布式）两大类。
电路噪声：由于电路内部有各种噪声源存在，使 得电路在没有信号输入时，输出端仍存在一定幅 度的波动电压。 等效输入噪声：把电路输出端测得的噪声有效值 VON折算到该电路的输入端（除以电路增益K）， 得到的电平值称为该电路的等效输入噪声VIN。 VIN
VIN= VON/K
放大器为什么要“前置”,设置在调理电路的最前端？
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VON
VIN0 VIN1
' VON
VIN1