03第三章-计算机控制系统输出接口技术

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CPU等待方式:利用CPU的READY引脚功能,设法在A/D转换期间使READY处于 低电平,以使CPU停止工作,转换结束,则使READY成为高电平,CPU读取转换 数据.
固定的延迟程序:此方法需要预先精确知道一次A/D转换需要的时间,当CPU发出 启动命令后,执行一个固定的延迟程序,此程序执行完时,A/D转换也正好结束, 于是,CPU读取数据.
AD574的 端,
输入端。
CS
CS I/OCS16
0为查询口, 1为AD574的片选,同样用地址线A0 配合 1分别产生相应
的奇Y 地址和偶地址Y 。
Y
计算机控制技术
D11~D8
1
74LS 244
1
D7~D0
1
ISA 总线
AEN
A1~1 A9
1 IOR I1OW 1
I/O CS16
1 A0 1
74LS
线性误差: 在满量程输入范围内,偏离理想转换特性的最大误差定义为线性 误差。线性误差常用LSB的分数表示,如1/2LSB或±1LSB。
量程:即所能转换的输入电压范围,如-5V~+5V,0~10V,0~5V等。
对基准电源的要求:是否要外接精密基准电源。
计算机控制技术
A/D转换器的工作原理
把模拟量信号转换为n位二进制数字量 信号的电路,通常分四步进行:
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
3.1.5 模拟量输入通道的结构组成
I/V
多 路 程 控
变 换 器 转 换 器 放 大 器
采 样 保 持 器
A /D 接 口 逻 转 换 器 辑 电 路
P C 总 线
百度文库
模拟量输入通道的组成结构
多个过程参数由传感器和变送器测量并转换为电流(电压)形式后,再送至多路开 关,在微机的控制下,由多路开关将各个过程参数依次切换到后级,进行采样和A/D转换, 实现过程参数的巡回检测.
采 样 保 持 器
A /D 接 口 逻 转 换 器 辑 电 路
P C 总 线
模拟量输入通道的组成结构
计算机控制技术
3.1.1 A/D转换器主要参数
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置。
常用的A/D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。 逐次逼近式: 转换时间短(几个微秒~几百个微秒),但抗干扰能力较差。 双斜积分式: 转换时间长(几十个毫秒~几百个毫秒),抗干扰能力较强。
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
计算机控制技术
3.1.3 12位A/D转换器芯片AD574A
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
AD574A结构框图
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
AD574A是分辨率为12位的A/D转换器芯片,下图为其原理结构框图.
模拟 信号 输入 线
AGND 9
5K 20VIN 14
10VIN 13
5K
BIP OF 12
10K
REF IN 10
REF OUT 8
10V 基准 电源
VDD 7 VEE 11 VCC 1 DGND 15
+ -比器 较
时钟 电路
D/A 转换器 AD565A
逐位 逼近 寄存器 (SAR)
控制 逻辑 三态 输出 锁存 缓冲器
模块由A/D转换部件、模拟切换开关、补偿电路、恒流源、光电隔 离部件、逻辑电路等组成.
A/D转换采用积分法, SM331可选四档积分时间:2.5mA,16.7mA, 20mA,100ms,相对应精度为:9,12,12,14位。
每一种积分时间有一个最佳的噪声抑制频率f0,以上四种积分时间分 别对应400Hz,60Hz,50Hz,10Hz.例如A/D的积分时间设为20ms, 则它的转换精度为12位,此时对频率为50Hz的噪声干扰有很强的抑 制作用.在我国为了抑制工频及其谐波的干扰,一般选用20ms的积 分时间.
计算机控制技术
3.1.4模拟量输入接口设计
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
2. AD574与ISA总线的接口 (查询方式)
1) 12/ 8 接+5V,A/D转换的12位数据一次读出;
2) 采用如下图查询方式实现A/D转换,转换结束信号STS从D0位读入;
3) 为通知ISA总线进行16位I/O读写操作,须将译码器 输出,送
A/D转换器的外部特性
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
1.转换启动线(输入):由系统控制器发出的控制信号,此信号有效,转 换开始。
2.转换结束线(输出):转换完毕后由A/D转换器发出的状态信号,由它 中断或DMA传送,或作查询之用。 3.模拟信号输入线:来自被转换的对象,有单通道输入与多通道输入之分。 4.数字信号输出线: 由A/D转换器将数字量送给CPU的数据线。数据线的根 数表示A/D转换器的分辨率。
给定量 + e
r
控制器
被控量
D/A
执行机构
被控对象
y
工业控制机
A/D
测量变送
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第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
3.1模拟量输入接口技术
模拟量输入接口一般由接口电路、控制电路、模/数转换器和电流 /电压(I/V)变换器等构成,其核心是模/数转换器,简称A/D。
I/V
多 路 程 控
变 换 器 转 换 器 放 大 器
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第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
3.1.6 IPC、DCS、PLC模拟量输入通道
1.IPC模拟量输入通道 IPC模拟量输入通道由三部分组成:PC总线接口、模板功能和信号调理。 模板功能包括采样、隔离、放大、A/D电路的设计和接口控制逻辑。
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
计算机控制技术
3.1.4模拟量输入接口设计
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
CPU 与A/D转换器的工作方式:
程序查询: 在启动A/D转换器工作后,程序不断读取A/D转换结束信号,如果发现结 束信号有效,则认为完成一次转换,因而用输入指令读取数据.
中断方式:把转换结束信号作为中断请求,送到中断控制器的中断请求输入端.
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
2.DCS模拟量输入通道 XDPS(Xin Hua Distributed Processing System)集散控制系统是新华控制工程 有限公司推出的。其输入/输出卡的主要特点: 高性能,低功耗,智能化;
特点: (1)转换速度快;
(2)抗干扰能力差.
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第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
双斜积分式
原理:双积分ADC的基本原理是对输入模拟电压和参考电压分别进行两次积分, 将输入电压平均值变成与之成正比的时间间 隔,然后利用时钟脉冲和计数器 测出此时间间隔,进而得到相应的数字量输出。由于该转换电路是对输入电 压的平均值进行变换,所以它具有很强的抗工频干扰能 力,在数字测量中得 到广泛应用。
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术 计算机控制系统的输入输出接口(经常被称作生产过程通道)是计 算机与生产过程或外部设备之间交换信息的桥梁。
用于过程控制计算机的输入输出接口可以分为模拟量输出接口、模拟 量输入接口、开关量(数字量)输入输出接口。
R/C
1
10VIN
1A0 1
1-15V 0~1 10V 1
AD574与ISA总线的连接
计算机控制技术
程序流程图
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
CPU写信号给外设地址, 启动A/D转换(R/C为低)

CPU读入STS信号,判断是否转换结束?

从D11---D0读入转换好的12位数字量信号
计算机控制技术
采样, :把时间上连续变化的模拟量转换 为一个时间上断续变化的(离散的)模 拟量(P39图3.14)
保持:将采样得到的模拟量信号在单位时 间内保持下来(保持电路)
量化:用基本的量化电平q的个数表示保 持电路里的模拟电压值,其实质是把 时间上离散而数字上连续的模拟量变 为时间和数字上都离散的数字值.
编码:把量化的数字值用二进制码或BCD 码表示出来.
2 12/8
3 CS
4 5
A0 R/C
R/C:读,启动转换
6 EC 信号控制线
20 STS
STS:转换结束
27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16
D11 MSB
D10
D9
D8
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1 D0
LSB
输出线
D0-- D11 转换数据 输出线
计算机控制技术
计算机控制技术
3. PLC模拟量输入通道
SIMATIC S7-300构成: 导轨(RACK) 电源 中央处理单元CPU模块 接口模块(IM) 信号模块(FM)
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
SM331 AI 8×12位模块的电气原理如图3.18所示。
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
2 在选择和使用A/D转换器芯片时,除满足转换速度和分辨率要求之外, 要注意A/D转换器的连接特性,有以下几点:
(1)A/D转换器芯片的转换启动信号是用电位启动还是脉冲沿启动。
(2)A/D转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器来输出数字量。
(3)输出数字量的形式,是二进制还是BCD码。
带CPU的卡件都设置了系统复位按钮,看门狗、延时上电、热插拔保护等电路; 带RS-232接口的卡件可进行动态测试和校验; 信号的输入、输出采用光电隔离,供电电源采用DC/DC隔离。
AI模拟量输入卡件的主要功能是: 差分输入16通道.电压范围有0~10V、0~20V、-5~5V、-10~+10V等,转换精度12位; 输入信号隔离、可调放大倍数和放大器零点自动补偿; 提供与BC站控制卡的通信和RS-232串行通信接口。
244
D0 1 1
Y0
译 码
1
IOR
器 Y1 1 &
1
11
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
AD574
CE
D11~D8 112/8
1
REF1IN
REF OUT
D7~D0
1
STS
BIP OFF
11
+15V
+5V
100Ω 1
1
+15V
1
100K
1 -15V 1001K 1
100Ω
+15V 1
1
CS -15V
特点(1))转换精度高。
(2)转换速度慢,不适于高速应用场合。
计算机控制技术
A/D转换器的主要技术指标:
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
转换时间:指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。
分辨率:通常用数字量的位数n(字长)来表示,如8位、12位、16位等。即 数字量的最低有效位(LSB)对应于满量程输入的l/2n。若n = 8,满量程输 入为5.12V,则LSB对应于模拟电压为:5.12V/28=20mV。
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
AI模拟量输入卡电气原理图
为实现放大器增益的调节,AI采用跳接改变放大倍数,可编程放大器 (PGA)共有三级放大器,总放大倍数有12级。 A/D采用ADC574A有三态数据输出缓存器,直接与并行接口连接来实 现通信。 通道切换是通过电子开关阵列实现的。共采用17个光电晶体管继电器。 串行通信的RS232接口用于检测和调试卡件,
CONTEC公司的PC—HELPER系列模拟量模板ADC30B特性:
(1)能以30kHz的速度将模拟信号转换成12位的数字量数据。 (2)有4个TTL电平数字量输入通道和4个数字量输出通道。 (3)有16个光电隔离型数字量输入通道和16个数字量输出通道 (4)有一可编程的定时器。
计算机控制技术
泓格公司I-7017为8通道 模拟量输入模块
常用的逐次逼近式A / D换器 有8位分辨率的ADC0809,12位分辨率的AD574 等。
常用的双斜积分式A/D转换器有3位半的MC14433,4位半的ICL7135等。
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
逐次逼近式
原理:对应电路,它由启动脉冲启动后,在第一个时钟脉冲作用下,控制电路使 时序产生器的最高位置1,其他位置0,其输出经数据寄存器将1000……0,送 入D/A转换器。输入电压首先与D/A转换器输出电压(VREF/2)相比较,如 v1≥VREF/2,比较器输出为1,若vI< VREF/2,则为0。比较结果存于数据寄 存器的Dn-1位。然后在第二个CP作用下,移位寄存器的次高位置1,其他低 位置0。如最高位已存1,则此时 vO‘=(3/4)VREF。于是v1再与(3/4) VREF相比较,如v1≥(3/4)VREF,则次高位Dn-2存1,否则Dn-2=0;如最 高位为0,则vO’=VREF/4,与vO‘比较,如v1≥VREF/4,则 Dn-2位存1,否则 存0……。以此类推,逐次比较得到输出数字量。
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