第4章 模拟量与控制信号输出系统
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航天器控制原理(第四章 控制系统组成)
哥伦比亚航天飞机视频资料
4.2
4.2.1 推力器
执行机构
推力器是目前航天器控制使用最广泛的执行机构之 一。它根据牛顿第二定律，利用质射排出，产生反作用 推力，这也正是这种装置被称为推力器或喷气执行机构 的原因。当推安装使得推力方向通过航天器质心，则成 为轨道控制执行机构；而当推力方向不过质心，则必然 产生相对航天器质心的力矩，成为姿态控制执行机构。 根据产生推力所需能源的形式不同，质量排出型推 力器可以分为冷气推力器、热气推力器和电推力器。
加速度计
加速度计是用于测量航天器上加速度计安装点的绝对 加速度沿加速度计输入轴分量的惯性敏感器。虽然目前加 速度计没有广泛用于航天器的姿态稳定和控制，但它是航 天器导航系统中重要的器件。 加速度计的种类很多，有陀螺加速度计、摆式加速度 计、振动加速度计、石英加速度计等。
4.1.6
磁强计
磁强计是以地球磁场为基准，测量航天器姿态的敏 感器。磁强计本身是用来测量空间环境中磁场强度的。 由于地球周围每一点的磁场强度都可以由地球磁场模型 事先确定，因此利用航天器上的磁强计测得的信息与之 对比便可以确定出航天器相对于地球磁场的姿态。 磁敏感器根据工作原理不同可以分为感应式磁强计 和量子磁强计两种。
4.1.4 陀螺 陀螺是利用一个高速旋转的质量来敏感其自旋轴在 惯性空间定向的变化。 陀螺具有两大特性，即定轴性和进动性。 定轴性就是当陀螺不受外力矩作用时，陀螺旋转轴 相对于惯性空间保持方向不变； 进动性就是当陀螺受到外力矩作用时，陀螺旋转轴 将沿最短的途径趋向于外力矩矢量，进动角速度正比于 外力矩大小。
姿态敏感器小结
在实际的航天器姿态控制系统中，各种敏感器单独使 用一般是不能满足要求的，需要多种多个姿态敏感器组 合使用，形成一个姿态测量系统。原因主要有三方面：
第4章、S7-200PLC基础知识
第4章、S7-200PLC基础知识本章重点1、硬件组成2、系统扩展方法3、内部器件资源4、数据类型5、寻址方式6、编程语言和程序结构因为目前市场上的PLC种类繁多，生产公司不同，PLC的结构和编程语言也会有或多或少的差异，即使是同一家公司的产品，产品系列不同，其编程语言也可能会不同，所以这给大家学习PLC带来了一定的麻烦。
但对此要有一个正确的认识:一、虽然PLC之间存在着一些不相同的地方，但其硬件组成和编程语言的绝大部分是相同或相似的，所以只要学习好一种PLC后，学习或使用其他PLC也就易如反掌了;二、将来基于IEC61131 - 3开放式PLC的编程语言和现在普通PLC的编程语言也比较相似，所以学习好现在的PLC，对以后学习IEC61131 - 3编程语言也有决定性的帮助。
从上面的分析情况看，作为在课堂上讲授PLC，不可能讲解多个产品，这样做也没有必要，所以需要找一种PLC作为讲课的对象。
西门子的SIMATIC S7 - 200系列PLC适用于各行各业、各种场合中的检测、监测及控制的自动化。
S7-200系列的强大功能使其无论在独立运行中，或相连成网络皆能实现复杂控制功能。
由于S7-200系列具有紧凑的设计、良好的扩展性、低廉的价格、丰富的功能模块以及强大的指令系统，使得S7 - 200 PLC可以近乎完美地满足小规模的控制要求。
此外西门子的产品体系符合现在自动化笔域的热点技术：现场总线技术的方向，目前市场上最流行的现场总线就是以西门子为主导而开发的PROFIBUS。
所以本书以西门子的S7 - 200系列PLC为讲授对象讲解PLC的基本原理、硬件系统组成和程序设计。
本章主要介绍S7- 200 PLC的一些基础知识。
4. 1概述S7-200PLC是德国西门子公司生产的一种小型PLC，其许多功能达到大、中型PLC的水平，而价格却和小型PLC的一样，因此，它一经推出，即受到了广泛的关注。
最近几年在小型PLC 市场上S7-200 PLC成为了主流产品。
第4章 控制器
8
20世纪80年代以来，又发展了数字调节器：可编程调节器、智 能调节器，基于集散控制系统或者现场总线的控制器等。以微处理 器为基础，功能完善，性能优越，能够解决模拟式仪表难以解决的 问题。近二十年来数字式控制仪表不断涌现新品种应用于过程控制 中，以提高控制质量，对整个控制系统产生革命性变革。 电动模拟式、数字式调节器，具有反应快,信号易远传,容易与 其他仪表相配套,功能丰富，符合当今仪表的发展趋势。基于集散控 制系统或者现场总线的控制器，它们除了控制功能外，还具有网络 通信等功能，适应信息社会大规模生产需要。
27
想一想，为什 么不从0开始？
特点——
1）采用统一信号标准：4~20mA DC和1～5V DC。 这种信号制的主要优点是电气零点不是从零开始， 容易识别断电、断线等故障。同样，因为最小信号 电流不为零，可以使现场变送器实现两线制。 2）广泛采用集成电路，仪表的电路简化、精度提高、 可靠性提高、维修工作量减少。 3）可构成安全火花型防爆系统，用于危险现场。
手/自动双向切换 手动操作 无扰动切换 Kp/Ti/Td的设置 Kp/Ti/Td的设置
一般在刚刚开车时采用手动控制，待系统正常时切换到自动控制。 可以调整手操拨盘或者手操扳键来改变调节器的输出 手自动切换时都希望不给控制系统带来扰动，即调节器的输出信号 不发生突变（即必须要求无扰动切换） 改变控制器的特性
DV
21
22
比例积分微分调节规律（PID）： 同时具有比例、积分、微分三种控制作用的控制器称为比例积分 微分控制器。 微分控制器 1 dDv Mv Kp Dv Dvdt T D T dt I 对阶跃偏差：微分先起主导作用，使输出 大幅度变化，产生强烈的调节作用之后微 分作用消失，积分逐渐占主导地位，直到 余差完全消失，积分作用才停止。 若将TD=0，微分作用消失——PI调节器 TI=无穷大，积分作用消失——PD调节器 TD=0，TI=无穷大——P调节器。
第2版第四章习题答案
第四章习题与思考题答案1.简述S7-200 PLC系统的基本构成。
答：一个最基本的S7-200 PLC控制系统由基本单元（S7-200 CPU模块）、个人计算机或编程器、STEP7-Micro/WIN编程软件及通信电缆构成。
2.S7-200 CPU22*系列有哪些产品？各产品之间有什么差异？答：S7-200 PLC的CPU221、CPU222、CPU224、CPU226、CPU224XP五种规格中，其性能依次提高，特别是用户程序存储器容量、I/O（数字量与模拟量）数量、高速计数功能等方面有明显区别。
其中，CPU221为整体式结构，CPU222、CPU224、CPU226、CPU224XP均为基本单元加扩展模块的结构。
3.画出CPU226AC/DC/继电器模块输入/输出单元的接线图。
答：CPU226AC/DC/继电器模块输入/输出单元的接线图如下4.数字量输出模块有哪几种类型？各有什么特点？答：数字量输出模块包括直流输出模块、交流输出模块和交直流输出模块三种。
其中，直流输出模块是晶体管输出方式，响应速度快；交流输出模块是双向晶闸管输出方式，启动电流大；交直流输出模块是继电器输出方式，输出电流大，可带交直流负载，适应性强，响应速度慢。
5.S7-200 PLC模拟量扩展模块的性能指标有哪些？如何正确使用模拟量扩展模块？答：S7-200 PLC模拟量扩展模块的性能指标包括输入/输出类型与端口数量、输入/输出的电压/电流范围、模拟量与数字量之间的转换时间、分辨率、对DC 5V与传感器电源的消耗电流值等。
使用模拟量扩展模块时，应注意模块的输入/输出特性与外部接线方式。
对于模拟量输入模块而言，要注意现场信号变送器与模拟量输入模块量程的区别，能够正确找出被测物理量与A/D转换后二进制数值之间的关系。
6.用于测量温度（0~99°C）的变送器输出信号为4~20mA，模拟量输入模块将0~20mA转换为数字0~32000，试求当温度为40°C时，转换后得到的二进制数N？答：256004064001674399N⨯=+≈7.S7-200 PLC的通信模块有哪些？答：S7-200 PLC的通信模块包括EM277 PROFIBUS-DP通信模块、CP243-1通信处理器、CP243-1通信处理器。
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
电气控制与PLC应用技术课后习题答案(第四章)
习题与思考题1. 简述S7-200 SMART 控制系统的基本构成答：一个最基本的S7-200 SMART PLC 控制系统由基本单元（S7-200 SMART CPU 模块）、个人计算机、STEP7-Micro/WIN 编程软件及通信网络设备构成。
2. S7-200 SMART 标准型CPU 有哪些型号？各型号之间有什么差异？答：标准型CPU 有SR20/ST20、SR30/ST30、SR40/ST40、SR60/ST60。
主要差异在于用户程序存储器容量、I/O （数字量与模拟量）数量、最大脉冲输出频率、脉冲捕获输入点数。
3. 画出CPU SR40 AC/DC/继电器模块的外部端子接线图。
答：见教材图4-3。
4. S7-200 SMART 数字量输出有哪两种类型？分别画出它们的外部端子接线图。
答：晶体管输出和继电器输出两种类型，外部端子接线图见教材图4-5。
5. S7-200 SMART 模拟量扩展模块的性能指标有哪些？画出模拟量输入与输出模块的外部端子接线图。
答：S7-200 SMART 模拟量扩展模块的性能指标包括输入/输出类型与端口数量、输入/输出的电压/电流范围、模拟量与数字量之间的转换时间、分辨率、对DC 5V 与传感器电源的消耗电流值等。
外部端子接线图见教材图4-14。
6. 用于测量温度（0~99℃）的变送器输出信号为4~20mA ，模拟量输入模块将0~20mA 转换为数字0~27648，试求当温度为40℃时，转换后得到的二进制数N ？ 答：14467553040099553027648=+×−−=N7. S7-200 SMART 的信号板有哪几种类型？答： SB DT04，SB AE01，SB AQ01，SB CM01，SB BA01。
8. S7-200 SMART 标准型CPU 扩展配置时，应考虑哪些因素？I/O 是如何编址的？答：要考虑主机能够扩展的模块数量、数字量输入/输出映像区的大小、模拟量输入/输出映像区的大小、内部电源的负载能力。
第4章_S7-200PLC的基础知识
输出扩展模块em2228点dc4点dc5a8点ac8点和4点输入输出扩展模块em223dc输入dc输出4点8点16点3种模拟量扩展模块的类型模拟量输入扩展模块em2314ai2路热电阻输入4路热电偶输入模拟量输出扩展模块em2322aq模拟量输入模拟量输出扩展模块em2354ai1aq占2路输出地址数字量io模块1直流输入模块em2218xdc24v数字量io模块2交流输入模块em2218xac120230v数字量io模块3直流输出模块em2228xdc24v数字量io模块4交流输出模块em2228xac120230v数字量io模块5交直流输出模块em2228x继电器输出零线或负极1919数字量io模块2020模拟量io模块1模拟量输入模块em2314输入2121模拟量io模块2模拟量输出模块em2322输出2
•
工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应
的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储 器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一 位，就是一个输出继电器。
27
输入输出elay)
表4.3
16
（3）模块电流 CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如 表4.4所示。
表4.4扩展模块所消耗的5VDC电流值
17
最大I/O配制的预算原则:
•映像寄存器的数量
扩展后I/O的总点数不能大于输入和输出映像寄存器的数量。
• CPU的供电能力
同一PLC系统中所有扩展模块所消耗的电流总和不得超过 CPU 所能提供的电流值。 不同型号的CPU提供5VDC和24VDC电源的容量不同。
扩展模块
设备连接
最大I/O配置的预算 I/O点数扩展和编址
•
工作：PLC运行时，每执行完一遍程序，逻辑运算的结果就存入到相应
的一位存储器中。其中需要控制输出开关的运算结果存到输出映像存储 器中。这个输出映像存储器在PLC程序中，可以按位存取，其中的每一 位，就是一个输出继电器。
27
输入输出elay)
表4.3
16
（3）模块电流 CPU 22X可连接的各扩展模块消耗5VDC电流如 表4.4所示。
表4.4扩展模块所消耗的5VDC电流值
17
最大I/O配制的预算原则:
•映像寄存器的数量
扩展后I/O的总点数不能大于输入和输出映像寄存器的数量。
• CPU的供电能力
同一PLC系统中所有扩展模块所消耗的电流总和不得超过 CPU 所能提供的电流值。 不同型号的CPU提供5VDC和24VDC电源的容量不同。
扩展模块
设备连接
最大I/O配置的预算 I/O点数扩展和编址
(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。
模拟量输入输出通道
通常，由于各路模拟信号和A／D的电压范围已知， 故可 算出对应信号源要求的放大系数。可预先将各路放大倍数的等
效数字量存入RAM中，当CPU要求输入第n路信号时，则由
CPU控制将第n路对应的放大倍数从RAM中取出，经数据总线 送入AM-542相应端接点，这样信号便按预先设定的放大倍数 进行放大。
第四章模拟量输入输出通道
2． 放大器并联反馈电阻方案 如图4-12所示，A1、A2组成同相关联差动放大器，A3为起
减法作用的差动放大器。电压跟随器A4 的输入来自A点即共模
电压Ucm,其输出作为运放A1、A2的电源地端， 以使A1、A2的电 源电压浮动幅度与Ucm 相同，从而大大削弱共模干扰的影响，
这就是共模自举技术。信号从Us1、Us2以差动方式输入，放大器
有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较 长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍
可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵
方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通， X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。
第四章模拟量输入输出通道
一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光 敏三极管。当PIO的某一位为高电平时，经反相为低电平，发 光二极管导通并发光，使光敏三极管导通， 经倒相输出高电 平。 光电开关能使输入和输出在电气上完全隔离，主要用于
抗干扰场合。
第四章模拟量输入输出通道
图4-8 光电耦合开关用法之一
第四章模拟量输入输出通道
图4-9(b)是差动多路输入连接方式，模拟量双端输入， 双端输出接到运算放大器上。由于运算放大器的共模抑制比 较高， 故抗共模干扰能力强，一般用于低电平输入，现场干 扰较严重，信号源和多路开关距离较远，或者输入信号有各
效数字量存入RAM中，当CPU要求输入第n路信号时，则由
CPU控制将第n路对应的放大倍数从RAM中取出，经数据总线 送入AM-542相应端接点，这样信号便按预先设定的放大倍数 进行放大。
第四章模拟量输入输出通道
2． 放大器并联反馈电阻方案 如图4-12所示，A1、A2组成同相关联差动放大器，A3为起
减法作用的差动放大器。电压跟随器A4 的输入来自A点即共模
电压Ucm,其输出作为运放A1、A2的电源地端， 以使A1、A2的电 源电压浮动幅度与Ucm 相同，从而大大削弱共模干扰的影响，
这就是共模自举技术。信号从Us1、Us2以差动方式输入，放大器
有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较 长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍
可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵
方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通， X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。
第四章模拟量输入输出通道
一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光 敏三极管。当PIO的某一位为高电平时，经反相为低电平，发 光二极管导通并发光，使光敏三极管导通， 经倒相输出高电 平。 光电开关能使输入和输出在电气上完全隔离，主要用于
抗干扰场合。
第四章模拟量输入输出通道
图4-8 光电耦合开关用法之一
第四章模拟量输入输出通道
图4-9(b)是差动多路输入连接方式，模拟量双端输入， 双端输出接到运算放大器上。由于运算放大器的共模抑制比 较高， 故抗共模干扰能力强，一般用于低电平输入，现场干 扰较严重，信号源和多路开关距离较远，或者输入信号有各
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。
电子设计创新训练(基础)第四章 常用AD、DA转换器应用介绍
此程序仅为一个采样示例， 主函数实际没有使用意义。
（二）8路8位分辨率ADC0809及与MCU的直接I/O接口
1、简介
ADC0809芯片有28条引脚，采用双列直 插式封装，如图3-13所示。下面说明各引脚功 能。IN0～IN7：8路模拟量输入端。2-1～2-8： 8位数字量输出端。ADDA、ADDB、ADDC：3 位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 START： A／D转换启动信号，输入，高电平 有效。 EOC： A／D转换结束信号，输出， 当A／D转换结束时，此端输出一个高电平（转 换期间一直为低电平）。 OE：数据输出允许 信号，输入，高电平有效。当A／D转换结束时， 此端输入一个高电平，才能打开输出三态门， 输出数字量。CLK：时钟脉冲输入端。要求时 钟频率不高于640KHZ（典型500KHZ，转换时 间小于100μs）。 REF（+）、REF（-）：基 准电压。 Vcc：电源，单一＋5V。GND：地。 图4-13 ADC0809引脚图
图4-8 AD57A的管脚图
A0 ：字节地址／短周期，高为8位变换／输出低4位，低为12位变换／输出高8位； STS ：变换状态，高为正在变换，低为变换结束．STS总共有三种接法：(1)空着：只 能在启动变换，25 μ s以后读A／D结果；(2)接静态端口线：可用查询方法，待STS为 低后再读A／D变换结果；(3)接外部中断线：可引起中断后，读A／D变换结果； REFIN ：基准输入． REFOUT ：内部10V基准输出； BIP OFF ：双极性方式时，偏置电压输入端(10V基准)；
ADC0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ALE=1，将地址存 入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。START上 升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 A／D转换，之后EOC输出信号变 低，指示转换正在进行。直到A／D转换完成，EOC变为高电平，指示A／ D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输 入高电平 时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。
《S7-300PLC基础教程》第4章 PLC应用技术_温度控制技术
● 2．模拟量模块的测量信号类型及测量范围设定
（2）配有量程卡的模拟量模块的测量信号类型和测量范围 的设定配有量程卡的模拟量模块，其量程卡在供货时已插 入模块一侧，如果需要更改量程，必须重新调整量程卡， 以更改测量信号的类型和测量范围。 量程卡可以设定为“A”、“B”、“C”、“D”四个位置，各 种测量信号类型和测量范围的设定在模拟量模块上有相应 的标记指示，可以根据需要进行设定和调整。 调整量程卡的步骤为： ①用锣丝刀将量程卡从模拟量模块中松开； ②将量程卡按测量要求和范围正确定位，然后插入模拟量 模块中。
● 2.热电阻
热电阻大都由纯金属材料制成，目前应用最多的
是铂和铜。此外，现在已开始采用甸、镍、锰和铑 等材料制造热电阻。 根据使用场合的不同，热电阻也有铠装式热电阻、 装配式热电阻、隔爆式热电阻等种类，与热电偶类 似。 铂电阻的工作原理是，在温度作用下，铂热电阻 丝的电阻值随温度变化而变化，且电阻与温度的关 系即分度特性符合IEC标准。分度号Pt100的含义为 在0℃时的名义电阻值为100Ω ，目前使用的一般都 是这种铂热电阻。此外还有Pt10、Pt200、Pt500和 Pt1000等铂热电阻，Cu50、Cu100的铜热电阻等。
●1.图4-1 图4-1 “HW Config”硬件组态对话框
●1.图4-1
对于第0-3通道，可在“Measurement type”中选择电压 或电流输入，在“Measuring range”中根据需要选择测量 范围，对于电压输入有0-10V、±10V两种选择，对于电流 输入有0-20mA、4-20mA、±20mA三种选择。第4通道为电阻 /铂电阻测量通道，有R-2L、RTD-2L两种选择，图中测量类 型已选为RTD-2L，PT 100，用于测量传感器为PT 100铂热 电阻的温度值。
第4章 S7-200 PLC基础知识
1.中央处理单元（Central Processing Unit,CPU）
微处理器功能：
1)控制用户从编程器输入的用户程序和数据的接收与存储； 2)检查编程过程中的语法错误，诊断电源及PLC内部的工作故障； 3)用扫描方式工作，接收来自现场输入信号，并输入到输入映象寄 存器和数据存储器中。 4)在进入运行方式后，从存储器中逐条读取并执行用户程序完成用 户程序所规定的逻辑运算，算术运算机数据处理等操作 5) 根据运算结果，更新有关标志位的状态，刷新输出映象寄存器 的内容，再经输出部件实现输出控制，打印制表或数据通信等功 能
在PLC的发展历程中，有过几个不同的名称： 可编程序矩阵控制器PMC （Programmable Matrix Controller ） 可编程序顺序控制器PSC （Programmable Sequence Controller） 可编程序逻辑控制器PLC （Programmable Logic Controller）
5. 各种接口、高功能模块：
扩展接口主要用于扩展主机单元的IO点数或特殊功能， 在主机的后面连接扩展IO模块或功能模块，使PLC的配置更加 灵活，以满足不同控制系统的要求。
6. 编程设备
PC FP PROGRAMMER
编程设备可以是专用
的手持式编程器；也可以
ST XWX
NOT DT/Ld C AN YWY STK IX/IY D OR RWR TM TSV E OT LWL CT CEV F
西门子PLC及相关产品
• • • • • • 小型：SIMATIC S7-200 PLC 中型： SIMATIC S7-300 PLC 大型： SIMATIC S7-400 PLC 工业通讯网络 （SIMATIC NET） 人机界面（HMI）硬件 SIMATIC S7工业软件 ：编程工具、基于PC的 控制软件、人机界面软件。
第四章 PLC的硬件组成及工作原理
IN
IN
输入LED 内 部 电 路
COM
直流输入接口电路示意图
IN
IN ～ COM
输入LED 内 部 电 路
交流输入接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L COM ～
继电器输出接口电路示意图
OUT L 输出LED 内 部 电 路 OUT L ～ COM
双向晶闸管输出接口电路示意图
6.通讯能力 6.通讯能力 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、 通讯能力是指可编程控制器与可编程控制器、可 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力， 编程控制器与计算机之间的数据传送及交换能力，它 是工厂自动化的必备基础。 是工厂自动化的必备基础。目前生产的可编程控制器 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、 不论是小型机还是中大型机，都配有一至两个、甚至 更多个通讯端口。 更多个通讯端口。 7.智能模块 7.智能模块 智能模块是指具有自己的CPU和系统的模块 。 和系统的模块。 智能模块是指具有自己的 和系统的模块 它作为PLC中央处理单元的下位机 ， 不参与 中央处理单元的下位机， 它作为 中央处理单元的下位机 不参与PLC的 的 循环处理过程， 但接受PLC的指挥 ， 可独立完成某 的指挥， 循环处理过程 ， 但接受 的指挥 些特殊的操作。 如常见的位置控制模块、 些特殊的操作 。 如常见的位置控制模块 、 温度控制 模块、PID控制模块、模糊控制模块等等。 模块、 控制模块、模糊控制模块等等。 控制模块
3.编程语言 3.编程语言 编程语言是可编程控制器厂家为用户设计的用 于实现各种控制功能的编程工具， 它有多种形式， 于实现各种控制功能的编程工具 ， 它有多种形式 ， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言， 常见的是梯形图编程语言及语句表编程语言 ， 另还 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 有逻辑图编程语言、布耳代数编程语言等。 4.扫描时间 4.扫描时间 扫描时间是指执行1000条指令所需要的时间。 条指令所需要的时间。 扫描时间是指执行 条指令所需要的时间 一般为10ms左右，小型机可能大于 左右， 一般为 左右 小型机可能大于40ms。 。 5.内部寄存器的种类和数量 5.内部寄存器的种类和数量 内部寄存器的种类和数量是衡量PLC硬件功能的 硬件功能的 内部寄存器的种类和数量是衡量 一个指标。它主要用于存放变量的状态、中间结果、 一个指标。 它主要用于存放变量的状态、 中间结果、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器/计数器 计数器、 数据等，还提供大量的辅助寄存器如定时器 计数器、 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。 移位寄存器、状态寄存器等，以便用户编程使用。
第4章开关量信号的输入输出
3 磁性开关与单片机的接口电路
图4-4ａ 霍尔元件差动放大电路
磁性开关一般由霍尔元 件型、干簧管型等，常用于 监测门窗是否打开及各种脉 冲式水表气表。此时，需在 普通转盘计数的仪表中加装 霍尔元件和磁铁，即可构成 基于磁电转换技术的传感器。
图4-4ａ所示的电路中，若有磁场作用，则霍尔元件会输 出120mV电压信号，经过约40倍的差动放大器放大整形后，在 Vout上输出高电平；否则输出低电平。霍尔元件和运放电路一 起，构成了开关型霍尔传感器，将这个信号输送到单片机的I／ O口或外部中断引脚，即可实现霍尔检测开关控制 ．
2．开关量信号的特点是什么？
只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状 态的信号叫开关量信号，在智能仪器的电子电路中， 通常用二进制数0和1来表示。
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
3．开关量信号的作用？ 开关量输入、输出部分是智能仪器与外部设备的联系部件，
智能仪器通过接受来自外部设备的开关量输入号和向外部设备 发送开关量信号，实现对外部设备状态的检测、识别和对外部 执行元器件的驱动和控制。 4．常见电子开关都有哪些？
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
4.1.2 开关量输入接口
1 扳键开关与单片机的接口电路
图4-2 扳键开关与单片机的接口电路
图中， 扳键开关将高电平
或低电平经单片机的I／O引脚 输入缓冲器74LS244，74LS244 的数据输入端与单片机89C51 的P0口相连接，用于8位数据 的传送，89C51的P1.7和/RD作 为74LS244的选通信号 。当扳 键开关合上时，将向P0口的相
智能仪器原理与设计------第4章 开关量信号的输入输出
第四章+模拟量输入及处理
的质量码与这些数值，输出分析结果。
9 如果输入 FLAG＝0X05，则输出 HH＝ON，表明是高高限报警。 9 如果输入 FLAG＝0X0100 或 FLAG＝0X0800，则输出 IO＝ON，表明是通道故障报警。
2、对于“DDZ II 信号”，PV 质量码有效值范围是 0~30000， PV 值超
过量程上下限 5%的量程值以内时，置信号可疑位。
3、对于“DDZ III 信号”， PV 质量码有效值范围是 6000~30000， PV
值超过量程上限 1.625%的量程值以内或者超过量程下限 1.5%的量程值
以内时，置信号可疑位。
OUT1 = Y1; END_IF; IF IN1 >= X1 AND IN1 < X2 THEN
OUT1 = Y1 + (IN1 - X1) * (Y2 - Y1) / (X2 - X1); END_IF; IF IN1 >= X2 AND IN1 < X3 THEN
OUT1 = Y2 + (IN1 - X2) * (Y3 - Y2) / (X3 - X2); END_IF; IF IN1 >= X3 AND IN1 < X4 THEN
用户在 SCKey 中可以定义一维和二维折线表，SCControl 也可以定义二维折线表，他们都存放在同 一片地址区内，所以两边定义的折线表序号不能相同,其他折线表相关模块也如此。
举例：在 SCControl 中建一个二维折线表,使用 1 号折线表：
代码说明：
FUNCTION_BLOCK FB_LINE_XY (*二维折线表*) VAR_INPUT
¾ 对于其它报警，如变化率报警，扩展量程报警等，一般不使用，默认禁止。
第4章 S7-200系列PLC系统配置《电气控制与PLC应用技术》习题参考答案
4-1 S7-200 PLC的硬件系统主要有哪些部分组成？答：S7-200 PLC的硬件系统有主机单元、扩展单元、特殊功能模块、相关设备（编程设备、人机操作界面和网络设备等）组成。
4-2 S7-200 PLC的存储系统提供了哪几种方式来保存数据？答：S7-200系列PLC提供了3种方式来保存用户程序、程序数据和组态数据，分别是：保持型数据存储器、永久存储器、存储卡。
4-3 常用的S7-200 的扩展模块有哪些？各适用于什么场合？答：S7-200 PLC的数字量扩展模块有：EM221，输入扩展模块；EM222，输出扩展模块；EM223，输入/输出混合扩展模块。
模拟量扩展模块有：（1）EM231，共有6种产品：4路（8路）AI、2路（4路）热电阻输入和4路（8路）热电偶输入。
前者是普通的模拟量模块，可以用来连接标准的电流和电压信号；后两种是专门为特定的物理量输入到PLC而设计的模块。
热电阻和热电偶可以直接连接到模块上而不需要使用变送器对其进行标准电流或电压信号的转换，模块上具有热电阻和热电偶型号选择开关，热电偶模块还具有冷端补偿功能。
（2）EM232，输出扩展模块。
（3）EM235，输入/输出扩展模块。
4-4 一个控制系统需要12点数字量输入、30点数字量输出、7点模拟量输入和2点模拟量输出。
试问：（1）选用哪种主机最合适？（2）如何选择扩展模块？（3）请画出主机和各模块连接图。
（4）主机和各模块的地址如何分配？答：（1）选择S7-200 PLC的CPU226为主机，它可以扩展7个模块，自带输入/输出点为40点（DI24/DO16）。
（2）数字量扩展模块选择2个8点的EM222；模拟量扩展模块选择2个EM235（AI4/AO1）。
此时，系统中的数字量输入点为24>12，数字量输出点为32>30，模拟量输入通道为8>7，模拟量输出通道为2=2，点数可以满足系统控制的要求。
（3）（4）CPU226的编址：I0.0~I0.7，I1.0~I1.3；Q0.0~Q0.7，Q1.0~Q1.7；模块1 EM222的编址：Q2.0~Q2.7；模块2 EM222的编址：Q3.0~Q3.5；模块3 EM235的编址：AIW0，AIW2，AIW4，AIW6；AQW0；模块4 EM235的编址：AIW8，AIW10，AIW12；AQW2。
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273与373的引脚排列是相同的,唯一的差别是两者1、11 脚的功能不同。
74LS273 1脚是低电平时,输出脚全部输出0， 即全部复位 ；当1脚为高电平时，11脚是锁存 控制端，并且是上升沿触发锁存。
74LS373 当1脚是低电平时，只要11脚上出现 一个下降沿，输出立即呈现输入脚的状态 ; 当1脚是高电平时， 输出全部呈现高阻状态 (或者叫浮空状态)。
问：有74LS244和74LS245芯片各一块，现要用于一单 片机的地址总线驱动和数据驱动，如何分配？ 单向驱动器 74LS244用于 地址总线驱动 双向驱动器 74LS245用于 数据总线驱动
74LS06：六高压输出反相缓冲器/驱动器。
问题：74、54系列IC区别，LS和HC系列区别？
74LS273：带公共时钟复位八路触发器 74LS373：是三态同相八路锁存器
(一)TTL高电平3.6~5V，低电平0V~2.4V CMOS电平Vcc可达到12V CMOS电路输出高电平约为0.9Vcc，而输出低电平约为0.1Vcc。 CMOS电路不使用的输入端不能悬空，会造成逻辑混乱。 TTL电路不使用的输入端悬空为高电平。另外，CMOS集成电 路电源电压可以在较大范围内变化，因而对电源的要求不像 TTL集成电路那样严格。
74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。 74LS244没有锁存的功能。
L 表示低电平 H 表示高电平 X 表示不定状态 Z 表示高阻态
由于总线上需要驱动的负载多，CPU是大 规模集成电路，不具备功率驱动能力，总 线驱动器的作用就是提供功率驱动。
74LS245是我们常用的芯片，用来驱动led或者其他的 设备，它是8路同相三态双向总线收发器，可双向传输 数据。
当CS上跳时，移位寄存器中 的10个数据位传送给DAC寄 存器并更新DAC的输出。当 CS保持为高电平时，移位寄 存器的数据不受DIN及SCLK 状态的影响。
设要输出的10位数据存放在R1和R2，R1存放高8 位，R2的D7和D6存放低2位。
开关信号的输入/输出
1．开关和开关量信号的区别？ 开关是一种有二个可选择的、有固定位置的装 置，主要用于向单片机输入电平信号。开关量信号就 是通过拨动开关的位置，使单片机得到的一个固定不 变的电平信号。 2．开关量信号的特点是什么？ 只有开和关、通和断、高电平和低电平两种状态 的信号叫开关量信号，通常用二进制数0和1来表示。
在外设接口电路中，经常需要对传输过程中的信 息进行放大、隔离以及锁存，能实现上述功能的接口 芯片最简单的就是缓冲器、数据收发器和锁存器。 74系列器件是一种中小规模TTL集成电路芯片， 这是一种低成本、工业和民用产品。 （1）74 X X X——标准TTL； （2）74LX X X——低功耗TTL； （3）74SX X X——肖特基型TTL； （4）74LSX X X——低功耗肖特基型TTL； （5）74ALSX X X——高性能型TTL； （6）74FX X X——高速型TTL。
所以，对273来说,1(CLR)脚必须接高电平，ALE信号经过 反相后接11脚(因为单片机的ALE信号是以下降沿方式出 现)；对373来说，1脚接低电平，保证使能，11脚直接接 单片机的ALE信号。
开关量信号输入通道结构
缓 冲 电 路 单 片 机 开关量输入通道通常由单片机 （接受和处理开关信号）、信号 输入调理电气接口（信号滤波电 平转换、隔离保护等）、信号输 入缓冲器（缓冲和选通外部输入 控制 电路 信号）、输入／输出地址译码器 （将外部开关信号转换为0，1信 号）和读／写控制电路（外部输 入信号的读写控制）组成。
5
BCD码拨盘开关
BCD码拔盘开关与单片机的接口电路 在仪器应用中，经常需要输 入少量的控制参数和数据， 有时可采用BCD码拨盘开作 为输入设备。BCD码拨盘开 关0~9十个位置，设置时可以 通过拨动表面的齿轮圆盘调 到所需位置，每个位置对应 一个数字指示。 74LS245地址为：7FFFH、0000H、….
当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器LE端为高电平 “1”，此时DAC寄存器的输出端Q跟随输入端D也就是输入寄存 器Q端的电平变化；反之，当LE端为低电平“0”时，第一级8位 输入寄存器Q端的状态则锁存到第二级8位DAC寄存器中，以便 第三级8位DAC转换器一般作为运放差动输入信号之一。 IOUT2：DAC电流输出端2, 一般作为运放另一个差动输入信号。 Rfb： 固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运放输出端。 VREF：基准电压源端，输入线，10VDC~ 10VDC。 VCC：工作电压源端，输入线，5VDC~ 15VDC。
DI0~DI7: 数据输入线，其中DI0为最低有效位LSB ，DI7为 最 高有效位MSB。
CS：片选信号，输入线，低电平有效。 WR1：写信号1，输入线，低电平有效。 ILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效 当三信号同时有效时，8位输入寄存器端为高电平"1"，此时 寄存器的输出端Q跟随输入端D的电平变化；反之，当ILE端 为低电平 "0" 时，原 D 端输入数据被锁存于 Q 端，在此期间 D 端电平的变化不影响Q端。
当外界的开关量信号的电平幅度与单片机I／ O端口的信号电平不相符时（由于这些电平信号功 率有限，加上外界还存在各种干扰和影响），应在 电平转换后(采用各种缓冲、放大、隔离和驱动电 路等措施），再输入到单片机的I／O端口上。
开关量信号和单片机的电气接口有TTL电平、CMOS 电平、非标准电平、开关或继电器的触点等，请说明 TTL电平和CMOS电平的特征？
D/A口地址：2FFFH
一路D/A输出连线图（单路模拟量输出）
2.串口方式DA MAX515
• MAX515是一个5V低功耗，电压输出型的10位串 行DA转换器。
CS跳变时SCLK应保持在低 电平，当CS为低电平时，由 SCLK的上升沿将DIN的串行 数据移入16位的移位寄存器。
移入次序为：4个哑位，之后 10个数据位（MSB在先）， 最后是作为结尾的两位“0”。 4个哑位通常可以不要。
读扳键开关状态程序段： CLR P1.0 ；准备选通和读入S1-S8状态信息 MOVX A,@R0 ；自P0口读入S1-S8状态信息 RRC A ；把P0.0移入高位 JNC KS1 ；P0.0为低电平，转KS1 LJMP KF1 ；P0.0为高电平，转KF1执行相应程序 KS1: RRC A ；P0.1为低电平，转KS2 JNC KS2 ；P0.1为高电平，转KF2执行相应程序 LJMP KF2 ┇
（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 10V ， 实 际 输 出 值 是 在 9.99V~10.01V 之间，其转换精度为±10mV 。对于 分辨率很高的D/A转换器并不一定具有很高精度。
（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D/A转换器的外接VREF 和电位器加以调整。
BCD码拔盘开关与单片机的接口电路 常见的拨盘开关是BCD拨盘开关，拨动正面的拨盘，可置 一十进制数（在正面显示该数）并转换成BCD码（呈现在背面8、 4、2、1引脚上）而输入计算机。在BCD码拨盘开关中，引脚A 一般接高电平，8、4、2、1四个引脚原来为低电平，当置某个 十进制数时，拨盘的转动将使引脚8、4、2、1某些引脚为高电 平，其余仍为低电平。从而转换成与该十进制数相当的BCD码。 4 8A 1 2
输 入 接 口 电 路
开关量信号输入通道结构
开关量输入接口
扳键开关与单片机的接口电路
扳键开关将高电平或低电平经单片机的I／O引脚输入 缓冲器74LS244，74LS244的数据输入端与单片机89C51的 P0口相连接，用于8位数据的传送89C51的P1.7和/RD作为 74LS244的选通信号 。
PC 总 CPU 线
接 口 电 路
D/A
多 路 开 关
采样保持器
V/I
通道1
采样保持器
V/I
通道 n
共享D/A结构
特点: 1、多路输出通道共用一个D/A转换器. 2、每一路通道都配有一个采样保持放大器. 3、 D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用. 4、采样保持器实现模拟信号保持功能. 5、节省D/A转换器，但电路复杂，精度差，可靠性 低、占用主机时间 .
（4）稳定时间 稳定时间:是描述D/A转换速度快慢的一个参数，指 从输入数字量变化到输出模拟量达到终值误差 1/2LSB时所需的时间。显然，稳定时间越大，转换 速度越低。对于输出是电流的D/A转换器来说，稳 定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的D/A 转换器，其稳定时间主要取决于运算放大器的响应 时间。
•
PC CPU 总 线
接 口 电 路
D/A
V/I
通道 1
D/A 多D/A结构
V/I
通道
n
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
(二) 因为TTL电路电源电压是5V，CMOS电路电源电压一般是 12V。5V的电平不能触发CMOS电路，12V的电平会损坏TTL电 路，因此不能互相兼容匹配。 (三)TTL电平标准 输出 L： <0.8V ； H：>2.4V。 输入 L： <1.2V ； H：>2.0V TTL器件输出低电平要小于0.8V，高电平要大于2.4V。输入， 低于1.2V就认为是0，高于2.0就认为是1。 CMOS电平： 输出 L： <0.1*Vcc ； H：>0.9*Vcc。 输入 L： <0.3*Vcc ； H：>0.7*Vcc.