计算机控制技术ppt课件.ppt

1、北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 开课目的和任务开课目的和任务n工业控制是计算机的一个重要应用领域，计工业控制是计算机的一个重要应用领域，计算机控制正是为了适应这一领域的需要而发算机控制正是为了适应这一领域的需要而发展起来的一门专业技术。展起来的一门专业技术。n它主要研究如何将计算机技术和自动控制理它主要研究如何将计算机技术和自动控制理论应用于工业生产过程，并设计出所需要的论应用于工业生产过程，并设计出所需要的计算机控制系统。计算机控制系统。n目的在于使学生了解和掌握以微型机为核心目的在于使学

2、生了解和掌握以微型机为核心组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基组成的控制系统的硬件、软件基础知识和基本应用技术。本应用技术。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n绪论 n输入输出接口与过程通道n数字控制技术n计算机控制系统数学基础n常规及复杂控制技术 n现代控制技术 n应用程序设计与实现技术北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 学完本课程后，你应具有以下能力：n熟悉计算机控制系统的组成原则n了解计

3、算机控制系统结构n掌握计算机控制系统设计的方法n把握计算机控制系统的发展方向n灵活应用计算机控制技术解决一些实际应用问题北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n理论教学26学时n实验单独设课，6学时，共3个实验考核办法考核办法n平时成绩：平时成绩：20%n期末考试成绩：期末考试成绩：80%北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1.计算机控制系统计算机控制系统，李元春等编著，高等教，李元春等编著，高等教

4、育出版社育出版社2.计算机控制技术计算机控制技术，姜学军编著，清华大学，姜学军编著，清华大学出版社出版社3.微型计算机控制技术微型计算机控制技术，潘新民等编著，电子，潘新民等编著，电子工业出版社工业出版社4.计算机控制技术计算机控制技术，冯培悌编著，浙江大学出，冯培悌编著，浙江大学出版社版社5.期刊期刊工业控制机（技术性比较强）、测控技工业控制机（技术性比较强）、测控技术、电气自动化、自动化仪表、工业仪表与自动化术、电气自动化、自动化仪表、工业仪表与自动化装置，化工自动化及仪表等等。装置，化工自动化及仪表等等。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Traini

5、ng & Development Co.,Ltd. n计算机控制系统概述n计算机控制系统的典型形式n工业控制机的组成结构及特点n计算机控制系统的发展概况及趋势北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n基本要求：了解计算机控制系统及其基本组成。n教学重点：计算机控制系统的典型形式。n教学难点：计算机控制系统的工作原理。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n自动控制 在没有人直接参与的情况下，利用外加的设

6、备或装置，使机器、设备或生产过程的某个工作状态或参数自动地按照预定的规律运行。控制器控制器被控对被控对象象被控量被控量北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 自动控制系统的基本功能是进行信号的传递、加工、比较和控制。这些功能是由检测装置、控制器和执行机构来完成的。其中控制器是控制系统的关键部分，它决定了控制系统的控制性能和应用范围。给定量给定量+ +控制器控制器执行机构执行机构被控对象被控对象被控被控量量检测装置检测装置- -北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard T

7、raining & Development Co.,Ltd. 1. 计算机控制系统（1 1）计算机控制系统的工作原理计算机控制系统的工作原理给定量给定量+ +控制器控制器e eD/Au u执行机构执行机构被控对象被控对象被控被控量量y y测量变送测量变送A/D- -工控机工控机被控对象被控对象北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 实时数据采集实时数据采集：实时控制决策实时控制决策：实时控制输出实时控制输出：对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行检测和输入。对来自测量变送装置的被控变量的瞬时值进行

8、检测和输入。对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取对采集到的被控变量进行分析和处理，并按已定的控制规律，决定将要采取的控制行为。的控制行为。根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。根据控制决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. （2）在线方式和离线方式 在线方式或联机方式：生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方式。 离线方式或脱机方式：生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相

9、应操作的方式。（3）实时的含义 实时：是指信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。而且这个时间范围的大小跟被控对象联系非常的紧密！ 实时控制系统必定是在线系统。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 硬件部分硬件部分：主机、接口电路、过程输入主机、接口电路、过程输入/ /输出通道、外输出通道、外 部设备、部设备、 操作台操作台北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 主机主机中央处理器中央处理器（

10、CPU）内存储器内存储器(RAM和和ROM)接口电路接口电路: : 主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的主机与外部设备、输入输出通道进行信息交换的桥梁桥梁过程输入过程输入/ /输出通道输出通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输出通道模拟量输出通道开关量输入通道开关量输入通道开关量输出通道开关量输出通道外部设备外部设备 操作台操作台输入设备输入设备输出设备输出设备外存储器外存储器（CRT）显示器或显示器或(LED)数码数码显示器显示器 键盘键盘（功能键和数字键功能键和数字键）北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Developmen

11、t Co.,Ltd. 软件软件系统软件系统软件应用软件应用软件 操作系统操作系统语言加工系统语言加工系统诊断系统诊断系统 控制程序控制程序数据采集及处理程序数据采集及处理程序巡回检测程序巡回检测程序数据管理程序数据管理程序编辑程序编辑程序编译程序编译程序连接、装配程序连接、装配程序调试程序调试程序子程序库子程序库 软件部分软件部分：数据可靠性检查数据可靠性检查程序程序AD转换及采样转换及采样程序程序 数字滤波程序数字滤波程序 线性化处理程序线性化处理程序 数据采集程序数据采集程序 越限报警程序越限报警程序 事故预告程序事故预告程序 画面显示程序画面显示程序 北京和君创业培训发展有限公司 Bei

12、jing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1)可编程控制器2)工控机3)嵌入式系统 (1) 嵌入式微处理器 ARM (2) 嵌入式微控制器 单片机 (3) 嵌入式DSP处理器 (4) 嵌入式片上系统 SoC4)智能调节器北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 计算机控制系统同连续控制系统相比，具有以下特点：1）连续控制系统中，各处信号是模拟信号；计算机控制系统是含有模拟信号和数字信号的混合系统。2）连续控制系统中，控制规律由模拟电路实现。计算

13、机控制系统中，控制规律由计算机通过程序实现，具有很大的灵活性和适应性。3）计算机控制系统具有丰富的指令系统和很强的逻辑判断功能，能实现复杂控制规律。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 4）连续控制系统中，给定值与反馈值的比较是连续进行的，控制器对产生的偏差也是连续调节的。计算机控制系统不是连续控制的，而是离散控制的。5）连续控制系统中，一般是一个控制器控制一个回路。计算机控制系统中，一个控制器分时控制多个回路。6）采用计算机控制系统，如分级计算机控制系统、集散控制系统、计算机网络控制系统等，便于

14、实现控制与管理的一体化，是工业企业的自动化程度进一步提高。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1.2 1.2 计算机控制系统的典型形式计算机控制系统的典型形式 1 1操作指导控制系统操作指导控制系统优点优点：结构简单，控制灵活和安全。结构简单，控制灵活和安全。缺点缺点：要由人工操作，速度要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。受到限制，不能控制多个对象。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 2

15、 2直接数字控制系统直接数字控制系统 （DirectDigitalControlDDC） 要求要求：实时性好、可靠性高和适应性强实时性好、可靠性高和适应性强 一台计算机通常要控制几个或几十个回路一台计算机通常要控制几个或几十个回路输入通道输入通道(AI.DI(AI.DI）输出通道输出通道(AO.DO)(AO.DO)打印机打印机报报 警警操作台操作台CRTCRT计计 算算 机机生生 产产 过过 程程北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 3 3监督控制系统监督控制系统（SupervisoryCompu

16、terControlSCC） DDC DDC计算机计算机生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(b)(b)工艺数据工艺数据模模 拟拟调节器调节器生生 产产 过过 程程SSC SSC 计计 算算 机机记录记录显示显示打印打印调节调节测量测量设定值设定值(a)(a)工艺数据工艺数据北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 4 4集散型控制系统集散型控制系统 （DistributedControlSystemDCS）北京和君创业培训发展有限

17、公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 5 5现场总线控制系统现场总线控制系统（FieldbusControlSystemFCS）北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 由由企业资源信息管理系统企业资源信息管理系统ERP（EnterpriseResourcesPlanning）、）、生生产执行系统产执行系统MES（ManufacturingExecutionSystem）和）和生产过程控制生产过程控制系统系统PCS（Proces

18、sControlSystem）构成的三层结构，已成为综合自）构成的三层结构，已成为综合自动化系统的整体解决方案。动化系统的整体解决方案。计算机集成过程系统（计算机集成过程系统（CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem）北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. (1)程序和顺序控制(2)比例积分微分控制( PID控制)(3)最小拍控制(4)复杂规律的控制(5)智能控制北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Develo

19、pment Co.,Ltd. 定义：程序控制是被控制量按照一定的、预先规定的时间函数变化，被控制量是时间函数的变化。 顺序控制是程序控制的扩展，在各个时期所给出设定值可以是不同的物理量，而且每次设定值的给出，不仅取决于时间，还取决于对以前的控制结果的逻辑判断。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 定义：调节器的输出是调节器输入的比例、积分和微分的函数。PID控制是现在应用最广、最为广大工程技术人员熟悉的技术。PID控制结构简单、参数容易调整，因此，无论模拟调节器或者数字调节器，多数使用PID调节规

20、律。这同样是我们学习的一个重点内容。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 最小拍控制的性能指标是要求设计的系统在尽可能短的时间内完成调节过程。最小拍控制通常用在数字随动系统的设计中。最小拍控制是我们本书内容的重点和难点，是直接离散控制系统设计！北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 在PID控制的基础上，引进了各种复杂规律的控制，比如串级控制、前馈控制、纯滞后补偿、解耦控制、最优控制、自适应控制等，组成

21、复杂控制系统。目的：是为了解决随机扰动问题，使系统控制达到满意的性能指标。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 智能控制把先进的方法学理论与解决当前技术问题所需要的系统理论结合起来的学科。可以看成三个主要理论领域的交叉或会合，即：人工智能运筹学控制理论北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1. 工业控制机的硬件组成 主机板、内部总线和外部总线、人-机接口、系统支持功能（监控定时器、电源掉电检测、保护重

22、要数据的后备存储器体、实时日历时钟） 、磁盘系统、通信接口、输入输出通道 。2. 工业控制机的软件组成 系统软件、支持软件、应用软件。1.3.1工业控制机的组成工业控制机的组成北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 总线：就是一组信号线的集合，它定义了各引线的信号、电气、机械特性，使计算机内部各组成部分之间以及不同的计算机之间建立信号联系，进行信息传送和通信。1. 内部总线 内部总线：就是计算机内部功能模板之间进行通信的总线，它是构成完整的计算机系统的内部信息枢纽。按功能可以分为数据总线(DB)、地

23、址总线(AB)、控制总线(CB)和电源总线(PB)四部分。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. nPCI总线：在CPU和外设间插入协调数据传输的管理层，提供一致的总线接口，形成了开放的局部总线标准，而不依赖于CPU芯片。工作频率33MHz，PCI总线的数据宽度为32位和64两种，数据传输率分别为133Mbps和266Mbps，PCIExpress数据传输率可以达到8Gbps。1. 内部总线内部总线北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Deve

24、lopment Co.,Ltd. 外部总线：计算机与计算机之间或计算机与其它智能设备之间进行通信的连线。1）RS-232C串行通信总线2）USB串行总线 具有热插拔功能 采用“级联”方式连接各个外部设备 适用于低速外设连接2. 外部总线外部总线北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 可靠性高和可维修性好可靠性高和可维修性好 环境适应性强环境适应性强 控制实时性好控制实时性好 完善的输入输出通道完善的输入输出通道 丰富的软件丰富的软件 适当的计算精度和运算速度适当的计算精度和运算速度北京和君创业培训发

25、展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1946年世界上第一台电子计算机年世界上第一台电子计算机ENICA问世问世 1 1计算机控制技术的发展过程计算机控制技术的发展过程 开创时期开创时期（19551962年）年） 直接数字控制时期直接数字控制时期（19621967年）年） 小型计算机时期小型计算机时期（19671972年）年） 微型计算机时期微型计算机时期（1972年至今）年至今） 1.4.1 1.4.1 计算机控制系统的发展概况计算机控制系统的发展概况北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vang

26、uard Training & Development Co.,Ltd. 软件的发展：软件的发展：50年代至年代至70年代软件发展缓慢年代软件发展缓慢70年代末至今已采用各种高级语言进行实时控制年代末至今已采用各种高级语言进行实时控制2计算机控制理论的发展过程计算机控制理论的发展过程 采样定理采样定理 差分方程差分方程北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. Z变换法变换法 )()(0kTfzkTfZkK 状态空间理论状态空间理论 最优控制与随机控制最优控制与随机控制 代数系统理论代数系统理论 系统辨

27、识与自适应控制系统辨识与自适应控制 先进控制技术先进控制技术北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1 1推广应用成熟的先进技术推广应用成熟的先进技术 普及应用可编程序控制器普及应用可编程序控制器（PLC） 广泛使用智能调节器广泛使用智能调节器 采用新型的采用新型的DCS和和FCS 2 2大力研究和发展先进控制技术大力研究和发展先进控制技术 分级递阶智能控制系统分级递阶智能控制系统 模糊控制系统模糊控制系统 专家控制系统专家控制系统 学习控制系统学习控制系统 神经控制系统神经控制系统北京和君创业培训

28、发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 3. 计算机控制系统的发展趋势 控制系统的网络化 控制系统的扁平化 控制系统的智能化 控制系统的综合化 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 一.研究内容 1. 系统建模：自动控制系统研究的基本内容是对控制系统建立数学模型，简称系统建模。数学模型是描述系统变量之间关系的数学表达式，对连续系统为微分方程，对离散系统为差分方程，在现代控制理论中，要建立状态方程。 建立系统的数学模型的

29、方法有分析方法和实验方法。 分析法是根据物理和化学定律，建立系统的动态方程。 实验法是用系统辨识方法，即对系统加入已知信号，记录系统的输出，然后用数学模型近似，从而得到系统的数学模型（著名的“黑箱”建模方法）。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 2. 系统分析：系统分析是在系统给定的情况下，研究系统的稳定性、动态性能指标和稳态误差的问题，并且讨论系统的性能指标与结构参数之间的关系。一般采用时域分析和频域分析两种方法。3. 系统设计：建立一个能够完成设定的控制任务，满足一定的控制要求的系统。 系统

30、控制器的设计称为校正。控制器也称为校正装置。 所谓校正指在系统中加入一些可调的装置（机构），使系统的性能指标发生变化，满足设计的要求。 通常讲的控制系统设计，是指控制器（校正装置）设计。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1.系统必须是稳定的。 稳定的控制系统，是当被控变量偏离期望时，其偏差随时间的增长逐渐减小或趋于零。稳定性是控制系统正常工作必须的条件。2.动态过程必须满足动态性能指标的要求 调节时间，超调量，震荡次数等3.系统必须满足稳态误差的要求 稳态误差就是稳态值与期望值之间存在的误差。

31、由于外界结构和系统结构等因素的影响，不可能完全避免。但是一定要满足被控对象的要求。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 本章结束谢谢大家北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n 输入输出接口输入输出接口 简称简称“接口接口”n输入输出接口技术输入输出接口技术 研究微处

32、理器和外部研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术。设备之间信息交换的技术。n接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。使主机和外设能够协调工作，有效连接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。地完成信息交换。n通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。象之间信息传送和变换的连接通道。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 通常有三类信息：通常有三类信息：CPU外部设外部

33、设备备数数据据状状态态控控制制数据信息数据信息数字量数字量模拟量模拟量开关量开关量状态信息状态信息控制信息控制信息过程通道与过程通道与CPU交换信息的交换信息的种类种类北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n2.1 2.1 总线扩展技术总线扩展技术n2.2 2.2 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道n2.3 2.3 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道 n2.4 2.4 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道n2.5 2.5 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术

34、北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n基本要求：掌握输入输出接口及过程通道的设计方法。n教学重点：输入输出接口与过程通道的硬件和软件的设计。n教学难点：硬件抗干扰技术。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n本章学习目的: 解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题。北京和君创业培训发展有限公司 Beijin

35、g H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1. 数字量输入接口三态门缓冲器74LS244nMOV DX, port nIN AL,DX 2.2 数字量输入输出通道与过程数字量输入输出通道与过程通道通道图图2.1数字量输入接口数字量输入接口北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 锁存器74LS273nMOV AL,DATA nMOV DX, port nOUT DX,DL 图图2.2数字量输出接口数字量输出接口北京和君创业培训发展有限公司 Beiji

36、ng H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1. 数字量输入通道的结构输输入入调调理理电电路路输输入入缓缓冲冲器器地地址址译译码码器器PC总总线线生生产产过过程程图图2.3数字量输入通道结构数字量输入通道结构北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 把现场信号经转换、保护、滤波、隔离转换成计算机能够接收的逻辑信号。（1）小功率输入调理电路图图2.4小功率输入调理电路小功率输入调理电路北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguar

37、d Training & Development Co.,Ltd. 用光电耦合器进行隔离图图2.5大功率输入调理电路大功率输入调理电路北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1. 数字量输出通道的结构图图2.6数字量输出通道结构框图数字量输出通道结构框图输输出出驱驱动动器器输输出出锁锁存存器器地址译码器地址译码器生生产产过过程程PC总总线线北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. （1）小功率直流驱动电路功

38、率晶体管输出驱动继电器电路达林顿阵列输出驱动继电器电路北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。D DL LK K控控 制制 电电 流流外外 部部 设设 备备线线 圈圈铁铁 芯芯触触 点点衔衔 铁铁北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & D

39、evelopment Co.,Ltd. n固态继电器(solid state relay)是一种既有放大作用，又有隔离作用，很适合于驱动大功率开关式执行器件。nSSR是一种四端有源器件，其中的两端为输入端，另外两端是输出端，内部设有输出保护电路。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 模拟量输入通道的任务： 把传感器检测并经变送器转换的模拟电信号转换成二进制数字信号

40、，经过接口送至计算机。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 图图2.17模拟量输入通道的组模拟量输入通道的组成结构成结构北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n信号调理与I/V变换n多路转换器n采样保持器n采样/保持器nA/D转换器北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1.信号调理电路n信号调理电路主要通

41、过非电量的转换、信号的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. n放大器的任务是将模拟输入小信号放大放大器的任务是将模拟输入小信号放大到到A/DA/D转换的量程范围之内，如转换的量程范

42、围之内，如0-5VDC;0-5VDC;n对单纯的微弱信号，可用一个运算放大对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单端同相放大或单端反相放大。器进行单端同相放大或单端反相放大。n若信号源的一端接放大器的负端为反相若信号源的一端接放大器的负端为反相放大。当然，这两种电路都是单端放大，放大。当然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端共地。输入端共地。（2）信号放大电路）信号放大电路 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. VIVO1R2R

43、图 2-5 放 大 电 路VIVO1R2R(a)同 相 放 大UsUs(b)反 相 放 大北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1)基于ILC7650的前置放大电路北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 2) AD526可编程仪用放大器 AD526是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器，器件本身所提供的增益是x l、x 2、x 4、x 8、x16等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和TT

44、L数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 多路转换器又称多路开关，是用来切换模拟电压信号的关键元件。理想的多路转换器其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。常用的多路开关有CD4051(或MC14051)，AD7501，LF13508等。 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard

45、 Training & Development Co.,Ltd. 图 2 -3 CD4051结 构 原 理 图0S2S3S4S5S6S7S1S动动驱驱码码译译换换转转平平电电ABCINHmS北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. D3D2D1D0动驱码译动驱码译换转平电换转平电0S2S3S4S5S6S7S1S8S10S11S12S13S14S15S9SABCmSAB

46、CmS图2-4多路模拟开关的扩展电路INHINH北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 1. 信号的采样 采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。f ( t ) Kf*(t)T北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 香农香农(Shannon)(Shannon)定理：如果随时间变定理：如果随时间变化的模拟信号的最高频率为化的模拟信号的最高频率为maxmax，只，只要按照采样频率

47、要按照采样频率S S22maxmax进行采样，进行采样，那么取出的样品系列那么取出的样品系列(f(f1 1* *(t)(t)，f f2 2* * ( t )( t ) ， ) ) 就 足 以 代 表就 足 以 代 表 ( ( 或 恢或 恢复复)f(t)f(t)。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. ymax：转换信号的最大值；：转换信号的最大值；ymin：转换信号的最小值；：转换信号的最小值；n：转换后二进制数的位数。：转换后二进制数的位数。量化单位为：量化单位为：maxmin21nyyq2 2量

48、化量化量化：是用一组数码量化：是用一组数码(如二进制码如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 如果直接将模拟量送入如果直接将模拟量送入A AD D转换器进行转换，则应考虑到任何一种转换器进行转换，则应考虑到任何一种A AD D转换器都需要用一转换器都需要用一定的时间来完成量化与编码的操作。在转换过程中，如果模拟量产生变化，将直接影响转换精度。特定的时间来完成量化与编码的操作。在转换过程中，如果模拟

49、量产生变化，将直接影响转换精度。特别是在同步系统中，几个并联的参量需取自同一瞬时，而各参数的别是在同步系统中，几个并联的参量需取自同一瞬时，而各参数的A AD D转换又共享一个芯片，所得到转换又共享一个芯片，所得到的几个量就不是同一时刻的值，无法进行计算和比较。所以要求输入到的几个量就不是同一时刻的值，无法进行计算和比较。所以要求输入到A/DA/D转换器的模拟量在整个转换转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求过程中保持不变，但转换之后，又要求A/DA/D转换器的输入信号能够跟随模拟量变化。能够完成上述任务转换器的输入信号能够跟随模拟量变化。能够完成上述任务的器件叫做采样的器

50、件叫做采样保持器保持器(Sample/Hold),(Sample/Hold),简写为简写为S/HS/H。 北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. A/D转换器完成一次完整的转换过程所需的时间称孔径时间，对随时间变化的模拟信号来说，转换期间将引起转换误差，这个误差叫做孔径误差。t 可能误差V0t1tfV北京和君创业培训发展有限公司 Beijing H&J Vanguard Training & Development Co.,Ltd. 设模拟信号为：sinsin2mmU Ut Uftcos2cos2m