軋鋼控制IO系統(tǒng)的信號(hào)變換

1、16:101微機(jī)接口技術(shù)第三節(jié)第三節(jié) 輸入輸出系統(tǒng)的信號(hào)變換輸入輸出系統(tǒng)的信號(hào)變換 16:102 輸入輸出通道接口技術(shù)輸入輸出通道接口技術(shù) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是在微機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的基計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)質(zhì)上是在微機(jī)最小應(yīng)用系統(tǒng)的基礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)、被控對(duì)象的情況，通過(guò)擴(kuò)展相應(yīng)礎(chǔ)上根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)被測(cè)、被控對(duì)象的情況，通過(guò)擴(kuò)展相應(yīng)的接口并在軟件的支持下實(shí)現(xiàn)由模擬量到數(shù)字量再到的接口并在軟件的支持下實(shí)現(xiàn)由模擬量到數(shù)字量再到模擬量的轉(zhuǎn)換，從而完成系統(tǒng)所要求的模擬量的轉(zhuǎn)換，從而完成系統(tǒng)所要求的測(cè)控測(cè)控目標(biāo)。目標(biāo)。 “測(cè)測(cè)” ，即所謂的數(shù)據(jù)采集過(guò)程。它是通過(guò)被測(cè)，即所謂的數(shù)據(jù)采集過(guò)程。它是通過(guò)被測(cè)信號(hào)的輸入通道，

2、將傳感器送來(lái)的過(guò)程參數(shù)，轉(zhuǎn)換成信號(hào)的輸入通道，將傳感器送來(lái)的過(guò)程參數(shù)，轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入微機(jī)；數(shù)字量送入微機(jī)； “控控” ，即所謂的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，即所謂的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)的過(guò)程。它是由輸出通道將微機(jī)運(yùn)算的結(jié)成模擬信號(hào)的過(guò)程。它是由輸出通道將微機(jī)運(yùn)算的結(jié)果變成控制參量送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)取得相應(yīng)的控制效果。果變成控制參量送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)取得相應(yīng)的控制效果。 16:103輸入輸出通道接口技術(shù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 1.1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能：數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能： 時(shí)鐘功能。即確定數(shù)據(jù)采樣周期，同時(shí)也能為系統(tǒng)提時(shí)鐘功能。即確定數(shù)據(jù)采樣周期，同時(shí)也能為系統(tǒng)提供時(shí)

3、間基淮。供時(shí)間基淮。 將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)傳感器送來(lái)的模擬電信號(hào)按一定的次序巡將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)傳感器送來(lái)的模擬電信號(hào)按一定的次序巡回地采樣、進(jìn)行回地采樣、進(jìn)行A AD D轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即完成數(shù)據(jù)的采轉(zhuǎn)換并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，即完成數(shù)據(jù)的采集。集。 對(duì)數(shù)字量按預(yù)定算法進(jìn)行處理。對(duì)數(shù)字量按預(yù)定算法進(jìn)行處理。 顯示和打印輸出。顯示和打印輸出。 當(dāng)過(guò)程參數(shù)越限時(shí)進(jìn)行報(bào)警當(dāng)過(guò)程參數(shù)越限時(shí)進(jìn)行報(bào)警。 信號(hào) 輸出 信號(hào) 輸入 主機(jī)箱 數(shù)據(jù)采集與控制通道 通用計(jì)算機(jī) CRT 打印機(jī) 鍵盤(pán) 磁盤(pán) 驅(qū)動(dòng)器 計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 16:104輸入輸出通道接口技術(shù)2.2.設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所涉及的主要問(wèn)題設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)所涉及的主要問(wèn)題（1 1

4、）分辨率和精度）分辨率和精度（2 2）模擬量輸入通道的數(shù)量）模擬量輸入通道的數(shù)量（3 3）采樣頻率）采樣頻率（4 4）數(shù)據(jù)處理的要求）數(shù)據(jù)處理的要求3.3.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展 新型快速、高分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器件的發(fā)展；新型快速、高分辨率的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器件的發(fā)展； 數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理緊密結(jié)合；數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理緊密結(jié)合； 智能傳感器的發(fā)展；智能傳感器的發(fā)展； 分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，適合不同環(huán)境的要求。分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，適合不同環(huán)境的要求。 16:105輸入輸出通道接口技術(shù)4 4 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的硬件主要由輸入通道、輸出通道組成的。數(shù)據(jù)采集系

5、統(tǒng)的硬件主要由輸入通道、輸出通道組成的。1.1.輸入通道的一般結(jié)構(gòu)輸入通道的一般結(jié)構(gòu) （1 1）輸入通道的內(nèi)容輸入通道的內(nèi)容 輸入通道是將被測(cè)對(duì)象信號(hào)傳送到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)通路輸入通道是將被測(cè)對(duì)象信號(hào)傳送到單片機(jī)數(shù)據(jù)總線上的數(shù)據(jù)通路。結(jié)構(gòu)型式取決于被測(cè)對(duì)象的環(huán)境、輸出信號(hào)的類(lèi)型、數(shù)量、大小。結(jié)構(gòu)型式取決于被測(cè)對(duì)象的環(huán)境、輸出信號(hào)的類(lèi)型、數(shù)量、大小等。根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的大小、類(lèi)型，輸入通道的結(jié)構(gòu)類(lèi)型如表等。根據(jù)傳感器輸出信號(hào)的大小、類(lèi)型，輸入通道的結(jié)構(gòu)類(lèi)型如表所示。所示。 傳感器傳感器輸出信號(hào)為大信號(hào)模擬電壓輸出信號(hào)為大信號(hào)模擬電壓 若直接滿足若直接滿足A/DA/D轉(zhuǎn)換輸入的要求，則可直

6、接送入轉(zhuǎn)換輸入的要求，則可直接送入A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 傳感器輸出的是小信號(hào)模擬電壓傳感器輸出的是小信號(hào)模擬電壓 應(yīng)將該信號(hào)電壓放大，以滿足應(yīng)將該信號(hào)電壓放大，以滿足A/DA/D、V/FV/F轉(zhuǎn)換所要求的輸入電壓。轉(zhuǎn)換所要求的輸入電壓。 16:106輸入輸出通道接口技術(shù)輸入通道結(jié)構(gòu)類(lèi)型表 傳感器輸出信號(hào) 輸入通道結(jié)構(gòu) TTL 電平 TTL 電平信號(hào) 大信號(hào)電流 010mA 420mA 大信號(hào) 模擬電壓 V A/D 單片機(jī) V/F 單片機(jī) 放大 V/F I/V I/V V/F I/V 放大 A/D 單片機(jī) I/V 放大 V/F 放大 整形 單片機(jī) 單片機(jī) 防抖 整形 單片機(jī) 單片機(jī) 小信

7、號(hào)模擬電 壓 mV、V 放大 A/D 單片機(jī) 單片機(jī) 頻率 信號(hào) A/D 單片機(jī) 單片機(jī) 單片機(jī) 小信號(hào)電流 mA、A 小信號(hào) 非 TTL 開(kāi)關(guān) 信號(hào) 16:107輸入輸出通道接口技術(shù) 以電流為輸出信號(hào)的傳感器或傳感儀表則應(yīng)通過(guò)以電流為輸出信號(hào)的傳感器或傳感儀表則應(yīng)通過(guò)I/VI/V轉(zhuǎn)換，將電流轉(zhuǎn)換，將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 頻率信號(hào)，能滿足頻率信號(hào)，能滿足TTLTTL電平要求的直接輸入電平要求的直接輸入I/OI/O口；不滿足則應(yīng)通過(guò)口；不滿足則應(yīng)通過(guò)放大、整形變換成放大、整形變換成TTLTTL電平信號(hào)后再送入。電平信號(hào)后再送入。 開(kāi)關(guān)信號(hào)，若能滿足開(kāi)關(guān)信號(hào)，若能滿足TTL

8、TTL電平要求時(shí)，可直接輸入到電平要求時(shí)，可直接輸入到I/OI/O口，否則，口，否則，就應(yīng)進(jìn)行整形處理。就應(yīng)進(jìn)行整形處理。（2 2）輸入通道的結(jié)構(gòu)）輸入通道的結(jié)構(gòu) 單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如圖所示。單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。如圖所示。 模擬信號(hào)經(jīng)放大器放大，通過(guò)采模擬信號(hào)經(jīng)放大器放大，通過(guò)采樣樣/ /保持器（保持器（S/HS/H）送入送入A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。 多通道典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)多通道典型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 利用多路開(kāi)關(guān)（利用多路開(kāi)關(guān)（MUXMUX）讓讓多個(gè)被測(cè)對(duì)象共用同一個(gè)采集多個(gè)被測(cè)對(duì)象共用同一個(gè)采集通道，這就是多通道數(shù)據(jù)采集通道，這就是多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)。系統(tǒng)的實(shí)質(zhì)。 傳感器 放大器 S

9、/H A/D CPU 單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 16:108輸入輸出通道接口技術(shù) 3.3.輸出通道的一般結(jié)構(gòu)輸出通道的一般結(jié)構(gòu) （1 1）輸出通道的作用）輸出通道的作用 是計(jì)算機(jī)對(duì)采樣數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)是計(jì)算機(jī)對(duì)采樣數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)某種運(yùn)算處理后，將處理結(jié)果某種運(yùn)算處理后，將處理結(jié)果回送給被測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)通路?；厮徒o被測(cè)對(duì)象的數(shù)據(jù)通路。（2 2）輸出通道一般結(jié)構(gòu)）輸出通道一般結(jié)構(gòu) 取決于被測(cè)對(duì)象和控制任務(wù)。輸出通道的一般結(jié)構(gòu)如下圖所取決于被測(cè)對(duì)象和控制任務(wù)。輸出通道的一般結(jié)構(gòu)如下圖所示。示。（3 3）輸出數(shù)據(jù)的形式）輸出數(shù)據(jù)的形式 數(shù)字信號(hào)的形式主要有開(kāi)關(guān)量、二進(jìn)制數(shù)字量和頻率量，它數(shù)字信號(hào)的形式主要有開(kāi)關(guān)量、二進(jìn)

10、制數(shù)字量和頻率量，它們可直接用于開(kāi)關(guān)們可直接用于開(kāi)關(guān)量、數(shù)字量控制系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)。量、數(shù)字量控制系統(tǒng)及頻率調(diào)制系統(tǒng)。 模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過(guò)數(shù)模擬量控制系統(tǒng)，則應(yīng)通過(guò)數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換（模轉(zhuǎn)換（D/AD/A）將其變換成模將其變換成模擬量信號(hào)。擬量信號(hào)。 傳感器 放大器 S/H A/D CPU 傳感器 傳感器 傳感器 多路開(kāi)關(guān) MUX 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 16:109 裝置 過(guò)零切換 隔離電源 頻率調(diào)制系統(tǒng) 直流伺 服裝置 頻率量 數(shù)字控 制裝置 直流伺 服裝置 開(kāi)關(guān)量 控制裝置 數(shù)字量 開(kāi)關(guān)量 數(shù)字量輸出控制 MCS-51 光電隔離 功率開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng) 光電隔離 光電隔離 V/F 頻率量輸出信

11、號(hào)調(diào)節(jié) DCDC 功率控制電源 直流驅(qū)動(dòng)功放 直流驅(qū)動(dòng)功放 D/A 輸出通道結(jié)構(gòu)圖 輸入輸出通道接口技術(shù)16:1010輸入輸出通道接口技術(shù)4 4 信號(hào)的放大與隔離技術(shù)及常用器件信號(hào)的放大與隔離技術(shù)及常用器件1.1.輸入通道的信號(hào)調(diào)節(jié)輸入通道的信號(hào)調(diào)節(jié) （1 1）信號(hào)調(diào)節(jié)的任務(wù)）信號(hào)調(diào)節(jié)的任務(wù) 是將被測(cè)對(duì)象的輸出信號(hào)變換成計(jì)算機(jī)要求的輸入信號(hào)。是將被測(cè)對(duì)象的輸出信號(hào)變換成計(jì)算機(jī)要求的輸入信號(hào)。（2 2）信號(hào)調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu)）信號(hào)調(diào)節(jié)電路的結(jié)構(gòu) 對(duì)于單路小信號(hào)（電流或電壓），如下圖對(duì)于單路小信號(hào)（電流或電壓），如下圖a a所示，必須經(jīng)過(guò)小所示，必須經(jīng)過(guò)小信號(hào)放大環(huán)節(jié)。一般小信號(hào)放大環(huán)節(jié)可選擇測(cè)量放大

12、器。為了減少信號(hào)放大環(huán)節(jié)。一般小信號(hào)放大環(huán)節(jié)可選擇測(cè)量放大器。為了減少經(jīng)過(guò)通道的耦合干擾，可采用隔離放大器。經(jīng)過(guò)通道的耦合干擾，可采用隔離放大器。 信號(hào)濾波是為了提高信噪比。信號(hào)濾波是為了提高信噪比。 對(duì)于大信號(hào)輸出傳感器，可以省去小信號(hào)放大。若是大電流輸對(duì)于大信號(hào)輸出傳感器，可以省去小信號(hào)放大。若是大電流輸出，只需經(jīng)簡(jiǎn)單的出，只需經(jīng)簡(jiǎn)單的I/VI/V轉(zhuǎn)換即可；若是大信號(hào)電壓，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換即可；若是大信號(hào)電壓，可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 16:1011輸入輸出通道接口技術(shù)輸入輸出通道接口技術(shù) 對(duì)于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入通道，必須設(shè)置多路選擇開(kāi)關(guān)，如圖對(duì)于多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的輸入通道，必須設(shè)置多路選

13、擇開(kāi)關(guān)，如圖b b所示。為避免小信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)造成較大的附加誤差，在傳感器輸出信號(hào)所示。為避免小信號(hào)通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)造成較大的附加誤差，在傳感器輸出信號(hào)過(guò)小時(shí)，每個(gè)通道應(yīng)設(shè)前置放大環(huán)節(jié)。在多路選擇開(kāi)關(guān)之后設(shè)置一可編程增過(guò)小時(shí)，每個(gè)通道應(yīng)設(shè)前置放大環(huán)節(jié)。在多路選擇開(kāi)關(guān)之后設(shè)置一可編程增益放大器，利用計(jì)算機(jī)編程控制增益，以滿足各通道對(duì)信號(hào)增益的要求。益放大器，利用計(jì)算機(jī)編程控制增益，以滿足各通道對(duì)信號(hào)增益的要求。 電流信號(hào) 大信號(hào) 小信號(hào) 傳感器 傳感器 傳感器 小信號(hào)放大 信號(hào)修正與變換 I/V A/D V/F 光電 耦合 計(jì) 算 機(jī) 濾 波 環(huán) 節(jié) 傳感器 傳感器 傳感器 前置放大器 多 路 開(kāi)

14、 關(guān) 前置放大器 A/D 計(jì) 算 機(jī) V/F 光電 耦合 濾 波 環(huán) 節(jié) 前置放大器 可編程增益放大器 信號(hào)調(diào)節(jié)電路結(jié)構(gòu) a）單路采集 a）多路采集 16:1012輸入輸出通道接口技術(shù)2.2.信號(hào)調(diào)節(jié)常用器件信號(hào)調(diào)節(jié)常用器件 （1 1）測(cè)量放大器）測(cè)量放大器 測(cè)量放大器的特點(diǎn)測(cè)量放大器的特點(diǎn) 具有高共模抑制比、高速度、高精度、寬頻帶、具有高共模抑制比、高速度、高精度、寬頻帶、高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等。高穩(wěn)定性、高輸入阻抗、低輸出阻抗、低噪聲等。 測(cè)量放大器的工作原理測(cè)量放大器的工作原理 a.a.結(jié)構(gòu)：由三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)：由三個(gè)運(yùn)算放大器構(gòu)成，其內(nèi)部基本電路如圖所示。

15、內(nèi)部基本電路如圖所示。b.b.工作原理：工作原理：A1A1、A2A2二個(gè)同相放大器二個(gè)同相放大器組成差動(dòng)式放大電路，輸入信號(hào)加在組成差動(dòng)式放大電路，輸入信號(hào)加在A1A1、A2A2的同相輸入端，從而具有高抑的同相輸入端，從而具有高抑制共模干擾的能力和高輸入阻抗。功制共模干擾的能力和高輸入阻抗。功率放大器率放大器A3A3為后級(jí)，它不僅切斷共模為后級(jí)，它不僅切斷共模干擾的傳輸，還將雙端輸入方式變換干擾的傳輸，還將雙端輸入方式變換成單端輸出方式，以滿足負(fù)載的需要。成單端輸出方式，以滿足負(fù)載的需要。 S RS RG VIN+ VIN- VOUT R2 RS R1 R2 A1 A2 A3 負(fù)載 R1 外接

16、 測(cè)量放大器的原理圖 16:1013輸入輸出通道接口技術(shù) 測(cè)量放大器集成芯片測(cè)量放大器集成芯片 常用的有常用的有AD521SAD521S、AD522BAD522B、AD612AD612、AD605AD605、ZF605ZF605等。等。a. AD521a. AD521采用標(biāo)準(zhǔn)采用標(biāo)準(zhǔn)1414腳雙列直插式封裝，其管腳功能如圖腳雙列直插式封裝，其管腳功能如圖a a與基本接法如圖與基本接法如圖b b所示。在使用所示。在使用AD521AD521（或其他測(cè)量放大或其他測(cè)量放大器）時(shí)，要特別注意器）時(shí)，要特別注意為偏置電流提供回路。為偏置電流提供回路。為此，輸入（引腳為此，輸入（引腳l l或引腳或引腳3

17、3）端必須與）端必須與電源的地線相連構(gòu)成電源的地線相連構(gòu)成回路。回路。 b. AD522b. AD522也是單芯片集成精密測(cè)量放大器。詳見(jiàn)教材也是單芯片集成精密測(cè)量放大器。詳見(jiàn)教材P125P125。 OFF SET OFF SET OUTPUT a） b） V- 10k 3 5 RS=100k VOUT RG +IN -IN 14 4 6 11 7 12 13 10 8 1 1 14 2 13 3 12 4 11 5 10 6 9 7 8 2 AD521 V+ VIN RG RS SENSE REF RS COMP V+ +IN RG -IN OFF SET V- OFF SET OUTPUT

18、 AD521的管腳功能及基本接法 16:1014輸入輸出通道接口技術(shù)（2 2）可編程增益放大器（）可編程增益放大器（PGAPGA） 可編程增益放大器的特點(diǎn)可編程增益放大器的特點(diǎn) 是硬件設(shè)備少，放大倍數(shù)可根據(jù)需是硬件設(shè)備少，放大倍數(shù)可根據(jù)需要通過(guò)編程進(jìn)行控制，使要通過(guò)編程進(jìn)行控制，使A/DA/D轉(zhuǎn)換器滿量程信號(hào)達(dá)到均一化，提高轉(zhuǎn)換器滿量程信號(hào)達(dá)到均一化，提高了測(cè)量精度。了測(cè)量精度。 可編程增益放大器原理結(jié)構(gòu)可編程增益放大器原理結(jié)構(gòu) 它是測(cè)量放大器電路的擴(kuò)它是測(cè)量放大器電路的擴(kuò)展，增加了增益模擬開(kāi)關(guān)和驅(qū)展，增加了增益模擬開(kāi)關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路?？删幊淘鲆鏈y(cè)量放大動(dòng)電路?？删幊淘鲆鏈y(cè)量放大器的原理如圖所示。

19、器的原理如圖所示。 可編程增益放大器的應(yīng)用可編程增益放大器的應(yīng)用 可編程增益放大器可編程增益放大器PGAPGA的優(yōu)的優(yōu)越性之一就是能進(jìn)行量程自動(dòng)切換。越性之一就是能進(jìn)行量程自動(dòng)切換。 - Ui S1 S2 S3 U0 + Ui R S1 S2 S3 R2 R3 R3 A1 A2 開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)電路 數(shù)字量輸入 A3 可編程增益測(cè)量放大器的原理圖 16:1015輸入輸出通道接口技術(shù)(3)(3)隔離放大器隔離放大器 隔離放大器特點(diǎn)隔離放大器特點(diǎn) 避免各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。避免各種干擾對(duì)系統(tǒng)的影響。 應(yīng)用場(chǎng)合應(yīng)用場(chǎng)合 測(cè)量處于高共模電壓下的低電平信號(hào)；消除信號(hào)源測(cè)量處于高共模電壓下的低電平信號(hào)；消除信號(hào)源

20、地網(wǎng)絡(luò)干擾（如大電流的跳變）所引起的測(cè)量誤差；避免與地構(gòu)成地網(wǎng)絡(luò)干擾（如大電流的跳變）所引起的測(cè)量誤差；避免與地構(gòu)成回路及其寄生拾取問(wèn)題；保護(hù)系統(tǒng)電路不致因輸入端或輸出端的高回路及其寄生拾取問(wèn)題；保護(hù)系統(tǒng)電路不致因輸入端或輸出端的高共模電壓造成損壞；用于醫(yī)療儀器為病人提供安全接口等。共模電壓造成損壞；用于醫(yī)療儀器為病人提供安全接口等。 變壓器耦合隔離放大器變壓器耦合隔離放大器組成組成：由輸入級(jí)、輸出級(jí)和電源振蕩器三個(gè)基本部分。典型的隔離：由輸入級(jí)、輸出級(jí)和電源振蕩器三個(gè)基本部分。典型的隔離放大器原理圖如下圖所示。放大器原理圖如下圖所示。 16:1016 課課程程內(nèi)內(nèi)容容24245 5 V/IV

21、/I和和I/VI/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 微型機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)均采用電壓微型機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中直流標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)均采用電壓0 05 5V V和直流電流和直流電流0 01010mAmA或或4 42020mAmA。1.V/I1.V/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路（1 1）0 01010V V4 420mA20mA轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 電流信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：以消除電纜衰減，抗工業(yè)現(xiàn)電流信號(hào)傳輸?shù)膬?yōu)點(diǎn)：以消除電纜衰減，抗工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾。場(chǎng)干擾。 16:1017 010V 12.5k 1k +15V 50k INA105 420mA OUT 10V OPA27 2 3 1 6 5 2 6 REF10 4 RLOAD 50.1 50

22、.1 常用精密010420mA轉(zhuǎn)換電路如圖所示。 圖中REF10為10V精密電壓基準(zhǔn)，提供一個(gè)10標(biāo)準(zhǔn)的穩(wěn)壓電源，此標(biāo)準(zhǔn)電源與0l0輸入信號(hào)一起加到由超低噪聲精密運(yùn)算放大器OPA27所組成的反相比例求和電路。 16:1018工作原理：當(dāng)輸入信號(hào)在工作原理：當(dāng)輸入信號(hào)在0 01010V V間變化時(shí)，間變化時(shí)，OPA27OPA27的輸出范圍為的輸出范圍為0.20.2V V1V1V，該的輸出加到由精密單位增益差動(dòng)放大器該的輸出加到由精密單位增益差動(dòng)放大器INA105INA105組成組成的的V VI I變換電路的輸入端，可以推出當(dāng)輸入電壓為變換電路的輸入端，可以推出當(dāng)輸入電壓為0.20.211時(shí)，時(shí)，

23、流過(guò)負(fù)載電阻流過(guò)負(fù)載電阻R RLOADLOAD的電流為的電流為4 42020mAmA，而與而與R RLOADLOAD的大小無(wú)關(guān)。的大小無(wú)關(guān)。 (2)(2)隔離型隔離型V/IV/I轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 采用采用ISO100ISO100光電隔光電隔離放大器組成的離放大器組成的4 42020mAmA V VI I變換電路變換電路原理如圖所示。原理如圖所示。 16:10192. 2. I/VI/V轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換電路 I/V I/V轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換以實(shí)現(xiàn)V/IV/I的逆轉(zhuǎn)換。的逆轉(zhuǎn)換。RCV420RCV420是一種精密的電流是一種精密的電流/ /電壓變電壓變換器，它能將換器，它能將4 42020mAmA的電流信

24、號(hào)轉(zhuǎn)換成的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成0 05 5V V的電壓信號(hào)。的電壓信號(hào)。 其典型其典型應(yīng)用電路如圖所示。應(yīng)用電路如圖所示。 IIN 420mA +in 3 Cr 2 -in 1 + + 1F 公共 公共 Rcv Rcv Ref 噪聲抑制 16 4 13 7 5 8 Ref 調(diào)整 10 Ref fA 11 Rcv Out （05V） 15 Ref 12 Ref 14 RCV420 +10V Referenco RS RS RS=75 V0 1F 16:1020輸入輸出通道接口技術(shù)6 6 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 模擬量輸入通道是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入通道中的一種，它的任務(wù)模擬量輸入通道是數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)輸入

25、通道中的一種，它的任務(wù)是把傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸是把傳感器轉(zhuǎn)換后的電信號(hào)經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)恼{(diào)理，然后轉(zhuǎn)換成數(shù)字量輸入計(jì)算機(jī)。入計(jì)算機(jī)。 6.1 6.1 模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)1.1.單路模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)單路模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)如圖所示。各部分作用：結(jié)構(gòu)如圖所示。各部分作用： 傳感器部分傳感器部分 其作用是把工業(yè)其作用是把工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的各種非電物理量檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。現(xiàn)場(chǎng)的各種非電物理量檢測(cè)出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號(hào)。 信號(hào)調(diào)理電路部分信號(hào)調(diào)理電路部分 其作用是將傳感器輸出的信號(hào)作適當(dāng)?shù)钠渥饔檬菍鞲衅鬏敵龅男盘?hào)作適當(dāng)

26、的處理，使之成為適合處理，使之成為適合A/DA/D轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)。主要包括信號(hào)的濾波、轉(zhuǎn)換的電壓信號(hào)。主要包括信號(hào)的濾波、放大、隔離、變換以及線性化處理等內(nèi)容。放大、隔離、變換以及線性化處理等內(nèi)容。 傳感器 信號(hào) 調(diào)理 電路 S/H A/D 微型 計(jì)算 機(jī) 單路模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)圖 16:1021第四章第四章 輸入輸出通道接口技術(shù) 采樣采樣/ /保持器（保持器（S/HS/H） 由于任何一種由于任何一種A/DA/D轉(zhuǎn)換器都需要有一定時(shí)轉(zhuǎn)換器都需要有一定時(shí)間來(lái)完成量化及編碼操作。因此，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬量不能發(fā)生間來(lái)完成量化及編碼操作。因此，在轉(zhuǎn)換過(guò)程中，模擬量不能發(fā)生變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精

27、度。變化，否則，將直接影響轉(zhuǎn)換精度。 A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 其作用是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。其作用是將輸入的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。2.2.多路模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu)多路模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu) 結(jié)構(gòu)如圖所示。多路開(kāi)關(guān)結(jié)構(gòu)如圖所示。多路開(kāi)關(guān)的作用是把多路輸入的模擬量的作用是把多路輸入的模擬量分時(shí)地送入分時(shí)地送入A/DA/D，即完成多到即完成多到一的轉(zhuǎn)換。一的轉(zhuǎn)換。6.2 6.2 模擬量輸入通道中的常用器件及電路模擬量輸入通道中的常用器件及電路1.1.多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān) 傳感器 S/H A/D 微型 計(jì)算 機(jī) 信號(hào)調(diào)理 信號(hào)調(diào)理 傳感器 傳感器 信號(hào)調(diào)理 多路開(kāi)關(guān) 單路模

28、擬量輸入通道結(jié)構(gòu)圖 16:1022輸入輸出通道接口技術(shù) 常用的多路開(kāi)關(guān)有：常用的多路開(kāi)關(guān)有：CD4051CD4051（雙向、雙向、8 8路）、路）、CD4052CD4052（單向、差單向、差動(dòng)動(dòng)4 4路）、路）、AD7501AD7501（單向、單向、8 8路）、路）、AD7506AD7506（單向、單向、1616路）等。路）等。（1 1）CD4051 CD4051 是八通道雙向多路開(kāi)關(guān)是八通道雙向多路開(kāi)關(guān) 引腳排列如圖所示。引腳排列如圖所示。 a. a.引腳功能引腳功能 C C、B B、A A為通道選擇輸入端；為通道選擇輸入端； INH INH為禁止端，高電平時(shí)，禁止通道為禁止端，高電平時(shí)，禁

29、止通道接通，低電平時(shí)，允許通道接通；接通，低電平時(shí)，允許通道接通； V VININ的范圍是的范圍是V VDDDDV VEEEE V VDDDD的范圍的范圍3 31515V V。 1 16 2 15 3 14 4 13 5 12 6 11 7 10 8 9 CD4051 IN/OUT4 IN/OUT6 OUT/IN IN/OUT7 IN/OUT5 INH VEE VSS VDD IN/OUT2 IN/OUT1 IN/OUT0 IN/OUT3 A B C CD4051引腳排列圖 16:1023輸入輸出通道接口技術(shù) b.CD4051 b.CD4051的真值表的真值表 如表所示。如表所示。(2)(2)

30、多路開(kāi)關(guān)的擴(kuò)展多路開(kāi)關(guān)的擴(kuò)展 當(dāng)模擬量輸入通道較多，使用一片多當(dāng)模擬量輸入通道較多，使用一片多路開(kāi)關(guān)不夠用時(shí)，可以把多片多路開(kāi)關(guān)連路開(kāi)關(guān)不夠用時(shí)，可以把多片多路開(kāi)關(guān)連在一起，構(gòu)成更多通道的多路開(kāi)關(guān)。在一起，構(gòu)成更多通道的多路開(kāi)關(guān)。舉例：利用兩片舉例：利用兩片CD4051CD4051組成的組成的1616路多路開(kāi)路多路開(kāi)關(guān)連接如圖所示。關(guān)連接如圖所示。 D3 D3用來(lái)控制兩個(gè)用來(lái)控制兩個(gè)CD4051CD4051的的INHINH，當(dāng)當(dāng)D3D31 1時(shí)，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖?，使時(shí)，經(jīng)反相器變?yōu)榈碗娖剑? 1# #片片被選中；反之選中被選中；反之選中2 2# # 。 輸入狀態(tài) 接通通道號(hào) INH C B

31、 A CD4051 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 D0 D1 D2 D3 13 CD4051 1# 3 4 A B C INH 13 A B C INH CD4051 3 4 2# OUT/IN IN0 IN7 IN8 IN15 CD4051的擴(kuò)展圖 16:1024輸入輸出通道接口技術(shù)2.2.采樣采樣/ /保持器保持器（1 1）工作狀態(tài)）工作狀態(tài) 在采樣狀態(tài)時(shí)，輸出跟隨輸入在采樣狀態(tài)時(shí)，輸出跟隨輸入信號(hào)變化；而在保持狀態(tài)時(shí)，輸出信號(hào)變化；而在保持狀態(tài)時(shí)，輸出保持在進(jìn)

32、入保持狀態(tài)這一時(shí)刻的輸保持在進(jìn)入保持狀態(tài)這一時(shí)刻的輸入電壓值。其輸入輸出特性如圖所示。入電壓值。其輸入輸出特性如圖所示。（2 2）常用芯片）常用芯片 AD582 AD582、AD585AD585、LF198/298/398LF198/298/398等。等。（3 3）工作原理）工作原理 原理如圖所示。原理如圖所示。 VIN VOUT VIN VOUT 采樣 保持 t 工作方式 工作方式 S/H 采樣/保持器輸入輸出特性 CH OFFSET V0 2 V1 V2 5 3 8 R2 7 R1 A1 A3 A2 VIN IN- IN+ S 7 8 3 2 6 LF198/298/398原理圖 16:1

33、025PCPC系統(tǒng)的系統(tǒng)的A/DA/D、D/AD/A通道通道一、模擬通道的電路組成一、模擬通道的電路組成1 1、多通道模擬開(kāi)關(guān)、多通道模擬開(kāi)關(guān) 為了從多個(gè)模擬量中選取其中一個(gè)進(jìn)行輸入，通常采用擬多路開(kāi)關(guān)來(lái)為了從多個(gè)模擬量中選取其中一個(gè)進(jìn)行輸入，通常采用擬多路開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)切換。為了提高系統(tǒng)的精度和速度，對(duì)它的要求主要有實(shí)現(xiàn)信號(hào)的分時(shí)切換。為了提高系統(tǒng)的精度和速度，對(duì)它的要求主要有3 3點(diǎn)點(diǎn)：當(dāng)初換開(kāi)關(guān)接通時(shí)，希望它的導(dǎo)通靜態(tài)電阻無(wú)窮小；當(dāng)初換開(kāi)關(guān)接通時(shí)，希望它的導(dǎo)通靜態(tài)電阻無(wú)窮??；當(dāng)切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，希望它的開(kāi)路靜態(tài)電阻無(wú)窮大，即開(kāi)關(guān)的地漏電流越小當(dāng)切換開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，希望它的開(kāi)路靜態(tài)電阻無(wú)窮

34、大，即開(kāi)關(guān)的地漏電流越小越好（越好（0.50.51an1an）；）；切換速度越快越好（延遲時(shí)間一般為切換速度越快越好（延遲時(shí)間一般為100ns100ns0.8us0.8us），），用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行用戶(hù)可根據(jù)需要進(jìn)行選擇。選擇。 如如ADAD公司的公司的AD7501AD7501（8181），），AD7506AD7506（161161）。）。16:1026 常用的采樣常用的采樣/ /保持器，如廉價(jià)的保持器，如廉價(jià)的LF398LF398，通用型通用型AD582AD582、AD583AD583，高速型高速型THS-0060THS-0060以及超高速型以及超高速型THS-0010THS-0010等。等

35、。二、模擬通道的結(jié)構(gòu)形式二、模擬通道的結(jié)構(gòu)形式1 1、A/DA/D通道的結(jié)構(gòu)形成通道的結(jié)構(gòu)形成（1 1）單通道）單通道2、采樣/保持器 從原理上講，一個(gè)開(kāi)關(guān)和一個(gè)電容器就可構(gòu)成采樣/保持電路，如圖10.27所示?？刂贫薃1+VIN+ASA2+VOUTCH16:1027 不帶采樣不帶采樣/ /保持器的單通道。用于直流或低頻模擬信號(hào)的保持器的單通道。用于直流或低頻模擬信號(hào)的 A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 帶采樣帶采樣/ /保持器的單通道。用于高速模擬信號(hào)的保持器的單通道。用于高速模擬信號(hào)的A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。（2 2）多通道）多通道每個(gè)通道都帶有采樣每個(gè)通道都帶有采樣/ /保持器和保持器和A/DA

36、/D轉(zhuǎn)換器的并行多通道。轉(zhuǎn)換器的并行多通道。S/HS/DI/OCPUS/HS/DI/OS/HA/DI/OA1A2An并行多通道A/D16:1028A1A2AnS/HS/HS/H多路開(kāi)關(guān)MUXA/DI/OCPU共享A/D的多通道各通道帶采樣/保持器，但共享A/D的多通道。16:1029共享采樣/保持器和A/D轉(zhuǎn)換器的多通道。多路開(kāi)關(guān)MUXA1A2AnS/HA/DI/OCPU共享S/H和A/D的多通道16:1030A1A2AI鎖存器1D/ACPU并行多通道D/A鎖存器2鎖存器3D/AD/ACPU2.D/A通道的結(jié)構(gòu)形式每個(gè)通道都帶有鎖存器及D/A轉(zhuǎn)換器的并行多通道，它一般用于高速系統(tǒng)，如圖所示。1

37、6:1031共享D/A轉(zhuǎn)換器的多通道。由于共享D/A轉(zhuǎn)換器串行工作，速度較慢，且輸出端是采用保持器，靠保持電容維持模擬信息，需要用軟件刷新，如圖所示。A1A2An 保持器1CPU共享D/A的多通道D/AD/AI/OCPU多路開(kāi)關(guān)DX保持器2保持器n16:1032輸入模擬信號(hào)的采樣、輸入模擬信號(hào)的采樣、 保持保持計(jì)算機(jī)只能接受和處理數(shù)字信號(hào)，即來(lái)自被控對(duì)象計(jì)算機(jī)只能接受和處理數(shù)字信號(hào)，即來(lái)自被控對(duì)象的信息的信息(如如溫度、壓力、速度、位置、流量溫度、壓力、速度、位置、流量等等)大大部分是模擬信號(hào)。因此，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中必部分是模擬信號(hào)。因此，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中必須解決這兩種信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。須解

38、決這兩種信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換。信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換包括信號(hào)的相互轉(zhuǎn)換包括 信號(hào)的采樣信號(hào)的采樣 信號(hào)的保持信號(hào)的保持 16:1033問(wèn)題：?jiǎn)栴}：模擬信號(hào)進(jìn)行模擬信號(hào)進(jìn)行 AD 轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)，從啟從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需動(dòng)轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出數(shù)字量，需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)輸入信號(hào)頻要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。率較高時(shí)，會(huì)造成很大的轉(zhuǎn)換誤差。解決方法：解決方法：采用一種器件，在采用一種器件，在AD轉(zhuǎn)換時(shí)轉(zhuǎn)換時(shí)保持住輸入信號(hào)電平，在保持住輸入信號(hào)電平，在AD轉(zhuǎn)換結(jié)束后跟蹤輸入信號(hào)的變化。轉(zhuǎn)換結(jié)束后跟蹤輸入信號(hào)的變化。這種功能的器件就是采樣保持器。這種功能的器件就是采樣保

39、持器。16:1034 一一 信號(hào)的采樣信號(hào)的采樣 16:1035圖中信號(hào)圖中信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的號(hào)，如時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的號(hào)，如圖中的圖中的y(t)；離散模擬信號(hào)離散模擬信號(hào)時(shí)間上離散而幅值上連續(xù)的信號(hào)時(shí)間上離散而幅值上連續(xù)的信號(hào)如圖中的如圖中的y*(t)；數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)時(shí)間上離散和幅值上離散量化的信號(hào)時(shí)間上離散和幅值上離散量化的信號(hào)，如圖中的，如圖中的y(nT)和和u(nT)；量化模擬信號(hào)量化模擬信號(hào)時(shí)間上連續(xù)幅值上連續(xù)量化的信時(shí)間上連續(xù)幅值上連續(xù)量化的信號(hào)，如圖中的號(hào)，如圖中的u(t)。這些信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，是通。這些信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，是通過(guò)采樣器、模過(guò)采樣器

40、、模/數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)轉(zhuǎn)換器(AD)和數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器(DA)等硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。等硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 16:1036采樣器的采樣過(guò)程采樣器的采樣過(guò)程0t0T2T3Tt采樣器y( t )*y( t )*y( t )y( t ) T圖2-7 信號(hào)的采樣過(guò)程（1）.信號(hào)的采樣信號(hào)的采樣 把連續(xù)變化量變成離散量的過(guò)程。把連續(xù)變化量變成離散量的過(guò)程。（2）.采樣信號(hào)采樣信號(hào) 把以一定時(shí)間間隔把以一定時(shí)間間隔T逐點(diǎn)采集連續(xù)的模擬信號(hào)，并保持逐點(diǎn)采集連續(xù)的模擬信號(hào)，并保持一個(gè)時(shí)間一個(gè)時(shí)間t，使被采集的信號(hào)變成時(shí)間上離散、幅值等于采樣時(shí)刻該信號(hào)使被采集的信號(hào)變成時(shí)間上離散、幅值等于采樣時(shí)刻該信號(hào)瞬時(shí)值的一組方波序

41、列信號(hào)。采樣周期為瞬時(shí)值的一組方波序列信號(hào)。采樣周期為 （3）.采樣時(shí)間或采樣寬度采樣時(shí)間或采樣寬度-采樣開(kāi)關(guān)每次閉合的時(shí)間采樣開(kāi)關(guān)每次閉合的時(shí)間（4）.采樣周期采樣周期T-把采樣開(kāi)關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔把采樣開(kāi)關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔T稱(chēng)為采樣周期。稱(chēng)為采樣周期。 在實(shí)際系統(tǒng)中，在實(shí)際系統(tǒng)中， T ，也就是說(shuō)，可以近似地認(rèn)為采樣信號(hào)，也就是說(shuō)，可以近似地認(rèn)為采樣信號(hào)y*(t)是是y(t)在采樣開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值在采樣開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值。16:1037（5）.周期采樣周期采樣-就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào)個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào)y(t)，按

42、一定的時(shí)間間隔，按一定的時(shí)間間隔T 轉(zhuǎn)變?yōu)檗D(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)在瞬時(shí)0，T，2T，的一連串脈沖序列信號(hào)的一連串脈沖序列信號(hào) y*(t)，（6）.采樣過(guò)程采樣過(guò)程-把時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號(hào)把時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號(hào)，按一定的時(shí)間間隔，按一定的時(shí)間間隔T轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí)0，T，2 T，n T的一連串脈沖信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為采樣過(guò)程。的一連串脈沖信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為采樣過(guò)程。（7）.采樣器的輸入信號(hào)采樣器的輸入信號(hào)y(t)稱(chēng)為稱(chēng)為原信號(hào)原信號(hào)，而經(jīng)采樣后的輸，而經(jīng)采樣后的輸出信號(hào)出信號(hào)y*(t)則稱(chēng)為則稱(chēng)為采樣信號(hào)采樣信號(hào)。3.3.采樣定理采樣定理（1 1）采樣器采樣器 采樣器相當(dāng)是調(diào)制器

43、，被調(diào)制信號(hào)為模擬量輸入信號(hào)，以采樣開(kāi)采樣器相當(dāng)是調(diào)制器，被調(diào)制信號(hào)為模擬量輸入信號(hào)，以采樣開(kāi)關(guān)的單位脈沖串作為調(diào)制頻率，以離散脈沖信號(hào)輸出。采樣器原理關(guān)的單位脈沖串作為調(diào)制頻率，以離散脈沖信號(hào)輸出。采樣器原理如下圖所示。如下圖所示。 KKtt1常量（T）（K=0、1、） 16:1038第四章第四章 輸入輸出通道接口技術(shù)采樣波形圖如圖所示。采樣波形圖如圖所示。（2 2）采樣過(guò)程分析）采樣過(guò)程分析 一個(gè)連續(xù)變化的信號(hào)，經(jīng)采一個(gè)連續(xù)變化的信號(hào)，經(jīng)采樣后形成一組脈沖序列。采樣的樣后形成一組脈沖序列。采樣的頻率越高，離散后的信號(hào)頻率越高，離散后的信號(hào)x x* *( (t t) )愈接近連續(xù)輸入函數(shù)愈接

44、近連續(xù)輸入函數(shù)x x( (t t) )。 但是，采樣頻率太高，在實(shí)但是，采樣頻率太高，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中將會(huì)把許多寶貴的時(shí)控制系統(tǒng)中將會(huì)把許多寶貴的時(shí)間用于采樣，從而失去了實(shí)時(shí)時(shí)間用于采樣，從而失去了實(shí)時(shí)的控制機(jī)會(huì)。的控制機(jī)會(huì)。 如何確定采樣頻率，使得采如何確定采樣頻率，使得采樣結(jié)果樣結(jié)果x x* *( (t t) )既不失真于既不失真于x x( (t t) )，又不致因采樣過(guò)于頻繁而耗費(fèi)微又不致因采樣過(guò)于頻繁而耗費(fèi)微機(jī)的時(shí)間？機(jī)的時(shí)間？ X(t)X (t)*ST(t)ttt0002T1T3T4T5T6T-2T-1T-3T-4T-5T采樣前后信號(hào)波形的變化16:103916:104016:104

45、116:1042采樣采樣保持器的一般結(jié)構(gòu)形式如圖保持器的一般結(jié)構(gòu)形式如圖5.1所示所示。 模擬信號(hào)模擬信號(hào)UiK驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)信號(hào)ACH模擬地模擬地UO采樣保持器的一般結(jié)構(gòu)形式采樣保持器的一般結(jié)構(gòu)形式16:1043組成組成 模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)K電容電容CH緩沖放大器緩沖放大器A16:1044在在t1時(shí)刻前時(shí)刻前，控制電路的驅(qū)控制電路的驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，動(dòng)信號(hào)為高電平時(shí)，模擬開(kāi)模擬開(kāi)關(guān)關(guān)K 閉合，模擬輸入信號(hào)閉合，模擬輸入信號(hào)Ui 通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)加到電容通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)加到電容CH 上，使得上，使得CH端電壓端電壓UC 跟隨跟隨Ui 變化而變化。變化而變化。在在t1時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低

46、電平，模擬開(kāi)關(guān)平，模擬開(kāi)關(guān)K斷開(kāi)斷開(kāi)，此時(shí)此時(shí)電容電容CH 上的電壓上的電壓UC 保持保持模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間的模擬開(kāi)關(guān)斷開(kāi)瞬間的Ui 值值不變并等待不變并等待AD轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換換。工作原理如下：工作原理如下： t控控制制信信號(hào)號(hào)t模模擬擬輸輸入入At采采樣樣輸輸出出跟蹤跟蹤t1A2t2A1t3保持保持A3t4A圖圖5.2 采樣保持器工作原理采樣保持器工作原理而在而在t2時(shí)刻，保持結(jié)束，時(shí)刻，保持結(jié)束，新一個(gè)跟蹤時(shí)刻到新一個(gè)跟蹤時(shí)刻到 來(lái)，來(lái)，此時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)又為高電此時(shí)驅(qū)動(dòng)信號(hào)又為高電平，模擬開(kāi)關(guān)平，模擬開(kāi)關(guān)K 重新閉重新閉合，合， CH 端電壓端電壓UC 又跟又跟隨隨Ui 變化而變變化而變 ；t3時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低時(shí)刻，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為低電平時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)電平時(shí)，模擬開(kāi)關(guān)K斷斷開(kāi)開(kāi)，.。 16:1045從以上討論可知：從以上討論可知： 采樣采樣保持器是一種用邏輯電平控保持器是一種用邏輯電平控制其工作狀態(tài)的器件。制其工作狀態(tài)