第二章工控机的过程输入输出技术 ·工控机要控制对象,就必须与工业对象直接连 接,该功能由它的过程输入输出通道实现。工 控杋的过程输入输出由模拟量输入输出通道和 开关量输入输出通道组成。 微型计算机 给定值 e(n c 控制器 DIA 执行器 被控对象 A/D 变送器 测量元件
第二章 工控机的过程输入输出技术 • 工控机要控制对象，就必须与工业对象直接连 接，该功能由它的过程输入输出通道实现。工 控机的过程输入输出由模拟量输入输出通道和 开关量输入输出通道组成
I/0通道 转换器□放大器|采样器 Ⅰ/O CPU K- 接口电路 D/A输出|功率 转换器保持「]放大 象 数字量输入 数字量输出 I/0通道分为:「模拟量输入通道 模拟量输出通道模拟通道 数字量输入通道 数字滤波 数字通道 数字量输出通道
I／O通道 模拟量输入通道 模拟量输出通道 数字量输入通道 数字量输出通道 I／O通道分为： 模拟通道 数字滤波 数字通道
通道 模拟量入通道 任务:完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机。 采样保持 信号处理装置1 I/0 A/D 和放大器 多 接 工 CPU 路「信号处理装置2业 电 开 装 路 关 置 控制电路 信号处理装置n 主要组成:信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据 放大器、A/D转换器控制电路。常用A①转 数据转换多路开关放大器采样保持器AD转换
模拟量输入通道 主要组成：信号处理装置、采样单元、采样保持器、数据 放大器、A／D转换器控制电路。 任务：完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机。 数据转换 多路开关 放大器 采样保持器 A/D转换 常用A/D转 换 通道
输入通道 1、信号处理装置 组成:标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转 换电路等 ★标度变换器:标度变换 作用:把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被 测模拟信号变换成统一的标准信号。 ★滤波电路: 作用:滤掉或消除干扰信号,保留或增强有用信号。 ★线性化处理:有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 所以必须对信号进行线性化处理,使它接近线性化。 ★电参量间的转换电路:主要进行电信号之间的转换
1、信号处理装置 组成：标度变换器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转 换电路等。 ★ 标度变换器： 作用：把经由各种传感器所得到的不同种类和不同电平的被 测模拟信号变换成统一的标准信号。 ★ 滤波电路： 作用：滤掉或消除干扰信号，保留或增强有用信号。 ★ 线性化处理：有些电信号转换后与被测参量呈现非线性。 所以必须对信号进行线性化处理，使它接近线性化。 ★ 电参量间的转换电路： 主要进行电信号之间的转换。 标度变换 输入通道
模拟信号到数字信号的转换 模拟信号到数字信号的转换需要两个过 程,它们是采样和量化。 1、信号的采样:将时间和幅值都连续的 信号转换为时间上离散的采样信号。 ·2、量化:将采样信号转换为数字信号的 过程。 输入通道
模拟信号到数字信号的转换 • 模拟信号到数字信号的转换需要两个过 程，它们是采样和量化。 • 1、信号的采样：将时间和幅值都连续的 信号转换为时间上离散的采样信号。 • 2、量化：将采样信号转换为数字信号的 过程。 输入通道
1.采样过程 采样过程:用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽 样成离散模拟信号的过程 y(t (3T) y(t) O T 2T 3T 4T
1．采样过程 采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽 样成离散模拟信号的过程
采样定理:如果随时间变化的模拟信号的最高 频率为fm,只要按照采样频率f>2×fm进 行采样,那么取出的样品系列(y1*(t), y2*(t),…)就足以代表(或恢复)y(t)。 在实际应用中通常选择f≥(5~10)×fmx 采样图 数据转换
采样定理：如果随时间变化的模拟信号的最高 频率为fmax，只要按照采样频率fS≥2×fmax进 行采样 ， 那 么 取 出 的 样 品 系 列 (y1*(t) ， y2*(t)，…)就足以代表(或恢复)y(t)。 在实际应用中通常选择fS≥（5～10）×fmax 采样图 数据转换
2.量化过程 量化过程:将离散的采样信号转换成数字信号。是用一组 数码(如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值。 数字 2T 3T 4T 5T 6T 7T t 量化单位为:q max ym mn:转换信号的最大值;ymi:转换信号的最小值; i:转换后二进制数的位数
2．量化过程 量化过程：将离散的采样信号转换成数字信号。是用一组 数码(如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值。 ymax：转换信号的最大值； ymin：转换信号的最小值； i：转换后二进制数的位数。 量化单位为： max min 2 i y y q − =
量化过程的说明 Vmax-y q 0.75 yma<=12,ym2=0,用 4位转换,3、5、7。3÷0.75=40100 5÷0.75=6670111 max 12, min 2,用 4位转换,3、5、7。 7÷0.75=9.33 1001 12-2 0.625 在量化过程中会出现误差 误差为q/2 (3-2)÷0.625=1.60010 (5-2)÷0625=480101 q越小精度越高 (7-2)÷0.625=81000 数据转换
量化过程的说明 • ymax=12，ymin=0，用 4位转换，3、5、7。 • ymax=12，ymin=2，用 4位转换，3、5、7。 max min 4 12 0 0.75 2 2 i y y q − − = = = 3 0.75 4 = 5 0.75 6.67 = 7 0.75 9.33 = 0100 0111 1001 max min 4 12 2 0.625 2 2 i y y q − − = = = (3 2) 0.625 1.6 − = (7 2) 0.625 8 − = (5 2) 0.625 4.8 − = 0010 0101 1000 数据转换 在量化过程中会出现误差， 误差为q/2。 q越小精度越高
多路开关 多路开关在模拟通道中的作用是实现n选 操作,利用多路开关将n路输入依次 (或随机)切换到后级。常用的多路开 关CD4051 作用:把各路模拟量分时接到A/D转换 器进行转换,实现CPU对各路模拟量分 时采样
• 多路开关在模拟通道中的作用是实现n选 一操作，利用多路开关将n路输入依次 （或随机）切换到后级。常用的多路开 关CD4051。 • 作用：把各路模拟量分时接到A／D转换 器进行转换，实现CPU对各路模拟量分 时采样。 多路开关