計算機控制系統(tǒng)第2章輸入輸出接口及過程通道技術(shù)

1、 圖2-1 輸入輸出過程通道組成結(jié)構(gòu)圖 圖2-2 模擬量輸入通道方框圖圖2-3 熱電偶變送器輸入電路 2iEFtABtCuW()VVEVEVVt1CuEIR200t1Cu1CuCu(20 0)()EE,IRIRR 圖2-4 儀表放大器結(jié)構(gòu)0BAABuuuu 0bABauRGuuR I1I2IGgguuuiRRAB12Ig2()1GgRuiRRRuR0ABIg21RuuuR 0VIg21uRAuR 圖2-5 AD620引腳圖 圖2-6 AD620典型應用圖2-7 AD620在壓力檢測電路中的應用圖2-8 隔離放大器的符號 圖2-9 變壓器耦合兩端隔離放大器圖2-10 AD210電路結(jié)構(gòu)圖2-11

2、 AD210在熱電偶測量中的應用 圖2-12 二線制變送器的連接圖2-13 無源I/V 變換電路圖2-14 有源同相輸入I/V 變換電路圖2-15 有源反相輸入I/V 變換電路 在計算機測控系統(tǒng)中，被控量與被測量的回路往往是幾路或幾十路，此時往往采用公共的A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路，利用多路轉(zhuǎn)換開關(guān)輪流切換各被控或被測回路與A/D、D/A轉(zhuǎn)換電路間的通路，以達到分時復用的目的。 圖2-16 CD4051結(jié)構(gòu)原理圖圖2-17 CD4051引腳圖圖2-18 CD4052結(jié)構(gòu)原理圖 圖2-19 CD4052引腳圖 在計算機測控系統(tǒng)中，模擬量輸入通道的變化范圍會隨被測量所處的環(huán)境和時間的變化而變化，因此希

3、望能自動改變放大器的增益，使信號通過放大器后，具有合適的動態(tài)范圍，即實現(xiàn)自動量程切換，以便于A/D轉(zhuǎn)換或信號調(diào)理。 此外，在多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，也可能遇到各路信號動態(tài)范圍不一致的情況，這時希望放大器對不同的通路具有不同的增益，以實現(xiàn)相同的動態(tài)輸出。 圖2-20 用儀表放大器實現(xiàn)的可編程增益放大器圖2-21 LH0084電路結(jié)構(gòu) 圖2-22 正弦模擬信號cos2cosmmduUtfUtdt2mufUtA/D2mUfU tA/D100%2100%mUftU 圖2-23 采樣保持電路圖2-24 LF398采樣保持器原理圖圖2-25 LF398典型應用圖2-26 AD582原理及外引腳圖2-27 AD

4、582應用電路 圖2-28 AD574原理框圖 圖2-29 AD574單極性輸入電路 圖2-30 AD574雙極性輸入電路 圖2-31 AD574與外部的連接圖2-32 8通道模擬輸入板 圖2-33 數(shù)字量保持方案圖2-34 模擬量保持方案 圖2-35 DAC1210 原理圖圖2-36 DAC1210與PC/XT總線的接口 圖2-37 V/I轉(zhuǎn)換電路a)、b) 電流串聯(lián)負反饋形式 c) 電流并聯(lián)負反饋形式 d) 電流并聯(lián)正反饋形式 開關(guān)量輸入輸出通道一般由三部分組成： CPU接口邏輯、輸入緩沖器和輸出鎖存器、輸入輸出電氣接 口( 亦即開關(guān)量輸入信號調(diào)理和輸出信號驅(qū)動電路) 。 一般情況下，各種

5、開關(guān)量輸入輸出通道的前兩部分往 往大同小異，所不同的主要在于輸入輸出( IO )電氣 接口。典型的開關(guān)量輸入輸出通道結(jié)構(gòu)如圖圖2-38所示。圖2-38 典型的開關(guān)量輸入/輸出通道 圖2-39 數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)圖 數(shù)字量輸入通道主要由輸入調(diào)理電路、輸入緩沖器、輸入地址譯碼電路等組成，如圖2-39所示。 圖2-40 數(shù)字量輸入通道a) 積分電路數(shù)字量輸入 b) R-S觸發(fā)器數(shù)字量輸入圖2-41 采用光電耦合器隔離開關(guān)量輸入 圖2-42 輸入電平變換 圖2-43 隔離及電平變換電路圖2-44 數(shù)字量輸出通道 數(shù)字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動電路、輸出口地址譯碼等組成，如圖2-44所示。 圖

6、2-45 光電隔離開關(guān)量輸出電路圖2-46 小功率驅(qū)動電路圖2-47 中功率驅(qū)動電路圖2-48 ULN2003達林頓陣列驅(qū)動器a ) ULN2003 結(jié)構(gòu)圖 b) 復合管內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖2-49 過零型固態(tài)繼電器的結(jié)構(gòu) 圖2-50 靜電耦合示意圖圖2-51 電磁耦合示意圖圖2-52 電源共阻抗耦合干擾圖2-53 公共地線耦合干擾圖2-54 輸出阻抗耦合干擾 圖2-55 電阻耦合的等效電路1、2為平行線 干擾往往沿著過程通道進入計算機，其主要原因是過程通道與計算機之間存在公共地線，而且首當其沖是A/D和各種輸入裝置。 所以要求這些設(shè)備有很強的抗干擾能力，而且要設(shè)法削弱來自公共地線的干擾，以提高過程通道

7、的抗干擾性能。圖2-56 干擾信號形式 圖2-57 串模干擾示意圖圖2-58 熱電偶線路中的串模噪聲圖2-59 二級阻容濾波器網(wǎng)絡(luò) 圖2-60 共模干擾示意圖 圖2-61熱電偶測溫線路中的共模噪聲 圖2-62 共模噪聲電壓Ucm的影響圖2-63 雙線傳輸電路圖2-64 脈沖光電耦合圖2-65 雙層浮地屏蔽保護原理圖nn1nnn11yyyynnnnyyayyya , ,(2-33) (2-34) (2-35) Nn11Niiyy=N 1n-i01Nniyy-=(2-36) (2-37) N 10in iniyC y-=11(1),1fnnnffTya yayaTTTT-=-+=+ (2-38) QKP=D43243210Ta Ea Ea Ea Ea=+