第4章接口技术与过程通道 4.1A/D、D/A转换 4.2采样与保持 4.3输入/输出接口与过程通道 4.4PLC的接口技术 4.5集散控制系统 4.6现场总线控制技术 4.7工业以太网控制系统
第4章 接口技术与过程通道 4.1 A/D、D/A转换 4.2 采样与保持 4.3 输入/输出接口与过程通道 4.4 PLC的接口技术 4.5 集散控制系统 4.6 现场总线控制技术 4.7 工业以太网控制系统
4.1什么是A/D转换？ >A/D转换器 逐次逼近法，从粗到细逐次进行，由每次比较的结果来确定相应的 位是1还是0 口与天平称重相似，例如用天平称量一个实际重量为27.4克的重物， 天平有32克，16克，8克，4克，2克和1克等6种砝 次序 加砝码 天平指示 操作 记录 32克 超重 去码 X1=0 16克 欠重 留码 X2=1 3 8克 欠重 留码 X3=1 4克 超重 去码 X4=0 5 2克 欠重 留码 X5=1 6 1克 平衡 留码 X6=1
A/D转换器 逐次逼近法，从粗到细逐次进行，由每次比较的结果来确定相应的 位是1还是0 与天平称重相似，例如用天平称量一个实际重量为27.4克的重物， 天平有32克，16克，8克，4克，2克和1克等6种砝 4.1 什么是A/D转换？ 次序 加砝码 天平指示 操作 记录 1 32克 超重 去码 X1=0 2 16克 欠重 留码 X2=1 3 8克 欠重 留码 X3=1 4 4克 超重 去码 X4=0 5 2克 欠重 留码 X5=1 6 1克 平衡 留码 X6=1
4.1什么是AD转换？ ▣主要技术指标有： ·转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间 ·分辨率：指可转换数字量的最小电压，用位数n表示，如8、12、16位 ▣基本方法：计数法，逐次逼近法，双斜积分法，并行转换法 逐次逼近式：转换时间短，但抗干扰能力较差（常用） ,双斜积分式：转换时间长，抗干扰能力较强，适用于变化缓慢，现场干 扰严重的场合 逐次逼近法速度快，分辨率高因此得到广泛使用
4.1 什么是A/D转换？ 主要技术指标有： • 转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间 • 分辨率：指可转换数字量的最小电压，用位数n表示，如8、12、16位 基本方法：计数法，逐次逼近法，双斜积分法，并行转换法 • 逐次逼近式：转换时间短，但抗干扰能力较差（常用） • 双斜积分式：转换时间长，抗干扰能力较强，适用于变化缓慢，现场干 扰严重的场合 逐次逼近法速度快，分辨率高因此得到广泛使用
4.1什么是A/D转换？-ADC0809 >8位A/D转换器ADC0809 组成：8通道模拟开关、8位AD转换器、三态输出锁存缓冲器 ▣ EOC:AD转换结束输出信号，高电平有效。START有效开始EOC 为0，表示A/D转换进行中；转换结束，EOC为1 ADC08O9内部结构 STARTCLK 主要性能：分辨率为8位； 8路 EOC 模拟量 转换时间为100us左右；模 开关 三态 拟输入电压范围为0~5V,对 8位A/D 输出 A出 转换器 锁存器 应A/D转换值为0 OH~FFH; 地址 C 锁存与 译码 ALEI VR（+)VR(-)OE ★
4.1 什么是A/D转换？--ADC0809 8位A/D转换器ADC0809 组成：8通道模拟开关、8位A/D转换器、三态输出锁存缓冲器 EOC：A/D 转换结束输出信号，高电平有效。START有效开始EOC 为0，表示A/D转换进行中；转换结束，EOC为1 主要性能：分辨率为8位； 转换时间为100μs左右；模 拟输入电压范围为0~5V，对 应A/D转换值为00H~FFH；
4.1什么是DA转换？ >什么是D/A转换 将离散的数字量转换为相应的连续性的模拟量 ▣ 原理：输入的二进制数码存入寄存器，每一位控制一个模拟开关， 模拟开关或是接地，或是经电阻接基准电压源 数字量 模拟量 输入 数据缓冲 : 数据锁存 模拟开关 电阻网络 驱动放大 输出
4.1 什么是D/A转换？ 什么是D/A转换 将离散的数字量转换为相应的连续性的模拟量 原理：输入的二进制数码存入寄存器，每一位控制一个模拟开关， 模拟开关或是接地，或是经电阻接基准电压源 数据缓冲 数据锁存 模拟开关 电阻网络 驱动放大 … … … … … 数字量 输入 模拟量 输出
4.1什么是D/A转换？-DAC0832 >8位D/A转换器DAC0832 口采样频率为八位的D/A转换芯片，内部包含 cs 1 Vcc 一个T形电阻网络，输出为差动电流信号 WRI 2 AGND 3 0987 ILE WR2 口得到模拟电压输出，必须外接运算放大器 D3 4 XFER 口集成电路内有两级输入寄存器，使芯片具备 D2 5 D4 DI 6 D5 双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便 DO 7 D6 适于各种电路的需要如要求多路D/A异步输 Vref 8 入、同步转换等 Rfd 9 654321 D7 Iout2 DGND 10 -lout1
4.1 什么是D/A转换？--DAC0832 8位D/A转换器DAC0832 采样频率为八位的 D/A 转换芯片，内部包含 一个 T 形电阻网络，输出为差动电流信号 得到模拟电压输出，必须外接运算放大器 集成电路内有两级输入寄存器，使芯片具备 双缓冲、单缓冲和直通三种输入方式，以便 适于各种电路的需要如要求多路 D/A 异步输 入、同步转换等 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 Vref Rfd DGND Vcc ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
4.2什么是采样？ >信号的采样 ▣按一定的时间隔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0、T、2T..kT的一连串脉冲输入信号的过程称为采样过程 ▣τ称为采样宽度，表示采样开关（器）的闭合时间。采样后的脉冲序列称 为采样信号y*(t),采样器的输入信号称为原信号。采样信号y*(t)是离散 的模拟信号（时间上离散，幅值上连续） 经过采样，得到并不是全部时间的信号值，而是某些时间上的值， 如何保证信号不丢失？ y() y*(t) () *(t】 采样器 0
4.2 什么是采样？ 信号的采样 按一定的时间隔 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0、T、2T……kT的一连串脉冲输入信号的过程称为采样过程 τ 称为采样宽度，表示采样开关（器）的闭合时间。采样后的脉冲序列称 为采样信号𝑦𝑦∗ 𝑡𝑡 ，采样器的输入信号称为原信号。采样信号𝑦𝑦∗ 𝑡𝑡 是离散 的模拟信号（时间上离散，幅值上连续） 经过采样，得到并不是全部时间的信号值，而是某些时间上的值， 如何保证信号不丢失？
4.2什么是采样？ 香农采样定理 ▣ 如果模拟信号频谱的最高频率f(max),只要按照采样频率f≥2f(max)进行采 样，那么采样信号就能地不失真地复现y(①)。实际中，常取f≥(5~10)f(max) √问题：采样信号如何转换成数字信号？ >量化 采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采 样信号转换为数字信号的过程称为量化过程 ▣ 量化单位：字长为n的A/D转换器把y(min)-y(max)范围内变化的采样信 号，变换为数字0~2n一1 √量化公式： q=ymx-Ynin. 2”-1
4.2 什么是采样？ 香农采样定理 如果模拟信号频谱的最高频率f (max)，只要按照采样频率f ≥2 f (max)进行采 样，那么采样信号就能地不失真地复现y(t)。实际中，常取 f ≥(5~10) f (max) 问题：采样信号如何转换成数字信号？ 量化 采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采 样信号转换为数字信号的过程称为量化过程 量化单位：字长为n的A/D转换器把y (min)-y (max)范围内变化的采样信 号，变换为数字0~2n－1 2 1 max min − − = n y y 量化公式： q
4.2什么是采样？-采样保持器 > 采样保持器 采样时，S闭合，VN通过A1对CH快速充电，Vout跟随IN 口保持期间，S断开，由于A2输入阻抗很高，理想情况下Vout=Vc保持不变 A2 X VIN 上CH 逻辑开关
4.2 什么是采样？--采样保持器 采样保持器 采样时，S 闭合，𝑉𝑉IN 通过 A1 对 CH 快速充电，𝑉𝑉out 跟随 𝑉𝑉IN 保持期间，S 断开，由于A2 输入阻抗很高，理想情况下 𝑉𝑉out ＝VC 保持不变
4.3输入输出接口与过程通道 >接口技术 ▣ 是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口 ▣是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术 >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 】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(AI/AO、DI/DO) 为什么需要I/O接口？ √微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、工作速度 √它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连
4.3 输入\输出接口与过程通道 接口技术 是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口 是研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术 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 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（ AI/AO、DI/DO ） 为什么需要I/O接口？ 微机的外部设备多种多样 工作原理、驱动方式、信息格式、工作速度 它们不能与CPU直接相连 必须经过中间电路再与系统相连