計(jì)算機(jī)控制技術(shù)第二章-在線瀏覽
2024-09-26 01:30本頁面
【正文】 值表如表所示。 例： 試用兩個(gè) CD4051擴(kuò)展成一個(gè) 1 16路的模擬開關(guān)。數(shù)據(jù)總線 D3~D0作為通道選擇信號， D3 用來控制兩個(gè)多路開關(guān)的禁止端。如此，組成一個(gè) 16路的模擬開關(guān)。 對單純的微弱信號 ，可用一個(gè)運(yùn)算放大器進(jìn)行單端同相放大或單端反相放大。當(dāng)然，這兩種電路都是單端放大，所以信號源的另一端是與放大器的另一個(gè)輸入端共地。 因此， A/D通道中的前置放大器 常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測量放大器，也稱儀表放大器，如圖所示。 + 3 A 2 A 1 A 1 R 2 R S R 1 R 2 R S R N I V G R N I V + 負(fù)載 (外接 ) 外接地 T U O V (外接 ) (a) 經(jīng)典的前置放大器 前置放大器圖 鏈接動(dòng)畫 圖中 RG是外接電阻，專用來調(diào)整放大器增益的。增益公式為 目前這種測量放大器的集成電路芯片有多種，如 AD521/52 INA102等。因此，對應(yīng)于各路不同大小的輸入信號，測量放大器的增益也應(yīng)不同。 3 A 2 A N I N 負(fù)載 (外接 ) 外接地 T U O V 16K 16K 16K 16K 2 4 8 16 32 64 128 256 80K 314Ω 630Ω + 1 A I V + 可變增益前置放大器 鏈接動(dòng)畫 把前置放大器中的外接電阻 RG換成一組精密的電阻網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)電阻支路上有一個(gè)開關(guān)，通過支路開關(guān)依次通斷就可改變放大器的增益，根據(jù)開關(guān)支路上的電阻值與增益公式，就可算得支路開關(guān)自上而下閉合時(shí)的放大器增益分別為 1 3 6 12 256倍。此類集成電路芯片有AD612/614等。 為了保證 A/D轉(zhuǎn)換的精度 ， 需要應(yīng)用采樣保持器 。 離散系統(tǒng)的采樣形式 有周期采樣、多階采樣和隨機(jī)采樣。 周期采樣 就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號 y(t)，按一定的時(shí)間間隔 T 轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí) 0， T，2T， … 的一連串脈沖序列信號 y*(t)，如圖所示。 圖 信號的采樣過程 鏈接動(dòng)畫 由經(jīng)驗(yàn)可知，采樣頻率越高，采樣信號 y*(t)越接近原信號 y(t)，但若采樣頻率過高，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中將會(huì)把許多寶貴的時(shí)間用在采樣上，從而失去了實(shí)時(shí)控制的機(jī)會(huì)。香農(nóng)定理指出：為了使采樣信號 y*(t)能完全復(fù)現(xiàn)原信號 y(t)，采樣頻率 f 至少要為原信號最高有效頻率 fmax的 2倍，即 f ? 2fmax。實(shí)際應(yīng)用中，常取 f ?（ 5~10） fmax。它的組成原理電路與工作波性如圖 (a)、 (b)所示。采樣期間，開關(guān) S閉合，輸入電壓 VIN通過 A1對 CH快速充電，輸出電壓 VOUT跟隨 VIN變化；保持期間，開關(guān) S斷開，由于 A2的輸入阻抗很高，理想情況下電容 CH將保持電壓 VC不變，因而輸出電壓 VOUT=VC也保持恒定。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。 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。 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。 在 A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應(yīng)與后級的 A/D轉(zhuǎn)換相配合，該電平信號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。 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)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號，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)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號、信號保持作用 結(jié)構(gòu)簡單，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)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用 采樣保持器實(shí)現(xiàn)模擬信號保持功能 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，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。 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。 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。 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。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。 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。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。
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