计算机控制系统的设计与实现

D/A转换器主要性能指标 分辨率 V I REF D REF D n 或 n 2 2



转换精度 转换精度是反映数字量对应的实际输出模拟 量与其理论输出信号的接近程度。 转换时间 一般为几十纳秒到几微妙 输出信号类型 电压型、电流型、互补电流输出型
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
二、过程输入输出通道设计
过程输入输出通道一般包括模拟量输入输出通 道和开关量（数字量）输入输出通道。
1、模拟量输入通道
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umax umin emax n 2
umax umin lg emax n lg 2
为了使控制系统具有良好的精度，一般选择A/D芯片的 位数比上式确定的最低位数nmin要高1～2位。
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
一、计算机控制系统的设计原则与步骤
1. 计算机控制系统设计的一般原则 • 足够的硬件和软件支撑能力
• 系统具有良好的人机交互界面 • 系统可靠性高 • 良好的可维护性 • 较好的可扩充性
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
（1）信号调理
信号调理是对来自传感器或变送器的信号进行必要的 调整处理，使之成为较为标准的模拟信号，根据具体需要 可包含信号放大、信号滤波、信号隔离、阻抗匹配、电平 转换、非线性补偿、电压/电流转换等功能。 信号调整 将传感器信号调整为A/D转换器所要求的输入信号。 如：电平调整、电压/电流转换等 信号滤波 消除信号中的干扰噪声

A/D转换器的编码方式

二进制编码 单极性编码
双极性编码

原码、补码、反码、偏移二进制码
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十进制编码（BC源自文库码）
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
（3）A/D转换器的主要性能指标

分辨率

二进制
Dq xmax 2n
xmax 或 Dq n 2 1
xmax 或 Dq 2 10n 1

十进制
x D q max n 2 10

转换精度
A/D转换输出数字量所对应的实际模拟输入量 与理论模拟输入量的接近程度

转换速率 量程
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2 . 模拟量输出通道
（1）模拟量输出通道的基本结构

各路独立D/A转换器结构

多路共用D/A转换器结构
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（2） D/A转换器
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
3. 开关量（数字量）输入通道

主要由输入调理电路与输入缓冲器两部分构成。 输入调理电路的主要对输入的开关量信号进行必要的 滤波、电平转换、隔离等处理，最终转换成计算机可 以接受的TTL电平信号。 输入缓冲器的作用是对外部输入信号进行缓冲、加强 和选通，以实现与计算机的接口。
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第11章 计算机控制系统的设计与实现

D/A转换器的选择原则

选择D/A转换器时，主要考虑芯片的性能、结构及 应用特性，即在性能上必须满足模拟量输出通道对 D/A转换的技术要求。 D/A转换器一般由与其对应的执行机构的动态输入 范围和执行机构的精度要求来共同确定。
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
4. 开关量（数字量）输出通道


开关量输出通道的主要功能是根据计算机输出的数字信号 经适当的电平变换或功率驱动去控制相应执行机构的通/ 断或启/停等。 这类输出通道一般由输出锁存器与输出信号调理电路构成。


RC滤波器
www.niuwk.com 牛牛文库文档分 享 典型二阶滤波器
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
（2）A/D转换器

A/D转换器的分类 逐次逼近式、双斜积分式、并行比较（闪速）式、 串行比较（流水线）式、压频（V/F）转换式、 Σ－Δ调制式
设执行机构的最大有效输入为umax ，执行机构的死 区电压为uD，最大允许误差为emax，则其字长为n 应 满足


umax min{uD , emax } n 2
umax lg min{uD , emax } n lg 2
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
（4）A/D转换器的选择原则


A/D转换的分辨率的选择主要依据输入模拟信号的动 态变化范围和控制系统的精度要求来共同确定。 如果实际模拟信号的最大值为umax，最小值为umin，最 大允许误差为emax，如果选择A/D转换为 n 位，则必须 满足
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第11章 计算机控制系统的设计与实现
2. 计算机控制系统设计步骤
• • • • • 控制系统调研与控制任务确定 控制系统总体方案设计 建立数学模型，确定控制策略与控制算法 系统硬件设计 软件设计
• 系统联调与系统仿真
• 现场调试与投入运行