计算机控制02.过程输入输出技术

1、1、第2章微机控制系统的过程输入输出技术、过程输入输出通道的概要、2.1、模拟输入通道、2.2、模拟输出通道、2.3、数字输入输出通道、2.4、脉冲量输入通道、2.5、2、第2章微机控制系统2.1、模拟输入通道、2.2、模拟输出通道、2.3、数字输入输出通道、2.4、脉冲量输入通道、2.5、3、过程输入输出通道的构成和功能、过程输入输出通道是什么？ 在计算机控制系统中，为了实现生产过程的控制，必须将生产现场的各种被测量参数转换为数字计算机可以接受的形式，将计算机计算、处理的结果转换为适合控制生产的信号量。在计算机和生产过程之间传递和转换信息的装置， 构成输入输出过程的通道过程输入输出通道的模拟

2、输入通道模拟信号计算机模拟输出通道数字控制信号执行机构数字输入通道开关信号计算机数字输出通道控制数字信号的执行机构和被称为显示指示装置的过程输入输出技术过程输入输出通道通道概况，4，计算机控制系统中的信号变换和传输，在模拟信号时间和幅度上连续的信号离散模拟信号时间上离散振幅上连续的信号数字信号时间上离散、幅度上离散的信号采样或将模拟信号采样为离散模拟信号的过程量化， 过程输入/输出技术过程输入/输出信道的概述，其中离散模拟信号的幅度近似为数字信号集，5、模拟输入信道(AI信道)的典型结构，过程输入/输出技术过程输入/输出信道的概述，以及过程参数为传感器原始和变送器转换成形式后，被传送到多路复用

3、器开关，用多路复用器开关将各过程参数依次切换到后级，进行放大、采样、A/D转换的6模拟输出通道(AO通道)的一般结构、过程输入输出技术过程输入输出开关a转换器实现了从数字信号到模拟信号的转换和信号保持(数字保持)共享D/A结构D/A转换器实现了从数字信号到模拟信号的转换，保持功能由采样保持件完成(模拟保持)、7、数字容量输入通道(DI通道) 的一般结构实现过程输入输出技术过程输入输出通道的概要信号转换器的非力量数字电压或电流的二值逻辑值输入烹调电路整形转换电路：非理想信号为理想的方波或接近矩形波形状的脉冲信号电平转换电路：输入的二值逻辑电平适合微机的逻辑电平总线缓冲器为解存储数字量信息，协调微

4、机数据总线的连接接口逻辑电路和各通道的同步动作，向微机传递状态信息来控制数字量的输入输出，也称为开关量输入通道，其作用是将控制对象的开关状态信号(或数字信号)发送给微机将二值逻辑的开关量转换为微机能接收的数字量并发送给微机，或8、数字量输出信道(DO信道)的一般构成、过程输入输出技术过程输入输出信道的概要锁存输出单元锁存微机输出的数据或控制信号，并输出到外部设备的烹调电路(的隔离装置：干扰防止放大器装置：微机输出的微弱数字信号能控制生产过程的驱动信号，将微机输出的数字信号(或开关信号)发送到开关型的致动器(继电器或灯等)，对它们进行控制的断/通或明/灭，9， 第2章微机控制系统的过程输入输出技

5、术、过程输入输出通道概要、2.1、模拟输入通道、2.2、模拟输出通道、2.3、数字输入输出通道、2.4、脉冲量输入通道、2.5、10、信号的采样、过程在信号采样的理想采样为t的时候，采样可以被认为是瞬间完成的=0，并且采样开关关闭(闭上t )作为周期，从而指示连续信号f(t )的采样相当于f(t )的乘法的单位脉冲理想采样特性可为每t秒出现，且可满足过程输入/输出技术的模拟输入信道信号转换器，12、采样定理。该采样定理t的量值确定采样信号剩下多少原信号的信息和特征我们未证明的采样定理：将连续信号(包括噪声干扰) y(t )中包含的频率分量的最高频率定义为fmax，将采样周期t的倒数定义为采样频

6、率f，并且如果该采样频率f2max，则根据采样信号y*(t )将没有失真的原连续信号定义为在实际应用中，总是采用f (510)fmax，并且采样定理也称为奈奎斯特采样定理或香农采样定理。 如果知道信号的最高频率f，则采样定理给出了保证完全重建信号的最低采样频率。 此最低采样频率被称为临界频率或奈奎斯特频率，相反地，如果采样频率已知，则采样定理提供了能够完全重构信号的最高信号频率。 过程输入输出技术模拟输入通道信号转换，13，信号量化和编码，为什么进行信号量化？ 采样信号在时间轴上离散，但在函数轴上连续，但微机只接受在时间上离散且振幅不连续的信号，因此所谓需要进行信号量化的信号的量化，首先确定离

7、散的电平值的组，接着将输出模拟电压值统合为与某个近似对应的离散电平也就是说，模拟信号取值的离散化，并将在量化过程中确定的一组离散电平称为量化电平，将振幅最小的非零量化电平的绝对值称为量化单位(与数字输入量的最下位比特LSB对应的模拟值)，但是，其它量化电平平均地进行量化可表示为Nq的量化单元信号的编码可用二进制码表示量化电平Nq中的n，n位码可表示2n个量化电平，单极性模拟信号通常采用无符号的自然二进制码的过程输入输出技术模拟输入信道信号转换器，14 信号的量化、编码、编码形式字长度为n的A/D转换器将yminymax内的采样信号转换为数字02n-1，并表示量化误差为LSB (仅正)四舍五入：

8、量化误差为0.5LSB (可正负)的数字量的最大值(全部1或全代码) 另外，在利用模拟输入信道信号转换，15信号的量化和编码，例题：自然二进制码的3位A/D转换器说明两种量化方式时，假定采样值的变化范围为08V，则q=8/23=1V，8个量化电平为0，1，1v 不能用7v(1)舍弃，VIN=5.1V和VIN=5.9V都汇总为5q，编码量为101，该方法的最大化误差对q (2)进行四舍五入，VIN=5.49V则为5q，VIN=5.50V则为6q，110该方法的最大化误差为0.5q 16、A/D转换器的主要技术指标、分辨率由A/D转换器输入的评价模拟最小转换程度的技术指标、分辨率由数字量的位数(字

9、长)表示，例如由8位、12位、16位等响应全标度输入VFS的1/2n的增加，时间a d转换器从模拟转换成数字所需的时间线性误差A/D转换器的理想转换特性必须是线性的，而实际的转换特性不是。 在全比例输入范围中，使理想变换特性位移的最大误差被定义为线性误差，通常由LSB的点数表示，选择过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器、17、A/D转换器的主要技术指标、课题：自然二进制码的4位A/D转换器，并选择全将被测量温度的变化范围设为201200，要求测量误差不超过0.4时，应该选择分辨率为几位的A/D转换器？ 过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，18，逐级近似A/D转换器的转换原理，该转换器

10、的原理与天平的重量原理相似。 如果某天秤有32、16、8、4、2和1克等6种重物，则物体的重量为27克。 称量从最重的砝码开始，过程如下表所示。物体重量为m=D5 * 32d4* 16d3* 8d2*4D1 * 2d0*1=27g，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，19，顺序近似式A/D转换器的转换原理为： (1)初始化： SAR和输出缓冲器清零，D/A输出零比较输入模拟电压Vi和V0，如果是ViV0则不保留，(4)从上位向下位，按位确定该位是0还是1的过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，20，逐次近似式A/D转换器的转换原理，例题： 8位逐次近似如果输入a转换器的基准电压REF

11、=10V，此时模拟VIN=6.84V，则能得到多少编码结果(1)第一个CP，D7D0=11000000，V0=5V，VINV0，D7=1(第二个CP，d7d0=1 紧接着，D5=1，最终转换结果D7D0是1010到1111，进程输入/输出技术模拟输入信道A/D转换器， 得到21并行比较式A/D转换器的转换原理，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，22，双斜率积分式A/D转换器的转换原理，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，23，8位A/D转换器ADC0809 过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，24，8位A/D转换器ADC0809管脚，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器

12、，VIN0VIN7:8电路模拟输入。 允许8路模拟时分输入，共用一个A/D转换器。 ALE :地址锁存许可信号、输入、高电平有效。 在上升沿锁存3位通道选择信号。 作为A.B.C.3位地址线的模拟通道选择线。 如果ALE处于高电平，请选择对应的频道。 开始：启动a/d转换信号，使输入、正脉冲有效。 在上升沿依次接近寄存器清除，在下降沿启动A/D转换。 EOC :转换结束信号、输出、高电平有效。 A/D转换时为低电平，其馀时为低电平。 OE :输出使能信号，输入，高电平有效。 该信号用于打开三状态输出缓冲器，将A/D转换后的8位数字量发送到数据总线。 DO0DO7:8位数字输出。 DO0是最下位

13、，DO7是最上位。 有三状态输出锁存器，可以直接连接到主机数据总线。 时钟：外部时钟脉冲输入端子。 在脉冲频率是640kHz的情况下，A/D转换时间为100s。 VREF、VREF-:基准电压源的正、负端子。 Vcc :工作电源，5V。 GND :电源地。25、8位A/D转换器ADC0809的主要性能、流程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器、(1)分辨率8位(2)转换时间100s (3)线性误差LSB (4)正常基准电压VREF()=5.12V、VREF(-)=0V (5)量化单位提供q(mV) (6) 5V电源，Vcc(5V )和GND(0V )分别在动作电源和电源地(7)的数据上具有三状

14、态输出能力，容易与微机连接，也可以独立使用，26，8位A/D转换器ADC0809的转换定时，A d转换器、27 8位A/D转换器ADC0809的工作流、过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，首先由ALE的上升沿锁存、解码，然后接通模拟开关的某一个，形成其模拟开关。 同时，START的上升沿依次清除近似寄存器SAR，并且转换结束信号EOC在上升沿之后的2s 8时钟周期(不定)变为低电平以指示转换正在进行，并且START的下降沿开始A/D转换，即此时，高电平的命令被输入到输出许可OE，微处理器一接收到成为高电平的EOC信号，就马上发送OE信号，在打开三状态门时，能够读出转换结果。，28位A/D

15、转换器AD574A的结构图，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，29位A/D转换器AD574A的主要性能，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器(1)分辨率为12位(2)转换2LSB或LSB (等级不同) (4)供电电源： 5V， 15V (5)启动变换方式：多信号联合控制，脉冲式(6)输出方式：多路控制三态输出缓冲器，30，具有A/D转换器的接口技术过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，应补充的是31，ADC0809和IBM PC总线过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，32，ADC0809和IBM PC总线采用查询法的接口，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，ADC0

16、809的ADDC，ADDB ADDA是地址总线的A2，A1， 当图中的解码器的地址信号A7A3为10000时，该ADC0809被接通而动作，因此IN0IN7的端口地址为80H87H，同样地，解码器所连接的三态缓冲器的地址为70H77H，OE 如果使用查询法对模拟通道IN3进行A/D转换，并将转换结果存储到AL中，则OUT 83H，AL WAIT:IN AL，70H TEST AL，01H JZ WAIT IN AL，60H，33， 使用ADC0809和IBM PC总线的中断法的接口过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，34，AD574A和IBM PC总线的接口，过程输入输出技术模拟输入通道A/D转换器，35，AD574A和IBM PC总线基于过程输入/输出技术模拟输入通道A/D转换器，前页硬件接口收集50个数据的程序，通过potr sequ 90 hpotrhequ 92 hpotrlequ 93 H