计算机控制系统第2章输入输出接口与过程通道技术

1、 图2-1 输入输出过程通道组成结构图 信息种类输入信息来源或输出信息的用途 模拟量输入 数字量输入 脉冲计数器 模拟量输出 数字量输出 温度、压力、物位、转速、成分等 接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等 流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入信号等 控制执行装置、显示、记录等 对执行器进行控制、报警显示等 图2-2 模拟量输入通道方框图 信号类型构成及功能 低电压 电流/频率 热电阻(RTD)/热敏电阻 热电偶 应变信号 隔离、放大、信号滤波等 电流/频率与电压的转换、隔离、放大、信号滤波等 激励电源、隔离、放大、信号滤波等 隔离、放大、信号滤波、冷端补偿等 激励电源、电

2、桥电路、隔离、放大、信号滤波等 图2-3 热电偶变送器输入电路 2 iEFtABtCuW ()VVEVEVV t1Cu EIR 200 t1Cu1CuCu (20 0)()EE,IRIRR 图2-4 仪表放大器结构 0BAAB uuuu 0b ABa uR G uuR I1I2I G gg uuu i RR AB12I g 2 ()1 Gg R uiRRRu R 0ABI g 2 1 R uuu R 0 V Ig 2 1 uR A uR 图2-5 AD620引脚图 图2-6 AD620典型应用 图2-7 AD620在压力检测电路中的应用 图2-8 隔离放大器的符号 图2-9 变压器耦合两端隔离

3、放大器 图2-10 AD210电路结构 图2-11 AD210在热电偶测量中的应用 图2-12 二线制变送器的连接 图2-13 无源I/V 变换电路 图2-14 有源同相输入I/V 变换电路 图2-15 有源反相输入I/V 变换电路 在计算机测控系统中，被控量与被测量的回路 往往是几路或几十路，此时往往采用公共的A/D、 D/A转换电路，利用多路转换开关轮流切换各被控 或被测回路与A/D、D/A转换电路间的通路，以达 到分时复用的目的。 图2-16 CD4051结构原理图 图2-17 CD4051引脚图 输 入 状 态接通道号 INHCBACD4051 00000 00011 00102 00

4、113 01004 01015 01106 01117 1XXX不通 图2-18 CD4052结构原理图 图2-19 CD4052引脚图 输 入 状 态接通道号 INHBAXY 00000 00111 01022 01133 1XX不通 在计算机测控系统中，模拟量输入通道的变化 范围会随被测量所处的环境和时间的变化而变化， 因此希望能自动改变放大器的增益，使信号通过放 大器后，具有合适的动态范围，即实现自动量程切 换，以便于A/D转换或信号调理。 此外，在多路数据采集系统中，也可能遇到 各路信号动态范围不一致的情况，这时希望放大器 对不同的通路具有不同的增益，以实现相同的动态 输出。 图2-2

5、0 用仪表放大器实现的可编程增益放大器 图2-21 LH0084电路结构 图2-22 正弦模拟信号 cos2cos mm du UtfUt dt 2 m u fU t A/D 2 m UfU t A/D 100% 2100% m U ft U 图2-23 采样保持电路 图2-24 LF398采样保持器原理图 图2-25 LF398典型应用 图2-26 AD582原理及外引脚 图2-27 AD582应用电路 图2-28 AD574原理框图 图2-29 AD574单极性输入电路 图2-30 AD574双极性输入电路 图2-31 AD574与外部的连接 图2-32 8通道模拟输入板 图2-33 数字

6、量保持方案 图2-34 模拟量保持方案 图2-35 DAC1210 原理图 图2-36 DAC1210与PC/XT总线的接口 图2-37 V/I转换电路 a)、b) 电流串联负反馈形式 c) 电流并联负反馈形式 d) 电流并联正反馈形式 开关量输入输出通道一般由三部分组成： CPU接口逻辑、输入缓冲器和输出锁存器、输 入输出电气接 口( 亦即开关量输入信号调理和输 出信号驱动电路) 。 一般情况下，各种开关量输 入输出通道的前两部分往 往大同小异，所不同 的主要在于输入输出( IO )电气 接口。典型的 开关量输入输出通道结构如图图2-38所示。 图2-38 典型的开关量输入/输出通道 图2-

7、39 数字量输入通道结构图 数字量输入通道主要由输入调理电路、输入 缓冲器、输入地址译码电路等组成，如图2-39所 示。 图2-40 数字量输入通道 a) 积分电路数字量输入 b) R-S触发器数字量输入 图2-41 采用光电耦合器隔离开关量输入 图2-42 输入电平变换 图2-43 隔离及电平变换电路 图2-44 数字量输出通道 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动 电路、输出口地址译码等组成，如图2-44所示。 图2-45 光电隔离开关量输出电路 图2-46 小功率驱动电路 图2-47 中功率驱动电路 图2-48 ULN2003达林顿阵列驱动器 a ) ULN2003 结构图 b) 复

8、合管内部结构 图2-49 过零型固态继电器的结构 图2-50 静电耦合示意图 图2-51 电磁耦合示意图 图2-52 电源共阻抗耦合干扰 图2-53 公共地线耦合干扰 图2-54 输出阻抗耦合干扰 图2-55 电阻耦合的等效电路 1、2为平行线 干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要 原因是过程通道与计算机之间存在公共地线，而 且首当其冲是A/D和各种输入装置。 所以要求这些设备有很强的抗干扰能力，而 且要设法削弱来自公共地线的干扰，以提高过程 通道的抗干扰性能。 图2-56 干扰信号形式 图2-57 串模干扰示意图图2-58 热电偶线路中的串模噪声 图2-59 二级阻容滤波器网络 图2-60

9、 共模干扰示意图 图2-61热电偶测温线路中的共模噪声 图2-62 共模噪声电压Ucm的影响 图2-63 双线传输电路 图2-64 脉冲光电耦合 图2-65 双层浮地屏蔽保护原理图 nn1 n nn11 yy yy nn nn yya y yya , , (2-33) (2-34) (2-35) N n 1 1 N i i yy = = N 1 n-i 0 1 N n i yy - = = (2-36) (2-37) N 1 0 in in i yC y - - = = 1 1 (1), 1 f nnn f f T ya yaya T TT T - =-+= + + (2-38) QKP=D 432 43210 Ta Ea Ea Ea Ea=+ (2-4