第2章输入输出接口与过程通道-2

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1、2.1 2.1 总线技术总线技术2.2 2.2 总线扩展技术总线扩展技术2.3 2.3 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道2.4 2.4 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道 2.5 2.5 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道2.6 2.6 基于串行总线的计算机控制系统硬件技术基于串行总线的计算机控制系统硬件技术2.7 2.7 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术2.4 2.4 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道 2.42.4模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道2.4.1 2.4.1 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成 模

2、拟量输入通道的任务是把系统中检测到的模拟模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 由图可知，模拟量输入通道一般由由图可知，模拟量输入通道一般由I/VI/V变换，多变换，多路转换器，采样保持器，路转换器，采样保持器，A/DA/D转换器，接口及控制逻转换器，接口及控制逻辑辑等组成。等组成。图图2.14 模拟量输入通道的组成结构模拟量输入通道的组成结构2.4.2 2.4.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换1. 信号调理电路信号调理电路 信号调理电路将传感器的非电量或非标准电信号信号调理电路将传感器的非

3、电量或非标准电信号转换成标准电信号。常用的手段有变换、放大、滤波、转换成标准电信号。常用的手段有变换、放大、滤波、线性化、补偿等。线性化、补偿等。1）非电信号检测）非电信号检测-不平衡电桥不平衡电桥激励源接哪里？激励源接哪里？输出从何处得到？输出从何处得到？ R2=R3，R1=100 ， Rpt=100 (0) 电桥处于什么状态，输出是多少？电桥处于什么状态，输出是多少？ 温度变化时，铂电阻阻值温度变化时，铂电阻阻值热电阻测温电桥热电阻测温电桥pt00( )( )R tRt tRR 热电阻连接导线产生测量误差及消除方法热电阻连接导线产生测量误差及消除方法 热电阻的连接导线很热电阻的连接导线很长

4、时，采用两线制则将导长时，采用两线制则将导线电阻计入测量桥臂，引线电阻计入测量桥臂，引起测温误差。起测温误差。 采用三线制接线则会采用三线制接线则会抵消导线电阻的影响。抵消导线电阻的影响。 要求三根线要等长度、要求三根线要等长度、等线经、同质材料。等线经、同质材料。 补偿原理是什么？补偿原理是什么？ 三线制接线，引线三线制接线，引线A和引线和引线B分别分别处于不同的桥臂，导线电阻及其温处于不同的桥臂，导线电阻及其温度变化会相互抵消。度变化会相互抵消。热电阻三线制接线图热电阻三线制接线图R3R2R12 2） 信号放大电路信号放大电路信号放大是最常用的调理电路。传感器输出信号信号放大是最常用的调理

5、电路。传感器输出信号达不到标准电平，必须放大。放大器一般均由运放构成。达不到标准电平，必须放大。放大器一般均由运放构成。运放选择：精度（失调及失调温漂），速度运放选择：精度（失调及失调温漂），速度(带带宽宽)，摆幅（电源电压范围），共模抑制比。，摆幅（电源电压范围），共模抑制比。2 2） 信号放大电路信号放大电路（1） 采用采用ILC7650的前置放大电路的前置放大电路 ILC7650是自校零低失调电压放大器。是自校零低失调电压放大器。失调电压失调电压Vos：0.7uV，失调温漂，失调温漂0.01uV/ ;输入电阻输入电阻106M，单位增益带宽，单位增益带宽2MHz；输出摆幅输出摆幅-4.85

6、V4.95V，增益，增益1-500；CMRR 130dBILC7650ILC7650的前置放大电路的前置放大电路（2 2） AD526AD526可编程仪用放大器可编程仪用放大器 AD526 AD526 一般介绍一般介绍 AD526是单端、单芯片软件可编程增益放大器。有是单端、单芯片软件可编程增益放大器。有1、2、4、8、16五种增益。它含有放大器、电阻网络和五种增益。它含有放大器、电阻网络和TTL兼容的锁存输入，无需外部器件即可工作。兼容的锁存输入，无需外部器件即可工作。 低增益误差和低非线性度使低增益误差和低非线性度使AD526非常适合需要可编非常适合需要可编程增益的精密仪器应用。程增益的精

7、密仪器应用。 增益为增益为16时，小信号带宽为时，小信号带宽为350kHz。FET输入级的偏输入级的偏置电流低至置电流低至50pA。利用激光调整技术，可保证最大输入。利用激光调整技术，可保证最大输入失调电压为失调电压为0.5mV。增益在。增益在1、2、4时，增益误差低至时，增益误差低至0.01%。 (VOF)(VOS)/CLKA0A2 AD526 AD526 引脚引脚DGND 数字地AGND1 模拟地1 AGND2 模拟地2 AD526内部结构图内部结构图 AD526 AD526 工作模式工作模式透明模式透明模式 （CLK接地）接地） 引脚引脚B=1，CS=0，A2A1A0 的值决定放大器增益

8、。增益的值决定放大器增益。增益 随随A2A1A0变化。变化。 锁存模式锁存模式 (CLK 由逻辑控制由逻辑控制) 引脚引脚B=1，CS=0， A2A1A0的值在的值在CLK=1时被锁存；当时被锁存；当CLK=0时，锁存解除。易于与时，锁存解除。易于与CPU接口。接口。 增益控制表增益控制表 AD526 基本接法基本接法DGNDCSAGND2AGND1BVOFVOS2. I/V2. I/V变换变换功能：将变送器输出的标准信号功能：将变送器输出的标准信号0 010mA10mA或或4 420mA20mA，变，变 换成标准换成标准0 05V5V电压信号电压信号。 1. 1. 无源无源I/VI/V变换变

9、换无源无源I IV V变换主要是利用无源器件变换主要是利用无源器件电阻电阻来实现，并加来实现，并加滤波和输出限幅滤波和输出限幅等保护措施。等保护措施。滤波保护输入：输入： 0 010mA10mA输出：输出： 0 05V 5V 电阻值：电阻值：R1=100 R1=100 R2=500( R2=500(精密电阻精密电阻) )输入：输入： 4 420mA20mA输出：输出： 1 15V5V电阻值：电阻值：R1=100R1=100， R2=250(R2=250(精密电阻）精密电阻）2.2.有源有源I/VI/V变换变换有源有源I IV V变换由运算放大器、电阻等组成。同相放大电变换由运算放大器、电阻等组

10、成。同相放大电路，路，把电阻把电阻R R1 1上产生的输入电压变成标准的输出电压上产生的输入电压变成标准的输出电压。输入：输入：0 010mA10mA，输出：，输出：0 05V5V电阻值：电阻值：R1=200R1=200, R3=100K, R4=150K, A=2.5 R3=100K, R4=150K, A=2.5输入：输入：4 420mA20mA，输出：，输出：1 15V 5V 电阻值：电阻值： R1=200R1=200, R3=100K, R4=25K, A=1.25 R3=100K, R4=25K, A=1.25341RRA 同相放大电路的同相放大电路的放大倍数为放大倍数为输入电流输入

11、电流I I在取样电阻在取样电阻R R2 2上产生电压，就是运放上产生电压，就是运放1 1的输的输出，出，V VO1O1= -IR= -IR2 2。运放运放2 2将将V VO1O1反相，并给予一定的增益。反相，并给予一定的增益。V=-VV=-VO1O1* *R Rf f/R/R3 3=I=I（R R2 2/R/R3 3）* *R Rf f令令 R2=250R2=250，R3=1kR3=1k，Rf=4.7kRf=4.7k可调可调I=0I=010mA10mA，R Rf f=2K=2K，V=05V。I=4I=420mA20mA，R Rf f=1K=1K，V=15V。 2.4.32.4.3 多路转换器多