第三章模拟量输入通道
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第三章微机远动系统3
②对事故和事件信息进行优先传送。该功能加强了 调度自动化系统在电网监视过程中对突发事件的快 速反应能力。也就是说，不管RTU当前正在处理什 么工作，只要一旦发现系统有事故或事件发生，就 应立即停止现行工作，把事故或事件信息迅速发送 到调度端。 ③接收调度端下发的命令并执行命令。该功能是调 度自动化系统提供给电网管理的又一技术措施。它 主要是能够接收遥控操作命令，并执行命；另外， 还能接收调度端下发的各种召唤命令、对时命令、 复归命令等，对有些命令的执行还要将执行结果汇 报给调度端。例如，断路器的分、合闸；无功补偿 设备的投入和切除，进行有功、无功的调节，有载 调压等操作。
当然，不论是单CPU的还是多CPU的远动终端， 其所要完成的功能遥控、遥调）功能以外，还应完 成电能（脉冲量）采集、远程通信、当地功能（键 盘输入、显示输出）等。远动终端的硬件结构通常 是按RTU所需完成的功能进行设计，框图如图3－2 所示。图中，RTU的硬件结构主要由七大部分组成： 遥信、遥测、遥控、遥调、电能、键盘显示和通信。 各部分均可带有CPU，组成特定功能的智能模板。 每一种功能模板所处理的信息量是一定的，当信息 量较大时可用多块功能模板。各模板之间的数据交 换是通过外部总线完成，外部总线可以是并行总线， 也可以是串行总线。
近些年，随着网络技术的发展，变电站自动化 技术从集中式向分布式发展，变电站二次设备不再 出现常规功能装置重复的 I／O现场接口，能够通过 网络真正实现数据共享、资源共享，常规的功能装 置变成了逻辑的功能模块。以太网技术正被广泛引 入变电站自动化系统过程层的采集、测量单元和间 隔层保护、控制单元中，构成基于网络控制的分布 式变电站自动化系统，系统的通信具有实时性、优 先级、通信效率高等特点。所以厂站端的远动装置 功能逐渐利用网络技术，通过逻辑的功能模块来实 现，是远动装置的发展方向。
第3章 过程输入输出通道
；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
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3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
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三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。
模拟量输入、输出通道
在能源管理系统中，模拟量输入/输出通道用于监测 和控制各种能源设备的运行状态，如电力、燃气等 ，实现能源的优化利用和节能减排。
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
第三章模拟量输入通道介绍
当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片，
也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。
例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。 例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的 电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3用来控制两个 多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当 经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、 D0从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16 路的模拟开关。
在控制系统Байду номын сангаас，对被控量的检测往往采用各种 类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
1. 无源I/V变换
2. 有源I/V变换
1.无源I/V变换
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻 来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如 图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于0-
当系统各个物理量随时间变化的规律不能用连续函数描述 时，而只在离散的瞬间给出数值，这种系统称为离散系
统。
离散系统的采样形式--有周期采样、多阶采样和随 机采样。应用最多的是周期采样。 周期采样--就是以相同的时间间隔进行采样，即把 一个连续变化的模拟信号y(t)，按一定 的时间间隔T 转变为在瞬时0，T， 2T，…的一连串脉冲序列信号 y*(t)， 如图3-7所示。
R2 + R3 A R4 (b) 有源I/V变换电路 R5 V
(a) 无源I/V变换电路
图 2-2 电流/电压变换电路
图 3-2 电流/电压变换电路
也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。
例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。 例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的 电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3用来控制两个 多路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当 经反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、 D0从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16 路的模拟开关。
在控制系统Байду номын сангаас，对被控量的检测往往采用各种 类型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
1. 无源I/V变换
2. 有源I/V变换
1.无源I/V变换
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻 来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如 图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于0-
当系统各个物理量随时间变化的规律不能用连续函数描述 时，而只在离散的瞬间给出数值，这种系统称为离散系
统。
离散系统的采样形式--有周期采样、多阶采样和随 机采样。应用最多的是周期采样。 周期采样--就是以相同的时间间隔进行采样，即把 一个连续变化的模拟信号y(t)，按一定 的时间间隔T 转变为在瞬时0，T， 2T，…的一连串脉冲序列信号 y*(t)， 如图3-7所示。
R2 + R3 A R4 (b) 有源I/V变换电路 R5 V
(a) 无源I/V变换电路
图 2-2 电流/电压变换电路
图 3-2 电流/电压变换电路
模拟量输入通道
• 常用的采样保持芯片
3.5 A/D转换器
• A/D转换器的工作原理与性能指标 • 8位A/D转换器ADC0809及其接口电路 • 12位A/D转换器AD574A及其接口电路
3.5.1 A/D转换器的工作原理与性能指标
• 常用的A/D转换方式
◆
逐次逼近式：转换时间短，抗扰性差（电压比较）
ADC0809（8位），AD574A（12位）
3.3 前置放大器
• 可变增益放大器：
IN -
+
2 4 8 16 32 64 A1
16K
16K
80K 26.67K 11.43K 5.33K 2.58K 1.27K 630Ω 314Ω
(外接) V O UT
A3 负载
128
256 16K A2 16K
V IN
+
外接地
3.4 采样保持器
• 信号类型
流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机
可以接收的数字量信号。
• 组成：一般由信号调理电路、多路开关、采样
保持器、模/数转换器(简称A/D或ADC)和接口
电路等组成
3.1 模拟量输入通道的作用和组成
• 组成框图：
过 程 参 数
传 感 变 送 器
信 号 调 理
多 路 模 拟 开 关
前 置 放 大 器
◆
模拟信号
◆
离散模拟信号
数字信号
◆
◆
量化模拟信号
3.4 采样保持器
• 信号的采样
◆
采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔
抽样成离散模拟信号的过程。持器
• 信号的采样
◆
采样的形式
► ► ►
3.5 A/D转换器
• A/D转换器的工作原理与性能指标 • 8位A/D转换器ADC0809及其接口电路 • 12位A/D转换器AD574A及其接口电路
3.5.1 A/D转换器的工作原理与性能指标
• 常用的A/D转换方式
◆
逐次逼近式：转换时间短，抗扰性差（电压比较）
ADC0809（8位），AD574A（12位）
3.3 前置放大器
• 可变增益放大器：
IN -
+
2 4 8 16 32 64 A1
16K
16K
80K 26.67K 11.43K 5.33K 2.58K 1.27K 630Ω 314Ω
(外接) V O UT
A3 负载
128
256 16K A2 16K
V IN
+
外接地
3.4 采样保持器
• 信号类型
流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机
可以接收的数字量信号。
• 组成：一般由信号调理电路、多路开关、采样
保持器、模/数转换器(简称A/D或ADC)和接口
电路等组成
3.1 模拟量输入通道的作用和组成
• 组成框图：
过 程 参 数
传 感 变 送 器
信 号 调 理
多 路 模 拟 开 关
前 置 放 大 器
◆
模拟信号
◆
离散模拟信号
数字信号
◆
◆
量化模拟信号
3.4 采样保持器
• 信号的采样
◆
采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔
抽样成离散模拟信号的过程。持器
• 信号的采样
◆
采样的形式
► ► ►
第三章 IO接口技术与IO通道
第三章 输入输出接口与过程通道
4
计算机控制技术
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（3）地址译码：在微处理机系统通常都配备有多个或多种外围 设备，这样就会有多个输入/输出接口，像为键盘、鼠标、打印 机、显示器、磁盘等诸输入/输出设备均配备有各自接口，且为 它们分配了各自的地址码。通过接口中的地址译码电路对外围 设备输入/输出地址寻址。 （4）控制和状态：由于微处理机的操作速度与输入/输出设备的运 行速度不在一个数量级上，所以随时需要知道输入/输出设备的 状态。常用的状态信号有正忙和准备就绪。 （5）校验和检查：在微处理机系统中，通常为输入/输出接口配备 有校验功能，并且可以将出错信息报告给微处理机。像外围设 备机构中的机械和电路故障，就要向微处理机报告故障的类型 和位置。若数据在传送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如 若USB在传送过程中出现错误则要用到容错功能，发送设备会 重复发送数据直至正确为止。
第三章 输入输出接口与过程通道
16
计算机控制技术
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3)常用的I/O接口部件的框图
系统总线接口
外围设备接口
数据寄存器 数据线 状态 / 控制寄存器
外围设备 接口逻辑
数据
状态
控制
┇
地址线
I/O 逻辑
控制线
外围设备 接口逻辑
数据 状态 控制
第三章 输入输出接口与过程通道
17
计算机控制技术
第三章 输入输出接口与过程通道
11
计算机控制技术
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第三章 输入输出接口与过程通道
12
计算机控制技术
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b. 同步传送 许多字符组成一个数据块，块前设同步字符， 以一个CRC字符结束。字符间不允许空隙，空闲时 发同步字符。收发器时钟频率严格保持一致，发端 将时钟与数据一起发送到接收端，硬件电路较异步 复杂。 CRC字符 循环冗余校验字符。 同步字符 特殊8位二进制码，接收器收到 同步字符，一幀即开始。
计算机控制技术及工程应用复习资料
一、第一章1）计算机控制系统的监控过程步骤a .实时数据采集--对来自测量变送器的被控量的瞬时值进行采集和输入 ；b .实时数据处理--对采集到的被控量进行分析、比较和处理，按一定的控制规律运算，进行控制决策； c.实时输出控制--根据控制决策，适时地对执行器发出控制信号，完成监控任务；2）按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？数据采集系统（DAS ） 操作指导控制系统(OGC) 直接数字控制系统（DDC ） 监督计算机控制系统（SCC ） 分散控制系统分散控制系统 （DCS ） 现场总线控制系统（FCS ）3）计算机控制装置种类 可编程控制器；可编程控制器； 可编程调节器；可编程调节器； 总线式工控机；总线式工控机； 单片微型计算机；单片微型计算机； 其他控制装置其他控制装置4）计算机控制系统与常规仪表控制系统的主要异同点是什么？同：1）计控系统是由常系统演变而来的； 2）两者的结构基本相同异：1）计控系统中处理的信号有两种：模拟信号和数字信号。
而常系统处理的只有模拟信号2）计控系统具有智能化3）计控系统有软件也有硬件，而常系统只有硬件二、第二章1）4 位 D/A 转换器为例说明其工作原理假设D3、D2、D1、D0全为1，则BS3、BS2、BS1、BS0全部与“1”端相连。
根据电流定律，有：由于开关 BS3 ~ BS0 的状态是受要转换的二进制数的状态是受要转换的二进制数 D3、D2、D1、D0 控制的，并不一定全是“1”。
因此，可以得到通式：考虑到放大器反相端为虚地，故：选取 R fb = R ，可以得到：对于 n 位 D/A 转换器，它的输出电压V OUT 与输入二进制数B( Dn-1~ D0) 的关系式可写成：的关系式可写成：结论：可见，输出电压除了与输入的二进制数有关，还与运算放大器的反馈电阻 Rfb 以及基准电压VREF 有关。
2）D/A 转换器性能指标是（1）分辨率 是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量。
计算机控制技术课后答案
西门子工业计算机，自动化领域首选平台。拥有用于工业环
计算机 -02
一体化工
作
站
（ WS-843
）
技有限公司
泓信嵌入式技 术有限公司
境的坚固结构，在表面处理上采用全面防腐蚀的技术保障用户 的使用。通过自行设计和制造的母板保障了用户工作的连续性 及兼容性在对要求连续运转及高可靠性的用户极为适用。 SIMATIC 机架式 PC 是坚固的工业 PC，设计安装于 19"机柜和 控制台内。它优越的系统性能和良好的扩展和延伸能力，使它 能用于所有的工业领域。SIMATIC 机架式 PC 包括基本型 IL 40 和高性能 PC 840 两种类型，可用于不同的工业要求的场合。
计算机控制系统中要考虑实时性？ 答：实时性是指工业控制时计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外
来事件作出反应的特性。 在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方
式称在线方式或联机方式。 在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作
相应操作的方式称离线方式或脱机方式。 由计算机控制系统的工作原理可知，计算机控制系统要进行实时数据采集，
实时控制决策，实时控制输出。在生产过程中系统要对生产过程进行跟踪与作出
实时的反应，所以计算机控制系统要考虑实时性。
3、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？
答：①操作指导控制系统(OIS)：其主要优点是结构简单、控制灵活和安 全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
②直接数字控制系统(DDC)：由于计算机直接承担控制任务，所以要求其 实时性好、可靠性高和适应性强。但由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低， 未能普及。
启动转换及读出控制信号的连接方法；电源和地线的处理；与计算机 信息传递的方式。
计算机 -02
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作
站
（ WS-843
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泓信嵌入式技 术有限公司
境的坚固结构，在表面处理上采用全面防腐蚀的技术保障用户 的使用。通过自行设计和制造的母板保障了用户工作的连续性 及兼容性在对要求连续运转及高可靠性的用户极为适用。 SIMATIC 机架式 PC 是坚固的工业 PC，设计安装于 19"机柜和 控制台内。它优越的系统性能和良好的扩展和延伸能力，使它 能用于所有的工业领域。SIMATIC 机架式 PC 包括基本型 IL 40 和高性能 PC 840 两种类型，可用于不同的工业要求的场合。
计算机控制系统中要考虑实时性？ 答：实时性是指工业控制时计算机系统应该具有的能够在限定的时间内对外
来事件作出反应的特性。 在计算机控制系统中，生产过程和计算机直接连接，并受计算机控制的方
式称在线方式或联机方式。 在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作
相应操作的方式称离线方式或脱机方式。 由计算机控制系统的工作原理可知，计算机控制系统要进行实时数据采集，
实时控制决策，实时控制输出。在生产过程中系统要对生产过程进行跟踪与作出
实时的反应，所以计算机控制系统要考虑实时性。
3、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？
答：①操作指导控制系统(OIS)：其主要优点是结构简单、控制灵活和安 全。缺点是要由人工操作，速度受到限制，不能控制多个对象。
②直接数字控制系统(DDC)：由于计算机直接承担控制任务，所以要求其 实时性好、可靠性高和适应性强。但由于集中控制的固有缺陷，硬件可靠性低， 未能普及。
启动转换及读出控制信号的连接方法；电源和地线的处理；与计算机 信息传递的方式。
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1. 无源I/V变换
2. 有源I/V变换
1.无源I/V变换
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻 来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如 图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于010 mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω， 这样当输入电流在0 －10 mA量程变化时，输 出的电压就为0 -5 V范围；而对于4 -20 mA输 入信号，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样当 输入电流为4 -20 mA时，输出的电压为1 - 5 V。
第3章 模拟量输入通道
本章要点
1．模拟量输入通道的结构组成。 2．多路开关，前置放大、采样保持等各环节
的功能作用。 3．8位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电
路 4．12位A/D转换器AD574A芯片及其接口电
路
本章主要内容
❖
引言
❖ 3.1 信号调理电路
❖ 3.2 多路模拟开关
❖ 3.3 前置放大器
过
传
信
多
前
采
接
程
感
号
路
置
样
A/D
口
PC
参
变
调
模
放
保
转
逻
总
数
送
理
拟
大
持
换
辑
线
器
开
器
器
器
电
关
路
图 3-1 模拟量输入通道的结构组成
显然，该通道的核心是模/数转换器即A/D转换器，通常 把模拟量输入通道称为A/D通道或AI通道。
3.1 信号调理电路
在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类 型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA 或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
2. 有源I/V变换
有源I/V变换是利用有源器件——运算放大器
和电阻电容组成，如图3-2（b）所示。利用同
相放大电路，把电阻R1上的输入电压变成标准
输出电压。该同相放大电路的放大倍数为
G V 1 R4
IR1
R3
(3-1)
若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ， 则输入电流 I 的0 ~ 10 mA就对应电压输出V的0 ~ 5 V；若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ， 则4 ~ 20 mA的输入电流对应于1 ~ 5 V的电压输 出。
❖ 3.4 采样保持器
❖ 3.5 A/D转换器
❖ 3.6 A/D转换模板
❖ 本章小结
❖ 思考题
引言
模拟量输入通道的任务(功能）是把被控对象的过程参 数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计 算机可以接收的数字量信号。
结构组成如图3-1所示，来自于工业现场传感器或变送器 的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟 开关，分时切换到后级进行前置放大、采样保持和模/数转 换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，从而完成对 过程参数的巡回检测任务。
Sm
S0
A
S1
译
电
S2
码
平
B
S3
驱
转
S4
动
换
C
S5
S6
S7
INH
图3-3图C2D-43 05C1D4结05构1结原构理原图理图 链接动画
3.2.2 扩展电路
当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片， 也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。 例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。 例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的 电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3 用来控制两个多 路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当D2、 D1、D0从000变为111，则依次选通S0~S7通道；当D3=1时，经 反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、D0 从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16路的 模拟开关。
引言
前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转 换的量程范围之内，如0-5VDC;
D
+5V
R1
+
I
C R2 V
-
R2
I
+ R1
C
R3
+ A
-
R5 V
R4
(a) 无源I/V变换电路
(b) 有源I/V变换电路
图 图2-23电-2流电/电流压/变电换压电变路换电路
运算放大器特性回顾
当集成运放工作在线性放大区时的条件是：
(1)同相输入端与反相输入端的电位相等， 但不是短路。我们把满足这个条件称为" 虚短" (2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集 成运放输入端不取电流。 我们在计算电路时，只要是线性应用， 均可以应用以上的两个结论，因此我们要 掌握好！
3.2.1结构原理
现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原 理如图3-3所示。CD4051由电平转换、译码驱动及 开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级 通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为 “0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端 C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。 比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、 A=001时，通道S1通；……当C、B、A = 111时， 通道S7选通。其真值表如表3-1所示。
3.2 多路模拟开关
主要知识点
引言 3.2.1 结构原理 3.2.2 扩展电路
引言
由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此 一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某一 时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模拟开 关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。
目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有 不同的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、 8路)、CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、 16路)等。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换， 也可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。 双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信 号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。
Sm
S0 S1 S2
译
A 电
码
平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
IA
S9 S10 S11
译
电
B
码 驱
平 转
C
S12
动
换
INH
S13
S14
S15
D3 D2 D1 D0
图3-4 多路模拟开关的扩展电路 图2-4 多路模拟开关的扩展电路链接动画
3.3 前置放大器
主要知识点
引言 3.3.1 测量放大器 3.3.2 可变增益放大器
2. 有源I/V变换
1.无源I/V变换
无源I/V变换电路是利用无源器件—电阻 来实现，加上RC滤波和二极管限幅等保护，如 图3-2（a）所示，其中R2为精密电阻。对于010 mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω， 这样当输入电流在0 －10 mA量程变化时，输 出的电压就为0 -5 V范围；而对于4 -20 mA输 入信号，可取R1=100Ω，R2=250Ω，这样当 输入电流为4 -20 mA时，输出的电压为1 - 5 V。
第3章 模拟量输入通道
本章要点
1．模拟量输入通道的结构组成。 2．多路开关，前置放大、采样保持等各环节
的功能作用。 3．8位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电
路 4．12位A/D转换器AD574A芯片及其接口电
路
本章主要内容
❖
引言
❖ 3.1 信号调理电路
❖ 3.2 多路模拟开关
❖ 3.3 前置放大器
过
传
信
多
前
采
接
程
感
号
路
置
样
A/D
口
PC
参
变
调
模
放
保
转
逻
总
数
送
理
拟
大
持
换
辑
线
器
开
器
器
器
电
关
路
图 3-1 模拟量输入通道的结构组成
显然，该通道的核心是模/数转换器即A/D转换器，通常 把模拟量输入通道称为A/D通道或AI通道。
3.1 信号调理电路
在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类 型的测量变送器，当它们的输出信号为0 - 10 mA 或4 -20 mA的电流信号时，一般是采用电阻分压 法把现场传送来的电流信号转换为电压信号，以下 是两种变换电路。
2. 有源I/V变换
有源I/V变换是利用有源器件——运算放大器
和电阻电容组成，如图3-2（b）所示。利用同
相放大电路，把电阻R1上的输入电压变成标准
输出电压。该同相放大电路的放大倍数为
G V 1 R4
IR1
R3
(3-1)
若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ， 则输入电流 I 的0 ~ 10 mA就对应电压输出V的0 ~ 5 V；若取R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ， 则4 ~ 20 mA的输入电流对应于1 ~ 5 V的电压输 出。
❖ 3.4 采样保持器
❖ 3.5 A/D转换器
❖ 3.6 A/D转换模板
❖ 本章小结
❖ 思考题
引言
模拟量输入通道的任务(功能）是把被控对象的过程参 数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计 算机可以接收的数字量信号。
结构组成如图3-1所示，来自于工业现场传感器或变送器 的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟 开关，分时切换到后级进行前置放大、采样保持和模/数转 换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，从而完成对 过程参数的巡回检测任务。
Sm
S0
A
S1
译
电
S2
码
平
B
S3
驱
转
S4
动
换
C
S5
S6
S7
INH
图3-3图C2D-43 05C1D4结05构1结原构理原图理图 链接动画
3.2.2 扩展电路
当采样通道多至16路时，可直接选用16路模拟开关的芯片， 也可以将2个8路4051并联起来，组成1个单端的16路开关。 例题3-1 试用两个CD4051扩展成一个1×16路的模拟开关。 例题分析：图3-4给出了两个CD4051扩展为1×16路模拟开关的 电路。数据总线D3~D0作为通道选择信号，D3 用来控制两个多 路开关的禁止端。当D3=0时，选中上面的多路开关，此时当D2、 D1、D0从000变为111，则依次选通S0~S7通道；当D3=1时，经 反相器变成低电平，选中下面的多路开关，此时当D2、D1、D0 从000变为111，则依次选通S8~S15通道。如此，组成一个16路的 模拟开关。
引言
前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转 换的量程范围之内，如0-5VDC;
D
+5V
R1
+
I
C R2 V
-
R2
I
+ R1
C
R3
+ A
-
R5 V
R4
(a) 无源I/V变换电路
(b) 有源I/V变换电路
图 图2-23电-2流电/电流压/变电换压电变路换电路
运算放大器特性回顾
当集成运放工作在线性放大区时的条件是：
(1)同相输入端与反相输入端的电位相等， 但不是短路。我们把满足这个条件称为" 虚短" (2)即:理想运放的输入电阻为∞,因此集 成运放输入端不取电流。 我们在计算电路时，只要是线性应用， 均可以应用以上的两个结论，因此我们要 掌握好！
3.2.1结构原理
现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原 理如图3-3所示。CD4051由电平转换、译码驱动及 开关电路三部分组成。当禁止端为“1”时，前后级 通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为 “0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端 C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。 比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、 A=001时，通道S1通；……当C、B、A = 111时， 通道S7选通。其真值表如表3-1所示。
3.2 多路模拟开关
主要知识点
引言 3.2.1 结构原理 3.2.2 扩展电路
引言
由于计算机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此 一台计算机系统可供几十个检测回路使用，但计算机在某一 时刻只能接收一个回路的信号。所以，必须通过多路模拟开 关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。
目前，计算机控制系统使用的多路开关种类很多，并具有 不同的功能和用途。如集成电路芯片CD4051(双向、单端、 8路)、CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、 16路)等。所谓双向，就是该芯片既可以实现多到一的切换， 也可以完成一到多的切换；而单向则只能完成多到一的切换。 双端是指芯片内的一对开关同时动作，从而完成差动输入信 号的切换，以满足抑制共模干扰的需要。
Sm
S0 S1 S2
译
A 电
码
平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
IA
S9 S10 S11
译
电
B
码 驱
平 转
C
S12
动
换
INH
S13
S14
S15
D3 D2 D1 D0
图3-4 多路模拟开关的扩展电路 图2-4 多路模拟开关的扩展电路链接动画
3.3 前置放大器
主要知识点
引言 3.3.1 测量放大器 3.3.2 可变增益放大器