计算机控制-输入输出

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1、第一讲思考题问答1．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？2．分析说明计算机控制系统的硬件组成及其作用。3．计算机控制系统的软件由哪些部分构成？4．按控制方案来分，计算机控系统划分成那几大类？第二讲过程输入输出通道技术概论在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的控制参数及运行状态按规定的方式送入计算机，计算机经过计算、处理后，将结果以数字量的形式输出，此时需将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机和生产过程之间，必须设置完成信息的传递和变换装置，这个装置称为

2、过程输入输出通道，也叫I/O通道。本章内容其实质是《微机原理与应用》课程中的知识2.1过程输入输出通道概述过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和开关量（包含脉冲量）输入输出通道组成。模拟量输入通道把反映生产过程或设备工况的模拟信号（如温度、压力、流量、速度、液位等）、转换为数字信号送给微型计算机；模拟量输出通道则把微型计算机输出的数字控制信号转换为模拟信号（电压或电流）作用于执行机构，实现对生产过程或设备的控制。开关量（脉冲量、数字量）输入通道把反映生产过程或设备工况的开关信号（如继电器接点、行

3、程开关、按扭等）、脉冲信号（如速度、位移、流量脉冲等）送给微型计算机；微型计算机通过开关量输出通道控制那些接受开关（数字）信号的执行机构和显示、指示装置。由此可见，过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用。2.1.1模拟量输入通道的一般结构模拟量输入通道（简称AI通道）的一般结构如图2.1所示。过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和A/D转换，实现过程参数

4、的巡回检测。图2.1模拟量输入通道的一般结构2.1.2模拟量输出通道的基本结构模拟量输出通道（简称AO通道）的两种基本结构形式如图2.2所示。多D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器除承担数字信号到模拟信号转换的任务外，还兼有信号保持作用，即把微机在t=kT时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出时刻t=(k+1)T。这是一种数字保持方式，送给D/A转换器的数字信号不变，其模拟输出信号便保持不变。共享D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器只起数字信号到模拟信号的转换作用，信号保持功能靠采

5、样保持器完成。这是一种模拟保持方式，微机对通路i（i=1，2，...，n）的控制信号被D/A转换器转换为模拟形式后，由采样保持器将其记忆下来，并保持到下一次控制信号的到来。多D/A形式输出速度快、工作可靠、精度高，是工业控制领域普遍采用的形式。主机接口电路D/AD/A...通道1通道n主机接口电路D/A……..通道1通道n多路开关采样保持器采样保持器（b）共享D/A结构图2.2模拟量输出通道的两种基本结构形式（a）多D/A结构2.1.3开关量（数字量）输入通道的基本结构开关量输入通道又称为数字量

6、输入通道，该通道的任务是把被控对象的开关状态信号（或数字信号）送给计算机、或把双值逻辑的开关量变换为计算机能够接收的数字量送给计算机，简称DI通道。它的结构形式如图2.3所示。信号变换器信号变换器整形变换整形变换电平变换电平变换总线缓冲器CPU接口逻辑图2.3开关量输入通道结构框图典型的开关量输入通道通常由以下几部分组成：1．信号变换器：将生产过程的非电量开关量转换为电压或电流的双值逻辑值。2．整形变换电路：将混有毛刺之类干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿不符合要求的输入信号整形为接近理想状态

7、的方波或矩形波，然后再根据系统要求变换为相应形状的脉冲信号。3．电平变换电路：将输入的双值逻辑电平转换为与CPU兼容的逻辑电平。4．总线缓冲器：暂存数字量信息并实现与CPU数据总线的连接。5．接口逻辑电路：协调各通道的同步工作，向CPU传递状态信息并控制开关量的输入、输出。2.1.4开关量（数字量）输出通道的基本结构开关量（数字量）输出通道的任务是把计算机输出的数字信号（或开关信号）传送给开关型的执行机构（如继电器或指示灯等），控制它们的通、断或亮、灭，简称DO通道。其典型结构如图2.4所示。图

8、中锁存输出的主要作用是锁存CPU输出的数据或控制信号，供外部设备使用；隔离部件的作用是为防止干扰；功放的作用则是为把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的驱动信号。CPU锁存输出控制逻辑隔离功放执行机构图2.4开关量输出通道结构框图图2.11功率晶体管输出驱动继电器图2.12MC1416驱动7个继电器图2.13为固态继电器的结构，固态继电器（SSR）是一种四端有源器件，。输入输出之间采用光电耦合器进行隔离。零交叉电路可使交流电压变化到零伏附近时让电路接通，从而减少干扰。电路接通以后