計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二章(編輯修改稿)
2024-09-12 01:30 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 保持器 路電理原)a( 性波作工)b(采樣 保持采樣保持器圖 鏈接動(dòng)畫 顯然，保持電容 C H的作用十分重要。實(shí)際上保持期間的電容保持電壓 VC在緩慢下降，這是由于保持電容的漏電流所致。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、開關(guān)截止時(shí)的漏電流與電容內(nèi)部的漏電流等。 電容 CH值 增大電容 CH值可以減小電壓變化率，但同時(shí)又會(huì)增加充電即采樣時(shí)間，因此保持電容的容量大小與采樣精度成正比而與采樣頻率成反比。一般情況下，保持電容 CH是外接的，所以要選用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高質(zhì)量的電容器，容量為 510~1000pF。 HDdcdCItV ?零階集成采樣保持器 常用的零階集成采樣保持器有AD58 LF198/298/398等，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳如圖所示。這里，用 TTL邏輯電平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。 在 A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與后級(jí)的 A/D轉(zhuǎn)換相配合，該電平信號(hào)既可以由其它控制電路產(chǎn)生，也可以由 A/D轉(zhuǎn)換器直接提供。 總之，保持器在采樣期間，不啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換器，而一旦進(jìn)入保持期間，則立即啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換器，從而保證 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)的模擬輸入電壓恒定，以確保A/D轉(zhuǎn)換精度。 模擬量輸出通道 本節(jié)主要內(nèi)容 ? 模擬量輸出通道的組成 ? 輸出方式 ? 模擬量輸出通道的任務(wù) 把計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達(dá)到控制的目的 。 ? 模擬量輸出通道 (稱為 D/A通道或 AO通道 )構(gòu)成 一般是由接口電路、數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (簡(jiǎn)稱 D/A或 DAC)和電壓 /電流變換器等 。 ? 模擬量輸出通道基本構(gòu)成 多 D/A結(jié)構(gòu)（圖 (a)）和共享D/A結(jié)構(gòu)（圖 (b)） 圖 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A D/A V/I V/I (a) 多 D/A結(jié)構(gòu) PC 總 線 特點(diǎn)： 一路輸出通道使用一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器 D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)、信號(hào)保持作用 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨(dú)立 缺點(diǎn)是所需 D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A V/I V/I 多 路 開 關(guān) 采樣保持器 采樣保持器 （ b）共享 D/A結(jié)構(gòu) PC 總 線 圖 特點(diǎn)： 多路輸出通道共用一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 每一路通道都配有一個(gè)采樣保持放大器 D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用 采樣保持器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)保持功能 節(jié)省 D/A轉(zhuǎn)換器， 但電路復(fù)雜，精度差，可靠 低、占用主機(jī)時(shí)間 輸出方式 ? 1 電壓輸出方式 ? 2 電流輸出方式 多數(shù) D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出的是弱電流信號(hào)，要驅(qū)動(dòng)后面的自動(dòng)化裝置，需在電流輸出端外接運(yùn)算放大器。根據(jù)不同控制系統(tǒng)自動(dòng)化裝置需求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出以及自動(dòng) /手動(dòng)切換輸出等多種方式。 1 電壓輸出方式 由于系統(tǒng)要求不同，電壓輸出方式又可分為 單極性輸出 和 雙極性輸出 兩種形式。下面以 8位的 DAC0832芯片為例作一說(shuō)明。 1． DAC單極性輸出 圖 38 DAC 單極性輸出方式DAC0832Rfb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVDI 7DI 6DI 5DI 4DI 3DI 2DI 1DI 0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 02 56R E FO U TVBV ???00116677 2222 ???????????? DDDDB式中： VREF/256是常數(shù) 顯然， VOUT和 B 成正比關(guān)系，輸入數(shù)字量 B 為 00H 時(shí)， VOUT也為 0 ；輸入數(shù)字量 B 為 FFH即 255時(shí)， VOUT 為與 VREF 極性相反的最大值。 DAC單極性輸出方式如圖 所示， 由式(31)可得輸出電壓 VOUT的單極性輸出表達(dá)式為： 2． DAC雙極性輸出方式 DAC雙極性輸出方式如圖 所示。 圖 3 9 DA C 雙極性輸出方式DAC 08 32Rf bI 1TUO2TUOI2RVR2RA 2A1I 2I3IFERVFERVTUODI 7DI 6DI 5DI 4DI 3DI 2DI 1DI 0D 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0 V 1TUOA 1A1 和 A2 為運(yùn)算放大器， A點(diǎn)為虛地，故可得： 解上述方程可得雙極性輸出表達(dá)式： 0321 ??? III 25 6R E F1O U T VBV ???RVI2R E F1 ? RVI22OUT2 ?RVI O U T13 ? 圖中運(yùn)放 A2 的作用是將運(yùn)放 A1 的單向輸出變?yōu)殡p向輸出。當(dāng)輸入數(shù)字量小于 80 H即 128時(shí)，輸出模擬電壓為負(fù)；當(dāng)輸入數(shù)字量大于 80 H即 128時(shí)，輸出模擬電壓為正。其它 n位 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電路與 DAC0832 相同，計(jì)算表達(dá)式中只要把 281改為 2n1即可。 18R E F18O U T 2 2)2(?? ??? VBV?????????? ?? 12B18R E FO U T 2 VV或 2 電流輸出方式 因?yàn)殡娏餍盘?hào)易于遠(yuǎn)距離傳送，且不易受干擾，特別是在過(guò)程控制系統(tǒng)中，自動(dòng)化儀表只接收電流信號(hào)，所以在微機(jī)控制輸出通道中常以電流信號(hào)來(lái)傳送信息，這就需要將電壓信號(hào)再轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，完成電流輸出方式的電路稱為 V/I變換電路。 電流輸出方式 一般有兩種形式： 1．普通運(yùn)放 V/I變換電路 2．集成轉(zhuǎn)換器 V/I變換電路 1．普通運(yùn)放 V/I變換電路 （ 1） 0 ~10 mA的輸出 + V in 0~10 V A T 1 T 2 I 0 V f + V s R 1 R 2 R 3 R 4 R 5 R 6 R f R L 圖 0 ~10 V/ 0~10 mA的變換電路 0~10 V/0~10 mA的變換電路，由運(yùn)放 A和三極管 T T2組成， R1 和 R2是輸入電阻， Rf 是反饋電阻， RL是負(fù)載的等效電阻。輸入電壓 Vin 經(jīng)輸入電阻進(jìn)入運(yùn)算放大器 A，放大后進(jìn)入三極管 T T2。由于 T2射極接有反饋電阻 R f，得到反饋電壓 Vf加至輸入端，形成運(yùn)放 A的差動(dòng)輸入信號(hào)。該變換電路由于具有較強(qiáng)的電流反饋，所以有較好的恒流性能。 （ 2） 4 ~ 20 mA的輸出 1 ~ 5 V/ 4 ~20 mA的變換電路中兩個(gè)運(yùn)放 A A2均接成射極輸出形式。 + A 1 + A 2 T 2 T 1 T 3 V in 1~5V R 1 R 2 R f R L R 3 C I f I 2 I 0 I 1 V 1 V 2 + V s 圖 1～ 5V/4～ 20mA 的變換電路 V 3 2．集成轉(zhuǎn)換器 V/I變換電路 集成 V/I轉(zhuǎn)換器 ZF2B20采用單正電源供電，電源電壓范圍為 10～ 32V， ZF2B20的輸入電阻為 10KΩ ，動(dòng)態(tài)響應(yīng)時(shí)間小于 25μS ，非線性小于土 ％。 通過(guò) ZF2B20可以產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓成比例的輸出電流，其輸入電壓范圍是 0～ 10V，輸出電流是 4～ 20mA。它的特點(diǎn)是低漂移，在工作溫度為 25～ 85℃ 范圍內(nèi)，最大溫漂為 ％ /℃ 。利用
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