第四讲 输入输出接口与过程通道优秀PPT.ppt

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1、第四讲 输入输出接口与过程通道第一页，本课件共有61页ADC0809芯片及其接口 第二页，本课件共有61页ADC0809芯片及其接口 ADC0809由三大部分组成：由三大部分组成：1、8路输入模拟量选择电路：路输入模拟量选择电路：8路输入模拟量信号分别接到路输入模拟量信号分别接到IN0IN7端。端。A，B，C为输入地址选择线，地址信息由为输入地址选择线，地址信息由ALE的上升沿打入的上升沿打入地址锁存器。地址锁存器。2、逐次比较式、逐次比较式AD转换器：转换器：START为启动信号，其上升沿复为启动信号，其上升沿复位内部寄存器，下降沿启动位内部寄存器，下降沿启动AD转换。转换。EOC为转换结束

2、标志位，为转换结束标志位，“0”表示正在转换，表示正在转换，“1”表示一次表示一次A/D转换的结束。转换的结束。CLOCK为外为外部时钟输入信号，当时钟频率取部时钟输入信号，当时钟频率取640kHz时，转换一次约需时，转换一次约需100s时时间（间（ADC0809所能容许的最短转换时间）。所能容许的最短转换时间）。3、三态输出缓冲锁存器：、三态输出缓冲锁存器：AD转换的结果由转换的结果由EOC信号上升沿信号上升沿打入三态输出缓冲锁存器。打入三态输出缓冲锁存器。OE为输出允许信号，当向为输出允许信号，当向OE端输入一个端输入一个高电平时，三态门电路被选通，这时便可读取结果。否则缓冲锁存器高电平时

3、，三态门电路被选通，这时便可读取结果。否则缓冲锁存器输出为高阻态。输出为高阻态。第三页，本课件共有61页ADC0809芯片及其接口 第四页，本课件共有61页假设假设8255A已经初始化，地址为已经初始化，地址为2C0H2C3H。ADC0809PROCNEARMOVCX,8;计数计数CLDMOVBL,00H;模拟通道地址模拟通道地址存存BLLEADI,DATABUFNEXTA:MOVDX,02C2HMOVAL,BLOUTDX,ALINCDX；加；加1MOVAL,00000111B;输出启输出启动信号动信号/PC3置置1OUTDX,AL/送到控制寄存器送到控制寄存器NOPMOVAL,0000111

4、0B/pc7置置000000110B/pc3置置0OUTDX,ALDECDXNOSC:INAL,DXTESTAL,80HJNZNOSC;EOC=1,则等待则等待NOEOC:INAL,DXTESTAL,80HJZNOEOC;EOC=0,则等待则等待MOVDX,02C0H;A口地址口地址INAL,DXSTOSDATABUFINCBL;修改模拟通道地址修改模拟通道地址LOOPNEXTA;CX-1,CX=0？RETADC0809ENDP第五页，本课件共有61页2.5 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制输出的关键。它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱

5、动相应的执行机构，达到控制的目的。模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组成。第六页，本课件共有61页2.5.1 2.5.1 模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的构模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的构成方式。输出保持器的作用：将前一采样时刻的输出信号成方式。输出保持器的作用：将前一采样时刻的输出信号保持到下一个采样时刻，重新得到新的连续输出信号。保持到下一个采样时刻，重新得到新的连续输出信号。1.1.一个通道设置一个数一个通道设置一个数/模转换器的形式模转换器的形式 2.2.多个通道共用一个数多个通道共

6、用一个数/模转换器的形式模转换器的形式图 2-31 一个通道一个D/A转换器结构图 2-32 共用D/A转换器的结构转换速度快、工转换速度快、工作可靠。作可靠。只适用于通路数量多且速度只适用于通路数量多且速度要求不高的场合，可靠性较要求不高的场合，可靠性较差。差。第七页，本课件共有61页8位位D/A转换器转换器DAC0832它主要由它主要由8位输入寄存器、位输入寄存器、8位位DAC寄存器、采用寄存器、采用R-2R电阻网络的电阻网络的8位位D/A转换器、转换器、相应的选通控制逻辑四部分组成。相应的选通控制逻辑四部分组成。2.5.2 D/A转换器及其接口技术1.81.8位位D/AD/A转换器接口转

7、换器接口第八页，本课件共有61页2.5.2 D/A转换器及其接口技术1.81.8位位D/AD/A转换器接口转换器接口该电路由该电路由8 8位位D/AD/A转换芯片转换芯片DAC0832DAC0832、运算放大器、运算放大器、地址译码电路组成。地址译码电路组成。图 2-33 8位D/A转换器接口CS启动转换锁存数据转换为差动电流单极性电压输出第九页，本课件共有61页2.5.2 D/A转换器及其接口技术1.81.8位位D/AD/A转换器接口转换器接口lDAC0832DAC0832工作在单缓冲寄存器方式；工作在单缓冲寄存器方式；lDAC0832DAC0832将输入的数字量转换成差动的电流输出，将输入

8、的数字量转换成差动的电流输出，经过运算放大器经过运算放大器A A，将形成单极性电压输出，将形成单极性电压输出0 05V5V；l若要形成负电压输出，则需接正的基准电压。若要形成负电压输出，则需接正的基准电压。l将数字量转换后得到的输出电流通过内部反馈电阻将数字量转换后得到的输出电流通过内部反馈电阻流到放大器的输出端。流到放大器的输出端。线性度：传感器的线性误差极限。线性误差：实测曲线性度：传感器的线性误差极限。线性误差：实测曲线与理想直线之间的偏差线与理想直线之间的偏差.第十页，本课件共有61页用用DAC0832DAC0832实现实现8 8位位D/AD/A转换程序框图转换程序框图 配合图配合图2

9、-332-33硬件接口，硬件接口，8 8位位D/AD/A转换程序框图如转换程序框图如图。图。第十一页，本课件共有61页若若DAC0832的口地址为的口地址为BASE，则，则8位二进制数位二进制数7EH转换为转换为模拟电压的接口程序为：模拟电压的接口程序为：MOVDX，BASEMOVAL，7FHOUTDX，ALRET2.5.2 D/A转换器及其接口技术第十二页，本课件共有61页2.12位位D/A转换器转换器DAC1210图中是图中是DAC1210的内部原理框图，其原理和控制信号功能基本上同的内部原理框图，其原理和控制信号功能基本上同DAC0832两点不同：两点不同：l它是它是12位的，有位的，有

10、12条数据输入线条数据输入线l可以用字节控制信号可以用字节控制信号BYTE1/BYTE2控制数据的输入控制数据的输入2.5.2 D/A转换器及其接口技术第十三页，本课件共有61页2.12位位D/A转换器转换器DAC1210该电路采用该电路采用12位位D/A转换芯片转换芯片DAC1210、输出放、输出放大器电路组成。大器电路组成。2.5.2 D/A转换器及其接口技术图 2-34 12位D/A转换器接口A0=1,A0=1,高高8 8位写入位写入A0=0,A0=0,低低4 4位写入位写入 ,所有数据所有数据输入第二级寄存器，输入第二级寄存器，D/AD/A转转换开始换开始第十四页，本课件共有61页端口

11、地址译码器译出端口地址译码器译出Y0地址为地址为BASE，则，则D/A高高8位地址为位地址为BASE+1,低低8位地址为位地址为BASE+0.则接口程序为：则接口程序为：MOV DX,BASE+1MOVAL,dataH;送高送高8位数据位数据OUTDX,ALMOV DX,BASE+0MOVAL,dataL;送低送低4位数据位数据OUT DX,AL;12数据进行转换数据进行转换RET第十五页，本课件共有61页2.5.3 单极性与双极性电压输出电路在实际应用中，通常采用在实际应用中，通常采用D/AD/A转换器外加运算放大器的方法，把转换器外加运算放大器的方法，把D/AD/A转换器的电流输出转换为电

12、压输出。图转换器的电流输出转换为电压输出。图2-352-35给出给出D/AD/A转换器的单极转换器的单极性与双极性输出电路性与双极性输出电路如果参考电压为如果参考电压为+5v,+5v,则则Vout1Vout1为为:0:0-5v,Vout2-5v,Vout2为为:5v.:5v.图 2-35 D/A转换的单极性与双极性输出第十六页，本课件共有61页2.5.3 单极性与双极性电压输出电路VOUT1为单极性输出，若D为输入数字量，VREF为基准参考电压，且为n位D/A转换器，则有：VOUT2为双极性输出，则有：第十七页，本课件共有61页2.5.4 V/I变换1.1.集成集成V/IV/I转换器转换器ZF

13、2B20ZF2B20图 2-36 ZF2B20引脚图ZF2B20ZF2B20是通过是通过V/IV/I变换的方式产生一个与输入电压成比例的变换的方式产生一个与输入电压成比例的输出电流。它的输入电压范围是输出电流。它的输入电压范围是0 010V10V，输出电流是，输出电流是4 420mA(20mA(加加接地负载接地负载)，采用单正电源供电，电源电压范围为，采用单正电源供电，电源电压范围为101032V32V，它的特点是，它的特点是低漂移，在工作温度为低漂移，在工作温度为-25-258585范围内，最大漂移为范围内，最大漂移为0 0005%/005%/，可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送

14、和连接。可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送和连接。ZF2B20ZF2B20的输入电阻为的输入电阻为10K10K，动态响应时间小于，动态响应时间小于25S25S，非线性小，非线性小于于00025%025%。第十八页，本课件共有61页2.5.4 V/I变换图 2-37 V/I转换图(a)(a)所示电路是一种带初值校准的所示电路是一种带初值校准的0 010V10V到到4 420mA20mA转换电路。转换电路。(b)(b)则是一种带满度校准的则是一种带满度校准的0 010V10V到到0 010mA10mA转换电路。转换电路。第十九页，本课件共有61页2.2.集成集成V/IV/I转换器转换器

15、AD694AD6942.5.4 V/I变换AD694是一种420mA转换器，适当接线也可使其输出范围为020mA。AD694的主要特点是：l输出范围：420mA,020mA。l输入范围：02V或010V。l电源范围：+4.536V。l可与电流输出型D/A转换器直接配合使用，实现程控电流输出。l具有开路或超限报警功能。图2-38 AD694引脚图第二十页，本课件共有61页2.2.集成集成V/IV/I转换器转换器AD694AD6942.5.4 V/I变换图2-39 AD694的基本应用图2-40 DAC1210与AD694的接口对于0-10V输入，4-20mA输出，电源电压大于12.5V的情况输出

16、能驱动的最大负载为：第二十一页，本课件共有61页2.5.5 模拟量输出通道模板举例图2-41 PCL-726板卡组成框图第二十二页，本课件共有61页 D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）：（1）选择通道地址n=1（n=16）。（2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。（3）置 D/A高4位数据(D3DO 有效)。（4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。（5）置 D/A低8位数据并启动转换。2.D/A 转换程序流程第二十三页，本课件共有61页3.程序设计举例PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位，000H0FFFH分别对应输出0%100

17、%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH，设基地址为220H，D/A通道l输出50%的程序如下：C语言参考程序段如下：outportb(0 x220,0 x07)/D/A 通道l 输出50%outportb(0 x221,0 xff)汇编语言参考程序如下：（基地址为220H）：MOV AL，07H；D/A 通道l 输出50%MOV DX，0220H OUT DX，ALMOV DX，0221H MOV AL，0FFH第二十四页，本课件共有61页2.6 硬件抗干扰技术2.6.1 2.6.1 过程通道抗干扰技术过程通道抗干扰技术2.6.2 2.6.2 主机抗干扰技术主机抗干扰技术2.6.3 2

18、.6.3 系统供电与接地技术系统供电与接地技术第二十五页，本课件共有61页 所所谓谓干干扰扰，就就是是有有用用信信号号以以外外的的噪噪声声或或造造成成计计算算机机设设备备不能正常工作的破坏因素。不能正常工作的破坏因素。克克服服干干扰扰的的措措施施：硬硬件件措措施施，软软件件措措施施，软软硬硬结结合合的的措施措施干扰的来源干扰的来源：外部干扰和内部干扰。：外部干扰和内部干扰。外外部部干干扰扰主主要要是是空空间间电电或或磁磁的的影影响响，环环境境温温度度、湿湿度度等等气气象条件。象条件。内内部部干干扰扰主主要要是是分分布布电电容容、分分布布电电感感引引起起的的耦耦合合感感应应，电电磁磁场场辐辐射射

19、感感应应，长长线线传传输输的的波波反反射射，多多点点接接地地造造成成的的电电位位差差引引起起的的干干扰扰，寄寄生生振振荡荡引引起起的的干干扰扰，甚甚至至元元器器件件产产生生的噪声。的噪声。分分布布电电容容：除除电电容容器器外外，由由于于电电路路的的分分布布特特点点而而具具有有的电容叫分布电容。的电容叫分布电容。分布电感分布电感：distributed inductancedistributed inductance。第二十六页，本课件共有61页2.6.1 过程通道抗干扰技术1.1.串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法 (1)(1)串模干扰串模干扰 (2)(2)串模干扰的抑制方法串模干扰的抑

20、制方法2.2.共模干扰及其抑制方法共模干扰及其抑制方法 (1)(1)共模干扰共模干扰 (2)(2)共模干扰的抑制方法共模干扰的抑制方法 变压器隔离变压器隔离 光电隔离光电隔离 浮地屏蔽浮地屏蔽 采用仪表放大器提高共模抑制比采用仪表放大器提高共模抑制比第二十七页，本课件共有61页2.7.1 过程通道抗干扰技术1.1.串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法 (1)(1)串串模模干干扰扰：所所谓谓串串模模干干扰扰是是指指叠叠加加在在被被测测信信号号上的干扰噪声。也称为常态干扰。上的干扰噪声。也称为常态干扰。图2-42 串模干扰示意图第二十八页，本课件共有61页（2）串模干扰的抑制方法 如果串模干扰

21、频率比被测信号如果串模干扰频率比被测信号频率高频率高，则采用输入，则采用输入低通滤波低通滤波器器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低频率低，则，则采用采用高通滤波器高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号被测信号频谱的两侧频谱的两侧，则应用，则应用带通滤波器带通滤波器。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，数转换器的输入滤

22、波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。图2-43 二级阻容滤波网络第二十九页，本课件共有61页 当当尖尖峰峰型型串串模模干干扰扰成成为为主主要要干干扰扰源源时时，用用双双积积分分式式A/DA/D转转换换器器可可以以削削弱弱串串模模干干扰扰的的影影响响。因因为为此此类类转转换换器器是是对对输输入入信信号号的的积积分分值值进进行行测测量量，而而不不是是测测量量信信号号的的瞬瞬时时值值。若若干干扰扰信信号号是是周周期期性性的的而而积积分分时时间间又又为为信信号号周周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。期

23、或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。对对于于串串模模干干扰扰主主要要来来自自电电磁磁感感应应的的情情况况下下，对对被被测测信信号号应应尽尽可可能能早早地地进进行行前前置置放放大大，从从而而达达到到提提高高回回路路中中的的信信号号噪噪声声比比的的目目的的；或或者者尽尽可可能早地完成模能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。数转换或采取隔离和屏蔽等措施。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。采用采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小，并且使各个小环

24、路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。第三十页，本课件共有61页 2共模干扰及其抑制方法 所谓共模干扰是指模所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。扰电压。共模干扰也称为共态干扰。被测信号被测信号U Us s的参考接地点和计算机输入信号的参考接的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的电位差地点之间往往存在着一定的电位差U Ucmc

25、m 图图2-44共模干扰示意图共模干扰示意图第三十一页，本课件共有61页单端对地输入和双端不对地输入 对对于于存存在在共共模模干干扰扰的的场场合合，不不能能采采用用单单端端对对地地输输入入方方式式，因因为为此此时时的的共共模模干干扰扰电电压压将将全全部部成成为为串串模模干干扰扰电电压压，如如左左图图所所示示。所所以以必必须须采采用用双双端端输输入入不不对对地地方方式式，如右图所示。如右图所示。Z ZS S、Z ZS1S1、Z ZS2S2为为信信号号源源USUS的的内内阻阻抗抗，Z ZC C、Z ZC1C1、Z ZC2C2为为输输入入电电路路的的输输入入阻阻抗抗。共共模模干干扰扰电电压压U Uc

26、mcm对对两两个个输输入入端端形形成成两两个个电电流流回回路路，每每个个输输入入端端A A和和B B的的共共模模电电压压和两个输入端之间的共模电压分别为：和两个输入端之间的共模电压分别为：图图2-45被测信号的输入方式被测信号的输入方式第三十二页，本课件共有61页 为为了了衡衡量量一一个个输输入入电电路路抑抑制制共共模模干干扰扰的的能能力力，常常用用共共模模抑抑制制比比CMRR(Common CMRR(Common Mode Mode Rejection Rejection Ratio)Ratio)来来表表示示，即即 U Ucmcm是共模干扰电压，是共模干扰电压，U Un n是是U Ucmcm

27、转化成的串模干扰电压。转化成的串模干扰电压。显然，对于单端对地输入方式，由于显然，对于单端对地输入方式，由于U Un n=U=Ucmcm，所以，所以CMRR=0CMRR=0，说明无共模抑制能力。对于双端不对地输入方式来说，说明无共模抑制能力。对于双端不对地输入方式来说，由由U Ucmcm引入的串模干扰引入的串模干扰U Un n越小，越小，CMRRCMRR就越大，所以抗共模干就越大，所以抗共模干扰能力越强。扰能力越强。第三十三页，本课件共有61页(2)共模干扰的抑制方法变压器隔离变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也

28、就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压cmcm不成回路，从而抑制不成回路，从而抑制了共模干扰。另外，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立了共模干扰。另外，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源，切断两部分的地线联系。的电源，切断两部分的地线联系。图图2-46变压器隔离变压器隔离第三十四页，本课件共有61页光电隔离光电隔离光电耦合器的几个特点：光电耦合器的几个特点：1 1、由于密封在一个管壳内，或者是模压塑料封装的，所以不受外界光的、由于密封在一个管壳内，或者是模压塑料封装的，所以不受外界光的干扰。干扰。2 2、由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地

29、线的联系、由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系3 3、发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传、发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入端的干扰信号变的很小。送到光电耦合器输入端的干扰信号变的很小。4 4、光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比一般很小，即使在、光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比一般很小，即使在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量不能使发光二极干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量不能使发光二极管发光，从而有效抑制干扰信号。管发光，从而有效抑制干扰信号。图图2-46光电隔离光电隔离第三十五页，本

30、课件共有61页 浮地屏蔽浮地屏蔽 采采用用浮浮地地输输入入双双层层屏屏蔽蔽放放大大器器来来抑抑制制共共模模干干扰扰，如如图图所所示示。这这是是利利用用屏屏蔽蔽方方法法使使输输入入信信号号的的“模模拟拟地地”浮浮空空，从而达到抑制共模干扰的目的。从而达到抑制共模干扰的目的。图图2-48浮地输入双层屏蔽放大器浮地输入双层屏蔽放大器第三十六页，本课件共有61页 采用仪表放大器提高共模抑制比采用仪表放大器提高共模抑制比 仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有

31、用信号的器件。干扰与有用信号的器件。仪表放大器将两个信号的差值放大。仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模分量抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因是使用仪表放大器的唯一原因 。AD620AD620（低功耗，低成本，集成仪表放大器），还（低功耗，低成本，集成仪表放大器），还有有AD623AD623等等等等.第三十七页，本课件共有61页3.长线传输干扰及其抑制方法(1)(1)长线传输干扰长线传输干扰 长线的长线的“长长”是相对的；是相对的；(毫微秒级毫微秒级1m,1m,十毫秒级十毫秒级几米几米)信号在长线中传输遇到三个问题：信号在长线中传输遇到三个问题：一是长线传输易受到外界干扰，一是长线传输

32、易受到外界干扰，二是具有信号延时，二是具有信号延时，三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。（阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗现象。（阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，

33、使电缆的一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。阻抗连续。）第三十八页，本课件共有61页(2)长线传输干扰的抑制方法 采采用用终终端端阻阻抗抗匹匹配配或或始始端端阻阻抗抗匹匹配配，可可以以消消除除长长线线传传输输中中的的波波反射或者把它抑制到最低限度。反射或者把它抑制到最低限度。双双绞绞线线与与同同轴轴电电缆缆 双双绞绞线线的的波波阻阻抗抗一一般般在在100100至至200200之之间间，绞绞花花越密，波阻抗越低。越密，波阻抗越低。终端匹配：终端匹配：采用终端阻抗匹配或者始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波采用终端阻抗匹配或者始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑

34、制到最低限度。最简单的终端匹配方法如图反射或者把它抑制到最低限度。最简单的终端匹配方法如图2.502.50（a a），缺点：时间上要延迟；图），缺点：时间上要延迟；图2.502.50（b b）可以克服此缺点）可以克服此缺点图2-50 终端匹配第三十九页，本课件共有61页(2)长线传输干扰的抑制方法 始端匹配：始端匹配：在传输线始端串入电阻在传输线始端串入电阻R，如图，如图2.50所示，也能基本上消除反射，所示，也能基本上消除反射，达到改善波形的目的。达到改善波形的目的。这种匹配方法的这种匹配方法的:优点优点:是波形的高电压不变是波形的高电压不变缺点缺点:是低电平会抬高是低电平会抬高图2-51

35、始端匹配第四十页，本课件共有61页2.6.2 主机抗干扰技术计算机控制系统的计算机控制系统的CPUCPU抗干扰措施：抗干扰措施：Watchdog(Watchdog(俗称看门狗俗称看门狗)电源监控电源监控(掉电检测及保护掉电检测及保护)复位复位 MAX1232MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以及电源供电监控功能。能以及电源供电监控功能。MAX1232MAX1232通过监控通过监控 微处理微处理器系统电源供电器系统电源供电及及监控软件的执行监控软件的执行，来增强电路的可，来增强电路的可靠性，它提供一个反弹的靠性，它提供一个反弹的(无锁的无锁的

36、)手动复位输入。手动复位输入。另外常用的集成电路还有另外常用的集成电路还有X5045X5045、IMP813IMP813等。等。第四十一页，本课件共有61页1MAX1232的结构原理 MAX1232引脚图MAX1232内部原理图第四十二页，本课件共有61页2MAX1232的主要功能(1)(1)电源监控电源监控(2)(2)按钮复位输入按钮复位输入 (3)(3)监控定时器监控定时器(Watchdog)(Watchdog)第四十三页，本课件共有61页(1)电源监控电电压压检检测测器器监监控控V Vcccc。每每当当V Vcccc低低于于所所选选择择的的容容限限时时(5%(5%容容限限时时的的电电压压

37、典典型型时时为为4 462V62V，10%10%容容限限时时的的电电压压典典型型时时为为4 437V)37V)就输出并保持复位信号。就输出并保持复位信号。选择选择5%5%的容许极限时，的容许极限时，TOLTOL端接地；端接地；选择选择10%10%的容许极限时，的容许极限时，TOLTOL端接端接V Vcccc。当当V Vcccc恢恢复复到到容容许许极极限限内内，复复位位输输出出信信号号至至少少保保持持250ms250ms的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。第四十四页，本课件共有61页(2)按钮复位输入 MAX1232MAX1232的的 端端靠靠

38、手手动动强强制制复复位位输输出出，该该端端保保持持t tPBDPBDPBDPBD是是按按钮钮复复位位延延迟迟时时间间，当当 升升高高到到大大于于一一定定的的电电压压值值后后，复位输出保持至少复位输出保持至少250ms250ms250ms250ms的宽度。的宽度。一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动 ，无，无锁按钮输入至少忽略了锁按钮输入至少忽略了1ms1ms1ms1ms的输入抖动，并且被保证能识的输入抖动，并且被保证能识别出别出20ms20ms或更大的脉冲宽度。该或更大的

39、脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该PBRSTPBRST在芯片内部被上拉到在芯片内部被上拉到在芯片内部被上拉到在芯片内部被上拉到大约大约大约大约100A100A的的V V V Vcccc上，因而不需要附加的上拉电阻。上，因而不需要附加的上拉电阻。第四十五页，本课件共有61页(3)监控定时器(Watchdog)用于因干扰引起的系统用于因干扰引起的系统“飞程序飞程序”等出错的检测和等出错的检测和自动恢复。自动恢复。微处理器用一根微处理器用一根I/OI/O线来驱动输入线来驱动输入STST，微处理器必，微处理器必须在一定时间内触发须在一定时间内触发STST端端(其时间取决于其时间取决于

40、TD)TD)，以便来，以便来检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件的失误检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件的失误导致没被触发，在一个最小超时间间隔内，导致没被触发，在一个最小超时间间隔内，STST的触的触发只能被脉冲的下降沿作用，这时发只能被脉冲的下降沿作用，这时MAX1232MAX1232的复位输出的复位输出至少保持至少保持250ms250ms的宽度。的宽度。第四十六页，本课件共有61页图图2-54 2-54 监控电路监控电路MAX1232MAX1232的典型应用的典型应用如果中断继续，每一个超时限间隔内产生新的复位脉冲，直到ST触发。这个超时限间隔取决于TD输入的连接，当TD接地时，W

41、atchdog为150ms;当TD悬空时，Watchdog为600ms;当TD接VCC时，Watchdog为1.2s;第四十七页，本课件共有61页3.掉电保护和恢复运行掉电保护：掉电保护：掉电信号由监控电路MAX1232检测得到，加到微处理器的外部中断输入端。软件中将掉电中断规定为高级中断，是系统能够及时对掉电做出反应。恢复运行：恢复运行：当电源恢复后,CPU重新上电复位，复位后应首先检查是否有掉电标记，如果没有按一般开机程序执行；如果有掉电标记，不应将系统初始化，恢复现场。第四十八页，本课件共有61页2.6.3 系统供电与接地技术 1 1供电技术供电技术2 2接地技术接地技术 第四十九页，本

42、课件共有61页 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1 1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。的杂波反馈到公共电网。2 2、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。一级变换。3 3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。部分，频

43、率越高，体积、重量与输出功率之比越小。4 4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。图图2-55一般供电结构一般供电结构第五十页，本课件共有61页(2)(2)电源异常的保护措施电源异常的保护措施 计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生产。计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生产。为此，可采用不间断电源为此，可采用不间断电源UPS UPS。UPSUPSUPSUPS自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与

44、用户原有的自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的48V48V48V48V通通通通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电 。通过改进控制器的。通过改进控制器的。通过改进控制器的。通过改进控制器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损

45、坏。工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。图图2-56具有不间断电源的供电结构具有不间断电源的供电结构第五十一页，本课件共有61页2接地技术接地技术 (1)(1)地线系统分析地线系统分析 什么是地线？什么是地线？地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线，后者是为了保证电路正安全、设备安全而设置的地线，后者是为了保证电路正确工作所设置的地线，造成电路干扰现象的主要是信号确工作所设置的地线，造成电路干扰现象的主要是信号地。在进

46、行电磁兼容问题分析时，对地线使用下面的定地。在进行电磁兼容问题分析时，对地线使用下面的定义：义：“地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。”第五十二页，本课件共有61页 在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。地、系统地、交流地。模模拟拟地地作作为为传传感感器器、变变送送器器、放放大大器器、A/DA/D和和D/AD/A转转换换器器中中模模拟拟电路的零电位。电路的零电位。数数字字地地作作为为计计算算机机中中各各种种数数字字电电路路的的零零电电位位，应应该该与与模

47、模拟拟地地分分开开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。避免模拟信号受数字脉冲的干扰。安安全全地地的的目目的的是是使使设设备备机机壳壳与与大大地地等等电电位位，以以避避免免机机壳壳带带电电而而影影响响人人身身及及设设备备安安全全。通通常常安安全全地地又又称称为为保保护护地地或或机机壳壳地地，机机壳壳包包括括机机架、外壳、屏蔽罩等。架、外壳、屏蔽罩等。系系统统地地就就是是上上述述几几种种地地的的最最终终回回流流点点，直直接接与与大大地地相相连连。众众所所周周知知，地地球球是是导导体体而而且且体体积积非非常常大大，因因而而其其静静电电容容量量也也非非常常大大，电电位位比比较较恒恒定定，所所以以人人们们把

48、把它它的的电电位位作作为为基基准准电电位位，也也就就是是零零电电位位。交流地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。稳定。第五十三页，本课件共有61页接地理论接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。单点接地的单点接地的目的目的：是避免形成地环路，地环路产生的电流会引：是避免形成地环路，地环路产生的电流会引入到信号回路内引起干扰。入到信号回路内引起干扰。地环路产生的原因地环路产生的原因：地环路干扰发生在通过较长电缆连接的相距较远：地环路干扰发生在通过较长电缆

49、连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是设备之间的地线电位差，地线电压导致的设备之间，其产生的内在原因是设备之间的地线电位差，地线电压导致了地环路电流，由于电路的非平衡性，地环路电流导致对电路造成影响的了地环路电流，由于电路的非平衡性，地环路电流导致对电路造成影响的差模干扰电压。差模干扰电压。回流法单点接地回流法单点接地：模拟地、数字地、安全地：模拟地、数字地、安全地(机壳地机壳地)的分别回的分别回流法。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由流法。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由多层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘层。采用多层汇多层铜导体构成，截面呈矩形

50、，各层之间有绝缘层。采用多层汇流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。安全地流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。安全地(机壳地机壳地)始终与始终与信号地信号地(模拟地、数字地模拟地、数字地)是浮离开的。这些地之间只在最后汇聚一点，是浮离开的。这些地之间只在最后汇聚一点，并且常常通过铜接地板交汇，然后用线径不小于并且常常通过铜接地板交汇，然后用线径不小于300mm2300mm2的多股铜软线焊的多股铜软线焊接在接地极上后深埋地下。接在接地极上后深埋地下。第五十四页，本课件共有61页(2)(2)低频接地技术低频接地技术 一点接地方式一点接地方式两种接法：即串联接地两种接法：即串联接地(或称共同接地或