过程通道与数据采集系统资料
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过程通道和数据采集处理
实验题目：过程通道和数据采集处理一、实验目的熟悉实验系统的硬件操作环境和软件使用方法。
1.学习A/D转换器原理及接口方法,并掌握ADCO809芯片的使用2.学习D/A转换器原理及接口方法,并掌握TLC7528芯)片的使用二、实验设备PC机一台,TD-AC实验系统一套,i386EX系统板一块三、实验内容及原理1.编编写实验程序,将-5V~+5V的电压作为ADCO809的模拟量输入,将转换所得的8位数字量保存于变量中。
2.编编写实验程序,实现D/A转换产生周期性三角波,并用用示波器观察。
四、实验步骤1、A/D转换器原理实验步骤(1)打开联机操作软件,参照流程图,在编编辑区编写实验程予。
检查无误后编译、链接(2)按按图1.1-1接线(注意:图中画“o”的线需用户自行连接),连接好后,请仔细检查,无错误后方可开启设备电源。
(3)装载完程予后,系统默认程序的起点在主程序的开始语句。
用户可以自行设置程序起点,可先将光标放在起点处,再通过调试菜单项中设置起点或者直接点击设置起点图标,即可将程序起点设在光标处。
(4)加入变量监视,具体步骤为:打开“设置”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标,将程序中定义的全局变量“ADO一AD9”加入到变量监视中。
在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标,系统软件默认选中寄存器区,点击“变量区”可查看或修改要监视的变量。
(5)在主程序 IMP AGAIN语句句处设置断点。
具体操作为:先将光标置于要设断点的语句,然后在调试菜单项中选择“设置断点/删除断点(B)”或者直接点击“设置断点/删除断点”图标,即可在本语句设置或删除断点。
(6)打开虚拟仪器菜单项中的万用表选项或者直接点击万用表图标,选择“电压档”用示波器单元中的“CH1”表笔测量图1.1-1中的模拟输入电压“Y”端,点击虚拟仪器中的“运行”按钮,调节图1.1-1中的 7279_C1 连接到 KEY 的插孔 KEY。
过程通道和数据采集处理实验报告
(3)装载完程序后，系统默认程序的起点在主程序的开始语句。用户可以自行设臵程序起点，可先将光标放在起点处，再通过调试菜单项中设臵起点或者直接点击设臵起点图标，即可将程序起点设在光标处。
(4)加入变量监视，具体步骤为：打开“设臵”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD0～AD9”加入到变量监视中。在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标，系统软件默认选中寄存器区，点击“变量区”可查看或修改要监套或“TD-ACC+实验系统一套＋i386EX系统板一块”
四、线路示图
1．A/D转换实验
2．D/A转换实验
五、内容步骤
1．A/D转换实验
(1)打开联机操作软件，参照流程图，在编辑区编写实验程序。检查无误后编译、链接。
(2)按图1.1-1接线(注意：图中画“o”的线需用户自行连接)，连接好后，请仔细检查，无错误后方可开启设备电源。
实验台号
6
一、目的要求
1．学习A/D转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用
3．学习D/A转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528芯片的使用
二、原理简述
1．A/D转换实验：80X86计算机控制技术实验教程第2部分第1章过程通道和数据采集技术58
ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分，其主要特点为：单电源供电、工作时钟CLOCK最高可达到1200KHz、8位分辨率，8个单端模拟输入端，TTL电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。TD-ACC+ (或TD-ACS)教学系统中的ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz)上。
2．D/A转换实验：本实验采用TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。其主要参数如下：转换时间100ns，满量程误差1/2 LSB，参考电压－10V ~ +10V，供电电压+5V~ +15V，输入逻辑电平与TTL兼容。实验平台中的TLC7528的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。
(4)加入变量监视，具体步骤为：打开“设臵”菜单项中的“变量监视”窗口或者直接点击“变量监视”图标，将程序中定义的全局变量“AD0～AD9”加入到变量监视中。在查看菜单项中的工具栏中选中变量区或者点击变量区图标，系统软件默认选中寄存器区，点击“变量区”可查看或修改要监套或“TD-ACC+实验系统一套＋i386EX系统板一块”
四、线路示图
1．A/D转换实验
2．D/A转换实验
五、内容步骤
1．A/D转换实验
(1)打开联机操作软件，参照流程图，在编辑区编写实验程序。检查无误后编译、链接。
(2)按图1.1-1接线(注意：图中画“o”的线需用户自行连接)，连接好后，请仔细检查，无错误后方可开启设备电源。
实验台号
6
一、目的要求
1．学习A/D转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809芯片的使用
3．学习D/A转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528芯片的使用
二、原理简述
1．A/D转换实验：80X86计算机控制技术实验教程第2部分第1章过程通道和数据采集技术58
ADC0809芯片主要包括多路模拟开关和A/D转换器两部分，其主要特点为：单电源供电、工作时钟CLOCK最高可达到1200KHz、8位分辨率，8个单端模拟输入端，TTL电平兼容等，可以很方便地和微处理器接口。TD-ACC+ (或TD-ACS)教学系统中的ADC0809芯片，其输出八位数据线以及CLOCK线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz)上。
2．D/A转换实验：本实验采用TLC7528芯片，它是8位、并行、两路、电压型输出数模转换器。其主要参数如下：转换时间100ns，满量程误差1/2 LSB，参考电压－10V ~ +10V，供电电压+5V~ +15V，输入逻辑电平与TTL兼容。实验平台中的TLC7528的八位数据线、写线和通道选择控制线已接至控制计算机的总线上。
第四节 分散控制系统的电厂自动化实现讲解
第四节电厂分散控制系统的自动化信息实现电厂自动化功能是依据分散控制系统作为其控制设备实现的。
电厂自动化本身就是一个信息处理的过程，而分散控制系统则是信息处理的设备。
根据电厂信息处理的自动化要求，它们可分成不同的自动化监控信息系统，目前已成熟应用于各大电厂的系统有DAS， MCS、CCS、SCS、DEH、FSSS，它们由各自对应的过程控制单元加以实现，由操作人员接口站进行信息的集中处理。
一、数据采集系统（DAS）数据采集系统是属于电厂过程信息的计算机监视系统。
图4-1所示，为DAS系统的示意总体结构图，随着计算机监视系统的应用发展，DAS系统逐渐与生产管理系统一体化，组成计算机监视与生产管理一体化的网络系统。
对面向生产过程信息的DAS系统主要包括三方面：一为输入/输出（I/O）过程通道；二为高速数据通信网络（总线）；三为操作员站、工程师站等人机接口单元。
它的信息化功能主要从操作员站上显现，由工程师站进行其功能的组态。
图4-1 多级网络式结构DAS总体示意图1。
数据采集与显示电厂生产过程的各种变量，如温度、压力、流量等称为模拟量；而设备状态，如泵、风机的启/停，阀门、挡板的开/关称为开关量。
数据采集系统的数据采集就是通过各种测量元件、变送器、开关接点、继电器等将模拟量和开关量信号引入计算机系统。
对于模拟量中的温度信号，通常直接由测温元件引入计算机系统，这些测温元件通常为热电偶或热电阻；压力、流量、差压以及其他非电量的测量，通常要通过变送器，将过程变量转换成标准的电信号，如4~20Madc、1~5VDC等。
对于一台大型火电机组来说，数据采集系统所要采集的数据面广而量大。
一台600mw机组索要采集的模拟量和开关量的数据总达4000~6000点至多，这些数据分布在电厂的各个部位。
数据采集通常是将就地测量的测温元件、变送器、开关接点等用电缆引导到电子设备端子板，通过I/O过程模件引入DAS 系统的机柜内集中处理，它属于大型分散控制系统设备的一部分，即DAS部分。
数据采集及数据采集系统 ppt课件
《虚拟仪器技术》
测量放大器原理电路
第15页
《虚拟仪器技术》
测量放大器的增益由下列公式来确定
G U o (U o1U o2)U o U i1U i2 (U i1U i2)(U o1U o2)
Uo1 Ui1 IgR1
Uo2 Ui2 IgR2
Ig
Ui1 Ui 2 Rg
Uo1 Uo2 R1 R2 Rg
类 型 并联比较式 分级型
主要特点 超高速
高速
分辨率 （位） 转换时间 采样频率 价格
主要用途
6~10
几十ns 几十MS/s
高
超高超 视频处理
8~16
几十~几百ns
几MS/s 高
视频处理 高速数据采
集
逐次逼近式 速度精度价格
等 综合性价比较
高
8~16
几~几十μs
几十~几百kS/s 中
数据采集 工业控制
第12页
《虚拟仪器技术》
4.2.2 采集信号调理的主要功能 1、被采集信号的特点
➢ 传感器感应物理现象并生成与被检测的物理量成比例的电信号。传 感器输出信号的类型，主要有电阻、电压、电流和频率等四类信号。
2、信号调理功能 信号调理功能主要有：
➢ 1）放大功能 ➢ 2）隔离功能 ➢ 3）多路复用功能 ➢ 4）滤波功能 ➢ 5）激励功能 ➢ 6）线性化功能
《虚拟仪器技术》
R-2R梯形网络 D/A转换器原 理
U O 1 I6 3 R 1 1 6 U 3 R R 3 R 2 1 4U R
根据叠加原理，D为任意数时四位D/A转换器的总输出电压
U O U 2 4 R ( 2 3 D 3 2 2 D 2 2 1 D 1 2 0 D 0 ) U 2 4 R D
第3章计算机控制过程通道和数据采集系统精品资料
19
Sm
S0 S1 S2
译
电
A
码
平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
INH
S5
S6
S7
Sm
S8
A
S9 S10 S11
译
电
B
码 驱
平 转
C
S12
动
换
INH
S13
S14
S15
D3 D2 D1 D0
20
多图路2-模4 多拟路开模拟关开的关的扩扩展展电 电路路
3.可编程序放大器：当多路输入的信号源电平相 差较悬殊时，用同一增益的放大器去放大时， 就有可能使低电平信号测量精度降低，而高电 平信号则可能超出A/D转换器的输入范围。可 编程序放大器是一种通用性比较强的高级放大 器，根据需要用程序来改变放大系数。
目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同 的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、8路)、 CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、16路)等。
所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成 一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。双端是指芯片 内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足 抑制共模干扰的需要。
Dn2
2n2
D1
21
D0
20 )
VREF 2n
B
VREF 2n
❖ 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进
第三章 过程通道和数据采集系统
1
计算机和工业现场信号无法进行 直接传递，这就需要在二者之间进行 信息传递和交换的装置，这就是过程 通道，是本章的主要内容之一。
Sm
S0 S1 S2
译
电
A
码
平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
INH
S5
S6
S7
Sm
S8
A
S9 S10 S11
译
电
B
码 驱
平 转
C
S12
动
换
INH
S13
S14
S15
D3 D2 D1 D0
20
多图路2-模4 多拟路开模拟关开的关的扩扩展展电 电路路
3.可编程序放大器：当多路输入的信号源电平相 差较悬殊时，用同一增益的放大器去放大时， 就有可能使低电平信号测量精度降低，而高电 平信号则可能超出A/D转换器的输入范围。可 编程序放大器是一种通用性比较强的高级放大 器，根据需要用程序来改变放大系数。
目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有不同 的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、8路)、 CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、16路)等。
所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换，也可以完成 一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。双端是指芯片 内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信号的切换，以满足 抑制共模干扰的需要。
Dn2
2n2
D1
21
D0
20 )
VREF 2n
B
VREF 2n
❖ 结论：由上述推导可见，输出电压除了与输入的二进
第三章 过程通道和数据采集系统
1
计算机和工业现场信号无法进行 直接传递，这就需要在二者之间进行 信息传递和交换的装置，这就是过程 通道，是本章的主要内容之一。
计算机控制技术实验报告
计算机控制技术实验报告实验一过程通道和数据采集处理一、输入与输出通道本实验教程主要介绍以A/D 和D/A 为主的模拟量输入输出通道，A/D 和D/A 的芯片非常多，这里主要介绍人们最常用的ADC0809 和TLC7528。
一、实验目的1(学习A/D 转换器原理及接口方法，并掌握ADC0809 芯片的使用2(学习D/A 转换器原理及接口方法，并掌握TLC7528 芯片的使用二、实验内容1(编写实验程序，将,5V ~ +5V 的电压作为ADC0809 的模拟量输入，将转换所得的8 位数字量保存于变量中。
2(编写实验程序，实现D/A 转换产生周期性三角波，并用示波器观察波形。
三、实验设备+PC 机一台，TD-ACC实验系统一套，i386EX 系统板一块四、实验原理与步骤1(A/D 转换实验ADC0809 芯片主要包括多路模拟开关和A/D 转换器两部分，其主要1特点为:单电源供电、工作时钟CLOCK 最高可达到1200KHz 、8 位分辨率，8 个单端模拟输入端，TTL 电平兼容等，可以很方便地和微处理器+ 接口。
TD-ACC教学系统中的ADC0809 芯片，其输出八位数据线以及CLOCK 线已连到控制计算机的数据线及系统应用时钟1MCLK (1MHz) 上。
其它控制线根据实验要求可另外连接 (A、B、C、STR、/OE、EOC、IN0,IN7)。
根据实验内容的第一项要求，可以设计出如图1.1-1 所示的实验线路图。
单次阶跃模数转换单元控制计算机图1.1-1上图中，AD0809 的启动信号“STR”是由控制计算机定时输出方波来实现的。
“OUT1” 表示386EX 内部1,定时器的输出端，定时器输出的方波周期,定时器时常。
图中ADC0809 芯片输入选通地址码A、B、C 为“1”状态，选通输入通道IN7;通过单次阶跃单元的电位器可以给A/D 转换器输入,5V ~ +5V 的模拟电压;系统定时器定时1ms 输出方波信号启动A/D 转换器，并将A/D 转换完后的数据量读入到控制计算机中，最后保存到变量中。
第三章 过程通道与数据采集系统
第
仪表放大器除具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂
三 章
移低外，有的具有增益可调的功能。如AM-542 , AM-
过
543。图3-9是这种增益可调的方案框图。
程
通
道
和
数
据
采
集
系
统
图3-9 增益可调的仪表放大器方案
2）放大器并联反馈电阻方案 如图3-10
第 三 章
过
程
通
道
和
数
图3-10 放大器并联反馈电阻基本电路
通 道
的导通电阻应为零。此外，还希望切换速度快，噪声
和 小，寿命长，工作可靠。
数
据 多路开关有两大类：
采
集 • 机械触点式（干簧继电器和机械振子式继电器）
系 统
• 电子式开关（晶体管、场效应管以及集成电路开关
等）
首先介绍常用的由C-MOSFET（场效应管） 组成的单片多路开关CD4051
第 CD4051的引脚及用法
出了微机控制系统中生产过程输入信息的来源和
输出信息的用途。
第 三 章
过
程
通 道
2. 信号转换中的采样、量化和编码
和 数
1）信号的采样
据
采 采样过程如图3-1所示。这种把时间连续的信
集 系
号变成一连串时间不连续的脉冲信号的过程称
统
为采样过程或离散化过程。
第 三 章
过
程 通 道
图3-1 采样过程 (a) 被采样信号 (b)采样开关 (c) 采样信号
SHA1144、ADC1130等。上图3-14即为LF398原理图。
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3.3 D/A与A/D转换技术
《过程通道》PPT课件
，应取CH =1000μF。当CH ≥400μF时，采样时间tA
C与CH有经验公式
tAC=CH/40
式中，CH为保持电容的容量，单位为μF；tAC为采样
时间，单位为s。
三、模拟信号的调理
在计算机控制系统中，模拟量输入信号类型： 传感器输出的信号
① 电压信号：一般为mV或μV信号。 ② 电阻信号：单位为Ω，如热电阻（RTD）信号， 通过电桥转换成mV信号。 ③ 电流信号：一般为mA或μA信号。
多路开关实例：CD4051
•CD4051是8通道多路 开关 •带有3个通道选择输 入端A、B、C，用于选 择8个通道之一 •一个禁止输入端INH， 高电平时，禁止模拟 信号输入；低电平时 允许模拟信号输入
VDD与VSS的电平差为 －0.5 ~15V
CD4051的真值表
输入状态
ＩＮＨ Ｃ
Ｂ
０
０
０
０
（以直流电桥为例） 直流电桥的平衡条件
R1R3 R2 R4
Uo
Uab
U ad
( R1 R1 R2
R4 )U R3 R4
R1R3 R2R4 U (R1 R2 )(R3 R4 )
设：热电阻：R1 R0 (t)t
3.2 运算放大器
运算放大器本质上是一个高增益的负反馈 直流放大器。加上外部反馈网络可以实现加、减、 乘、除、微分和积分等数学运算，还可以与其它外 设电路组成测试系统中常用的差动放大器、电桥放 大器、电荷放大器、压频变换器、有源滤波器以及 交流放大器等测试装置。
的导通电阻应为零，切换速度快、噪声小、寿命长、
工作可靠。 实际多路开关性能：导通电阻10几欧，开关速度几百
纳秒
多类开关的分类： 1) 单向多路开关(1对多或多对1)，如AD7501（8路）、 AD8506(16路)； 2) 双向多路开关（1对多且多对1），如CD4051； 3）矩阵多路开关（多对多），如MT8816；
C与CH有经验公式
tAC=CH/40
式中，CH为保持电容的容量，单位为μF；tAC为采样
时间，单位为s。
三、模拟信号的调理
在计算机控制系统中，模拟量输入信号类型： 传感器输出的信号
① 电压信号：一般为mV或μV信号。 ② 电阻信号：单位为Ω，如热电阻（RTD）信号， 通过电桥转换成mV信号。 ③ 电流信号：一般为mA或μA信号。
多路开关实例：CD4051
•CD4051是8通道多路 开关 •带有3个通道选择输 入端A、B、C，用于选 择8个通道之一 •一个禁止输入端INH， 高电平时，禁止模拟 信号输入；低电平时 允许模拟信号输入
VDD与VSS的电平差为 －0.5 ~15V
CD4051的真值表
输入状态
ＩＮＨ Ｃ
Ｂ
０
０
０
０
（以直流电桥为例） 直流电桥的平衡条件
R1R3 R2 R4
Uo
Uab
U ad
( R1 R1 R2
R4 )U R3 R4
R1R3 R2R4 U (R1 R2 )(R3 R4 )
设：热电阻：R1 R0 (t)t
3.2 运算放大器
运算放大器本质上是一个高增益的负反馈 直流放大器。加上外部反馈网络可以实现加、减、 乘、除、微分和积分等数学运算，还可以与其它外 设电路组成测试系统中常用的差动放大器、电桥放 大器、电荷放大器、压频变换器、有源滤波器以及 交流放大器等测试装置。
的导通电阻应为零，切换速度快、噪声小、寿命长、
工作可靠。 实际多路开关性能：导通电阻10几欧，开关速度几百
纳秒
多类开关的分类： 1) 单向多路开关(1对多或多对1)，如AD7501（8路）、 AD8506(16路)； 2) 双向多路开关（1对多且多对1），如CD4051； 3）矩阵多路开关（多对多），如MT8816；
4.1 数据采集系统
(二) 可供选用的传感器类型
对于一种被测量，常常有多种传感器可以测 量，例如测量温度的传感器就有：热电偶、热 电阻、热敏电阻、半导体PN结、IC温度传感 器、光纤温度传感器等好多种。在都能满足测 量范围、精度、速度、使用条件等情况下，应 侧重考虑成本低、相配电路是否简单等因素进
行取舍，尽可能选择性能价格比高的传感器。
有测量精度高、抗干扰能力强、便于远
距离传送等优点。
频率量及开关量输出传感器的使用
3）. 集成传感器：集成传感器是将传
感器与信号调理电路做成一体。例如， 将应变片、应变电桥、线性化处理、电 桥放大等做成一体，构成集成压力传感 器。采用集成传感器可以减轻输人通道
的信号调理任务，简化通道结构。
4）. 光纤传感器：这种传感器其信号拾
当环境温度变化时，各种误差限制在什么范围;
各通道模拟信号的采集是否要求同步；
所有的通道是否都使用同样的数据传输速率； 数据通道是串行操作还是并行操作； 数据通道是随机选择，还是按某种预定的顺序工作； 系统电源稳定性的要求是什么，由于电源变化引起的误 差是多少；
(3) 确定微型计算机的配置方案
(一) 对传感器的主要技术要求
1. 具有将被测量转换为后续电路可用电量的功
能，转换范围与被测量实际变化范围相一致。
2. 转换精度符合整个测试系统根据总精度要求
而分配给传感器的精度指标，转换速度应符合整
机要求。 3. 能满足被测介质和使用环境的特殊要求，如 耐高温、耐高压、防腐、抗振、防爆、抗电磁干 扰、体积小、质量轻和不耗电或耗电少等。 4. 能满足用户对可靠性和可维护性的要求。
第四章 数据采集系统
§4.1 数据采集系统的组成
§4.1 数据采集系统的组成
第6章 过程数据采集
三、A/D转换器的主要技术指标 A/D转换器的主要技术指标
2. 转换时间 转换时间（孔径时间）是指A/D A/D转换器从接到转换启动信 转换时间 （ 孔径时间 ） 是指 A/D 转换器从接到转换启动信 号开始，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。 号开始，到输出端获得稳定的数字信号所经过的时间。 A/D转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型， A/D 转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型， 不同 转换器的转换速度主要取决于转换电路的类型 类型A/D转换器的转换速度相差很大。 类型A/D转换器的转换速度相差很大。 A/D转换器的转换速度相差很大 ①双积分型A/D转换器的转换速度最慢，需几百毫秒左右； 双积分型A/D转换器的转换速度最慢，需几百毫秒左右； A/D转换器的转换速度最慢 ②逐次逼近式A/D转换器的转换速度较快，需几十微秒； 逐次逼近式A/D转换器的转换速度较快，需几十微秒； A/D转换器的转换速度较快 并行比较型A/D转换器的转换速度最快 仅需几十纳秒时间。 A/D转换器的转换速度最快， ③ 并行比较型 A/D 转换器的 转换速度最快 ， 仅需几十纳秒时间 。
三、A/D转换器的主要技术指标 A/D转换器的主要技术指标
1. 分辨率 分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力 分辨率指A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。从理论 A/D转换器对输入模拟信号的分辨能力。 上讲， 位二进制数输出的A/D A/D转换器应能区分输入模拟电 上讲，一个n位二进制数输出的A/D转换器应能区分输入模拟电 压的2 个不同量级， 压的2n个不同量级，能区分输入模拟电压的最小差异为
2. 过程检测控制仪表
过程参数的采集 数据采集装置的组成
p1
变送 多 路 开 关 A/D 转换
p2
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采样开关闭合后又瞬间打开一次
（ 0），相当于在该时刻作用一个 函
数；
如果采样开关以 T 为
T (t)
1
周期闭合并瞬间打开，
即可以形成一个单位
脉冲序列，用T (t)表示
为T (t) (t kT ) k
t 2T T 0 T 2T
理想采样开关特性
13
采样过程可以看作是脉冲调制过程， f (t)是调制信号，T (t)是载波信号，f *(t) 是一串幅值被调制的脉冲序列。
1
内容 2.1 概述
2.2 信号的采集与恢复 2.3 D/A转换器及接口 2.4 A/D转换器及接口 2.5 计算机数据采集系统
2
2.1 概述
过程通道－－实现计算机与生产过程间的信息传递 ▪ 输入通道（模拟量输入、数字量输入、脉冲信号） ▪ 输出通道（模拟量输出、数字量输出）
模拟量输入 能转换成模拟电信号的量 数字量输入 开关状态（1或0） 脉冲量输入 脉冲形式输入信号 模拟量输出 执行装置、显示、记录 数字量输出 执行器（通/断）、报警
4
典型的计算机控制（采集）系统
传感器
(温度、压 力）
信号 调理
采样/ 保持器
计算机进行各种数字处 理（如滤波、控制算 法）、保存、打印等
A/D
计算机
输入设备
控制对象
执行器
D/A
输出设备
5
2.2 信号的采集与恢复
2.2.0 概述
1.典型的计算机控制系统的结构如下图所示
r(t)
e(t)
采* 样 e (t) 器
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2.1 概述
▪ 通常测量元件、执行元件和被控对象是模拟元件， 其输入、输出信号是模拟信号。 ▪ 计算机中只能处理数字信号。 ▪ 为了使两种信号在系统中能相互传递，在连续 信号与数字信号之间需要采样、量化与编码，在 脉冲序列和连续信号间要用保持器。 ▪ 采样器与保持器，是采样控制系统的两个特殊 环节。
采样过程的原理下图所示，其中采样开关为理 想的采样开关，它从闭合到断开以及从断开到闭 合的时间均为零。采样开关平时处于断开状态， 其输入为连续信号f(t)，在采样开关的输出端得到 采样信号f *(t)。
定时器控制的采样开关…
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f (t)
f *(t)
T
(a) 采样开关
f(t)
f *(t)
0 T 2T 3T 4T 5T … t
为了突出重点，只讨论影响系统动态特性的 基本问题。为了便于数学上分析和综合，在分析和 设计计算机控制系统时，常常假定A/D、D/A转换 器的精度足够高，使得量化误差可以忽略，于是 A/D、D/A只存在物理上意义而无数学上意义。即： 数字信号与采样信号e(kT)与e*(t)，u(kT)与u*(t)是 等价的。上图可进一步简化为如下页图所示。
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采样信号 f *(t) 可以看作是连续信号 f (t)经过 一个理想的采样开关后的输出信号，即
f * (t) f (t)T (t) f (t) (t kT ) k
在实际系统中， f (t) 0 (t 0)， f (t)只有在脉 冲发生时刻有效，记为 f (kT )。
f * (t) f (kT ) (t kT ) k
A/ D e(kT) 转
换
数字控 u(kT) 制器
(计算机)
D/ * A u (t) 转 换
保 u(t) 被控 y(t)
持
对象
器
计算机控制系统结构框图
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2. 简化结构框图： 采样器、保持器和数字控制器 的结构形式和控制规律决定系统动态特性，是研究 的主要对象。控制系统的稳态控制精度由A/D、 D/A转换器的分辨率决定。这说明A/D和D/A转换 器只影响系统稳态控制精度。不影响动态指标。
函数的重要性质：采样性质（筛选性质）
f (t) (t)dt f (0)
or f (t) (t t0 )dt f (t0 )
or
f (t) (t kT )dt f (kT )
结论： 函数和任意连续有界函数的积分能够筛
选出脉冲发生时刻的函数值。
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3.采样信号的脉冲序列标示
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f *(t)
f(t) f2(t)
f1(t)
0 T 2T 3T … …
t
两个不同的连续信号具有相同采样信号的采样过程
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1．香农(Shannon)采样定理
一个连续时间信号f(t)，设其频带宽度是有限的， 其最高频率为ωmax(或fmax)，如果在等间隔点上对 该信号f(t)进行连续采样，为了使采样后的离散信号 f *(t)能包含原信号f(t)的全部信息量。则采样角频率 只有满足下面的关系：
第二章 过程通道与数据采集系统
内容与要求 ■重点掌握：过程通道的组成、采样信号与数字信 号、采样定理、零阶保持器的特性、采样/保持器 与A/D转换的工作流程。 ■一般掌握：D/A转换器的工作原理及指标，A/D转 换器的分类、原理及特点，数据采集系统的一般组 成及工作原理。 ■了解内容：DAC0832与ADC0809芯片的功能，与计 算机的接口电路设计及软件编程。
上式为理想采样信号的时域表达式，表示一串强度 为 f (kT )的脉冲信号。
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2.2.2 采样定理
计算机控制系统是利用离散的信号进行控制 运算，这就带来一个问题：采用离散信号能否实 施有效的控制，或者连续信号所含的信息能否由 离散信号表示，或者从离散信号能否一定能代表 原来的连续信号。
例如：有两个不同的连续信号f1(t)和f2(t)， 假设选择采样周期都为T，如下图所示，从图中 可以看出，f1(t)和f2(t)具有相同的采样信号f *(t)， 这说明f *(t)未必能完全反映或近似的反映连续信 号。
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*
r(t)
e(t)
e(kT) T*
e (t)
数字控制 u(kT) 器
(计算机)
u (t) T
保 u(t) 被控 y(t)
持
对象
器
计算机控制系统结构简化框图
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2.2.1 信号的采样过程
1.采样过程及采样开关： （1） 在计算机控制系统中，信号是以脉冲序列或
数字序列的方式传递的，把连续信号变成数字序 列的过程叫做采样过程；实现采样的装置叫采样 开关。
0 T 2T 3T 4T 5T … t
…
(b) 连续信号
… (c) 采样信号
信号的采样过程
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2.δ函数
函数（脉冲函数）的定义： 狄拉克（Dirac）给出了 函数的定义，即
(t)dt 1
and
(t)
0
物理意义：t=0 处有一个宽
度为零、幅值为 、强度为
1 的脉冲。
t 0
1
t 0
(t) 函 数