计算机应用技术课件
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二、模拟量输入通道设计中的一般问题
• 模拟量输入通道必须考虑信号拾取、信号调节、A/D转换、电源配置 和防止干扰等问题。
1.信号的拾取方式 ⑴ 通过敏感元件拾取被测信号 • 敏感元件将测的物理量变换为电流、电压或R.L.C参量的变化，对
R.L.C参量型敏感元件，要设计相应的电路使其变换为电压或电流信号。 ⑵ 通过传感器拾取被测信号 • 传感器测量的输出一般为电压、电流或频率量。 • 电流输出信号需转化为电压信号后与A/D电路相连。 • 输出频率量传感器精度高、抗干扰能力强，便于远距离传送，它需采
将输入和输出通道接通。 ③电子开关TG
用来接通或断开输入/输出通道。
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(2)控制原理：
①禁止输入端INH
INH接高电平，所有通道全部断开。
②3个通道选择输入端C、B、A
C、B、A的信号编码
用来选择8个通道之一被接通。
(3)用法
①用作多路开关
8进1出
改变C、B、A的值，
②用作多路分配器 改变接通的通道
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三、模拟量输入通道中常用的器件及电路
3.1.多路开关 • 作用：分时、依次（随机）地将各个输入信号连接到公用放大器
或A/D转换器上 (1)把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器，即完成多到一的
转换。称为多路开关。 (2)把经计算机处理后输出且由D/A转换器转换成模拟信号按顺序输
用特殊的转换方法才能变为二进制数字量。 ⑶ 通过测量仪表拾取被测信号 • 测量仪表已经系列化，它一般采用标准化输出信号，如电压信号为
0~5V、±5V、0~10V、±2.5V等范围，而电流信号则为4~20mA、 0~10 mA等范围，它们经适当处理后（如I/V变换、滤波）后可直接与 A/D电路相连。
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号转换为执行元件所需要的模拟量输出。 • 数字量（开关量）输入通道：拾取生产现场的状态信
息（如开关、电平高低、脉冲量等），并将转变为数 字量送入计算机。 • 数字量（开关量）输出通道：将计算机给定的控制信 号经处理和放大后输出。
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2、过程输入输出通道与CPU交换的信息类型 • （1）数据信息：反映生产现场的参数及状态
目前,常用的有CD4051(双向、8路)、CD4052(单向、 差动4路)、AD7501(单向、8路)、AD7506(单向、16路) 等.
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3.1.2 CD4051
(1)CD4051的组成： ①逻辑转换单元
完成TTL到CMOS的转换。 ②二进制3：8译码器
对选择的输入端C、B、A的状态进行译 码，以控制所选电路TG的开/关，使某 一路开关接通。
出到不同的控制回路/外部设备，即完成一到多的转换。称为多 路分配器，或反多路开关。 • 要求：接通电阻要很小、开路ห้องสมุดไป่ตู้阻很大，切换速度要快、寿命长、 工作可靠等。
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3.1.1.多路转换开关的类型 1、机械触点式，如干簧继电路、水银继电器和机械振子
式继电器。 • 干簧继电器是较理想的触点式开关，优点是接触电阻
电压信号,包括滤波、放大、隔离、变换、线性化处理等 • 3．采样保持：对模拟信号进行采样，在模—数转换期间对采样信号进行
保持。 • 4．A/D转换：即模—数转换，将模拟信号转换为二进制数字量。
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2.多路模拟量输入通道的结构 ⑴ 多通道并联输入 • 由若干个单路模拟量输入通道组成 ⑵ 多通道共用A/D转换器形式 • A/D转换器可对各路模拟量输入信号依次进行A/D转换 • 多路转换开关：将多路模拟信号按要求分时输出。
第二章 过程通道
主要内容： • 过程输入输出通道的基本概念、组成、
工作原理、常用器件、设计方法 重点： • 模拟量输入/输出通道的相关知识 • 步进电机的控制原理
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过程输入输出通道概述
1、过程输入输出通道的类型及功能 • 模拟量输入通道：检测模拟量被调参数并转换为对应
的模拟电压和电流，在转换为数字量送入计算机。 • 模拟量输出通道：将计算机输出的数字形式的控制信
小、断开时阻抗高，工作寿命较长，工作频率可达 400Hz，缺点是由于剩磁的影响，有时会有触点吸合不 放的现象。干簧继电器适合于小信号中速度的采样单 元使用。 2、电子式开关，如晶体管、场效应管及集成电路开关等。 • 电子式开关开关速度高，工作频率在1000点/S以上， 体积小、寿命长。缺点是导通电阻较大，驱动部分和 开关元件部分不独立，影响小信号的测量精度
1进8出
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低位 1 1
高位 0 0
多路开关
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3.1.3. 多路开关的扩展 (1) 由于被测参数多，应用中需要扩展。
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4.电源配置 • 考虑对传感器、不同的信号调节电路中的芯片
对电源的要求。 • 模拟输入通道与生产现场联系较紧，而且传感
器输出信号较弱，电源配置时要充分考虑干扰 的隔离与抑制。 5.抗干扰措施 • 在信号的拾取与传送过程中来自生产现场的干 扰因素很多，在设计过程中应采用可靠的抗干 扰措施，如隔离、滤波等
的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。 • （2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，
它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。 • （3）控制信号：用来控制过程通道的启动和
停止等信息。
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第一节 模拟量输入通道
一、模拟量输入通道的一般结构形式
根据被控对象的数量分为两种: 1.单路模拟量输入通道的结构 • 1．传感器：检测被测点的各种非电量参数并将其转换为电信号。 • 2．信号调理电路：对传感器输出信号进行处理,使之成为适合A/D转换的
2.信号放大与处理 • 任务:将传感器信号转换成满足A/D电路要求的电平信
号。包含小信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、 温度补偿、压力补偿、误差修正、量程切换等信号处 理电路。部分信号处理工作可由计算机软件完成。 3.模—数转换方式的选择 模—数转换方式有A/D转换电路和V/F变换方式， 1、V/F变换方式：将信号电压变换为频率量，由计算机 或计数电路计数来实现模拟量转化为数字量。 2、A/D转换电路：选择时应综合考虑转换精度、转换速 度及系统成本等方面。
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二、模拟量输入通道设计中的一般问题
• 模拟量输入通道必须考虑信号拾取、信号调节、A/D转换、电源配置 和防止干扰等问题。
1.信号的拾取方式 ⑴ 通过敏感元件拾取被测信号 • 敏感元件将测的物理量变换为电流、电压或R.L.C参量的变化，对
R.L.C参量型敏感元件，要设计相应的电路使其变换为电压或电流信号。 ⑵ 通过传感器拾取被测信号 • 传感器测量的输出一般为电压、电流或频率量。 • 电流输出信号需转化为电压信号后与A/D电路相连。 • 输出频率量传感器精度高、抗干扰能力强，便于远距离传送，它需采
将输入和输出通道接通。 ③电子开关TG
用来接通或断开输入/输出通道。
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(2)控制原理：
①禁止输入端INH
INH接高电平，所有通道全部断开。
②3个通道选择输入端C、B、A
C、B、A的信号编码
用来选择8个通道之一被接通。
(3)用法
①用作多路开关
8进1出
改变C、B、A的值，
②用作多路分配器 改变接通的通道
计算机应用技术课件
三、模拟量输入通道中常用的器件及电路
3.1.多路开关 • 作用：分时、依次（随机）地将各个输入信号连接到公用放大器
或A/D转换器上 (1)把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器，即完成多到一的
转换。称为多路开关。 (2)把经计算机处理后输出且由D/A转换器转换成模拟信号按顺序输
用特殊的转换方法才能变为二进制数字量。 ⑶ 通过测量仪表拾取被测信号 • 测量仪表已经系列化，它一般采用标准化输出信号，如电压信号为
0~5V、±5V、0~10V、±2.5V等范围，而电流信号则为4~20mA、 0~10 mA等范围，它们经适当处理后（如I/V变换、滤波）后可直接与 A/D电路相连。
计算机应用技术课件
号转换为执行元件所需要的模拟量输出。 • 数字量（开关量）输入通道：拾取生产现场的状态信
息（如开关、电平高低、脉冲量等），并将转变为数 字量送入计算机。 • 数字量（开关量）输出通道：将计算机给定的控制信 号经处理和放大后输出。
计算机应用技术课件
2、过程输入输出通道与CPU交换的信息类型 • （1）数据信息：反映生产现场的参数及状态
目前,常用的有CD4051(双向、8路)、CD4052(单向、 差动4路)、AD7501(单向、8路)、AD7506(单向、16路) 等.
计算机应用技术课件
3.1.2 CD4051
(1)CD4051的组成： ①逻辑转换单元
完成TTL到CMOS的转换。 ②二进制3：8译码器
对选择的输入端C、B、A的状态进行译 码，以控制所选电路TG的开/关，使某 一路开关接通。
出到不同的控制回路/外部设备，即完成一到多的转换。称为多 路分配器，或反多路开关。 • 要求：接通电阻要很小、开路ห้องสมุดไป่ตู้阻很大，切换速度要快、寿命长、 工作可靠等。
计算机应用技术课件
3.1.1.多路转换开关的类型 1、机械触点式，如干簧继电路、水银继电器和机械振子
式继电器。 • 干簧继电器是较理想的触点式开关，优点是接触电阻
电压信号,包括滤波、放大、隔离、变换、线性化处理等 • 3．采样保持：对模拟信号进行采样，在模—数转换期间对采样信号进行
保持。 • 4．A/D转换：即模—数转换，将模拟信号转换为二进制数字量。
计算机应用技术课件
2.多路模拟量输入通道的结构 ⑴ 多通道并联输入 • 由若干个单路模拟量输入通道组成 ⑵ 多通道共用A/D转换器形式 • A/D转换器可对各路模拟量输入信号依次进行A/D转换 • 多路转换开关：将多路模拟信号按要求分时输出。
第二章 过程通道
主要内容： • 过程输入输出通道的基本概念、组成、
工作原理、常用器件、设计方法 重点： • 模拟量输入/输出通道的相关知识 • 步进电机的控制原理
计算机应用技术课件
过程输入输出通道概述
1、过程输入输出通道的类型及功能 • 模拟量输入通道：检测模拟量被调参数并转换为对应
的模拟电压和电流，在转换为数字量送入计算机。 • 模拟量输出通道：将计算机输出的数字形式的控制信
小、断开时阻抗高，工作寿命较长，工作频率可达 400Hz，缺点是由于剩磁的影响，有时会有触点吸合不 放的现象。干簧继电器适合于小信号中速度的采样单 元使用。 2、电子式开关，如晶体管、场效应管及集成电路开关等。 • 电子式开关开关速度高，工作频率在1000点/S以上， 体积小、寿命长。缺点是导通电阻较大，驱动部分和 开关元件部分不独立，影响小信号的测量精度
1进8出
计算机应用技术课件
低位 1 1
高位 0 0
多路开关
计算机应用技术课件
3.1.3. 多路开关的扩展 (1) 由于被测参数多，应用中需要扩展。
计算机应用技术课件
4.电源配置 • 考虑对传感器、不同的信号调节电路中的芯片
对电源的要求。 • 模拟输入通道与生产现场联系较紧，而且传感
器输出信号较弱，电源配置时要充分考虑干扰 的隔离与抑制。 5.抗干扰措施 • 在信号的拾取与传送过程中来自生产现场的干 扰因素很多，在设计过程中应采用可靠的抗干 扰措施，如隔离、滤波等
的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。 • （2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，
它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。 • （3）控制信号：用来控制过程通道的启动和
停止等信息。
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第一节 模拟量输入通道
一、模拟量输入通道的一般结构形式
根据被控对象的数量分为两种: 1.单路模拟量输入通道的结构 • 1．传感器：检测被测点的各种非电量参数并将其转换为电信号。 • 2．信号调理电路：对传感器输出信号进行处理,使之成为适合A/D转换的
2.信号放大与处理 • 任务:将传感器信号转换成满足A/D电路要求的电平信
号。包含小信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、 温度补偿、压力补偿、误差修正、量程切换等信号处 理电路。部分信号处理工作可由计算机软件完成。 3.模—数转换方式的选择 模—数转换方式有A/D转换电路和V/F变换方式， 1、V/F变换方式：将信号电压变换为频率量，由计算机 或计数电路计数来实现模拟量转化为数字量。 2、A/D转换电路：选择时应综合考虑转换精度、转换速 度及系统成本等方面。