任务二模拟量输入通道
模拟量输入通道的组成
AIN0 AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 AIN5 AIN6 AIN7 AIN0 AIN1 AIN2 AIN3 AIN4 AIN5
CHSEL
8D CLK GND
+12V -6V
VDD VEE A B
0 1 2 3 4 5 6 7
10KΩ +5V
74HC138 A/D 转换器
+12V -6V
C INH OUT VSS VDD VEE A B C
采样/保持器的工作原理
当开关K闭合时，输入信号通过电阻向电容C充电，使输出 跟随输入变化此时为采样状态；要求充电时间越短越好，
以使电容电压迅速达到输入电压值。
当开关K断开时，由于电容具有一定的容量，仍能够使输 出保持不变，此时为保持状态；电容维持稳定电压的时间 越长越好，电容容量的大小将决定采样/保持器的精度。
控制字 40H 41H 42H 43H 44H 45H 46H 47H
1
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 G1 74HC138
0
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 C
0
0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 B
24路的模拟开关。
74HC273
D0~D7
VCC 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7D 1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q 7Q 8Q CLR A B C G1 G2A G2B GND Y0 Y1 Y2 Y3
+5V
+12V -6V
CD4051
VDD VEE A B C INH OUT VSS 0 1 2 3 4 5 6 7
第2章(1)模拟量输入通道讲解
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
3、集成采样保持器
集成采样保持器将采样电路、保持器制作在 一个芯片上，保持电容外接，由用户选用。电容 的大小与采样频率及要求的采样精度有关。 集成采样保持器分三类：
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398； 2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。
现以4位A/D转换器把模拟量7转换为二进制数0111为例，说 明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
电压 第一次 预测 模拟 电压 第四次 第三次 预测 第二次 预测 预测
(1000) (0100) (0110) (0111)
D3
0
D2
D1
D0
时间
逐次逼近式ADC 逐次逼近式A/D原理概述
N 位的逐次逼近式 A/D 转换器 , 由 N 位寄存器、 N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出 缓冲器等五部分组成。 工作原理：启动信号作用后，时钟信号先 通过逻辑控制电路使N位寄存器的最高位DN-1为 1 ，以下各位为 0 ，这个二进制代码经 D/A 转换 器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半） 送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UX>U0， 则保留这一位；若UX<U0，则DN-1 位置0。
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
模拟量输入、输出通道
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2章 2.3 模拟量输入通道
同相放大器倍数 A=1+R4/R3
R4 25kΩ
V: 1～5V输出
2.3.3 多路转换器
由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因 此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某 一时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模拟 开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。 目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具 有不同的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、 8路)、CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、16 路)等。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也 可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。 双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输 入信号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。
孔径误差的大小：
－孔径时间内，信号的变化导致转换误差，如其大于量化误差， 则A/D转换的结果将不可靠。A/D转换器需要采样保持器来提 高输入信号的频率范围。
－采样保持器：把t=KT时刻的采样值保持到A/D转换结束。 采样：K闭合，CH快速充电，VOUT跟随VIN 保持：K断开，VOUT保持VC
采样保持器的组成
STOSW ; 数据存储 INC BL ; 更换通道 LOOP ADC MOV AL,00111000B; CE=0，CS, R/C, INH=1, 芯 片复位 MOV DX,2C2H ;C口 OUT DX,AL RET ENDP
AD574A
本节小结
模拟量输入通道是计算机测控系统、智能测量仪表以及以 微处理器为基础组成的各种产品的重要组成部分。 按照系统内信号的流向，依次介绍模拟量输入通道的各个 组成部分——I/V变换、多路模拟开关、采样保持器、A/D转换 器及其接口电路在2.1节已作了介绍。其中有些环节可以根据 实际需要来选择取舍。比如输入信号已是电压信号且满足A/D 转换量程要求，那就不必再用I/V转换和前置放大器；又如输 入信号变化缓慢而A/D转换时间足够短，能满足A/D转换精度， 也就不必用采样保持器；当可以利用A/D转换器内部的多路模 拟开关时，也可不用外部的多路模拟开关。但无论如何，其核 心器件——A/D转换器是不能缺少的。 最后给出一种8路12位A/D转换模板的电路原理图及其接口 程序。
模拟量输入通道
3.5 A/D转换器
• A/D转换器的工作原理与性能指标 • 8位A/D转换器ADC0809及其接口电路 • 12位A/D转换器AD574A及其接口电路
3.5.1 A/D转换器的工作原理与性能指标
• 常用的A/D转换方式
◆
逐次逼近式：转换时间短，抗扰性差（电压比较）
ADC0809（8位），AD574A（12位）
3.3 前置放大器
• 可变增益放大器：
IN -
+
2 4 8 16 32 64 A1
16K
16K
80K 26.67K 11.43K 5.33K 2.58K 1.27K 630Ω 314Ω
(外接) V O UT
A3 负载
128
256 16K A2 16K
V IN
+
外接地
3.4 采样保持器
• 信号类型
流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机
可以接收的数字量信号。
• 组成：一般由信号调理电路、多路开关、采样
保持器、模/数转换器(简称A/D或ADC)和接口
电路等组成
3.1 模拟量输入通道的作用和组成
• 组成框图：
过 程 参 数
传 感 变 送 器
信 号 调 理
多 路 模 拟 开 关
前 置 放 大 器
◆
模拟信号
◆
离散模拟信号
数字信号
◆
◆
量化模拟信号
3.4 采样保持器
• 信号的采样
◆
采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔
抽样成离散模拟信号的过程。持器
• 信号的采样
◆
采样的形式
► ► ►
第二章模拟量输入输出通道的接口技术
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
模拟量输入输出通道(3-2h)
设备与器材
IPC-610 工业控制计算机一台 工业控制计算机一台（ ACLPG数 IPC-610工业控制计算机一台 （ 带 ACL-8112 PG 数 据采集卡一块） 据采集卡一块） PCLD-880 REV. A1端子板一块 PCLDREV. 37芯扁平电缆一条 37芯扁平电缆一条 直流稳压电源一台 示波器一台 数字万用表一个 信号发生器一台
模拟量输入输出通道
（共2学时） 学时）
训练目的
1、 了解计算机如何采集工业系统中的模拟信 号。
Inportb——读端口(寄存器) Inportb——读端口(寄存器) ——读端口 Intvar=Inportb (基地址+偏移地址) (基地址 偏移地址) 基地址+
2、了解计算机如何输出模拟信号。 了解计算机如何输出模拟信号。
AD0 AD1
AD15
公用一套 电路，要 进行通道 选择
先采样，再 保持，等待 处理（存放 在寄存器）
A/D通道内部工作原理 A/D通道内部工作原理
工业系统 V1 模拟传感器 V2 模拟传感器 信号调理 信号调理 多 Vk 路 开 关 M U X
可编程 放大器
VG S/H
Vh
采样 触发 信号
寄 Vd 接口 A/D 存 电路 器
模拟电压输入后，如何使A/D转换开始？ 模拟电压输入后，如何使A/D转换开始？ A/D转换开始
A/D转换触发 A/D转换触发
触发：给一控制信号， 触发：给一控制信号，使A/D开始 开始
计算机控制技术(第2版)部分课后题答案
第一章1、计算机控制系统是由哪几部分组成的？画出方框图并说明各部分的作用。
答:计算机控制系统由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成；框图P3。
1）工业控制机主要用于工业过程测量、控制、数据采集、DCS操作员站等方面。
2）PIO设备是计算机与生产过程之间的信息传递通道，在两者之间起到纽带和桥梁的作用。
3）生产过程就是整个系统工作的各种对象和各个环节之间的工作连接。
2、计算机控制系统中的实时性、在线方式与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
3.计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导控制系统（OIS）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC) （属于计算机闭环控制系统）优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC）优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
（6）PLC+上位系统优点：通过预先编制控制程序实现顺序控制，用PLC代替电器逻辑，提高了控制是现代灵活性、功能及可靠性。
第二章1、什么是工业控制计算机？它们有哪些特点？答：工业控制计算机是将PC机的CPU高速处理性能和良好的开放式的总线结构体系引入到控制领域，是工业自动化设备和信息产业基础设备的核心。
计算机控制技术-试题-总结讲解学习
计算机控制技术-试题-总结讲解学习1. 若连续信号的最⾼频率为ωmax ，按采样定理要求，采样频率ωs 应 >=2ωmax 。
2. 通常在传感器与A/D 之间加⼊调理电路的⽬的是使模拟输⼊电压满⾜A/D 转换量程要求。
3. 计算机控制系统的输⼊与输出信号主要分为数字信号与模拟信号。
4. 计算机控制系统的⼯作过程可归纳为以下三步：实时数据采集、实时控制决策、实时输出控制。
5. 共模⼲扰的抑制⽅法主要有：变压器隔离、光电隔离、浮地屏蔽、采⽤仪表放⼤器提⾼共模抑制⽐。
6. ⼀般数控系统组成包括：输⼊装置、输出装置、控制器和插补器等四⼤部分组成。
7. 控制系统的四⼤要素是：给定量、执⾏机构、控制对象以及被控量。
8. 传感器把⽣产过程的信号转换成电信号，然后⽤A ／D 转换器把模拟信号变成数字信号，读⼊计算机中，对于这样得到的数据，⼀般要进⾏⼀些预处理，其中最基本的处理有线性化处理、标度变换和系统误差的⾃动校准。
9. 计算机控制中的数字PID 控制算法有数字PID 位置型控制算法和数字PID 增量型控制算法两种基本形式。
10. 经常采⽤的软件抗⼲扰技术包括：数字滤波技术、开关量的软件抗⼲扰技术、指令冗余技术、软件陷阱技术等。
11. 采⽤差分放⼤器作为信号前置放⼤是抑制串模⼲扰的⽅法之⼀。
12. 通常把叠加在被测信号上的⼲扰信号称为串模⼲扰。
13. 若信号的动态范围为N ，计算机字长n ≥ log2 (1+N) 。
1、计算机控制系统由计算机和被控对象（或⽣产过程）两部分组成。
计算机控制系统的基本⼯作原理可以归纳为：实时数据处理、实时监督决策、实时控制及输出。
3、若ωmax 为被采样的连续信号的最⾼频率，根据⾹农采样定理，采样周期必须满⾜ T<π/ωmax4、⼈机接⼝的作⽤：⼀是输⼊程序或数据，完成各种操作控制；⼆是显⽰⽣产过程的⼯艺状况与运⾏结果。
6、为使传感器特性与A/D 变换器特性相匹配，通常应在传感器与A/D 之间加⼊调理电路。
铁路电力远动技术第四章 数据信息的采集与处理
4．采样保持电路 (1)采样 在微机保护、监控子系统中，由于微型机 的存储器存储容量有限，运算速度也是有 限的，因此不能对连续信号的每一时刻值 进行数字计算，而需要选取(按一定要求) 连续信号一个周期内的若干时刻的值来表 达，这种方法称为对连续信号的离散化处 理，或称采样处理。将一个时间上连续变 化的模拟量转换成时间上离散的模拟量称 为采样。
模拟信号的采样，是指对连续信号按固定的时 间间隔取值而得到离散信号序列，即在给定的时 刻对连续信号进行测量，转变为发生在采样开关 闭合瞬时0，T，2T，…，nT的一连串脉冲输出信 号厂f(t)，如图 1 — 3 所示。 *
f (t ) f (kT ) (t kT )
k 0
式中f*(t)——输出脉冲序列； f（kT)——输出脉冲数值序列； σ(t一kT)——发生在t=kT时刻上的单位脉冲。
主要任务：将交流电流变换成额定值为 5V的直流电压。除了起到电量变换的作 用外，另一个重要作用是将TA、TV的二 次回路与 A／D及微机系统完全隔离，提高抗干-2 电流变送器
主要构成：变压器、整流装置、 滤波器、限幅电路、输出。
（2）交流电压变送器 主要构成：变压器、整流装置、滤波器、 限幅电路、输出。 主要任务：将交流电压变换成额定值为 5V的直流电压。
但为了能够更好地反映波形，保证计 算的准确度，则要有更高的采样频率， 一般取每个周波l2点、l6点、20点或 24点。若工频每个周期采样点数为 12次，则采样周期是 T=20/12=5/3(ms). 则采样频率 f=50×12=600(Hz)。
(3)采样保持器 当某一模拟量进行A/D转换时，由于A/D转 换过程需一段时间，必须保证此过程中被 测参数值不变，否则会影响转换精度，同 理必须保持恒定的输出。把在采样时刻上 得到的模拟量的瞬时幅度(量化值)完整地 记录下来，并按需要准确地保持一段时间， 称之为采样保持。采样保持的功能是由采 样保持器实现的，即把采样功能和保持功 能综合在一起的电路，称为采样保持器， 其基本原理如图1—7所示。
过程通道与人机接口(一)
AGND REF OUT VCC CE R/C A0 CS 12 / 8 VLOGIC
20VIN 10VIN
14 5K
13 5K
BIP OFF REF IN
12 9.95K
10 19.95K
VEE
11
9
8 7 6 5 43 2 1
10VREF
控制逻辑
时钟 3K
+EF
I DAC
-
2 模拟量输入通道
把被控对象的模拟信号转换成计算机可以接收的 数字信号。模拟量输入通道一般由信号预处理、多路 转换器、前置放大器、采样保持器、模/数转换器和 接口逻辑电路等组成。其核心是模/数转换器。
过
变
程 参 数
送 器
信号
多路
前置
采样
A/D
接口
PC
预处
转换
放大
保持
转换
逻辑
总
理
器
器
器
器
电路
线
模拟输入通道
2.1 模拟量输入通道中常用器件和电路
(1) 信号预处理
信号预处理的功能是对来自传感器或变送器的 信号进行处理。如将4mA～20mA或0～10mA电流信 号变为电压信号，将热电阻的电阻信号经过桥路变 为电压信号等。
信号与处理电路由标度变换器、滤波电路、线 性化处理及电参量间的转换电路等组成。
★标度变换器：把经由各种传感器得到的不同种类 和不同电平的模拟信号变换成统一的标准信号。 ★滤波电路：滤掉干扰信号；消除混频现象 。 ★线性化处理：有些电信号转换后与被测参量呈现 非线性。必须对信号进行线性化处理，使它接近线 性化。 ★电参量间的转换电路：实现电信号之间的转换。
CPU读取A/D转换器数据的方法
《计算机控制技术》习题参考答案(完整版)
《计算机控制技术》（机械工业出版社范立南、李雪飞）习题参考答案第1章1．填空题(1) 闭环控制系统，开环控制系统(2) 实时数据采集，实时决策控制，实时控制输出(3) 计算机，生产过程(4) 模拟量输入通道，数字量输入通道，模拟量输出通道，数字量输出通道(5) 系统软件，应用软件2．选择题(1) A (2) B (3) C (4) A (5) B3．简答题(1) 将闭环自动控制系统中的模拟控制器和和比较环节用计算机来代替，再加上A/D转换器、D/A转换器等器件，就构成了计算机控制系统，其基本框图如图所示。
计算机控制系统由计算机（通常称为工业控制机）和生产过程两大部分组成。
工业控制机是指按生产过程控制的特点和要求而设计的计算机，它包括硬件和软件两部分。
生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
(2)操作指导控制系统：其优点是控制过程简单，且安全可靠。
适用于控制规律不是很清楚的系统，或用于试验新的数学模型和调试新的控制程序等。
其缺点是它是开环控制结构，需要人工操作，速度不能太快，控制的回路也不能太多，不能充分发挥计算机的作用。
直接数字控制系统：设计灵活方便，经济可靠。
能有效地实现较复杂的控制，如串级控制、自适应控制等。
监督计算机控制系统：它不仅可以进行给定值的控制，还可以进行顺序控制、最优控制、自适应控制等。
其中SCC+模拟调节器的控制系统，特别适合老企业的技术改造，既用上了原有的模拟调节器，又可以实现最佳给定值控制。
SCC+DDC的控制系统，更接近于生产实际，系统简单，使用灵活，但是其缺点是数学模型的建立比较困难。
集散控制系统：又称分布式控制系统，具有通用性强、系统组态灵活，控制功能完善、数据处理方便，显示操作集中，调试方便，运行安全可靠，提高生产自动化水平和管理水平，提高劳动生产率等优点。
缺点是系统比较复杂。
计算机集成制造系统：既能完成直接面向过程的控制和优化任务，还能完成整个生产过程的综合管理、指挥调度和经营管理的任务。
任务二 变频器的常用功能
任务二变频器的常用功能学习目标：了解变频器的常用功能及参数设定方法。
主要内容：一、变频器的控制通道（一）变频器的控制框图1．控制框图变频器内部控制电路的框图如图1-2-1所示。
主要由以下部分构成：图1-2-1 变频器的内部控制框图(1) 控制通道用来对变频器运行进行具体操作的部分，如控制面板、外接控制端子等。
(2) 采样和检测电路采集变频器在运行过程中的各部分参数，如各部分电压、电流、温度等。
(3) 保护电路当变频器的运行发生异常时，用来进行保护的电路。
(4) 控制电源为控制电路提供稳定的低压直流电源。
(5) 主控电路也叫主控板，是控制变频器运行的核心电路。
2．主控电路及主要功能(1) 接受各种信号1) 在功能预置阶段，接受对各种功能的预置信号；2) 接受从键盘或外接输入端子输入的给定信号；3) 接受从外接输入端子或通信接口输入的控制信号；4) 接受从检测电路输入的检测信号；5) 接受从保护电路输入的保护执行信号等。
(2) 进行基本运算最主要的运算包括：1) 进行矢量控制运算或其他必要的运算；2) 实时地计算出SPWM波形各切换点的时刻。
(3) 输出计算结果1) 向逆变模块的驱动电路输出切换信号，使逆变管按给定信号及功能预置的要求输出SPWM电压波。
2) 向显示器输出各种状态和数据信号。
3) 向外接输出控制端子输出状态或控制信号。
4) 向保护电路发出保护指令，以进行保护。
3．外接控制端子如图1-2-1中之②(输入控制端)和③(输出控制端)．．4. 通讯接口如图1-2-1中之④。
（二）变频器的面板变频器的面板主要由两部分构成：1．显示部分主要组成如下：(1)LED显示屏主要显示变频器的各种运行数据，如频率、电流、电压等，也可以显示故障原因以及控制端子的状态等。
(2)LED状态指示如各种参数的单位显示、变频器的状态显示等。
(3)LCD显示屏显示内容大致与LED显示屏相同，但因屏幕较大，可以同时显示多个数据，使用户感到更加方便。
模拟量输入输出通道的组成
3、采样周期5/6ms。每个工频周期采样24次，每隔15°采样一次。
随着计算机处理速度的不断加快，目前有些变电站综合自动化装置已达到每 个工频周期采样96次。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电 路
（二）低通滤波器与采样定理
2、利用电压/频率变换（VFC）原理进行模/数变换的方式，将模拟量 电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电路
一个模拟量从测控对象的主回路到微机系统的内存，中间要经过多个
转换环节和滤波环节。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入 电路
（一）电压形成回路
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入 电路
（二）低通滤波器与采样定理
（1）连续时间信号的采样
微机处理的都是数字 信号，必须将随时间连续 变化的模拟信号变成数字 信号，为此，首先要对模 拟量进行采样。
采样是将一个连续的 时间信号x(t)变成离散的 时间信号x'(t)。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电 路
间隔层IED装置安装 调试及运行维护
数据的采集与处理
数据的采集与处理
一ห้องสมุดไป่ตู้模拟量输入电路简述
作用：隔离、规范输入电压及完成模/数变换，以便与CPU接口，完成 数据采集任务。
根据模/数变换原理的不同，自动化装置中模拟量输入电路有两种
方式：
1、基于逐次逼近型A/D变换方式(ADC),是直接将模拟量转变为数字量 的变换方式。
量的采样是以等采样周期间隔来
表示的。
采样周期Ts的倒数就是采样
频率fs，即 f s
控制技术基础_项目五_过程控制系统_任务二
量化：采用一组数码（如二进制编码）来逼近离散模拟量
信号的幅值，并将其值用该数码表示出来。
模拟量输入通道——采样保持器
X*(t) X(nT)
X(t)
Xh(t)
t S T 采样器 X(nT)
t H0 Xh(t)
t
零阶保持器
零阶保持器把当前采样时刻nT的采样值X（nT），简单地保持到下一个采
样时刻（n+1）T，即零阶保持器仅仅是根据nT时刻的采样值按常数往外推，直 到下一个采样时刻（n+1）T，然后换成新的采样值X[(n+1)T]再继续外推。
t
(b) X(nT)
001001 001011 001110 001101 001010 001001 001000 000111 000111 000111 001000
0
T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T
9T 10T 11T
t
(c) 图2 1 采样前后信号波形的变化 模拟信号 b 离散模拟售号 (c)数字信号
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译码驱动电路
VEE －15V
7 3 Sm 4 2 5 1 12 15 14 13
INH 0 0 0 0 0 0 0 0 1
C 0 0 0 0 1 1 1 1 ×
B 0 0 1 1 0 0 1 1 ×
A 0 1 0 1 0 1 0 1 ×
所选通道 S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S0～S7 均未选中
输入设备
输出设备
外存储器
常用的输入设备是键盘，用来输入程序
、数据和操作命令，可以通过并行或串
行接口与计算机连接，根据键码的安排 ，可分为标准键盘和专用键盘两种。
常用的输出设备是CRT显示器、打印机 、绘图仪等，它们以字符、曲线、表格 和图形等形式来反映生产过程的工况和
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传感器有以下几部分组成：
（1）敏感元件：直接感受被测量，并输出与被测量 成确定关系的物理量。
（2）转换元件：敏感元件的输出就是它的输入，
转换成电路参量。
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（3）转换电路：将上述参数转换成电量输出。
S0
A
S1
译
电
S2
码
平
B
S3
驱
转
S4
动
换
C
S5
S6
S7
INH
• 图单2 -击3 C此D40处51结编构原辑理图母版副标题样式
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单击此扩处展电编路辑母版标题样式
当采样通道为16路时，可直接选用16路模拟开 关的芯片，也可以将2个8路4051并联起来。
例 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。
2器020、/4/多12 路转换器。
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1、传感器
定义：GB7665-87规定：能感受规定的被测量 并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置， 通常由敏感元件和转换元件组成。
作用：把被控对象的各种非电物理量检测出来，
并转换•成单电击信此号处。如编热辑电母偶版能副把标温题度转样换式成热电
既很可多以，目实• 并前现单具，多击有计到此不算一处同机的编的控切辑功制换能系，母和统也版用使可副途用以标。的完题如多成样集路一成式转到电换多路器的芯种切片类换。
CD4051(双向、单端、8路)、CD4052(单向、双端、
4路)等。
指芯片内的一对开关同时动作，从而完成要。
被测量
敏感元 件
转换元 件
转换电 路
电量
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耐磨热电偶
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长距离漫反射型 光电传感器 BA2M-DDT系列
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测力计
压力计
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单击此处编辑母版标题样式 将应变片粘贴于被测构件上测定构 件的应力或应变。
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单击结此构原处理编辑母版标题样式
现以常用的CD4051为例，8路模拟开关。由电平转 换、译码驱动及开关电路三部分组成。
Sm
S0
A
•S1
S2
单击此处编辑母译版副标电题样式
码
平
B
S3
驱
转
S4
动
换
C
S5
S6
S7
INH
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图2 -3 CD4051结构原理图
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单击此处编辑母版标题样式 Sm
由于A/D转换器的输入信号只能是电压信号，所以如
果模拟信号是电流时，必须先把电流变成电压才能
进行A/D•转单换击。此这处样就编需辑要母I/版V变副换标电题路样。式
两种变换电路。
1. 无源I/V变换
2. 有源I/V变换
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单击此无处源编I/V辑变换母版标题样式
利用无源器件—电阻来实现，加上RC滤波和二极 管限幅等保护。
当被测物体产生位移时，悬臂梁
• 单击此处随应编之变产片辑生产母于生版位相副移应标相的题等应的变样挠 。式度，因而
在小挠度情况下，挠度与应变情 况成正比。
将应变片接入桥路，输出与位移 成正比的电压信号。
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2、信号调理电路
很多变送器的输出信号为0～10mA或4～20mA，
了解• 常单用击的此传处感编器类辑型母。版副标题样式
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一、模拟量输入通道的结构
模拟量输入通道的任务：把被控对象的过程参数 如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换 成计算机可以接收的数字量信号。
模拟• 量单输击入此通处道编根辑据母不同版的副应标用题要样求式，可以有不
✓若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ，则4 ~ 20 mA的输入电流对应于1 ~ 5 V的电压输出。
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3、多路转换器
计算机的工作速度远远快于被测参数的变化， 因此一台计算机系统可供几十个检测回路使用，通 过多路转换器实现多选1的操作，将多路输入信号 依次地切换到后级。
同的结构形式，最简单的就是单路模拟量输入通道。 多路模拟量输入通道结构组成如图所示。
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来自•于单工击业现此场处传编感辑器或母变版送副器标的题多个样模式拟量信号首
先需要进行信号调理，然后经多路选择开关，分时切换到
后级进行放大、采样保持和A/D转换，通过接口电路以数
对于0-10 mA输入信号，
R1=100Ω，R2=500Ω，输出的
电压就为• 0单-5击V此范围处；编辑母版副标题样式
对于4-20 mA输入信号，
R1=100Ω，R2=250Ω，输出的
电压为1-5 V。
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单有击源此I/V处变换编辑母版标题样式
利用有源器件——运算放大器和电阻电容组成。
利用同相放大电
路，把电阻R1上的输
入电压变• 成单标击准此输处出编辑母版副标题样式
电压。该同相放大电
路的放大倍数为
G V 1 R4
IR1
R3
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G V 1 R4
IR1
R3
✓若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ，则输入
电流 I •的单0 ~击10此m处A就编对辑应母电版压副输标出V题的样0 式~ 5 V；
单击此任处务二编辑模母拟量版输标入题通样道 式
【教学内容】 基本内容：模拟量输入通道的组成结构、传感器、
信号调理、多路转换器。 重点：模拟量输入通道的结构、信号调理、多路转
换器。 • 单击此处编辑母版副标题样式
难点：信号调理、多路转换器。
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【教学目的、要求】 掌握模拟量输入通道的组成部分及其作用； 掌握信号调理电路、多路转换器电路； 能够扩展多路转换器电路；
字量信号进入主机系统，从而完成对过程参数的巡回检测
任务。
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模拟量对• 输模单入拟击接量此口输处：入主编信要号辑部进母分行版是调副A／标D题转换样器式及其与计
算机的理数以字适量合接A／口D，转从换广器义对上输讲，采样保持器、多 路转换入器电是压配要合求A的/D相转关换电器路工。作的，也可以算作模拟 量接口的一部分。目前一些A/D芯片内包含采样保持