第2章：微型计算机控制技术课件

信号调理
仪表放大器与普通运算放大器区别：
运算放大器只是在信号为单纯有效，而没有干 扰的情况下方可用于小信号放大；
普通运算放大器对于来自信号源的共模干扰信号 不能有效地起到抑制作用；
仪表放大器（测量放大器）具有高输入阻抗，低 输出阻抗，强抗共模干扰能力，低温漂、低失调电压 和高稳定增益。
仪表放大器广泛应用于微弱信号的检测系统中， 作为前置放大器；
信号调理
AD620仪表放大器在差分屏蔽驱动接法中的应用
在许多应用场合，常采用屏蔽电缆方法来减小输入端的 噪声干扰。对屏蔽给予适当的驱动，可减小电缆电容和杂散 电容造成的差分相移，保证交流共模抑制比不下降。
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§第二章 输入输出接口与过程通道技术
信号调理
AD620仪表放大器在公共屏蔽驱动接法中的应用
2.1输入输出接口概述
过程通道起到了CPU和被控对象之间的信息传送和变换 的桥梁作用。包括模拟输入通道、模拟输出通道、数字输入 通道和数字输出通道四种，如图2-1所示。
图2-1 过程通道组成结构图
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§第二章 输入输出接口与过程通道技术 输入输出接口概述
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
常见的标准信号：
0～10V 9/9/7
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§§第第二二章章输入过输程出接通口道与技过程术通道技术
模拟信号调理的功能
低电压信号
隔离、放大噪声、滤波
电流输入/输出 RTDs 和热敏电阻
热电偶
电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波
激励电源 隔离，放大，噪声滤波
隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿
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§第二章 输入输出接口与过程通道技术

式中 E(20，0)表示冷端温度为0℃时，用热电偶测量被 测温度为20℃的热电势
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§§第第二二章章输入过输程出接通口道与技过程术通道技术
2）热电偶的输入电路
热电偶
R1
R2
W2
R3
W1
ICL7650
W3
信信号号调调理理
W1用于调零点，W2用于调电流，W3用于调满刻度
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应变仪
激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，噪声滤波
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信信号号调调理理
多功能I/O
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§§第第二二章章输入过输程出接通口道与技过程术通道技术
信信号号调调理理
1. 桥式电路
电桥电路是 最常见的信号调 理电路之一，通 常用于微电压、 热电偶和应变测 量中。
I =1mA R16=R21=10kΩ R24=RRP2=100Ω
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§第二章 输入输出接口与过程通道技术 模拟量输入通道
2.2 模拟量输入通道
模拟输入通道完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算 机的任务。通常也把模拟量输入接口简称为A／D通道。主要 由信号调理单元、多路转换开关、程控放大器、采样保持器、 A/D转换器和控制电路组成。
图2-2 模拟量输入通道方框图
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§第二章 输入输出接口与过程通道技术
一、传感器（自学）
传感器的作用：主要是将物理信号转变为电信号。
工业过量 成分
传感器
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§第二章 输入输出接口与过程通道技术
传感器
1.温度传感器
热电偶：测温范围宽，一般为-50℃ ~+1600 ℃，常用于高温 测量或精度要求不高的场合，此外由于材料较柔软，便于折 弯，因此可以对物体表面温度进行测量。用热电偶测温时， 要对其进行冷端补偿。其常用型号有：K、J、T型等

据，利于建立理想的数学模型。
为开环系统、非实时控制（人工操作）。
用于数据采集、电力调度等。 如图1.7所示。
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微机控制系统的类型
直接数字控制系统（DDC）：
微机对一个或多个被控参数进行巡回检测，检测结
果与给定值比较，再按一定的控制规律对偏差进行运 算，然后将结果直接输出到执行机构，对被控对象进
有二种结构：如图3.8.
1）数字量保持方案：将微机分时输出的数字量保持 在各自独立的接口锁存器中，并供其D/A转换。
2）模拟量保持方案：将微机分时输出的数字量经D/A转换 后保持在各自独立的保持器中。
功率驱动：提高D/A输出的功率驱动能力。
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开关量输出通道
执行器所需的控制命令均为二态开关量（如开关、电磁阀等 的闭合、打开二值状态），并且它来自该通道。其结构图如 图3.9。
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概述
在微机控制系统中，要将被控对象的各种测量参数、运行状态信息 按要求的方式送入计算机，计算机处理后的信息也需转换为合适的信 号输出到执行器，由它对被控对象实施控制。所以在计算机与被控对 象之间需设置信息传递、变换的装置—输入/输出过程通道。
过程通道解决二类基本问题：
1）将外部传感器信号转换成计算机能接受的数字信号。该任 务由输入通道（前向通道）完成。
2）独立编址方式：接口地址与内存地址相互独立，访问I/O口使用的 指令与访问内存使用的指令不同，扩展内存与扩展I/O口使用的控制信号
也不完全相同。见图2.2
在接口中一般有多个寄存器或特定的电路，CPU对接口的访问实际上
是直接对这些寄存器或特定电路的存取。根据按地址访问的原则，每一
接口一般应有多个地址对应于这些寄存器或特定电路，它们称为端口。

OUT DX,AL; 结束读出操作
第二章 输入输出接口与过程通道（2）
2.3 模拟量输入通道
•模拟量输入通道－把模拟信号转换为二进制数 字信号，送入计算机中。
•模拟信号传输－0～10mA或4～20mA电流传输。
2.3.1 模拟量输入通道结构
2.3.2 I/V变换
•电流输出 仪表DDZ-Ⅱ：0～10mA 仪表DDZ-Ⅲ,DDZ-S：4～20mA
ADC0809 NEXTA:
PROC NEAR MOV CX,8; 循环次数 CLD; DI自动增量 MOV BL,00H ; 模拟通道地址 LEA DI,DATABUF； 字串存储地址 MOV DX,02C2H MOV AL,BL OUT DX,AL INC DX MOV AL,00000111B；输出启动信号，上升沿锁存地址 NOP NOP NOP MOV AL,00000110B；下降沿, 形成ALE, START 脉冲
•
PCI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，PCI Express数据传输率可以达到8Gbps。
•
3. 基于PC总线的工业控制机常见类型 ISA 总线工控机
DDC系统属于计算机闭环控制系统。计算机 首先通过模拟量输入通道（AI）和开关量输入通 道（DI）实时采集数据，然后按照一定的控制规 律进行计算，最后发出控制信息，并通过模拟量 输出通道（AO）和开关量输出通道（DO）直接 控制生产过程。
• （3）监督控制（Supervisory Computer Control)系统