采用V_F和F_V转换实现模拟量的隔离
测控电路知识点总结
测控电路一．名词解释1.测量放大电路2.高共模抑制比电路：有抑制传感器输出共模电压（包括干扰电压）的放大电路称为高共模抑制比放大电路。
P263.有源驱动电路：将差动式传感器的两个输出经两个运算放大器构成的同相比例差动放大后，使其输入端的共模电压1：1地输出，并通过输出端各自电阻（阻值相等）加到传感器的两个电缆屏蔽层上，即两个输入电缆的屏蔽层由共模输入电压驱动，而不是接地，电缆输入芯线和屏蔽层之间的共模电压为零，这种电路就是有源屏蔽驱动电路。
P284.电桥放大电路：由传感器电桥和运算放大器组成的放大电路或由传感器和运算放大器构成的电桥都称为电桥放大电路。
P295.自举电路：自举电路是利用反馈使输入电阻的两端近似为等电位，减小向输入回路索取电流，从而提高输入阻抗的电路。
P366.可编程增益放大电路：放大电路的增益通过数字逻辑电路由确定的程序来控制,7.隔离放大电路：隔离放大电路的输入、输出和电源电路之间没有直接的电路耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。
P458.信号调制及解调：调制就是用一个信号（称为调制信号）去控制另一作为载体的信号（称为载波信号），让后者的某一特征参数按前者变化。
在将测量信号调制,并将它和噪声分离，放大等处理后，还要从已经调制的信号中提取反映被测量值的测量信号，这一过程称为解调。
P559•调幅、调频、调相、脉冲调宽：调幅就是用调制信号x去控制高频载波信号的幅值。
（P55）10.包络检波：从已调信号中检出调制信号的过程称为解调或检波。
幅值调制就是让已调信号的幅值随调制信号的值变化，因此调幅信号的包络线形状与调制信号一致。
只要能检出调幅信号的包络线即能实现解调。
这种方法称为包络检波。
P60二．简答题1.测控电路在整个测控系统中起着什么样的作用？答：传感器的输出信号一般很微弱，还可能伴随着各种噪声，需要用测控电路将它放大，剔除噪声、选取有用信号，按照测量与控制功能的要求，进行所需演算、处理与变换，输出能控制执行机构动作的信号。
模拟量的实现原理有哪些
模拟量的实现原理有哪些模拟量的实现原理有以下几种：1. 电阻分压法：电阻分压法是一种常见的模拟量实现方法，它通过调整不同电阻的连接方式，使电流或电压在不同电阻间产生不同的分压，从而实现模拟量的传输。
当电流通过电阻分压电路时，根据欧姆定律，电流在电阻上产生的电压与电阻的比例成正比。
通过改变电阻的取值和连接方式，可以实现不同范围和精度的模拟量传输。
2. 电流环路法：电流环路法是一种基于电流传输的模拟量实现方法，它利用电流的大小和方向来表示模拟量。
通常使用一个电流环路作为传输介质，通过改变输入电流的大小和方向，来实现模拟量的控制和传输。
电流环路法的优点是传输距离远，抗干扰能力强，适用于工业自动化领域。
3. 电压-电流转换法：电压-电流转换法是一种常用的模拟量实现方法，它通过电阻、电容、二极管等元件的组合，将输入的电压信号转换为相应的电流信号。
通过改变电阻、电容或二极管的参数，可以实现不同范围和精度的模拟量传输。
4. 数字-模拟转换器（DAC）：数字-模拟转换器是将数字信号转换为模拟信号的装置，它是模拟量实现的重要组成部分。
DAC通过将数字信号转换为模拟电压或电流输出，实现模拟量的传输。
基本原理是将二进制数字信号转换为相应的模拟电压或电流输出，输出的电压或电流与输入的数字信号成正比。
5. 模拟-数字转换器（ADC）：模拟-数字转换器是将模拟信号转换为数字信号的装置，它用于将传感器等模拟量输入转换为数字信号进行处理。
ADC通常包括采样、量化和编码等环节，通过将模拟信号的幅值转换为数字形式的数据，实现模拟量的数字化。
以上是一些常见的模拟量实现原理，每种原理都有适用于不同应用场景的优缺点。
模拟量的实现原理多种多样，工程师可以根据具体的需求和条件选择合适的实现方法，实现模拟量的传输和控制。
一种利用V／F和F／V转换器实现远距离隔离传输的实用电路
器 、精密 电流 源 、单 稳 多 谐 振 荡 器 和 输 出 晶体 管 组 成 。该 电 路 在 ± １ Ｖ 电 源 电 压 下 ，功 耗 电流 小 于 ５
ｌ ｍＡ，满 刻度 为 ｌ ５ ＭＨｚ 时其 非线 性 度小于 ０ ０ 。在 一４ ￣８ ℃范 围 内既能用 作 电压频率 转换器 ，又 ．７ ０ ５ 可用 作频率 电压 转换 器 。 以 ＡＤ ５ ６ ０为基 础 设计 的远距 离隔 离 传输 电路 如 图 ２所 示 。该 电路 由相互 联 系 的 ２部 分组 成 ，第 ｌ 部分 为 Ｖ／ Ｆ转换 ，第 ２部 分为 光电隔 离器件 和 Ｆ Ｖ转换 ，中间用 双绞线 连接 。Ｖ／ ／ Ｆ转 换部 分完 成输 入 电压到脉 冲频 率 的转换 。 电压输 入部 分 由较 小 的可调 电阻 和较 大的 固定 电阻串联 （ 组成 ， 尺 ＋Ｒ ） 以便 对 输 入阻值 进行 微调 ，满 足 ＡＤ ５ ６ ０对 输入 电流 的要求 （ ￣６ Ｏ ｍＡ） 。其转换 关 系为 ：
种 利 用 Ｖ Ｆ和 Ｆ Ｖ 转 换 器 实 现 ／ ／ 远 距 离 隔离 传 输 的实 用 电路
一
吴 文 秀 （ 长江大 学机 械工程学院， 湖北 荆 ４４２） 州 ３０３
［ 要 ］ 在 介 绍 利 用 Ｖ／ 和 Ｆ Ｖ 变换 实 现 远 距 离 隔 离传 输 原 理 的基 础 上 ． 以 ２片 ＡＤ ５ 摘 Ｆ ／ ６ ０为 中心 设 计 了 一 种 实 用 的 远 距 离隔 离传 输 电路 。 该 电 路 具 有 传 输 可 靠 、抗 干扰 能力 强 、经 济 实用 等 特 点 。 ［ 键 词 ］ Ｖ Ｆ转 换 ；Ｆ Ｖ 转 换 ； Ａ ６ ０ 关 ／ ／ Ｄ ５ ；远 距 离 ；隔 离传 输
V-F与F-V转换电路
C2
VIN +15V
偏移调节 -15V
增益调节 R2 R1
R5 RIN R4
-15V 0.1μF
单稳触发器电容 +V逻辑 R3
FOUT
-IN 1
NC- 2
NC- 3 -VCC 4
5 C1 NC- 6 FOUT 7
+A -
1mA
单稳态 -VS 触发器
W1 W2 比较器
14 +IN 13 VOUT 12 +VCC
若要求输入脉冲频率FIN=10KHz时输出电压VOUT=10V，可使 R1+R2=40KΩ，C1=3650pF，C2=0.01μF。
单片机原理与应用
中ADVFC32的内部结构与引脚分布如图7.40所示，有14个引脚，采
用双列直插式结构。在联接使用时，主要外接的器件有电阻RIN、积 分电容器C2，输出电阻R3以及单稳定时器电容C1。这些器件的参数可 由下列公式计算：
C1
3.3105 Fmax
3.010小于1000pF）
C
+VS
VIN
R
IIN
A
+
VINT
比较器
W1 W2
RX CX 单稳态定时器
RL
Vo
(f)
S IR
-VS
图7.38 V/F转换器原理图
假设开始时单稳态定时器输出低电平，恒流源与反相输入端
开路。这时流过积分器的电流只有输入电流IIN。该电流对积分 电容器C充电，使积分器输出VINT下降。下降到0V时比较器翻 转，触发单稳态定时器输出宽度为t0的正脉冲，使模拟开关S闭 合，恒流源向积分电容器C反向充电（也称为电容器放电），
单片机原理与应用
模拟量光电隔离_解释说明以及概述
模拟量光电隔离解释说明以及概述1. 引言1.1 概述模拟量光电隔离是一种重要的电子技术，用于隔离和保护模拟信号。
它通过使用光学器件将输入信号与输出信号之间进行物理隔离，从而实现信号的传递和保护。
模拟量光电隔离在工业自动化、仪表控制和通信系统等领域中广泛应用，对于提高系统的可靠性和安全性起到了关键作用。
1.2 文章结构本文将围绕着模拟量光电隔离展开讨论，主要分为以下几个部分：第二部分将详细解释说明模拟量光电隔离的概念、原理以及应用领域；第三部分将深入探讨模拟量光电隔离技术，包括光耦合器件及其工作原理、光电隔离器件的分类和特点以及选择方法；第四部分将通过实际案例分析与应用实践来进一步了解设备或系统中模拟量光电隔离的需求分析、选型依据，以及在工业自动化中的应用案例以及遇到的挑战与解决方案；第五部分将总结模拟量光电隔离的优势与不足，并对未来模拟量光电隔离发展进行展望。
1.3 目的本文的目的是提供读者对于模拟量光电隔离技术的全面理解。
通过阐述其概念、原理和应用领域，以及深入探讨其技术细节和实际案例，帮助读者了解模拟量光电隔离在工业自动化中的重要性和价值。
同时，本文还旨在为今后相关领域的研究和开发提供参考和指导。
2. 模拟量光电隔离解释说明2.1 模拟量信号与光电隔离的概念模拟量信号指的是连续变化的电信号，其数值可以在一定范围内任意取值。
而光电隔离是指通过使用光耦合器件将模拟量信号转换成光信号，实现信号之间的隔离和传递。
2.2 光电隔离的原理与作用光电隔离器件采用了光耦合技术，利用发射器将输入电信号转换成相应的光信号，然后经过介质空气或者光纤传输到接收器，接收器再将光信号转换回原始电信号输出。
这样就实现了输入与输出之间的完全电气隔离。
光电隔离主要有以下几个作用：1. 电气隔离：通过光学方法将输入和输出之间进行绝缘，避免了由于共地引起的潜在危险。
2. 抗干扰能力强：由于采用了光学传输方式，在一些噪声环境下具有很好的抗干扰能力，可以有效地防止外界干扰对模拟量信号的影响。
模拟量信号隔离器工作原理
模拟量信号隔离器工作原理模拟量信号隔离器（Analog Signal Isolator）是一种电子设备，用于将输入信号与输出信号之间进行隔离，以防止干扰或损坏。
它常用于工业自动化领域，例如工厂生产线上的信号传输和控制系统中。
模拟量信号隔离器的工作原理基于电气隔离技术。
它通过使用隔离放大器、光电耦合器、变压器等元件，将输入信号和输出信号之间的电气连接隔离开来。
这种隔离可以通过不同的物理机制实现，如电磁感应、光电效应等。
输入信号被传递到隔离放大器中。
隔离放大器通常由差分放大器和功率放大器组成。
差分放大器用于抵消输入信号中的共模噪声，提高信号的纯净度和抗干扰能力。
功率放大器则用于放大差分放大器的输出信号，以便驱动后续电路。
在输入信号经过隔离放大器放大后，接下来是电气隔离环节。
这一环节通常使用光电耦合器或变压器来实现。
光电耦合器利用光电效应将电信号转换为光信号，然后通过光纤或光耦合元件传输到输出端。
在输出端，光信号再次被转换为电信号，从而实现输入信号和输出信号之间的电气隔离。
变压器则利用电磁感应原理，在输入端和输出端之间通过互感耦合来实现电气隔离。
通过输出端的放大器将隔离后的信号放大，以便驱动后续的设备或系统。
输出端的放大器通常是功率放大器，其作用是提供足够的电流和电压来满足输出设备的要求。
模拟量信号隔离器的工作原理使得输入信号和输出信号之间实现了电气隔离，从而达到了防止干扰和损坏的目的。
它可以有效地隔离来自噪声、干扰电压、地线回路等因素对信号的影响，提高信号的可靠性和稳定性。
此外，模拟量信号隔离器还可以实现不同电平、不同地线之间的信号传输，提高系统的兼容性和灵活性。
模拟量信号隔离器通过电气隔离技术，将输入信号和输出信号之间的电气连接隔离开来，从而防止干扰和损坏。
它在工业自动化领域中起着重要的作用，提高了系统的稳定性、可靠性和兼容性。
通过不断的技术创新和发展，模拟量信号隔离器在工业控制和信号传输领域将有更广泛的应用。
关于单片机模拟信号采集一些方法
关于单⽚机模拟信号采集⼀些⽅法关于单⽚机模拟信号采集⼀些⽅法2010-10-15 22:51单⽚机系统采集的信号有模拟电压信号、模拟电流信号、PWM信号、数字逻辑信号等。
现在，绝⼤多数传感器输出的信号都是模拟信号量，电流和电压。
所以模拟信号的采集应⽤最为⼴泛，处理过程也相对复杂。
相⽐于模拟信号，PWM信号和数字逻辑信号的采集⽐较直接，单⽚机能够直接处理这类信号，⽆需额外的器件进⾏信号转换。
这⾥的模拟信号是指电压和电流信号，对模拟信号的处理技术主要包括模拟量的选通、模拟量的放⼤、信号滤波、电流电压的转换、V/F转换、A/D转换等。
1．模拟通道选通单⽚机测控系统有时需要进⾏多路和多参数的采集和控制，如果每⼀路都单独采⽤各⾃的输⼊回路，即每⼀路都采⽤放⼤、滤波、采样/保持，A/D等环节，不仅成本⽐单路成倍增加，⽽且会导致系统体积庞⼤，且由于模拟器件、阻容元件参数特性不⼀致，对系统的校准带来很⼤困难；并且对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采⽤⼀个回路⼏乎是不可能的。
因此，除特殊情况下采⽤多路独⽴的放⼤、A/D外，通常采⽤公共的采样／保持及A／D转换电路(有时甚⾄可将某些放⼤电路共⽤)，利⽤多路模拟开关，可以⽅便实现共⽤。
在选择多路模拟开关时，需要考虑以下⼏点：（1）通道数量通道数量对切换开关传输被测信号的精度和切换速度有直接的影响，因为通道数⽬越多，寄⽣电容和泄漏电流通常也越⼤。
平常使⽤的模拟开关，在选通其中⼀路时，其它各路并没有真正断开，只是处于⾼阻状态，仍存在漏电流，对导通的信号产⽣影响；通道越多，漏电流越⼤，通道间的⼲扰也越多。
（2）泄漏电流在设计电路时，泄漏电流越⼩越好。
采集过程中，信号本⾝就⾮常微弱，如果信号源内阻很⼤，泄漏电流对精度的影响会⾮常⼤。
（3）切换速度在选择模拟开关时，要综合考虑每路信号的采样速率、A/D的转换速率，因为它们决定了对模拟开关的切换速度的要求。
（4）开关电阻理想状态的多路开关其导通电阻为零，⽽断开电阻为⽆穷⼤，⽽实际的模拟开关⽆法到这个要求，因此需考虑其开关电阻，尤其当与开关串联的负载为低阻抗时，应选择导通电阻⾜够低的多路开关。
计算机控制技术复习资料
第一章i ）简述计算机控制系统与常规仪表控制系统的基本结构及主要异同点。
基本结构：SM （＜n 册覘翦相同点： 1、结构基本相同，功能相同。
2不同点： 、计算机控制系统是在常规仪表控制系统演变而来。
1、计算机控制系统能够实现复杂的控制规律，从而达到较高的控制质量。
23 45、由于计算机具有分时操作的功能，所以计算机控制系统具有群控的功能。
、由于计算机的软件有恢复功能，所以计算机控制系统灵活性强。
、由于计算机控制系统有有效的抗干扰，抗噪声，所以可靠性高。
、由于计算机有监控，报警，自诊断功能，所以计算机控制系统的可维护性强。
2）分析说明图1-3计算机控制系统的硬件组成及其作用。
1. 主机组成：中央处理器（CPU 和内存储器（RAM 和ROM 组成。
作用：根据输入通道送来的被控对象的状态参数，进行信息处理、分析、计算，作出控制决 策，通过输出通道发出控制命令。
2. 常规外部设备外部设备按功能可分成三类：输入设备、输出设备和外存储器。
生产i±程f +给定值———-—1 ■ -——— -—-—B1-2计聲晦髒絃理區输入设备有键盘、光电输入机、扫描仪等，用来输入程序、数据和操作命令。
输出设备有打印机、绘图机、显示器等，用来把各种信息和数据提供给操作者。
外存储器有磁盘装置、磁带装置、光驱装置，兼有输入、输出两种功能，用来存储系统程序 和数据。
3. 过程输入/输出通道过程输入通道又分为模拟量输入通道和数字量输入通道两种； 过程输出通道又分为模拟量输出通道和数字量输出通道两种。
作用：主机和被控对象实现信息传送与交换的通道。
4. 操作台操作台是操作员与计算机控制系统之间进行联系的纽带， 可以完成向计算机输入程序、修改数据、显示参数以及发出各种操作命令等功能。
5. 通信设备在不同地理位置、不同功能的计算机之间通过通信设备连接成网络，以进行信息交换。
第二章1）课本14页的图2-2 以4位D/A 转换器为例说明其工作原理R--2R 电阻网络假设D3 D2、Di 、D0全为1,贝U B 图33-2BS 公转S1器原S0全部与“ 1 ”端相连。
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收稿日期:2001-02-23
作者简介:方中奇(1964-),男,江苏苏州人,大学本科,工程师,主要从事广电信号的传输及光通讯工作。
基础自动化Basic Automation Feb.2002Vol.9,No.1
2002年2月第9卷第1期
文章编号:100523662(2002)0120061202
采用V/F 和F/V 转换实现模拟量的隔离
方中奇,周惠敏
(吴县广播电视局网络中心,江苏吴县 215128)
摘 要:介绍采用电压2频率2电压转换实现模拟量隔离的方法,给出了LM331的应用实例及技术指标,
该电路可实现现场信号与测量电路的隔离和相邻输入通道间的隔离。
关 键 词:电压频率转换;模数转换;信号隔离中图分类号:TP 353 文献标识码:B
1 引 言
在控制和测量系统中,电量或非电量输入通过传感器和前置电路接入后续电路处理,在数字系统中,一般为AD 转换器件。
由于外部信号通常来自于不同的对象,对于高共模电压下的低电平信号必须采取相应措施完成信号的转换和隔离。
采用V/F 转换和光电隔离将模拟输入转换为频率信号处理是模拟信号转换和隔离的一种有效的方法。
测量电路可以多种方式实现模拟量测量,应用A/F 变换电路也可直接测量频率或周期。
实现V/F 和F/V 转换有多款单片集成电路可完成,其中NS 公司的LM331具有简单的外围电路,较高的性能价格比,可单电源供电,低功耗等优点。
本文介绍采用LM331实现的模拟输入隔离模块的设计。
2 电路特点
LM331适宜应用于多种场合,当用作电压频
率转换时,其输出为频率正比于输入电压的脉冲串,该脉冲可通过简单的光电耦合实现输入输出隔离克服高共模电平。
此外LM331采用的温度补偿电路能提供在整个工作温度范围内的转换精度保证。
其主要特征包括:
①最大线性度:0.01%。
②双电源或单电源供电,5～40V 。
③温度稳定性50ppm/℃。
④低功耗5V 供电时15mW 。
⑤宽动态范围:在10kHz 满刻度输出时最小100dB 。
⑥输出满刻度频
率:1Hz ～100kHz 。
LM331的简化内部结构如图1所示,它是一
个八脚芯片,其中R t ,C t ,R s ,R L ,C L 是外加元件,其工作原理简述如下
:
图1 LM331简化内部结构
1—恒电流输出;2—参考电流输出;3—频率输出;4—地;
5—RC 回路输入;6—门槛电平输入;7—比较器输入;8—电源VDD (+5～+18V )。
脚7的正输入电平V in 和脚6电平V x 在电
压比较器中相比较,如果V in 大于V x ,比较器输出触发单稳定时器延时T =1.13R t 3C t ,定时器输出导通输出晶体管,同时切换电流源对C L 充电,充电电流断开,单稳定时器自复位。
此时C L 通过R L 放电直到V x 小于V in ,然后开始下一个周期。
流入C L 的平均电流I AVE =i 31.13R t 3C t 3f ,流出C L 的电流V x /R L =V in /R L ,当电源电压在319V ～40V 范围变化时,带间歇的参考电压可维持在119V ,因此i =1.9V /R s ,电路工作平衡时,即可得到:
f out =V in 3R s /(21093R L 3R t 3C t )在F/V 方式工作时,频率为f in 的输入脉冲经C 、R 微分电路接至引脚6,脉冲的负跳沿经比
较器触发定时器电路,类似于V/F转换过程,流出引脚1的平均电流I AVE=i31113R t3C t3 f in,充放电平衡时在一脚可得输出电平为:
V out=(f in321093R L3R t3C t)/R s
3 设计和应用
模拟量的隔离输入可由V/F和F/V转换对组成,U1为工作于V/F方式的LM331,U2为工作于F/V方式的LM331,U3为BURR2BROWN 公司的微功率DC2DC转换器DCP0105,该DC2 DC为前级电路提供工作电源,它具有1000V的均方根电压绝缘,U4为运算放大器LM324组成前级信号预处理,为了在零输入时LM331能提供下限输出电压,在F/V转换电路中设置了直流偏置,由图2组成的模拟量隔离电路的输入动态范围应受到电源电压的限制,LM331可在4～40
V
图2 模拟量隔离电路图
供电范围工作,当采用DCP0105作为直流隔离
时,LM331输入动态范围应限制在0～315V。
前
置放大器的R4和R5用于调整输入范围,电位器
P1调整该电路的零输入时的输出。
当工作于
V/F和F/V状态下的一对LM331的外围电路参
数一致时,电路的调试是非常简单的,其转换关系
可用下式表示:
V out=K3V in+V z
式中,V z为零输入时的输出,系数K由前置电路
确定,LM331外围电路参数的离散性引起的误差
也可通过前置电路的调整补偿。
4 结 语
该电路在同步电动机励磁控制系统的转子参
数测量中获得了成功应用。
控制系统以微控制器
为核心,同步电机的转子在电机运行过程中将感
应出交流电压,同时信号取样部分与控制器存在
电位差,采用该电路提高了采样的实时性和降低
了系统成本。
应用该模拟量隔离模块后,转子回
路的电压和电流参数由控制器A/D通道实时测
量,系统工作稳定可靠。
参考文献:
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Analog Input Insulation Based on V/F and F/V Conversion
FA N G Zhong2qi,ZHO U Hui2m i n
(Wuxian Radio and Television Bureau,Jiangsu Wu County215128,China)
Abstract:A A/D convert method by V/F conversion is introduced.The circuit based on LM331device and technic target and its features are presented.The insulation can complete between signals in spot and measure circuit and border input channels. K ey w ords:voltage2to2frequency convert;analog2to2digital convert;signal insulation
・
2
6
・基 础 自 动 化 第9卷。