物聯(lián)網(wǎng)控制技術(shù) 課件 A計(jì)控2輸入輸出接口與過(guò)程通道

1第二章

輸入輸出接口與過(guò)程通道接口技術(shù)：研究計(jì)算機(jī)和外部設(shè)備之間如何交 換信息的技術(shù)。過(guò)程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息 傳遞和轉(zhuǎn)換的裝置。2一、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的信號(hào)第一節(jié)

過(guò)程通道的組成和功用

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的信號(hào)流圖模擬信號(hào)離散模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)量化模擬信號(hào)TA/DD(z)D/AG(s)采樣器給定計(jì)算機(jī)對(duì)象y(t)y*(t)y(nT)∑r(nT)u(t)u(nT)＋－y(t)0

ty*(t)τ0T2T3T

t18(10010)23(10111)19(10011)y(nT)0T2T3T

t15(01111)24(11000)20(10100)u(nT)0T2T3T

tu(t)0T2T3T

t3模擬信號(hào)：時(shí)間上、幅值上均連續(xù)的信號(hào)y(t)離散模擬信號(hào)：時(shí)間上離散而幅值上連續(xù)的信號(hào)y*(t)數(shù)字信號(hào)：時(shí)間上離散、幅值上離散量化的信號(hào)

y(nT),u(nT)量化模擬信號(hào)：時(shí)間上連續(xù)，幅值上離散量化的信號(hào)u(t)信號(hào)轉(zhuǎn)換器件：采樣器、A/D、D/A4組成：模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、 數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。表2-1過(guò)程通道輸入信息的來(lái)源和輸出信息的用途信息種類輸入信息來(lái)源或輸出信息用途模擬量輸入數(shù)字量輸入脈沖計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求模擬量輸出數(shù)字量輸出溫度、壓力、物位、轉(zhuǎn)速、成分及其它轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)的量接點(diǎn)的通斷狀態(tài)，電平的高低狀態(tài)（“1”或“0”），限位開(kāi)關(guān)狀態(tài)，數(shù)字裝置的輸出數(shù)碼流量積算，電功率積算、轉(zhuǎn)速、長(zhǎng)度測(cè)量及其它脈沖形式的輸入信號(hào)操作人員請(qǐng)求，過(guò)程報(bào)警信號(hào)等控制執(zhí)行裝置，顯示，記錄等對(duì)執(zhí)行器進(jìn)行控制，報(bào)警顯示、燈顯示，其它二、過(guò)程通道的組成和功用5數(shù)字量：電平信號(hào)、脈沖信號(hào)、中斷請(qǐng)求…代表：通/斷、啟動(dòng)/停止、吸合/釋放等輸入通道的任務(wù):接受現(xiàn)場(chǎng)來(lái)的數(shù)字信號(hào)→計(jì)算機(jī)輸出通道的任務(wù):輸出對(duì)應(yīng)的電平信號(hào)去控制生產(chǎn)過(guò) 程的兩態(tài)開(kāi)關(guān)第二節(jié)數(shù)字量輸入/輸出通道61、數(shù)字量輸入接口一、數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)

74LS244：8位三態(tài)門(mén)緩沖器／線驅(qū)動(dòng)器／線接收器。高電平輸出電流IOH：-15mA；低電平輸出電流IOL

：24mA74LS32：2輸入四或門(mén)。高電平輸出電流IOH：-400uA；低電平輸出電流IOL

：8mA輸入指令：PC MOVDX,port MCS-51 MOVDPTR,port INAL,DX MOVXA,@DPTR74LS245：八總線收發(fā)器A

B：DIR（1腳）“1”B

A：DIR（1腳）“0”選通：/G（19腳）“0”7輸出指令：PC MOVAL,data MCS-51 MOVDPTR,port MOVDX,port MOVA,data OUTDX,AL MOVX@DPTR,A2、數(shù)字量輸出接口

74LS273：８D觸發(fā)器，具有鎖存功能，可輸出8個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)，驅(qū)動(dòng)8個(gè)輸出裝置。

8255：可編程并行輸入、輸出接口芯片。具有3個(gè)（PA、PB、PC）8位并行I/O口，具有三種工作方式，可通過(guò)編程改變其功能。

8155：三個(gè)I/O口(22)，256字節(jié)RAM，一個(gè)14位定時(shí)器。8二、數(shù)字量輸入通道1、數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)輸入調(diào)理電路輸入緩沖器地址譯碼器過(guò)程參數(shù)計(jì)算機(jī)總線數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)91）小功率輸入調(diào)理電路(圖2.4)2、輸入調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理：將現(xiàn)場(chǎng)輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)。一般的調(diào)理方法：①用電阻分壓法將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)；②用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰嵌位在安全電平上；③串聯(lián)一個(gè)二極管來(lái)防止反電壓輸入；④用限流電阻和穩(wěn)壓管構(gòu)成穩(wěn)壓電路作過(guò)電壓保護(hù)；⑤用光電耦合器實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與外部的完全隔離；⑥用RC濾波器抑制干擾；⑦用觸發(fā)器消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)。102）大功率輸入調(diào)理電路(圖2.5)

大功率器件接點(diǎn)加12V、24V、48V直流電壓，直流電平的響應(yīng)快，不易產(chǎn)生干擾，電路簡(jiǎn)單。光電耦合器：以光電轉(zhuǎn)換原理傳輸信息。使信息發(fā)出端與信息接收并輸出端是電絕緣的，從而對(duì)電位差干擾有很強(qiáng)的抑制能力，而且有很強(qiáng)的抑制電磁干擾的能力，且速度高，價(jià)格低，接口簡(jiǎn)單。TLP521：光電耦合器絕緣電壓：AC2500V1分鐘

tON=2

s；tOFF=25

s；IF=4~20mA(16mA)6N137：高速光電耦合器11三、數(shù)字量輸出通道1、數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)輸出驅(qū)動(dòng)器輸出鎖存器地址譯碼器生產(chǎn)過(guò)程計(jì)算機(jī)總線數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)保持型：輸出鎖存器驅(qū)動(dòng)消失后，控制信息可以加以保持，直至下一次更新為止。12繼電器線圈電阻：150歐姆+24V/150=0.16A

400歐姆+24V/400=0.06A

輸出必須接克服反電勢(shì)的保護(hù)二極管。2、輸出驅(qū)動(dòng)電路1）小功率直流驅(qū)動(dòng)電路①功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路(圖2.7)把計(jì)算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程控制的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)器件功率的不同，可采用大/中/小功率晶體管；可控硅；達(dá)林頓陣列繼電器；固態(tài)繼電器等。MC1416(ULN2004A)6-15VCMOSPMOSMC1413(ULN2003A)5VTTLCMOS②達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路(圖2.8)13

內(nèi)含7個(gè)達(dá)林頓復(fù)合管，每個(gè)復(fù)合管的電流都在500mA以上，截止時(shí)承受100V電壓，VO輸出電壓為50V，有內(nèi)部保護(hù)二極管。調(diào)壓方式、調(diào)功方式。圖2.9固態(tài)繼電器結(jié)構(gòu)及用法光電耦合器原邊應(yīng)加限流電阻R1，原邊電流4~20mA （最好：8~10mA）2）大功率交流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器(SSR)：根據(jù)輸出負(fù)載的需求，SSR有直流和交流之分，交流又有過(guò)零型（Z型）和調(diào)相型（P型）兩種。

SSR用作大電流負(fù)載開(kāi)關(guān)，因其速度快，無(wú)觸點(diǎn)，較之電磁繼電器可靠性高，對(duì)電網(wǎng)系統(tǒng)干擾小。14第三節(jié)A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)組成:

逐步逼近寄存器SARD/A轉(zhuǎn)換器比較器時(shí)序及控制邏輯等部件一、A/D轉(zhuǎn)換器原理1、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器＋－比較器SARD/A轉(zhuǎn)換時(shí)序及控制邏輯輸入模擬電壓VxVf基準(zhǔn)電壓數(shù)字量輸出轉(zhuǎn)換命令狀態(tài)線

逐次逼近式模/數(shù)轉(zhuǎn)換原理圖15轉(zhuǎn)換方法：先在SAR中預(yù)置一數(shù)字量，將此數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，與輸入模擬電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果逐步改動(dòng)SAR中的數(shù)，直至與模擬電壓相等的數(shù)字量為止。第一次預(yù)測(cè)第二次預(yù)測(cè)第三次預(yù)測(cè)第四次預(yù)測(cè)電壓模擬電壓時(shí)間0D3D2D1D0(1000)(0100)(0110)(0111)終值

逐次逼近過(guò)程原理圖轉(zhuǎn)換過(guò)程：優(yōu)點(diǎn)：精度較高，速度較快；缺點(diǎn)：抗干擾能力不強(qiáng)。16輸入電壓→時(shí)間寬度，通過(guò)在此時(shí)間內(nèi)的脈沖計(jì)數(shù)值來(lái)表示被測(cè)模擬量，故又稱為電壓－時(shí)間型（V－T）A/D轉(zhuǎn)換器。時(shí)鐘控制邏輯計(jì)數(shù)器數(shù)字量輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換開(kāi)始基準(zhǔn)電源Vx輸入模擬電壓比較器積分器雙斜率積分式A/D轉(zhuǎn)換器組成框圖正比于輸入電壓固定積分時(shí)間T2積分輸出0ABtT1T

雙斜率積分式A/D轉(zhuǎn)換器原理圖抗干擾能力強(qiáng)，精度高，轉(zhuǎn)換速度慢。2、雙積分式

A/D轉(zhuǎn)換器組成：積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和控制邏輯。173、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)①轉(zhuǎn)換時(shí)間：②分辨率：當(dāng)輸出數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化，即最低有效位LSB產(chǎn)生一次變化時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸入模擬量的變化量。通常用數(shù)字量位數(shù)n來(lái)表示。分辨率D與n的關(guān)系：③線性誤差：在滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。常用1/2LSB、±1LSB表示。④量程：⑤對(duì)基準(zhǔn)電源的要求。188通道8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間100ms，線性誤差±1/2LSB，28腳雙列直插式封裝。8路模擬開(kāi)關(guān)地址鎖存與譯碼8位A/D轉(zhuǎn)換器三態(tài)輸出鎖存緩沖器STARTCLKEOCVccGND+VREF-VREFOEIN0IN7ADDAADDBADDCALEMSBDB7DB0LSBADC0809的邏輯框圖二、A/D轉(zhuǎn)換器1、8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809192、12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A高性能12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間25ms，線性誤差±1/2LSB，28腳雙列直插式封裝。由12位A/D轉(zhuǎn)換器、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器、10V基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘脈沖源等部分構(gòu)成(圖2.12)。輸入電壓可是單極性或雙極性;量程可是10V、20V。ALE:地址鎖存允許信號(hào)

START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)

EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)

OE：輸出允許信號(hào)20引腳功能：

10VIN,20VIN,BIPOFF：模擬信號(hào)輸入端。接法如下：引腳單極性雙極性BIPOFF0V10V10VIN0~10V-5V~+5V20VIN0~20V-10V~+10V

VCC：工作電源正端，+12VDC或+15VDC。

VEE：工作電源負(fù)端，-12VDC或-15VDC。

VLOGIC：邏輯電源端，+5VDC。

DGND，AGND：數(shù)字地、模擬地。

REFOUT：基準(zhǔn)電壓源輸出端，+10.00V±1%.

REFIN：基準(zhǔn)電壓源輸入端，調(diào)量程圖2.13a。

STS：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。21

DO0~DO11：數(shù)據(jù)輸出線，三態(tài)輸出鎖存，可與CPU數(shù)據(jù)線直接相連。

CE：片可用信號(hào)。

CS：片選信號(hào)。

R/C：讀/轉(zhuǎn)換信號(hào)，高電平為讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。

12/8：數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號(hào)，高電平時(shí)輸出12位數(shù)據(jù)，低電平時(shí)與A0信號(hào)配合輸出高8位或低4位數(shù)據(jù)。該引腳不能用TTL電平控制，必須直接接至+5V或數(shù)字地。

A0：字節(jié)信號(hào)。轉(zhuǎn)換狀態(tài)：低電平，12位轉(zhuǎn)換；高電平，8位轉(zhuǎn)換。讀數(shù)狀態(tài)：若12/8為低電平，A0低則輸出高8位數(shù)；

A0高則輸出低4位數(shù)。若12/8為高電平，則A0的狀態(tài)不起作用。22AD1674：與AD574兼容，內(nèi)帶采樣保持器，轉(zhuǎn)換時(shí)間 15us，第三代A/D。A/D選擇取決于：1、位數(shù)(精度)、轉(zhuǎn)換速度、信號(hào)輸入范圍(量程)。2、單或多通道，串、并行方式。3、是否內(nèi)含基準(zhǔn)電壓源、時(shí)鐘脈沖源、采樣保持器等。推薦網(wǎng)站： AD MAX TI Burr-Brown

武漢力源23三、A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)1、ADC0809與PC總線工控機(jī)接口（圖2.15）8255A：A組和C組工作在方式0（基本輸入輸出）

PA0－PA7

：D0－D7

PC0－PC3：輸出，控制通道切換

PC7：輸入，判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束A/D轉(zhuǎn)換器通常都具有三態(tài)數(shù)據(jù)輸出緩沖器，因而允許A/D轉(zhuǎn)換器直接同系統(tǒng)總線相連接。24轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)方法：①查詢法讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)；②定時(shí)法讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)；③中斷法讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)。252、AD574與PC總線工控機(jī)接口（圖2.16）12/8－數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號(hào)（輸入）“1”－D0－D7，D8－D1112位數(shù)據(jù)輸出

PB、PAA0=“0”－使工作于12位轉(zhuǎn)換和讀出方式STS－狀態(tài)輸出信號(hào)

PC7

啟動(dòng)后：“1”－正在轉(zhuǎn)換“0”－轉(zhuǎn)換結(jié)束PC1、2CS、CE，片選PC0R/C，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、讀數(shù)控制26任務(wù)：把從控制對(duì)象檢測(cè)得到的模擬信號(hào)，變換 成二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口送入計(jì)算機(jī)。第四節(jié)模擬量輸入通道

一、模擬量輸入通道的組成CPU總線過(guò)程參數(shù)檢測(cè)變送I/V變換多路轉(zhuǎn)換器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器接口邏輯電路

模擬量輸入通道的組成結(jié)構(gòu)

模擬量輸入通道各種信號(hào)→統(tǒng)一的電信號(hào)：0~10mA,4~20mA27二、I/V變換1、無(wú)源I/V變換0~10mA0~5V:R1=100

R2=500

，精密電阻。4~20mA1~5V:R1=100

R2=250

，精密電阻。具有濾波和輸出限幅等保護(hù)措施。282、有源I/V變換29三、多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開(kāi)關(guān)。在AI通道中的作用是實(shí)現(xiàn)n選1操作，即利用多路開(kāi)關(guān)將n路輸入信號(hào)依次地切換到后級(jí)。理想：開(kāi)路電阻無(wú)窮大、接通時(shí)的導(dǎo)通電阻為零。并希望切換速度快、噪聲小、壽命長(zhǎng)、工作可靠。常用的多路開(kāi)關(guān)有：

CD4051(或MC14051)－雙向，8路

CD4052－單向，差動(dòng)，4路

AD7501－單向，8路

4097－單向，16路

4066－四雙向開(kāi)關(guān)雙向：多到一，或一到多單向：多到一30電平轉(zhuǎn)換譯碼器VDDVSSINHABCVEEX0X1X7X

單片多路開(kāi)關(guān)CD4051原理圖當(dāng)VDD-VEE=15V，輸入幅值為15Vp-p時(shí)，導(dǎo)通電阻為80歐。CD4051：較寬的數(shù)字和模擬信號(hào)電平數(shù)字信號(hào)：3一15V

模擬信號(hào)峰—峰值：15Vp-pINH（禁止端）：“1”－通道斷開(kāi)“0”－通道接通31

為提高抗干擾能力，可采用多片CD4051單片多路開(kāi)關(guān)X0X1X7CD4051X0號(hào)INHABCQ3Q0Q1Q2G4D鎖存器D0D1D2D3X0X1X7CD4051X1號(hào)INHABCX0X1X7CD4051X2號(hào)

ABCINHX0X1

X7CD4051X3號(hào)

ABCINHVS1VS20號(hào)7號(hào)0號(hào)7號(hào)8號(hào)15號(hào)8號(hào)15號(hào)選中CPU數(shù)據(jù)總線0~15個(gè)通路差動(dòng)輸入時(shí)CD4051的接法32

0號(hào)，1號(hào)通道地址0000～01110～7通道

2號(hào)，3號(hào)通道地址1000～11118～15通道輸出：X＝VS2－VS1例：要選通第11路開(kāi)關(guān)

CPU數(shù)據(jù)總線輸出1011→4D鎖存器→Q3～Q0為10112、3號(hào)INH為低電平，允許選通，且C、B、A為0、1、1、→X3，第11路。33電子開(kāi)關(guān)優(yōu)點(diǎn)：速度快，1000點(diǎn)/秒以上，壽命長(zhǎng)， 體積小。

缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)特性差，有溫漂。選擇多路轉(zhuǎn)換器主要考慮因素：①多少通路②單端？差動(dòng)？③電平高低④尋址方式⑤開(kāi)關(guān)切換時(shí)間⑥最大切換率⑦各通路間允許有多大的串?dāng)_誤差34四、采樣、量化及常用的采樣保持器圖中：T

采樣周期ωs

=1/T=2πf

采樣角頻率

τ

采樣寬度代表開(kāi)關(guān)閉合時(shí)間y(t)0t

y*(t)0T2T3T

tτ

采樣過(guò)程1、信號(hào)的采樣y(t)y*(t)采樣器K35s(t)0t1/τTτ調(diào)制脈沖采樣信號(hào)（離散的模擬信號(hào)）y*(t)可描述為：也可看成y*(t)是y(t)與脈沖序列s(t)的乘積3637

y*(t)能否代表y(t)（無(wú)失真）？如何選擇fs?Shannon定理：對(duì)一個(gè)有限帶寬的連續(xù)信號(hào)進(jìn)行采樣，只要采樣頻率ωs

>2ωmax時(shí)，則采樣函數(shù)y*(t)就能無(wú)失真地恢復(fù)其原先的連續(xù)信號(hào)，其中ωmax是模擬信號(hào)（包括噪聲）的最高頻率。

采樣定理基于卷積定理：y*(t)=y(t)×S(t)Y(f)＊S(f)38采樣前后頻譜變化y(t)0ttS(t)0×

=

y(t)×S(t)0＊=卷積Y(f)＊S(f)

fsc0fS(f)fs=1/Tb0Y(f)-fmfmaf039實(shí)際應(yīng)用中，常取f≥(5一10)fmax，甚至更高。

因?yàn)?1.不可能得到理想的低通濾波器；

2.不易確定ωmax，即“頻率有限”的條件不 易滿足。Y(f)＊S(f)-fmfm混迭效應(yīng)fs402、量化用一組數(shù)碼逼近離散模擬信號(hào)的幅值

數(shù)字量。

A/D轉(zhuǎn)換器的LSB所對(duì)應(yīng)的模擬量q稱為量化單位。411）孔徑時(shí)間和孔徑誤差的消除3、采樣保持器x(t)變化快時(shí)，A/D時(shí)產(chǎn)生孔徑誤差。ut1t2u(t1)u(t2)ΔUttA/D孔徑誤差說(shuō)明圖孔徑誤差時(shí)間tA/D：一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。孔徑誤差ΔU：在tA/D時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的誤差。42以正弦輸入為例，求最大孔徑誤差：t0t1Δuu=Umsinωt

ω＝2πftu

輸入正弦量時(shí)孔徑誤差∵u=Umsinωtdu/dt=ωUmcosωt=2πf

Umcosωt當(dāng)t=t0時(shí)，du/dt=2πf

Um

為最大誤差則Δu=2πf

Um·tA/D

為最大孔徑誤差∵tA/D,Um

是確定值∴Δumax∝f43為了滿足A/D轉(zhuǎn)換精度，要求：

ΔE（量化誤差）≥Δu=2πfUm·tA/D可見(jiàn),tA/D

越大,允許fmax越低。設(shè)tA/D=100μs,ΔE=1.25mv,Um=5V (12位A/D5/4096≈1.25mv)對(duì)于隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，孔徑時(shí)間決定了每一個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。442）采樣保持原理

信號(hào)的保持：根據(jù)現(xiàn)在或過(guò)去時(shí)刻采樣值，用常數(shù)、線性函數(shù)和拋物線函數(shù)等去逼近兩個(gè)采樣時(shí)刻之間的原信號(hào)。零階保持器、一階保持器、高階保持器。45零階保持器H0零階保持器y(nT)yh(t)

零階保持器零階保持器的信號(hào)恢復(fù)0T2T3T4T5T6T

tyh(t)恢復(fù)信號(hào)y(t)原信號(hào)y(nT)采樣信號(hào)

零階保持器的信號(hào)恢復(fù)y(hT)02T4T6T

ty(nT)02T4T6T

t46uo輸入電壓uiR模擬開(kāi)關(guān)C保持器輸入緩沖放大器采樣保持器原理圖組成:

模擬開(kāi)關(guān)，存儲(chǔ)電容，緩沖放大器。工作過(guò)程:K閉合,C充電→uc=ui

K斷開(kāi),uo=ui,A/D根據(jù)uc

進(jìn)行轉(zhuǎn)換。對(duì)電容C的要求：泄漏電阻大，放電時(shí)常大。 使uc

保持穩(wěn)定，減小孔徑誤差。

常用的集成采樣保持器有LF198/298/398、AD582等。圖2.24集成采樣保持器的原理結(jié)構(gòu)47五、模擬量輸入通道設(shè)計(jì)PC總線工業(yè)控制機(jī)的模擬量輸入通道電路模板：

12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574A，采樣保持器LF398、多路開(kāi)關(guān)CD4051、8255A并行接口。該電路模板的主要技術(shù)指標(biāo)為：．8通道模擬量輸入．12位分辨率

·輸入量程為單極性0~10V

．A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間為25us·應(yīng)答方式為查詢48P36圖2.258通道模擬量輸入電路原理圖PC0一PC3：4051的A.B.C.INH，模擬量輸入通道選擇。AD574A的STS：控制LF398的工作狀態(tài)，AD574A末 轉(zhuǎn)換期間STS=0，LF398處于采樣狀態(tài)。PC4：R/C－讀/轉(zhuǎn)換信號(hào)(輸入)，高電平為讀A/D 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。PC5：CS－片選信號(hào)（輸入，低電平有效）。PC6：CE－片能用信號(hào)（輸入，高電平有效）。PA7：AD574A的STS，查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。

P37圖2.268通道數(shù)據(jù)采集程序流程圖49第五節(jié)D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)一、D/A轉(zhuǎn)換器原理1、權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換器

由權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)、位切換 開(kāi)關(guān)和運(yùn)放組成。E：基準(zhǔn)電壓K3~K0：位切換開(kāi)關(guān)R,2-1R,2-2R,2-3R：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換原理：將某一數(shù)字量的各位二進(jìn)制代碼按其權(quán)值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓，將各位對(duì)應(yīng)的電壓相加，即可求出轉(zhuǎn)換的模擬電壓。-+a0·20K020·RRfUoE2-1·R2-2·R2-3·Ra1·21a2·22a3·23K1K2K3∑四位權(quán)電阻數(shù)/模轉(zhuǎn)換器原理圖I50式中ai是0或1，當(dāng)ai

為1時(shí)，開(kāi)關(guān)合到E，這時(shí)該支路中的電流Ii＝E/Ri，當(dāng)ai

為0時(shí)，Ii＝0。設(shè)輸入數(shù)字量D為四位二進(jìn)制數(shù)a3

a2

a1

a0，則

設(shè)求和點(diǎn)的電流為I，則

Uo=IR=(E/R+2E/R+4E/R+…+2nE/R)R =(20+21+22+…+2n)E

根據(jù)開(kāi)關(guān)合向的位置不同，則有：

Uo=(a0·20

＋

a1·21

＋…＋an·2n)E

可見(jiàn)，D/A輸出的模擬電壓正比于輸入數(shù)字量。51特點(diǎn):

從a、b、c、d各點(diǎn)向右、向左、向下看，等效電阻都是2R，從a’、b’、c’、d’各點(diǎn)向上看，等效電阻都是3R。若將a’、b’、c’、d’合向E代表“1”，合向“地”代表“0”，對(duì)于二進(jìn)制數(shù)D=a1a2a3…an

，則有：

I=E/3R·(2-1·a1+2-2·a2+…+2-n·an)

Uo=IRf=E(2-1·a1+2-2·a2+…+2-n·an)2、T型網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器AdcbeaEUoRf=3R2RRRR2R2R2R2R2Ra’b’c’d’I52轉(zhuǎn)換速度較慢。工作方式:數(shù)字量→串行脈沖（一個(gè)脈沖相當(dāng)于數(shù)字量 的一個(gè)單位）→每個(gè)脈沖轉(zhuǎn)換成單位模擬量→迭 加得到和數(shù)字量成正比的模擬量。常用方法：采用步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)多圈電位器，由多圈電位 器調(diào)節(jié)電流，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

分辨率、建立時(shí)間、輸出電平、輸入編碼形式、線性誤差3、串行D/A轉(zhuǎn)換器4、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)53二、D/A轉(zhuǎn)換器1、8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC08328位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器＋＋LE1LE232010AGNDVccDGND812119RfbRfbVREFIOUT2IOUT14~713~16輸入數(shù)據(jù)ILE19121817CSWR1WR2XFERDAC0832的結(jié)構(gòu)框圖R-2R權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A，電流輸出，20腳雙立直插式封裝。54ILE

數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)CS、WR1

第一級(jí)緩沖器選通信號(hào)LE1

第一級(jí)鎖存器鎖存信號(hào)當(dāng)ILE=1、CS=0、WR1 時(shí)，LE1XFER、WR2

第二級(jí)緩沖器選通信號(hào)LE2

第二級(jí)鎖存器鎖存信號(hào)當(dāng)XFER=0、WR2 時(shí)，LE2兩個(gè)8位輸入數(shù)據(jù)鎖存器，可用不同的信號(hào)進(jìn)行控制，既可使用單緩沖，也可使用雙緩沖，對(duì)于多路D/A轉(zhuǎn)換結(jié)果需要同時(shí)輸出的情況特別合適。55

一般情況下，把XFER和WR2接地(此時(shí)DAC寄存器直通)，ILE接十5V，總線上的I/O端口寫(xiě)信號(hào)作為WR1，接口地址譯碼信號(hào)作為CS信號(hào)，使DAC0832接為單緩沖形式，數(shù)據(jù)D寫(xiě)入輸入寄存器即可改變其模擬輸出。在要求多個(gè)D/A同步工作(多個(gè)模擬輸出同時(shí)改變)時(shí)，將DAC0832接為雙緩沖，此時(shí)，XFER、WR2分別接口地址譯碼信號(hào)、I/O端口信號(hào)驅(qū)動(dòng)。562、12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210D1Q1......D8Q8MSBDI11...DI0LSBD1Q1D2Q2D3Q3D4Q4&&&D1Q1......D8Q8D9Q9D10Q10D11Q11D12Q12BYTE1/BYTE2CSWR1XFERWR2MSBLSB4位寄存器８位寄存器12位寄存器12位D/A轉(zhuǎn)換器LE0LELE1VREFRFBIOUT1IOUT2RFBADC1210的結(jié)構(gòu)圖權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A，電流輸出，24腳雙立直插式封裝。57三、D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)1、8位D/A轉(zhuǎn)換器與PC總線工控機(jī)的接口(圖2.29)

若DAC0832CS的口地址為300H，則8位二進(jìn)制數(shù)7FH轉(zhuǎn)換為模擬電壓的接口程序?yàn)椋?/p>

MOVDX，300H

MOVAL，7FH

OUTDX，AL

HLT58DAC0832與8031的接口轉(zhuǎn)換程序：DAC: MOVR0,#0DFHMOVA,dataMOVX@R0,AP0.7.8031..P0.0ALEWR8D8Q..74LS373..1D1QGOEVCCWR1/2ILECSXFERID7.IOUT1.IOUT2.ID0AGRDDGND+5V+5VVREFVOUTDAC0832+_592、12位D/A轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)的接口(圖2.30)組成：DAC1210、輸出放大器、地址譯碼器等。端口地址譯碼器譯出Y0、Y1、Y2，設(shè)為300H、301H、302H，用來(lái)控制DAC1210工作方式和進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換。

Y0低，BYTE1/BYTE2高，加IOW信號(hào)，高8位數(shù)據(jù)被寫(xiě)入DAC1210的高8位輸入寄存器和低4位輸入寄存器。

Y1低，BYTE1/BYTE2低，加IOW信號(hào)，高8位輸入數(shù)據(jù)被鎖存，低4位數(shù)據(jù)寫(xiě)入低4位輸入寄存器，原先寫(xiě)入的低4位內(nèi)容被沖掉。

Y2低，加IOW信號(hào)，DAC1210內(nèi)的12位DAC寄存器和高8位及低4位輸入寄存器直通，開(kāi)始轉(zhuǎn)換；當(dāng)IOW或Y2信號(hào)結(jié)束時(shí)，12位DAC寄存器將鎖存這一數(shù)據(jù)，直到下一次又送入新的數(shù)據(jù)為止。60待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)放法D7D6D5D4D3D2D1D0低4位高8位30H31HDAC1210與8031的接口P1.7..8031.P1.0P3.3P3.0P3.1DI11VREFRFB.IOUT1..IOUT2CSDI0XFERBYTE1/2WR1WR2DAC1210Vout+－Ο+5VDAC1210與8031的接口61模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制的目的。模擬量輸出通道一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I變換等組成。第六節(jié)模擬量輸出通道62通路n工控機(jī)接口D/AD/A通路1

一個(gè)通路一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)工控機(jī)接口D/A多路開(kāi)關(guān)采樣－保持器通路1采樣－保持器通路n

共用數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)組成方法：每個(gè)回路有單獨(dú)的D/A。轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠。2.分時(shí)方式合用一個(gè)D/A。經(jīng)濟(jì)、適用于速度要求不高的場(chǎng)合。一、模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式63D/A轉(zhuǎn)換器輸出形式：1）IOUT1+IOUT2=常數(shù)，外加運(yùn)算放大器，把D/A轉(zhuǎn)換器的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。2）內(nèi)含放大器，直接輸出電壓。3）直接電流輸出。二、單極性與雙極性電壓輸出電路64Rf視情況可不接R1=R3=2R2－＋A1－＋A2RfbIOUT1IOUT2D/ARfR2R1R3I1I2VOUT2ba±VREFD/A轉(zhuǎn)換器的單極性與雙極性輸出VOUT1AGND65三、V/I變換和自動(dòng)/手動(dòng)切換1、集成V/I轉(zhuǎn)換器ZF2B20

在實(shí)現(xiàn)0~5V、0~10V、1~5V直流電壓信號(hào)到0~10mA、4~20mA轉(zhuǎn)換時(shí)，可直接用集成V/I轉(zhuǎn)換電路。輸入電壓：0~10V，輸出電流：4~20mA(加接地負(fù)載)，采用單正電源供電，電源電壓范圍為10~32V。輸入電阻：10K歐，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間<25us，非線性<士0.025％。特點(diǎn)：低漂移，在工作溫度為-25~85℃范圍內(nèi)，最大漂 移為0.005％／℃。圖2.34ZF2B20的引腳圖圖2.35V/I轉(zhuǎn)換電路662、集成V/I轉(zhuǎn)換器AD694主要特點(diǎn)：

·輸出范圍4~20mA，0~20mA。

·輸入范圍0~2V或0~10V。

·電源范圍+4.5~36V。

·可與電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出。

·具有開(kāi)路或超限報(bào)警功能。

·精確電壓基準(zhǔn)：可設(shè)置為2.000V或10.000V·轉(zhuǎn)換速率：1.3mA/us·非線性：0.002%·輸入阻抗：5兆歐(min)·輸出阻抗：40兆歐(min)67引腳

名稱

功能1FB反饋輸入引腳2－SIG負(fù)輸入信號(hào)引腳。如果該引腳與FB相連，則緩沖放大器為電壓跟隨器（G＝1）3＋SIG正輸入信號(hào)引腳42VFS2V滿刻度引腳5COM公共引腳（地線）64mAADJ4mA失調(diào)偏移電流調(diào)整引腳710VFORCE10V強(qiáng)制電壓輸出引腳82VSENCE2V傳感電壓輸出引腳AD694引腳名稱圖2.36AD694引腳圖68引腳

名稱

功能94mAON/OFF4mA接通／斷開(kāi)引腳10ALARM報(bào)警信號(hào)輸出引腳。正常時(shí)為高電平，異常時(shí)為低電平。11IOUT電流輸出引腳12BOOST備份端。一般不用13VS電源電壓引腳14BWADJ帶寬調(diào)整引腳15、16VOSADJ緩沖放大器失調(diào)電壓調(diào)整引腳

AD694還可與8位、10位、12位等電流型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，輸出電流。

P46圖2.38DAC1210與AD694的接口

P45表2.1AD694引腳接線表

P46圖2.37AD694基本應(yīng)用693、自動(dòng)/手動(dòng)切換圖2.39帶自動(dòng)/手動(dòng)切換的V/I變換電路開(kāi)關(guān)：A－自動(dòng)控制方式

H－手動(dòng)操作方式

RL：負(fù)載電阻

2）自動(dòng)控制方式和手動(dòng)操作方式之間的無(wú)擾切換。手動(dòng)操作：不用微機(jī)控制而由電動(dòng)單元儀表等控 制的方式。實(shí)現(xiàn)：

1）0~5V

0~10mA（R9+W＝500歐）

1~5V

4~20mA（R9+W＝250歐）

IL=Vi/(R9+W)70P48圖2.40八通道模擬量輸出通道電路圖

采用DAC0832作8位D/A轉(zhuǎn)換器，通過(guò)多路開(kāi)關(guān)CD4051，由程序控制，將轉(zhuǎn)換結(jié)果從8通道中的某一通道中送出，經(jīng)保持器，最后以電流形式輸出。四、模擬量輸出通道設(shè)計(jì)71第七節(jié)硬件抗干擾技術(shù)干擾：指有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。

硬件抗干擾：效率高，但增加系統(tǒng)投資和設(shè)備體積。

軟件抗干擾：投資低，但降低系統(tǒng)工作效率。

干擾來(lái)源：外部、內(nèi)部。物理性質(zhì)相同。

外部干擾：與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)無(wú)關(guān)，由外界環(huán)境因素決定，主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件。

內(nèi)部干擾：由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、制造工藝等決定。主要是分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元器件產(chǎn)生的噪聲。傳播途徑：靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。721、靜電耦合靜電耦合：電場(chǎng)通過(guò)電容耦合途徑竄入其它線路。

兩平行導(dǎo)體間的電容偶合C1gC12C2gUn導(dǎo)體2U1RU1導(dǎo)體1導(dǎo)體2UnC12C2gC1gR導(dǎo)體1

Un由電容C12和C2g的分壓關(guān)系及U1確定。當(dāng)R很大時(shí)，732、磁場(chǎng)耦合空間磁場(chǎng)耦合是通過(guò)導(dǎo)體間互感耦合進(jìn)來(lái)的。兩導(dǎo)線間的磁場(chǎng)偶合R1MR2R3U1UnI1導(dǎo)線1導(dǎo)線274在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路。3、公共阻抗耦合i1i1Rp1Rn1i2i1+i2Rp2Rn2inRpnRnn公共電源線的阻抗偶合75（a）模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)R1R2模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)Rcm(b)（c）公共地線的阻抗偶合761）串模干擾

是疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲，與被測(cè)信號(hào)串聯(lián)于信號(hào)源回路之中，也稱橫向干擾或正態(tài)干擾。UsUn模/數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)源UsUn模/數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)源干擾源串模干擾示意圖

成因：分布電容的靜電耦合，長(zhǎng)線傳輸?shù)幕ジ?，空間電磁場(chǎng)引起的磁場(chǎng)耦合，以及50HZ的工頻干擾等。一、過(guò)程通道抗干擾技術(shù)1、串模干擾及其抑制方法772）串模干擾的抑制方法①采用濾波器來(lái)抑制串模干擾

a．若干擾頻率>被測(cè)信號(hào)頻率：低通濾波器；

b．若干擾頻率<被測(cè)信號(hào)頻率：高通濾波器；

c．若干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)：帶通濾波器。一般，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為A/D轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。

P50圖2.42二級(jí)阻容濾波網(wǎng)絡(luò)可使50Hz的串模干擾信號(hào)衰減600倍左右。時(shí)間常數(shù)<200ms。78②當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器。取積分周期等于主要串模干擾的周期或?yàn)檎麛?shù)倍，抑制效果更好。③串模干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)時(shí)，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡早進(jìn)行前置放大，提高回路中的信噪比；或者盡早完成A/D轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。④從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制串模干擾。采用高抗擾度邏輯器件抑制低噪聲干擾；采用低速邏輯器件來(lái)抑制高頻干擾；也可通過(guò)附加電容器，降低某個(gè)邏輯電路的工作速度來(lái)抑制高頻干擾。⑤選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。792、共模干擾及其抑制方法1）共模干擾

是A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上共有的干擾電壓。也稱縱向干擾或共態(tài)干擾。圖中：

UA=Us+Ucm

UB=Ucm

Ucm是轉(zhuǎn)換器輸入端上共有的干擾電壓。共模干擾示意圖模/數(shù)轉(zhuǎn)換器信號(hào)源Ucm計(jì)算機(jī)UsAB成因：不同地之間電位不等。80一般來(lái)說(shuō)，共模干擾Ucm總是轉(zhuǎn)換成串模干擾Un的形式作用于輸入回路。(a)UsUcmZsZ1UsZs1Zs2AZcm2Zcm1

Ucm(b)被測(cè)信號(hào)的輸入方式（a）單端對(duì)地輸入方式；（b）雙端不對(duì)地輸入方式；

Zs,Zs1,Zs2—信號(hào)源內(nèi)阻抗；Z1,Zcm1,Zcm2—輸入電路的輸入阻抗B圖(a):共模干擾電壓Ucm全部轉(zhuǎn)換為串模干擾電壓Un

。81圖(b):UsZs1Zs2AZcm2Zcm1Ucm(b)B82若Zs1

=Zs2、Zcm1

=Zcm2，則UAB

=0；實(shí)際：當(dāng)Zs1

、Zs2

越小，Zcm1

、Zcm2

越大，并且Zcm1

、Zcm2

越接近時(shí)，共模干擾的影響越小。Ucm：共模干擾電壓；

Un：由Ucm轉(zhuǎn)化成的串模干擾電壓；單端輸入方式：Un=Ucm，CMRR=0，無(wú)共模抑制能力。雙端不對(duì)地輸入方式：

由Ucm引入的串模干擾電壓Un越小，CMRR就越大，抗共模干擾能力越強(qiáng)。

共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRatio)：83放大器調(diào)制器解調(diào)器Us2UsUs1A/D計(jì)算機(jī)雙絞線B模擬地?cái)?shù)字地變壓器隔離模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開(kāi)來(lái)。US通過(guò)變壓器耦合獲得通路，Ucm由于不成回路得到有效抑制。隔離前、后采用兩組互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分地線聯(lián)系。2）共模干擾的抑制方法①變壓器隔離84②光電隔離具有串行接口功能的光電偶合器隔離電源VFCUs數(shù)字輸入電路+5VUcm+15V4.7V雙絞線光電偶合器

Us→VFC→不同頻率的脈沖信號(hào)→光電耦合器→雙絞線傳輸此脈沖信號(hào)。85被測(cè)信號(hào)的變化范圍始終在光電偶合器的線性區(qū)內(nèi)： １、嚴(yán)格挑選光電耦合器； ２、采取相應(yīng)的非線性校正措施。前后兩部分電路應(yīng)分別采用兩組獨(dú)立的電源。與變壓器隔離相比，實(shí)現(xiàn)容易，成本低，體積小。放大器UsUs1雙絞線模擬地A/D計(jì)算機(jī)數(shù)字地Ucm光電偶合放大器Us2

線性光電偶合器的應(yīng)用86③浮地屏蔽內(nèi)屏蔽層信號(hào)源UsUcmS1S2S3計(jì)算機(jī)外屏蔽層屏蔽層光電偶合放大器(a)

浮地輸入雙層屏蔽放大器UsUcmZs1Zs2Zs3I1I2I3Zc2Zc1Zc3(b)由于ZC3

>>ZS3可見(jiàn)Ucm1

非常小。87因?yàn)閆C1

>>ZS1，ZC2

>>ZS2；所以UsUcmZs1Zs2Zs3I1I2I3Zc2Zc1Zc3④采用儀表放大器提高共模抑制比

儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門(mén)用來(lái)分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。881）長(zhǎng)線傳輸干擾3、長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)龐大，連線長(zhǎng)達(dá)幾十米→數(shù)百米。長(zhǎng)線傳輸?shù)娜齻€(gè)問(wèn)題：１、會(huì)受到外界干擾；２、具有信號(hào)延時(shí)；３、高速變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸→波反射現(xiàn)象。產(chǎn)生入射波、反射波。信號(hào)的多次反射現(xiàn)象，使信號(hào)波形嚴(yán)重地畸變，并且引起干擾脈沖。89①終端匹配調(diào)節(jié)R，觀察A的波形，當(dāng)達(dá)到完全匹配(R=Rp)時(shí)，門(mén)A輸出的波形不畸變，反射完全消失，這時(shí)的R值就是該傳輸線的波阻抗Rp

。雙絞線的波阻抗一般在100至200

之間，絞花愈密，波阻抗愈低。同軸電纜的波阻抗約50至100

范圍。其中，L0為單位長(zhǎng)度的電感（H），

C0為單位長(zhǎng)度的電容（F）。2）長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法示波器RpR信號(hào)

測(cè)量傳輸線波阻抗雙絞線A90圖(a)：當(dāng)R=Rp時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了終端匹配，消除了波反射。優(yōu)點(diǎn)：對(duì)波形的低電平?jīng)]有影響；缺點(diǎn)：波形的高電平↓，使高電 平的抗干擾能力↓。

終端匹配優(yōu)點(diǎn)：波形的高電平下降較少；缺點(diǎn)：低電平抬高，低電平的抗干擾能 力↓。同時(shí)兼顧高、低電平兩種情況：可取R1=R2=2Rp，則R=Rp。圖(b)：等效電阻R為：（a）雙絞線RRpAB雙絞線R2Rp（b）R1EcAB91②始端匹配優(yōu)點(diǎn)：波形的高電平不變；缺點(diǎn)：波形低電平會(huì)抬高。原因：門(mén)B的輸入電流Isr在R上的壓降所造成。終端所 帶負(fù)載門(mén)個(gè)數(shù)越多，低電平抬高得越顯著。一般選擇始端匹配電阻R為其中，Rsc為門(mén)A輸出低電平時(shí)的輸出阻抗。雙絞線RpR

始端匹配AB92尖峰干擾→計(jì)算機(jī)“飛程序”或“死機(jī)”。抑制尖峰干擾的綜合治理途徑有：“遠(yuǎn)離”干擾源；對(duì)已產(chǎn)生的尖峰干擾采用硬件設(shè)備進(jìn)行抑制；用過(guò)零開(kāi)關(guān)防止尖峰產(chǎn)生；對(duì)“漏網(wǎng)”的尖峰干擾，用程序運(yùn)行監(jiān)視系統(tǒng)（Watchdog俗稱“看門(mén)狗”）消除其影響。二、CPU抗干擾技術(shù)93定時(shí)器CPU定時(shí)到脈沖重新設(shè)置或復(fù)位CLK中斷或復(fù)位Watchdog的構(gòu)成目的：當(dāng)尖峰干擾使計(jì)算機(jī)“飛程序”陷入“死循環(huán)”中時(shí)，能 夠幫助系統(tǒng)自動(dòng)恢復(fù)正常運(yùn)行。Watchdog必須具有以下特性：（1）本身能獨(dú)立工作，基本上不依賴CPU。（2）CPU在一個(gè)固定的時(shí)間間隔中和該系統(tǒng)打一次交道（喂一次狗），以表明系統(tǒng)目前“尚正?！薄＃?）當(dāng)CPU掉入死循環(huán)后，能及時(shí)發(fā)覺(jué)并使系統(tǒng)復(fù)位。1、WATCHDOG的特性和工作原理94遇到下述情況之一，Watchdog失去效用：（1）Watchdog或CPU電路自身?yè)p壞。（2）某個(gè)或幾個(gè)有關(guān)Watchdog的關(guān)鍵數(shù)據(jù)被改寫(xiě)。（3）干擾使CPU執(zhí)行一個(gè)重構(gòu)的錯(cuò)誤循環(huán)程序，該循環(huán)中正好包含了對(duì)Watchdog的訪問(wèn)，而且訪問(wèn)間隔小于Watchdog的溢出時(shí)間。952、微處理器監(jiān)控電路MAX1232

電源過(guò)壓、欠壓時(shí)，提供至少250ms寬度的復(fù)位脈沖，能選擇5％或10％的容限。有一個(gè)可編程的監(jiān)控定時(shí)器(即Watchdog)，可編程為150ms、600ms或1.2s的超時(shí)設(shè)置。1）MAX1232的結(jié)構(gòu)原理(圖2.51)PBRST：按鍵復(fù)位輸入。反彈式低電平有效輸入，忽略小于1ms寬度的脈沖，確保識(shí)別20ms或更寬的輸入脈沖。TD：時(shí)間延遲，Watchdog時(shí)基選擇輸入。

TD=0V時(shí)，tTD=150ms；

TD懸空時(shí)，tTD=600ms；

TD=Vcc時(shí)，tTD=1.2s。RST：復(fù)位輸出(高電平有效)。產(chǎn)生RST輸出的條件為：

Vcc下降低于所選擇的復(fù)位電壓閾值；

PBRST變低；在最小暫停周期內(nèi)ST未選通；在加電源期間。RST：復(fù)位輸出(低電平有效)。產(chǎn)生條件同RST。(拉高)TOL：容差輸入。TOL接地時(shí)選取5％的容差；

TOL接Vcc時(shí)選取10％的容差。ST：選通輸入。Watchdog定時(shí)器輸入。972）MAX1232的主要功能①電源監(jiān)控電壓檢測(cè)器監(jiān)控Vcc，每當(dāng)Vcc低于所選擇的容限時(shí)就輸出并保持復(fù)位信號(hào)。②按鈕復(fù)位輸入

MAX1232的PBRST端靠手動(dòng)強(qiáng)制復(fù)位輸出，當(dāng)PBRST升高到大于一定的電壓值后，復(fù)位輸出保持至少250ms的寬度。③監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)

P58圖2.52監(jiān)控電路MAX1232的典型應(yīng)用CPU用一根I/O線來(lái)驅(qū)動(dòng)ST輸入，CPU必須在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)ST端(其時(shí)間取決于TD)，以便檢測(cè)正常的軟件執(zhí)行。如果一個(gè)硬件或軟件的失誤導(dǎo)致ST沒(méi)被觸發(fā)，在一個(gè)最小超時(shí)間間隔內(nèi)，MAX1232的復(fù)位輸出至少保持250ms的寬度。ST的觸發(fā)僅僅被脈沖的下降沿作用。993）掉電保護(hù)和恢復(fù)運(yùn)行

掉電信號(hào)由MAX1232檢測(cè)得到，加到CPU的外部中斷輸入端。軟件中將掉電中斷規(guī)定為高級(jí)中斷，使系統(tǒng)能夠及時(shí)對(duì)掉電作出反應(yīng)。掉電檢測(cè)電路必須在電源電壓下降到CPU最低工作電壓之前就提出中斷申請(qǐng)，提前時(shí)間為幾百微秒至數(shù)毫秒。100三、系統(tǒng)供電與接地技術(shù)電網(wǎng)的干擾，頻率的