【文档说明】计算机控制系统——chapter2输入输出接口与过程通道课件.ppt，共(233)页，4.134 MB，由小橙橙上传

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计算机控制技术ComputerControlledSystem中南大学信息科学与工程学院袁艳2022年11月13日中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道第二章输入输出接口与过程通道概述2.1数字量输入输出通道2.2A/D转

换器及其接口技术2.3模拟量输入通道2.4D/A转换器及其接口技术2.5模拟量输出通道2.6硬件抗干扰技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道概述接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。接口技术是研究计算机与外部

设备之间如何交换信息的技术。过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，根据信息的来源和类型不同，可以分为模拟量输入/输出通道（AI/AO），数字量（或开关量）输入/输出通道（DI/DO）四种

。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道输入通道又称为检测通道。一般，反映生产过程状态的各种参数(如压力、流量、温度、速度、位置等)都是随时间变化的模拟量，它们通过检测元件和变送器转换成相应的模拟电流或电压信号后，必须通过模拟量输入通道转换成

相应的数字信号后才能送入计算机。而生产过程中的一些开关量、电平信号、脉冲量，以及一些数字传感器等产生的数字信号等，则可直接通过数字量输入通道送入计算机。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程

通道输出通道又称为控制通道。由于计算机输出的控制信号是数字量，而很多生产过程的执行机构却要求提供模拟电压或电流，这就必须采用模拟量输出通道，将数字量转换成模拟电压或电流。如果执行机构只要求提供数字量(如开关量、脉冲量或其他形式的

数字量)，则应采用数字量输出通道。输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道1、过程通道的组成框图如图2.1所示。2、通道与接口通道：信号变换电路；

接口：主机与外设的连接电路（信号传输控制电路）。3、显示、报警、时钟的作用显示：指示运行状态；报警：报告故障状态；时钟：提供系统时钟。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.1计算机控制系统的过程通道显示打印报警计算机接口电路模拟量输入通道

数字量输入通道生产过程模拟量输出通道数字量输出通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.1数字量输入输出通道返回2.1.1数字量输入输出接口技术2.1.2数字量输入通道2.1.3数字量输出通道中南大学信息科学与工程学院自

动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.1.1数字量输入输出接口技术1、数字量数值量信号是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。如：开关的合与开，指示灯的亮与灭，继电器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等

。开关量（数字量）的种类按类型分有电平式和触点式两种电平式为高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道按电源分有有源和无源两种有源即直接提供高、低电平;无源即提供物理触点，或感应器件。常见的

数字信号有：编码数字（二进制或十进制）：如成组拔码开关设置控制给定值或控制参数，用绝对编码的编码器检测位置等。开关量：如按钮或转换开关的启/停、阀门的开/闭，指示灯亮/灭等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道数字脉冲列信号：如

光电脉冲编码器检测速度、晶闸管的脉冲触发器等。特点：幅值离散，可用一位或多位二进制码表示。2、数字量输入接口缓冲器－防止外设数据干扰数据总线。三态门缓冲器74LS244，用来取得设备的输入状态信息，可同时输入8个开关状态。原理：经过

端口地址译码得到片选信号CS，当在执行IN指令周期时，产生IOR信号，则被测的状态信息可通过三态门送到PC总线工业控制机的数据总线，然后装入AL寄存器。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道数字量输入接口中

南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道实现：可用如下指令完成8个开关量的状态采集：MOVDX,portIN

AL,DX其中port为片选端口的地址，在初始化程序中分配。三态门缓冲器74LS244用来隔离输入和输出线路，起缓冲作用。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、数字量输出接口—锁存器用74LS273作为8位输

出锁存口，对状态输出信号进行锁存。保持到下次给出新的状态输出信号。原理：经过端口地址译码，得到片选信号CS，当执行OUT指令周期时，产生IOW信号。由于PC总线工业控制机的I/O端口写总线周期时序关系中，

总线数据D0~D7比IOW下降沿稍晚，因此可利用IOW的后沿产生的上升沿锁存数据。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术

讲义第二章输入输出接口与过程通道返回经过端口地址译码，得到片选信号CS，当在执行OUT指令周期时，产生IOW信号。实现：可用下列指令完成8位开关量的输出控制。MOVAL,DATAMOVDX,portOUTDX,AL中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章

输入输出接口与过程通道2.1.2数字量输入通道1、数字量输入通道的结构如图2.2所示。主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成。2、输入调理电路作用：将信号经转换、安全保护、消除抖动、滤波、隔离处理后转换成计算机能接收的逻辑信号。(1)信号转换处理逻辑上表现为

“1”或“0”，信号形式为电压、电流信号或开关的通断，幅值范围不符合数字电路的要求（标准TTL电平0~5V），需经转换处理。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道输入缓冲器输入调理电路地址译码器来自生产过程PC总

线图2.2数字量输入通道结构74LS244中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(2)安全保护措施对可能出现的输入过电压（稳压管）、瞬间尖峰（稳压管、压敏电阻）或极性接反（二极管）的情况，采取安全保护措施。(3)消除机械抖动影响操作

按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在通/断时会产生机械抖动，体现在计算机输入上是输入信号在0、1间多次振荡，可能导致错误控制。方法：积分电路或R-S触发器消除消除（P21图2.4所示）。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道消除抖动电路中南

大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道双稳态消抖电路工作原理：该电路主要由两个RS触发器构成，当开关S处于常闭位置时，1端为低电平，输出端A则为高电平；此时3、4端均为高电平，输出端B则为低电平，2端被锁定。这样，开关触头即使在常闭

端产生振颤，但只要不和常开端连接，B端(2端)电位不变，则输出端A始终处于高电平。同理，开关处于常开位置时也是如此。因此，该电路在开关闭合或断开时只产生一个脉冲，触点抖动现象被消除。11123＋5VS输出A输出B4中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二

章输入输出接口与过程通道(4)滤波处理长线传输、电路内外部干扰，使输入信号中带有干扰信号，造成计算机的误读出错。方法：RC滤波电路等。(5)隔离处理用于现场输入设备与计算机系统间的隔离保护，保障计算机系统安全。使测控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。价格低廉，可靠性好。方

法：光电耦合器件隔离、变压器磁隔离。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道光电耦合器又称光隔离器，能实现输入与输出之间隔离。它通过光传输信号，输入端为发光二极管，输出端为光敏三极管。当输入端有电流输入时，发光二极管会发光，输出端由于光敏效应三极

管导通，产生相应的电信号。因为器件的输入和输出在电气上是绝缘的，故可以起到隔离干扰的作用。原理：光的有/无→光敏管的通/断→电位的高/低。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道光电隔离及电平转换电路当开关S

闭合时，发光二极管导通发光，光耦合作用使光敏三极管导通，对应“1”状态输入；反之，开关S打开，则发光二极管不发光，光敏三极管截止，对应“0”状态输入。光敏三极管发光二极管+48VC1中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道光电耦合器的种类：

一般隔离用光耦，交流用光耦，高速光耦(6N137系列)，PhotoMOS继电器(输出为MOSFET)。(6)应用实例小功率输入调理电路：如图2.4（P21）所示。大功率输入调理电路：如图2.5（P21）所

示。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.1.3数字量输出通道1、数字量输出通道的结构如图2.3所示。主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。2、输出驱动电路功能：输出锁存器输出的信号的电压等级、输出功率

无法满足执行机构的要求，应进行隔离处理、电平转换和功率放大。根据被控对象控制信号的作用要求，将开关量输出信号转变为以下形式：TTL电平逻辑信号、电子无触点开关输出和继电器输出等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算

机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道输出锁存器输出驱动器地址译码器去生产过程PC总线图2.3数字量输出通道结构74LS273中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道实现：(1)中小功率直流驱动电路这类电路一般用于驱动发光二极

管、LED显示器、小功率继电器等元件或装置，要求电路的驱动能力为10~40mA或50~500mA。一般采用功率晶体管输出驱动继电器的电路，如P22图2.7所示。除此以外，目前还较多采用达林顿阵列输出驱动继电器的电路。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道功率晶体管输出驱动继电器因为继电器线圈是感性负载，所以继电器线圈J两端必须并联反电势保护用续流二极管VD。JR功率晶体管VD＋24V中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出

接口与过程通道MC1413（国产型号为5G1413）是七路达林顿驱动器阵列，每一路为集电极开路的反相器（相当于OC门），其电流放大系数hFE≈1500倍，ICM≥200mA。但七路同时工作时，每路的电流应小于40mA。每个内部反相器的输出端还接有续流

二极管VD。MC1413的内部结构如图2.8(P22)所示。MC1413亦可用ULN2003A来代替。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(2)大功率交流驱动电路如图2.

9(P23)所示。通过固态继电器的触点控制大功率接触器的通断，完成从直流低压到交流高压，小功率到大功率的转换。输入输出间采用光电耦合器进行隔离。固态继电器（SSR）是一种无触点功率型电子开关。它利用光电隔离技术

实现了控制端（输入端）与负载回路（输出端）之间的电气隔离，同时又能控制电子开关的动作。它具有驱动功率小、噪声低、抗干扰能力强、开关速度快、体积小、寿命长、无触点、能与CMOS、TTL电路兼容等优点，在许多场合可取代电磁继电器（EM

R）用于自动控制。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道按照负载电源来划分，SSR有直流固态继电器(DC-SSR)、交流固态继电器(AC-SSR)两种。DC-SSR属于五端器件，它以功率晶体管为开关器件，控制

直流负载电源的通断。AC-SSR属于四端器件，以双向晶闸管（TRIAC）作开关器件，用来控制交流负载电源的通断。它们至少包括以下四部分：输入电路，隔离电路（一般为光耦合器），开关电路（功率晶体管或双向晶闸管），保护电路（续流二极管或RC吸收网络）。对于过零型AC-SSR，还有过零触发器和过零检测器

，仅当交流电源电压u通过零点时才被接通。SSR典型产品有美国国际整流器公司（IR）生产的16045580（DC-SSR，驱动电流IS＝3~8mA）；SP2210（AC-SSR，IS＝10~20mA）。中南大学信息科

学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道直流型固态继电器的结构和工作原理其结构一般由耦合电路、整形放大电路、开关电路和吸收电路四部分构成，结构如图所示。T-+4321负载SRLDR2R1整形

放大电路直流电源直流电源中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道各部分作用①耦合电路由光电耦合器组成，作用是耦合控制信号同时实现隔离；②整形放大电路的作用是将光电管接收到的控制信号进行整形放大用于触发电子开关；③开关电路的作用是使电子开关T导通与负载

构成回路；④吸收电路D的作用是用于防止从负载电源传来的尖峰、浪涌电压对开关器件的冲击。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道过零型固态继电器（AC-SSR）的结构和工作原理过零检测电路（零交叉电路）可使交流电压变化

到零状态附近时让电路接通，从而减少干扰。电路接通以后，由触发电路给出晶闸管器件的触发信号。R1～R2RLCSCRI/O接口+5V过零检测触发电路交流电源DR1～R2RLCI/O接口+5V过零检测交流电源D中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道SSR应用

中应注意的问题①直流型和交流型用途不同，不能互换。②交流型有过零型和移相型两种，要求射频干扰小的场合应使用过零型。③使用交流型应有吸收电路。④SSR的输入均为发光二极管，可直接由TTL驱动，也可以用CMOS电路再加

一级跟随器驱动。驱动电流约5~10mA时输出端导通，1mA以下输出端断开。⑤选用SSR时，电压和电流是两个最重要的参数。⑥为减少SSR的射频干扰，可在电源变压器原边处与电源引线之间并接0.047μF电容。⑦切忌负载短路。返回中南大学信息科学与工

程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.2A/D转换器及其接口技术返回2.2.1A/D转换器2.2.2A/D转换器接口技术中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.2.1A

/D转换器定义：A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置。转换方式包括：双斜积分式(间接比较式)：转换时间长（几十毫秒~几百毫秒），精度高，抗干扰能力强；常用的双斜积分式A/D转换器有3位半的M

C14433，4位半的ICL7135等。逐次逼近式(直接比较式)：转换时间短（几微秒~几百微秒），可很好地兼顾速度和精度，抗干扰能力差，在16位以下的A/D转换器中广泛应用。常用的逐次逼近式A/D转换器有8位分辨率的ADC0809，12位分

辨率的AD574等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道1、主要技术指标转换时间：完成一次模拟量到数字量转换所需的时间。低速：1~30毫秒；中速：50微秒左右；高速：50纳秒左右。逐次逼近式A/D转换器的转

换时间为1~200μs。分辨率（字长）：转换器对微小输入量变化的敏感程度。用数字量的位数n来表示，如8位、12位、16位等。线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。用LSB的分数表示，如1/2LSB或±1LSB。中南大学信息科学与工程学

院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道量程：指所能转换的电压范围，如0~5V、-5V~+5V、0~10V等。转换精度：指转换后所得结果相对于实际值的准确度，有绝对精度与相对精度两种表示。绝对精度常用数字量的位数表示，如绝

对精度为±(1/2)LSB。相对精度用相对于满量程的百分比表示。例如，满量程为10V的8位A/D转换器，其绝对精度为±1/2×10/28＝±19.5mV，而相对精度为1/28×100％≈0.39％。应该注意，精度和分辨率是两个不同的概

念。即使分辨率很高，但由于温度漂移、线性不良等原因，也可以造成精度不是很高。LSB：数字量的最低有效位，对应于满量程输入的。(LeastSignificantBit)n21中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道理想输出模拟输出数字输入实际输出偏

差实际转换关系曲线上的模拟值与理想直线的偏差。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道对基准电源的要求：基准电源的精度对整个系统的精度产生很大影响。（是否外接精密基准电源。）功耗及对总线的兼容性在选择和使用A/D转换器芯片时

，除满足转换速度和分辨率要求之外，要注意A/D转换器的连接特性，有以下几点：（1）A/D转换器芯片的转换启动信号是用电位启动还是脉冲沿启动。（2）A/D转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器来输出数字量。

（3）输出数字量的形式，是二进制还是BCD码。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、8位A/D转换器ADC0809NS公司（NationalSemiconductor，美国国家半导体公司）生产。主

要性能：分辨率为8位；线性误差±(1/2)LSB；转换时间为100μs左右；模拟输入电压范围为0~5V，对应A/D转换值为00H~FFH；内部带8路模拟开关，可以输入8路模拟信号；有输出锁存功能；工作频率为500kHz。28脚双列直插式封装。逻辑结构图如图2.4所示。中南大学信息

科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道D1D3D7D6D5D4D0D2中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.4ADC0809逻辑结构图地址锁存允许转换结束输出允许中南大学信息科学与工程学院自动化

专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(1)8通道模拟开关及通道选择逻辑功能：实现8选1操作。通道选择信号C、B、A与所选通道之间的关系见P24表。(2)8位A/D转换器功能：对输入端信号V进行转换，转换结果D存

入三态输出锁存缓冲器。(3)三态输出锁存缓冲器功能：存放转换结果D，输出允许信号OE为高电平时，D由DO7~DO0上输出。OE为低电平时，输出数据线DO7~DO0为高阻态。中南大学信息科学与工程学院自

动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道各管脚的功能如下：IN0~IN7——8路0~5V模拟电压输入端。D0~D7——8位数字量输出线，输出A/D转换结果。START——启动A/D转换输入端，若在此引脚加一个正脉冲，

脉冲的上升沿将内部寄存器清0；其下降沿启动A/D进行一次新的转换。EOC——A/D转换结束输出信号，高电平有效。从启动A/D转换信号START有效开始EOC为0，表示A/D转换正在进行中；当转换一结束，EOC即为1。它可供CPU查询A/D转换是否结束，也可用来向CPU发中断请求信号。中南大学信息

科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道OE——输出允许信号，高电平有效。当OE=1时，三态门打开，转换后得到的8位数字量输出到数据线D0~D7上。CLOCK——时钟脉冲输入端，频率为10~1280kHz。转换速度取决

于时钟频率，CLK=640kHz，转换速度为100μs。A、B、C——模拟量输入通道IN0~IN7的地址选择线，可以控制8路转换开关进行8选1接通。ALE——地址锁存允许输入信号，锁存A、B、C。VREF(+)、VREF(-)——参考电压端。V

CC——+5V，工作电源。GND——0V，电源地。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道从使用的角度来看，任何一种A/D转换器芯片一般具有以下输出信号线：1．转换启动线（输入）：由系统控制器发出

的控制信号，此信号有效，转换开始。2．转换结束线（输出）：转换完毕后由A/D转换器发出的状态信号，由它中断或作查询之用。3．模拟信号输入线：来自被转换的对象，有单通道输入与多通道输入之分。4．数字信号输出线:由A/D转换器将数字量送给CPU的数据线。数据线的根数表示A/D

转换器的分辨率。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(4)转换过程转换时序见P25图2.11。ALE高电平有效，在上升沿将A、B、C三线状态锁存，8选1选择器开始工作,选择将要转换的模拟通道。在START上收到启动转换命令（正脉冲）后，在正脉

冲的上升沿将内部所有寄存器清零，下降沿开始转换，转换期间EOC信号为低电平(比START信号下降沿延迟t)，100μs后转换结束，EOC信号由低电平变为高电平，OE信号由低变高，通知CPU读结果。中南大学信

息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道启动地址锁存ADDA~ADDCALE/STARTEOCOED0~D7转换时间中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道CPU可采用查询方式（EOC接到

一条I/O线上）或中断方式（EOC作为中断请求信号引入中断逻辑）了解转换过程是否结束。若转换结束，则OE为高电平时由DO7~DO0上读入转换结果。(5)ADC0809的量化单位q=[VREF(+)－VREF(-

)]/256。通常基准电压VREF(+)=5.12V，VREF(-)=0V，此时q=20mV，转换结果D=VIN(mV)/q(mV)。如VIN=2.5V时，D=2500/20=125。量化过程是一个非线性处理过程，经量化给出的数字量，

其精度取决于量化单位q。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、12位A/D转换器AD574A美国模拟器件公司(AnalogDevices)生产。技术参数：12位逐次逼近式快速A/D转换器，转换时间

约为25μs，线性误差为±(1/2)LSB，内部有时钟脉冲源和10v基准电压源，单通道单极性(0~10v或0~20v)或双极性电压输入(-5v~+5v,-10v~+10v)。28脚双列直插式封装。量化单位：10V/212(量程为10V时)或20V/212(量程为20V时)

中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道1234567891011121314VLOGIC8/12CSA0CEVCCREFOUTAGNDREFINVEEBIPOFF10VIN20VINC/RAD

574A2827262524232221201918171615STSDO11DO10DO9DO8DO7DO6DO5DO4DO3DO2DO1DO0DGNDAD574A引脚图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控

制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道20VINMSBAGND逐位逼近寄存器(SAR)8711115VDD272625242322212019181716三态输出锁存缓冲器D7D6D5D4D3D2D1D0D11D10D9D82345620控制逻辑CS12/8A0R/CSTSECD/

A转换器AD565A10V基准电源10VINREFINREFOUTBIPOFVEEVCCDGND101213149LSB时钟电路比较器+-10K5K5K中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道DO0~DO11——12位数据输出，均带三态输出锁存缓冲器。10VIN——模拟信号输入端，输入单极性信号0~10V，双极性信号±5V。20VIN——模拟信号输入端，输入单极性信号0~20V，双极性信号±1

0V。BIPOFF——双极性偏置端，补偿调整，接至正负可调的分压网络，以调整ADC输出的零点。当BIPOFF=0V时，输入单极性模拟信号；当BIPOFF=+10V时，输入双极性模拟信号。中南大学信息科学与工程学院自动化专业

计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道REFIN、REFOUT——参考输入、输出端。VLOGIC——逻辑电源+5V(4.5~5.5V)。VCC——模拟部分供电的正电源+15V(13.5~16.5V)。VEE——模拟部分供电的负电源-15V(-13.5

~-16.5V)。AGND、DGND——模拟地、数字地。CS——片选信号，低电平有效。CE——片使能信号，高电平有效。CE和CS必须同时有效，AD574A才能工作，否则处于禁止状态。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道/RC—读出/转换控制信号，

为0时，启动A/D转换；为1时，允许读转换值。A0——转换和读字节选择信号。决定转换位数时：A0=0，进行12位A/D转换；A0=1，进行8位A/D转换。读12位转换结果时：A0=0，读取转换结果中的高8位数据；A0=1，读取低4

位数据。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道12/8—A/D转换值输出控制端。为1时，12位转换值并行输出；为0时，转换值按双8位形式输出。STS——转换状态输出信号。启动A/D转换后STS=1，表示转换正在进行；A/D转换结束，S

TS=0。可以用它向CPU发出中断请求信号，或供CPU查询用。控制逻辑如P26表所示。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道AD574A的工作方式输入AD574A的模拟电压

，既可以是单极性的，也可以是双极性的。单极性输入模拟电压范围为0~10V或0~20V；双极性输入电压范围为±5V或±10V。在单极性输入时，应将BIPOFF端接0V，电路连接如图(a)所示。图中的BIPOFF端通过100Ω电阻接地，通过RW1还可以进行零点调整。RW2可以调节

增益(满量程)。双极性输入时，BIPOFF端接+10V，电路连接如图(b)所示。电路中的BIPOFF端通过100Ω电位器RW1与REFOUT端的+10V电压连接。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二

章输入输出接口与过程通道AD574AREFINREFOUTBIPOFFAGNDDGNDRW2100100k－15V＋15VRW1零点调整100k10010VIN20VIN0～＋10V模拟输入0～＋20V(a)单极性输入

电路中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道AD574AREFINREFOUTBIPOFFAGNDDGNDRW210010VIN20VIN－5～＋5V模拟输入RW1－10～＋10V100(b)双极性输入电路中南大学信息科学与工程学院自动化专

业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道AD574A由12位A/D转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器、10V基准电压源四部分组成。其原理结构图见P25图2.12。(1)12位A/D转换器单极性、双极性的模拟电压输入，模拟输入信号连接方式见P26图2.13及表。(2)三态

输出锁存缓冲器有12位同时输出和高8位低4位分时输出两种方式，由引脚12/8决定输出方式。(3)控制逻辑控制逻辑包含：启动转换、控制转换过程和控制转换结果D的输出，控制信号的作用见P26表。控制时序见P27图2.14。返回中南大学信息科

学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.2.2A/D转换器接口技术接口设计包含硬件电路设计和软件程序编制两部分，其具体实现既取决于A/D转换器本身的性能特点，又取决于采用何种方式（查询、定时、中断）读取转换结果。1、ADC0809与PC总线工

业控制机接口利用可编程的并行通信接口芯片8255A作为系统与A/D转换器之间的接口。将8255A的A口设为输入口，C口上半部分为输入，用于查询转换是否结束；下半部分为输出，用于通道选择。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输

入输出接口与过程通道(1)接口电路如图2.5所示。图2.5ADC0809与PC总线工业控制机接口中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(2)工作原理ADC0809的ALE与START引脚相连，将PC0~PC2输出的3位地址锁存入A

DC0809的地址锁存器并启动A/D转换；ADC0809的EOC输出信号端同OE输入控制端相连，当转换结束时，开放数据输出缓冲器。EOC信号还连接到PC7，CPU通过查询PC7的状态而控制转换结果输入计算

机的过程。(3)程序框图如图2.6所示。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道置采样值缓冲区首址初始化通道号和计数器初值送通道号，启动A/D读状态EOC转换结束读结果，输入缓冲区修改通道号、计数器及缓冲区指针8通道完否返回Y

NYN图2.6数据采集流程图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(4)数据采集子程序（注意程序和工作时序相对应）其中：8255A的口地址为2C0H~2C3H

(A,B,C,控制寄存器)ADC0809PROCNEARMOVCX,8;通道数8存入计数器CXCLD;清方向标志，使DF=0MOVBL,00H;模拟通道地址存BL，置初值LEADI,DATABUF;将数据段中采样值缓存区首址送入目的变址寄存器DI将通道选择信号送端

口CNEXTA:MOVDX,02C2HMOVAL,BLOUTDX,AL往控制端口02C3H送启动转换控制信号,使PC3=1(START=1,ALE=1)INCDXMOVAL,00000111BOUTDX,AL中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术

讲义第二章输入输出接口与过程通道NOPNOP延时tNOP往控制端口02C3H送控制字，将PC7复位，使PC7=0，MOVEAL,00001110BOUTDX,ALDECDX读端口C的信息，测试EOC（PC7）的状态，判断

转换是否开始,若EOC＝1(转换未开始)，则等待NOSC:INAL,DXTESTAL,80HJNZNOSC读端口C的信息，测试EOC（PC7）的状态，判断转换是否结束,若EOC＝0(转换未结束)，则等待NOEOC:I

NAL,DXTESTAL,80HJZNOEOC从端口A读转换结果存入数据缓存区MOVDX,02C0HINAL,DXSTOSDATABUF中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道INCBL；修改模拟通道地址LOOPNEXTA;循环采集8个通道的数据RETADC0809ENDP对逐次逼近式的ADC来说，要求在A/D转换过程中被转换的模拟量应保持恒定的数值。因而，对快速变化的模拟信号，应先通过采样保持

电路，然后才送到ADC。在启动A/D转换之前，先对模拟量进行采样，使连续变化的模拟信号离散化，接着使此采样的离散值保持适当长的时间，在保持期间启动并完成A/D转换。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章

输入输出接口与过程通道A/D转换器硬件接口应注意的问题数字输出的方式：若具有可控的三态门，输出线允许直接与计算机数据总线相连；若数据输出寄存器不具备可控的三态门，数据输出线不允许与CPU直接相连，必须通过I/O通道与CPU交换信息。片选

、启动及读写信号的设置时钟CLK的产生：转换器的内部时钟；用外接电阻电容产生，f=1/RC；由定时电路供给。参考电平：一般由外接电源供给。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道A/D转换器常用的控制方式程序查询方

式：首先由CPU向A/D转换器发出启动脉冲，然后读取转换结束信号，判断转换是否结束。若结束，读取转换结果，否则继续查询直到转换结束。程序设计较简单，可靠性高，实时性差，浪费了宝贵的CPU时间。适用于实时性要求不高或控制回路较少的控制系统中。是使用最多的一种。定时采样方式：向A/D转换器发

出启动脉冲后，先进行软件延时，延时时间取决于所需的转换时间，经延时后读取数据。为确保转换完成，不得不延长延时时间，比查询方式转换速度还慢，应用较少。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道中断方式：CPU启

动A/D转换后，即可转而处理其他事情（如执行主程序），一旦A/D转换结束，由A/D转换器发一转换结束信号到CPU的INTR引脚，CPU响应中断后，即可读入数据。在系统中，CPU与A/D转换器是并行工作的，提高

了工作效率，在多回路数据采集系统中常采用。但若A/D转换时间很短，如几到几十微秒，其优越性不明显。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、AD574A与PC总线工业控制机的接口12位

A/D转换器AD574A与8位A/D转换器ADC0809一样，既可以直接与总线相连，也可以通过并行接口与总线连接。P29图2.16给出了12位转换方式的AD574A通过8255A与PC总线接口的一个例子。图中AD574

A的引脚与+5V连接，A0接地，使AD574A工作于12位转换和读出方式。CE、CS和与PC2~PC0连接，通过8255A的C口可以向它们输出控制信号。8255A的A口和B口都工作于方式0，A口、B口和C口的上半部

分为输入方式，而C口的下半部分为输出方式。输入AD574A的模拟信号采用单极性输入方式，通过10VIN输入端输入0~10V的模拟电压。12/8/RC中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道AD574

A与PC总线的接口电路中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道下面给出通过上述接口启动和读取AD574A数据的程序段，仍假定已完成对8255A的初始化编程，8255A的地址

为2C0H~2C3H。………MOVDX,02C2H；使为低电平MOVAL,00HOUTDX,ALNOPNOPMOVAL,04H；使CE=1，启动转换OUTDX,AL,/CSRC中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道NOPNOPM

OVAL,03H；使CE=0，OUTDX,ALPOLLING:INAL,DX；查询STS状态TESTAL,80HJNZPOLLING；STS=1，则等待MOVAL,01H；使OUTDX,ALNOP1CS0,/1CERC中南大学信息科学与工程

学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道MOVAL,05H；使CE=1，允许读出OUTDX,ALMOVDX,02C0H；读A口INAL,DXANDAL,0FH；将DB11~DB8存入BH中MOVBH,ALINCDX；

读B口INAL,DXMOVBL,AL；将DB7~DB0存入BL中INCDXMOVAL,03H；使CE=0，OUTDX,AL；结束读出操作……………返回1CS中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机

控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.3模拟量输入通道返回2.3.1模拟量输入通道组成2.3.2I/V变换2.3.3多路转换器2.3.4采样、量化及常用的采样保持器2.3.5模拟量输入通道设计中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通

道2.3.1模拟量输入通道组成一、模拟量信号的检测与处理测量流程非电模拟量参数非标准的电信号（mV，μA，V，R，C）统一的电流信号（4~20mA）模拟电压信号（0~5V，0~10V）。例如，温度检测（1000℃以下，传感器为镍

铬－镍铝或镍铬－镍硅热电偶）中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道1、传感器概念：非电量转换为电信号的器件，称为“传感器”。（mV，μA，V，R，C）常用传感器如：光敏传感器、温度传感器、压敏传感器、超声传感器、流量传感器、压力传感器、转速传感器、

位置传感器、电压/电流传感器、湿敏传感器等。2、变送器概念：将传感器输出的非标准的电信号，转换为统一的标准信号（4~20mA(DDZ-Ⅲ)，0~10mA(DDZ-Ⅱ)）的变换电路，称为“变送器”。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算

机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道常用变送方式：采用变送器芯片AD590、AD693等；采用可控恒流源；采用运算放大器。目的：提高信号远距离输送抗干扰能力，减少信号衰减；为与标准化仪表和执行机构匹配提供方便。3、I

/V变换无源I/V变换采用精密电阻器实现；有源I/V变换采用运算放大器实现。4、A/D转换器中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道二、模拟量输入通道的组成如图2.7所示。组成：I/V变换，多路转

换器，采样保持器，A/D转换器，接口及控制逻辑等。工作过程：过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电流或电压形式后，再送至多路开关，在微机的控制下，由多路开关将各过程参数依次进行采样和A/D转换，实现过程参数的巡回检测。返

回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.7模拟量输入通道的组成结构中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道传感器（Transducer）非电量→电压、电流变送器（Transformer）转换成标准的电信号

I/V变换多路转换器（Multiplexer）多选一采样保持器（SampleHolder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/DConverter）模拟量转换为数字量中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术

讲义第二章输入输出接口与过程通道2.3.2I/V变换功能：将变送器输出的统一信号0~10mA或4~20mA，变换成标准0~5V电压信号。1、无源I/V变换如图2.8所示。(1)输入：0~10mA；电阻值：R1=100,R2=500(精密电阻）；输出：0~5V(2)输入：4~20mA；电阻值：R1

=100,R2=250；输出：1~5V中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道阻容滤波输出限幅图2.8无源I/V变换中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.有源I/V变换如图2.9所示

。(1)输入：0~10mA电阻值：R3=100KR4=150K输出：0~5V(2)输入：4~20mA电阻值：R3=100KR4=25K输出：1~5V中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道25.1R1A34R＋＝VuR4~8.01VVAuVR5

~1)4~8.0(25.110uR1为Ii在电阻R1上的压降，作为放大器的输入图2.9有源I/V变换电路中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3.专用I/V变换电路返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第

二章输入输出接口与过程通道2.3.3多路转换器1、功能：将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。2、要求：开路电阻无穷大、导通电阻无穷小、切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。3、基本形式(1)机械触点式：结

构简单，闭合电阻小（小于50毫欧），断开电阻大，寿命长，输入电压、电流容量大，动态范围宽，不受环境温度影响。切换动作时间长约1ms，体积大，工作频率低，通断时有机械抖动现象，一般用于低速高精度检测系统。如干簧继电器、水银继电器等。中南大学信息科学与工程学院自

动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(2)电子无触点式：集成模拟多路开关。切换速度快，体积小，应用方便，比机械式导通电阻大（几十~几百欧），输入电压、电流容量小，动态范围有限，各通道间有时会互相

串扰。常用于高速且系统体积小的场合。4、多路开关的参数通道数量，泄漏电流，最大输入电压，切换速度，开关电阻，参数的漂移性，通道串扰及每路电阻的一致性等。计算机控制系统中多采用集成电路多路开关，其种类、型号

都比较多，有8通道、16通道、甚至32通道的。常用的多路开关有：4选1:CD4052,AD7502，8选1:CD4051(MC14051),AD7501，16选1:CD4067,AD7506。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道

5、举例8选1单端输入模拟开关CD4051(TI公司，TexasInstruments)。原理图如图2.10所示，有三根二进制的控制输入端和一根禁止输入端INH（高电平禁止）。片上有二进制译码器，由A、B、C三个二进制信号的状态决定在8个通道中选择一个使其导通，使输入和输出接通。而当INH为

高电平时，无论A、B、C为何值，8通道均不通。CD4051允许双向使用，改变图中IN/OUT和OUT/IN的接法，可以实现“8到1”或“1到8”的转换。优点：较宽的数字和模拟信号电平。缺点：输入输出之间无隔离；导通电阻大；泄漏电流大。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义

第二章输入输出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道电平转化译码驱动电路图2.10CD4051原理图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道

中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.3.4采样、量化及常用的采样保持器1、信号的采样定义：按一定的时间间隔T（采样周期），把时间和幅值上连续的模拟量信号，转变成在时刻0、T、1T、2T、…、KT上的一连串脉冲输出信号（离散模拟信号）的过程称为

采样过程。如图2.11所示。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.11信号的采样过程τ称为采样宽度，表示采样开关（器）的闭合时间。采样后的脉冲序列称为采样信号，采样器的输入信号称为原信号。采样信号是离散的模拟信号（时间上离

散，幅值上连续）。)(*ty)(*ty)()()(lim*0kytyty中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道香农(Shannon)定理：如果模拟信号频谱的最高频率为f

max，只要按照采样频率f≥2fmax进行采样，那么采样信号就能唯一地不失真地复现y(t)。实际中，常取f≥(5~10)fmax2、量化量化：采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转化为数字信号。进行量化

处理的装置为模/数(A/D)转换器。量化单位：字长为n的A/D转换器把ymin~ymax范围内变化的采样信号，变换为数字0~2n－1，其最低有效位（LSB）所对应的模拟量q称为量化单位。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道量化过程：将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程。量化过程实际上是一个用q度量采样值幅值高低的小数归整的过程；量化误差：由于量化过程是一个小数归整的过程，因而存在量化误差。两种量化方法：只舍不入法：量化误差emax＝-q；有舍有入

法：小于1/2q舍去，大于1/2q进入。量化误差emax=±1/2q。12minmaxnyyq中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道例如，模拟信号fm

ax＝10V，fmin＝0V，取n＝8，则q=10V/(28-1)≈4mV，有舍有入法量化误差最大值emax＝±q/2≈±2mV。由以上分析可以看出，在A/D转换器的输出位数n足够多时，可以使量化误差达到足够小，就可以认为数字信号近似于采样信号。如果在采样过程中，

采样频率也足够高，就可以用采样、量化后得到的一系列离散的二进制数字量来表示某一时间上连续的模拟信号，从而可以由计算机来进行控制计算和处理。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、采样保持器(1)孔径时间和孔径误差的消除孔径时间：A/D转

换器将模拟信号转换成数字量所需的时间，即完成一次A/D转换所需时间，称为孔径时间。孔径误差：对于随时间变化的模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差。(推导结论P34)中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输

入输出接口与过程通道UU0t0t1tA/Dt由tA/D引起的不确定误差电压如图所示的正弦模拟信号，如果从t0时刻开始进行A/D转换，转换结束时已为t1，模拟信号已发生ΔU的变化。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章

输入输出接口与过程通道因此，被转换的究竟是哪一时刻的电压就很难确定，此时转换延迟所引起的可能误差是ΔU。对于一定的转换时间，最大可能的误差发生在信号过零的时刻，因为此时dU/dt最大，孔径时间tA/D一定，所以ΔU最大。令U=Umsinωt，则cos2cosmmdUUtUftdt

2mUUft式中，Um为正弦模拟信号的幅值，f为信号频率。在坐标的原点中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道取Δt=tA/D，则得原点处转换的不确定电压误差为/2mADUUft误差的百分数为1002100/

DAmftUU中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道由此可知，对于一定的转换时间tA/D，误差的百分数和信号频率成正比。为了确保A/D转换的精度，使它不低于0.1%，不得不限制信号的频率范围。例如，一个10位的A/D转换器，若要求转换精度为0.1%

，孔径时间10μs，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为620.1162101010fHzs中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道分析结论：对一定的转换时间，转换误差的百分数与信号频率成正比。孔径误差的消除：采用带有保持电路的采样器(采

样保持器)，可提高模拟量输入信号的频率范围，适应某些随时间变化较快的信号的要求。使得A/D转换器在转换期间读入的是一个稳定的值。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通

道(2)采样保持器的原理基本组成：输入输出缓冲器A1、A2、采样开关S、保持电容CH。工作原理：采样时，S闭合，VI通过A1对CH快速充电，VO跟随VI；保持期间，S断开，由于A2的输入阻抗很高，理想情况下，VO=VC保持不变。VC中南大学信息科学与工程学院自动

化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道工作过程：采样保持器平时处于“采样”状态，跟踪输入信号变化；进行A/D转换前使其处于“保持”状态，在转换期间保持转换开始时刻的模拟输入电压值不变；转换结束后，仍使其为“采样”状态。电容CH对采样保持精度

影响很大，应选取漏电阻抗较大的电容，如聚苯乙烯或聚四氟乙烯等材料制作的电容，同时在保证采样速度的前提下，可适当增加CH的电容量。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道注意：A/D转换器之前是否需

要加采样保持器，需根据模拟输入信号的变化频率和A/D转换器的孔径时间来确定。只有在信号变化频率较高而A/D转换速度又不高，以致孔径误差影响转换精度时，或者要求同时进行多路采样的情况下，才需要设置采样保持电路。若被测信号变

化较慢(如石油、化工等)，或A/D转换器转换时间足够短时可以不加采样保持电路。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(3)采样保持器的主要参数采集时间（捕捉时间）：即采样开始到输出达稳定值所需的时间。该时间影响采样

率。转换速率：指输出变化的最大速率，单位V/s。孔径时间：即采样开关得到保持信号到全部开关断开所需的时间。孔径时间不定性：即孔径时间的变化范围。电压下降率：表示每一个时间周期内，由于电容放电而造成的输出电压下降的值。输入输出耦合（馈送）：表示在保持状态下，输入信号泄漏到输出端的总量。

考虑:速度和精度中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道(4)常用的采样保持器LF398(NS公司生产)原理结构图如P35图2.24所示。保持电阻保护模拟输入信号采样保持输出信号中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接

口与过程通道采样控制电平（8脚）：“1”保持电平（8脚）：“0”保持电容：外接，常选510~1000PF，减小CH可提高采样频率（充电时间短），但会降低精度（电压下降率较大）。CH取为0.01μF时，信号达到0.01%精度所需的获取时间为25μs，保持期间的输出

电压下降率为每秒3mV。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道H/SCH+15V-15VR2874621R1WLF398V0Vi1kΩ电阻用来调节漂移电压。如果CH=1000pF，采样精度为0.1％的采集时间为4μs，当CH=0.01μ

F时，同样精度的采集时间为25μs。由于保持电容的下降比在CH=0.01μF时为1mV/ms，并且与CH大小成线性反比，在转换时间较长且精度高的系统中应该用较大电容。当然较大电容带来的是采样时间加长，这对矛盾应该根据精度和A/D转换时间折中选取。LF398的典型应用

中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.3.5模拟量输入通道设计利用12位A/D转换器AD574A，采样保持器LF398，多路开关CD4051，8255A并行接口，设计PC总线工业控制机

的模拟量输入通道电路模板。如P36图2.25所示。技术指标：8通道模拟量输入；12位分辨率；输入量程为单极性0~10V；A/D转换时间为25微秒；应答方式为查询。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入

输出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道置采样值缓冲区首址过程入口通道号和计数器初值送通道号，启动A/D读状态STS转换结束读结果，输入缓冲区修改通道号、计数器及缓冲区指针8通道完否返回YNYN程序流程

图如图2.12所示。8通道数据采集流程图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道OUTDX,AL;选通多路开关,INH=PC3=0,且CE=0,CS=0,R/C=0程序实现:AD574APROCNEARCLDLEADI,BUF；

缓冲区首地址MOVBL,00000000BMOVCX,8;模拟通道数送CXADC:MOVDX,2C2H;8255A端口C地址MOVAL,BLNOP;开始采样NOPORAL,01000000B;CE(=PC6)=1,启动

A/D,OUTDX,ALANDAL,10111111B;CE(=PC6)=0,AD574A无操作OUTDX,ALMOVDX,2C0H;8255A端口A地址中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道测试STS(PA7),若STS=1则等待(此时正在

转换数据)POLLINGINAL,DXTESTAL,80HJNZPOLLINGMOVAL,BLORAL,00010000B;R/C=1,给读信号MOVDX,2C2H(CS=0,R/C=1)OUTDX,ALORAL,

01000000B;CE=1OUTDX,AL读转换结果的高四位，A口的低四位MOVDX,2C0HINAL,DXANDAL,OFHMOVAH,ALINCDX;读低8位INAL,DX中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义

第二章输入输出接口与过程通道STOSW;存入内存INCBL;对下一个模拟通道进行转换LOOPADC;CX=(CX)-1,若(CX)非零则转ADCMOVAL,00111000BMOVDX,2C2HOUTDX,ALRETAD574AENDP返回CE=0,CS=R/C=1,使AD574A无操作，

INH=1,使CD4051禁止输入中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.4D/A转换器及其接口技术返回2.4.1D/A转换器2.4.2D/A转换器接口技术中南大学信息科学

与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.4.1D/A转换器D/A转换器是将数字量转换成模拟量的元件或装置，是模拟量输出通道的重要组成部分。D/A转换器根据输出模拟量的形式分为电压型和电

流型两种。对后者，可以外接运算放大器将输出电流转换成电压，并提高带负载能力。常用的D/A转换器的分辨率有8位、10位、12位等，其结构大同小异，通常都带两级缓冲寄存器。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算

机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道1、技术指标分辨率：通常用D/A转换器输入的二进制数的位数来表示，如8位、10位、12位。输入编码：如二进制，BCD码，双极性时的补码、偏移二进制码等。必要时需在转换

前用计算机进行代码转换。建立时间：输入数字信号的变化量是满量程时，输出模拟信号达到离终值1/2LSB所需的时间。也称转换时间或稳定时间，一般为微秒级。线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。与A/D转换器同。输出方式：一般为电平输出，其值在5~

10V之间；还有电流输出，其值在20mA~3A之间。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、8位D/A转换器DAC0832NS公司产品。20引脚，双列直插式封装。组成：8位输入寄存器，8位DAC寄存器，D/A转换器及选通控制逻辑

电路四部分组成。使用时，数据输入可以采用两级锁存（双锁存）形式，或单级锁存（一级锁存，一级直通）形式，或直接输入（两级直通）形式。分辨率为8位，电流输出型，建立(稳定)时间1微秒。内部结构如图2.13所示。中南大学信息科学与工程学院

自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道DAC083212345678910CSVCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7Iout2Iout1WR1AGNDDI3DI2DI1DI0VrefRfbDGND11121314151617181920DAC0832引脚

图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.13DAC0832的内部结构D71D61D51D41D31D21D11D01VREF1IOUT21IOUT11VCC1DGND7Rfb1AGND1ILE18位输入寄存器18位D

AC寄存器18位D/A转换器1MSB1131141151161415161711911121模拟信号输出181171CS1WR11WR21XFER1LSB1LE11LE21121811119131201101Rfb1LE=1时，输出跟随输入1LE=0

时，输出被锁存1电源数据信号输入控制信号输入中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道引脚功能说明：DI7~DI0：转换数据输入接口线，D0为最低有效位LSB，D7为最高有效位MSB；Iout1、Iout

2：模拟电流输出端；Iout2与Iout1为互补输出，即Iout1+Iout2=常数。当DAC寄存器全为1时，Iout1输出电流最大；全为0时，Iout1输出电流为0。ILE(InputLatchEnable

)：输入锁存允许，高电平有效；中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道CS——片选端，低电平有效。WR1—写信号1端，低电平有效。用于将输入数据锁存到输入寄存器中，必须与ILE、CS同时有效。WR2——写信号2端

，低电平有效。只有当WR2和XFER同时有效时，输入寄存器中的数据才能通过DAC寄存器进行D/A转换。XFER——传送控制信号(TransferControlSignal)，低电平有效。用于控制WR2，构成第二级锁存。VREF——基准电压输入端，接外部-10

~+10V标准电源。VCC——电源输入端，可选择5~15V电压。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道Rfb：反馈电阻连接端。用于连接运算放大器的输出端。输入、输出关系参见书P39表所示。3、工作原理在ILE、CS有效

时，WR1将输入数字锁入8位输入寄存器；在XFER有效时，WR2将输入寄存器中的数据传送到DAC寄存器；经过1微秒建立时间后，输出电流达到稳定。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道8位D/A转换器采用

T型电阻网络实现D/A转换，输出的是与输入数字成比例的电流，需要外接运算放大器，才能得到模拟电压输出。Rfb是外部运算放大器的反馈电阻，连接运算放大器的输出端，将Iout1和Iout2输出的电流变为电压。8位输入寄存器由8个D锁存器组成，作为输入数据的缓冲器。它

的8位输入数据由控制其输入与锁存。当=1时，锁存器的输出Qi随输入DIi变化；当=0时，输入数据被锁存。由三根引脚进行控制，当ILE=1,时，=1。1LE1LE1LE1LE10CSWR1LE中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入

输出接口与过程通道8位DAC寄存器也是由8个D锁存器组成的，它的控制端为。当=1时，输出数据随输入变化；当=0时，将第一级输出的数据锁存到DAC寄存器中。的状态由两根引脚对其进行控制，当和均为0时，=

1。2LE2LE2LE2LE2WRXFER2LE中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道4、DAC0832的三种工作方式直通方式：如果DAC0832的两个8位

寄存器都处于直通状态(输出跟随输入变化)，即为直通方式。这时由DI7~DI0输入的数据可以直接进入DAC寄存器进行D/A转换。因此，LE2、LE1应同时为1，即ILE=1，而WR1、CS、WR2和XFER均为0。适

用于连续反馈控制线路中。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道单缓冲方式：当两个寄存器中的一个始终处于直通状态，另一个处于受CPU控制的状态，即为单缓冲方式。例如，若LE2为1，

使DAC寄存器处于直通状态，CPU则可以通过ILE、CS、WR1控制输入寄存器，使DAC0832工作于单缓冲寄存器的工作方式。适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接

口与过程通道双缓冲方式：如果两个8位寄存器都处于受控方式，即为双缓冲方式。在这种方式下CPU分别控制两个缓冲寄存器的工作状态，数据输出要通过两步操作才能完成。例如，当DAC0832工作于双缓冲工作方式，它在DAC寄存器输出前一个数据的同时，可将下一个数据送入输入寄

存器，能有效地提高转换速度。此外，两级缓冲方式还能够在多个转换器分时进行D/A转换时，同时输出模拟电压，达到同步输出的目的。这种方式多用于2路以上模拟输出，其中每一路都有独立的D/A转换装置，并且要求同步输出转换结果的电路。中南大学信息科学与工程学院自动

化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道DAC0832的三种工作方式中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道+-Voport数据线地址译码PC总线IOWA0~A9D0~D7+5V

CSDAC0832DI0~DI7IOUT1IOUT2RFBXFERWR2WR1ILE单缓冲工作方式:输入寄存器工作于受控状态DAC寄存器工作于直通状态中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道port数据线地址译

码PC总线IOWA0~A9D0~D7+5VXFERDAC0832DI0~DI7+-VoIOUT1IOUT2RFBCSWR1WR2ILE单缓冲工作方式:输入寄存器工作于直通状态DAC寄存器工作于受控状态中南大学信息科学与工

程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道5、12位D/A转换器DAC1210注意：字节控制信号BYTE1/BYTE2的定义中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二

章输入输出接口与过程通道由图可见，12位输入寄存器分成一个8位和一个4位并联，为的是便于和8位CPU总线连接。在和8位数据总线连接时，数据要分两次输出，先送高8位，再送低8位，然后12位一次输出进行D/A转换。返回中南大学信息科学与

工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.4.2D/A转换器接口技术一、8位D/A转换器DAC0832与PC总线工业控制机接口1、硬件电路：如P41图2.29所示。由于DAC0832内部有8位数据输入寄存器，可以锁存CPU输出的数据，因此

数据总线直接连接到DAC0832的DI0~DI7上。按单缓冲方式工作，ILE接+5V，WR1接CPU的写信号WR，CS接地址译码器的Y0，使输入寄存器处于受控方式；将WR2和XFER直接接地，DAC寄存器处于直通方式。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输

出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道DAC0832将输入的数字量转换成差动的电流输出(Iout1和Iout2)，经运算放大器A形成单极性电压Uo输出。若VREF为-5V，Uo为0~5V；若VREF为-10V，Uo为0~10V；若要输出负

电压，VREF则应接正的基准电压。2、程序设计入口条件：DAC0832的口地址为300H，将二进制数7FH转换为模拟电压。MOVDX，300H口地址送入DXMOVAL，7FH被转换数据送入累加器OUTDX，AL片选低电平，将数据送入8位输入寄存器，再经

8位DAC寄存器送入D/A转换器进行转换HLTnREFDVU20中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道二、12位D/A转换器与PC总线工业控制机的接口1、硬件电路：如P42图2.30所示中南大学

信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道V0=-V1该电路由12位D/A转换器DAC1210、输出放大器、地址译码器组成。端口地址译码器译出Y0、Y1、Y2三个口地址，设为300H、301H、302H，用来控制DAC1210工作方式和进行12位转换。转换过程

：见书。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道接口程序：MOVDX,300HMOVAL,83H;送高8位OUTDX,ALMOVAL,OFOH；送低4位，数据线的高四位OUTDX,ALMOVDX,302HOUTDX,AL；12位数据进行转换HLT返回中南大

学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.5模拟量输出通道返回模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。2.5.1模拟量输出通道的结构形式2.5.2单极性与双

极性电压输出电路2.5.3V/I变换2.5.4模拟量输出通道设计中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.5.1模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构型式1、一个通路设置一个D/A转换器的形式如图2.14(a)示。优点：转换速度快，工作可靠，允许

各个通道同时工作。即使某一路D/A转换器有故障，也不会影响其他通路的工作。缺点：如果输出通路数量很多，将使用较多的D/A转换器。但随着大规模集成电路技术的发展，这个缺点正在得到逐步克服，这种方案较易实现。中南大学信息科学

与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.14(a)一个通路一个D/A转换器的结构中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、多个通路共用一个D/A转换器的形式如图2.14(b)所示。模拟保持方案。优点：节省D/A

转换器；缺点：分时共用，每路的转换只能顺序进行，工作速度较慢，适用于通路数量多且速度要求不高的场合；要用多路开关，且要求输出采样保持的保持时间(必须保持到下一轮回)与采样时间之比较大；可靠性差。输出保持器可以使本次输出的控制信号在新的控制信号来到之前维持不变，从而将离散的模拟信号变为连续的模拟信

号。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.14(b)共用D/A转换器的结构中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.5.2单极

性与双极性电压输出电路1、电压输出的实现采用D/A转换器外加运算放大器的方法，把D/A转换器的电流输出转换为电压输出。2、实现电路如图2.15所示。VOUT1为单极性输出，VREF为基准参考电压，则有：nREFOUTDVV21其中D为输入数字量，n

为D/A转换器位数。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.15D/A转换器的单极性与双极性输出中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道VOUT2为双极性输出，则有：

121231321nREFOUTREFOUTDVVRRVRRV返回相当于最高位作为符号位，分辨率降低一位。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.5.3V/

I变换1、V/I变换的定义将0~5V、0~10V、1~5V直流电压信号转换为0~10mA、4~20mA的电流信号。2、V/I变换的实现(P44~P46)采用集成V/I转换电路。ZF2B20,AD694。3、具有自动/手动切换的V/I变换要求：系统在手动方式和

自动方式相互切换过程中对系统的工况不产生扰动（无扰切换）。实现：P47图2.39所示电路。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道ZF2B20特点：全补偿体积小:28.7mm×

28.7mm×10.4mm输入:０~+10V；输出:4~20mA低漂移线性度好宽温度范围:-25~+85单电源供电：+10~+32V中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道ZF2B20引脚图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控

制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道V/I转换电路中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道+-A1+-A2T2T1T3Vin1~5VR1R2RfRLR3CIfI2I0I1V1V2+Vs图3-101～5V/4～20mA的变换电路V31-5V/4-2

0mA的变换电路中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道0~10V12.5k1k+15V50kINA1054~20mAOUT10VOPA272316526REF104RLOAD50.1Ω50.

1Ω精密0~10V／4~20mA转换电路如图所示。图中REF10为＋10V精密电压基准，提供一个＋10V标准的稳压电源，此标准电源与0~10V输入信号一起加到由超低噪声精密运算放大器OPA27所组成的反相比例求和电路。中南大学信

息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道带自动/手动切换的V/I变换电路中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.5.4模拟量输出通道设计1、八通道模拟量输出硬件电路见P

48图2.40。电路由D/A转换器DAC0832、译码电路、多路开关CD4051、放大器μA741、保持器、V/I变换电路组成。2、工作过程PC总线送出数据OUT指令DAC0832转换用OUT指令，通过D0

、D1、D2位打开多路开关输出由保持器保持V/I转换为4~20mA电流。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出

接口与过程通道3、八通道输出程序入口条件：DAC0832口地址为300H；CD4051口地址为301H。DOUTPROCNEARMOVDX，300H；选中DAC0832MOVCX，8MOVAH，0;AH中为所选CD4051通道号MOVBX，OFFSETBUF0；B

X中为缓冲区首址NEXT：MOVAL，[BX]；将要转换输出的数据送ALOUTDX，AL；数据送至DAC0832转换INCDX；口地址加1,选中CD4051中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道M

OVAL，AH；OUTDX，AL；通道号送出到CD4051，同时转换结果由对应的通道输出CALLDELAY；延时程序INCAH；修改通道号DECDX；选中DAC0832INCBX；修改缓冲区指针，指向下一个要转换的数据LOOPNEXTRETDOUT

ENDPDELAY是一段延时程序返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.6硬件抗干扰技术返回本节主要说明干扰的来源、性质及抗干扰措施。概述2.6.1过程通道抗干扰技术2.6.2CPU抗干扰技术2.6.3系统供电与接地技术中南大学信息科学与工程学院自

动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道概述干扰：就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。1、抗干扰的重要性系统的可靠性，是系统的生命线，决定了系统是否能长期运行，会不会被淘汰。系统的可靠性，主要取决于硬件的可靠性，特别是外

围通道的可靠性。系统的抗干扰能力，是提高系统可靠性的关键。因此，必须采取有效的抗干扰措施，才能保证系统可靠工作。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道交流动力线引入噪声高压电线雷电

雷达、电台等天线发射装置地电位波动电机、电焊机等大用电设备过程控制系统中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、干扰的途径（1）公共阻抗耦合通过公共电源线和公共地线的阻抗耦合(

两个电路的电流流经一个公共阻抗)，这是最常见的主要干扰。（2）静电耦合通过金属导体之间分布电容产生的电场耦合，如平行导线传输。（3）磁场耦合通过载流导体磁场之间的互感产生的耦合。（4）其它干扰途径包括：热电势；脉冲反射；分布电容的变化；接触电阻的变化；元器件的物理噪声；电极的麦克风效应等

。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、干扰的来源干扰主要可分为：内部干扰和外部干扰。外部干扰与系统结构无关，由外部环境因素决定；主要是空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象条件也是外来干扰。内部干扰由系统结构和制造工艺决定，主要是分布电容、分布

电感引起的耦合感应，电磁场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的干扰，寄生振荡引起的干扰，元器件产生的噪声等。噪声干扰存在的三要素：干扰源；干扰的传输通道；接收设备(需保护免受干扰的设备)。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道4

、抑制干扰的方法包括硬件和软件。本章主要说明硬件抗干扰技术。（1）屏蔽屏蔽是指利用导电或导磁材料制成的盒状或壳状屏蔽体，将干扰源或干扰对象包围起来，从而割断或削弱干扰场的空间耦合通道，阻止其电磁能量的传输。按需屏蔽的干扰场的性质不同，可分为电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁

场屏蔽。电场屏蔽是为了消除或抑制由于电场耦合引起的干扰。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道磁场屏蔽是为了消除或抑制由于磁场耦合引起的干扰。如图2.16所示的变压器，在变压器绕组线包的外面包一层铜皮作为漏磁短路环。在如图2.17所示的同轴电缆中，为

防止信号在传输过程中受到电磁干扰，在电缆线中设置了屏蔽层。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.16变压器的屏蔽中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程

通道图2.17同轴电缆示意图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道（2）接地接地线截面（加大，电阻小）；接地点配置（靠近，压降小）。目的是减小阻抗耦合。（3）平衡布线方式；电缆选择。补偿与对消方法，减小干扰影响。中南

大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道（4）滤波滤波是抑制干扰传导的一种重要方法。由于干扰源发出的电磁干扰的频谱往往比要接收的信号的频谱宽得多，因而当接收器接收有用信号时，也会接收到那些

不希望有的干扰。硬件滤波，如阻容吸收滤波电路等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道（5）隔离光电隔离；磁隔离。目的：计算机安全，提高抗干扰能力。变压器隔离：对于交流信号的传输,一

般使用变压器隔离干扰信号的办法。隔离变压器也是常用的隔离部件，用来阻断交流信号中的直流干扰和抑制低频干扰信号的强度，把各种模拟负载和数字信号源隔离开来，也就是把模拟地和数字地断开。传输信号通过变压器获得通路，而共模干扰由于不形成回路而被抑制。如图所示。

中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道变压器隔离中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道（6）消除噪声源设备位置选择；电源选择。（7）电缆选择采用多芯电缆；动力线

与信号线分开。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.6.1过程通道抗干扰技术按干扰对系统的作用形式(传导模式)分为串模干扰和共模干扰。1、串模干扰及其抑制方法（1）串模干扰(横向干扰或常态干扰)定义：所谓串模干扰是指叠加在被测信

号上的干扰噪声。被测信号指有用的直流信号或变化缓慢的交变信号，而干扰噪声是指无用的变化较快的杂乱交变信号。如图2.16所示。（2）串模干扰的来源空间电磁场干扰；来自信号源内部或电源内部。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出

接口与过程通道信号源干扰源干扰电压un与信号电压us相串加(串模干扰)串模干扰和被测信号在回路中所处的地位相同，以两者之和作为输入信号中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道（3）串模干扰的

抑制方法①采用输入滤波器un的频率比信号频率高时，采用低通滤波器；un的频率比信号频率低时，采用高通滤波器；un的频率频率落在信号频谱两侧，采用带通滤波器。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道

②对于尖峰串扰，采用双积分式A/D转换器；(积分周期取为干扰周期的整数倍)③对电磁感应干扰，对被测信号尽早进行前置放大，以提高信噪比，或尽早完成A/D转换或采取隔离屏蔽措施；④利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰采用高抗扰度逻辑器件（具有高阈值）；采用低速逻

辑器件，抑制高频干扰。⑤采用双绞线作为信号线减小感应面积；双线场强接近；小环路感应电势相互抵消，并屏蔽接地。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道双绞线是由两根互相绝缘的导线扭绞缠绕组成，为了增强抗干扰能力，可在双绞线的外面加金属编织物或护套形成屏蔽双

绞线，下图给出了带有屏蔽护套的多股双绞线实物图。双绞线可用来传输模拟信号和数字信号，用于点对点连接和多点连接应用场合，传输距离为几公里，数据传输速率可达2Mbps。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道节距（mm）干扰

衰减比屏蔽效果(dB)10014：1237571：13750112：14125141：143平行线1：10双绞线(Twist-Pair)相邻的扭绞处之间距离为双绞线的节距，双绞线不同节距会对串模干扰起到

不同的的抑制效果。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、共模干扰及其抑制方法（1）共模干扰(纵向干扰或共态干扰)定义：所谓共模干扰是指A/D转换器两个输入端上共有的干扰，即干扰信号同

时、同相、等量地出现在A/D转换器两个输入端。如图中ucm所示。可以是直流电压，也可以是交流电压，其幅值达几伏甚至更高，这取决于现场产生干扰的环境条件和计算机等设备的接地情况。（2）共模干扰来源系统中“地”电位不一致；（地线电阻不等于0）中南大学信息科学与工程

学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道共模干扰示意图在计算机控制系统中一般都用较长的导线把现场中的传感器或执行器引入至计算机系统的输入通道或输出通道中，这类信号传输线通常长达几十米以至上百米。这样，现场被测信号的参考接地点与计算机系统输入或输出通道的参考接地点之

间存在一个电位差Ucm，它是加在放大器输入端上共有的干扰电压，故称共模干扰电压。被测信号源中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道计算机控制系统中，被测信号有单端对地和双端不对地两种输入方式。单端

对地输入方式，地电位差完全转化为串模干扰电压加在信号输入端，此方式不宜采用。UsZsZcUcmUsZs1Zc1UcmZc2Zs2单端对地输入双端不对地输入AB信号源内阻抗输入电路输入阻抗中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道对于双端不对地的信号输入方式，共模干扰电压Ucm在A，B两端产生的共模电压分别为：111ccscmAZZZUU222ccscmBZZZUUcmcSCcsCBAABnUZZZZZZUUUU)(222111

在A、B之间产生的等效串模干扰电压Un为：中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道结论：若Zs1=Zs2,Zc1=Zc2，则UAB=0，不会引入共模干扰。但实际上无法满足，总存在一定的共模干扰电压。当Zs1和Zs2越小，Zc1和Zc2越大，且Z

c1和Zc2越接近时，共模干扰的影响就越小。一般情况下，共模干扰电压UAB总是转化成一定的串模干扰Un出现在两个输入端之间。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道共模干扰电压始终存在，衡量一个输入电路

抑制共模干扰的能力，用共模抑制比CMRR表示：)(lg20dBUnUcmCMRR共模干扰Ucm引入的串模干扰Un越小，则CMRR越大，输入电路抗共模干扰的能力越强。单端对地输入方式，Un=Ucm，CMRR=0，无共模干扰抑制能力。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二

章输入输出接口与过程通道（3）共模干扰的抑制方法既然共模干扰产生的原因是不同“地”之间存在的电压，以及模拟信号系统对地的漏阻抗。因此，共模干扰电压的抑制就应当是有效的隔离两个地之间的电联系，以及采用被测信号的双端差动输入方式。具体的有变压器隔

离、光电隔离与浮地屏蔽等三种措施。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道①变压器隔离：利用变压器把现场信号源的地与计算机的地隔离开来，也就是把“模拟地”与“数字地”断开。被测信号通过变压器耦合获得通路，而共模干扰电压由于不成

回路而得到有效的抑制。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道要注意的是，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源，以切断两部分的地线联系，如图所示。被测信号U

S经双绞线引到输入通道中的放大器，放大后的直流信号US1，先通过调制器变换成交流信号，经隔离变压器B由原边传输到副边，然后用解调器再将它变换为直流信号US2，再对US2进行A/D转换。这样，被测信号通过变压器

的耦合获得通路，而共模电压由于变压器的隔离无法形成回路而得到有效的抑制。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道②光电隔离特点：密封不受外界光的干扰；靠光传输信号,切断电路间

电的联系；发光二极管动态电阻小，叠加的干扰信号小；光电耦合器的传输比小，对干扰信号不敏感；能有效抑制电压幅值高、电流小的干扰信号；有较好的带宽，较低的输入失调和增益漂移系数；体积小。电路简单，成本低，实现容易。注意：光电隔离前后要分别采取两组

独立电源。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道光耦隔离器的模拟信号隔离中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道③浮

地屏蔽：利用屏蔽层使输入信号的“模拟地”浮空，使共模输入阻抗大为提高，共模电压在输入回路中引起的共模电流大为减少，从而抑制了共模干扰的来源，使共模干扰降至很低，绝缘阻抗Z1、Z2均由分布电容和漏电阻组成图2.47浮地输入双层屏蔽等效电路图中南大学信息科学与工

程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道由共模电压Ucm引入的串模干扰电压UAB非常弱。④采用仪表放大器提高共模抑制比仪器放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低等优点，是专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。cmCCRCUZRRU2RCSSZSABUZZ

ZUU11ZZZSS2ZRRCCcmU12ZZZRsC，中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、长线传输干扰及其抑制方法（1）长线的概念所传输的信号波长可与传输线的长

度相比拟时，或当传输线长度远超过传输信号波长时，构成长线传输。(50Hz信号波长约6000km,1000MHz信号的波长约30cm)计算机系统内，是否长线取决于集成电路的运算速度。（2）信号在长线传输中的问题①外界电磁波、电磁场、静电场和其它传输线的干扰作用；②具有信号延时：架空单线3.3ns

/m，双绞线5ns/m，同轴电缆6ns/m；中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道③高速度变化的信号在长线中传输时会出现波反射现象，反射信号与有用信号叠加在一起，

使有用信号波形变坏，即所谓“长线效应”。(由于终端阻抗不匹配或始端阻抗不匹配引起)（3）抑制方法①选用同轴电缆或双绞线。同轴电缆对电场干扰有较好的抑制作用，双绞线对磁场干扰有较好的抑制作用，绞距越短效果越好（波阻抗越低）；双绞线要对称使用(

两条线都接地)，传输过程中尽量少用接插件；长线传输中，各信号线绞距要不同，尽量交叉走线，不要平行走线。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道②终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，用于消除长线传输中的

波反射或抑制到最低限度。测量法确定传输线的波阻抗：00CLRp理论计算传输线的波阻抗：中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道终端匹配对于图(a)R=Rp。特点：时间上延迟；终端电阻变低

，使信号波形高电平下降，降低高电平的抗干扰能力；对低电平没有影响；图(b)用Ec提高电平，其中2121RRRRRp特点：高电平下降少，缺点是低电平抬高；为此取R1>R2，以使高电平降的较多，低电平抬高得较少；返回中南大学信息科学与工程学

院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.6.2CPU抗干扰技术1、CPU常用抗干扰措施看门狗（Watchdog）；掉电保护（电源监控）；复位等。这些方法可采用微处理监控电路MAX1232来实现。2、MAX12

32的结构原理MAX1232微处理器监控电路，给微处理器提供辅助功能、电源供电监控功能。其内部结构如图2.18。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道中南大学

信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道图2.18MAX1232的结构及引脚图（8脚）PushbuttonResetTimedelaysetTolerancesetStrobeInput中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道(1)引脚说明①：(Pushbuttonreset)按键复位输入。低电平有效,忽略小于1ms宽度输入抖动脉冲，确保识别20ms以上脉冲。无锁的手动复位输入。②TD：(Timedelayset)看门狗时基选择输入。TD＝0V时，tTD=150ms；TD悬空时，tT

D=600ms；TD＝Vcc时，tTD=1.2s。③TOL：(Toleranceset)容差输入。TOL＝0V时，选取5%容差(4.62V)；TOL＝Vcc时，选取10%容差(4.37V)。④GND：“地”（0V）。PBR

ST中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道⑤RST：复位输出（高电平有效）。RST产生条件：若Vcc低于所选择的复位电压阈值时，RST＝“1”；若变低，则RS

T＝“1”；若在给定监控周期tTD内未接通，则RST＝“1”；若在加电源期间，则RST＝“1”；（上电复位）⑥：复位输出（低电平有效）。产生条件：同RST。STPBRSTRST中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第

二章输入输出接口与过程通道⑦：(StrobeInput)选通输入看门狗定时器（脉冲)输入，使定时器重新计数。⑧Vcc：＋5V电源。（2）原理①MAX1232通过监控微处理器系统的电源供电及监控软件的执

行，来增强电路的可靠性，并提供一个反弹的（无锁）手动复位输入。②当电源过压，或欠压时，MAX1232输出一个脉宽大于250ms的复位脉冲，其中的容许极限可选5%/10%。③MAX1232有一个可编程的监控定时器（WD，看门狗），监督软件的执行。WATCHDOG可编程为150ms，600ms

或1.2s的超时设置。ST中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、MAX1232的主要功能电源监控：电压检测器监控Vcc，当Vcc低于所选择的容限时，输出并保持

复位电平。当Vcc恢复到容许极限内，复位信号保持250ms。按钮复位输入：PBRST端手动强制复位输出。当PBRST升高到大于一定的电压值后，复位输出保持250ms。监控定时器：正常情况下，计算机系统正确地执行程序，微处理器每隔一定时间tTD（可选）触发ST端。如果ST在给定的监控周期内，没被触

发，就说明系统的硬件或软件有故障，这时MAX1232就输出复位信号，并保持250ms以上。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道信号：可来自CPU的任一I/O口的某一位。监控周期tTD的选择：视程序执行所需时间而定TD=0V时，tTD

＝150ms；TD悬空时，tTD＝600ms；TD=Vcc时，tTD＝1.2s。作用：检测因干扰引起的“程序飞逸“，并自动恢复。（看门狗）ST中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道掉电保护和恢复运行“掉电“：电网电压瞬间断电或电网电压突然下降。后果

：掉电时，微机系统陷入混乱状态，工作不正常，电网电压恢复正常后，微机系统难以恢复正常。掉电保护①MAX1232的监控电路在检测到掉电信号（电源电压下降到CPU允许的最低工作电压）前几百μs至数ms，产生复位信号

，加到微处理器（CPU）的外部中断输入端，引起外部中断（优先级最高）。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道②外部中断服务子程序，首先进行保护现场，把掉电时

的重要状态参数、中间结果、某些专用寄存器的内容存入具有后备电源的RAM中；其次，对有关外部设备作出妥善处理，例如关闭各I/O口，使外设于某种非工作状态；最后，在具有后备电源的RAM中的某个单元设置“掉电标志”。中南大学信

息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道恢复运行当电网电压恢复正常后，CPU重新上电复位。系统复位后，软件系统首先检索是否有“掉电标志”：①若无“掉电标志”，则按一般开机程序执行，进行系统

初始化等。②若有“掉电标志”，则不许进行系统初始化，而应恢复现场，以一种合理的安全方式继续执行未完成的软件任务。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2.6.3系

统供电与接地技术一、供电技术1、电源抗干扰综述除强电被控设备外，微机测控系统中的各单元都需要直流电源供电。一般由电网的交流电经过变压、整流、滤波、稳压后向系统提供直流电源。由于变压器的初级绕组接在市电电网上，电网

上的各种干扰便会引入系统。这种干扰通过设备的电源线传入系统的内部，对计算机产生影响。除此之外，由于电源共用，各电子设备之间通过电源也会产生相互干扰。实践表明，电源的干扰是计算机控制系统的一个主要干扰。中

南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、电源干扰的类型电源线中的高频干扰：供电电力线相当于一个接受天线，能把雷电、开闭日光灯、启停大功率的用电设备、电视广播电台等辐射的高频干扰信号通过电源变压器初级耦合到次级，形成对计算机

的干扰。感性负载产生的瞬变噪声：切断大容量感性负载时，能产生很大的电流和电压变化率，从而形成瞬变噪声干扰，成为电磁干扰的主要原因。电网电压的短时下降干扰：当启动如大电机等大功率负载时，由于启动电流很大，可导致电网电压短时大幅度下降。这种下降值超出稳压电源的调整范围时，也将干扰电路

的正常工作。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道晶闸管通断时所产生的干扰：晶闸管由截止到导通，仅在几微秒的时间内使电流由零很快上升到几十甚至几百安培，因此电

流变化率di/dt很大。这样大的电流变化率，使得晶闸管在导通瞬间流过一个具有高次谐波的大电流，在电源阻抗上产生很大的压降，从而使电网电压出现缺口。这种畸变了的电压波形含有高次谐波，可以向空间辐射，或者通过传导耦合，干

扰其他电子设备。拉闸过程形成的高频干扰：当微机与电感负载共用一个电源，拉闸时产生的高频干扰电压通过电源变压器的初次级间的分布电容耦合到测控装置，再经该装置与大地间的分布电容形成耦合回路。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技

术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、电源抗干扰的基本方法采用交流稳压器。当电网电压波动范围较大时，应使用交流稳压器。干扰严重时，在交流稳压器前可加隔离变压器。如图所示。图中交流稳压器是为了抑制电网电压的波动，提高计算机控制系统的稳定性，交流稳压器能把输出波形畸变控制在5％以内

，还可以对负载短路起限流保护作用。低通滤波器是为了滤除电网中混杂的高频干扰信号，保证50HZ基波通过。交流稳压器低通滤波器直流稳压器计算机220VAC中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道电源滤波器。交流电源引线上的滤波器可以抑制输入

端的瞬态干扰。直流电源的输出也接入电容滤波器，以使输出电压的纹波限制在一定范围内，并能抑制数字信号产生的脉冲干扰。在要求供电质量很高的特殊情况下，可以采用发电机组或逆变器供电，如采用在线式UPS不间断电源供电。电池充电器电池组直流稳压器220

VAC逆变器交流稳压器控制器计算机中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道电源变压器采取屏蔽措施。利用几毫米厚的高导磁材料将变压器严密的屏蔽起来，以减小漏磁通的影响。在每块

印刷电路板的电源与地之间并接去耦电容，可以消除电源线和地线中的脉冲电流干扰。采用分立式供电。整个系统不是统一变压、滤波、稳压后供各单元电路使用，而是变压后分别送给各单元电路的整流、滤波、稳压。这样可以有效地消除各单元电路间的电源线、地线间的耦合干扰，又提高了供电质量，增大了散热面积。分

类供电方式。把空调、照明、动力设备分为一类供电方式，把微机及其外设分为一类供电方式，以避免强电设备工作时对微机系统的干扰。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道二、接地技术微机测控系统和其他工

业用电子设备的干扰与系统的接地方式有很大关系。接地技术往往是抑制噪声的重要手段。良好的接地可以在很大程度上抑制系统内部噪声耦合，防止外部干扰的侵入，提高系统的抗干扰能力。反之，若接地处理得不好，反而会导致噪声耦合，形成严重干扰。因此，在抗干扰设计中，对接地方式应予以认真的考

虑。1、地线分类在计算机控制系统中，大致有以下几种地线：模拟地、数字地、信号地、系统地、交流地和保护地。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道模拟地：传感器、变送器、A/D和D

/A转换器中模拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，它的信号比较小，而且与生产现场连接。有时为区别远距离传感器的弱信号地与主机的模拟地关系，把传感器的地又叫信号地。数字地：计算机中各种数字电路的零电位，

应与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。系统地：上述几种地的最终回流点，直接与大地相连，作为基准零电位。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道交流地：计算机交流供电的动力

线地或称零线，它的零电位很不稳定。在交流地上任意两点之间往往就有几伏乃至几十伏的电位差存在。另外，交流地也容易带来各种干扰。因此，交流地绝不允许与上述几种地相连，而且交流电源变压器的绝缘性能要好，绝对避免漏电现象。

保护地：又称安全地、机壳地或屏蔽地，目的是使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电影响人身及设备安全。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道2、设置地线的目的为了保证控制系统稳定可靠地运行，防止地环路引起的干扰

，常称为工作接地；为了避免操作人员因设备的绝缘损坏或下降遭受触电危险和保证设备的安全，这称为保护接地。本节主要讨论工作接地技术。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道3、设计接地的一般原则分离原则：各种地线分别设置，且各自形成回路。一般采用分

别回流法单点接地。回流线采用汇流条而不采用一般导线(减少自感，减少干扰的窜入途径)；数字地汇流条与模拟地汇流条隔开；机壳地与信号地隔开。数字地横汇流条数字地纵汇流条模拟地横汇流条模拟地纵汇流条接地板安全地(机壳地)系统地大地回流法接地示例图中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二

章输入输出接口与过程通道单点接地原则：低频电路（f<1MHZ）应单点接地。避免形成地环路，避免地环路产生的电流引入到信号回路中引起干扰。而布线及元件间的电感影响不大。就近接地原则：以最短路径接地。高频电路（f

>10MHZ）应多点接地。因为高频时，地线上的电感增加了地线阻抗，且各地线间产生电感耦合；在1至10MHZ间若用单点接地时，地线长度不得超过波长的1/20，否则应多点接地。合理确定地线形状：包括宽窄、精细及分布方式等。中南大学信息科学与工程学院自动化专业

计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道4、接地设计与接地方式具体说明⑴低频接地技术常用的低频接地技术有：①一点接地方式电路1电路2电路3r1r2r3I3I2I1CBAI3I2+I3I1+I2+I3串联一点接地中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接

口与过程通道并联一点接地方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。电路1电路2电路

3r1r2r3I3I2I1CBA并联一点接地中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道②实用的低频接地(串连一点接地的综合接法-----分组接法)信号地线噪声地线金属件地线实用低频接地方式信号地线：低电平电路地线噪声地线：继电器、电

动机等的地线金属件地线：设备机壳地线工程设计中，至少要有3条分开的地线，即低电平电路地线、继电器及电动机等的地线（噪声地线）、设备机壳地线（金属件地线）。应在一点连接接地，可解决计算机控制系统中大部分接地问题。中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口

与过程通道②低频时电缆屏蔽层的单端接线方式；（P61图2.60）⑵通道馈线的接地设计①电路一点地基准：模拟量输入通道电路采用单端接地方式；（避免地电位差及导线电阻不为零产生的干扰）放大器信号源中南大学

信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道③浮地系统（图2.61）绝缘电阻大于50兆欧。安全可靠，抗干扰能力强，但制造工艺复杂，一旦绝缘电阻降低就会引入干扰。机芯主机外壳大地外壳接地，机芯浮空示意图主机打印机绘

图仪操作台过程通道大地近距离多机系统的接地示意图地线④多机系统的接地（图2.62）多机一点接地中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道计算机控制系统的主机架内采用图所示的分别

回流法接地方式。主机地与外部设备地的连接采用一点接地。为了避免多点接地，各机柜用绝缘板垫起来。这种接地方式安全可靠，有一定的抗干扰能力，一般接地电阻选为4~10Ω左右。接地电阻越小越好，但接地电阻越小，接地极的施工就越困难。返回中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机

控制技术讲义第二章输入输出接口与过程通道第二章结束