計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)第二章-文庫(kù)吧資料
2025-05-22 22:26本頁(yè)面
【正文】 通道不多且對(duì)速度要求不高的場(chǎng)合 。 52 多通道復(fù)用一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 這個(gè)方案是由計(jì)算機(jī)通過多路模擬開關(guān)分時(shí)地把一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器的輸出送至各個(gè)采樣 保持放大器 ， 并由保持電容對(duì)模擬量信號(hào)進(jìn)行保持 。 此處僅介紹模擬量信號(hào)輸出的兩個(gè)共性問題： ? 多通道 D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)設(shè)計(jì) ? 每一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的 D/A轉(zhuǎn)換器 ? 多通道復(fù)用一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 ? 模擬量信號(hào)輸出的光電隔離 51 每通道設(shè)置一個(gè)獨(dú)立的 D/A轉(zhuǎn)換器 這種方案的優(yōu)點(diǎn)是轉(zhuǎn)換速度快 、 精度高 、工作可靠 ， 即使某一通道出現(xiàn)故障也不會(huì)影響其他通道的工作 ， 相應(yīng)軟件的編制也比較簡(jiǎn)單 。從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換 ， 一般采用集成 D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) 。 FLTU2的工作電源電壓范圍寬 ，可為 ?5~?15V， 輸入阻抗達(dá) 5M?， 頻率范圍為 ~2?106Hz， Q值（ 特征頻率下的濾波電路的電壓放大倍數(shù)的模與通帶電壓放大倍數(shù)之比 ） 范圍在 ~1000之間 ， 通帶截止頻率準(zhǔn)確度為 ?5?， 單位增益帶寬為 5MHz。 按是否采用有源器件 ， 濾波器可以分為有源濾波器和無(wú)源濾波器兩大類；按濾波的頻段 ， 又可以分為低通濾波 、 高通濾波 、 帶通濾波和帶阻濾波 。 硬件濾波是指在模擬信號(hào)進(jìn)入 A/D轉(zhuǎn)換器前 ， 用硬件電路進(jìn)行濾波 。 45 5. 模擬量輸入信號(hào)濾波 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的環(huán)境往往非常惡劣 ， 致使由傳感器得到的模擬量信號(hào)中混有噪聲信號(hào) ， 用長(zhǎng)線傳輸時(shí)尤為突出 ，嚴(yán)重時(shí)噪聲信號(hào)可能淹沒真實(shí)信號(hào) ， 如不加處理 ， 就會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)控制失敗 。圖中 A、 B、 C是輸入通道地址選擇端 ， 通過計(jì)算機(jī)的并行輸出口控制 ，每次只選中 8個(gè)輸入 Y0~Y7中的一路與公共端 COM接通 。 通常由軟件控制使模擬開關(guān)中的某一個(gè)或某幾個(gè)閉合 ， 然后進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 ， 并由轉(zhuǎn)換結(jié)果判斷放大倍數(shù)是否合適 ， 如不合適則改變開關(guān)狀態(tài) ， 直至達(dá)到可能的最佳的放大倍數(shù) 。 43 程控增益放大器 圖 程控增益放大器原理 圖 。 另外 ， 當(dāng)有多路模擬量信號(hào)輸入時(shí) ， 各信號(hào)的幅值也可能相差懸殊 ， 采用固定增益的放大電路同樣會(huì)造成大信號(hào)轉(zhuǎn)換精度高而小信號(hào)轉(zhuǎn)換誤差大的后果 。 圖 AD521的典型接線圖 圖 AD522的典型接線圖 42 程控增益放大器 為了減少 A/D轉(zhuǎn)換的誤差 ， 應(yīng)使模擬量輸入信號(hào)的幅值范圍盡可能接近 A/D轉(zhuǎn)換器的量程 。 圖 四個(gè)運(yùn)放構(gòu)成的儀表放大器電路 41 測(cè)量放大器 集成儀表放大器外接元件少 ， 無(wú)需精密匹配電阻 ， 使用靈活 ，能夠處理從幾微伏到幾伏的電壓信號(hào) ， 可對(duì)差分交 /直流信號(hào)進(jìn)行精密放大 ， 適合于快速采樣 ， 能夠抑制從直流到數(shù)百兆赫頻率的噪聲信號(hào) 。 ? 測(cè)量放大器 ? 程控增益放大器 40 測(cè)量放大器 傳感器的輸出信號(hào)一般較弱 ， 且其中含有各種共模干擾 ， 這就要求對(duì)其放大的電路具有很高的共模抑制比和高增益 、 高輸入阻抗 、 低噪聲 ， 習(xí)慣上稱這種放大器為測(cè)量放大器或儀表放大器 。 圖 GF289型集成隔離放大器的典型接線 39 4. 模擬輸入信號(hào)的放大 傳感器的輸出信號(hào)通常都是弱信號(hào) ， 需經(jīng)放大才能進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換 ， 信號(hào)放大是控制系統(tǒng)中不可缺少的環(huán)節(jié) 。 圖 GF289型集成隔離放大器原理圖 38 隔離放大器 圖 GF289型集成隔離放大器的典型接線 。 輸入 、輸出和電源都是由變壓器隔離的 ， 沒有任何電路連接 ， 從而實(shí)現(xiàn)了輸入信號(hào) 、 輸出信號(hào)及電源的隔離 。 在采樣 、 轉(zhuǎn)換過程中 ，放大器 A不與任何模擬量信號(hào)輸入共地 ， 電容 Ci的電壓均為差模電壓 ， 這樣就克服了共模電壓的影響 。 平時(shí) ， 開關(guān) S1i(i=1,2,...,n)處于閉合狀態(tài) ， Ci的電壓跟蹤 Vi的輸入值 ， 開關(guān) S2i(i=1,2,...,n)處于斷開狀態(tài) 。 常用的共模電壓隔離措施有以下幾種： ? 光電隔離 這種隔離即前面所述的模擬量信號(hào)輸入光電隔離技術(shù) ， 它實(shí)現(xiàn)了模擬部分和數(shù)字部分的電氣隔離 ， 能夠克服光電隔離輸出 、 輸入兩端設(shè)備的地線間的共模干擾 ， 但無(wú)法克服模擬信號(hào)之間的共模干擾 。 這種隔離保證了模擬量信號(hào)輸入部分和計(jì)算機(jī)數(shù)字處理系統(tǒng)之間的徹底的電氣隔離 ，而且由于是在數(shù)字接口部分隔離 ， 使得其實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單 、 造價(jià)低廉 。 圖 LF398的典型應(yīng)用 33 3. 模擬量輸入的隔離 出于對(duì)系統(tǒng)抗干擾 、 噪聲抑制及安全等因素的考慮 ， 往往對(duì)模擬量信號(hào)輸入進(jìn)行隔離 。 控制端 VC為高電平時(shí) ， 處于采樣狀態(tài) ， 輸出跟隨輸入；控制端 VC 為低電平時(shí) ， 處于保持狀態(tài) ，輸出保持 VC由高電平向低電平跳變瞬間的輸入電壓數(shù)值 。 ? LF398 31 LF398 圖 LF398的電路原理 ， 放大器 A2作為比較器來控制開關(guān) S的通斷 ， 若 IN+的電壓高于 IN的電壓 ， 則 S閉合 ， 由 A A3組成跟隨器 ， 并向 CH 端外接的保持電容充電； IN+ 的電壓低于 IN 的電壓時(shí) ，則 S斷開 ， 外接電容保持 S斷開時(shí)刻的電壓 ， 并經(jīng) A3 組成的跟隨器輸出至輸出端 。 圖 8路差分模擬信號(hào)輸入電路 30 2. 采樣 保持器 在進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換時(shí) ， 如果模擬信號(hào)的頻率較高 ， 就會(huì)由于 A/D轉(zhuǎn)換器的孔徑時(shí)間 (即轉(zhuǎn)換時(shí)間 )而造成較大的轉(zhuǎn)換誤差 ， 克服的方法是在 A/D轉(zhuǎn)換器之前設(shè)置采樣 保持電路 。 EN、 A0、 A A2為數(shù)字信號(hào)輸入 ， 邏輯上兼容 TTL/DTL或 CMOS電平 。 圖 干簧繼電器的原理 27 集成多路模擬開關(guān) 集成模擬開關(guān)是將多路半導(dǎo)體模擬開關(guān)集成在一個(gè)芯片上 ， 其特點(diǎn)是切換速度高 、 體積小 、應(yīng)用方便 ， 但比機(jī)械多路開關(guān)的導(dǎo)通電阻大 ， 為幾十至幾百歐姆 ， 而且各通道之間有時(shí)會(huì)互相串?dāng)_ 。 干簧繼電器的開關(guān)頻率為 10~40次 /秒 ， 斷開時(shí)的電阻大于 1MΩ ， 導(dǎo)通電阻小于 50mΩ ， 切換動(dòng)作時(shí)間約 1ms， 不受環(huán)境溫度影響 ， 可通過的電壓 、 電流容量大 ， 動(dòng)態(tài)范圍寬；與電子開關(guān)相比 ， 其缺點(diǎn)是體積大 、 工作頻率低 ， 而且通斷時(shí)有機(jī)械抖動(dòng)現(xiàn)象 ， 故一般用于低速高精度檢測(cè)系統(tǒng)中 。 ? 多路 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù) ? 采樣 保持器 ? 模擬量輸入的隔離 ? 模擬輸入信號(hào)的放大 ? 模擬量輸入信號(hào)濾波 25 1. 多路 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù) ? 多路 A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ?采用集成多路 A/D轉(zhuǎn)換器 ?每個(gè)模擬量輸入配置一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器 ?多路模擬量輸入復(fù)用一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器 ? 多路開關(guān) ? 機(jī)械觸點(diǎn)式 集成多路模擬開關(guān) 圖 多路復(fù)用方式 A/D轉(zhuǎn)換原理 圖 工作時(shí) ， 由計(jì)算機(jī)控制多路模擬開關(guān)選擇某一路模擬信號(hào) ， 將其送至采樣 保持器 ，再經(jīng)放大 、 A/D轉(zhuǎn)換處理變?yōu)閿?shù)字量 ， 從而完成該路模擬輸入的采樣與轉(zhuǎn)換工作 。 圖 TWH8751作為直流輸出開關(guān)
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