第模拟量输入输出通道讲课文档.pptVIP

第模拟量输入输出通道;（优选）第模拟量输入输出通道;图4-1模拟量输入通道的一般组成框图;通常，人们把过程工艺参数转换为电量的设备称为传感器或一次仪表。传感器的主要任务是检测，在过程控制中，为了避免低电平模拟信号传输带来的麻烦，经常将测量元件的输出信号经过温度变送器、压力变送器和流量变送器等进行变换。它们将温度、压力和流量的电信号变换成0～10mA(DDZ-Ⅱ型仪表)或4～20mA(DDZ-Ⅲ型仪表)的统一信号，这一部分不属于模拟量输入通道，而常归属于工程检测技术和自动化仪表；但现在的计算机控制系统中许多模拟输入通道中包含了变送器部分的功能。;输入信号的处理

为了保证A／D转换的精度，模拟信号在输入到A／D之前首先应进行适当的处理。根据需要，信号处理可选择小信号放大，大信号衰减，信号滤波，阻抗匹配，非线性补偿和电流／电压转换等方法。;1．信号滤波

由于工业现场干扰因素多，来自工业现场的模拟信号中常混杂有干扰信号，应该通过滤波削弱或消除干扰信号。滤波方法有硬件法和软件法之分，硬件方法常用RC滤波器和有源滤波器来滤除高于有用信号频率的那部分干扰，也有称之为模拟预滤波；用软件方法可以滤除与有用信号频率重合的那部分干扰，如卡尔曼滤波等。;2．统一信号电平

输入信号可能是毫伏级电压或毫安级电流信号，应变成统一的信号电平。例如可变成0～50mV的统一小信号电平或0～5V(1～5V)的大信号电平。即使从变送器来的0～10mA或4～20mA的标准信号一般也要经如图4-2所示的电阻网络，进行电流／电压转换，将0～10mA的信号变换成0～50mV的电压信号，其精度达0.02％。;图4-2I/V变换网络;3．非线性补偿

大多数传感器的输出信号与被测参数之间呈非线性关系，例如：铂铑—铂热电偶在0～1000℃间电势与温度关系的非线性约为6％。非线性的线性化也有硬件和软件两种方法，应用硬件方法时，是利用运放构成负反馈来实现。例如在DDZ-Ⅲ型仪表的变送器中，就加入了非线性校正电路。

除上述几种处理技术外，对不同的模拟信号还可能要进行其它一些处理。例如热电偶测温时要进行冷端补偿；热电阻测温时要用桥路法或恒流法实现电阻／电压变换等等。;多路开关

多路开关又称多路转换器，其作用是将各被测模拟量按某种方式，如顺序切换方式或随机切换方式分时地输入到公共的放大器或A／D转换器上。;1．多路开关的种类

多路开关有机械触点式和电子式两种。

机械触点式多路开关常用的有干簧或湿簧继电器，原理如图4-3所示。当线圈通电时簧片吸合，开关接通。这类开关具有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通，X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。;图4-3干簧继电器;图4-4干簧继电器开关矩阵;图4-5开关矩阵控制程序框图;在计算机控制系统中，目前用得最多的是由晶体管、场效应管或光电耦合开关等组成的电子式无触点开关。这类开关工作频率高，体积小，寿命长。其缺点是导通电阻大，驱动部分和开关元件不独立而影响了小信号的测量精度。

常用的电子开关有C-MOS、FET单片多路开关，如CD4051、CD4052、CD4053(或MC14501、C511)等以及由TTL电路组成的数据选择器74LS150、74LS151等；也有的将多路开关与A／D集成在一个芯片内，如ADC0808，ADC0809，ADC1211等。;图4-6是单端8路开关CD4051的基本原理图和管脚图。它有三根二进制控制输入端A、B、C，片内有二进制译码器，改变A、B、C的数值可译出8种状态，分别从8路输入中选中一个开关接通。当禁止端inH为高电平时，不论A、B、C为何值，8个通路都不通。表4-1为CD4051真值表。CD4051的数字或模拟信号电平为3～15V，模拟信号为UPP=15V，可作为多路开关或反多路开关。;图4-6单片8选1开关CD4051原理图和管脚图;表4-1CD4051真值表;图4-7所示为TTL数据选择器74LS151的原理图和管脚图。其特点是将8位输入数据(1或0)中的某一位选通(8选1)，输出其原码或反码。;图4-7数据选择器74LS151原理图和管脚图;图4-8所示为光电耦合开关的一种用法。光电耦合开关是一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光敏三极管。当PIO的某一位为高