第三章 模拟量输入-输出系统
计算机控制系统4第三章 (2)
②量程 它是指所能转换的电压范围。如5V、10V等。
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
③转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确
度。A/D转换器的转换精度取决于量化误差q、微分线性 度误差DNLE和积分线性度误差INLE 。 积分线性度误差INLE: 在满量程输入范围内，偏离理想转
A/D转换器
PUSH DS
STI MOV AX,DATA
MOV AX,250AH
INT 21H MOV DX,220H
MOV DS,AX
MOV DX,220H IN AL,DX;读数 MOV ADTEMP,AL
MOV AL,21H;发EOI 命令 OUT 20H,AL POP DS;恢复现场 POP DX POP AX IRET
A B C G2A VCC y0 y1 y2
G2B y3 G1 Y7 y4 y5
* 1 * * * 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
地
y6
设计时，根据具体接口芯片的要求，AO、 A1用作端口地址。
A/D转换器
例 ： AD574与ISA总线前62根信号线（即PC/XT总线）的接口
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
74LS138 16芯译码器
• A.B.C为选择端 G1、G2A、G2B为允许端 G2=G2A+G2B
G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
微机保护的硬件构成
微机保护的硬件构成
各部分结构及功能如下：
1模拟量输入系统（数据采集系统）
微机系统只能识别数字量，保护所反应的电流、电压等模拟信号需转换为相应的微机系统能接受的数字信号。
2数据处理单元(CPU系统 )
CPU主系统——包括微处理器CPU，只读存储器（EPROM）、随机存取存储器（RAM）及定时器（TIMER）等。
CPU执行存放在EPROM中的程序，对由数据采集系统输入至RAM区的原始数据进行分析处理，并与存放于E2PROM 中的定值比较，以完成各种保护功能用来分析计算电力系统的有关电量和判定系统是否发生故障，然后按照既定的程序动作。
这是微机保护装置的核心，一般包括：微处理器(CPU)、存储器、定时器等。
CPU是微机系统自动工作的指挥中枢；存储器是用于保存程序和数据；定时器用于触发采样信号，在V/F变换中，是频率信号转换为数字信号的关键部件。
3开关量输入/输出系统
由并行口、光电耦合电路及有接点的中间继电器等组成，以完成各种保护的出口跳闸、信号指示及外部接点输入等工作。
输入系统用于采集有接点的量（如瓦斯保护、温度信号等）作为开关量输入；执行通过开关量输出，起动信号、跳闸继电器等，完成保护各种功能。
4人机对话接口
包括打印、显示、键盘、各种面板开关等，其主要功能用于人机对话，如调试、定值调整等。
用于调试、定值整定、工作方式设定、动作行为记录、与系统通信等。
包括：打印、显示、键盘及信号灯、音响或语言告警等。
5通讯接口
用于保护之间通讯及远动。
6电源
电源是微机保护装置重要组成部分，通常采用逆变稳压电源。
3.1-变电站综合自动化系统的间隔层装置(共34张)
2、测控装置：是监控系统的必要组成部分。主要完成对某 一间隔电气量的测量、控制及其他与其对应的电气间隔相关 的任务，它面向的对象主要是断路器或变压器本体等。
第2页，共34页。
3、保护装置：主要完成对某一间隔设备的保护任务。 4、公用间隔层装置：对于这类装置，不同的厂家有着不同的配置，可
为配合自动化系统工程实施，装置提供远动对点测试
功能用以快速检验本地监控和远动主站信息库，免除了监
控及远动人员手动对点的繁琐操作。
主要包括：遥信对点、遥测对点、告警事件对点和动作事 件对点。
为检验装置的通信状况，发现装置或装置所在网络中
可能存在的通信性能缺陷，装置提供相关通信端口的运行
统计信息以提供部分网络诊断数据。
似的表示方法表示软压板，保护定值已经换算为十进制，
控制字用十六进制表示。
第24页，共34页。
第25页，共34页。
（四）装置(zhuāngzhì)参数的整定
上表中，从序号4-40都是数值型定值，修改时只需将
数值修改为确定的值即可；序号1-3分别为控制字1、控制
字2、控制字3，它们是开关型定值，控制着各种保护功能
继电器STJ，Байду номын сангаас于闭锁启动重合闸等；跳闸位置继电器TWJ
和合闸位置继电器HWJ的触点作为断路器的跳、合状态量
送CPU采集。
第9页，共34页。
第10页，共34页。
装置各模块(mó kuài)的作用：
4、通信插件（COM):主要用于光纤通信及通信扩展，包含 一对光纤收发接口、一个LonWorks接口、IRIG-B码对时接 入。
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。
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
微机保护装置硬件原理lppt课件
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
3）多路转换开关
通常被测量或被控制量往往可能是几路或 几十路。例如，阻抗、功率方向等都要求对各 个模拟量同时采样，以准确的获得各个量之间 的相位关系，以进行保护计算。
2）低通滤波
采样间隔的倒数称为采样频率。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
要求：采样频率必须大于2倍最大频率，这 采样定理。
因短路瞬间电流、电压中含有高频率信 号，为了防止混叠误差，要求采样频率很高， 势必增加对硬件的要求。实际上目前大多数微 机保护原理多是反映工频量的，或反映某些高 次谐波，故可以在采样之前将最高信号波频率 分量限制在一定频带内。一般在采样前用一个 低通滤波器（ALF）将高频分量滤掉。
为了保持各个输入离散化的同时性对微机继 电保护才有意义。常用的方案是多通道合用 一个A/D转换器，同时采样，依次A/D转换。
通道1
采样保持器1
多
通道2
路
数
采样保持器2
A/D转换器
据
转
.
总
.
线
.
换
.
.
.
器
通道n
采样保持器3
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
VFC式的模数转换是将电压模拟量成比例 地变换为数字脉冲频率，然后由计数器对脉冲 计数，将计数值送给CPU。
第三章模拟量输入通道介绍
也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。
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：图3-4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 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。
在控制系统Байду номын сангаас，对被控量的检测往往采用各种 类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
1. 无源I/V变换
2. 有源I/V变换
1.无源I/V变换
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻 来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如 图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于0-
当系统各个物理量随时间变化的规律不能用连续函数描述 时，而只在离散的瞬间给出数值，这种系统称为离散系
统。
离散系统的采样形式--有周期采样、多阶采样和随 机采样。应用最多的是周期采样。 周期采样--就是以相同的时间间隔进行采样，即把 一个连续变化的模拟信号y(t)，按一定 的时间间隔T 转变为在瞬时0，T， 2T，…的一连串脉冲序列信号 y*(t)， 如图3-7所示。
R2 + R3 A R4 (b) 有源I/V变换电路 R5 V
(a) 无源I/V变换电路
图 2-2 电流/电压变换电路
图 3-2 电流/电压变换电路
建筑设备自动化课件(第三章)
交流接触器工作原理
i
• （2）无触点的电子开关 • 特点： • 可实现高频(4次/S)的通断控制，从而实现对加热器加热容 量的精确、平滑调节 • 受负载功率限制，成本随负载功率急剧增加
• 3.3.2风机、制冷压缩机的电机控制
• 1.常用几种控制方式 • (1)直接启停控制 • 对一个交流接触器控制
• 2.直接数字控制器（DDC）
• a 组成
•
微处理器、过程输入输出通道
• 过程输入输出通道包括：
•
• • • • 数字量输入通道 DI 数字量输出通道 DO 模拟量输入通道 AI 模拟量输出通道 AO 串行通信通道 UART
b 原理 • 通过模拟量输入通道（AI）开关量输入通道（DI）采集实 时数据，按照预先选用的控制规律（PID、前馈等）进行运算， 并通过模拟量输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接控 制现场设备，实现对生产过程的闭环控制。
•
• • • •
•
电动风阀结构与原理
• • • • •
• •
2.热敏电压型
如热电偶
特点: 一致性好,灵敏度差,价廉
3.IC型感温元件 典型的智能传感器，直接以数字通信 方式 输出测出 的温度数据的 感温元件，是今后传感器的发展方向
• b 湿度传感器 • 测量相对湿度： • 电容： • 氯化锂露点式温度计
• c 各种开关传感器
• 压力开关 • 特点: 可以改变压力开关报警输出的压力设定值；使 用前需进行标定；不能直接带动功率过大的电动设备。 • • 流速开关 • • 水位开关 • 微压差报警开关
3.1恒温恒湿空调机及其控制管理要求
分任务实现:
设备启停 工况调节 安全保护 状态监测 远程管理
光伏电站监控系统基本架构及构成
光伏电站监控系统基本架构及构成一、光伏电站计算机监控系统架构光伏电站计算机监控系统的主要任务是对电站的运行状态进行监视和控制，向调度机构传送有关数据，并接受、执行其下达的命令。
站控层设备按电站远景规模配置，间隔层设备按工程实际建设规模配置。
各部分设备组成如下：1.站控层设备由主机兼操作员站、远动通信设备、公用接口装置、网络设备、打印机等组成，其中主机兼操作员站、远动通信设备按双套冗余配置，远动通信设备优先采用无硬盘专用装置。
2.间隔层设备包括光伏逆变器、汇流箱、太阳跟踪系统、气象监测系统及辅助系统的通信控制单元，光伏发电单元规约转换器，保护和测控装置等设备。
3.网络层设备包括网络交换机、光/电转换器、接口设备和网络连接线、电缆、光缆及网络安全设备等。
站控层与间隔层通常采用以太网连接，110kV及以上电站采用双重化网络，35kV电站采用单网结构。
站控层、间隔层网络交换机采用具备网络管理能力的交换机，站控层交换机的容量根据电站远景建设规模配置，间隔层交换机的容量根据远景出线规模配置，网络媒介在室内采用五类以上屏蔽双绞线，室外的通信媒介采用光缆。
二、光伏电站计算机监控系统站控层（一）数据采集通信子系统数据采集通信子系统一般由两套前置机及其通信接口装置、网络设备等组成。
其中。
前置机负责与各间隔层设备进行数据通信，完成数据采集与通信功能;通信接口装置负责与直流系统、UPS、电能量采集装置等其他智能设备进行数据通信。
前置机通过站控层网络与主机、工作站。
远动工作站等站控层设备连接，实现站控层内部通信功能。
间隔层设备直接接入站控层网络，站控层网络一般采用快速交换式以太网，以实现站控层与间隔层之间数据的快速交换。
数据采集和通信功能由主机、人机工作站、远动工作站等站控层设备的通信软件模块完成，一般要求站控层和远动工作站直接读取间隔层设备的信息，即信息采集遵循"直采直送"的原则。
光伏电站计算机监控系统一般采用双主机兼操作员站模式，主机是站控层数据收集、处理、存储及发送中心。
plc课件 plc-3 第三章 s7-300plc的编程基础及指令系统
2021/7/13
19
7、数据块DB
（1）共享数据块(Shared DB)
共享数据块为系统或用户自定义的数据结构（与 C语言中的结构类似），可供所有逻辑块使用。名 称为DBn，n为编号（一般为1～2047，具体可定义 的个数，视CPU型号而定），其属性Shared 。在 DB中可定义各种类型的数据变量，且可对变量赋初 值。支持DB绝对地址访问及变量形式访问。
本地数据
13
二、S7-300系列PLC的寻址（地址分配）
1、基于槽位的寻址
基于槽位的寻址为默认设置。
机架号为0～3，０号机架为CPU机架，其余 为扩展机架。
CPU机架上的槽号为1～11，槽号1放置电源 模块（PS），槽号2放置CPU模块（CPU）， 槽号3放置接口模块（IM），槽号4～11放置其 它模块(SM、FM、CP）
依CPU型号，存储器大小为128～2048B不等， 支持位寻址、字节寻址、字寻址和双字寻址。
位 存 储 区 以 M 标 识 ， 如 ： M0.0 、 MB0 、 MW0、MD0 (字地址为偶数地址0、2、4…， 双字地址为0、4、8…）等。
6、定时、计数器存储区寻址
依CPU型号不同，可有64～256个定时器， 32～256个计数器。定时器标识符为T，计数器 标识符为C。如：T0，C0等。
2021ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ7/13
9
第6位和第7位（CC0、CC1）：条件码0和条件 码1。两位结合用于表示算术运算或逻辑运算的结 果与0的大小关系，以及比较指令的执行结果或移 位指令的移出状态。
第8位（BR）：二进制结果位。用于表示字操作 的结果是否正确。1—正确，0 — 错误。
3. 地址寄存器（AR1和AR2）
SCADA教材
SCADA系统北京易控微网科技有限公司王铁钢著目录第一章SCADA系统概述 (3)1.1.SCADA系统的意义 (3)1.2.SCADA系统的构成 (3)1.3.SCADA的主站系统 (4)1.4.SCADA的通讯系统 (5)1.5.SCADA的远方终端单元 (5)1.6.SCDAD的典型应用 (6)第二章SCADA主站系统 (7)2.1.概述 (7)2.2.系统硬件构成 (7)2.3.系统软件构成 (11)2.3.1.规约接口模块 (12)2.3.2.实时数据库 (12)2.3.3.图形界面 (14)2.3.4.图形工具 (14)2.3.5.报警 (15)2.3.6.历史数据 (15)2.3.7.网络发布 (16)2.3.8.主站系统的工作阶段划分 (16)2.4.SCADA软件的上层应用 (17)第三章SCADA通讯系统 (18)3.1.概述 (18)3.2.有线系统 (21)3.3.无线系统 (22)3.4.网络系统 (23)第四章远程终端单元（RTU） (25)4.1.概述 (25)4.2.远程信号 (25)4.3.远程命令 (27)4.4.远程测量 (28)4.5.远程调节 (29)4.6.交流采样技术 (30)4.7.其它测量技术 (31)4.8.电源系统 (31)4.9.通信接口 (32)4.10.系统软件 (33)第一章SCADA系统概述1.1. SCADA系统的意义SCADA是Supervisory ControI And Data AcquiSition System 的缩写，是对分布距离远，生产单位分散的生产系统的一种数据采集、监视和控制系统。
了解生产情况是实施科学生产的基础，如果生产过程分布很近，可以采用就近控制的办法，就地接线，就地监视，就地控制，对于复杂的过程生产采用DCS系统控制的比较多，也有采用PLC的或者专业控制器。
而对于生产各个环节分布距离非常远的，比如几公里，几十公里，几百公里甚至几千公里的，如变电站，天然气管线，油田，自来水管网，随着技术的发展，人们慢慢发展出远程采集监视控制系统，称为SCADA系统。
第三章 微机继电保护基础
跟随器的输入阻抗很高（达 1010 ）， 输出阻抗很低（最大 ），因而A1对输入 6 u sr 来说是高阻抗；而在采样状态时，对 信号 C h 为低阻抗充电，故可快速采样。又 电容器 由于A2的缓冲和隔离作用，使电路有较好的 保持性能。
SA为场效应晶体管模拟开关，由运算放大器A3 驱动。A3的逻辑输入端 S / H 由外部电路（通常可 C h 处于 由定时器）按一定时序控制，进而控制着 采样或保持状态。符号 表示该端子有双重功 S/H 能，即 S/H S / H ＝“1”电平为采样（Sample）功能, ＝“0”电平为保持（Hold）功能。某个符号 上面带一横，表示该功能为低电平有效，这是数字 电路的习惯表示法。
A1和A2的接法实质相同，在采样状态（SA接通时），A1 的反相输入端从A2输出端经电阻器R获得负反馈，使输出跟 踪输入电压。在SA断开后的保持阶段，虽然模拟量输入仍 在变化，但A2的输出电压却不再变化，这样A1不再从A2的 输出端获得负反馈,为此在A1的输出端和反相输入端之间跨 接了两个反向并联的二极管，直接从A1的输出端经过二极 管获得负反馈，以防止A1进入饱和区，同时配合电阻器R起 到隔离第二级输出与第一级 fmax
目前大多数的微机保护原理都是反映工频量的，在这种 情况下，可以在采样前用一个低通模拟滤波器（Low Pass Fliter， LPF）将高频分量滤掉，这样就可以降低 f S 。实际 上，由于数字滤波器有许多优点，因而通常并不要求图3-1中 的模拟低通滤波器滤掉所有的高频分量，而仅用它滤掉 f S / 2 以上的分量，以消除频率混叠，防止高频分量混叠到工频附 近来。低于 f S / 2 的其他暂态频率分量，可以通过数字滤波 来滤除。
由于Z g 很小，所以共模干扰信号对变 换器二次侧的影响得到了极大的抑制。这 样中间变换器还起到屏蔽和隔离共模干扰 信号的作用，可提高交流回路的可靠性。
三、第3章(1) PLC程序设计基础
B
C
M ( ) Q ( )
母线
继电接触器控制线路图
结构：电源线、触点、线圈； 实际的元件、有电流
图3.1 典型的梯形图
结构：母线、触点、线圈、盒； 软元件、能流
梯形图的一个关键概念是“能流”(Power Flow)，这仅是概念上的“能流”。把左边的母 线假想为电源“火线”，而把右边的母线(虚线
所示)假想为电源“零线”。如果有“能流”从
I、Q、V、M、S、SM、L均可按位、字节、 字和双字来存取。
无符号整数－正数（格式： Byte/Word/Dword）
整数
数
有符号整数－有正有负 （格式：INT/DINT)
浮点数（Real） （实数）－带 小数点
5、负数如何表达？ 在计算机中，负数以其正值的补码形式表达。 原码－一个整数，按照绝对值转换成的2#数； 反码－将2#数按位取反，所得的新数为原2#数的反码； 补码－反码加1；
PLC编程语言的国际标准 IEC 61131-3标准的5种编程语言： (1) 顺序功能图(Sequential Function Chart)； （SFC) (2) 梯形图(Ladder Diagram)；(LAD) (3) 功能块图(Function Block Diagram)； (FBD) (4) 指令表(Instruction List)；(IL) (5) 结构文本(Structured Text)。(ST)
图3-2梯形图与语句表
图3-3 功能块图
“能流”(Power Flow)只能从左向右流动。 1个网络（Network）中只能放1块独立电路。 功能块图（FBD）类似于数字逻辑门电路。 STEP 7-Micro/WIN的IEC 61131-3指令集只提供梯形图、功能块图。 地址前加“％”，其指令不区分数据类型。
计算机控制技术王建华主编第二版第三章课后答案
1、A/D 转换的主要性能指标有哪些？ 答：转换时间、分辨率、线性误差、量程、对基准电源的要求等。
2、计算机与模拟量输入接口交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点？ 答：程序查询式：程序设计比较简单，可靠性高，但实时性差； 延时采样方式：硬件设计简单，但信息传递较前述方式慢； 中断方式：提高了系统的工作效率； DMA 方式：传输速率大大提高。
3、模拟量输入接口设计主要解决那几个方面的问题？ 答：数据输出线的连接方式，选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法，电源和地 线的处理，与计算机信息传递的方式。
4、模拟量输入通道由那几部分组成？ 答：模拟量输入通道一般由 I/U 变换，多路转换器、程控放大器、采样/保持器、A/D 转 换器、接口及控制逻辑等组成。
5、采样/保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样/保持器？为什 么？ 答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可 采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在 A/D 转换之前信号就发生了变化， 致使 A/D 转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。
并不是所有 的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在 A/D 转换之前信号 就发生了变化，致使 A/D 转换的结果出错，所以只要 A/D 转换的时间比信号变化的时间短 就不需要。
6、在模拟量输入通道中，为何通常要使用可编程放大器？ 答：因为在模拟输入通道中，多路被测信号常常共用一个测量放大器，而各路的输入信号 大小往往不同， 但都要放大到模数转换器的同一量程范围内获取适合的分辨力， 所以常要使 用可编程放大器。
7、隔离放大器有几种形式？各有什么特点？ 答： （1）变压器耦合隔离放大器：线性和稳定性好，隔离电压和共模抑制比高，应用电路 简单，频带较宽； （2）主要起到抗共模干扰和良好的安全保障作用。
第三章 IO接口技术及IO通道
查询设备状态标志值的方法有三种： 1．每个设备对应一个状态端口（实际 只有一位，是一个状态触发器），CPU查询 一个设备的状态标志，经判断作出相应的 I/O处理后，再查询、判断、处理下一个设 备。
2．把各个设备的状态标志位集中起来 ，用一个统一的专用状态端口来存放，CPU 一次读取后就可对所有设备的当前标志进行 测试、判断和进入相应处理。 上述两种方法的设备优先级都是由查询 的顺序决定的。
#include <dos.h>; #include <stdio.h>; main ( ) { int i; outportb(0x303,0x89); outportb(0x300,0x55); outportb(0x301,0xAA); i = inputb(0x302); return ; }
处理办法：堆栈指针永远指向堆栈。
3.2.3 DMA控制方式
DMA控制方式的概念： 即直接存储器存取方式，它采用一个 专用的硬件电路DMA控制器（在PC机的主 板上）来控制内存与外设之间的数据交换， 无需CPU介入，从而大大提高了CPU的工 作效率。
DMA控制方式的输入接口电路示意图
DMA控制方式的数据交换过程
开关的闭合与 断开，指示灯的亮 与灭，继电器或接 触器的吸合与释放， 马达的启动与停止， 阀门的打开与关闭 等
开关量输入、输出接口分别如图3-6、图3-7所示
图3-6开关量输入接口
图3-7开关量输出接口
思考：为什么要有输入缓冲器和输出锁存器？
由前可以看出，由缓冲器担当了输入接口，由锁存 器担当了输出接口，此外，常用数字量输入输出接口还 有可编程并行I/O扩展接口。
3.2.2 中断控制方式 中断控制方式的优点: 不仅省去了CPU查询外设状态和等待外 设准备就绪所花费的时间，提高了CPU的工 作效率，而且还满足了外设的实时性要求。
微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
第三章模拟量输入通道
NOP OR AL，01000000B OUT DX，AL AND AL，10111111B OUT DX，AL MOV DX，2C0H POLLING： IN AL，DX TEST AL，80H
JNZ POLLING
；置采样缓冲区首址 ；8255A的PC口址 ；送PC口控制信号与通道号
；CE=1 ；启动A/D ；CE=0 ；8255A的PA口址
1.无源I/V变换
构成－－无源器件电阻＋RC滤波＋二极管限幅等实现， 取值: 输入0- 10 mA，输出为0 -5 V ，R1=100Ω，R2=500Ω；
输入4 -20 mA，输出为1 - 5 V，R1=100Ω，R2=250Ω； 电路图：
2. 有源I/V变换
构成－－ 运算放大器＋电阻电容组成；
（4）非线性误差
A/D转换器实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的 最大偏差。在转换器设计中，一般要求非线性误差不大于 1/2LSB。通常用非线性误差来表示A/D转换器的线性度。
3.5.2 ADC0809及其接口电路
主要知识点 1. ADC0809芯片介绍 2．ADC0809接口电路
1. ADC0809芯片介绍
同样，在A/D转换器与PC总线之间的数据传送上也可以 使用程序查询、软件定时或中断控制等多种方法。由于 AD574A的转换速度很高，一般多采用查询或定时方式。其接 口电路及其程序参见下一节。
3.6 A/D转换模板
1、A/D转换模板也需要遵循I/O模板的通用性原则：符合 总线标准，接口地址可选以及输入方式可选。输入 方式可选主要是指模板既可以接受单端输入信号也 可以接受双端差动输入信号。
将输入信号放大到A/D 可接受的范围
核心，实现A到D 的转换
第三章 测控系统输入输出通道设计
一、开关量输入通道
开关量输入通道的结构如图所示。
来 自 生 产 过 程
输入 调理 电路
输入 缓冲 器
地址译码器
微 机 总 线
1. 输入调理电路
开关量输入调理电路的主要功能是： 转换：过程状态→ 适于计算机输入的信号 保护 消除瞬时高压、 滤波 积分电路消 过电压、接触 隔离
解：
Vi max 2m Vi min
450/0.1=4500
212=4096 因此选至少13位的A/D 采样速率 16次/s 采样时间为 62.5ms
一般的A/D都可达到。
选择A/D转换器时需要考虑因素
线性误差： 指A/D转换器在满量程内的输入和输出之间 的比例关系不是完全的线性而产生的误差。 转换速度 ： 指A/D转换器完成一次转换所需要的时间，是 从模拟量输入至数字量输出所经历的时间。
3. 采集电路的工作时序和最高允许频率
数 字 输 出
输出地址 捕捉时间
通道指令 S ≥ tAC H ≥ tS S/H指令
模 拟 通 道
模 拟 多 路 开 关
地址 译码
S/H
S/H 指令 启 动 转 换
A/D
EOC
逻辑控制
通道指令
启动转换
tc EOC
保持建立时间
T
开始转换
基准电源稳定度： 当基准电源电压变化时，将使A/D转换 器的基准电压发生变化，从而使输出数字量 发生变化。这种变化的实质，相当于输入模 拟信号有变化，从而产生误差。 A/D转换器工作的环境（温度、功耗、可靠 性） A/D转换的输出（串行、并行），与选用的 计算机和系统的整体设计有关。
A/D转换器的误差为： 1
1 LBS 2
计算机控制技术及工程应用期末考点重点大全
第一章，计算机控制概述1，计算机控制系统的硬件由主机，常规外部设备，过程输入/输出（I/O）通道，操作台，通信设备组成。
2，DAS，数据采集系统3，OGC操作指导控制系统4，DDC，直接数字控制系统5，SCC，监督计算机控制系统6，DCS，分散控制系统7，FCS，现场总线控制系统8，CIMS，计算机集成制造系统第二章，模拟量输出通道1，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。
主要由接口电路，数/模转换器，电压/电流变换器等构成。
2，D/A转换器的性能指标，分辨率，转换精度，偏移量误差，线性误差，稳定时间。
3，由于电流信号1，易于远距离传输，且不易受干扰,。
2，在过程控制系统中，自动化仪表接收的是电流信号。
故输出通道常用电流信号传递信息。
4，D/A转换模板具有通用性，体现在，符合总线标准，接口地址可选，输出方式可选。
5，十三，十四页，图。
第三章，模拟量输入通道1，模拟量输,入通道的任务，把控制对象的过程参数如温度电压等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。
2，把连续变化的量变成离散后在进行处理的计算机控制系统称为离散系统或采样数据系统。
采样形式，周期，多阶，随机采样。
3，A/D转换器从原理上可分为，逐位逼近式，双积分式，电压/频率式。
4，A/D转换器的性能指标，分辨率，转换精典型的度，线性误差，转换时间。
5，A/D转换器的接口电路主要解决主机如何分时采集多路模拟量输入信号。
典型的两种接口电路，查询方式读入A/D转换数，定时方式读入A/D转换数。
第四章数字量输入输出通道。
1，光电耦合隔离器按其输出级不同分为，三极管型，单向晶闸管型，双向晶闸管型。
2，数字量输入通道把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。
以开关和脉冲输入形式居多。
3，数字量输出通道把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。
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连接协议：MODBUS、CDT等多种常用协议 用户提供的其他协议
接口类型：以太网接口、RS232、RS485接口
扩展接口：插板式设计，接口数量可以按需求任意配置（不大于最大配置）
性能：
接口速率：以太网接口，10Mb/S 2400、4800、9600、19200bit/s
RS232/RS485，300、600、1200、
DEC 3000 AXP Alpha
CONTROL CENTRE
网络
通信管理机
RS232/484
保测控 保测控 保测控 保测控 护量制 护量制 护量制 护量制
返回
应用：
电动机监控、远方泵站监控、变配电自动 化、工厂自动化，抄表系统
配置：
网络接口： 以太网接口 路 数：4路
串行接口： RS232/RS485接口 路 数： 16路
Low-pass filter
• passes low-frequency signals but attenuates 消弱、衰减 (reduces the amplitude of) signals with frequencies higher than the cutoff关断 frequency.
• EEPROM Electrically Erasable Programmable Read Only Memory,电可擦可编程只读存储器
管理机模式
B8
C1 T1
B1
B3
B4
B9
Station A C2 T2
B2 B7
B5
B6
C7
1252 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123 123
个采样保持器和A/D转换器进行采样和转换 • A/D转换器（Analog to Digit Converter) 将模拟量转换
成数字量
电压形成回路
• 滤波器是一种选频装置，它允许输入信号 中的特定频率成分通过,同时抑制或极大地 衰减其它频率成分。
• 根据滤波器的选频特性，一般将滤波器分 为低通、高通、带通和带阻四种，
对时接口： RS232/RS485接口（GPS接 口），占用标准串行接口 对时脉冲1路
人机接口：汉字液晶显示/键盘（面板） 1 路隔离串行通信接口（RS232），连接PC 机
电 源：AC220V/DC220V
机 箱：19英寸标准工业机箱
功能：
连接设备：数据采集设备、保护设备、远方控制设备、智能仪表、其它智 能设备。
电源范围：AC220V±20%、50Hz或DC220V±20%
安装形式：嵌入式
第三章 模拟量输入/输出系统爱模拟电路，一种细微而极致的美； 爱上数字电路，一种严谨而慎密的美； 爱上程序代码，一种自由而奔放的美； 爱上布线路板，一种优雅而流畅的美。
变电站综合自动化系统的微机系统 结构
• 微型机系统 • 开关量输入/输出回路 • 人机对话回路 • 通信回路 • 电源 • 模拟量输入/输出回路
• SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition)数据采集与监视控制系统
• SCADA系统的应用领域很广，它可以应用于电力 系统、给水系统、石油、化工等领域的数据采集 与监视控制以及过程控制等诸多领域。在电力系 统以及电气化铁道上又称远动系统。
• SCADA系统是以计算机为基础的生产过程控制与 调度自动化系统。它可以对现场的运行设备进行 监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、 参数调节以及各类信号报警等各项功能。
• 时间取量化的过程称之为采样，即在给定的时刻 对连续的信号进行测量。
• 采样周期Ts • 采样频率fs
原始信号
PAM脉冲
3.2
3.9 2.8
3.4
4.2
1.2
PCM 脉冲
3
4
3
（有量化误差）
3
4
1
011 100 011 011 001 100
PCM 输出 011100011011001100
采样方式（单一通道采样方式）
模拟信号波型
V(t)
0
t
数字信号波型
V(t)
0
t
模拟量输入通道的构成
• 电压形成回路 进一步的降低和变换电压和电流 • 模拟低通滤波（ALF）阻止频率高于某一数值的信号进入
A/D转换系统 • 采样保持器（Sample Holder）测量模拟信号在某一个时
刻的瞬时值并保持 • 多路转换开关（Multiplexer）可以使多个模拟量共用一
• 其对应的幅频特性如图所示，图中虚线为 理想滤波器的幅频特性。
⑴低通滤波器 通频带为0-fC2， fC2-∞为阻带。 ⑵高通滤波器 与低通滤波器相反,通频带为 fC1-∞，f0-fC1为阻带。 ⑶带通滤波器 通频带为fC1-fC2，其它频率为阻带。 ⑷带阻滤波器 与带通滤波器相反，阻带为fC1-fC2，其它频率为通带。
采样及采样保持电路
电力系统中的模拟量有三种形式
• 快速变化的交流电流、交流电压等交流量 • 变化缓慢的控制母线及操作母线的直流电
压量 • 变化缓慢的非电量
采样
• 量化过程：1、把时间的连续信号按一定的时间 间隔变成时间的离散序列，称之为时间取量化； 2、逐一将离散信号电平转换为二进制数表示的 数字量，称之为幅值取量化。
• It is sometimes called a high-cut filter
Question:为什么要在模拟量输入通 道中设置低通滤波器？
模拟量输出通道组成
• 接口电路interface circuit • 输出锁存output flip-latch • D/A转换器 Digital to Analog converter • 放大驱动电路magnify and drive circuit
• RAM Random-access memory
• ROM Read Only Memory
• EPROM Electrically Programmable Read -Only Memory 电可编程序只读存储器; Erasable Programmable Read Only Memory,可擦可编程 只读存储器; = erasable PROM, 可擦(可)编程只 读存储器