计算机控制系统第2章输入输出接口及过程通道技术

1、 图2-1 输入输出过程通道组成结构图 图2-2 模拟量输入通道方框图图2-3 热电偶变送器输入电路 2iEFtABtCuW()VVEVEVVt1CuEIR200t1Cu1CuCu(20 0)()EE,IRIRR 图2-4 仪表放大器结构0BAABuuuu 0bABauRGuuR I1I2IGgguuuiRRAB12Ig2()1GgRuiRRRuR0ABIg21RuuuR 0VIg21uRAuR 图2-5 AD620引脚图 图2-6 AD620典型应用图2-7 AD620在压力检测电路中的应用图2-8 隔离放大器的符号 图2-9 变压器耦合两端隔离放大器图2-10 AD210电路结构图2-11

2、 AD210在热电偶测量中的应用 图2-12 二线制变送器的连接图2-13 无源I/V 变换电路图2-14 有源同相输入I/V 变换电路图2-15 有源反相输入I/V 变换电路 在计算机测控系统中，被控量与被测量的回路往往是几路或几十路，此时往往采用公共的A/D、D/A转换电路，利用多路转换开关轮流切换各被控或被测回路与A/D、D/A转换电路间的通路，以达到分时复用的目的。 图2-16 CD4051结构原理图图2-17 CD4051引脚图图2-18 CD4052结构原理图 图2-19 CD4052引脚图 在计算机测控系统中，模拟量输入通道的变化范围会随被测量所处的环境和时间的变化而变化，因此希

3、望能自动改变放大器的增益，使信号通过放大器后，具有合适的动态范围，即实现自动量程切换，以便于A/D转换或信号调理。 此外，在多路数据采集系统中，也可能遇到各路信号动态范围不一致的情况，这时希望放大器对不同的通路具有不同的增益，以实现相同的动态输出。 图2-20 用仪表放大器实现的可编程增益放大器图2-21 LH0084电路结构 图2-22 正弦模拟信号cos2cosmmduUtfUtdt2mufUtA/D2mUfU tA/D100%2100%mUftU 图2-23 采样保持电路图2-24 LF398采样保持器原理图图2-25 LF398典型应用图2-26 AD582原理及外引脚图2-27 AD

4、582应用电路 图2-28 AD574原理框图 图2-29 AD574单极性输入电路 图2-30 AD574双极性输入电路 图2-31 AD574与外部的连接图2-32 8通道模拟输入板 图2-33 数字量保持方案图2-34 模拟量保持方案 图2-35 DAC1210 原理图图2-36 DAC1210与PC/XT总线的接口 图2-37 V/I转换电路a)、b) 电流串联负反馈形式 c) 电流并联负反馈形式 d) 电流并联正反馈形式 开关量输入输出通道一般由三部分组成： CPU接口逻辑、输入缓冲器和输出锁存器、输入输出电气接 口( 亦即开关量输入信号调理和输出信号驱动电路) 。 一般情况下，各种

5、开关量输入输出通道的前两部分往 往大同小异，所不同的主要在于输入输出( IO )电气 接口。典型的开关量输入输出通道结构如图图2-38所示。图2-38 典型的开关量输入/输出通道 图2-39 数字量输入通道结构图 数字量输入通道主要由输入调理电路、输入缓冲器、输入地址译码电路等组成，如图2-39所示。 图2-40 数字量输入通道a) 积分电路数字量输入 b) R-S触发器数字量输入图2-41 采用光电耦合器隔离开关量输入 图2-42 输入电平变换 图2-43 隔离及电平变换电路图2-44 数字量输出通道 数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码等组成，如图2-44所示。 图

6、2-45 光电隔离开关量输出电路图2-46 小功率驱动电路图2-47 中功率驱动电路图2-48 ULN2003达林顿阵列驱动器a ) ULN2003 结构图 b) 复合管内部结构图2-49 过零型固态继电器的结构 图2-50 静电耦合示意图图2-51 电磁耦合示意图图2-52 电源共阻抗耦合干扰图2-53 公共地线耦合干扰图2-54 输出阻抗耦合干扰 图2-55 电阻耦合的等效电路1、2为平行线 干扰往往沿着过程通道进入计算机，其主要原因是过程通道与计算机之间存在公共地线，而且首当其冲是A/D和各种输入装置。 所以要求这些设备有很强的抗干扰能力，而且要设法削弱来自公共地线的干扰，以提高过程通道

7、的抗干扰性能。图2-56 干扰信号形式 图2-57 串模干扰示意图图2-58 热电偶线路中的串模噪声图2-59 二级阻容滤波器网络 图2-60 共模干扰示意图 图2-61热电偶测温线路中的共模噪声 图2-62 共模噪声电压Ucm的影响图2-63 双线传输电路图2-64 脉冲光电耦合图2-65 双层浮地屏蔽保护原理图nn1nnn11yyyynnnnyyayyya , ,(2-33) (2-34) (2-35) Nn11Niiyy=N 1n-i01Nniyy-=(2-36) (2-37) N 10in iniyC y-=11(1),1fnnnffTya yayaTTTT-=-+=+ (2-38) QKP=D43243210Ta Ea Ea Ea Ea=+