机电一体化系统设计-第五章 工业控制计算机及其接口技术（5.2计算机接口技术）

一、信息采集接口

1、转换形式2、常用的A/D转换器

A/D转换器的工作原理逐次逼近式A/D转换器的原理如图5-1所示。由逐次逼近存放器、D/A转换器、比较器和缓冲存放器等组成。当启动信号由高电平变为低电平时，逐次逼近存放器清0，这时，D/A转换器输出电压Uo也为0。当启动信号变为高电平时，转换开始，同时，逐次逼近存放器进行计数。图5-1A/D转换器的原理在第一个时钟脉冲到来时，控制电路把最高位送到逐次逼近存放器，使它的输出为10000000，这个输出数字一出现，D/A转换器的输出电压Uo就成为满量程值的128/255。这时，假设Uo>Ui，那么作为比较器的运算放大器的输出就成为低电平，控制电路据此去除逐次逼近存放器中的最高位；假设Uo≤Ui，那么比较器输出高电平，控制电路使最高位的1保存下来。假设最高位被保存下来，那么逐次逼近存放器的内容为10000000，下一个时钟脉冲使次低位D6为1。于是，逐次逼近存放器的值为11000000，D/A转换器的输出电压Uo到达满量程值的192/255。此后，假设Uo>Ui，那么比较器输出为低电平，从而使次高位复位；假设Uo<Ui，那么比较器输出为高电平，从而保存次高位为1……。重复上述过程，经过N次比较以后，逐次逼近式存放器中得到的值就是转换后的数值。2.8位A/D转换器ADC08093.ADC0808/0809的外引脚功能

IN0～IN7——8个模拟量输入端。START——启动A/D转换器，当START为高电平时，开始A/D转换。EOC——转换结束信号。当A/D转换完毕之后，发出一个正脉冲，表示A/D转换结束。OE——输出允许信号。如果此信号被选中，那么允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。CLOCK——时钟信号。ALE——地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入A/D转换器。ADDA、ADDB、ADDC——通道号地址选择端。D7～D0——数字量输出端。UREF〔+〕、ＵREF〔-〕——参考电压输入端，分别接+、-极性的参考电压，用来提供D/A转换器权电阻的标准电平。4.ADC0808/0809和8086CPU的连接图

MOVAL，00H；可以是不为00H的其他数字OUT78H，AL；选通IN0通路并开始转换MOVAL，00H；OUT7FH，AL；选通IN7通路并开始转换…转换结束，ADC0808/0809从EOC端发出一个正脉冲信号，通过中断控制器8259A向CPU发出中断请求，CPU响应中断后，转去执行中断效劳程序。在中断效劳程序中，执行一条输入指令，即可读取转换后的数据。8255A芯片8255A芯片的控制字及其工作方式8255A工作方式控制字格式：

MOVAL,98H；8255初始化OUT83H,AL；MOVAL,00HOUT81H,AL；选择通道000ADDAL,10HOUT81H,AL；PB4=1启动ADC转换SUBAL,10HLOOP:INAL,82H；从C口的PC7检查EOCTESTAL,80H；检查EOCJZLOOP；PC7=0继续查询INAL,84H；OE有效INAL,80H；由A口读入数据HLT暂停二、模拟量输出接口

D／A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开头等组成，典型的R—2R网络D／A原理图如图5—21所示。从图中可见，不管电子开关接在2点还是接地，流过每个支路的2R上的电流都是固定不变的，从参考电压端看其输入电阻为R，从参考电源流入的总电流为J，那么每个支路〔流经2R电阻)的电流依次为：J／2，J／4，J／8．J／16，而I=VREF／R。故输出电压为

vOUT＝—VREF／24[d3·23+d2·22+d1·21+d0·20]

式中d3～d0为输入代码，d＝“o〞，那么开关接地；d＝“1〞，那么开关接到输出上。

如果采月n个电子开关组成的网络，那么

vOUT＝—VREF／2n[dn-1·2n-1+……+d0·20]式中n指D／A电路能够被转换的二进制位数，如有8位、10位、12位等，有时也称为分辨率。三、直流伺服电动机功率接口

PWM放大器的优点是功率管工作在开关状态，管耗小。它的根本原理是：利用大功率晶体管的开关作用，将直流电源电压转换成一定频率(例如2000HZ)的方波电压，加在直流电动机的电枢上，通过对方波脉冲宽度的控制，改变电枢的平均电压，从而调节电机的转速。直流伺服电机控制接口四、交流电动机变频调速功率接口

1、变频器种类通用变频器：节能，节电20%，用于压缩机、泵、搅拌机、挤压机等；提高控制性能实现自动化，用于运输机械、起重机等。纺织专用变频器：改善传动特性，实现自动化。如纺织、化纤机械。

矢量控制变频器：提高传动精度及实现系统的集散控制。冶金、印刷、造纸。要求高精度的转矩控制，加速度大，能与上位机进行通讯。机床专用变频器：用于机床主轴传动控制，以满足工艺上要求得大加减速转矩，宽广的恒功率控制及高精度的定位控制，提高机床自动化。电梯专用矢量变换控制变频器：实现缓慢平稳的升降速。高频变频器：用于超精密加工、高速电动机。如专用脉冲调幅型变频器，频率达3kHZ，对应转速18×104r/min。2、变频器选择分析控制对象的负载特性选择电动机的容量根据用途选择适宜的变频器类型确定变频器容量

五、步进电机功率驱动接口

(一)脉冲分配脉冲分配软件脉冲分配

软件环形分配器的设计方法有很多，如查表法、比较法、移位存放器法等，它们各有特点，其中常用的是查表法。步序导电相工作状态数值（16进制）程序的数据表正转反转CBATABA00101HTAB0DB01HAB01103HTAB1DB03HB01002HTAB2DB02HBC11006HTAB3DB06HC10004HTAB4DB04HCA10105HTAB5DB05H〔二〕步进电动机的功率放大1．单电压功率放大电路

此电路的优点是电路结构简单，缺乏之处是Rc消耗能量大，电流脉冲前后沿不够陡，在改善了高频性能后，低频工作时会使振荡有所增加，使低频特性变坏。2．上下电压功率放大电路电源U1为高电压，电源大约为80～150V，U2为低电压电源，大约为5～20V。在绕组指令脉冲到来时，脉冲的上升沿同时使VT1和VT2导通。由于二极管VD1的作用，使绕组只加上高电压U1，绕组的电流很快到达规定值。到达规定值后，VT1的输入脉冲先变成下降沿，使VT1截止，电动机由低电压U2供电，维持规定电流值，直到VT2输入脉冲下降沿到来VT2截止。缺乏之处是在上下压衔接处的电流波形在顶部有下凹，影响电动机运行的平稳性。

3．斩波恒流功放电路特点：当Vin为“0〞电平，由与门A2输出Vb为“0〞电平，功率管〔达林顿管〕VT截止，绕组W上无电流通过，采样电阻上R3上无反响电压，A1放大器输出高电平；当Vin为高电平时，由与门A2输出的Vb也是高电平，功率管VT导通，绕组W上有电流，采样电阻上R3上出现反响电压Vf，由分压电阻R1、R2得到设定电压与反响电压相减，来决定A1输出电平的上下，来决定Vin­信号能否通过与门A2。假设Vref­>Vf时Vin信号通过与门，形成Vb正脉冲，翻开功率管VT；反之，Vref­<Vf时Vin信号被截止，无Vb正脉冲，功率管VT截止。这样在一个Vin脉冲内，功率管VT会屡次通断，使绕组电