【正文】 口一般采用RS485總線，通訊協(xié)議與模塊的生產(chǎn)廠家有關(guān)，但都是采用面向字符的通訊協(xié)議。此外，該卡還提供 8個(gè) 16位計(jì)數(shù)器通道，并具有 8通道可編程時(shí)鐘資源， 8路TTL數(shù)字量輸出 /8路 TTL數(shù)字量輸入，最高輸入頻率達(dá)20MHz，有多種時(shí)鐘可以選擇，可編程計(jì)數(shù)器輸出，同時(shí)有計(jì)數(shù)器門(mén)選通功能。 考慮到現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)電的干擾 ， 該類型板卡多采用光電隔離技術(shù) ， 使計(jì)算機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)之間全部隔離 ， 來(lái)提高板卡測(cè)量的抗干擾能力 。 研華 PCI1730數(shù)字量輸入 /輸出卡 3．?dāng)?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(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 4．脈沖量輸入 /輸出板卡 工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)有許多高速的脈沖信號(hào) ， 如旋轉(zhuǎn)編碼器 、 流量檢測(cè)信號(hào)等 ， 這些都要用脈沖量輸入板卡或一些專用測(cè)量模塊進(jìn)行測(cè)量 。由于能夠在輸出和 PCI總線之間提供 2500VDC的隔離保護(hù)， PCI1720非常適合需要高電壓保護(hù)的工業(yè)場(chǎng)合。 研華 PCI1713模擬量輸入卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 2．模擬量輸出卡（ D/A卡） D/A轉(zhuǎn)換板卡同樣依據(jù)其采用的 D/A轉(zhuǎn)換芯片的不同 ，轉(zhuǎn)換性能指標(biāo)有很大的差別 。 板卡模擬信號(hào)采集的精度和速度指標(biāo)通常由板卡所采用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片決定 。 板卡內(nèi)部通常設(shè)置一定的采樣緩沖器 ， 對(duì)采樣數(shù)據(jù)進(jìn)行緩沖處理 ， 緩沖器的大小也是板卡的性能指標(biāo)之一 。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 數(shù)據(jù)采集卡示例 智能接口板卡 PCI5121智能 CAN接口卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 常用的數(shù)據(jù)采集卡 1．模擬量輸入卡（ A/D卡） 模擬量輸入板卡根據(jù)使用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片和總線結(jié)構(gòu)不同 ， 性能有很大的區(qū)別 。可根據(jù)需要選擇。 (5) 考慮價(jià)格因素、可靠性、耐用性、配套軟件等綜合因素。 (3) 根據(jù)參數(shù) 表 選擇板卡輸入 /輸出通道的信號(hào)范圍、信號(hào)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(zhǎng)。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 過(guò)程輸入 /輸出板卡（或模塊）的選擇 (1) 分析具體的工程情況，統(tǒng)計(jì)所有模擬量輸入 /輸出個(gè)數(shù)以及 I/O點(diǎn)數(shù) ， 并填寫(xiě)表格。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 根據(jù)負(fù)荷功率的大小不同，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸出通道。另 外 ，許多外部設(shè)備，如大功率直流電機(jī)、接觸器等在開(kāi)關(guān)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如不加以隔離，可能會(huì)造成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)誤動(dòng)作甚至損壞。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 數(shù)字量輸入示例： 由光電隔離器和總線緩沖器構(gòu)成 的 數(shù)字量輸入通道 1 1 91 81 61 41 297531 11 31 51 724687 4 L S 2 4 41 61 41 21 01 51 31 1913572468135724681 61 41 21 01 51 31 19S 0S 1S 2S 3S 4S 5S 6S 7D 0D 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7+ 5 V + 5 VT L P 5 2 1 4T L P 5 2 1 4R I1 k 8 1 k 8 光電耦合器 三態(tài)門(mén)緩沖器 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 2．?dāng)?shù)字量輸 出 通道 數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào) (或開(kāi)關(guān)信號(hào) )傳送給開(kāi)關(guān)器件 (如繼電器或指示燈 )，控制其通、斷或亮、滅，簡(jiǎn)稱 DO(Digital Output)通道。 ⑷ 總線緩沖器 暫存數(shù)字量信息并實(shí)現(xiàn)與 CPU數(shù)據(jù)總線的連接。電平變換可采用光電隔離、晶體管或 CMOSTTL電子變換芯片。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) ⑶ 電平變換電路 將輸入的雙值邏輯電平轉(zhuǎn)換為與 CPU兼容的邏輯電平。 開(kāi)關(guān)量 (數(shù)字量 ) 機(jī)械有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量 電子無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)量 非電量開(kāi)關(guān)量 不同的開(kāi)關(guān)量要采用不同的變換方法。 ② 對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中某些設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查，以便發(fā)現(xiàn)問(wèn)題 。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 數(shù)字量輸入 /輸出通道 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 1．?dāng)?shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸入通道的任務(wù)主要是將現(xiàn)場(chǎng)輸入的開(kāi)關(guān)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施后轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)，即將被控對(duì)象的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào) (或數(shù)字信號(hào) )傳送給計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱DI(Digital Input)通道。 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的輸入數(shù)字信號(hào)來(lái)自于現(xiàn)場(chǎng)的傳感器，輸出數(shù)字信號(hào)又送回現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備。 有些工業(yè)過(guò)程的輸入?yún)?shù)是通過(guò)接近開(kāi)關(guān)輸入，而控制采用繼電器或可控硅來(lái)完成，稱其為開(kāi)關(guān)量輸入輸出。 在過(guò)程計(jì)算機(jī)控制中，常用的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)為 8位、10位和 12位，按照上述公式估算出的字長(zhǎng)取整后再選這三種之一。設(shè)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值為 umax，最小輸入值為 umin（靈敏限），則 D/A轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)為 )1(l ogm inm a x2 uun ??即 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出應(yīng)滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)范圍的要求。 含雙數(shù)據(jù)鎖存器： 可用于多個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器同時(shí)轉(zhuǎn)換的場(chǎng)合。 ?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(jì)算機(jī)接口時(shí)要外加數(shù)據(jù)鎖存器。有些芯片內(nèi)部設(shè)有放大器，直接輸出電壓信號(hào)，如 AD558，AD7224等。因此，模擬量輸出通道一般包括 D/A轉(zhuǎn)換器、多路分配器和采樣保持器，其中的核心器件是 D/A轉(zhuǎn)換器。此外，在模擬量輸出通道中，為了實(shí)現(xiàn)多回路控制，需要通過(guò)多路開(kāi)關(guān)將控制量分配到各條支路上。 可根據(jù)系統(tǒng)精度指標(biāo) δ ，估算所需 A/D的位數(shù) n 例 ： 要求系統(tǒng)誤差不大于 ％滿度值 (即 δ ＝ ％ )，則 ) 101(l og)101(l og 22 ????? ?n需采用 n為 14位的 A/D轉(zhuǎn)換器。分辨率定義為 ② 分辨率 如果所要求的分辨率為 D0，則字長(zhǎng) 121?? nD)11(l og02 Dn ??例 ： 某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為 0200℃ ，要求分辨率為% (即相當(dāng)于 1℃) ， 則 A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng)為 ) 11(l og)11(l og 202 ????? Dn因此，取 A/D轉(zhuǎn)換器字長(zhǎng) n為 8位。確定字長(zhǎng)要考慮的因素是輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍和分辨率。選擇時(shí)應(yīng)該注意。 A/D轉(zhuǎn)換器從啟動(dòng)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(shí)間。合理地選擇采樣周期 T，是過(guò)程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵問(wèn)題之一。 采用并行比較，其 轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá) ns級(jí)，但抗干擾性能較差 . 在上述某種形式 A／ D轉(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上，為滿足某項(xiàng)高性能指標(biāo)而改進(jìn)或復(fù)合而成的。 轉(zhuǎn)換時(shí)間一般在 ms級(jí)或更長(zhǎng)，但抗干擾性能強(qiáng)，轉(zhuǎn)換精度可達(dá) ％或更高。滿刻度值只是個(gè)名義值，實(shí)際的 A／ D轉(zhuǎn)換器的最大輸入電壓值總比滿刻度值小 1/2n（ n為轉(zhuǎn)換器的位數(shù)）。轉(zhuǎn)換速率也可表述為轉(zhuǎn)換時(shí)間，即 A/D轉(zhuǎn)換從啟動(dòng)到結(jié)束所需的時(shí)間，轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時(shí)間互為倒數(shù)。 ① 分辨率與量化誤差 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 轉(zhuǎn)換精度 反映了一個(gè)實(shí)際 A/D轉(zhuǎn)換器與一個(gè)理想 A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值，用絕對(duì)誤差或相對(duì)誤差來(lái)表示。 量化誤差 是由 A/D 轉(zhuǎn)換器有限字長(zhǎng)數(shù)字量對(duì)輸入模擬量進(jìn)行離散取樣（量化）引起的誤差，其大小在理論上為一個(gè)單位（ 1LSB ）。 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過(guò)程輸入輸出通道技術(shù) 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(shù)指標(biāo) 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(shù)指標(biāo)，是數(shù)字量變化