智能仪表与设计过程输入输出通道设计56页PPT
智能仪表 课件 第四章 开关量信号的输入输出(共33张PPT)
三极管驱动(qū dònɡ)接口电路
P1.0 89C51
R2
LED
9013 R1
第二十八页，共33页。
75451驱动器接口(jiē kǒu)电路
VCC
P1.0 P1.1 89C51
R1 1A 1B LED1 2A 1Y 2B 2Y
75451
R2
LED2
第二十九页，共33页。
智能仪表 课件 第四章 开关(kāiguān) 量信号的输入输出
第一页，共33页。
4.1 开关(kāiguān)量信号的输入
开关量信号电气接口形式(xíngshì)较多 〔TTL电平、CMOS电平、非标准电平、 开关或继电器触点〕，由于信号功率有限 且存在各种干扰，一般不能直接驱动外部 设备，输入输出通道中须采用各种缓冲、 放大、隔离和驱动电路等措施。
第八页，共33页。
TTL和COMS电路比较： 1〕TTL电路是电流(diànliú)控制器件，而coms电 路是电压控制器件。 2〕TTL电路的速度快，传输延迟时间短(5-10ns)， 但是功耗大。 COMS电路的速度慢，传输延迟时间长(25-50ns), 但功耗低。 COMS电路本身的功耗与输入信号的脉冲频率有 关，频率越高，芯片集越热，这是正常 现象。
1.TTL电平:输出高电平>2.4V,输出低电平<0.4V。 在室温下，一般输出高电平是3.5V，输出低电平 是0.2V。最小输入高电平和低电平：输入高电平 >=2.0V，输入低电平<=0.8V，噪声容限是0.4V。 2.CMOS电平：'1'逻辑电平电压接近于电源电压， '0'逻辑电平接近于0V。而且具有很宽的噪声容限。 3.电平转换电路(diànlù)：因为TTL和COMS的上下 电平的值不一样，所以互相连接时需要电平的转 换。
计算机控制系统PPT_1
生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的 方式称为在线方式或联机方式；
生产过程不和计算机相连，且不受计算机控制， 而是靠人进行联系并做相应操作的方式称为离线方式 或脱机方式。
②实时：指信号的输入、计算和输出都要在一定的时 间范围内完成，亦即计算机对输入信息，以足够快的 速度进行控制，超出了这个时间，就失去了控制的时 机，控制也就失去了意义。
设备 口电路 作台
口电路
多路开关 A/D
D/A
多路开关
数字量输入数字量输出I/O 通道传感器及 变送器工
执行机构
业
对
象
信号检测
及变送
被控对象
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计算机控制系统的组成框图
第一章 绪 论
15
—计算机控制系统—
从本质上看，计算机控制系统的作用如下三个方面： ①实时数据采集：对来自测量变送装置的被控量
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第一章 绪 论
36
—计算机控制系统—
1-2-5 计算机控制系统的分类
现场总线控制系统 工作站 — 现场智能仪表-智能电磁流量计
结构模式为：“工作 站一现场总线智能仪 表”二层结构，降低 了成本，提高了可靠 性，并且在统一国际 标准下可实现真正的 开放式互连系统结构。
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第一章 绪 论
25
—计算机控制系统—
1-1-2 信号特点（7）
• 零阶保持器恢复信号的示意图
y
采样信号y(kT)
原信号y(t)
恢复信号yh(t)
t
2T 4T
6T
零阶保持器算式 yh(kT+t)=y(kT)
0≤t＜T, k=0, ±1,
智能仪表chapter2开关量输出通道
•
2.
达林顿驱动电路
当驱动电流需要达到几百毫安时， 当驱动电流需要达到几百毫安时 ， 如驱 动中功率继电器、 电磁开关等装置， 动中功率继电器 、 电磁开关等装置 ， 输出电 路必须采取多级放大或提高三极管增益的办 法 。 达林顿阵列驱动器是由多对两个三极管 组成的达林顿复合管构成， 它具有高输入阻 组成的达林顿复合管构成 ， 高增益、 抗 、 高增益 、 输出功率大及保护措施完善的 特点， 特点 ， 同时多对复合管也非常适用于计算机 控制系统中的多路负荷。 控制系统中的多路负荷。
+24V 负荷线圈 1C 达林顿复合管 7406 GND
Di
1B
图 4-8 达林顿阵列驱动电路
二、继电器
衔铁
控制电流
D
L
K 外部设备
线圈
铁芯
触点
继电器的驱动电路
由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。 由于继电器线圈需要一定的电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。
驱动电路的设计要根据所用继电器线圈的吸合电压和电流而 定，一定要大于 一定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可靠地工作。 一定要大于
1 开关量输出通道的一般结构
2 开关量输出的隔离
当传输距离教远，或有潜在不安全因素时， 需要隔离。 隔离方法： 1 光耦隔离： 光耦隔离： 优点：寿命长，速度快（与继 电器比） 2 继电器： 继电器： 优点：驱动能力大（安培级） 缺点：寿命短，速度慢
3 开关量输出的驱动
一、晶体管输出 二、继电器 三、固态继电器
D2 B 10.5k T1 R0 7.21 1B
2 2B
3 3B
4 4B
5 5B
6 6B
智能仪表设计
第一章 智能仪表原理与设计基础Microprocessor-Based InstrumentsSmart InstrumentsIntelligent Instruments1．1 智能仪表与常规仪表对比一、 常规仪表传感器：被测量Æ相应电信号（物理、化学方法）信号变换及运算：放大、滤波、线性化、归一化、远传、各种运算（信号处理、控制算法）显示器：显示被测量数值•模拟指示式（如指针位置）：简单、直观、精度差•数码显示式：精度高、不直观执行器：将控制信号转换为控制动作二、智能仪表•以 MPU实现信号变换及运算；•以 MPU 为主体，以软件代替硬件，优化功能，提高性能及灵活性，改善人机界面；•引入一定的人工智能：如专家系统、神经网络等。
•仪表网络化智能仪表可实现的功能：1．自动调整与自校准：如自调零、自校正、自动变量程、补偿漂移、测量结果校正（如流量的温、压校正）、自检、自诊断等。
2．测量数据处理：如线性化、数字滤波、误差修正、曲线拟合、变换（如FFT，小波变换）、相关分析与统计处理、预测（如化工产品质量）、参数估计、模式识别（如成分分析）、故障诊断（如旋转机械）等。
3．改善人-机界面：如CRT显示：可模拟式、数字式、图形式，可显示多个参数、工艺流程图、历史数据、曲线、直方图、Pie Chart、立体图、动画等。
4．改善控制质量：控制功能为软件模块、软接线组态。
有多种PID、+、-、*、/、√、….可实现参数自整定、自适应控制、模糊控制、多变量控制、神经网络控制等。
5．测量过程的软件控制：功能控制、测量流程控制、人机对话、自动检测等。
6．提高灵活性与可靠性：以软代硬、容错技术、自诊断、软硬件冗余等。
7．通信与网络化：现场总线，ASI总线，I2C，单总线，传感器网络等。
8．虚拟仪器：用计算机＋接口＋软件实现仪表功能。
1．2 智能仪表设计过程一、功能需求分析1．功能要求测量功能：被测量、传感器情况，输出要求（显示、打印、传输等）；控制功能：控制对象，对象模型，控制种类（随动控制，恒值控制，变化曲线控制等）；管理功能：操作要求，数据库要求，报表与决策，统计分析等功能。
智能仪器原理与设计课后答案
智能仪器原理与设计课后答案【篇一：《智能仪器设计》复习题及答案】>答：智能仪器有以下特点：（1）自动校正零点、满度和切换量程（2）多点快速检测（3）自动修正各类测量误差（4）数字滤波（5）数据处理（6）各种控制规律（7）多种输出形式（8）数据通信（9）自诊断（10）掉电保护。
2、简述智能仪表的设计思想和研制步骤。
答：智能仪表的设计思想是根据仪表的功能要求和技术经济指标，自顶向下（由大到小、由粗到细）地按仪表功能层次把硬件和软件分成若干个模块，分别进行设计和调试，然后把它们连接起来，进行总调。
智能仪表的研制步骤大致上可以分为三个阶段：确定任务、拟定设计方案阶段；硬件、软件研制及仪表结构设计阶段；仪表总调、性能测试阶段。
3、在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用哪几个i/o端口？答：在mcs-51系列单片机中扩展外部存储器用p0和p2口。
4、在8031扩展系统中，片外程序存储器和片外数据存储器共处一个地址空间，为什么不会发生总线冲突？答：因为片外程序存储器和片外数据存储器虽然共处一个地址空间，但它们的控制信号是不同的，其中8031的为片外程序存储器的读选通信号，而和为片外数据存储器的读和写选通信号。
5、mcs-51有哪些中断源？它们各自的中断服务程序入口地址是什么？答：mcs-51有5个中断源，它们分别是外部中断0、定时器0、外部中断1、定时器1和串行口。
它们各自的中断服务程序入口地址见下表。
6、当使用一个定时器时，如何通过软硬件结合的方法来实现较长时间的定时？答：首先用定时器定时一个时间，然后在数据存储器中设置一个计数器，通过计数器对定时器的溢出次数的累计即可实现较长时间的定时。
7、试述模拟量输入通道的结构形式及其使用场合。
答：模拟量输入通道有单通道和多通道之分。
多通道的结构通常又可以分为两种：（1）每个通道有独自的放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于高速数据采集系统。
（2）多路通道共享放大器、s/h和a/d，这种形式通常用于对速度要求不高的数据采集系统。
智能仪表设计实例 ppt
子任务分解： 足够简单容易实现
低级子任务：
➢采用通用模块 ➢最低的难度 ➢最高的可靠性
2.较高的性能价格比原则
仪表的造价：研制成本、生产成本、使 用成本。
设计时不盲目追求复杂、高级的方案。 在满足性能指标的前提下，应尽可能采 用简单成熟的方案，意味着元器件少， 开发、调试、生产方便，可靠性高。
设计智能仪表系统面临三个突出的问题： ★ 产品更新换代太快； ★ 市场竞争日趋激烈； ★ 满足用户不同层次和不断变化的要求。
在电子工业和计算机工业中推行一种不同于 传统设计思想的所谓“开放系统”的设计思想。
“开放系统”的设计思想
在技术上兼顾今天和明天，既从当前实际 可能出发，又留下容纳未来新技术机会的 余地；
系统设计者将主要精力放在分析设计目标， 确定总体结构，选择系统配件等方面，而不 是放在部件模块设计及用于解决通用软件的 开发设计上。
组合化（集成化）设计方法
开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了 工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即 针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬 件模板和软件进行组合。
向系统的不同配套档次开放，兼顾设计周 期和产品设计，并着眼于社会的公共参与， 为发挥各方面厂商的积极性创造条件；
向用户不断变化的特殊要求开放，兼顾通 用的基本设计和用户的专用要求。
开放式系统设计的具体方法
基于国际上流行的工业标准微机总线结构， 针对不同的用户系统要求，选用相应的有关 功能模块组合成最终用户的应用系统。
组合化设计的基础是模块化(又称积木化)，硬、 软件功能模块化是实现最佳系统设计的关键。
组合化设计方法的优点
现成的功能模块，简化设计并缩短设计周期。 结构灵活，便于扩充和更新，使系统的适应性
微型计算机控制技术PPT课件
优点是结构简单，控制灵活和安全。 缺点是要由人工操作，开环结构，控制的实时性差，不能 控制多个对象。
主要用于生产初期实验，过程模型获取
1.2.2 直接数字控制（DDC）系统
计算机通过检测单元对过程参数进行巡回检测，并经过输入 通道将检测数据输入计算机，计算机按照一定的控制规律进行 运算，得到相应的控制信息，并通过输出通道去控制执行机构， 从而使系统的被控参数达到期望的要求
地址
译码
C
DB
数据
P
缓冲
U
CB
控制
电路
数据端口
外
状态端口
控制端口
设
(1)从编程角度看,接口内部主要包括一个或多个CPU可 以进行读/写操作的有地址的寄存器,又称为I/O端口. (2)数据端口:双向的数据端口具有锁存和三态缓冲功能. 状态端口:只读端口,包含三态缓冲器. 控制端口:只写端口,包含锁存器.
接口的必要性： 外设是用来实现人机交互的一些机电设备.外设处理信息的类
型、速度、通信方式与CPU不匹配,不能直接挂在总线上,必须 通过接口和系统相连.
CPU与外设之间交换信息的种类
通常有三类信息：
数据信息
状态信息 控制信息
数字量 模拟量 开关量
数据
CPU
状态
外部 设备
控制
接口的构成
AB
第2章 输入输出接口与过程通道
2.1 IO端口及地址译码技术 2.2 数字量输入输出接口与过程通道 2.3 模拟量输入接口与过程通道 2.4 模拟量输出接口与过程通道 2.5 硬件抗干扰技术
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信 息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 接口的含义： 狭义上：连接计算机和I/O设备的部件； 广义上：还包括接口电路的管理驱动程序； 接口技术：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。
计算机测控系统概述课件
测 控 非电量 对 象
传感器
输入信号 调理器
执行机构
输出信号 调理器
计算机测控系统概述课件
计算机
显示器
电厂生产车间
计算机测控系统概述课件
计算机集中监控室
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统概述课件
计算机测控系统硬件各部分功能描述
测控系统的演变
计算机测控系统概述课件
1、传统测控时代
被测参数
显示仪表
传统检测系统
计算机测控系统概述课件
被测控参数 执行机构
显示器
传统手动控制系统
计算机测控系统概述课件
2、电气测控时代
被
测
参
传感器
数
调理电路 模块
显示仪表
传感器检测系统
计算机测控系统概述课件
被
测
控 参
传感器
数
调理电路 模块
执行机构
计算机测控系统概述课件
1、被测控对象及其参数
1）环境特征； 2）参数类型； 3）测控要求
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计
算
机
执行机构
控制电路 模块
输出通道
计算机测控系统概述课件
2、传感器
1）选型；2）信号；3）量程；4）精度；5）环境
被
测 控 参
传感器
调理电路 模块
输入通道
数
计算机Fra bibliotek执行机构
计算机测控系统概述课件
实时系统
❖ 实时系统是对外来事件在限定时间内能 做出反应的系统。