【正文】 控制采樣和保持狀態(tài)，如 AD582的采樣電平為 “ 0”，保持電平為 “ 1”，而 LF198的則相反。保持電壓 VC的變化率為 式中： ID為保持期間電容的總泄漏電流，它包括放大器的輸入電流、開(kāi)關(guān)截止時(shí)的漏電流與電容內(nèi)部的漏電流等。 采樣保持器由輸入輸出緩沖放大器 A A2和采樣開(kāi)關(guān) S、保持電容 CH等組成。 采樣定理給出了 y*(t)唯一地復(fù)現(xiàn) y(t)所必需的最低采樣頻率。 0 t 0 T 2T 3T t采樣器y ( t )*y ( t )*y( t )y ( t ) ?T圖 2 7 信號(hào) 的采樣過(guò)程采樣器的常用術(shù)語(yǔ)： 采樣器或采樣開(kāi)關(guān) 執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置， 采樣時(shí)間或采樣寬度 τ 采樣開(kāi)關(guān)每次閉合的時(shí)間 采樣周期 T采樣開(kāi)關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔 在實(shí)際系統(tǒng)中， ?《 T ，也就是說(shuō)，可以近似地認(rèn)為采樣信號(hào) y*(t)是 y(t)在采樣開(kāi)關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值 。 ?1 數(shù)據(jù)采樣定理 ?2 采樣保持器 1 數(shù)據(jù)采樣定理 離散系統(tǒng)或采樣數(shù)據(jù)系統(tǒng) 把連續(xù)變化的量變成離 散量后再進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。顯然，這一組開(kāi)關(guān)如果用多路模擬開(kāi)關(guān) (類似 CD4051)就可方便地進(jìn)行增益可變的計(jì)算機(jī)數(shù)字程序控制。 )21( 12ININOUTGSRRRRVVVG ??????2 可變?cè)鲆娣糯笃? 在 A/D轉(zhuǎn)換通道中，多路被測(cè)信號(hào)常常共用一個(gè)測(cè)量放大器，而各路的輸入信號(hào)大小往往不同，但都要放大到 A/D轉(zhuǎn)換器的同一量程范圍。 經(jīng)典的測(cè)量放大器 是由三個(gè)運(yùn)放組成的對(duì)稱結(jié)構(gòu)，測(cè)量放大器的差動(dòng)輸入端 VIN?和 VIN?分別是兩個(gè)運(yùn)放 A A2的同相輸入端，輸入阻抗很高，而且完全對(duì)稱地直接與被測(cè)信號(hào)相連，因而有著極強(qiáng)的抑制共模干擾能力。如圖所示，信號(hào)源的一端若接放大器的正端為 同相放大 ，同相放大電路的放大倍數(shù) G =1+R2/R1； 若信號(hào)源的一端接放大器的負(fù)端為 反相放大 ，反相放大電路的放大倍數(shù) G =－ R2/R1。當(dāng) D3=0時(shí)，選中上面的多路開(kāi)關(guān)，此時(shí)當(dāng)D D D0從 000變?yōu)?111，則依次選通 S0~S7通道；當(dāng) D3=1時(shí)，經(jīng)反相器變成低電平，選中下面的多路開(kāi)關(guān)，此時(shí)當(dāng) D DD0從 000變?yōu)?111，則依次選通 S8~S15通道。 圖2 3 CD 4051結(jié)構(gòu)原理 圖0S2S3S4S5S6S7S1S動(dòng)驅(qū)碼譯換轉(zhuǎn)平電ABCINHmS圖 CD4051結(jié)構(gòu)原理圖 鏈接動(dòng)畫 2 擴(kuò)展電路 當(dāng)采樣通道多至 16路時(shí)，可直接選用 16路模擬開(kāi)關(guān)的芯片，也可以將 2個(gè) 8路 4051并聯(lián)起來(lái)，組成 1個(gè)單端的 16路開(kāi)關(guān)。 CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開(kāi)關(guān)電路三部分組成。如集成電路芯片 CD4051(雙向、單端、8路 )、 CD4052(單向、雙端、 4路 )、 AD7506(單向、單端、 16路 )等。 同學(xué)們自己上網(wǎng)查閱 RCV420的使用手冊(cè)，學(xué)習(xí)如何使用該芯片實(shí)現(xiàn) I/V變換。 電流 /電壓變換電路 +A2R1RVI(a) 無(wú)源I/V變換電路 (b) 有源I/V變換電路圖 22 電流/電壓變 換電路+3R5R4R2R1RIDCCV++ 5 V2. 有源 I/V變換 有源 I/V變換是利用有源器件 —— 運(yùn)算放大器和電阻電容組成，如圖（ b）所示。 顯然，該通道的核心是模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器即 A/D轉(zhuǎn)換器，通常把模擬量輸入通道稱為 A/D通道或 AI通道。 模擬量輸入通道 本節(jié)要點(diǎn) 1．模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)組成。 I/O通道連接計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程，負(fù)責(zé)完成數(shù)據(jù)的傳送。 例 2 設(shè)用 1塊集成芯片實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送，設(shè)計(jì)硬件電路并編寫控制程序。 (2).當(dāng) 1腳是低電平時(shí) ,只要 11腳 (鎖存控制端 ,G)上出現(xiàn)一個(gè)下降沿 ,輸出立即呈現(xiàn)輸入腳的狀態(tài) . 所以 ,如果分別用 273和 373來(lái)作為單片機(jī)的地址存器的話 , 對(duì) 273來(lái)說(shuō) ,1(CLR)腳必須接高電平 ,ALE信號(hào)經(jīng)過(guò)反相后接 11腳 (因?yàn)閱纹瑱C(jī)的 ALE信號(hào)是以下降沿方式出現(xiàn) ) 對(duì) 373來(lái)說(shuō) ,1腳接低電平 ,保證使能 ,11腳直接接單片機(jī)的 ALE信號(hào) . 雙向總線驅(qū)動(dòng)器 74LS245是我們常用的芯片，用來(lái)驅(qū)動(dòng) led或者其他的設(shè)備 , 74LS245是 8路同相三態(tài) 雙向總線收發(fā)器，可雙向傳輸數(shù)據(jù)。 第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的I/O接口和 I/O通道 本章要點(diǎn) ? 1. I/O接口電路的功能和設(shè)計(jì)； ? 2. I/O通道的類型及組成 ? 3. I/O通道的工作過(guò)程 ? 4. I/O通道的抗干擾措施 I/O接口在系統(tǒng)中的應(yīng)用 數(shù)據(jù)格式的匹配 （ 1）并 /串，串 /并 （ 2）字 /字節(jié)，字節(jié) /字 （ 3）電平轉(zhuǎn)換 速度匹配 輸入緩沖 74LS244，輸出鎖存 74LS27 74LS373 地址的分配和擴(kuò)展 地址譯碼器 74LS138，地址比較器 74LS688 負(fù)載能力的擴(kuò)展 總線驅(qū)動(dòng)器 74LS245 I/O接口的控制方式 程序控制方式 （ 1）無(wú)條件控制方式 （ 2）條件查詢控制方式 中斷方式 DMA控制方式 I/O接口電路設(shè)計(jì)步驟及舉例 一、設(shè)計(jì)步驟 分析外設(shè)和 CPU數(shù)據(jù)交換的要求，進(jìn)行功能分配。 (2).當(dāng) 1腳為高電平時(shí) ,11(CLK)腳是鎖存控制端 ,并且是上升沿觸發(fā)鎖存 ,當(dāng) 11腳有一個(gè)上升沿 ,立即鎖存輸入腳的電平狀態(tài) ,并且立即呈現(xiàn)在在輸出腳上 . 對(duì) 373: (1).1腳是輸出使能 (OE),是低電平有效 ,當(dāng) 1腳是高電平時(shí) ,不管輸入如何 ,也不管 11腳 (鎖存控制端 ,G)如何 ,輸出全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài) (或者叫浮空狀態(tài) )。 *當(dāng)片選端 /CE低電平有效時(shí)， DIR=“0”， 信號(hào)由 B 向 A 傳輸；（接收） *DIR=“1”，信號(hào)由 A 向 B 傳輸；（發(fā)送） 當(dāng) /CE為高電平時(shí)， A、 B均為高 地址譯碼器和地址比較器 例 1 設(shè) 74LS244地址為 90H， 74LS273或 74LS373 地址為 91H，設(shè)計(jì)硬件電路并編寫控制程序，實(shí)現(xiàn) 8位數(shù)據(jù)的輸入緩沖和輸出鎖存。 I/O通道的組成及工作原理 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)包含多種信號(hào)形式，因此對(duì)應(yīng)包含了多種 I/O通道。因此一個(gè)完整的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中包括了四種 I/O通道。 結(jié)構(gòu)組成如圖所示，來(lái)自于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)傳感器或變送器的多個(gè)模擬量信號(hào)首先需要進(jìn)行信號(hào)調(diào)理，然后經(jīng)多路模擬開(kāi)關(guān)，分時(shí)切換到后級(jí)進(jìn)行前置放大、采樣保持和模 /數(shù)轉(zhuǎn)換，通過(guò)接口電路以數(shù)字量信號(hào)進(jìn)入主機(jī)系統(tǒng)，從而完成對(duì)過(guò)程參數(shù)的巡回檢測(cè)任務(wù)。對(duì)于 0 10 mA輸入信號(hào)，可取 R1=100Ω ， R2=500Ω ，這樣當(dāng)輸入電流在 0 10 mA量程變化時(shí)，輸出的電壓就為 0 5 V范圍；而對(duì)于 4 20 mA輸入信號(hào)，可取 R1=100Ω ， R2=250Ω ，這樣當(dāng)輸入電流為 4 20 mA時(shí)，輸出的電壓為 1 5 V。 3411RRIRVG ??? 集成 I/V變換器 RCV420 RCV420高精度的電流環(huán)接收器，可以將420mA的電流輸出信號(hào)轉(zhuǎn)換為 05V的電壓信號(hào)。 目前，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)使用的多路開(kāi)關(guān)種類很多，并具有不同的功能和用途。 1 結(jié)構(gòu)原理 現(xiàn)以常用的 CD4051為例， 8路模擬開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。其真值表如表所示。數(shù)據(jù)總線 D3~D0作為通道選擇信號(hào)， D3 用來(lái)控制兩個(gè)多路開(kāi)關(guān)的禁止端。 對(duì)單純的微弱信號(hào) ，可用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行單端同相放大或單端反相放大。 因此， A/D通道中的前置放大器 常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量放大器，也稱儀表放大器，如圖所示。增益公式為