計算機控制第二章-6

1、第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成第二章第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成1.1 信號轉(zhuǎn)換信號轉(zhuǎn)換1.2 量化量化 1.3 信號重構(gòu)信號重構(gòu)1.4數(shù)數(shù)/模模(D/A)轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和(A/D)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.5 開關(guān)量輸入輸出接口開關(guān)量輸入輸出接口1.6 Z變換變換第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù)計算機控制系統(tǒng)必須長期穩(wěn)定可靠運行計算機控制系統(tǒng)必須長期穩(wěn)定可靠運行, ,否則將導(dǎo)致控否則將導(dǎo)致控制誤差加大制誤差加大, ,嚴(yán)重時使系統(tǒng)失靈嚴(yán)重時使系統(tǒng)失靈, ,甚至造成重大損失甚至造成重大損失. .參考書目參考書目: :單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù)單片機應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾技術(shù) 王幸之

2、王幸之 北京航天航空大學(xué)出版社北京航天航空大學(xué)出版社1 1、重要性、重要性第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù) 1）數(shù)據(jù)采集誤差加大。干擾疊加在輸入通道有用信號上使采集誤差加大）控制狀態(tài)失靈。輸入的狀態(tài)信號受干擾（虛假狀態(tài)），導(dǎo)致輸出控 制誤差加大，深圳控制失常）數(shù)據(jù)受干擾變化。計算機控制系統(tǒng)中，ram中數(shù)據(jù)受干擾會竄改）程序運行失常。PC值被修改。2 2、主要表現(xiàn)、主要表現(xiàn)第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù)干擾源對計算機干擾的傳播途徑：干擾源對計算機干擾的傳播途徑：1傳導(dǎo)傳導(dǎo)2直接輻射直接輻射耦合方式：耦合方式：靜電耦合、互感耦合、共阻抗耦合、電磁輻射耦

3、合靜電耦合、互感耦合、共阻抗耦合、電磁輻射耦合如：通過容性耦合或感性耦合把電磁場干擾直接輻射如：通過容性耦合或感性耦合把電磁場干擾直接輻射到控制系統(tǒng)中；通過輸入輸出信號線、電源線、和地到控制系統(tǒng)中；通過輸入輸出信號線、電源線、和地線把干擾傳導(dǎo)到控制系統(tǒng)中。線把干擾傳導(dǎo)到控制系統(tǒng)中。因此，干擾抑制是計算機控制系統(tǒng)中重要研究課題因此，干擾抑制是計算機控制系統(tǒng)中重要研究課題。4 4、干擾傳播途徑、干擾傳播途徑第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù)干擾作用方式不同，可分為：干擾作用方式不同，可分為：1常態(tài)干擾：指疊加在被測信號上的高頻噪聲信號。常態(tài)干擾：指疊加在被測信號上的高頻噪聲信號

4、。2共態(tài)干擾：噪聲侵入線路和地線間，噪聲電流在兩條線上共態(tài)干擾：噪聲侵入線路和地線間，噪聲電流在兩條線上各流過一部分，以地為公共回路。各流過一部分，以地為公共回路。5 5、干擾分類、干擾分類第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù) 生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境中，計算機與測量點距離遠，因此，生產(chǎn)現(xiàn)場環(huán)境中，計算機與測量點距離遠，因此，被測信號源的參考接地點和計算機輸入信號端信號的被測信號源的參考接地點和計算機輸入信號端信號的參考接地點之間往往存在電位差參考接地點之間往往存在電位差Ucm,如圖。該電位如圖。該電位是轉(zhuǎn)換器兩個輸入端共有的干擾電壓（是轉(zhuǎn)換器兩個輸入端共有的干擾電壓（共態(tài)干擾共態(tài)干擾）

5、6 6、長線傳輸引起共態(tài)干擾長線傳輸引起共態(tài)干擾第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù) 對于有共態(tài)干擾的場合，不能采用單端對地輸入方對于有共態(tài)干擾的場合，不能采用單端對地輸入方式。否則共態(tài)干擾轉(zhuǎn)換為常態(tài)干擾，如圖。式。否則共態(tài)干擾轉(zhuǎn)換為常態(tài)干擾，如圖。7 7、共態(tài)干擾與常態(tài)干擾的轉(zhuǎn)化共態(tài)干擾與常態(tài)干擾的轉(zhuǎn)化共態(tài)干擾電壓共態(tài)干擾電壓UN在兩個輸入端之間的共態(tài)電壓為在兩個輸入端之間的共態(tài)電壓為UAB。平衡狀態(tài)時，即平衡狀態(tài)時，即Zs1=Zs2 , Zi1=Zi2 ,UAB=0 不會引入共態(tài)電壓不會引入共態(tài)電壓線路的不平衡狀態(tài)線路的不平衡狀態(tài)UAB!=0，共態(tài)干擾會轉(zhuǎn)化常態(tài)干擾，共態(tài)

6、干擾會轉(zhuǎn)化常態(tài)干擾UAB共模抑制比共模抑制比CMRR越大，抗干擾能力越強。越大，抗干擾能力越強。第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù)常態(tài)干擾的抑制，從干擾信號的特性和來源入手：常態(tài)干擾的抑制，從干擾信號的特性和來源入手：（1）常態(tài)干擾信號與被測信號在不同頻帶位置：濾波）常態(tài)干擾信號與被測信號在不同頻帶位置：濾波器器（2）尖峰型常態(tài)干擾：采用積分式）尖峰型常態(tài)干擾：采用積分式A/D轉(zhuǎn)換削弱此影轉(zhuǎn)換削弱此影響。響。 或數(shù)字濾波技術(shù)（白躁聲）。或數(shù)字濾波技術(shù)（白躁聲）。（3）常態(tài)干擾來自電磁感應(yīng)：盡早前置放大，提高信）常態(tài)干擾來自電磁感應(yīng)：盡早前置放大，提高信躁比?；虮M可能早完成躁

7、比。或盡可能早完成A/D轉(zhuǎn)換，或采取隔離和屏蔽轉(zhuǎn)換，或采取隔離和屏蔽措施。措施。（4）其它：選擇合適的邏輯器件，如低速邏輯器件抑）其它：選擇合適的邏輯器件，如低速邏輯器件抑制高頻干擾；良好的電磁屏蔽，如信號線選用帶屏蔽制高頻干擾；良好的電磁屏蔽，如信號線選用帶屏蔽的雙絞線；良好的接地；數(shù)字濾波技術(shù)。的雙絞線；良好的接地；數(shù)字濾波技術(shù)。8 8、常態(tài)干擾的抑制常態(tài)干擾的抑制第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù)通常，輸入輸出線與大地或機殼之間的躁聲是共態(tài)干通常，輸入輸出線與大地或機殼之間的躁聲是共態(tài)干擾；擾；信號線受到靜電感應(yīng)時產(chǎn)生的躁聲是共態(tài)干擾；信號線受到靜電感應(yīng)時產(chǎn)生的躁聲是

8、共態(tài)干擾；1）利用雙端輸入的運算放大器作為）利用雙端輸入的運算放大器作為A/D轉(zhuǎn)換器前面的轉(zhuǎn)換器前面的前置放大器，抑制共模干擾。前置放大器，抑制共模干擾。9 9、共態(tài)干擾的抑制共態(tài)干擾的抑制(1)第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù) U/f變換和光電耦合器切斷干擾回路，模擬地與數(shù)字變換和光電耦合器切斷干擾回路，模擬地與數(shù)字地斷開地斷開9 9、共態(tài)干擾的抑制共態(tài)干擾的抑制(2)第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù) 采用線性光電耦合器切斷干擾電流回路，直接對模采用線性光電耦合器切斷干擾電流回路，直接對模擬信號進行抗干擾傳送，利用光電耦合器工作在線性擬信號進行抗干

9、擾傳送，利用光電耦合器工作在線性耦合區(qū)的原理，要保證被測信號范圍始終在此范圍內(nèi)耦合區(qū)的原理，要保證被測信號范圍始終在此范圍內(nèi)9 9、共態(tài)干擾的抑制共態(tài)干擾的抑制(3)第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù)浮地輸入法，減小共態(tài)干擾原理。浮地輸入法，減小共態(tài)干擾原理。9 9、共態(tài)干擾的抑制共態(tài)干擾的抑制(4)第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成六、抗干擾技術(shù)六、抗干擾技術(shù) 浮地輸入雙層屏蔽的連接方法，圖中模擬部分浮置浮地輸入雙層屏蔽的連接方法，圖中模擬部分浮置在一個金屬屏蔽盒內(nèi)，內(nèi)屏蔽盒與外部機殼之間再次在一個金屬屏蔽盒內(nèi)，內(nèi)屏蔽盒與外部機殼之間再次浮置，外機殼接地。模擬部分與內(nèi)屏蔽層間絕緣

10、阻抗浮置，外機殼接地。模擬部分與內(nèi)屏蔽層間絕緣阻抗為為Z1，內(nèi)屏蔽層與外部機殼間絕緣阻抗為，內(nèi)屏蔽層與外部機殼間絕緣阻抗為Z2，Zc為為屏蔽線外層金屬網(wǎng)的電阻，一般小于屏蔽線外層金屬網(wǎng)的電阻，一般小于10歐姆。歐姆。9 9、共態(tài)干擾的抑制共態(tài)干擾的抑制(5)第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成七、采樣數(shù)據(jù)的合理性判別及報警七、采樣數(shù)據(jù)的合理性判別及報警設(shè)某通道當(dāng)前采樣值為設(shè)某通道當(dāng)前采樣值為y(k) yL y(k)yH 時時; y(k)為當(dāng)前采樣有效值為當(dāng)前采樣有效值 y(k)yH , 取取 y(k)= yH (上限值上限值)，報警，報警 y(k)y0, 則 y(k)=y(k-1)第二章 計算機控制系統(tǒng)

11、構(gòu)成八、八、數(shù)字濾波（又稱軟件濾波）數(shù)字濾波（又稱軟件濾波）適用于周期性干擾；適用于周期性干擾；適用于純滯后較大的過程；適用于純滯后較大的過程； 適用于偶然出現(xiàn)的脈沖干擾；適用于偶然出現(xiàn)的脈沖干擾； 適用于高頻干擾。適用于高頻干擾。5 5、第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成九、數(shù)據(jù)處理九、數(shù)據(jù)處理經(jīng)過處理后，可直接引用采樣數(shù)據(jù)。經(jīng)過處理后，可直接引用采樣數(shù)據(jù)。線性化處理：線性化處理：(1)孔板差壓與流量孔板差壓與流量 (2)熱電偶的熱電勢與溫度熱電偶的熱電勢與溫度校正運算：如溫度補償校正運算：如溫度補償測量值與工程量的轉(zhuǎn)換：測量值與工程量的轉(zhuǎn)換： (1)線性值公式；線性值公式； (2)開方值轉(zhuǎn)換公式；

12、開方值轉(zhuǎn)換公式； (3)熱電偶與熱電阻公式熱電偶與熱電阻公式第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成1) 開關(guān)量的概念及種類開關(guān)量的概念及種類2) 開關(guān)量輸入接口開關(guān)量輸入接口3) 開關(guān)量輸出接口開關(guān)量輸出接口4) 并行通用并行通用I/O接口接口1.5 第五節(jié)開關(guān)量輸入輸出接口第五節(jié)開關(guān)量輸入輸出接口第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成1、開關(guān)量（數(shù)字量）的概念、開關(guān)量（數(shù)字量）的概念 開關(guān)的開斷開關(guān)的開斷 觸點的閉合觸點的閉合 設(shè)備的安全狀況等等。設(shè)備的安全狀況等等。2、開關(guān)量的輸出可實現(xiàn)許多邏輯控制功能、開關(guān)量的輸出可實現(xiàn)許多邏輯控制功能 開關(guān)的閉合開關(guān)的閉合 指示燈的亮滅等等指示燈的亮滅等等一、開關(guān)量的概念及功

13、能一、開關(guān)量的概念及功能第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成3、開關(guān)量（數(shù)字量）的種類、開關(guān)量（數(shù)字量）的種類 1）按類型分有電平式和觸點式兩種：）按類型分有電平式和觸點式兩種： 電平式為高電平或低電平電平式為高電平或低電平 觸點式為觸點閉合或觸點斷開觸點式為觸點閉合或觸點斷開 2）按電源分有有源和無源兩種）按電源分有有源和無源兩種 有源即直接提供高、低電平有源即直接提供高、低電平 無源即提供物理觸點無源即提供物理觸點二、開關(guān)量的種類二、開關(guān)量的種類第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成4、開關(guān)量輸入接口（、開關(guān)量輸入接口（DI） 三、開關(guān)量接口三、開關(guān)量接口第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成4、開關(guān)量輸入接口（、開關(guān)量輸

14、入接口（DI）1）DI的任務(wù)是把外界被控對象的開關(guān)狀態(tài)信號、的任務(wù)是把外界被控對象的開關(guān)狀態(tài)信號、或數(shù)字信號送至計算機或微處理器或數(shù)字信號送至計算機或微處理器2）開關(guān)量信號）開關(guān)量信號S1-S8用來控制光電耦合器件發(fā)光二用來控制光電耦合器件發(fā)光二極管的亮滅。極管的亮滅。3）通過光電耦合驅(qū)動光敏三極管，相應(yīng)地在該三）通過光電耦合驅(qū)動光敏三極管，相應(yīng)地在該三極管的集電極上送出高或低電平。極管的集電極上送出高或低電平。4）計算機通過有效地址（）計算機通過有效地址（/CS），和讀命令），和讀命令（/RD），將該），將該8位的開關(guān)信號讀入位的開關(guān)信號讀入CPU中。中。 三、開關(guān)量接口三、開關(guān)量接口第二章

15、 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成5、開關(guān)量輸出接口（、開關(guān)量輸出接口（DO）8道開關(guān)量輸出接口原理圖道開關(guān)量輸出接口原理圖三、開關(guān)量接口三、開關(guān)量接口第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成5、開關(guān)量輸出接口（、開關(guān)量輸出接口（DO）1）DO的任務(wù)是把計算機送出的數(shù)字信號（或開的任務(wù)是把計算機送出的數(shù)字信號（或開關(guān)信號）傳送給開關(guān)器件，如指示燈、繼電器，關(guān)信號）傳送給開關(guān)器件，如指示燈、繼電器，控制它們的通斷、閉合或亮、滅等?？刂扑鼈兊耐〝?、閉合或亮、滅等。2）計算機通過選擇地址有效（）計算機通過選擇地址有效（/CS）和寫有效）和寫有效（/WR），將要輸出的開關(guān)量信號寫入），將要輸出的開關(guān)量信號寫入U3（74LS574

16、）數(shù)據(jù)鎖存器中，再經(jīng)光電耦合器）數(shù)據(jù)鎖存器中，再經(jīng)光電耦合器U1、U2，驅(qū)動繼電器，驅(qū)動繼電器J1J4或指示燈或指示燈LED1LED4動動作。作。三、開關(guān)量接口三、開關(guān)量接口第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成6、通用、通用I/O接口功能接口功能1）信號電平轉(zhuǎn)換，外部設(shè)備是復(fù)雜機電設(shè)備與計）信號電平轉(zhuǎn)換，外部設(shè)備是復(fù)雜機電設(shè)備與計算機的算機的TTL或或MOS邏輯電平不一致，需要轉(zhuǎn)換邏輯電平不一致，需要轉(zhuǎn)換處理。如組合使用處理。如組合使用8255與光電隔離器件，將外與光電隔離器件，將外部開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為部開關(guān)信號轉(zhuǎn)換為TTL邏輯電平。邏輯電平。2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，完成外部設(shè)備和主機之間的并）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，完成

17、外部設(shè)備和主機之間的并-串及串并轉(zhuǎn)換。如串及串并轉(zhuǎn)換。如INTEL8251異步通信芯片異步通信芯片3）工作速度匹配，利用接口芯片的數(shù)據(jù)寄存或緩）工作速度匹配，利用接口芯片的數(shù)據(jù)寄存或緩沖功能，實現(xiàn)外部低速設(shè)備和計算機速度匹配。沖功能，實現(xiàn)外部低速設(shè)備和計算機速度匹配。4）對外部設(shè)備的控制和監(jiān)督及中斷管理等）對外部設(shè)備的控制和監(jiān)督及中斷管理等三、開關(guān)量接口三、開關(guān)量接口第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成7、不可編程通用、不可編程通用I/O接口芯片接口芯片8212所謂不可編程：芯片硬件連接一確定，其接口功所謂不可編程：芯片硬件連接一確定，其接口功能包括實現(xiàn)這一功能的指令序列就確定下來能包括實現(xiàn)這一功能的指令序列就確定下來如如INTEL8212，三、開關(guān)量接口三、開關(guān)量接口第二章 計算機控制系統(tǒng)構(gòu)成8、可編程通用、可編程通用I/O接口芯片接口芯片8