【正文】 成模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件，在一般情況下，模擬量是指電壓。 確定系統(tǒng)采樣周期的原則及相關知識，將在 細介紹。電壓輸出型又有單極性輸出和雙極性輸出兩種。 CPU總線緩沖器電平變換電平變換整形變換整形變換信號變換信號變換接口邏輯開關量開關量數(shù)字量輸入通道結(jié)構 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 典型的開關量輸入通道通常由以下幾部分組成： ⑴ 開關量拾取電路 開關量的拾取即將過程的開關量轉(zhuǎn)換為電壓或電流的雙位邏輯值。 (2) 根據(jù)需要，選擇輸入、輸出通道數(shù)，并應留有一定的裕量，以備將來系統(tǒng)擴展時使用。 研華 PCI1720U模擬量輸出卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 16路數(shù)字量輸入和 16路數(shù)字量輸出 ， 高輸出驅(qū)動能力和中斷能力 ， 具有 2500VDC高電壓隔離 I/O通道 。一般采樣次數(shù)越靠后，加權系數(shù)越大，這樣可增加新的采樣值在平均值中所占的比重。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 6．限幅及限速濾波法 限幅可以剔除明顯不合理的數(shù)據(jù)。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 RC低通濾波器的差分形式 為 )()()1()( kxkyT kykyT f ???? T—— 采樣周期； Tf—— 濾波器時間常數(shù) )/( TTT f ???—— 濾波平滑系數(shù)， 10 ?? ?)1()1()()1()()( ????????? kykxkyTT TkxTT Tkyfff?? 一 般采樣周期 T遠遠小于慣性時間 Tf，因此 α1 ，表明本次有效采樣值主要取決于以前的有效采樣值，而本次采樣值僅起到一些修正作用。 插值原理 :假設被測參數(shù) y與傳感器的輸出值 x具有的函數(shù)關系為 y = f(x)，只知道在 n+1個相異點處的函數(shù)值為 : f(x0)=y0，f(x1)=y1， … ， f(xn)=yn。當獲取某個采樣值后，先判斷采樣值的大小處于哪一折線段內(nèi)，然后就可按相應段的線性化公式計算出標度變換值。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 舉例： 熱敏電阻溫度與電阻值 非線性關系 的分段線性化 方 法 根據(jù)表中數(shù)據(jù)，選取 t =10,15,25,30,40五個轉(zhuǎn)折點制成熱敏電阻特性及分段線性化圖，圖中曲線為熱敏電阻的負溫度 電阻特性，折線 L0、 L L L3代替或逼近曲線。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 例如，在用節(jié)流裝置和差壓變送器測量流量時，流量與差壓之間的關系為 被測流量的采樣過程 為 ⑴ 公式變換法 PKQ ??節(jié) 流 裝 置差 壓 變 送 器 A / D 轉(zhuǎn) 換 器 計 算 機ma xmi n ~ m a xm in ~ PP ?? m a xm in ~ NN被 測 流 量第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 由于差壓變送器的輸出與輸入之間為線性關系， A/D轉(zhuǎn)換器亦為線性關系，因此壓差與 A/D采樣值之間為線性變換，即 節(jié) 流 裝 置差 壓 變 送 器 A / D 轉(zhuǎn) 換 器 計 算 機ma xmi n ~ m a xm in ~ PP ?? m a xm in ~ NN被 測 流 量)( m i nm a xm i nm a xm i nm i n PPNNNNPP xx ?????????而壓差與流量之間是非線性關系， 即 22 / KQP ??2m i n2m i n2m a xm i nm a xm i n )( QNNNNQ xx ?????當 均為 0時， m inm in NQ 、m a xm a x NN xx ?第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 在許多控制系統(tǒng)及智能化儀器中，一些參量往往是非線性參量，常常不便于計算和處理，而在實際測量和控制系統(tǒng)中，都允許有一定范圍的誤差。對于慢速隨機變化的參數(shù)，采用在短時間內(nèi)連續(xù)采樣求平均值的方法，濾波效果不太好。 若 把中值濾波法和平均值濾波法結(jié)合起來使用，濾波效果會更好，稱其為去極值平均值濾波法，也稱復合濾波法。 N值決定了信號的平滑度和靈敏度。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 32 路單端或 16 路差分模擬量輸入，或組合輸入方式，12位 A/D轉(zhuǎn)換分辨率， A/D轉(zhuǎn)換器的采樣速率可達 100 kHz，每個輸入通道的增益可編程，卡上有 4K采樣 FIFO緩沖器， 2500VDC 隔離保護，支持軟件、內(nèi)部定時器觸發(fā)或外部觸發(fā)。因此，在接口設計處理中，一要放大，二要隔離 。因此，現(xiàn)場的電磁干擾會通過數(shù)字量輸入、輸出通道竄入計算機系統(tǒng)，故需要采用通道隔離技術。同時在模擬量輸出通道中，為使各輸出通道得到一個平滑的模擬量輸出也必須保持一個恒定的值。適于數(shù)字電壓表類儀器采用。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 ⑶ 采樣保持器 在 A/D轉(zhuǎn)換器工作期間采樣保持器一直保持著轉(zhuǎn)換開始時的輸入值，因而能抑制由放大器干擾帶來的轉(zhuǎn)換噪聲，提高模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的精確度和消除轉(zhuǎn)換時間的不準確性。 ?PC/XT（ 62線） ?PC/AT或 ISA（ 62線 +36線） ?PCI（ 124線） ?PC104（ 104線） ?CompactPCI,VXI 外部總線 計算機之間，計算機與設備之間進行通信的總線。建立模擬量輸入通道的目的，通常是為了進行參數(shù)測量或數(shù)據(jù)采集。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 3. 模擬量輸入通道 A/D轉(zhuǎn)換器的選擇 ⑴ A/D轉(zhuǎn)換器的技術指標 分辨率 是衡量 A/D轉(zhuǎn)換器分辨輸入模擬量最小變化量的技術指標，是數(shù)字量變化一個字所對應模擬信號的變化量。 A/D轉(zhuǎn)換器從啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出穩(wěn)定的數(shù)字量，需要一定的時間。 ?雙 D/A轉(zhuǎn)換器： AD7528 ?4通道 D/A轉(zhuǎn)換器： AD7226 ?串行 D/A轉(zhuǎn)換器： DAC80 ?直接接收 BCD碼的 D/A轉(zhuǎn)換器： AD7525 ?輸出 420mA電流的 D/A： AD1420/1422 D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入端 : 不含數(shù)據(jù)鎖存器： 與計算機接口時要外加數(shù)據(jù)鎖存器。 開關量 (數(shù)字量 ) 機械有觸點開關量 電子無觸點開關量 非電量開關量 不同的開關量要采用不同的變換方法。 (3) 根據(jù)參數(shù) 表 選擇板卡輸入 /輸出通道的信號范圍、信號類型、采樣速度；根據(jù)系統(tǒng)的精度要求，選擇 A/D、 D/A轉(zhuǎn)換芯片的字長。 研華 PCI1730數(shù)字量輸入 /輸出卡 3．數(shù)字量輸入 /輸出卡（ I/O卡） 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 4．脈沖量輸入 /輸出板卡 工業(yè)控制現(xiàn)場有許多高速的脈沖信號 ， 如旋轉(zhuǎn)編碼器 、 流量檢測信號等 ， 這些都要用脈沖量輸入板卡或一些專用測量模塊進行測量 。這種濾波方法可以根據(jù)需要突出信號的某一部分來抑制信號的另一部分。但剔除后只能用上、下限值替代，有時效果不太好，更好的辦法是限幅與限速濾波相結(jié)合。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理 當采樣周期 T足夠小時 TRCf ??? 221 ??濾波算法的截止頻率為 fTT /?? 當采樣周期一定時，濾波系數(shù) α 越小，數(shù)字濾波器的截止頻率就越低?，F(xiàn)構造一個 n次多項式 去逼近函數(shù) y = f(x) ① 多項式插值法 0111)( axaxaxaxP nnnnn ????? ?? ?令 ????????????????????????????nnnnnnnnnnnnnnnnyaxaxaxayaxaxaxayaxaxaxa01111011111100011010????可求出 n+1個待定系數(shù) a0， a1， … ， an，從而構造一個可代替這種函數(shù)關系的插值多項式 Pn(x)。在本例中的線性化公式為 )( 1111 ???? ?????iiiiixix ttNNNNtt ixi NNN ??? 1第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 數(shù)字濾波與數(shù)據(jù)處理