2.7模拟量输出通道
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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。
智能仪器仪表第二章模拟量输入输出通道
void main (void ) { static uchar idata ad[COUNT]; ad0809_interrupt(ad); }
三、 AD574芯片及其接口
AD574共有5个控制引脚，定义如下：
cs CS： 片选信号，低电平有效。
_
CE： 片使能信号，高电平有效。 R c R/C：读/启动转换信号，高时读A/D转换结果，低时启动A/D转换。 12 8 12/8：输出数据长度控制信号，高为12位，低为8位。 A0： A0 有两种含义：当R/C为低时，A0为高，启动8位A/D转换； A0 为低，启动12位A/D转换。当R/C为高时，A0为高，输出低4位数据； A量输入通道
2.1.1 A／D转换器概述
一、A／D转换器的定义 A／D转换器是将模拟量转换为数字量的器件，这 个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在 一般情况下，模拟量是指电压而言的。 二、A／D转换器的技术指标 1. 分辨率与量化误差 2. 转换精度 3. 转换速率 4. 满刻度范围
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
量化误差是由A/D 转换器有限字长数字量对输入模拟量进 行离散取样（量化）引起的误差，其大小在理论上为一个单位 （1LSB ）。将实际转移曲线在零刻度处偏移1/2单位，可使得 量化误差为±1/2LSB。
A/D转换器的量化误差
2.1.1 A／D转换器概述
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术 指标，是数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。例如： 某A/D转换器为12位，即表示该转换器可以用212个二进制数对 输入模拟量进行量化。
若用百分比表示，其分辨率为（1/212)×100％ =0.025％， 若允许最大输入电压为10V，则它能分辨输入模拟电压的最小 变化量为10V×1/212 = 2.4mV。 A/D转换器的分辨率取决于A/D转换器的位数，所以习惯上 也以BCD 码数的位数直接表示。
？S7-200SMART模拟量模块两、三、四线制接线详解（附接线图）
S7-200SMART模拟量模块两、三、四线制接线详解（附接线图）二、模拟量模块接线模拟量输入模块接线如下图所示，每个模拟量通道都有两个接线端。
不同于S7-200的接线，SMART接线更加简洁，只有+、-两个端子，把传感器相应的端子接上即可。
2.1、二线制与四线制无论是电流型信号还是电压型信号，以提供信号仪表、设备线缆的条数为准，分成四线制、三线制、两线制三种类型，不同类型的信号其接线方式是不同。
线制是学习模拟量的一个难点，大家记住看提供信号的设备出线，有几根就是几线制。
下图是这几种线制的接线区别：2.2、四线制四线制信号是提供信号的设备上，信号线和电源线加起来有4根线。
提供信号的设备有单独的供电电源，除了两个电源线还有两个信号线。
四线制信号的接线方式如下图所示：2.3、三线制三线制信号是指提供信号的设备上，信号线和电源线加起来有3根线，信号负与供电电源M线为公共线。
三线制信号的接线方式如下图所示：三线制相对于四线制少了一根信号负，常用的信号源设备很少有三线制的，大多是两线制与四线制。
2.4、两线制两线制信号指提供信号的设备上，信号线和电源线加起来只有2根线。
由于S7-200 SMART CPU模拟量模块通道没有供电功能，仪表或设备需要外接24V直流电源。
两线制信号的接线方式如下图示：2.5、短接模拟量输入模块不使用的通道，要将通道的两个信号端短接，接线方式如下图示。
2.6、RTD模块接线SMART系列PLC提供热电阻输入模块EM AR02和EM AR04。
可以直接把热电阻接入PLC，读取温度值。
RTD热电阻温度传感器也有两线、三线和四线之分，其中四线传感器测温最为准确，关于温度传感器几线制的区别，大家自行搜索一下相关资料。
S7-200 SMART EM RTD模块支持两线制、三线制和四线制的RTD传感器信号，可以测量PT100、PT1000、Ni100、Ni1000、Cu100等常见的RTD温度传感器。
2.7模拟量输入通道
2.采样保持器
1) 零阶采样保持器--零阶采样保持器是在两次采样的间隔时 间内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成 原理电路与工作波形如下图所示。
VIN VIN A1 S
＋
－
A2
VOUT
t VOUT t
采样 保持
CH
(a ) 原理电路 图 2-8 采样保持器
( b ) 工作波性
采样保持器由输入输出缓冲放大器A1、A2和采样开关S、
R4 =100kΩ， R4=150kΩ，则输入电流 I 的0 ~ 10 mA 就对应电压输出V的0 ~ 5 V；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。
多路模拟开关
A/D转换器
1.工作原理
A/D转换原理主要有：逐位逼近式A/D，双积分式 A/D，电压/频率式A/D。 1）逐位逼近式A/D转换原理 一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位D/A转换 器、运算比较器、控制逻辑电路、输出锁存器等五 部分组成。如图所示，可以得到数字信号。
一个 n 位A/D转换器的模数转换表达式是 式中：n---n位A/D转换器 V ， V ---基准电压源的正、负输入 V ---要转换的输入模拟量 B---转换后的输出数字量 即当基准电压源确定之后，n位A/D转换器的输出数字量B与要转换的输入 模拟量VIN呈正比。
例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个
1×16路的模拟开关。
例题分析：下图给出了两个CD4051扩展为1×16路 模拟开关的电路。数据总线D3~D0作为通道选择信 号，D3用来控制两个多路开关的禁止端。当D3=0 时，选中上面的多路开关，此时当D2、D1、D0从 000变为111，则依次选通S0~S7通道；当D3=1时， 经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时 当D2、D1、D0从000变为111，则依次选通S8~S15 通道。如此，组成一个16路的模拟开关。
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
简要说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
简要说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
模拟量输出通道通常被用于控制和检测物理量，如温度、压力、流量等。
它可以将数字信号转换为相应的模拟信号输出，以驱动执行器或者供应传感器。
例如，如果需要控制一个加热器的温度，就可以用模拟量输出通道将数字信号转换为相应的模拟信号，供应加热器。
模拟量输出通道由四部分组成：输出端口、变换器、信号处理器和电源。
1.输出端口：该部分是模拟量输出通道的接口，用于将模拟信号传递到其他设备或系统中。
2.变换器：该部分是将数字信号转换为模拟信号的关键部分，它通常使用数字到模拟（DAC）转换器将数字信号转换为相应的模拟信号输出。
3.信号处理器：该部分对输出的模拟信号进行放大、滤波和线性化等处理，以确保信号稳定和准确。
4.电源：该部分提供通道所需的电力，以确保其稳定工作。
模拟量输出通道的功能是将数字信号转换为模拟信号输出，以便于控制和检测物理量。
其优点是具有高精度、
低噪声和广泛的应用范围。
通常应用于流程控制、自动化系统、传感技术等领域。
过程输入输出通道模拟量输出通道1课件
2021/2102/12/91/29
14
生活家饮食保健孕期选择食用油的学 问邢台 市第四 病院罕 见护理 应急预 案猪气 喘病综 合防制 技术动 物营养 系列理 想蛋白 与氨基 酸模式 的研究 进展皮 肤病的 诊断包 括病史 体格检 查和必 要的实 验室检 查我国 有关食 物添加 剂营养 强化剂 食物新 资本的 治理律 例与标 准
模拟量输出通道的组成结构 1、每个通道设置一个独立的D/A转换器（数字保持）
优点：转换速度快，工作可靠。缺点：使用了较多的D/A 转换器。
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生活家饮食保健孕期选择食用油的学 问邢台 市第四 病院罕 见护理 应急预 案猪气 喘病综 合防制 技术动 物营养 系列理 想蛋白 与氨基 酸模式 的研究 进展皮 肤病的 诊断包 括病史 体格检 查和必 要的实 验室检 查我国 有关食 物添加 剂营养 强化剂 食物新 资本的 治理律 例与标 准
D/A转换器-- 8位D/A转换器DAC0832
1、 8位D/A转换器DAC0832（双缓冲）：具有两个输入锁存 器的8位D/A转换器芯片，电流输出，能直接与计算总线连接， 20脚双列直插封装。其主要性能为：
分辨率：8位； 电流稳定时间：1ms； 功耗：20mW； 电源电压Vcc：＋5～＋15V； 基准电压Vref：+10~-10V 电平：逻辑输入电平与TTL电平兼容。
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生活家饮食保健孕期选择食用油的学 问邢台 市第四 病院罕 见护理 应急预 案猪气 喘病综 合防制 技术动 物营养 系列理 想蛋白 与氨基 酸模式 的研究 进展皮 肤病的 诊断包 括病史 体格检 查和必 要的实 验室检 查我国 有关食 物添加 剂营养 强化剂 食物新 资本的 治理律 例与标 准
模拟量输入输出通道(3-2h)
Outportb——写端口(寄存器) Outportb——写端口(寄存器) ——写端口 Outportb(基地址 偏移地址， 基地址+ Outportb(基地址+偏移地址，Intvar)
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
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
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
cai_2-测控通道-1模拟量输入2模拟量输出通道
xs (t ) = ∑ x(nTs ) • δ (t − nTs ) − −Ts 为保持时间
−∞
∞
图2-2-4零阶保持器的冲激响应和频率响应 零阶保持器的冲激响应和频率响应
• 零阶保持器的冲激响应和频率响应
xs (t ) = ∑ x(nTs ) • δ (t − nTs )
−∞ ∞
1 X s (ω ) = Ts
大信号输出传感器的使用
图2-1-4 大信号输出传感器的使用
图2-1-5频率及开关量输出传感器的使用 频率及开关量输出传感器的使用
2.1.3 信号调理电路参数设计
信号调理通常包括： • 1)小信号放大：前置放大，K，Vin，输出噪声 • 2)滤波：截止频率，折叠噪声，失真，混频 • 3)零点校正 • 4)线性化处理 • 5)温度补偿 • 6)误差修正 • 7)量程切换
VIN
VIN 2 VIN 3 VIN 4 VIN 5 VON 2 = = VIN 1 + K + K + K +K K K1 K 4 1 1 1 1 4
2
2
2
2
图2-1-9调理电路与采集电路的连接 调理电路与采集电路的连接
解决措施： 1、减小Ri，前 级加跟随器 2、选用Ron小Roff 大的开关 3、减少N
2-1-16多路切换系统的等效电路 多路切换系统的等效电路
五、主放大器的设置： • 主放大器：包括PGA，IFP • 作用：将MUX输出的子样电压放大到接近A/D满 量程，使数字转换精度提高K倍。 • “主放大器”与“前置放大器”的区别
2.1.2 传感器的选用
一、对传感器要求 • 被测量变化范围：幅 值和频率范围 • 精度，速度 • 环境要求：高温、高 压、防腐、防爆、抗 震、抗电磁干扰、功 耗、体积、质量等 二、传感器类型选择 • 小信号输出 • 大信号输出 • 数字传感器：频率量 /开关量，数字量输 出smartsensor • 集成传感器 • 光纤传感器
第3章 模拟量输出通道
VREF VOUT = I RF × Rf = −(D3 × 2 + D2 × 2 + D1 × 2 + D0 × 2 ) × 4 2
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
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
模拟量输入输出通道的组成
2、采样周期5/3ms。每个工频周期采样12次，每隔30°采样一次。
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
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
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。
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_ +
VOUT
A5 A9 A8 A7 A6 AEN A4 A3 A2 A1 A0 IOW
74LS138 G1 Y0 Y1 GA Y2 Y3 GB Y4 C Y5 B Y6 A Y7
+5V ILE
CS WR1 XFER
VREF
-5V +5V
VCC
DGND
WR2
DAC0832
图 3-5 DAC0832的单缓冲接口电路
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D/A转换接口程序：
MOV
MOV OUT
DX，220H
DX，AL
//口地址如220H送入DX
//送入D/A转换器进行转换
AL，[DATA] //被转换的数据如DATA送入累加器AL
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DAC1210接口电路
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 (MSB) DI11 D Q DI10 DI 9 DI 8 8位 输入 DI 7 寄存 器 DI 6 DI 5 DI 4 Q D LE1 PC 总线 DI 3 DI 2 DI 1 DI 0 (LSB) D Q 4位 输入 寄存 器 D Q LE2 D Q Rf b
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第三章 模拟量输出通道
3.DAC0832管脚功能
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。
5、 缺点是所需D/A转换器芯片较多
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采样保持器
PC 总 线
接 口 电 路
D/A
多 路 开 关
V/I
通道1
采样保持器
V/I
通道 n
图 3-1 （b）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 .
图 3-3 DAC0832原 理 框 图 及 引 脚
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第三章 模拟量输出通道
32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 用于存放主机送来的数字量，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。
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接口电路
DAC0832接口电路 DAC1210接口电路
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PC 总线
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0
D
Q
D
Q 8位 DAC 转换器
Rfb IOUT1 IOUT2 AGND
8位 输入 寄存器 D Q LE1
8位 DAC 寄存器 D Q LE2
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D/A转换器性能指标
D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要 参数，也是选用D/A芯片型号的依据。主要性能指 标有： （1）分辨率 （2）转换精度 （3）偏移量误差 （4）稳定时间
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（1）分辨率 分辨率:是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增 量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出 模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，
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。
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（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。
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（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。
图中,CS、WR1和BYTE1/组合，用来依次控制8位输入 寄存器(LE1)和4位输入寄存器（LE2）的选通与锁存,XFER 和WR2用来控制DAC寄存器（LE3）的选通与锁存，LOW与 WR1、WR2连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效， 译码器的两条输出线Y0、Y2分别连到CS和XFER，一条地址
数字量位数越多，分辨率也就越高 。其分辨率与二
进制位数n呈下列关系：
分辨率 = 满刻度值/（2n-1）=VREF / 2n
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（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
VREF：基准电压源端，输入线，10 VDC~ 10 VDC。 VCC：工作电压源端，输入线，5 VDC~ 15 VDC。
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当WR2和XFER同时有效时，8位DAC寄存器端为高电平“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 转换器进行D/A转换。 一般情况下为了简化接口电路，可以把WR2和XFER直接接地， 使第二级8位DAC寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级8位 输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式,特殊情况下 可采用双缓冲输入方式,即把两个寄存器都分别接成受控方式。
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： VREF n1 n2 1 0 VOUT ( Dn1 2 Dn2 2 D1 2 D0 2 ) n 2 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进制数 有关，还与运算放大器的反馈电阻Rfb以及基准电压VREF有关。
CS WR1 XFER WR 2 DAC1210
138
DGND
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上图是12位D/A转换器DAC1210与PC总线的一种接口电 路，由DAC1210转换芯片、运放以及地址译码电路组成.与8 位DAC0832接口电路不同的是，除了数据总线D7~D0与 DAC1210高8位DI11~DI4直接相连，D3~D0还要与DAC1210 低4位DI3~DI0复用，因而控制电路也略为复杂。
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D/A转换器
۩ 工作原理与性能指标 ۩ 8位DAC0832芯片 ۩ 12位DAC1210芯片
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1 D/A转换器工作原理及性能指标
现以4位 D/A 转换器例说明其工作原理，如图示。
D3 D2 数字量输入 D1 D0 IOUT IRfb +
Rf b VOUT
A
位切换 开 关
1
0 BS 3
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第三章 模拟量输出通道
8位DAC0832芯片
1. DAC0832性能
一个8位D/A转换器
电流输出方式
稳定时间为1μs 采用20脚双立直插式封装 同系列芯片还有 DAC0830、DAC0831
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2.DAC0832工作原理
(MSB) DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0 (LSB) ILE CS WR1 XFER WR2 D Q D Q 8位 DAC 转换器 Rf b IOUT1 IOUT2 AGND V RE F DGND V CC 8位 输入 寄存器 D Q LE1 8位 DAC 寄存器 D Q LE2 当LE=1时,输出数 据随输入变化。 当LE=0时,输出数 据被锁存。
I3 VREF V 23 REF 2R 24 R
I2 I3 V 2 2 REF 2 24 R
I1
I2 V 21 REF 2 24 R
由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、 D0 控制的，并不一定全是“1”。因此，可以得到通式： I OUT D3 I 3 D2 I 2 D1 I1 D0 I 0
计算机控制技术
吴国辉
模拟量输出通道
D/A转换器
接口电路
输出方式 D/A转换模板 本章小结 思考题
模拟量输出通道的任务:把计算机处理后的 数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，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3-1(a)） 和共享D/A结构（图中3-1(b)）
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DAC0832接口电路
由于DAC0832内部有输入寄存器，所以它的数据总线可 直接与主机的数据总线相连，上图为DAC0832与PC总线的单 缓冲接口电路,它是由DAC0832转换芯片、运放以及74LS138 译码器和门电路构成的的地址译码电路组成,图中，0832内的 DAC寄存器控制端的和直接接地，使DAC寄存器的输入到输 出始终直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与 输入输出指令控制，即PC的地址线A9~A0经138译码器和门 电路产生接口地址信号作为DAC0832的片选信号，输入输出 写信号作为DAC0832的写信号。