計算機控制技術第二章(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 保持器 路電理原)a( 性波作工)b(采樣 保持采樣保持器圖 鏈接動畫 顯然，保持電容 C H的作用十分重要。實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。保持電壓 VC的變化率為 式中： ID為保持期間電容的總泄漏電流，它包括放大器的輸入電流、開關截止時的漏電流與電容內部的漏電流等。 電容 CH值 增大電容 CH值可以減小電壓變化率，但同時又會增加充電即采樣時間，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。一般情況下，保持電容 CH是外接的，所以要選用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高質量的電容器，容量為 510~1000pF。 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，其內部結構和引腳如圖所示。這里，用 TTL邏輯電平控制采樣和保持狀態，如 AD582的采樣電平為 “ 0”，保持電平為 “ 1”，而 LF198的則相反。 在 A/D通道中，采樣保持器的采樣和保持電平應與后級的 A/D轉換相配合，該電平信號既可以由其它控制電路產生，也可以由 A/D轉換器直接提供。 總之，保持器在采樣期間，不啟動 A/D轉換器，而一旦進入保持期間，則立即啟動 A/D轉換器，從而保證 A/D 轉換時的模擬輸入電壓恒定，以確保A/D轉換精度。 模擬量輸出通道 本節主要內容 ? 模擬量輸出通道的組成 ? 輸出方式 ? 模擬量輸出通道的任務 把計算機處理后的數字量信號轉換成模擬量電壓或電流信號，去驅動相應的執行器，從而達到控制的目的 。 ? 模擬量輸出通道 (稱為 D/A通道或 AO通道 )構成 一般是由接口電路、數 /模轉換器 (簡稱 D/A或 DAC)和電壓 /電流變換器等 。 ? 模擬量輸出通道基本構成 多 D/A結構（圖 (a)）和共享D/A結構（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結構 PC 總 線 特點： 一路輸出通道使用一個 D/A轉換器 D/A轉換器芯片內部一般都帶有數據鎖存器 D/A轉換器具有數字信號轉換模擬信號、信號保持作用 結構簡單，轉換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨立 缺點是所需 D/A轉換器芯片較多 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A V/I V/I 多 路 開 關 采樣保持器 采樣保持器 （ b）共享 D/A結構 PC 總 線 圖 特點： 多路輸出通道共用一個 D/A轉換器 每一路通道都配有一個采樣保持放大器 D/A轉換器只起數字到模擬信號的轉換作用 采樣保持器實現模擬信號保持功能 節省 D/A轉換器， 但電路復雜，精度差，可靠 低、占用主機時間 輸出方式 ? 1 電壓輸出方式 ? 2 電流輸出方式 多數 D/A轉換芯片輸出的是弱電流信號，要驅動后面的自動化裝置，需在電流輸出端外接運算放大器。根據不同控制系統自動化裝置需求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出以及自動 /手動切換輸出等多種方式。 1 電壓輸出方式 由于系統要求不同，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。下面以 8位的 DAC0832芯片為例作一說明。 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 顯然， VOUT和 B 成正比關系，輸入數字量 B 為 00H 時， VOUT也為 0 ；輸入數字量 B 為 FFH即 255時， VOUT 為與 VREF 極性相反的最大值。 DAC單極性輸出方式如圖 所示， 由式(31)可得輸出電壓 VOUT的單極性輸出表達式為： 2． DAC雙極性輸出方式 DAC雙極性輸出方式如圖 所示。 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 為運算放大器， A點為虛地，故可得： 解上述方程可得雙極性輸出表達式： 0321 ??? III 25 6R E F1O U T VBV ???RVI2R E F1 ? RVI22OUT2 ?RVI O U T13 ? 圖中運放 A2 的作用是將運放 A1 的單向輸出變為雙向輸出。當輸入數字量小于 80 H即 128時，輸出模擬電壓為負；當輸入數字量大于 80 H即 128時，輸出模擬電壓為正。其它 n位 D/A轉換器的輸出電路與 DAC0832 相同，計算表達式中只要把 281改為 2n1即可。 18R E F18O U T 2 2)2(?? ??? VBV?????????? ?? 12B18R E FO U T 2 VV或 2 電流輸出方式 因為電流信號易于遠距離傳送，且不易受干擾，特別是在過程控制系統中，自動化儀表只接收電流信號，所以在微機控制輸出通道中常以電流信號來傳送信息，這就需要將電壓信號再轉換成電流信號，完成電流輸出方式的電路稱為 V/I變換電路。 電流輸出方式 一般有兩種形式： 1．普通運放 V/I變換電路 2．集成轉換器 V/I變換電路 1．普通運放 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是負載的等效電阻。輸入電壓 Vin 經輸入電阻進入運算放大器 A，放大后進入三極管 T T2。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，形成運放 A的差動輸入信號。該變換電路由于具有較強的電流反饋，所以有較好的恒流性能。 （ 2） 4 ~ 20 mA的輸出 1 ~ 5 V/ 4 ~20 mA的變換電路中兩個運放 A A2均接成射極輸出形式。 + A 1 + A 2 T 2 T 1 T 3 V in 1~5V R 1 R 2 R f R L R 3 C I f I 2 I 0 I 1 V 1 V 2 + V s 圖 1～ 5V/4～ 20mA 的變換電路 V 3 2．集成轉換器 V/I變換電路 集成 V/I轉換器 ZF2B20采用單正電源供電，電源電壓范圍為 10～ 32V， ZF2B20的輸入電阻為 10KΩ ，動態響應時間小于 25μS ，非線性小于土 ％。 通過 ZF2B20可以產生一個與輸入電壓成比例的輸出電流，其輸入電壓范圍是 0～ 10V，輸出電流是 4～ 20mA。它的特點是低漂移，在工作溫度為 25～ 85℃ 范圍內，最大溫漂為 ％ /℃ 。利用