【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，但都是采用面向字符的通訊協(xié)議。此外，該卡還提供 8個 16位計數(shù)器通道，并具有 8通道可編程時鐘資源， 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20MHz，有多種時鐘可以選擇，可編程計數(shù)器輸出，同時有計數(shù)器門選通功能。 考慮到現(xiàn)場強電的干擾 ， 該類型板卡多采用光電隔離技術 ， 使計算機與現(xiàn)場信號之間全部隔離 ， 來提高板卡測量的抗干擾能力 。 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 。由于能夠在輸出和 PCI總線之間提供 2500VDC的隔離保護， PCI1720非常適合需要高電壓保護的工業(yè)場合。 研華 PCI1713模擬量輸入卡 第 11章 直接數(shù)字控制系統(tǒng)概述 過程輸入輸出通道技術 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)換性能指標有很大的差別 。 板卡模擬信號采集的精度和速度指標通常由板卡所采用的 A/D轉(zhuǎn)換芯片決定 。 板卡內(nèi)部通常設置一定的采樣緩沖器 ， 對采樣數(shù)據(jù)進行緩沖處理 ， 緩沖器的大小也是板卡的性能指標之一 。 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 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 過程輸入輸出通道技術 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 ?？筛鶕?jù)需要選擇。 (5) 考慮價格因素、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。 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 過程輸入 /輸出板卡（或模塊）的選擇 (1) 分析具體的工程情況，統(tǒng)計所有模擬量輸入 /輸出個數(shù)以及 I/O點數(shù) ， 并填寫表格。 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 根據(jù)負荷功率的大小不同，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關量驅(qū)動輸出通道。另 外 ，許多外部設備，如大功率直流電機、接觸器等在開關過程中會產(chǎn)生很強的電磁干擾信號，如不加以隔離，可能會造成計算機控制系統(tǒng)誤動作甚至損壞。 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 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)門緩沖器 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 2．數(shù)字量輸 出 通道 數(shù)字量輸出通道的任務是把計算機輸出的數(shù)字信號 (或開關信號 )傳送給開關器件 (如繼電器或指示燈 )，控制其通、斷或亮、滅，簡稱 DO(Digital Output)通道。 ⑷ 總線緩沖器 暫存數(shù)字量信息并實現(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 過程輸入輸出通道技術 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。 ② 對生產(chǎn)過程中某些設備的狀態(tài)進行檢查，以便發(fā)現(xiàn)問題 。 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 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 過程輸入輸出通道技術 1．數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸入通道的任務主要是將現(xiàn)場輸入的開關信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護、濾波、隔離等措施后轉(zhuǎn)換成計算機能夠接收的邏輯信號，即將被控對象的開關狀態(tài)信號 (或數(shù)字信號 )傳送給計算機，簡稱DI(Digital Input)通道。 計算機控制系統(tǒng)的輸入數(shù)字信號來自于現(xiàn)場的傳感器，輸出數(shù)字信號又送回現(xiàn)場設備。 有些工業(yè)過程的輸入?yún)?shù)是通過接近開關輸入，而控制采用繼電器或可控硅來完成，稱其為開關量輸入輸出。 在過程計算機控制中，常用的 A/D和 D/A轉(zhuǎn)換器字長為 8位、10位和 12位，按照上述公式估算出的字長取整后再選這三種之一。設執(zhí)行機構(gòu)的最大輸入值為 umax，最小輸入值為 umin（靈敏限），則 D/A轉(zhuǎn)換器的字長為 )1(l ogm inm a x2 uun ??即 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出應滿足執(zhí)行機構(gòu)動態(tài)范圍的要求。 含雙數(shù)據(jù)鎖存器： 可用于多個 D/A轉(zhuǎn)換器同時轉(zhuǎn)換的場合。 ?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： 與計算機接口時要外加數(shù)據(jù)鎖存器。有些芯片內(nèi)部設有放大器，直接輸出電壓信號，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，為了實現(xiàn)多回路控制，需要通過多路開關將控制量分配到各條支路上。 可根據(jù)系統(tǒng)精度指標 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 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% (即相當于 1℃) ， 則 A/D轉(zhuǎn)換器字長為 ) 11(l og)11(l og 202 ????? Dn因此，取 A/D轉(zhuǎn)換器字長 n為 8位。確定字長要考慮的因素是輸入信號的動態(tài)范圍和分辨率。選擇時應該注意。 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。合理地選擇采樣周期 T，是過程計算機控制系統(tǒng)設計的關鍵問題之一。 采用并行比較，其 轉(zhuǎn)換時間可達 ns級，但抗干擾性能較差 . 在上述某種形式 A／ D轉(zhuǎn)換器的基礎上，為滿足某項高性能指標而改進或復合而成的。 轉(zhuǎn)換時間一般在 ms級或更長，但抗干擾性能強，轉(zhuǎn)換精度可達 ％或更高。滿刻度值只是個名義值，實際的 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)換時間，即 A/D轉(zhuǎn)換從啟動到結(jié)束所需的時間，轉(zhuǎn)換速率與轉(zhuǎn)換時間互為倒數(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 過程輸入輸出通道技術 轉(zhuǎn)換精度 反映了一個實際 A/D轉(zhuǎn)換器與一個理想 A/D轉(zhuǎn)換器在量化值上的差值，用絕對誤差或相對誤差來表示。 量化誤差 是由 A/D 轉(zhuǎn)換器有限字長數(shù)字量對輸入模擬量進行離散取樣（量化）引起的誤差，其大小在理論上為一個單位（ 1LSB ）。 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