对输入、输出模拟量的ＰLＣ编程的探讨及编程实例解析
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对输入、输出模拟量的PLＣ编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLＣ编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器,通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的,如果选用的转换公式不对,编出的程序肯定是错误的。比如有3个温度传感变送器： (1)、测温范围为0～20０，变送器输出信号为4~20ｍa (２)、测温范围为0~200，变送器输出信号为0～5V （3)、测温范围为-100 ~50０，变送器输出信号为4～２０ｍa （１）和（2）二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，（1）和（3)传感变送器输出信号一样,但测温范围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用Ｓ7-200的模拟量输入输出模块EM23５的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3)传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号,2０ma 对应数子量=32000,4 mａ对应数字量=6４00; 对于(２）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0~５Ｖ电压信号，5V 对应数字量=３200０,０V对应数字量=0; 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢?这要借助与数学知识帮助，请见下图：
第六章模拟量输入输出 *模拟通道的组成 调理电路，模拟开关MUX(多路复用)sample/holder S/H 采样保持器SHA （sample/holder—S/H ）* 转换接口电路 简单I/O 扩展:输入缓冲/输出锁存,同步转换(R f G d) 基准地(Reference Ground)电压基准源(Reference Voltage Source)(g )*ADC/DAC 线性转换关系X Di it l A l x-x 0X-X 0= 微机系统与接口X:Digital,x:Analog x 1-x 0X 1-X 0
应用: 生产过程微机控制系统结构 I /O 通道信号调理 连续模拟信号 过 程 传感器检测/控制 操作台I/O 接口A/D 输入调理模拟量对 象变送器微I/O 接口D/A V/I 变换打印机⌒被执行机构机主数字量控对 象 传感器执行机构机电平变换功放驱动I/O 接口I/O 接口DI DO 显示器∪ 传感执行 频率、其他微机系统与接口 传感、执行I/O 接口变换信号处理
模拟量I/O 接口 模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型：信号采样/复原-信号处理 控制、监控-自动化系统 转换输入:V/F(P389:AD650)?计数器;输出:计数器?F/V(LM331)；PWM 调宽（时间）:易于光电隔离 F/V 模 T/C 8253/脉冲 频率 V/F 拟 信 8254MPU 号 ADC/DAC 微机系统与接口Ｖ／Ｉ 数字量
模拟量转换与I/O 通道 1.模数转换--ADC 数模转换--DAC Analog to Digital Converter/Digital to Analog Converter 22. 模入与模出通道的组成：输入通道: (高精度测量,1%~0.05%,可分时采样,同步采样) Vref 调理放大MUX S/H ADC 数字量 (MPU) 传感器Multiplexer ：（6.4）多路转换器（开关，（模拟）多路(电子)开关 1-N,N-1,N 选一）：N 路入一路输出：巡回扫描/分时转换；S l /H ld (65)Sample/Holder ：(6.5)捕捉后保持信号（电容）Voltage reference:电压基准源 输出通道:(精度,同步输出,输出保持--动态扫描) 复习：运算放大器放大执行DAC V/I 调理数字量 (MPU)微机系统与接口驱动机构 Vref MUX, S/H
对输入、输出模拟量的PLC编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLC编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定是错误的。比如有3个温度传感变送器： （1）、测温围为0~200，变送器输出信号为4～20ma （2）、测温围为0~200，变送器输出信号为0～5V （3）、测温围为－100 ~500，变送器输出信号为4～20ma （1）和（2）二个温度传感变送器，测温围一样，但输出信号不同，（1）和(3)传感变送器输出信号一样，但测温围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和（3）传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号,20ma 对应数子量=32000，4 ma对应数字量=6400； 对于（2）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0～5V电压信号，5V对应数字量=32000，0V对应数字量=0； 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助，请见下图：
上面推导出的（2-1）、（2-2）、（2-3）三式就是对应（1）、（2）、（3）三种温度传感变送器经过模块转换成数字量后再换算为被测量的转换公式。编程者依据正确的转换公式进行编程，就会获得满意的效果。 二、变送器与模块的连接
本文以EM235为例讲解S7-200模拟量编程，主要包括以下内容： 1、模拟量扩展模块接线图及模块设置 2、模拟量扩展模块的寻址 3、模拟量值和A/D转换值的转换 4、编程实例 模拟量扩展模块接线图及模块设置 EM235是最常用的模拟量扩展模块，它实现了4路模拟量输入和1路模拟量输出功能。下面以EM235为例讲解模拟量扩展模块接线图，如图1。 图1 图1演示了模拟量扩展模块的接线方法，对于电压信号，按正、负极直接接入X＋和X－；对于电流信号，将RX和X＋短接后接入电流输入信号的“＋”端；未连接传感器的通道要将X＋和X－短接。 对于某一模块，只能将输入端同时设置为一种量程和格式，即相同的输入量
程和分辨率。（后面将详细介绍） 量的单/双极性、增益和衰减。 时，模拟量输入为单极性输入，SW6为OFF时，模拟量输入为双极性输入。 SW4和SW5决定输入模拟量的增益选择，而SW1，SW2，SW3共同决定了模拟量的衰减选择。
6个DIP开关决定了所有的输入设置。也就是说开关的设置应用于整个模块，开关设置也只有在重新上电后才能生效。 输入校准 模拟量输入模块使用前应进行输入校准。其实出厂前已经进行了输入校准，如果OFFSET和GAIN电位器已被重新调整，需要重新进行输入校准。其步骤如下： A、切断模块电源，选择需要的输入范围。 B、接通CPU和模块电源，使模块稳定15分钟。 C、用一个变送器，一个电压源或一个电流源，将零值信号加到一个输入端。 D、读取适当的输入通道在CPU中的测量值。 E、调节OFFSET（偏置）电位计，直到读数为零，或所需要的数字数据值。 F、将一个满刻度值信号接到输入端子中的一个，读出送到CPU的值。 G、调节GAIN（增益）电位计，直到读数为32000或所需要的数字数据值。 H、必要时，重复偏置和增益校准过程。 EM235输入数据字格式 下图给出了12位数据值在CPU的模拟量输入字中的位置
第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案 【题11-1】 反相运算放大器如图题11-1所示，其输入电压为10mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-1 解：输出电压为： mV mV V R R V IN F O 10010101 =?=- = 【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10 mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-2 解：mV mV V R R V IN F O 110101111 =?=+ =）（ 【题11-3】 图题11-3所示的是权电阻D/A 转换器与其输入数字信号列表，若数字1代表5V ，数字0代表0V ，试计算D/A 转换器输出电压V O 。 图题11-3 D 3 D 2 D 1 D 0 V O 0 0 0 1 －0.625V 0 0 1 1 －0.625V －1.25V=1.875 0 1 0 0 －2.5V 0 1 0 1 －0.625V －2.5V=3.125V 1 1 0 －2.5V －1.25=3.75 0 1 1 1 －0.625V － 2.5V － 1.25=4.375V 1 5V
【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。 图题11-4 解：由图可知，D 3~D 0=0101 因此输出电压为：V V V V O 5625.1516501012 54 ===）（ 【题11-5】 8位输出电压型R/2R 电阻网络D/A 转换器的参考电压为5V ，若数字输入为10011001，该转换器输出电压V O 是多少？ 解：V V V V O 988.2153256510011001258 ≈==）（ 【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。 图题11-6 解：V V V D D V V n n REF O 5625.1516501012 5~24 0==-=- =）（）（
《单片机原理及接口技术》（第2版）人民邮电出版社 第11章 AT89S51单片机与DAC、ADC的接口 思考题及习题11 1．对于电流输出的D/A转换器，为了得到电压输出，应使用。 答：I/V转换电路 2．使用双缓冲同步方式的D/A转换器，可实现多路模拟信号的输出。 答：同步 3．下列说法是否正确。 A．“转换速度”这一指标仅适用于A/D转换器，D/A转换器不用考虑“转换速度” 问题。 B．ADC0809可以利用“转换结束”信号EOC向AT89S51单片机发出中断请求。 C．输出模拟量的最小变化量称为A/D转换器的分辨率。 D．对于周期性的干扰电压，可使用双积分型A/D转换器，并选择合适的积分元件，可以将该周期性的干扰电压带来的转换误差消除。 答：（1）错，D/A转换器也要考虑“转换速度”或“转换时间”问题，即建立时间（转换时间）；（2）对；（3）错，是D/A转换器的分辨率；（4）对。 4．D/A转换器的主要性能指标都有哪些？设某DAC为二进制12位，满量程输出电压为5V，它的分辨率是多少？ 答：D／A转换器的主要技术指标如下： 分辨率：D／A转换器的分辨率指输入的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，是对输入量变化敏感程度的描述。 建立时间：建立时间是描述D／A转换速度快慢的一个参数，用于表明转换速度。其值为从输入数字量到输出达到终位误差±(1／2)GB(最低有效位)时所需的时间。 转换精度：理想情况下，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。严格讲精度与分辨率并不完全一致。只要位数相同，分辨率则相同．但相同位数的不同转换器精度会有所不同。 当DAC为二进制12位，满量程输出电压为5V时，分辨率为1.22 mV
第十一章模拟量混合模块 本章介绍了PACSystems RX3i控制器的下列模拟量混合模板。 模拟量模板，4 输入/2 输出，电流/ 电压：IC694ALG442 模拟量电流/电压输入/输出模板，IC694ALG422,提供了四个差分的输入通道和两个单端输出通道。每个通道都能用ME软件设置下面范围之一： . 0 至+10 V (单极的), 默认. . -10 至+10 V (双极的) . 0 至20 mA . 4 至20 mA 输入通道也可以被设定为4 - 20 mA增强模式。该模板可以被安装在RX3i系统的任意输入输出槽内。
模板特性 输出可以被设定为保持最后状态（如果系统电源中断），或者被重新设置到输出范围的最低端值。 输出也可以被设置为在应用程序命令的斜坡模式下运行。在斜坡模式下，输出通道经过一段时间内达到一个新的值，而不是立即获得这个新值。所有输入通道的高低警报界限都可以设置，并且每一个输出通道的开路故障（电流输出模式）都可被报告给CPU。 隔离的+24V DC 电源I 该模板必须从外部获得24 VDC的电源。如果模板被安装在RX3i的通用底板上，外部电源可以通过底板左侧的TB1连接器连接，或者直接连接到模板接线盒上。如果模板安装在一个扩展底板上，外部电源就必须连接到模板接线盒上。 发光二极管 Module OK（模板就绪）指示模板状态。Module P/S指示外部+24 VDC电源存在，并且高于最低指定标准电压值。两个二极管都从+5 VDC底板总线获取电源。 技术指标: ALG442
2．在严重射频干扰的情况下（IEC 801–3, 10V/m）,精确度可能会下降+/-4%FS.
第6章模拟量输入与输出 6.1 A/D转换的应用 例6.1 A/D转换初始化程序 //A/D转换初始化子程序 void adinitial( ) { ADCON0 = 0x51；//选择A/D通道为RA2，打开A/D转换器 //在工作状态，且使AD转换时钟为8t osc ADCON1 = 0X80；//转换结果右移，及ADRESH寄存器的高6位为"0" //且把RA2口设置为模拟量输入方式PIE1 = 0X00； PIE2 = 0X00； ADIE = 1；//A/D转换中断允许 PEIE = 1；//外围中断允许 TRISA2=1；//设置RA2为输入方式 } 6.1.2 程序清单 下面给出一个调试通过的例程，可作为读者编制程序的参考。 117
该程序中用共用体的方式把A/D转换的10位结果组合在一起。有关共用体的详细资料请参考本书相关章节。 # include
//在工作状态，且使A/D转换时钟为8t osc ADCON1=0X80；//转换结果右移，及ADRESH寄存器的高6位为"0" //且把RA2口设置为模拟量输入方式PIE1=0X00； PIE2=0X00； ADIE=1；//A/D转换中断允许 PEIE=1；//外围中断允许 TRISA2=1；//设置RA2为输入方式 } //延时子程序 void delay() { for(j=5535；--j；) continue； } //报警子程序 void alarm() { i=i^0xFF；//通过异或方式每次把i的各位值取 119
第六章模拟量输入输出与数据采集卡 通过本章的学习，使考生掌握D/A，A/D转换的原理和典型芯片，在此基础上了解工业控制计算机常用模板的组成和应用。 要求： (1)了解D/A转换的工作原理和8位，12位D/A转换芯片；D／A转换器与总线的连接和应用方法。 (2)了解A/D转换器的工作原理和指标，熟悉A/D转换的典型芯片和多路转换器，采样保持器的工作原理。 (3)了解数据采集卡的组成和指标及其应用方法，了解工控机配套模板的概况。 一、重点提示 本章重点是D/A，A/D转换器的工作原理，与总线的连接方法。 二、难点提示 本章难点是利用这些芯片和多路开关、采样保持器组成数据采集卡的应用方法。 考核目的：考核学生对微型计算机的模拟通道的构成及工作原理的掌握。 1．数模转换器D/A (1)D/A转换的指标和工作原理 / (2)典型D/A转换器芯片 (3)D/A转换器与总线的连接 2．模数转换器A/D (1)A/D转换器的工作原理（双积分和逐次逼近型A/D转换），A/D转换器主要指标 (2)典型A/D转换器芯片（ADC0809及．12位A/D芯片）的功能和组成，与总线的连接 3．多路开关 (1)数据采集系统对多路开关的要求 (2)几种多路开关芯片 (3)几种多路开关的主要技术参数 4．采样保持器 (1)采样保持器的工作原理 (2)常用的采样保持器芯片 5．数据采集卡的组成及其应用 本章知识结构如下： （一）D／A转换接口 D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式有权电阻网络和R-2R梯形电阻网络。 集成D/A芯片类型很多，按生产工艺分有双极型、MOS型等；按字长分有8位、10位、
S7-300/400 PLC模拟量输入/输出的量程转换 SLC A&D CS March, 2005
1模拟量输入/输出量程转换的概念 (3) 2S7-300/400 PLC模拟量输入/输出模板 (3) 2.1需要使用的模板 (3) 2.2涉及的信号类型 (3) 3STEP 7中模拟量输入/输出的编程 (3) 3.1FC105/FC106在哪里 (3) 3.2FC105/FC106功能描述 (5) 3.2.1FC105功能描述 (5) 3.2.2FC106功能描述 (5) 3.3FC105/FC106参数定义 (6) 3.3.1FC105 的参数定义 (6) 3.3.2FC106的参数定义 (6) 3.4例子程序 (7) 3.4.1FC105例子程序 (7) 3.4.2FC106例子程序 (8)
1模拟量输入/输出量程转换的概念 实际的工程量，如压力、温度、流量、物位等要采用各种类型传感器进行测量。传感器将输出标准电压、电流、温度、或电阻信号供PLC采集，PLC的模拟量输入模板将该电压、电流、温度、或电阻信号等模拟量转换成数字量——整形数(INTEGER)。在PLC程序内部要对相应的信号进行比较、运算时，常需将该信号转换成实际物理值（对应于传感器的量程）。而经程序运算后得到的结果要先转换成与实际工程量对应的整形数，再经模拟量输出模板转换成电压、电流信号去控制现场执行机构。这样就需要在程序中调用功能块完成量程转换。 如一个压力调节回路中，压力变送器输出4-20mA DC信号到SM331模拟量输入模板， SM331模板将该信号转换成0-27648的整形数，然后在程序中要调用FC105将该值转换成0-10.0（MPa）的工程量（实数），经PID运算后得到的结果仍为实数，要用FC106转换为对应阀门开度0-100%的整形数0-27648后，经SM332模拟量输出模板输出4-20mA DC信号到调节阀的执行机构。 本文主要讨论S7-300/400 PLC编程中模拟量的量程转换。 2S7-300/400 PLC模拟量输入/输出模板 2.1需要使用的模板 使用西门子S7-300/400 PLC进行模拟量输入/输出需要使用的模板： S7-300系列PLC：SM331系列模拟量输入模板；SM332系列模拟量输出模板；SM334/335系列模拟量输入/输出模板。 S7-400系列PLC：SM431系列模拟量输入模板；SM432模拟量输出模板。 目前常用的模板规格型号参见模板手册，请链接到如下网址下载模板手册： S7-300: https://www.doczj.com/doc/4d6772039.html,/WW/view/en/8859629 S7-400: https://www.doczj.com/doc/4d6772039.html,/WW/view/en/1117740 2.2涉及的信号类型 电压，电流，温度，电阻。 3STEP 7中模拟量输入/输出的编程 3.1FC105/FC106在哪里 在编程界面下，在Program elements中的Libraries下的Standard Library下的TI-S7 Converting Blocks中就可以找到，见下图：
第11章串行通信接口 串行通信是微机和外部设备交换信息的方式之一。所谓串行通信是通过一位一位地进行数据传输来实现通信。与并行通信相比，串行通信具有传输线少，成本低等优点，适合远距离传送。缺点是速度慢，若并行传送n位数据需时间T，则串行传送的时间最少为nT。在实际传输中，是通过一对导线传送信息。在传输中每一位数据都占据一个固定的时间长度。 §11.1 串行通信基础 串行通信分为2种类型：一种是同步通信方式，另一种是异步通信方式。 1、异步通信 异步通信的特点是：字符是一帧一帧的传送，每一帧字符的传送靠起始位来同步。在数据传输过程中，传输线上允许有空字符。所谓异步通信，是指通信中两个字符的时间间隔是不固定的，而在同一字符中的两个相邻代码间的时间间隔是固定的通信。异步通信中发送方和接收方的时钟频率也不要求完全一样，但不能超过一定的允许范围，异步传输时的数据格式如图所示。 异步通信字符格式 字符的前面是一位起始位(低电平)，之后跟着5～8位的数据位，低位在前、高位在后。数据位后是奇、偶校验位，最后是停止位(高电平)。是否要奇、偶校验位，以及停止位设定的位数是1，1.5位或2位都由初始化时设置异步方式字来决定。 2、同步通信 278
同步通信方式的特点是：由一个统一的时钟控制发送方和接收方，若干字符组成一个信息组，字符要一个接着一个传送；没有字符时，也要发送专用的“空闲”字符或者是同步字符，因为同步传输时，要求必须连续传送字符，每个字符的位数要相同，中间不允许有间隔。同步传输的特征是：在每组信息的开始(常称为帧头)要加上l－2个同步字符，后面跟着8位的字符数据。同步通信的数据格式如图所示。 同步字符1 同步 字符2 数据结束标志 同步通信字符格式 传送时每个字符的后面是否要奇、偶校验，由初始化时设同步方式字决定。 3、传输制式 串行通信中的工作方式分为：单工通信方式、半双工通信方式和全双工通信方式。 (1) 单工工作方式 在这种方式下，传输的线路用一根线连接，通信的一端连接发送器，另一端连接接收器，即形成单向连接，只允许数据按照一个固定的方向传送，如下图(a)所示。即数据只能从A站点传送到B站点，而不能由B站点传送到A站点。单工通信类似无线电广播，电台发送信号，收音机接收信号。收音机永远不能发送信号。 (2) 半双工工作方式 如果在传输的过程中依然用一根线连接，这样在某一个时刻，只能进行发送，或只能进行接收。由于是一根线连接，发送和接收不可能同时进行，这种传输方式称为半双工工作方式，如下图(b)所示。半双工通信工方式类似对讲机，某时刻A方发送B方接收，另一时刻B方发送A方接收，双方不能同时进行发送和接收。 279
对输入、输出模拟量的PLC 编程的探讨及编程实例解析 对于初学PLC 编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进 行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转 换公式推导与使用的问题。不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块 进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定 是错误的。比如有3个温度传感变送器： (1) 、测温范围为0~200 ，变送器输出信号为4?20ma (2) 、测温范围为0~200 ，变送器输出信号为0?5V (3) 、测温范围为 —100 ~500 ，变送器输出信号为4?20ma (1)和(2) 二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，( 1) 和(3)传感变送器输出信号一样，但测温范围不同，这 3个传感变送器既使选用 相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。 一、转换公式的推导 下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235勺参数为依据对上述的3个 温度传感器进行转换公式的推导： 对于(1)和(3)传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为 0?20ma 电流 信号,20ma 对应数子量=32000, 4 ma 对应数字量=6400; 对于(2)传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为 0?5V 电压信号，5V 对应数字量=32000, 0V 对应数字量=0; 这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助， 请见下图： 时，输出电流ITma,模块转AIW=C400H T 与AlWffi 关系曲线如上左图所示，恨 据三角形相粽定理可5lb LABM 屮 按可引h — = ..... (1-1) 由團外h 屮 CT DM AB=200 CI>=h BM=32000—6400 DM=AI^—6400 带入(1*1)式，可得； 十 “咤边….(… (32000-6400) | (2；传感藩测温T=20€°时，输出电压V=5V,模块转换数字話f 『」U AIW T AlWx ⑴传感鉄诜珞跆 T 戋糸图 (3満惑越7AIW 戋齐因 (1)偉感器测淳7-200°时，输出电療1-2Dim,模块转换数宇量AIW-3200Dj 测温T-D 0*
第11章PLC的特殊功能模块本章要点 ● 模拟量输入输出模块的基本功能及其应用 ● 数据链接与通信功能模块的基本功能及其应用 本章难点 ● 数据链接与通信功能模块的基本功能及其应用 PLC的特殊功能模块种类繁多，功能齐全，是构成模拟量控制、位置控制、通信控制等系统的重要扩展设备。本章重点介绍FX系列PLC的A/D和D/A模块、通信板的基本功能及其应用。 11.1 扩展设备的类型及使用 FX系列PLC的扩展设备有扩展单元(Extension Unit)、扩展模块(Extension Block)、特殊功能模块(Special Function Block)、功能扩展板(Extension Function Board)。 扩展单元和扩展模块用来增加I/O点数，在第6章已做介绍。特殊功能模块主要用来完成一些特殊的功能，如A/D转换、D/A转换、高速计数、定位控制等，其硬件电路完善，有的自带CPU。它们都安装在主机之外。功能扩展板安装在主机内，不占用主机外的空间，扩展主机的某些功能，如各种通信板、输入/输出扩展板、模拟量输入/输出扩展板等。 FX系列PLC的特殊功能模块大致可分为：①模拟量输入/输出模块；②高速计数器模块； ③定位控制模块；④旋转角度检测模块；⑤通信接口模块；⑥人机界面等类型 1．硬件系统配置 主机扩展就是在主机上安装功能扩展板、存储器卡盒等，或在主机上增加硬件单元或模块。 主机扩展时，首先要解决配置问题。配置FX2N系列PLC硬件系统时，应满足如下条件。 (1) 系统的开关量I/O点数不超过256点。 (2) 当系统中有特殊功能模块时，系统的开关量I/O点数n应满足：n≤256– k，式中，k为系统中所有特殊功能模块的等效I/O点数之和。 (3) 每台主机连接的特殊功能模块不超过8块。 (4) 系统中所有扩展设备消耗的内部DC 5 V电源电流总量不超过主机或扩展单元内部DC 5 V电源提供的电流总量；系统中所有扩展设备消耗的外部DC 24 V电源电流总量不超过主机或扩展单元外部DC 24 V电源提供的电流总量。
第11章数模与模数转换器习题与参考答 案
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 第11章 数模与模数转换器 习题与参考答案 【题11-1】 反相运算放大器如图题11-1所示，其输入电压为10mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-1 解：输出电压为： mV mV V R R V IN F O 10010101 =?=- = 【题11-2】 同相运算放大器如图题11-2所示，其输入电压为10 mV ，试计算其输出电压V O 。 图题11-2 解：mV mV V R R V IN F O 110101111 =?=+ =）（ 【题11-3】 图题11-3所示的是权电阻D/A 转换器与其输入数字信号列表，若数字1代表5V ，数字0代表0V ，试计算D/A 转换器输出电压V O 。 图题11-3 D 3 D 2 D 1 D 0 V O 0 0 0 1 －0.625V 0 0 1 1 －0.625V －1.25V=1.875 0 1 0 0 －2.5V 0 1 0 1 －0.625V －2.5V=3.125V 1 1 0 －2.5V －1.25=3.75 0 1 1 1 －0.625V － 2.5V － 1.25=4.375V 1 5V
收集于网络，如有侵权请联系管理员删除 【题11-4】 试计算图题11-4所示电路的输出电压V O 。 图题11-4 解：由图可知，D 3~D 0=0101 因此输出电压为：V V V V O 5625.1516 50101 2 54===）（ 【题11-5】 8位输出电压型R/2R 电阻网络D/A 转换器的参考电压为5V ，若数字输入为10011001，该转换器输出电压V O 是多少？ 解：V V V V O 988.2153256 510011001 2 58≈==）（ 【题11-6】 试计算图题11-6所示电路的输出电压V O 。 图题11-6 解：V V V D D V V n n REF O 5625.151********~24 ==-=- =）（）（
PLC模拟量输入、输出模块低成本扩展的一种方法 1 引言 可编程控制器(以下简称PLC)由于其高可靠性、编程简单、通用性强、体积小、结构紧凑、安装维护方便等特点，而在工业控制中得到了广泛应用。PLC的模块一般分为以下几大类:开关量输入模块、开关量输出模块、模拟量输入模块、模拟量输出模块。在工业控制中特别是过程控制领域中需要采集和控制的模拟量比较多，因而对PLC的模拟量输入、输出模块需要的较多，而模拟量输入、输出模块比较贵，增加模拟量输入、输出模块就增加了成本，降低了整个系统的性价比，限制了PLC的应用。本文提出了一种基于通讯的模拟量输入、输出模块的扩展方法力图解决这一问题。 2 基于通讯的模拟量输入、输出模块的扩展方法 (1) 模拟量输入模块扩展 这里以一路12位模拟量输入为例，模拟信号以0～5V标准电压的形式送入信号输入端，应用12位A/D转换芯片MAX187实现模数转换。MAX187是12位串行A/D，具有较高的转换速度，采样频率是75kHz，适用于较高精度的过程控制。考虑到实际工业现场中的高频干扰，在采样信号送MAX187之前还使用了低通滤波器滤波，如图1所示。
图1 低通滤波、放大器及A/D转换 MAX187具有内部参考电压，既4#管脚(REF)为4.096V，因此，A/D 转换的全量程为4.096V。而输入信号是0～5V，因此，要加一级运放把0～5V转换成0～4.096V后送入MAX187。AT89C52的P1.3和MAX187的片选端(CS)相连、AT89C52的P1.4和MAX187的串行时钟信号端(SCLK)相连、AT89C52的P1.5和MAX187的串行数据输出端(DOUT)相连。模拟量采样的值存入单片机的内存中，再由单片机的串行口传送给PLC。A/D转换的C51程序如下: #include #include sbit IC4_S = P1^4; /* AD输入端口设置*/ sbit IC4_D = P1^5; sbit IC4_C = P1^3;
AD与DA功能说明 一、关于AD所使用的寄存器功能： 1）D8050：模拟量AD时钟分频（设定值：0~3，默认为：2），0－AD时钟为CPU时钟2分频；1－AD时钟为CPU时钟4分频；2－AD时钟为CPU时钟6分频；3－AD时钟为CPU时钟8分频；AD时钟不能大 于14M； 2）D8051：模拟量AD采样次数（设定值：3~50次，默认为：22）的设置数据在下次上电生效； 二、关于上下量程设置与使用 1、上下量程支持设置成负数，上量程必须大于下量程； 2、如果上下量程均为0，则不进行对应量程的数据转换； 3、当上下限量程均为0时，DA数据的输入范围：0~4095，反之，DA数据的输入范围：>=下限量 程，<=上限量程；数据在上述数据外时，PLC报6712故障； 三、RD3A与WR3A使用说明 1、RD3A的使用 M0m1m2s1 （RD3A K0D0D10） 指定保存AD数据的寄存器D10 指定量程的寄存器D0上限D1下限 指定需要读取的AD路数（0~14）说明： a)m1-指定需要读取的AD路数（最大数为设置软件开通的路数，超出报6711）； b)m2-指定上下限量程的寄存器，m2为量程上限，m2+1为量程下限，仅可指定D寄存器作为量 程地址，其它数据报6711； c)上面的程序原理：当M0为ON时，读取第一路AD数据（上限量程在D0，下限量程在D1）到 D10保存； 例： 按上述的程序， 1)假如：D0=1000，D1=0，AD的输入是0~10V，现时输入是5V，那D10=500； 2)假如：D0=0，D1=0，AD的输入是0~10V，现时输入是5V，那D10=2048； 3)假如：D0=1000，D1=-1000，AD的输入是0~10V，现时输入是5V，那D10=0；
第11章 AT89S51单片机与D/A转换器、A/D转换器的接口 1．对于电流输出的D/A转换器，为了得到电压输出，应使用。 2．使用双缓冲同步方式的D/A转换器，可实现多路模拟信号的输出。 3．下列说法是否正确。 A．“转换速度”这一指标仅适用于A/D转换器，D/A转换器不用考虑“转换速度”问题。 B．ADC0809可以利用“转换结束”信号EOC向AT89S51单片机发出中断请求 C．输出模拟量的最小变化量称为A/D转换器的分辨率 D．对于周期性的干扰电压，可使用双积分型A/D转换器，并选择合适的积分元件，可以将该周期性的干扰电压带来的转换误差消除 4．D/A转换器的主要性能指标都有哪些？设某DAC为二进制12位，满量程输出电压为5V，试问它的分辨率是多少？ 5．A/D转换器两个最重要的指标是什么？ 6．分析A/D转换器产生量化误差的原因，一个8位的A/D转换器，当输入电压为0～5V时，其最大的量化误差是多少？ 7．目前应用较广泛的A/D转换器主要有哪几种类型？它们各有什么特点？ 8．在DAC和ADC的主要技术指标中，“量化误差”、“分辨率”和“精度”有何区别？ 9．在一个由AT89S51单片机与一片ADC0809组成的数据采集系统中，ADC0809的8个输入通道的地址为7FF8H～7FFFH，试画出有关接口的电路图，并编写每隔1分钟轮流采集一次8个通道数据的C51程序，共采样50次，其采样值存入片外RAM中以2000H单元开始的存储区中。 参考答案 1．答：由运算放大器构成的I/V转换电路 2．答：同步 3．答：（1）错，D/A转换器也要考虑“转换速度”或“转换时间”问题，即建立时间（转换时间）；（2）对；（3）错，是D/A转换器的分辨率；（4）对。 4. 答：D／A转换器的主要技术指标如下： 分辨率：D／A转换器的分辨率指输入的单位数字量变化引起的模拟量输出的变化，是对输入量变化敏感程度的描述。 建立时间：建立时间是描述D／A转换速度快慢的一个参数，用于表明转换速度。其值为从输入数字量到输出达到终位误差±(1／2)GB(最低有效位)时所需的时间。 转换精度：理想情况下，精度与分辨率基本一致，位数越多精度越高。严格讲精度与分辨率并不完全一致。只要位数相同，分辨率则相同．但相同位数的不同转换器精度会有所不同。 当DAC为二进制12位，满量程输出电压为5V时，分辨率为1.22 mV 5. 答：A／D转换器的两个最重要指标：(1) 转换时间和转换速率--转换时间A／D完成一次转换所需要的时间。转换时间的倒数为转换速率。(2) 分辨率--A／D转换器的分辨率习惯上用输出二进制位数或BCD码位数表示。
第四讲 模拟量的输入输出通道 过程控制 前向通道和后向通道是过程控制系统的重要组成部分 1、前向通道 数字信号处理 1.1 A/D 转换 1.1.1 硬件电路设计 （1）分辨率的选择 分辨率用位表示，n 位的A/D 转换器表示可以把输入信号分为2n 份，每一份为全量程1/2n ，称为1个LSB 。例如，本例程中采用8位A/D 温度范围为20℃~100℃，则 C 5.0C 3125.02 20 100LSB 18 ?
片选RD WR ADC0804 WR RD INTR DB 0~DB 7CS A/D 转换的时序图 1.1.2 软件的编制 查询法和中断法 （1）查询法
Extern unsigned char convert_ad(void) { Char xdata *dptr; Dptr=0x8000; *dptr=0; While(int0); Return(*dptr); } 1.1.3 测试 可以用LCB直接显示转换结果（3位整数），描点画线检查A/D转换的线性度。 A/D 万用表测出 的输入电压 1.2 数字滤波器 1.2.1 问题定义 来自传感器或变送器的有用信号中，往往混杂了各种频率的干扰信号。为了抑制这些干扰信号，通常在信号入口引入滤波器。常用的RC 滤波器能抑制高频干扰信号，但对低频干扰信号的滤波效果较差。而数字滤波器可以对极低频干扰信号进行滤波，以弥补RC 滤波器的不足。另外，它还具有某些特殊的滤波功能。 所谓数字滤波，就是在计算机中用某种计算方法对输入的信号进行数学处理，以便减少干扰在有用信号中的比重，提高信号的真实性。这种滤波方法不需要增加硬件设备，只需根据预定的滤波算法编制相应的程序即可达到信号滤波的目的。 1.2.2 常用的滤波算法 （1）限幅滤波 限幅滤波的作用是把两次相邻的采样值相减，求出其增量（以绝对值表示），然后与两次采样允许的最大差值（由被控对象的实际情况决定）Δy进行比较，若小于或等于Δy，则取本次采样值；若大于Δy，则仍取上次采样值作为本次采样值 当| y（n）- y（n -1）|≤Δy时，则取y（n）= y（n） 当| y（n）- y（n -1）| >Δy时，则取y（n）= y（n -1）
模拟量输入输出模块 1、FX1N-2AD-BD模拟量输入板 用在FX1S或者FX1N系列的plc上，提供2路的模拟量输入。 2、FX1N-2DA-BD 用在FX1S或者FX1N系列的plc上，提供2路的模拟量输入。 3、FX1N-8AV-BD/FX2N-8A V-BD模拟量调节器 用在FX1S或者FX1N或FX2N系列的plc上，用作模拟定时器调整器的旋钮开关
1）：示例：利用模拟量改变定时器的设定值 把八个电位器中的0号电位器的模拟量(0~255)读取进来放在D0中D0的变化值是0~~255 2）、利用模拟量调整器设计一个具有11档的旋转开关。 读取1号电位器，把读取的值放在D1中，然后对其进行译码DECO指令是把D0的前四位进行解码，把对应的结果放在M中D1的变化值是0~~10
4、 FX0N-3A 模拟量输入和输出模块 功能：(能同时把模拟量转化成数字量，也能把数字量转化成模拟量) 1）提供8位分辨率精度（转化精度比较低） 2）配备2路模拟量输入（0--10V 直流或4—20mA 交流）通道和1路模拟输出通道 模拟量输入： 公共项目：
接线： 与plc 的连接情况： FX0N 系列plc:可连接FX0N-3A 模块8个 FX1N 系列plc:可连接FX0N-3A 模块5个 FX2N 系列plc:可连接FX0N-3A 模块8个 FX0NC 系列plc:可连接FX0N-3A 模块4个 输入/输出特性曲线： 输入特性：（模块不允许两个通道有不同的输入特性） 即不允许电流和电压同时输入或不同量程的电压输入
输出特性： 缓冲存储器(BFM)的分配 注：BFM#17： b0=0选择模拟输入通道1 b0=1选择模拟输入通道2 b1=0—>1，起动A/D转换处理 b2=0—>1，起动D/A转换处理 例：把外部输入的模拟量转化成数字量 TO：是把数据写到特殊模块的BFM中。上例即是当M0接通时，把H0的值写到外部扩展模块0的位置中的BFM#17开始的一个字（16位）中 FROM：上例即是当M0接通时，把外部扩展模块0的位置中的BFM#0开始的一个字（16位）的数据写到D0中 H0的值写到外部扩展模块0的位置中的BFM#17开始的一个字（16位）中
文件编号：INVT0_013_0005_CBB_01 CBB规范 模拟量输出电路 (VER:V1.0) 拟制：华时间：2009-05-26 批准：时间： 文件评优级别：□A优秀□B良好□C一般
1 功能介绍 目前许多单片机本身都不具备模拟量输出（DAC）功能，但可以输出PWM信号，本电路实现了将频率为10K，幅值为5V的PWM信号转换成0~10V电压或者0~20mA电流的模拟量信号输出。 2 详细原理图 工作原理说明： （1）输入频率为10K，幅值为5V的PWM信号，经过元件R1、C1、R2、C3二阶低通滤波后转换成0~5V的电压信号； （2）运放U1A是一个同相放大器，对输入信号放大（1+R6/R5）倍，所以输出电压Uout 对应0~10V； （3）虚线框内部分构成了一个恒流源，电流大小就是Iout=Uout*R7/R8/R13; （4）通过短接片跳线可以选择输出电流或者电压信号。 3 器件功能 ?电阻R1、R2及电容C1、C3构成二阶RC低通滤波器，将输入PWM信号转换成对应电压。?U1A为同相输入运算放大器； ?U1B构成了一个恒流源； ?二极管D1，对端子信号进行电压钳位，防止电压过高或者过低，起保护作用； ?电容C2、C4为芯片TL082的滤波电容； ?C5、C6，输出电压滤波，减少电压纹波作用；
? Q1、Q2三极管，增加电流驱动能力； ? R9、R11，三极管基极限流电阻。 4 参数计算 4.1 运算放大器： 选择常用TL082。 4.2 电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C3： 构成二阶低通滤波电路，必须满足截止频率远远小于输入的PWM 频率，这里电阻我们选用22K ，兼顾到响应速度，电容C1选用0.1uF 电容，为了更好地稳定运算输入端电压，电容C3这里选用1uF 电容。滤波积分时间常数为： 3121C C R R ???=μμ1.012222???K K =7mS 符合使用要求。 4.3 电容C2、C4： 芯片电源滤波电容，选择常用的0.1uF 电容。 4.4 电容C5、 滤波作用，直接与外端输出端子相连，一方面减少输出电压纹波，另一方面也可以抑制外部输入的干扰信号。这里选用0.1uF/100V 电容。 4.5 电容C6： 滤波电容，抑制电压纹波，选择1uF/50V 电容。 4.6 电阻R5、R6的选取： 0~5V 的信号通过同相放大器放大到0~10V 输出，放大倍数为（1+R6/R5），输入信号0~5VPWM 信号需要转换成0~10V 输出。考虑到输入的PWM 信号有可能会略低于5V ，所以放大倍数稍大于2，这里R5选择9.1K ，R6选择10K 。 4.7 恒流源电路，电阻R7、R8、R10、R11、R13： 典型的恒流源电路，由图可知： )87/(7*)2_(2_R R R U Uout U U +-+=+ )1210/(10*1_R R R U U +=- 对于运放有-≈+U U ，所以有： )1210/(10*1_)87/(8*2_)87/(7*R R R U R R R U R R R Uout +≈+++ 我们取电阻R8=R10，R7=R12，则有： 8/12*2_1_R R Uout U U =- 当R13<
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