機車車輛計算機控制基礎(chǔ) 第二章

1第二章計算機控制系統(tǒng)的模擬量輸入/輸出通道2主要內(nèi)容模擬量輸入通道中的結(jié)構(gòu)和作用單路模擬量輸入通道中的結(jié)構(gòu)和作用多路模擬量輸入通道中的結(jié)構(gòu)和作用信號調(diào)理電路多路模擬開關(guān)采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理模擬量輸入通道設(shè)計方法3主要內(nèi)容模擬量輸出通道中的結(jié)構(gòu)和作用單路模擬量輸出通道中的結(jié)構(gòu)和作用多路模擬量輸出通道中的結(jié)構(gòu)和作用D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理模擬量輸出通道設(shè)計方法4模擬量輸入通道單路模擬量輸入通道相對簡單的計算機控制系統(tǒng)，需要測量的物理量只有一個參數(shù)多路模擬量輸入通道計算機控制系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要測量的物理量包括多個參數(shù)5單路模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)6單路模擬量輸入通道各部分結(jié)構(gòu)的作用傳感器的作用是把現(xiàn)場的各種非電物理量檢測出來，并轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電信號

信號調(diào)理電路的作用是將傳感器輸出的信號做適當(dāng)?shù)奶幚?，包括濾波、放大、隔離、線性化等，使之成為適合A/D轉(zhuǎn)換的電壓信號

采樣保持器的作用是對模擬信號進(jìn)行離散采樣，得到其在某一時刻的瞬時值，并將其保持到采樣結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬信號的采樣值變成相應(yīng)的數(shù)字信號，以便計算機處理

接口電路是計算機和輸入信號的橋梁7多路模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)多路開關(guān)的作用是連接多路模擬信號中的某一路8多路模擬開關(guān)CD4051結(jié)構(gòu)原理9多路模擬開關(guān)輸入所選通道CBA0000S00001S10010S20011S30100S40101S50110S60111S71×××無10多路模擬開關(guān)擴展電路11信號調(diào)理電路

現(xiàn)場信號的特點現(xiàn)場傳感器信號一般為4-20mA的電流信號，而A/D轉(zhuǎn)換器一般要求輸入為電壓信號，因此要進(jìn)行信號轉(zhuǎn)換某些傳感器信號為非電壓信號，如電阻值，必須將其轉(zhuǎn)換成電壓信號某些傳感器信號為弱電壓信號，如熱電偶，必須對其進(jìn)行放大由于現(xiàn)場環(huán)境比較復(fù)雜，輸入信號會存在很多干擾，必須采用濾波、隔離等方法12采樣采樣形式：周期采樣、隨機采樣周期采樣是以相同的時間間隔T（采樣周期）進(jìn)行采樣，即把一個連續(xù)變化的模擬信號，按一定的時間間隔T轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r0,T,2T,3T,…的一連串脈沖序列信號

采樣時應(yīng)該注意的問題是采樣周期（采樣頻率）的選擇13采樣定理為了使采樣信號能完全復(fù)現(xiàn)原信號，采樣頻率f至少要為原信號最高有效頻率fmax的2倍，即f≥2fmax實際應(yīng)用中，一般取f≥（5-10）fmax

14采樣保持器零階采樣保持器15A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器能把輸入的模擬電壓變成與它成正比的數(shù)字量，即把被控對象的各種模擬信息變成計算機可以識別的數(shù)字信息電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換器：接口電路簡單，但是轉(zhuǎn)換速度較慢，適用于遠(yuǎn)距離的數(shù)據(jù)傳輸雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換速度更慢，但是轉(zhuǎn)換精度高，適用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換精度較高，是目前應(yīng)用最多的一種16電壓/頻率式A/D轉(zhuǎn)換器17雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器18逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換器19A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)分辨率

A/D轉(zhuǎn)換器對微小輸入信號變化的敏感程度

轉(zhuǎn)換精度絕對誤差：實際模擬量輸入值與理論值之差相對誤差：絕對誤差與滿刻度值之比轉(zhuǎn)換時間

A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時間20模擬量輸入通道設(shè)計方法在計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸入通道一般采用板卡設(shè)計方法，通常要遵循的原則包括

符合總線標(biāo)準(zhǔn)接口地址可選輸入地址可選在結(jié)構(gòu)上則按三部分功能布局

I/O電氣接口：完成電平轉(zhuǎn)換、濾波、隔離等信號調(diào)理功能I/O功能邏輯：實現(xiàn)采樣、放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換等功能總線接口邏輯：完成數(shù)據(jù)緩沖、地址譯碼等功能21模擬量輸出通道中的結(jié)構(gòu)和作用工業(yè)現(xiàn)場的各種狀態(tài)、參數(shù)輸入計算機后，按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運算和處理，得到的控制量被送給執(zhí)行機構(gòu)，以實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過程的控制計算機輸出的控制量與執(zhí)行機構(gòu)的控制量之間是數(shù)字量與模擬量的對應(yīng)關(guān)系，因此要通過模擬量輸入通道將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量22單路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)23單路模擬量輸出通道各部分結(jié)構(gòu)的作用接口電路是計算機和輸出信號的橋梁寄存器的作用是用于保存計算機輸出的數(shù)字量控制信號D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將計算機輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，轉(zhuǎn)換后的模擬量有電壓和電流兩種形式放大變換電路的作用是對轉(zhuǎn)換后的信號進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆糯蠡蜃儞Q，以便執(zhí)行機構(gòu)使用24多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)各通道自有D/A轉(zhuǎn)換器形式各通道共有D/A轉(zhuǎn)換器形式25D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理26D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)分辨率D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換后得到的實際值與理論值的接近程度穩(wěn)定時間D/A轉(zhuǎn)換器從輸入數(shù)字量到輸出模擬量達(dá)到終值誤差所需的時間27模擬量輸出通道設(shè)計方法在計算機控制系統(tǒng)中，模擬量輸出通道一般也采用板卡設(shè)計方法，通