青岛科技大学精品教程—计算机控制技术

– 绝对精度
• 指输入满刻度数字量时，D/A转换器的实际输出值与理论 值之间的偏差。该偏差用最低有效位LSB的分数来表示， 如±1/2LSB或±1LSB。
– 线性误差
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（1）
• D/A转换器的种类
– 按数字量输入方式，有
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（7）
2. 12位D/A转换器芯片DAC1210 与8位DAC0832的2点区别
– 分 辨 率 为 12 位 ， 有 12 条 数 据 输 入 线 （DI0~DI11），采用24脚双立直插式封装。 – 可用字节控制信号BYTE1/2控制数据的输入 • 该信号为高电平时，12位数据（DI0~DI11） 同时存入第一级的两个输入寄存器； •当该信号为低电平时，只将低4位数据 （DI0~DI3）存入低4位输入寄存器。
人机接口
• 计算机和操作人员之间常常需要互通信息 ， 为此计算机和操作人员之间应设置显示器 和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘， 另外一种是针对某个生产过程控制的特点 而设计的操作控制台等。通常把上述两类 设备简称为人机接口。 • 作用：显示生产过程的状况；供操作人员 操作；三是显示操作结果。
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第4章 过程通道与人机接口
4.2 模拟量输出通道
• 模拟量输出通道的功能 • 模拟量输出通道的组成
– – – – 接口电路 控制电路 数/模转换器（D/A） 电压/电流（V/I）变换器等
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.1 D/A转换器原理（1）
1.D/A转换器工作原理
• 数字量（开关量）的种类
– 按类型分有电平式和触点式两种 • 电平式为高电平或低电平
• 触点式为触点闭合或触点断开，一般又分为 机械触点和电子触点。 • 机械触点：按钮、旋钮、行程开关、继电器 等触点 • 电子触点：晶体管输出型的接近开关和光电 触点等
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第4章 过程通道与人机接口
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(3) 2．输入调理电路
• 为了将外部开关量引入到计算机，必须将 现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、 隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑 信号，这些功能称为信号调理。
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(4)
DAC1210接口电路
第4章 过程通道与人机接口
本章主要内容
数字量输入输出通道 模拟量输出通道 模拟量输入通道 人机接口
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第4章 过程通道与人机接口
4.1数字量输入输出通道
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第4章 过程通道与人机接口
本节主要内容
数字量的种类 数字量输入通道 数字量输出通道 数字量输入输出通道的标准化设计
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.1 D/A转换器原理（5）
– 稳定时间（又称转换时间）
• 输入二进制数变化量是满量程时，D/A转换器的输出达到 离终值±1/2LSB时所需要的时间。对于输出是电流型的 D/A转换器来说，稳定时间是很快的，约几μs，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。
C1
图 4. 9 固态继电器的结构及用法
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.4 数字量输入输出通道的标准化设计(1)
• 在计算机控制系统中，开关量的输入输出 接口极其普遍。在设计上，一般都将开关 量的输入输出接口做在同一块模板上，这 样可以节省硬件成本，充分利用计算机的 有限资源，方便用户使用。 • 图4.10给出了PC总线的DIO模板原理图
– D/A转换器输入的数字量是由二进制代码按数位组 合起来表示的，任何一个n位的二进制数，均可用 表达式 DATA=D020+D121+ D222+…… +Dn-12n-1 来表示。其中Di=0或1(i=0,1…n-1)；20，21，…2n1分别为对应数位的权。 – 在D/A转换中，要将数字量转换成模拟量，必须先 把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟 量，然后将各分量相加，其总和就是与数字量相应 的模拟量，这就是D/A转换的基本原理。
●
下面分别以源极和漏极输入为例，来介绍 工业中常见的几种数字量输入的接线方法。
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(7)
(1)．漏极输入
＋24V
R1
传感器 R2
COM
图 4.4 漏极输入的数字量输入接线原理框图
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(8)
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.1 数字量的概念及种类(1)
• 数字量（开关量）的概念
– 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 – 电机的启动与停止 – 设备的安全状况等。
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.1 数字量的概念及种类(2)
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（8）
(1)DAC1210结构框图及引脚说明
图4.14 DAC1210原理框图
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（9）
(2)DAC1210接口电路
图4.15
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(2)．源极输入
＋24V 传感器 R1
R2
M
图 4.5 源极输入的数字量输入接线原理框图
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.3 数字量输出通道(1)
• DO的任务： 把计算机送出的数字信号（或开关信号） 传送给开关器件，如指示灯、继电器，控 制它们的通断、闭合或亮、灭等。
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(1)．小功率输入调理电路
＋5V R1 R2 R3 ＋5V K1 C1 R4
(a) 采用积分电路
(b) 采用RS触发器
图 4.2 小功率输入调理电路
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(5)
(2)．大功率输入调理电路
＋5V R3 ＋24V R1 R2 + C1 - 10uF -24V
第4章 过程通道与人机接口
第4章 过程通道与人机接口
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第4章 过程通道与人机接口
过程通道
过程通道是在计算机和生产过程之 间设置的信息传送和转换的连接通道， 它包括模拟量输入通道、模拟量输出 通道、数字量（开关量）输入通道、 数字量（开关量）输出通道。
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第4章 过程通道与人机接口
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.1 D/A转换器原理（3）
• T型网络组成的D/A转换器原理图
图4 .11 D/A转换的原理框图
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.1 D/A转换器原理（4） 2.D/A转换器性能指标
– 分辨率
• 反映了D/A转换器对模拟量的分辨能力，定义为基准 电压与2n之比值，其中n为D/A转换器的位数 。 • 它 就 是 与 输 入 二 进 制 数 最 低 有 效 位 LSB(Least Significant Bit)相当的输出模拟电压，简称1LSB。 在实际使用中，一般用输入数字量的位数来表示分 辨率大小，分辨率取决于D/A转换器的位数。
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.3 数字量输出通道(2) 1．数字量输出通道的结构
输 出 锁 存 器 输 出 驱 动 电 路 送去生 产过程
PC总线
地址译码电路
图 4.6 数字量输出通道结构
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.3 数字量输出通道(3) 2．输出驱动电路
●晶体管输出驱动电路 ●继电器输出驱动电路 ●固态继电器输出驱动电路
4.1.2 数字量输入通道(1) • DI的任务: 把外界被控对象的开关状态信号、 或数字信号送至计算机或微处理器。
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(2)
1．数字量输入通道的结构
输 入 缓 冲 器 输 入 调 理 电 路
PC总线
来自生 产过 程
地址译码电路
图4.1 . 数字量输入通道结构
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（5）
– 双缓冲方式 – 单缓冲方式 – 直通方式
(3)DAC0832 的工作方式
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（6）
(4)DAC0832接口电路
图4.13 DAC0832接口电路
源自文库
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.3 数字量输出通道(4)
(1)．晶体管输出驱动电路
＋5V R1 输 出 锁 存 器 负载 保险丝 DC5-30V 控制器内部 R2
图 4. 7晶体管输出驱动电路
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.3 数字量输出通道(5)
(2)．继电器输出驱动电路
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（3）
(1)DAC0832结构框图及引脚说明
图4.12 DAC0832的结构框图和引脚
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（4）
(2)DAC0832工作过程 ① CPU执行输出指令，输出8位数据给DAC0832； ② 在CPU执行输出指令的同时，使ILE、/CS、 /WR1三个控制信号端都有效，8位数据锁存在8 位输入寄存器中； ③ 当/WR2、/XFER两个控制信号端都有效时，8位 数据再次被锁存到8位DAC寄存器，这时8位D/A 转换器开始工作，8位数据转换为相对应的模拟电 流，从Iout1和Iout2输出。
图 4. 3 大功率输入调理电路
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.2 数字量输入通道(6) 3．常用的几种数字量输入的接线方式
● 在工业现场中，经常用到的数字量输入有：按钮、
接近开关、光电开关、旋转编码器等。 ● 其中按钮是无源接点，晶体管输出型的接近开关、 光电开关和旋转编码器等的输出有NPN和PNP两 种方式。
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.4 数字量输入输出通道的标准化设计(2)
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图 4. 10 PC总线的数字量输入输出模板原理图
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第4章 过程通道与人机接口
4.2 模拟量输出通道
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第4章 过程通道与人机接口
本节主要内容
D/A转换器原理 D/A转换器芯片及接口电路 D/A转换器的输出 D/A转换器接口的隔离技术 D/A转换模板的标准化设计
• 并行输入和串行输入
– 按模拟量输出方式
• 电流输出和电压输出
– 按D/A转换的分辩率
• 低分辩率、中分辩率和高分辩率
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（2）
1.8位D/A转换器芯片DAC0832
DAC0832是8位数/模转换芯片，DAC0832 具有以下主要特点： ● 与TTL电平兼容； ● 分辨率为8位； ● 建立时间为1μs； ● 功耗为20mW； ●电流输出型D/A转换器。
＋5V R1 输 出 锁 存 器 继电 器 R2 控制器内部 DC5-30V 负载 保险丝 电源
图 4.8 继电器输出驱动电路
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第4章 过程通道与人机接口
4.1.3 数字量输出通道(6)
(3)．固态继电器输出驱动电路
＋5V R1 输 出 锁 存 器 零 交 叉 电 路 触 SCR 发 电 路 负载 R2 保险丝 交流电源 控制器外部
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第4章 过程通道与人机接口
4.2.1 D/A转换器原理（2）
• D/A转换器的主要组成
– 基准电压VREF – T型（R-2R）电阻网络 – 位切换开关BSi （i=0，1，…，n-1） – 运算放大器A • 输出电压VOUT与输入二进制数D0 ~ Dn-1的关系
VOUT = －VREF（D020+ D121+ D222+ … + Dn-12n-1）/ 2n