第2章过程通道
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第2章 输入输出接口与过程通道
2.多个输出通路共用一个D／A转换器的结构形式
图2.32 共用D/A转换器的结构
2.4.2 D/A转换器及其接口技术
D/A转换器是将数字量转换成模拟量的元件或 装置。常用的D/A转换器的分辨率有8位、10位、 12位等。
主要技术指标有分辨率、建立时间、线性误 差等。基本上与A/D转换器的指标相一致。
1. 8位A／D转换器ADC0809 主要特点： 分辨率 8 位；
转换时间100s； 温度范围-40 ～ +85 ℃； 可使用单一的 +5V电源； 可直接与CPU连接； 输出带锁存器； 逻辑电平与TTL兼容。
电路组成及引脚功能
ADC0809有28条引脚。
OE
2. 12位A／D转换器AD574
（1）非电信号的检测-不平衡电桥
（2）信号放大电路
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;
对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单 端同相放大或单端反相放大。
若信号源的一端接放大器的负端为反相放大。当 然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一 端是与放大器的另一个输入端共地。
第2章 输入输出接口与过程通道
基本概念
输入输出接口 —— 简称“接口” 输入输出接口技术 —— 研究微处理器和外部设
备之间信息交换的技术。 接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连
接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完 成信息交换。 通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象 之间信息传送和变换的连接通道。
为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随 时间变化较快信号的要求，可采用带有保持电路的采样 器，即采样保持器。
（2）采样保持原理
AI通道
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第2章 输入输出过程通道
1.信号滤波（模拟滤波器） （1）无源滤波电路
主要元件：R、L、C 低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）和带阻（BEF） 特点：成本低，结构简单
fmax
1
2V f
E 0.5Hz t
误差与信号频率成正比，为了确保精度，不得不限制频率。
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第2章 输入输出过程通道
1.分类： （1）根据组成结构分为：机械触点式开关，如干簧、机
械振子式继电器等；无触点电子式，如晶体管、场效应管、 集成电路开关等。
（2）按用途分为单向和双向，单向只能做多路或反多路中 的一种用途， 如AD7506，双向既能做多路开关，又能做反多 路开关，如 CD4051。
2. I/V变换
（1）无源I/V变换
无源I/V变换可以利用 一个的精密电阻，将 0～10mA的电流信号转 换为0～5V的电压信号。
I 0～10mA
R
C
V
R1 0～5V
RP
图3 无源I/V 变换电路
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0～5V的电压输出。
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第2章 输入输出过程通道
图6 有源反相输入I/V 变换电路1 河南机电高等专科学校
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第2章 输入输出过程通道
1.信号滤波（模拟滤波器） （1）无源滤波电路
主要元件：R、L、C 低通（LPF）、高通（HPF）、带通（BPF）和带阻（BEF） 特点：成本低，结构简单
fmax
1
2V f
E 0.5Hz t
误差与信号频率成正比，为了确保精度，不得不限制频率。
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第2章 输入输出过程通道
1.分类： （1）根据组成结构分为：机械触点式开关，如干簧、机
械振子式继电器等；无触点电子式，如晶体管、场效应管、 集成电路开关等。
（2）按用途分为单向和双向，单向只能做多路或反多路中 的一种用途， 如AD7506，双向既能做多路开关，又能做反多 路开关，如 CD4051。
2. I/V变换
（1）无源I/V变换
无源I/V变换可以利用 一个的精密电阻，将 0～10mA的电流信号转 换为0～5V的电压信号。
I 0～10mA
R
C
V
R1 0～5V
RP
图3 无源I/V 变换电路
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0～5V的电压输出。
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第2章 输入输出过程通道
图6 有源反相输入I/V 变换电路1 河南机电高等专科学校
输入输出接口与过程通道(1)
D0
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两 个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
际转换特征并非如此。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。 线性误差常用LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 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
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 装置或生产过程的状态信号。
这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触 点，因此引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两 个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
际转换特征并非如此。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。 线性误差常用LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 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
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 装置或生产过程的状态信号。
这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触 点，因此引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
第2章输入输出接口与过程通道抗干扰
安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以 避免机壳带电而影响人身及设备安全。
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地， 它的地电位很不稳定。
26
接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
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。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的 影响，环境温度、湿度等气象条件。
内部干扰：是由系统结构、制造工艺等决定的。 内部干扰主要是分布电容、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，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
8
(2)共模干扰的抑制方法
①变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔
离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
9
②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
13
(2)长线传输干扰的抑制方法
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以 消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低 限度。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地， 它的地电位很不稳定。
26
接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
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。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的 影响，环境温度、湿度等气象条件。
内部干扰：是由系统结构、制造工艺等决定的。 内部干扰主要是分布电容、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，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
8
(2)共模干扰的抑制方法
①变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔
离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
9
②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
13
(2)长线传输干扰的抑制方法
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以 消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低 限度。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。
第2章(1)模拟量输入通道讲解
第2章 输入输出过程通道
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
3、集成采样保持器
集成采样保持器将采样电路、保持器制作在 一个芯片上，保持电容外接，由用户选用。电容 的大小与采样频率及要求的采样精度有关。 集成采样保持器分三类：
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398； 2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。
现以4位A/D转换器把模拟量7转换为二进制数0111为例，说 明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
电压 第一次 预测 模拟 电压 第四次 第三次 预测 第二次 预测 预测
(1000) (0100) (0110) (0111)
D3
0
D2
D1
D0
时间
逐次逼近式ADC 逐次逼近式A/D原理概述
N 位的逐次逼近式 A/D 转换器 , 由 N 位寄存器、 N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出 缓冲器等五部分组成。 工作原理：启动信号作用后，时钟信号先 通过逻辑控制电路使N位寄存器的最高位DN-1为 1 ，以下各位为 0 ，这个二进制代码经 D/A 转换 器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半） 送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UX>U0， 则保留这一位；若UX<U0，则DN-1 位置0。
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
3、集成采样保持器
集成采样保持器将采样电路、保持器制作在 一个芯片上，保持电容外接，由用户选用。电容 的大小与采样频率及要求的采样精度有关。 集成采样保持器分三类：
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398； 2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。
现以4位A/D转换器把模拟量7转换为二进制数0111为例，说 明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
电压 第一次 预测 模拟 电压 第四次 第三次 预测 第二次 预测 预测
(1000) (0100) (0110) (0111)
D3
0
D2
D1
D0
时间
逐次逼近式ADC 逐次逼近式A/D原理概述
N 位的逐次逼近式 A/D 转换器 , 由 N 位寄存器、 N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出 缓冲器等五部分组成。 工作原理：启动信号作用后，时钟信号先 通过逻辑控制电路使N位寄存器的最高位DN-1为 1 ，以下各位为 0 ，这个二进制代码经 D/A 转换 器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半） 送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UX>U0， 则保留这一位；若UX<U0，则DN-1 位置0。
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
(完整版)计算机控制技术第二章习题答案整理及详解(.04.26修改版SK)
be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，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减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。
答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。
第2章过程通道与人机联系
第二章 过程通道
工业过程控制中，常根据经验确定采样周期 采样周期参考值
被控参数
采样周期T(S)
主汽压力、汽包压力、炉膛负 压、凝汽器真空、汽包水位、 汽机转速
流量、主汽温度、一般压力真 空和电气参量
1 3～5
一般液位
6～8
一般温度
15～30
成分：Ox , NOx , SOx ,COx
15－60
第二章 过程通道
第二章 过程通道
2.3 D/A、A/D转换技术（略讲）
2.3.1 D/A转换 2.3.2 A/D转换 2.3.3 A/D、D/A主要技术指标 2.3.4 典型芯片介绍
第二章 过程通道
2.3.1 D/A转换
组成：基准源、模拟二进制开关、精密电阻网络、运算
放大器
E
K0
20R I
1、权电阻D/A网络 （4位权电阻网络） a323
第二章 过程通道
2.3.3 A/D、D/A主要技术指标
1、A/D主要指标 （1）分辨率：一般以A/D的位数表示； （2）量程：即测量范围； （3）精度：结果相对实际值得准确度； （4）转换时间：从A/D启动至输出二进制数据； （5）输出电平：多为与TTL、CMOS电平兼容； （6）工作温度：－40－＋85℃ ； （7）基准源：要求外部提供精密基准电压； （8）输出编码：二进制原码、补码、BCD码。
具有多种集成电路的封装形式（如DIP、SMD封 装等），尺寸小，便于安排；
直接与TTL（或CMOS）电平相兼容； 可采用双极性输入； 转换速度快，通常其导通或关断时间在1s左右，
有些产品已达到几十ns； 寿命长，无机械磨损； 接通电阻较低，一般小于100，有的可达几。 断开电阻高，通常达109以上。
过程通道
Computer Controlled Systems
P(t)
（ｅ） 采样描述
X(t)
调制器
X*(t)
x*(t)=p(t)x(t)
因 τ0＜＜T ，所以分析时可近似认为τ０为０，以单位脉冲序列δＴ（ｔ） 代替ｐ（ｔ）。
4.1 过程参数采样原理
单位脉冲序列：
Computer Controlled Systems
k 0 *
4.1 过程参数采样原理
Computer Controlled Systems
二、采样定理
对于角频率范围为（ max , max ）的连续信号进 行采样，当采样频率
s 2 max
时，采样器的输出信号
ｘ＊（ｔ）才能充分表征连续输入信号ｘ（ｔ），换言之，为使 采样信号ｘ＊（ｔ）的频谱能无失真地恢复连续输入信号 ｘ（ｔ）的频谱，采样周期Ｔ必须小于等于输入信号中变化 最小周期 Tmin 的１／２，即：
第二节 开关量输入通道（DI）
输入调理电路 输入调理电路有多种，通过调理电路可以将一个开关与计 算机的一位数字量对应起来。
+5V
R R R
Computer Controlled Systems
E
光电隔离转换 “断开” →逻辑电平“0” “闭合” →逻辑电平“1”
继电器隔离转换 “断开” →逻辑电平“0” “闭合” →逻辑电平“1”
1、影响采样周期选择的因素 （1）系统受扰动情况（扰动和噪声比有效信号的频率高） 若扰动和噪声都较小，采样周期T应选大些； 对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期T应选小些；
Computer Controlled Systems
（2）被控系统动态特性（慢对象：汽温，信号变化慢；快对象:水位） 滞后时间大的系统，采样周期T应选大些； 对于快速系统，采样周期T应选小些； （3）控制品质指标要求（控制品质反映了系统的动作快慢） 若超调量为主要指标，采样周期T应选大些； 若希望过渡过程时间短些，采样周期T应选小些； （一般而言，过渡过程时间长，超调则小，被调量是慢变的）
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x*(t)
x(t).T (t) x(t)
(t kT )
k
考虑物理上可实现，又可近似为：
x*(t)
x(t).T
(t)
x(t)
(t
kT
)
k 0
可见，x*(t)具有离散信号的特征。
6
2.1.2 采样定理
对于角频率范围为（ max ,max ）的
连续信号进行采样，当采样频率 s 2max
时，采样器输出信号x*(t)才能充分表征连续
20
3、典型采样开关 1）继电器式采样开关
▲类型： 干簧继电器、 湿簧（水银）继电器
▲采样速度： 干簧继电器： 100点/S、T=10ms 湿簧（水银）继电器： 200点/S、T=5ms
21
干簧继电器原理
22
干簧管内部结构 双触点
单触点
23
干簧继电器器件
24
湿簧继电器原理
25
湿簧继电器结构
2
2.1.1 采样过程与数学描述
X(t)
(a) 连续信号
0
(b) 采样开关 X(t)
t
X*(t)
P(t)
(c) 开关函数
0
1
0 T 3T 5T 7T
KT
3
X*(t)
(d) 采样信号 1
0 T 3T 5T 7T
kT
P(t)
(e) 采样过程 X(t) 调制器 X*(t) x*(t)=p(t)x(t)
第2章 过程通道
2.1 过程参数采样原理 2.2 模拟量输入通道（AI） 2.3 D/A、A/D转换技术 2.4 模拟量输出通道（AO） 2.5 开关量输入/输出通道（DI/DO） 2.6 过程通道抗干扰措施
1
2.1 过程参数采样原理 2.1.1 采样过程与数学描述 2.1.2 采样定理 2.1.3 采样周期选择 2.1.4 多路采样原理
0.2～2
路数
8
AD7502 170~300
0.2～2
双4
AD7506 400
0.05
16
CD4051 270
双向
MC1150L 500
100
15
8
MX53C 500
250
3
10
33
4）微型变压器耦合采样开关
Vi
RC网络
隔离
变压器 采样器
信号转换
Vout
P3 S1
S3
（1）
P1 Vout
P2
Vi
（2）
A1 input
A2 CH
快速充电回路
高阻抗运放 CH电能损耗小
、保持电容CH 、输入输出缓冲器A1、A2 、输入开关及控制电路
36
4、模入通道多路采样开关设计举例
S15
15
0
S14 14
～
AD7506
15 路 模 S0 0 入
ENVBiblioteka cVDD VSSOUT A3 A2 A1 A0
（1）32路模入扩展
S15 15 C
S14 14
S0
0
EN
AD7506
Vcc
VDD VSS
OUT A3 A2 A1 A0
20－2FH
S15 15 B
S14 14
S0
0
EN
AD7506
Vcc
VDD VSS
OUT A3 A2 A1 A0
S15
D
15
S14 14
AD7506
S0
0
EN
Vcc
VDD VSS
OUT A3 A2 A1 A0
48
2.3.2 A/D转换
主要类型方式：
● 计数比较式：结构简单，价格便宜，速度 慢，较少采用。
● 逐次逼近式：精度速度较理想，适合一般模 入采样，16位以下A/D转换器应用广泛。
● 双斜率积分式：精度高，结构复杂，适用于 A/D转换精度要求较高场合。
49
1、逐次逼近式
（1）结构组成及转换原理:
26
湿簧继电器器件
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干簧继电器电磁特性：
激磁线圈
镀金触点
簧片
S N
玻璃管
氮气
U ＋－
●优点： 开路电阻Roff>1000MΩ 、闭合电阻Ron<50mΩ 受环境因素影响小。
●缺点： 开闭有抖动现象，速度相对低、有吸合不放现 象，寿命相对较短。
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2）飞渡电容继电器采样开关
●结构：
现 场 模 拟 量 信 号
21R I/2
－
U
I
K2
＋
22R I/4
a121
K3
设基准电流为：
23R I/8
I=E/R
a020
4位权电阻网络原理
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（1）设输入二进制数字量为
3
4位网络：D4=a020+a121+a222+a323 = ai 2i i0 n1
n位网络：Dn=a020+a121+…+an-12n-1 = ai 2i i0
（2）网络输出电流
4位网络：
I
I
3
ai
2i3
i0
n位网络：
I
I
n1
ai
2in1
i0
结论：随着输入网络的二进制数字量增加，网络
输出电流也随之增加。
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（3）网络输出电压
4位网络：
U
Rf
I
IR f
3
ai
i0
2i3
E
Rf R
3
ai 2i3
i0
n位网络：
U
Rf
I
IR f
n1
ai
2in1
E
i0
Rf R
由于τ 0＜＜T，所以近似认为τ 0为0，以 单位脉冲函数δ (t)代替p(t)。
4
● 单位脉冲函数：
{ ∞ t=0
理论表达形式：δ (t)＝ 0 t≠0
{ 工程表达形式：δ (t)＝
1 0
t=0 t≠0
● 单位脉冲序列：
δ T(t)
0
kT
● 数学表达式： T (t) (t kT )
k
5
● 采样过程数学描述:
3s 2
（2）s 2max
s 0 s 3s
2
2
2
x*( j )
3s
s
0
s
3s
2 22 2
8
● 两倍于信号频率的采样速率对正弦波进行采样
采样于输入 信号峰值处
重建的波形
采样于输入信 号过零点附近 重建的波形
9
● 以每周期约三个采样点进行采样的信号波形
对输入信号采样每 周期约三个采样点
输入信号x(t)；换言之，为使采样信号x*(t)
的频谱能无失真地恢复连续输入信号x(t)的频
谱，采样周期T必须小于等于输入信号中变化
最小周期 Tmin 的1/2：
即：
T
1 2
Tmin
7
由于被控对象一般具有低通滤波特性，所以x(t)的带 宽是有限的，其振幅谱图如下：
（1）s 2max
x( j)
max 0 max x*( j )
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● 采样周期选取的一般原则：
（1）系统受扰动情况 △若扰动和噪声都较小，采样周期T应选大些； △对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期T应
选小些； （2）被控系统动态特性 △滞后时间大的系统，采样周期T应选大些； △对于快速系统，采样周期T应选小些； （3）控制品质指标要求 △若超调量为主要指标，采样周期T应选大些； △若希望过渡过程时间短些，采样周期T应选小
V1 C1
Vn Cn
飞渡电容
RL 至A/D
Rc
浮地
由于放大器输入阻抗很高，所以飞电容上的信号衰减可忽略不计。
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●特点： ※ 现场（传感器、变送器）与主系统隔离，
抗共模干扰能力强； ※ 信号源内阻与飞电容起到低通滤波器作
用，对工业噪声有较强抑制作用； ※ 结点结构复杂，价格高，速度较低。
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3）模拟IC集成电子采样开关
重建的波形
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● 以每周期五个采样点进行采样的信号波形
对输入信号采样每 周期约五个采样点
重建的波形
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● 假象信号正弦波
采样频率很低时 对输入信号采样 重建的假象波形
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● 实时采样
输入信号 采样时刻
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2.1.3 采样周期选择 ● 影响采样周期选择的因素：
（1）生产过程受扰动程度； （2）被控过程的动态特性； （3）控制方式和执行器类型； （4）被控过程要求的控制品质指标。
器
控
描
过
执行
输出
电
器单元
保持
路
制
Data
单
元
程
开关量输入通道
Data
开关量输出通道
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多路采样器组成
现场信号
行驱动器
多路开关 采样矩阵
列驱动器 采样控制器
K
A/D
I/O
微处理器 控制单元
I/O
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2、采样开关技术要求 （1）导通电阻Ron应尽量小，开路电阻Roff尽量大； （2）开关切换时间短、迟延小，稳定速度快； （3）能正确处理微弱电压电流信号； （4）信号输入/输出之间线性度、稳定性好； （5）工作寿命长。
i0
i0
（2）网络输出电流
K0-K3全部闭合时：
I
15I 8
47
（3）网络输出电压
3
4位网络: U R I IR ai 2i3