12模拟量输入输出通道
模拟量输出通道资料
量程校准
根据实际需求，调整模拟量输出通道的量程，使 确保其在相同输 入下能够输出一致的值。
注意事项
安全措施
在进行调试和校准时，应采取必要的 安全措施，如断开电源、避免高电压 和高电流等。
精度要求
根据实际应用需求，确定模拟量输出 通道的精度要求，并确保校准结果满 足要求。
详细描述
电阻输出型模拟量输出通道通过将物理量转换为电阻值，然后通过电阻值的变 化来反映物理量的变化。这种类型的输出通道具有高精度、低噪声、低漂移等 特点，因此在测量仪器、传感器等领域广泛应用。
电感输出型
总结词
电感输出型模拟量输出通道通常用于需要高精度测量和控制的场合，如位移、角度等。
详细描述
电感输出型模拟量输出通道通过将物理量转换为电感值，然后通过电感值的变化来反映物理量的变化。这种类型 的输出通道具有高精度、低噪声、低漂移等特点，因此在位移传感器、角度传感器等领域广泛应用。
确保模拟量输出通道的电源供 应稳定，符合设备要求。
配置设置
根据设备手册，正确配置模拟 量输出通道的参数和设置。
测试信号输入
通过输入测试信号，检查模拟 量输出通道的信号质量和响应 速度。
校准方法
零点校准
调整模拟量输出通道的零点，使其输出值为零。
线性校准
检查模拟量输出通道的线性度，确保其输出值与 输入信号成正比。
80%
差分接线
将模拟量输出通道的正负信号线 分别传输，适用于长距离传输和 抗干扰能力强的场合。
接口类型
模拟量输出接口
提供模拟信号输出，常见的有 0-5V、0-10V、4-20mA等规 格。
数字量输出接口
提供数字信号输出，常见的有 继电器输出、晶体管输出等类 型。
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
模拟量输入与输出
被测 控的 对象
传感器
采样保持
开关控制部件
A/D
单片 微机 应用 系统
模拟执行部件
D/A
图8－1 单片机应用系统
一 、A/D转换原理与接口
1 A/D转换器常用芯片简介 A/D转换器就是将模拟信号转换为数字信号得器件,种类繁
多,性能各异。与单片机得接口形式也不尽相同,但大致分为并 行接口和串行接口两种。
时钟频率高,A/D转换速度快。允许范围为10～1280KHz 。 通常由80C51 ALE端直接或分频后与0809 CLK端相连接。 ⑷ D0～D7:数字量输出端。 ⑸ OE:A/D转换结果输出允许控制端。 OE=1,允许将A/D转换结果从D0～D7端输出。通常由80C51得端与0809片选端(例如P2、0) 通过或非门与0809 OE端相连接。 ⑹ ALE:地址锁存允许信号输入端。
0809 ALE信号有效时将当前转换得通道地址锁存。 ⑺ START:启动A/D转换信号输入端。
当START端输入一个正脉冲时,立即启动0809进行A/D转换。START端与ALE端连在一 起,由80C51WR与0809片选端(例如P2、0)通过或非门相连。 ⑻ EOC:A/D转换结束信号输出端,高电平有效。 ⑼ UREF(+)、UREF(-):正负基准电压输入端。 ⑽ Vcc:正电源电压(+5V)。GND:接地端。
图8-6 ADC0832与单片机接口
[例2] 设图8-6接口电路用于一个模拟量输入得检测系统。Ui为待转换 得模拟输入电压,要求对Ui连续采样10次,每次采样值经串行A/D转换 电路(ADC0832)转换成数字量,并按顺序依次存于片内RAM得 30H~39H单元中。采样完10次后停止。
C语言数据采集串行A/D转换参考程序: #include<reg51、h> //包含单片机特殊功能寄存器得头文件 #define uchar unsigned char //定义uchar为无符号字符数据类型 static uchar data x[10]; //定义10个单元得数组,存放结果 sbit CS=P3^4; //将CS位定义为P3、4引脚 sbit CLK=P1^0; //将CLK位定义为P1、0引脚 sbit DIO=P1^1; //将DIO位定义为P1、1引脚 unsigned char A_D() //A_D转换函数。功能:将模拟信号转换成数字信 号
计算机控制技术课后习题答案
|3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
其中操作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能。
—(4)检测与执行机构a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。
b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。
大学生《计算机控制技术》考试复习题及答案
大学生《计算机控制技术》考试复习题及答案一．单选题1.由于计算机只能接收数字量,所以在模拟量输入时需经()转换。
A.A/D转换器B.双向可控硅C.D/A转换器D.光电隔离器参考答案：A2.若系统欲将一个D/A转换器输出的模拟量参数分配至几个执行机构,需要接入()器件完成控制量的切换工作。
A.锁存器锁存B.多路开关C.A/D转换器转换?D.反多路开关参考答案：D3.在LED显示系统中,若采用共阳极显示器,则将段选模型送至()。
A.阳极B.阴极C.阴极或阳极D.先送阴极再送阳极参考答案：B4.电机控制意味着对其转向和转速的控制,微型机控制系统的作法是通()实现的。
A.改变定子的通电方向和通电占空比B.改变转子的通电方向和通电占空比C.改变定子的通电电压幅值D.改变转子的通电电压幅值参考答案：B5.RS-232-C串行总线电气特性规定逻辑“1”的电平是()。
A.0．3伏以下B.0．7伏以上C.-3伏以下D.+3伏以上参考答案：C6.采用共阴极LED多位数码管显示时,应()。
A.位选信号为低电平，段选信号为高电平B.位选信号为高电平，段选信号为低电平C.位选信号、段选信号都是高电平D.位选信号、段选信号都是低电平参考答案：A7.关于微型计算机控制技术的叙述,正确的是()。
A.微型计算机控制技术只能用于单片机系统B.任何控制系统都可以运用微型计算机控制技术C.微型计算机控制技术不能用于自动化仪表D.微型计算机控制技术可用于计算机控制系统及自动化仪表参考答案：D8.计算机监督系统(SCC)中,SCC计算机的作用是()。
A.接受测量值和管理命令并提供给DDC计算机B.按照一定的数学模型计算给定值并提供给DDC计算机C.当DDC计算机出现故障时，SCC计算机也无法工作D.SCC计算机与控制无关参考答案：B9.闭环控制系统是指()。
A.系统中各生产环首尾相接形成一个环B.输出量经反馈环节回到输入端，对空置产生影响C.系统的输出量供显示和打印D.控制量只与控制算法和给定值相关10.下列缩写表示现场可编程控制逻辑阵列的是()。
微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的?计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么？(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成？各部分的作用是什么？由四部分组成。
图1.1微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
模拟量的输入输出
传感器 控制信号 将各种现场的 物理量测量出来 放大驱动电路 受控对象 并转换成电信号 （模拟电压或电流）
模 拟 信 D/A 号 转 换 器
I/0 接 口
数 字 信 号
6
模拟量的输入通道
传感器（Transducer）
非电量→电压、电流
变送器（Transformer）
转换成标准的电信号
数字量转换为模拟量
低通滤波
平滑输出波形
放大驱动
提供足够的驱动电压，电流
8
二、数/模（D/A）变换器
9
1.D/A 转换器工作原理
典型的D/A 转换器芯片通常由模拟开关、电阻网络以及 缓冲电路组成。
D/A 转换的基本原理是利用电阻网络，将N 位二进制数 逐位转换成模拟量并求和，从而实现将数字量转化为模 Rf 拟量。
(1) 单缓冲方式。单缓冲工作方式是使输入寄存器或DAC 寄存器中的 任意一个工作在直通状态，另一个由CPU 控制。通常WR2和XFER 连 接数字地，使DAC 寄存器的输出能够跟随输入，即第二级寄存器工 作在直通状态，输入寄存器的控制端ILE 接＋5V， CS接端口地址译 码器输出， WR1连接系统总线的IOW信号，电路连接如图
VIN
VN
D/A转换器
VREF D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
36
START 控制 逻辑 EOC N位寄存器
锁 存 缓 存 器
A/D 转换器的主要性能指标
1. 分辨率
反映了A/D 转换器对输入微小信号变化的响应能力，即能够分辨 的最小模拟量。例如，对于8 位A/D 转换器，输入电压满刻度为 5V 时，则对应输入的模拟电压的分辨率为5V/255＝19.5mV。
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
PLC的特殊功能输入输出模块
输入输出占有点 程序上为8点（计输入或输出点均可），由PLC供电的消耗功率为 数 gcxywjp@126.c5oVm30mA
（2）模块的编号与外部连线
特殊功能模块通过软电缆接在FX2主机右侧的I/O扩展总线上 ，从最近主机的那个特殊功能模块开始顺序编号为0～7号。 同一模拟量输入模块既可连接电压信号也可连接电流信号。 接线方式如图4-2。
根据电流输入还是电压输出，使用不同端子
模拟量输出范围 DC-10～+10V (外部负载电阻1KΩ～1MΩ)
DC=4～+20mA (外部负载电阻500Ω以下 )
数字输入
带符号位的16位二进制，但有效数值为11位（-2048～+2047） 电流输出（0～＋1024）
分辨力
5mV(10V×1/2000)
20μA(20mA×1/1000)
综合精确度
±1%(相对于最大值)
转换速度
9ms×2通道（高速转换方式时，版本为V2.00以下时：3.5ms×2通 道）
隔离方式
光电隔离及采用DC/DC转换器供输出和PLC电源间隔离（但各输出 通道间不隔离）
模拟量用电源 DC24V（1±10％）130mA
输 数入gc输xy出w占jp@有1点26.co程 5mV序30上mA为8点（计输入或输出点均可）由PLC供电的消耗功率为
A/D硬件正常 在READY位置 转换值在范围内 平均数在范围内
b1b0为01B
gcxywjp@
例4-1： 要求FX2N-4AD的CH1 ～CH4均设置成电 压输入方式，CH1 通道设置成零偏置 ，增益值为2.5V。 试设计其初始化设 置程序。
gcxywjp@
2、模拟量D/A转换输出模块FX2N-2DA
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
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。
Ch12功能指令
Date: 2014-4-8
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CH12 PLC用于模拟量和位置控制
2．脉冲输出模块FX-1PG（FX2、FX2C用）
FX-1PG 脉冲输出模块是一种根据 FROM/TO 指令进行 与FX2、FX2C系列PLC数据交换的特殊功能模块。用一台 FX-1PG独立进行一轴定位控制，而一台PLC则最多可连 8台FX-1PG。
Date: 2014-4-8
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CH12 PLC用于模拟量和位置控制
3．脉冲输出单元FX-1GM（FX2、FX2C用）
FX-1GM是一种采用定位专用语言的简易高功能定 位装置。通用的具有7点输入、7点输出，还备有定位 控制编程语言。 FX-1GM 脉冲输出单元最高输出频率为 100K 波特率， 可得到足够的控制精度。
Page: 16
CH12 PLC用于模拟量和位置控制
1．点位控制的脉冲输出单元F2-30GM
脉冲输出单元F2-30GM与步进电机或伺服电机驱 动器相接，可驱动步进电机或伺服电机实现位置控制。
Date: 2014-4-8
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CH12 PLC用于模拟量和位置控制
F2-30GM应用系统方框图
Date: 2014-4-8
Page: 24
CH12 PLC用于模拟量和位置控制
1．角位控制开关F2-32-RM-SET
F2-32RM-SET可编程轮开关集CPU、电源、输入、输 出编程器于一体，可通过简单的键操作，替代32个凸轮 开关，进行32个输出动作，实现角位置控制。
Date: 2014-4-8
工程化反变换
工程量 0～100％ ……
CPU
软件实现
Date: 2014-4-8
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
第3章 模拟量输出通道
3 2 1 0
对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压 VOUT与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式 可写成：
VOUT = −(Dn−1 × 2
n−1
+ Dn−2 × 2
2．转换精度 转换精度是指转换后所得的实际值和理 论值的接近程度。它和分辨率是两个不同的 概念。例如，满量程时的理论输出值为10 V， 实际输出值是在9.99 V ~ 10.0l V之间，其转 换精度为 ± 10 mV。对于分辨率很高的D/A转 换器并不一定具有很高的精度。 3．偏移量误差 偏移量误差是指输入数字量时，输出模 拟量对于零的偏移值。此误差可通过DAC的 外接VREF和电位器加以调整。
3.1.3 8位DAC0832芯片 位 芯片
DAC0832是一个 8 位 D/A 转换器，电流输出 方式，稳定时间为 1 us，采用 20 脚双立直插式封 装。其姐妹芯片还有 DAC0830、DAC0831，它们 可以相互代换。 DAC0832的原理框图及引脚如图3-3所示。 DAC0832主要由8位输入寄存器、8位DAC寄存器、 8位D/A转换器以及输入控制电路四部分组成。8 位 输入寄存器用于存放CPU送来的数字量，使输入数 字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8位DAC寄存 器用于存放待转换的数字量，由加以控制；8位D/A 转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、 非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选 通或锁存状态。
主 机
接 口 电 路
D/A
V/I
通通1
D/A (a) 多D/A结构
1200plc模拟量输出指令
1200plc模拟量输出指令1200PLC模拟量输出指令PLC（Programmable Logic Controller）即可编程逻辑控制器，是一种用于工业控制系统中的专用计算机。
PLC可以通过输入和输出模块与外部设备进行数据交互，从而实现对工业过程的监控和控制。
模拟量输出指令是PLC中常用的一种指令类型，用于将数字信号转换为模拟量信号输出到外部设备，实现对物理过程的控制。
一、模拟量输出指令的基本原理模拟量输出指令是PLC中的一种输出指令，通过设置输出端口的电平或电流值，将数字信号转换为相应的模拟量信号输出到外部设备。
在1200PLC中，模拟量输出通常使用PWM（Pulse Width Modulation，脉宽调制）方式实现。
PWM是一种通过改变信号的脉冲宽度来控制平均电平的技术，它可以将数字信号转换为模拟量信号。
二、1200PLC模拟量输出指令的编程方法在1200PLC的编程软件中，可以通过以下步骤实现模拟量输出指令的编程：1. 配置输出模块：首先需要在PLC配置界面中选择适合的输出模块，并进行相应的参数配置，如选择模拟量输出通道数量、设置输出的电平或电流范围等。
2. 编写模拟量输出指令：在PLC的编程界面中，选择模拟量输出指令，并设置相应的参数，如选择输出通道、设置输出的脉冲宽度等。
3. 运行程序：将编写好的程序下载到PLC中，并启动运行，PLC将按照程序中设置的参数输出相应的模拟量信号。
三、模拟量输出指令的应用场景模拟量输出指令在工业自动化控制中有着广泛的应用，常见的应用场景包括：1. 温度控制：通过将模拟量输出指令与温度传感器结合使用，可以实现对温度的精确控制，如在冷库中控制温度的变化，保持产品的新鲜度。
2. 液位控制：通过将模拟量输出指令与液位传感器结合使用，可以实现对液位的准确控制，如在水处理系统中控制水位的变化，保持系统的平衡。
3. 速度控制：通过将模拟量输出指令与电机驱动器结合使用，可以实现对电机速度的精确控制，如在生产线上控制输送带的速度，保持产品的生产效率。
FX2N-4DA模块的详细解释说明
FX2N-4DA模拟量输出模块的连接及设置核心提示：1．FX2N-4DA模拟量输出模块的连接FX2N-4DA为12位高精度模拟量输出模块，具有4个D/A输入通道，输出信号的类型有-10V～+10V电压、-20mA～+20 mA及0mA～+20mA电流1．FX2N-4DA模拟量输出模块的连接FX2N-4DA为12位高精度模拟量输出模块，具有4个D/A输入通道，输出信号的类型有-10V～+10V电压、-20mA～+20mA及0mA～+20mA电流。
每个通道可以独立指定为电压输入或电流输出，用于控制变频器等外部模拟量输入的设备。
FX2N-4DA模块的电流和电压输入信号的连接方法不同。
图6.8所示为FX2N-4DA模拟量输出模块的接线端子说明，图中的模拟量输出端被连接为2个电流信号输出和2个电压信号输出。
图6.8 FX2N-4DA的接线端子说明2．FX2N-4DA模拟量输出模块的设置PLC的基本单元通过对模拟量输出模块中的缓冲寄存器BFM进行通信联络。
PLC的基本单元采用FROM/TO（读／写）指令对特殊功能模块的BFM进行功能设定及数据交换。
FX2N-4DA模拟量输出模块的数据缓冲寄存器BFM#0～BFM#31的设置内容说明如下。
(1)对BFM#0采用4位16进制数，设置模拟量输出模块1--4通道输出信号的类型。
缓冲寄存器BFM#0的设置如图6.9所示。
假如设置为H2110，表示输出通道1设置为-10V--+10V电压输出；通道2和通道3设置为：+4mA～+20 mA电流输出；通道4设置为0～+20mA电流输出。
图6.9 BFM#O的设置说明(2)由BFM#1--BFM#4分别设置1～4通道数据缓冲寄存器，它们的初始值为零。
(3) BFM#5为数据输出保持缓冲寄存器，可以设置为保留数据或复位到零点值。
当B FM#5被设置为H0000，PLC从运行到停止时，其运行过程中的数据被保留。
若BFM#5被设置为H0011，则CH3和CH4为保持，CH1和CH2为复位到偏移量。
模拟量输入输出模块的选择
模拟量输入/输出模块的选择(1)模拟量输入模块的选择对于输入连续变化的电压、压力、流量等物理量，需采用相应的传感器或变送器转变为一定范围内的电压或电流信号，然后使用模拟量模块输人到PLC中。
模拟量输入模块按通道分为2、4、8通道等规格，按电路结构分为普通型和隔离型，按输入信号形式和范围有-10~10V、0~5V、1~5V、0~20mA、4~20mA等。
有的模块可设定电流还是电压，甚至可设定范围，选择输人模块应考虑以下几点:1)输人方式及范围:根据输人设备来选择电压型或电流型输入方式的模块，电流型的抗干扰能力高于电压型。
模块的输入有效范围越大，其适应性较强，但绝对误差偏大。
2)转换分辨率:分辨率与系统的控制精度有关。
一般的模块有12位以上的分辨率，可以满足一般的要求。
如输入信号范围可变，可分辨的最小的信号单位也随之变化。
3)转换速度:转换速度与控制系统的实时性有关。
模块的转换速度有快有慢，考虑到滤波效果，模拟量输入模块大多采用积分式A/D转换，转换速度一般为毫秒级。
通常各通道的转换以串行方式进行，如因转换速度而影响控制性能时，可选用专用的高速模块。
(2)模拟量输出模块的选择模拟量输出模块能输出被控设备所需的规定信号范围的电压或电流，如0-5V、-10~10V或4~20mA等。
模拟量输出模块的选择考虑与模拟量输入模块相同。
为了满足特殊的需求，可选用相应的专用智能模块。
此外还要考虑与 PLC的I/O口相连的输人/输出设备的选型，包括输入设备(如按钮、行程开关、传感器、变送器等)和输出设备(继电器、接触器、调节阀、信号指示灯等)的选型，以及由输出设备驱动的各种控制对象(如电动机、电磁阀等)的选型，选择此类设备要考虑备件的通用性。
以上简要地介绍了PLC选型的一般依据和通常需考虑的几个因素，设计者应根据实际的需要综合考虑，选择性能价格比合适的产品，完全满足被控对象的控制要求，充分发挥PLC 的功能，并兼顾到系统的扩充性。
智能仪器中数字量的输入、输出
开关量输出
中功率开关量输出驱动接口
功率场效应管也称功率MOSFET（Metal-Oxide Silicon Field Effect Transistor），它是一种常用的中等功率的 开关控制驱动器件。与双极性晶体管比，它的工作原 理不同，驱动方式也不同，一般有TTL集成电路和 CMOS集成电路两种驱动方式驱动场效应管。它有几 个优点。 MOSFET有较高的开关速度。 有较宽的安全工作区而不会产生热点，同时他是一种 具有正的电阻温度系数的器件，所以，容易进行并联 使用。可靠性好。 过载能力强。阀值电压高，可达2-6V。 由于是电压控制器件，对驱动电路要求低。
为测量频率时的相对误差 为计数值的相对误差 为与门开启时间的相对误差
当与门开闭时间t与被测量脉冲周期的整数倍接近或相 等时候，测频法测量频率的最大误差可能为 。
分析 分析 得到结果
的误差来源。即分析 。
。
这样，在测量时间t一定的情况下，测量误差随着被测 信号频率的降低而增大。当f较低时，应采用别的测量 方法。
由MCS-51单片机内部定时器T0和口P3。4送出，T0工作方式1， 则PWM输出信号中的高电平和低电平持续时间Th和Tl分别为
Th=(216-x)*12/fosc Tl=(216-y)*12/fosc
式中，x,y分别为Th和Tl相对应的定时常数。
作业：1。使用CPLD，VHDL语言表示PWM。占空比为0.656。 2。书22页，第4题。
开关量输出
数字逻辑电路的额定负载能力表 逻辑电 路类型 输出高电平/V 拉电流/mA 输出低电平/V 灌电流/mA -0.4 1.6 0.4 0.01 16 0.5
标准TTL 2.4 逻辑 4.99 标准 CMOS逻 辑 4.99 高速 COMOS 逻辑
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➢ 内部结构与引脚功能
内部结构：参考电压电路，时钟电路，DAC电路、三态输出电路和控制逻辑电 路等。
引脚：双列直插28脚，DIP ✓ VCC(5V)、+VS(+12V)、-VS(-12V)：电源； ✓ 12//8：数据格式，＝1时，12位并行输出，＝0，8位或4位输出； ✓ A0：字节地址/短周期，＝1时，8位变换/输出低4位，＝0，12位变换/输出
✓ 在设计A/D、D/A转换电路时，参考电源的设计很重要，它 关系到其测量及输出的精度。
✓ 国内最常见的基准源是国家半导体公司的LM系列，品种较 多，价格也比较低，因此使用广泛。AD公司的系列基准源 性能比较好，但价格偏高，如AD580、AD581 。摩托罗拉公 司的基准电路，价格介于国家半导体公司与AD公司产品之 间，如MC1403 。
5.5.2 MCS-51单片机与DAC0832芯片接口设计
➢ DAC0832芯片内部结构和引脚
CS 1 WR1 2 AGND 3 DI3 4 DI2 5 DI1 6 DI0 7 VREF 8 Rfb 9 DGND 10
DAC0832
20 VCC
19 ILE 18 WR2 17 XFER 16 DI4 15 DI5
➢ 接口电路
✓ 1. /CS、A0、R//C状态由373锁存以确定AD574的变换方式及输出格式， 并保证在转换或输出过程中，A0不变。
✓ 2. 单片机的读写信号经与非门后送入CE，确保574被启动变换和读出 变换结果的操作时，CE有效。
✓ 3.12//8线接地，使输出结果采用高8位、低4位两次读取方法，对于12 位以上CPU，可接5V，一次读出。
下降沿有效后大约10微秒（8CLK+2微秒）以后。
➢ 接口电路
➢ A/D转换程序
Start: setb it0 setb ea setb ex0 mov dptr,#0feffh mov a,#00h ；0通道 movx @dptr,a ；启动转换
Here:ajmp here Int0fw:mov dptr,#0feffh
是用电位器和两只硅二极管构成温度补偿电路，将基准电压调至 2.490/5.0V，使电压温度系数为最小； (4) 动态阻抗低，典型值仅为0.2欧姆； (5) 工作电流范围宽，从300uA～10mA； (6) 由于它采用并联调整电路，因此可作为正电压基准或负电压基准； (7) LM336-2.5/5.0的的同类产品还有LM236-2.5/5.0， LM136-2.5/5.0， 三者的工作温度范围分别为0～+70℃，-20～+85℃，-55～+125℃。
✓ 本书采用美国国家半导体公司生产的基准稳压源LM336为例 进行参考电源的设计。
➢ LM336的性能特点：
(1) 属于三端精密基准电压源，可广泛用于数字电压表、数字欧姆表、稳 压电源和运算放大器的电路中；
(2) 基准电压的典型值为2.490V/5.0V，长期稳性是0.00002/℃； (3) 其基准电压值和电压温度系数均可由外部电路调整到最佳特性。通常
IN7 5 24
D3 START 6 23
EOC 7 22
D4 D3 8 21
OE 9 20
D5 CLK 10 19
VCC 11 18
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱD6
VR(+) GND
12 13
17 16
D7
D1 14 15
IN2 IN1 IN0 A B C ALE D7 D6 D5 D4 D0 VR(-) D2
➢内部结构
✓1个8通道单端模拟信号转换器和地址锁存译码器 ✓8位A/D转换电路 ✓三态输出锁存器 ✓控制逻辑
➢封装与典型应用
ADJ + -
+
ADJ
-
(a)
12V
5V ADJ
7KΩ
+
I0 -
(b)
LM336-5.0 LM336-5.0
12V
7KΩ
IL 5V +
ADJ
RP
I0
-
(c)
补充：AD574与单片机的接口
➢ 概述
AD574是12位高速逐次逼近型ADC芯片，转 换误差±1LSB，转换速度为25微秒，片内具有 电压基准和时钟电路，数字量输出具有三态缓 冲器，可直接与微机的总线接口，模拟量有两 个档次接成单极性方式时0～10V或0～20V，接 成双极性方式时－5～＋5V或－10～＋10V 。
5.5 模拟量输入/输出通道
➢ 5.5.1 D/A转换原理及主要性能指标 ➢ 5.5.2 MCS-51单片机与DAC0832芯片接口设计 ➢ 5.5.3 A/D转换原理及主要性能指标 ➢ 5.5.4 MCS-51单片机与ADC0809芯片接口设计 ➢ 5.5.5 A/D与D/A转换电路中的参考电源设计**(自学) ➢ 补充 AD574
AGND
DAC 0832
VCC DGND
➢ 引脚功能：（DIP20）
✓ DI0～DI7：8位数据输入端； ✓ Iout1：电流输出端1；Iout1正比于Di输入 ✓ Iout2：电流输出端2；I1＋I2=C ✓ Rfb：反馈信号输入端，其反馈电阻在内部，调整外接电阻，否则直接接
运放输出端； ✓ /CS：片选信号，输入寄存器选择信号； ✓ ILE：允许输入锁存信号； ✓ /WR1：输入信号写选通信号； ✓ /XFER：数据传送信号； ✓ /WR2：DAC寄存器的写选通信号； ✓ Vref：基准电源输入，－10 V～＋10V，一般取5V； ✓ Vcc：电源，5V～15V，一般取5V； ✓ AGND、DGND：模拟地、数字地
采集与转换。
➢ 内部结构与引脚功能
IN0 IN1
IN2 IN3 IN4
8路 模拟量
IN5
开关
IN6
IN7
A
地址
B
锁存与
C
译码
ALE
ST CLK
8位 A/D转 换器
三态 输出锁
存器
VR VR
OE
（+） （-）
EOC D0
D1 IN3 1 28
IN4 2 27
D2
IN5 IN6
3 4
26 25
ADC0809
14 DI6 13 DI7 12 IOUT2 11 IOUT1
DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0
ILE
CS WR1
WR2 XFER
8 位输入 寄存器
。
LE1 M1
。 。 M2
。 。
M3
8 位DAC 寄存器
。
LE2
. 8 位D/A
转换电路
.
VREF I OUT2 I OUT1 Rfb
高8位； ✓ R//C：读/变换信号 ✓ /CS：片选信号； ✓ CE：片启动，片允许，高有效； ✓ REFOUT：基准电压输出； ✓ REFIN：基准电压输入；调整零点 ✓ BP：单极性补偿；调整满度 ✓ AC、DC：模拟地、数字地； ✓ 10VIN、20VIN：2个档次的模拟量输入 ✓ STS：转换状态端，1在转换中，0转换结束。
5.5.1 D/A转换原理及主要性能指标
➢ D/A转换的原理（T形电阻网络） ➢ D/A转换器的性能指标
✓ 分辨率： ✓ 转换精度： ✓ 偏移量误差： ✓ 线性度： ✓ 转换速度： ✓ 温度灵敏度：
➢ 常见的有DAC0832，AD7520，DAC1210，DAC1208等，这 些都是并行的，还有串行的，如MAX517、518、519系列。
➢ MCS-51与DAC0832芯片接口设计
✓ 0832的应用特性
• 两级数据锁存器，能实现多通道D/A同步转换输出。 • 内无Vref，外接Vref。 • 输出为电流型DAC，要获得模拟电压，外加转换电路，获
得的模拟电压有单极性和双极性两种。 • 转换关系：
单极性：A=-Vref×D／256 双极性：A=Vref×（D－128）／128 简单推导！
➢A/D转换程序
Start: mov r0,#1fh ；启动变换 movx @r0,a mov r7,#10h ；延时 djnz r7,$ mov r1,#7fh ；读低4位 movx a,@r1 mov r2,a mov r1,#3fh ；读高8位 movx a,@r1 mov r3,a sjmp $
5.5.3 A/D转换原理及主要性能指标
➢ A/D转换的分类
✓ 并行方式：快速，硬件复杂，一般很少使用，高速的ADC； ✓ 双积分式：内部原理是定时积分＋定量积分，如ICL7135，
MC14433；抗干扰性能好一些。 ✓ 逐次逼近型：类似于砝码称重原理，ADC080X系列，AD574，
AD578等。
movx a,@dptr mov 20h,a mov a,#00h ；通道可更改 movx @dptr,a ；再次启动转换 reti
注意：可延时、可查询、可中断，本例为中断。
如果中间加74HC373,则通道进入地址编码
（DPTR）,具体见教材例题！
5.5.5 A/D与D/A转换电路中的参考电源设计 ➢ 概述
✓ 4.STS有三种接法：空，启动后延时后，再读A/D结果；接静态口，查询
方式；接外部中断线。
✓ 5.－5V～0～5V
000H～800H～FFFH
－10V～0～10V
000H～800H～FFFH
0～10V
000H～FFFH
0～20V
000H～FFFH
✓ 6.单极性接法与双极性接法略有区别，见图示。
双极性
➢ 引脚: （双列直插28脚为例）
✓ IN0～IN7：8路模拟输入信号； ✓ A、B、C：地址选择线； ✓ ALE：地址锁存控制线； ✓ D0～D7：8位数字输出线； ✓ Vcc、GND：电源； ✓ Vref(+)、 Vref(-)：参考电压输入，一般Vref(+)接参考电压，Vref(-)