1模拟量输入通道
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模拟量输入通道的任务： 转换：模拟量到数字量的转换 组成核心：A/D转换器
2.2.1 模拟量输入通道的结构
模拟量输入通道一般由I/V变换，多路转换器、采样保持 器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。 过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电流(或电压) 形式后，再送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各 个过程参数依次地切换到后级，进行采样和A/D转换，实现过 程参数的巡回检测。
（1）信号的采样
采样过程：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值 上也连续的模拟信号，转变成在时刻O、T、2T、…KT的一 连串脉冲输出信号的过程。
y( t ) y( t ) y *( t ) y* (t)
采样器
0 t 0 T T 2T 3T t
采样器或采样开关--执行采样动作的装置 图2-7 信号的采样过程 采样周期：采样开关K每一个通断的时间间隔T。 采样宽度：采样开关闭合的时间（τ )。 采样信号y*(t)：幅值连续但是时间上离散的模拟信号。
模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟 信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 传感器：它是一种检测装置，能感受到被测量的信 息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为 电信号或其他所需形式的输出。是将生产过程工艺参 数转换为电参数的装置，大多数传感器的输出是直流 电压(或电流)信号。
R3 R1 R2 R2
wenku.baidu.com
R1 R3
热电阻
2.4.2 信号调理和I/V变换
R3 R1 R2 R2 R3 R1 R2 R2
R3 R1
R3 R1
热电阻
热电阻
2、I/V变换
变送器输出的信号为 0 ～ 10mA 或 4 ～ 20mA 的统
一信号，需要经过I/V变换变成电压信号后才 能处理。对于电动单元组合仪表，DDZ-Ⅱ型的 输出信号标准为0～10mA,而DDZ—Ⅲ 型和DDZ—S 系列的输出信号标准为 4 ～ 20mA ，因此，针对 以上情况我们来讨论I/V变换的实现方法。 1.无源I/V变换 2.有源I/V变换
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：通道选择信号-数据总线D2-D0； 当D3=0时，选中上面的多路开关 禁止端--D3用来控制两个多路开关的。当D3=1时，选中下面的多路开关
图 多路模拟开关的扩展电路
2.4.2 采样、量化及采样保持器
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
过程输入输出通道技术
数字量输入通道 数字量输出通道 模拟量输入通道
模拟量输出通道
明确概念
数字量(开关量)信号 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。 共同特征:这些信号是以二进制的逻辑 “1”和“0”出现的，代表生产过程的一个 状态。
2.2 模拟量输入通道
（2）有源I/V变换
利用有源器件—运算放大器和电阻电容组成。与无 源变换的区别在于信号的隔离上。电流不能直接流过 R2,VI=I*R1。 利用运算放大器的虚短和虚断的概念，我们可以求 出该同相放大电炉的放大倍数。 合理选择相应的电阻，就可以得到相应的电压输出。
V0 R4 G 1 IR1 R3
现以常用8路模拟开关CD4051为例: 构成－电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。 工作过程 －当禁止端INH=1时，断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通； 当INH=0时，前后级通道接通，即Sm＝SABC
CD4051原理图 及通道选择表
扩展电路
当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将2个8
为了避免低电平模拟信号传输带来的麻烦，经常要 将测量元件的输出信号经变送器变送，如温度变送器、 压力变送器、流量变送器等，将温度、压力、流量的 电信号变成 0 ～ 10mA 或 4 ～ 20mA 的统一信号，然后经过 模拟量输入通道来处理。
2.4.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路 信号调理电路主要通过非电量的转换、信号的变换、 放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电 量和非标准的电信号转换成标准的电信号。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
y*(t)是y(t)在采样开关闭合时的瞬时值；
y*(t)能完全复现原信号y(t)，采样频率f 至少要为原信号最高 有效 频率fmax的2倍，即f 2fmax。 采样定理给出了y*(t)唯一地复现y(t)所必需的最低采样频 率。实际应用中，常取f （5~10）fmax。
（1）无源I/V变换
I/V变换的基本思想：电流 变换电路中各部分的作用：
？
电压
R1:限流电阻 VD:输出限幅,将电压限制在5V+0.3V以内 R2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密 电阻，精度为0.1%。 C和R1：组成阻容低通滤波电路
取值： 输入0-10 mA，输出为0-5V，R1=100Ω， R2=500Ω 输入4-20 mA，输出为1-5V， R1=100Ω，R2=250Ω
取值： R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ，输入0 ~ 10 mA， 输出0 ~ 5 V；
R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ，输入4 ~ 20 mA， 输出1 ~ 5 V。
2.4.3
多路模拟开关
由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此 一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某 一时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模 拟开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到 后级。 常用集成电路芯片－－CD4051(双向、单端、8路)、 CD4052(单向、双端、4路)、 AD7506(单向、单端、16路)等.
2、香农定理（采样定理）指出：为了使采样信号
2.2.1 模拟量输入通道的结构
模拟量输入通道一般由I/V变换，多路转换器、采样保持 器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。 过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电流(或电压) 形式后，再送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各 个过程参数依次地切换到后级，进行采样和A/D转换，实现过 程参数的巡回检测。
（1）信号的采样
采样过程：按一定的时间间隔T，把时间上连续和幅值 上也连续的模拟信号，转变成在时刻O、T、2T、…KT的一 连串脉冲输出信号的过程。
y( t ) y( t ) y *( t ) y* (t)
采样器
0 t 0 T T 2T 3T t
采样器或采样开关--执行采样动作的装置 图2-7 信号的采样过程 采样周期：采样开关K每一个通断的时间间隔T。 采样宽度：采样开关闭合的时间（τ )。 采样信号y*(t)：幅值连续但是时间上离散的模拟信号。
模拟量输入通道的任务是把从系统中检测到的模拟 信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 传感器：它是一种检测装置，能感受到被测量的信 息，并能将检测感受到的信息，按一定规律变换成为 电信号或其他所需形式的输出。是将生产过程工艺参 数转换为电参数的装置，大多数传感器的输出是直流 电压(或电流)信号。
R3 R1 R2 R2
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R1 R3
热电阻
2.4.2 信号调理和I/V变换
R3 R1 R2 R2 R3 R1 R2 R2
R3 R1
R3 R1
热电阻
热电阻
2、I/V变换
变送器输出的信号为 0 ～ 10mA 或 4 ～ 20mA 的统
一信号，需要经过I/V变换变成电压信号后才 能处理。对于电动单元组合仪表，DDZ-Ⅱ型的 输出信号标准为0～10mA,而DDZ—Ⅲ 型和DDZ—S 系列的输出信号标准为 4 ～ 20mA ，因此，针对 以上情况我们来讨论I/V变换的实现方法。 1.无源I/V变换 2.有源I/V变换
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：通道选择信号-数据总线D2-D0； 当D3=0时，选中上面的多路开关 禁止端--D3用来控制两个多路开关的。当D3=1时，选中下面的多路开关
图 多路模拟开关的扩展电路
2.4.2 采样、量化及采样保持器
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
过程输入输出通道技术
数字量输入通道 数字量输出通道 模拟量输入通道
模拟量输出通道
明确概念
数字量(开关量)信号 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。 共同特征:这些信号是以二进制的逻辑 “1”和“0”出现的，代表生产过程的一个 状态。
2.2 模拟量输入通道
（2）有源I/V变换
利用有源器件—运算放大器和电阻电容组成。与无 源变换的区别在于信号的隔离上。电流不能直接流过 R2,VI=I*R1。 利用运算放大器的虚短和虚断的概念，我们可以求 出该同相放大电炉的放大倍数。 合理选择相应的电阻，就可以得到相应的电压输出。
V0 R4 G 1 IR1 R3
现以常用8路模拟开关CD4051为例: 构成－电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。 工作过程 －当禁止端INH=1时，断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通； 当INH=0时，前后级通道接通，即Sm＝SABC
CD4051原理图 及通道选择表
扩展电路
当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，也可以将2个8
为了避免低电平模拟信号传输带来的麻烦，经常要 将测量元件的输出信号经变送器变送，如温度变送器、 压力变送器、流量变送器等，将温度、压力、流量的 电信号变成 0 ～ 10mA 或 4 ～ 20mA 的统一信号，然后经过 模拟量输入通道来处理。
2.4.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路 信号调理电路主要通过非电量的转换、信号的变换、 放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电 量和非标准的电信号转换成标准的电信号。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
y*(t)是y(t)在采样开关闭合时的瞬时值；
y*(t)能完全复现原信号y(t)，采样频率f 至少要为原信号最高 有效 频率fmax的2倍，即f 2fmax。 采样定理给出了y*(t)唯一地复现y(t)所必需的最低采样频 率。实际应用中，常取f （5~10）fmax。
（1）无源I/V变换
I/V变换的基本思想：电流 变换电路中各部分的作用：
？
电压
R1:限流电阻 VD:输出限幅,将电压限制在5V+0.3V以内 R2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密 电阻，精度为0.1%。 C和R1：组成阻容低通滤波电路
取值： 输入0-10 mA，输出为0-5V，R1=100Ω， R2=500Ω 输入4-20 mA，输出为1-5V， R1=100Ω，R2=250Ω
取值： R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ，输入0 ~ 10 mA， 输出0 ~ 5 V；
R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ，输入4 ~ 20 mA， 输出1 ~ 5 V。
2.4.3
多路模拟开关
由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此 一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某 一时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模 拟开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到 后级。 常用集成电路芯片－－CD4051(双向、单端、8路)、 CD4052(单向、双端、4路)、 AD7506(单向、单端、16路)等.
2、香农定理（采样定理）指出：为了使采样信号