過程通道接口數(shù)字量課件

1、過程通道接口數(shù)字量1 第4章 過程輸入輸出通道接口技術(shù) 第第4講講 數(shù)字量數(shù)字量I/O通道通道 過程通道接口數(shù)字量2 4.10 數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量輸入輸出通道 知識點知識點 了解數(shù)字量了解數(shù)字量IO通道的結(jié)構(gòu)通道的結(jié)構(gòu) 了解數(shù)字量輸入輸出常用器件了解數(shù)字量輸入輸出常用器件 掌握兩種常用數(shù)字量輸入調(diào)理電路掌握兩種常用數(shù)字量輸入調(diào)理電路 掌握兩種常用數(shù)字量輸出調(diào)理電路掌握兩種常用數(shù)字量輸出調(diào)理電路 過程通道接口數(shù)字量3 4.10 數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量輸入輸出通道 數(shù)字信號數(shù)字信號 n包括開關(guān)信號、脈沖信號包括開關(guān)信號、脈沖信號 特點特點 n是以二進(jìn)制的邏輯是以二進(jìn)制的邏輯“1”“1”和和

2、“0”“0”或電平的高和低出或電平的高和低出 現(xiàn)的現(xiàn)的 應(yīng)用應(yīng)用 n開關(guān)觸點的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器開關(guān)觸點的閉合和斷開，指示燈的亮和滅，繼電器 或接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟動和停止，晶閘或接觸器的吸合和釋放，馬達(dá)的啟動和停止，晶閘 管的通和斷，閥門的打開和關(guān)閉，儀器儀表的管的通和斷，閥門的打開和關(guān)閉，儀器儀表的 BCD BCD 碼，以及脈沖信號的計數(shù)和定時等等碼，以及脈沖信號的計數(shù)和定時等等 。 過程通道接口數(shù)字量4 4.10.2 數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu) 數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu) 過程通道接口數(shù)字量5 4.10.1 光耦合器 端入輸 端出輸 三極管輸出的光耦合器三極

3、管輸出的光耦合器 過程通道接口數(shù)字量6 光耦合器具有強抗干擾能力的原因： 光耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內(nèi)阻光耦合器的輸入阻抗很小，而干擾源內(nèi)阻 很大，所以能分壓到光耦合器輸入端的噪很大，所以能分壓到光耦合器輸入端的噪 聲很小。聲很小。 發(fā)光二極管在電流狀態(tài)下工作，而干擾雖發(fā)光二極管在電流狀態(tài)下工作，而干擾雖 有較高的電壓，但能量小，不能提供足夠有較高的電壓，但能量小，不能提供足夠 的電流而被抑制掉。的電流而被抑制掉。 密封條件下工作，不受外界光的干擾。密封條件下工作，不受外界光的干擾。 分布電容小而絕緣電阻大，回路一邊的干分布電容小而絕緣電阻大，回路一邊的干 擾很難通過光耦合器饋送到另一邊

4、去擾很難通過光耦合器饋送到另一邊去。 過程通道接口數(shù)字量7 光隔的工作特性及其應(yīng)用光隔的工作特性及其應(yīng)用 截止區(qū)截止區(qū) 飽和區(qū)飽和區(qū) 線性區(qū)線性區(qū) 模擬量隔離模擬量隔離 光敏三極管光敏三極管 工作特性工作特性 數(shù)字量隔離數(shù)字量隔離 過程通道接口數(shù)字量8 光電耦合隔離器的輸入輸出類似普通三極光電耦合隔離器的輸入輸出類似普通三極 管的輸入輸出特性，即存在著管的輸入輸出特性，即存在著截止區(qū)、飽和區(qū)截止區(qū)、飽和區(qū) 與線性區(qū)與線性區(qū)三部分。利用光耦隔離器的開關(guān)特性三部分。利用光耦隔離器的開關(guān)特性 （即光敏三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)即光敏三極管工作在截止區(qū)、飽和區(qū)），可），可 傳送數(shù)字信號而隔離電磁干擾，

5、簡稱對數(shù)字信傳送數(shù)字信號而隔離電磁干擾，簡稱對數(shù)字信 號進(jìn)行隔離。例如在數(shù)字量輸入輸出通道中，號進(jìn)行隔離。例如在數(shù)字量輸入輸出通道中， 以及在模擬量輸入輸出通道中的以及在模擬量輸入輸出通道中的A/DA/D轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與 CPUCPU或或CPUCPU與與D/AD/A轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號的耦合轉(zhuǎn)換器之間的數(shù)字信號的耦合 傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特性對數(shù)字信號傳送，都可用光耦的這種開關(guān)特性對數(shù)字信號 進(jìn)行隔離。進(jìn)行隔離。 過程通道接口數(shù)字量9 使光敏三極管工作在使光敏三極管工作在線性區(qū)線性區(qū)可以對模擬信號進(jìn)行隔可以對模擬信號進(jìn)行隔 離。例如在現(xiàn)場傳感器與離。例如在現(xiàn)場傳感器與A/DA/D轉(zhuǎn)換器或

6、轉(zhuǎn)換器或D/AD/A轉(zhuǎn)換器與現(xiàn)轉(zhuǎn)換器與現(xiàn) 場執(zhí)行器之間的模擬信號的線性傳送，可用光耦的這場執(zhí)行器之間的模擬信號的線性傳送，可用光耦的這 種線性區(qū)對模擬信號進(jìn)行隔離。種線性區(qū)對模擬信號進(jìn)行隔離。 普通光電耦合器件的線性電流傳輸?shù)奶匦?，如果直普通光電耦合器件的線性電流傳輸?shù)奶匦?，如果?接用于模擬量的傳輸，則線性度和精度都很差。于是接用于模擬量的傳輸，則線性度和精度都很差。于是 很多公司相繼推出線性光耦隔離放大器，如很多公司相繼推出線性光耦隔離放大器，如BB公司的公司的 ISO100,利用發(fā)光二極管利用發(fā)光二極管LED與兩個光電二極管進(jìn)行與兩個光電二極管進(jìn)行 耦合，一路反饋到輸入端，一路耦合到輸出

7、端，經(jīng)過耦合，一路反饋到輸入端，一路耦合到輸出端，經(jīng)過 激光調(diào)整精心匹配，線性度和穩(wěn)定度都很好。激光調(diào)整精心匹配，線性度和穩(wěn)定度都很好。 過程通道接口數(shù)字量10 模擬信號隔離方法模擬信號隔離方法 n優(yōu)點：是使用少量的光耦，成本低；優(yōu)點：是使用少量的光耦，成本低； n缺點：是調(diào)試?yán)щy，如果光耦挑選得不合適，會影響缺點：是調(diào)試?yán)щy，如果光耦挑選得不合適，會影響A/DA/D 或或D/AD/A轉(zhuǎn)換的精度和線性度。轉(zhuǎn)換的精度和線性度。 數(shù)字信號隔離方法數(shù)字信號隔離方法 n優(yōu)點：是調(diào)試簡單，不影響系統(tǒng)的精度和線性度；優(yōu)點：是調(diào)試簡單，不影響系統(tǒng)的精度和線性度； n缺點：是使用較多的光耦器件，成本較高。缺點

8、：是使用較多的光耦器件，成本較高。 但因光耦越來越價廉，數(shù)字信號隔離方法的優(yōu)勢凸但因光耦越來越價廉，數(shù)字信號隔離方法的優(yōu)勢凸 現(xiàn)出來，因而在工程中使用的最多?，F(xiàn)出來，因而在工程中使用的最多。 光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點光耦的這兩種隔離方法各有優(yōu)缺點 過程通道接口數(shù)字量11 要注意的是，用于驅(qū)動發(fā)光管的電源與驅(qū)要注意的是，用于驅(qū)動發(fā)光管的電源與驅(qū) 動光敏管的電源不應(yīng)是共地的同一個電源，必動光敏管的電源不應(yīng)是共地的同一個電源，必 須須，才能有效避免輸出端與輸入，才能有效避免輸出端與輸入 端相互間的反饋和干擾；另外，發(fā)光二極管的端相互間的反饋和干擾；另外，發(fā)光二極管的 動態(tài)電阻很小，也可以抑制系

9、統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干動態(tài)電阻很小，也可以抑制系統(tǒng)內(nèi)外的噪聲干 擾。因此，利用光耦隔離器可用來傳遞信號而擾。因此，利用光耦隔離器可用來傳遞信號而 有效地隔離電磁場的電干擾。有效地隔離電磁場的電干擾。 為了適應(yīng)計算機(jī)控制系統(tǒng)的需求，目前已為了適應(yīng)計算機(jī)控制系統(tǒng)的需求，目前已 生產(chǎn)出各種集成的多路光耦隔離器，如生產(chǎn)出各種集成的多路光耦隔離器，如TLPTLP系列系列 就是常用的一種。就是常用的一種。 過程通道接口數(shù)字量12 1.一般隔離用光耦合器一般隔離用光耦合器 TLP521-1 TLP521-2 TLP521-4 過程通道接口數(shù)字量13 4N25和和4N29（MOTOROLA) 4N25:有基極引線，可

10、有基極引線，可 以不用，也可以通過幾以不用，也可以通過幾 百千歐以上的電阻，再百千歐以上的電阻，再 并聯(lián)一個幾十皮法的小并聯(lián)一個幾十皮法的小 電容接到地上。電容接到地上。 4N29:達(dá)林頓管輸出，達(dá)林頓管輸出， 基極用法與基極用法與4N25相同。相同。 過程通道接口數(shù)字量14 交流用光耦合器交流用光耦合器 NECNEC公司的公司的PS2505-1,PS2505-1, 和和ToshibaToshiba公司的公司的 TLP620TLP620引腳相同。引腳相同。4 4引引 腳封裝，輸入端為反腳封裝，輸入端為反 相并聯(lián)的發(fā)光二極管，相并聯(lián)的發(fā)光二極管， 可以實現(xiàn)交流檢測可以實現(xiàn)交流檢測 過程通道接口數(shù)

11、字量15 高速光隔（高速光隔（1） AgilentAgilent公司產(chǎn)品公司產(chǎn)品 6N1376N137系列：高系列：高CMRCMR 與與TTLTTL兼容兼容 傳輸速度：傳輸速度：10Mbit/s10Mbit/s 過程通道接口數(shù)字量16 高速光隔（高速光隔（2） HCPL-7721/0721HCPL-7721/0721系列：系列： 超高速超高速 有雙列直插封裝和表面貼片有雙列直插封裝和表面貼片 封裝封裝 傳輸速度：傳輸速度：25Mbit/s25Mbit/s 過程通道接口數(shù)字量17 PhotoMOS繼電器繼電器 過程通道接口數(shù)字量18 4.10.2 數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸入通

12、道的結(jié)構(gòu) 過程通道接口數(shù)字量19 1. 輸入調(diào)理電路輸入調(diào)理電路 過程通道接口數(shù)字量20 VD1 +24V +5V R2 R4 DI+ DI C1 R3R1 VD2 JP1 JP2 1 2 1 2 3 圖4-44 數(shù)字量輸入實用電路 當(dāng)當(dāng)JP1跳線器跳線器1-2短路，跳線器短路，跳線器JP2的的1-2斷開、斷開、2-3短路短路 時，輸入端時，輸入端DI+和和DI可以接一干接點信號?？梢越右桓山狱c信號。 當(dāng)當(dāng)JP1跳線器跳線器1-2斷開，跳線器斷開，跳線器JP2的的1-2短路、短路、2-3斷開斷開 時，輸入端時，輸入端DI+和和DI可以接有源接點?？梢越佑性唇狱c。 過程通道接口數(shù)字量21 2交流

13、輸入信號檢測電路交流輸入信號檢測電路 +5V S + L U RV1 R3 IO R4 R1 R2 C1 N OP1 L1 L2 圖4-45 交流輸入信號檢測電路 L、N為交流輸入端。當(dāng)為交流輸入端。當(dāng)S按鈕按下時，按鈕按下時，IO=0；當(dāng)；當(dāng)S按鈕按鈕 未按下時，未按下時，IO=1。 過程通道接口數(shù)字量22 - + S 2D 到到 輸輸 入入 緩緩 沖沖 器器 CCV+ 2R 1R 1C 1D 3R 光光 耦耦 S 2D 到到 輸輸 入入 緩緩 沖沖 器器 CCV+ 2R 1R 1C 1D 3R 光光 耦耦 圖圖 4 4 - - 4 4 開開 關(guān)關(guān) 量量 輸輸 入入 信信 號號 調(diào)調(diào) 理理

14、電電 路路 C2 R3 (a) 直 流 輸 入 電 路 (b) 交 流 輸 入 電 路 過程通道接口數(shù)字量23 4.10.3 數(shù)字量輸出通道 過程通道接口數(shù)字量24 1. 低電壓開關(guān)量信號輸出技術(shù)低電壓開關(guān)量信號輸出技術(shù) 過程通道接口數(shù)字量25 2. 繼電器輸出技術(shù)繼電器輸出技術(shù) 過程通道接口數(shù)字量26 3. 晶閘管輸出技術(shù) A G K T2 T1 G 過程通道接口數(shù)字量27 晶閘管又稱可控硅（SCR），是一種大功率的半導(dǎo) 體器件，具有用小功率控制大功率、開關(guān)無觸點 等特點，在交直流電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨 動系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛。 晶閘管是一個三端器件，其符號表示如圖4-10所 示，（a）為單向

15、晶閘管，有陽極A、陰極K、控制 極（門極）G三個極。當(dāng)陽、陰極之間加正壓時， 控制極與陰極兩端也施加正壓使控制極電流增大 到觸發(fā)電流值時，晶閘管由截止轉(zhuǎn)為導(dǎo)通；只有 在陽、陰極間施加反向電壓或陽極電流減小到維 持電流以下，晶閘管才由導(dǎo)通變?yōu)榻刂埂蜗蚓?閘管具有單向?qū)щ姽δ?，在控制系統(tǒng)中多用于直 流大電流場合，也可在交流系統(tǒng)中用于大功率整 流回路。 過程通道接口數(shù)字量28 工作原理工作原理 過程通道接口數(shù)字量29 螺栓型晶閘管螺栓型晶閘管 過程通道接口數(shù)字量30 平板型晶閘管平板型晶閘管 過程通道接口數(shù)字量31 鑒別晶閘管三個極的方法鑒別晶閘管三個極的方法 根據(jù)根據(jù)P-N結(jié)的原理，只要用萬用表

16、測量一下三個極之結(jié)的原理，只要用萬用表測量一下三個極之 間的電阻值就可以。間的電阻值就可以。 陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上，陽極與陰極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上， 陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上陽極和控制極之間的正向和反向電阻在幾百千歐以上 （它們之間有兩個（它們之間有兩個P-N結(jié)，而且方向相反，因此陽極結(jié)，而且方向相反，因此陽極 和控制極正反向都不通）。和控制極正反向都不通）。 控制極與陰極之間是一個控制極與陰極之間是一個P-N結(jié)，因此它的正向電阻結(jié)，因此它的正向電阻 大約在幾歐大約在幾歐-幾百歐的范圍，反向電阻比正向電阻要大。幾百歐的范圍，反向電阻比

17、正向電阻要大。 可是控制極二極管特性是不太理想的，反向不是完全可是控制極二極管特性是不太理想的，反向不是完全 呈阻斷狀態(tài)的，可以有比較大的電流通過，因此，有呈阻斷狀態(tài)的，可以有比較大的電流通過，因此，有 時測得控制極反向電阻比較小，并不能說明控制極特時測得控制極反向電阻比較小，并不能說明控制極特 性不好。另外，在測量控制極正反向電阻時，萬用表性不好。另外，在測量控制極正反向電阻時，萬用表 應(yīng)放在應(yīng)放在R*10或或R*1擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。擋，防止電壓過高控制極反向擊穿。 若測得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短若測得元件陰陽極正反向已短路，或陽極與控制極短 路，或控制極與陰極

18、反向短路，或控制極與陰極斷路，路，或控制極與陰極反向短路，或控制極與陰極斷路， 說明元件已損壞。說明元件已損壞。 過程通道接口數(shù)字量32 雙向晶閘管輸出驅(qū)動電路雙向晶閘管輸出驅(qū)動電路 +5V 6047 180400 47 0.01F T2 G T1 KS MOC 3041 220V 圖圖 4-11 雙雙向向晶晶閘閘管管輸輸出出驅(qū)驅(qū)動動電電路路 RL Di 過程通道接口數(shù)字量33 晶閘管常用于高電壓大電流的負(fù)載，不適 宜與CPU直接相連，在實際使用時要采用 隔離措施。圖4-11為經(jīng)光耦隔離的雙向 晶閘管輸出驅(qū)動電路，當(dāng)CPU數(shù)據(jù)線Di 輸出數(shù)字“1”時，經(jīng)7406反相變?yōu)榈碗娖剑?光耦二極管導(dǎo)通

19、，使光敏晶閘管導(dǎo)通，導(dǎo) 通電流再觸發(fā)雙向晶閘管導(dǎo)通，從而驅(qū)動 大型交流負(fù)荷設(shè)備RL。 過程通道接口數(shù)字量34 4. 固態(tài)繼電器輸出 固態(tài)繼電器SSR（Solid State Relay），是 一種新型的無觸點開關(guān)的電子繼電器，它利用電 子技術(shù)實現(xiàn)了控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離 和信號耦合，而且沒有任何可動部件或觸點，卻 能實現(xiàn)電磁繼電器的功能，故稱為固態(tài)繼電器。 它具有體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械噪聲、無抖 動和回跳、壽命長等傳統(tǒng)繼電器無法比擬的優(yōu)點， 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用，大有取代 電磁繼電器之勢。 過程通道接口數(shù)字量35 4. 固態(tài)繼電器輸出 固態(tài)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu) 固態(tài)繼電器的應(yīng)

20、用 過程通道接口數(shù)字量36 固態(tài)繼電器SSR是一個四端組件，有兩個輸入端、 兩個輸出端，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)類似于圖4-11中的晶閘 管輸出驅(qū)動電路。 光耦隔離電路的作用是在輸入與輸出之間起信號 傳遞作用，同時使兩端在電氣上完全隔離； 控制觸發(fā)電路是為后級提供一個觸發(fā)信號，使電 子開關(guān)（三極管或晶閘管）能可靠的導(dǎo)通； 電子開關(guān)電路用來接通或關(guān)斷直流或交流負(fù)載電 源； 吸收保護(hù)電路的功能是為了防止電源的尖峰和浪 涌對開關(guān)電路產(chǎn)生干擾造成開關(guān)的誤動作或損害， 一般由RC串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)和壓敏電阻組成； 過程通道接口數(shù)字量37 SSR SSR的輸入端與晶體管、的輸入端與晶體管、TTLTTL、CMOSCMOS電路電路

21、兼容，輸出端利用器件內(nèi)的電子開關(guān)來接通和兼容，輸出端利用器件內(nèi)的電子開關(guān)來接通和 斷開負(fù)載。工作時只要在斷開負(fù)載。工作時只要在輸入輸入端施加一定的端施加一定的弱弱 電信號電信號，就可以，就可以控制輸出端大電流負(fù)載控制輸出端大電流負(fù)載的通斷。的通斷。 SSRSSR的輸出端可以是直流也可以是交流，的輸出端可以是直流也可以是交流， 分別稱為直流型分別稱為直流型SSRSSR和交流型和交流型SSRSSR。直流型直流型SSRSSR 內(nèi)部的開關(guān)組件為內(nèi)部的開關(guān)組件為功率三極管功率三極管，交流型交流型SSRSSR內(nèi)內(nèi) 部的開關(guān)組件為部的開關(guān)組件為雙向晶閘管雙向晶閘管。而交流型。而交流型SSRSSR按按 控制觸

22、發(fā)方式不同又可分為過零型和移相型兩控制觸發(fā)方式不同又可分為過零型和移相型兩 種，其中應(yīng)用最廣泛的是過零型。種，其中應(yīng)用最廣泛的是過零型。 過程通道接口數(shù)字量38 固態(tài)繼電器產(chǎn)品固態(tài)繼電器產(chǎn)品 過程通道接口數(shù)字量39 4.10.4 脈沖量脈沖量I/O通道通道 圖 4-5 脈沖計數(shù)輸入電路 +12V CCV 8253/8254 CLK0 OUT0 GATE1 CLK1 OUT1 CLK2 OUT2 GATE0 GATE2 系統(tǒng)時鐘 TS TW CR CE OL +5V 計數(shù)通道1 PC總線 R C R 光耦 Dz 脈沖計數(shù)輸入電路脈沖計數(shù)輸入電路 過程通道接口數(shù)字量40 圖為一種定時計數(shù)輸入接口電

23、路，傳感器發(fā)出的脈沖 頻率信號，經(jīng)過簡單的信號調(diào)理，引到8254芯片的計數(shù)通 道1的CLK1口。8254是具有3個16位計數(shù)器通道的可編程計 數(shù)器/定時器。圖中，計數(shù)通道0工作于模式3，CLK0用于 接收系統(tǒng)時鐘脈沖，OUT0輸出一個周期為系統(tǒng)時鐘脈沖N 倍（N為通道0的計數(shù)初值）的連續(xù)方波脈沖，其高、低電 平時段是計數(shù)通道1的采樣時間和采樣間隔時間，分別記 為TS、TW；計數(shù)通道1和2均選為工作模式2，且OUT1串接 到CLK2，使兩者構(gòu)成一個計數(shù)長度為232的脈沖計數(shù)器，以 對TS內(nèi)的輸入脈沖計數(shù)。 如果獲得TS時間內(nèi)的輸入脈沖個數(shù)為n，則單位時間 內(nèi)的脈沖個數(shù)即脈沖頻率為n/TS，從而可

24、換算出介質(zhì)的流 量或電機(jī)的轉(zhuǎn)速值。比如，發(fā)出脈沖頻率信號的是渦輪流 量計或磁電式速度傳感器，它們的脈沖當(dāng)量(即一個脈沖 相當(dāng)?shù)牧髁炕蜣D(zhuǎn)數(shù))為K，則介質(zhì)的流量或電機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)就為 n/TSK。 過程通道接口數(shù)字量41 脈沖量輸入脈沖量輸入 Ui Uo 過程通道接口數(shù)字量42 脈沖量輸出脈沖量輸出 過程通道接口數(shù)字量43 4.11 電流電流/電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電路 電動組合單元電動組合單元DDZ-型型 n輸出信號標(biāo)準(zhǔn)為輸出信號標(biāo)準(zhǔn)為010mADC， 電動組合單元電動組合單元DDZ-型型 n輸出信號標(biāo)準(zhǔn)為輸出信號標(biāo)準(zhǔn)為420mADC； 過程通道接口數(shù)字量44 4.11 電流電流/電壓轉(zhuǎn)換電路電壓轉(zhuǎn)換電

25、路 許多控制單元，如一些溫控器、變許多控制單元，如一些溫控器、變 頻調(diào)速器等，其輸入信號也經(jīng)常是頻調(diào)速器等，其輸入信號也經(jīng)常是 010mA或或420mA的標(biāo)準(zhǔn)直流電的標(biāo)準(zhǔn)直流電 流信號。流信號。 計算機(jī)控制系統(tǒng)模擬信號輸出只是計算機(jī)控制系統(tǒng)模擬信號輸出只是 電壓信號；它能處理的一般也只是電壓信號；它能處理的一般也只是 電壓信號。因此，在某些需要電流電壓信號。因此，在某些需要電流 信號輸出或只提供電流信號的場合，信號輸出或只提供電流信號的場合， 需要進(jìn)行電壓需要進(jìn)行電壓/電流轉(zhuǎn)換。電流轉(zhuǎn)換。 過程通道接口數(shù)字量45 4.11.1 電壓電壓/電流轉(zhuǎn)換電流轉(zhuǎn)換 1010V/010mA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 010

26、V/010mA DC轉(zhuǎn)換電路，如圖轉(zhuǎn)換電路，如圖4-52所示。在輸所示。在輸 出回路中，引入一個反饋電阻出回路中，引入一個反饋電阻Rf，輸出電流輸出電流Io經(jīng)反饋電阻經(jīng)反饋電阻 得到一個反饋電壓得到一個反饋電壓Vf，經(jīng)電阻，經(jīng)電阻R3、R4加到運算放大器的加到運算放大器的 兩個輸入端。兩個輸入端。 過程通道接口數(shù)字量46 R4 20k R3 20k VP VN IO Vf Rf V2 RL VT1 VT2 R6 R5 R2 100k Vi R1 100k 200 010mA A V1 E N2i2414 P1223 ()/() /() VVVV RRR VV RRR 同相端和反相端的電壓分別為

27、同相端和反相端的電壓分別為 過程通道接口數(shù)字量47 R4 20k R3 20k VP VN IO Vf Rf V2 RL VT1 VT2 R6 R5 R2 100k Vi R1 100k 200 010mA A V1 E 對于運放，有對于運放，有 VNVP ，故有，故有 2414i4141223 (1/()/()/()VRRRV RRRV RRR 由于由于V V2 2=V=V1 1-V-Vf f 1114i4f1141223 ()()/()/()V R RRV RV RRRV RRR 過程通道接口數(shù)字量48 R4 20k R3 20k VP VN IO Vf Rf V2 RL VT1 VT2

28、R6 R5 R2 100k Vi R1 100k 200 010mA A V1 E 1114i4f1141223 ()()/()/()V R RRV RV RRRV RRR 若令若令 ， ，則有，則有 12 100kRR 34 20kRR fi41i /5VV RRV offif /5IVRVR 過程通道接口數(shù)字量49 對于運放，有對于運放，有 ，故有，故有 由于由于V V2 2=V=V1 1-V-Vf f則則 若令若令 ， ，則有，則有 略去反饋回路的電流，則有：略去反饋回路的電流，則有： 可見當(dāng)運放開環(huán)增益足夠大時，輸出電流可見當(dāng)運放開環(huán)增益足夠大時，輸出電流Io與輸入電壓與輸入電壓Vi

29、的關(guān)系只與反饋電阻的關(guān)系只與反饋電阻Rf有關(guān)，因而具有恒流性能。反饋電有關(guān)，因而具有恒流性能。反饋電 阻阻Rf的值由組件的量程決定，當(dāng)?shù)闹涤山M件的量程決定，當(dāng)Rf=200時，輸出電流時，輸出電流Io 在在010mA DC范圍內(nèi)線性地與范圍內(nèi)線性地與010V DC輸入電壓對應(yīng)。輸入電壓對應(yīng)。 為了增加轉(zhuǎn)換的精度，也可在反饋電壓輸出端加電壓跟隨為了增加轉(zhuǎn)換的精度，也可在反饋電壓輸出端加電壓跟隨 器。器。 NP VV 2414i4141223 (1/()/()/()VRRRV RRRV RRR 1114i4f1141223 ()()/()/()V R RRV RV RRRV RRR 12 100kR

30、R 34 20kRR fi41i /5VV RRV offif /5IVRVR (4-22) 過程通道接口數(shù)字量50 205V/020mA轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 05V/020mA轉(zhuǎn)換電路如圖轉(zhuǎn)換電路如圖4-53所示。所示。 12V +12V 05V VIN A +24V 圖4-53 05V/020mA轉(zhuǎn)換電路 RL（0500 ） KSP2222A 250 （0.1 %） 在圖在圖4-53中，輸出電流中，輸出電流I=VIN/2501000(mA)。 過程通道接口數(shù)字量51 4.11.2 電流電流/電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換 當(dāng)變送器的輸出信號為電流信號時，要轉(zhuǎn)化成可被單片機(jī)當(dāng)變送器的輸出信號為電流信號時，要轉(zhuǎn)化成可被

31、單片機(jī) 系統(tǒng)處理的電壓信號，需經(jīng)系統(tǒng)處理的電壓信號，需經(jīng)I/V轉(zhuǎn)換。最簡單的轉(zhuǎn)換。最簡單的I/V轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 可以利用一個可以利用一個500的精密電阻，將的精密電阻，將010mA的電流信號的電流信號 轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為05V的電壓信號。的電壓信號。 對于不存在共模干擾的對于不存在共模干擾的010mA DC信號，如信號，如DDZ-型型 儀表的輸出信號等，采用圖儀表的輸出信號等，采用圖4-54所示的電阻式所示的電阻式I/V轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換， 其中其中RC構(gòu)成低通濾波網(wǎng)絡(luò)。構(gòu)成低通濾波網(wǎng)絡(luò)。RP用于調(diào)整輸出電壓值。用于調(diào)整輸出電壓值。 R 010mA C V0 R1 RP 05V 圖4-54 電阻式I/V轉(zhuǎn)換 過程

32、通道接口數(shù)字量52 實用的實用的I/V轉(zhuǎn)換電路如圖轉(zhuǎn)換電路如圖4-55所示。其實質(zhì)是一同相放大器所示。其實質(zhì)是一同相放大器 電路，利用電路，利用010mA電流在電阻電流在電阻R上產(chǎn)生輸入電壓，若取上產(chǎn)生輸入電壓，若取 R=200，則，則I=10mA時，產(chǎn)生時，產(chǎn)生2V的輸入電壓，該電路的的輸入電壓，該電路的 放大倍數(shù)為：放大倍數(shù)為： A=1+ 若取若取 =100k， =150k，則，則010mA輸入對應(yīng)于輸入對應(yīng)于 05V的電壓輸出。的電壓輸出。 f 1 R R 1 R f R 過程通道接口數(shù)字量53 由于采用同相端輸入，因此放大器由于采用同相端輸入，因此放大器A應(yīng)選共模抑制比較高應(yīng)選共模抑制

33、比較高 的運放，從電路結(jié)構(gòu)可知，其輸入阻抗較低。的運放，從電路結(jié)構(gòu)可知，其輸入阻抗較低。 010mA R R5 RP R3 R2 VO A R1 C1 Rf 圖4-55 010mA/05V轉(zhuǎn)換電路 過程通道接口數(shù)字量54 4.11.3 集成電壓集成電壓/電流轉(zhuǎn)換器電流轉(zhuǎn)換器XTR110 XTR110是一為模擬信號傳輸設(shè)計的精密電壓變電流轉(zhuǎn)換是一為模擬信號傳輸設(shè)計的精密電壓變電流轉(zhuǎn)換 器。它將器。它將05V或或10V的電壓轉(zhuǎn)換成的電壓轉(zhuǎn)換成420mA、 020mA、525mA電流輸出或其它常用電流范圍。電流輸出或其它常用電流范圍。 精確的單片金屬薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)提供了輸入比例和電流偏移，精確的單片金屬薄膜電阻網(wǎng)絡(luò)提供了輸入比例和電流偏移， 內(nèi)部的內(nèi)部的10V參考電壓用于內(nèi)部電路的驅(qū)動，也可以為其它參考電壓用于內(nèi)部電路的驅(qū)動，也可以為其它 電路提供參考。該器件廣泛用于工業(yè)過程控制、壓力電路提供參考。該器件廣泛用于工業(yè)過程控制、壓力/溫溫 度變送器、數(shù)據(jù)采集、測試設(shè)備的可編程電流源和發(fā)電廠度變送器、數(shù)據(jù)采集、測試