微型計(jì)算機(jī)控制技術(shù).ppt

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第一章,1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式1.3工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),什么是計(jì)算機(jī)控制？能完成什么功能？,,,計(jì)算機(jī)控制,控制監(jiān)控對(duì)象,顯示監(jiān)控對(duì)象的變化過(guò)程,（1）控制監(jiān)控對(duì)象,利用傳感裝置將被監(jiān)控對(duì)象中的物理參量（如溫度、壓力、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量（如電壓、電流），再將這些代表實(shí)際物理參量的電量送入輸入裝置中轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量，則由計(jì)算機(jī)中的應(yīng)用軟件根據(jù)采集到的物理參量的大小和變化情況以及按照工藝所要求該物理量的設(shè)定值進(jìn)行判斷；然后在輸出裝置中輸出相應(yīng)的電信號(hào)，并且推動(dòng)執(zhí)行裝置（如調(diào)節(jié)閥、電動(dòng)機(jī)）動(dòng)作從而完成相應(yīng)的控制任務(wù)。,1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述,涉及到哪些技術(shù)？,計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、顯示技術(shù)、傳感器檢測(cè)與技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)、電子技術(shù)等,（2）顯示監(jiān)控對(duì)象的變化過(guò)程,將傳感裝置采集到的被監(jiān)控對(duì)象中的物理參量（如溫度、壓力、液位、速度）轉(zhuǎn)換為電量（如電壓、電流），并且在計(jì)算機(jī)的顯示裝置中以數(shù)字、圖形或曲線的方式顯示出來(lái)，從而使得操作人員能夠直觀而迅速地了解被監(jiān)控對(duì)象的變化過(guò)程。除此之外，計(jì)算機(jī)還可以將采集到的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)，隨時(shí)進(jìn)行分析、統(tǒng)計(jì)和顯示并制作各種報(bào)表。,1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)概述,自動(dòng)控制：就是在沒(méi)有人直接參與的情況下，通過(guò)控制器使生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)地按照預(yù)定的規(guī)律運(yùn)行。,自動(dòng)控制系統(tǒng)原理框圖：,圖1-1自動(dòng)控制系統(tǒng)框圖,返回,1.1.1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)：就是利用計(jì)算機(jī)(通常稱(chēng)為工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)工業(yè)控制機(jī))來(lái)實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)控制的系統(tǒng)。,1.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的工作原理,返回自控系統(tǒng),計(jì)算機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng),以一個(gè)計(jì)算機(jī)溫度監(jiān)控系統(tǒng)為例：,上述溫度監(jiān)控計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制可以分解為四個(gè)過(guò)程：1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。生產(chǎn)過(guò)程的被控參量（過(guò)程信號(hào)）通過(guò)測(cè)量環(huán)節(jié)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電量或電參數(shù)，再由變送器或放大器變換成標(biāo)準(zhǔn)的電壓信號(hào)或電流信號(hào)；2）A/D轉(zhuǎn)換。電壓信號(hào)或電流信號(hào)經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換后變成計(jì)算機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為人們易于理解的工程量（測(cè)量值）；3）實(shí)時(shí)控制決策。計(jì)算機(jī)根據(jù)測(cè)量值與給定值的偏差，按一定的控制算法輸出控制信號(hào)；4）實(shí)時(shí)控制輸出?？刂菩盘?hào)作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)調(diào)節(jié)物料流量或能量的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的調(diào)節(jié)。,1.1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)(工業(yè)控制機(jī))和生產(chǎn)過(guò)程兩大部分組成。,1.工業(yè)控制機(jī)（1）硬件組成：主機(jī)、輸入輸出通道（2）軟件組成:系統(tǒng)軟件；應(yīng)用軟件。2.生產(chǎn)過(guò)程,圖1-3計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的組成框圖,1.2計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的典型形式,1.2.1操作指導(dǎo)控制系統(tǒng)（為操作人員提供操作指導(dǎo)信息）,執(zhí)行機(jī)構(gòu),圖1-4操作指導(dǎo)控制系統(tǒng),,計(jì)算機(jī)不直接參與過(guò)程控制，主要用于對(duì)被控過(guò)程的現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理，進(jìn)行必要的集中記錄、顯示、報(bào)警或打印輸出，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)狀況的集中監(jiān)視，并為操作人員提供操作指導(dǎo)信息。,優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制靈活和安全。缺點(diǎn)是要由人工操作，開(kāi)環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實(shí)時(shí)性差，不能控制多個(gè)對(duì)象。,主要用于生產(chǎn)初期實(shí)驗(yàn)，過(guò)程模型獲取,1.2.2直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng),閉環(huán)結(jié)構(gòu)，控制的實(shí)時(shí)性好，可以控制多個(gè)回路或?qū)ο蟆?計(jì)算機(jī)通過(guò)檢測(cè)單元對(duì)過(guò)程參數(shù)進(jìn)行巡回檢測(cè)，并經(jīng)過(guò)輸入通道將檢測(cè)數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)按照一定的控制規(guī)律進(jìn)行運(yùn)算，得到相應(yīng)的控制信息，并通過(guò)輸出通道去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而使系統(tǒng)的被控參數(shù)達(dá)到期望的要求,1.2.3監(jiān)督控制（SCC）系統(tǒng)a）SCC+模擬調(diào)節(jié)器的控制系統(tǒng)b）SCC+DDC的分級(jí)控制系統(tǒng),圖1-6監(jiān)督控制系統(tǒng),輸出通道,輸入通道,亦稱(chēng)分布式控制系統(tǒng)。計(jì)算機(jī)分布式控制系統(tǒng)采用分級(jí)分散型控制原理、集中操作、分級(jí)管理、分散控制、綜合協(xié)調(diào)的設(shè)計(jì)原則，將系統(tǒng)由下至上可分為現(xiàn)場(chǎng)分布式控制級(jí)、過(guò)程控制集中監(jiān)控級(jí)、綜合信息管理級(jí)等，各級(jí)之間通過(guò)高速通訊通道相互連接，傳遞信息，協(xié)調(diào)工作。,1.2.4集散控制系統(tǒng)（DCS）,1.2.4集散控制系統(tǒng)（DCS）,圖1-7DCS結(jié)構(gòu)示意圖,操作站,控制站,現(xiàn)場(chǎng)儀表,MIC,SCC,DDC,生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)化，效率提高，成本降低,1.2.5現(xiàn)場(chǎng)總線控制系統(tǒng)（FCS）,圖1-8FCS結(jié)構(gòu)示意圖,二層結(jié)構(gòu)：工作站-現(xiàn)場(chǎng)總線智能儀表,1.2.6綜合自動(dòng)化系統(tǒng)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)的整體解決方案：企業(yè)資源信息管理系統(tǒng)ERP（EnterpriseResourcesPlanning）；生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)MES（ManufacturingExecutionSystem）；生產(chǎn)過(guò)程控制系統(tǒng)PCS（ProcessControlSystem）。,綜合自動(dòng)化系統(tǒng)主要包括：計(jì)算機(jī)集成制造系統(tǒng)(CIMS-ComputerIntegratedManufactureSystem)——制造業(yè)；計(jì)算機(jī)集成過(guò)程系統(tǒng)（CIPS-ComputerIntegratedProcessSystem）——流程工業(yè)。,1.3工業(yè)控制機(jī)的組成結(jié)構(gòu)及特點(diǎn),1.3.1工業(yè)控制機(jī)的組成工業(yè)控制機(jī)包括硬件和軟件兩部分。硬件包括主機(jī)(CPU、RAM、ROM)板、內(nèi)部總線和外部總線、人機(jī)接口、系統(tǒng)支持功能、磁盤(pán)系統(tǒng)、通信接口、輸入輸出通道。軟件包括系統(tǒng)軟件、支持軟件和應(yīng)用軟件。,1.工業(yè)控制機(jī)的硬件組成,1.3.3工業(yè)控制機(jī)的特點(diǎn),(1)可靠性高和可維修性好?？煽啃裕褐冈O(shè)備在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行不發(fā)生故障?？删S修性：工業(yè)控制機(jī)發(fā)生故障時(shí)，維修快速、簡(jiǎn)單方便(2)環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)。工業(yè)環(huán)境惡劣，高溫、高濕、腐蝕、振動(dòng)、灰塵、電磁干擾。(3)控制的實(shí)時(shí)性。具有時(shí)間驅(qū)動(dòng)和事件驅(qū)動(dòng)能力，要能對(duì)生產(chǎn)過(guò)程工況變化實(shí)時(shí)的進(jìn)行監(jiān)視和控制。,(4)完善的輸入輸出通道。模擬量輸入、輸出、開(kāi)關(guān)量輸入、輸出、人機(jī)通信設(shè)備等(5)豐富的軟件。(6)適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)精度和運(yùn)算速度。,2.1IO端口及地址譯碼技術(shù)2.2數(shù)字量輸入輸出接口與過(guò)程通道2.3模擬量輸入接口與過(guò)程通道2.4模擬量輸出接口與過(guò)程通道2.5硬件抗干擾技術(shù),第2章輸入輸出接口與過(guò)程通道,第2章輸入輸出接口與過(guò)程通道,接口：接口是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備（部件與部件之間）交換信息的橋梁，它包括輸入接口和輸出接口。接口的含義：狹義上：連接計(jì)算機(jī)和I/O設(shè)備的部件；廣義上：還包括接口電路的管理驅(qū)動(dòng)程序；接口技術(shù)：接口技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備之間如何交換信息的技術(shù)。,接口的必要性：外設(shè)是用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的一些機(jī)電設(shè)備.外設(shè)處理信息的類(lèi)型、速度、通信方式與CPU不匹配,不能直接掛在總線上,必須通過(guò)接口和系統(tǒng)相連.,通常有三類(lèi)信息：,數(shù)據(jù)信息,數(shù)字量模擬量開(kāi)關(guān)量,狀態(tài)信息,控制信息,,CPU與外設(shè)之間交換信息的種類(lèi),接口的構(gòu)成,(1)從編程角度看,接口內(nèi)部主要包括一個(gè)或多個(gè)CPU可以進(jìn)行讀/寫(xiě)操作的有地址的寄存器,又稱(chēng)為I/O端口.(2)數(shù)據(jù)端口:雙向的數(shù)據(jù)端口具有鎖存和三態(tài)緩沖功能.狀態(tài)端口:只讀端口,包含三態(tài)緩沖器.控制端口:只寫(xiě)端口,包含鎖存器.,過(guò)程通道是在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道，它包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸入通道、數(shù)字量(開(kāi)關(guān)量)輸出通道。AI/AO、DI/DO.,過(guò)程通道：,27,2.1總線擴(kuò)展技術(shù)（IO端口及地址譯碼技術(shù)）,一、I/O端口及其編址方式,1、I/O端口,（1）定義：是接口電路中能被CPU直接訪問(wèn)的寄存器的地址。CPU通過(guò)這些地址（端口）向接口電路的寄存器發(fā)送命令，讀取狀態(tài)和傳送數(shù)據(jù)。I/O操作：對(duì)I/O端口的讀寫(xiě)操作。,（2）端口的作用與類(lèi)型①作用：CPU通過(guò)端口向接口電路中的寄存器發(fā)送命令、讀取狀態(tài)和傳送數(shù)據(jù)。②類(lèi)型：命令端口、狀態(tài)端口、數(shù)據(jù)端口。,2.I/O端口編址方式（1）統(tǒng)一編址：把I/O端口看作一個(gè)存儲(chǔ)單元，與存儲(chǔ)單元統(tǒng)一編址，訪問(wèn)存儲(chǔ)器的所有指令均可用來(lái)訪問(wèn)I/O端口。存儲(chǔ)器映射I/O編址方式。（2）獨(dú)立編址：有獨(dú)立的I/O地址空間，采用專(zhuān)門(mén)的I/O指令來(lái)訪問(wèn)。稱(chēng)為I/O映射方式。,29,二、I/O端口地址分配,（1）系統(tǒng)板上的I/O芯片定時(shí)/計(jì)數(shù)器、中斷控制器、DMA控制器、并行接口等（2）I/O擴(kuò)展槽上的接口控制卡（適配器）軟驅(qū)卡、硬驅(qū)卡、顯卡、聲卡、網(wǎng)卡、并行、串行通信卡,1、I/O端口硬件分類(lèi),早期IBM—PC使用10條地址線中的低10位，A0~A9尋址范圍0000H~03FFH共1024個(gè)端口，前512個(gè)端口分給主板，后512個(gè)端口分配給擴(kuò)展槽的常規(guī)外設(shè)。后來(lái)PC/AT系統(tǒng)中前256個(gè)端口00H~0FFH供系統(tǒng)板上的I/O接口芯片使用，后768個(gè)100H~3FFH供擴(kuò)展槽上的接口控制卡使用，其中允許用戶(hù)使用的地址是300H～31FH。,2、I/O端口地址分配,30,系統(tǒng)板上接口芯片的端口地址,擴(kuò)展槽上接口控制卡的端口地址,31,三、I/O端口地址譯碼,1、端口地址譯碼在執(zhí)行I/O指令時(shí)，CPU首先把所要訪問(wèn)端口的地址放到地址總線上（既選中該端口），然后才能對(duì)其進(jìn)行讀或?qū)懖僮?，將總線上的地址信號(hào)轉(zhuǎn)換為某個(gè)端口的“使能”信號(hào)，這個(gè)操作就稱(chēng)為端口地址的譯碼，實(shí)現(xiàn)譯碼這個(gè)“媒介”就為I/O地址譯碼電路。,2、I/O地址譯碼電路工作原理及作用,（1）作用：把地址和控制信號(hào)進(jìn)行邏輯組合，從而產(chǎn)生對(duì)接口芯片的選擇信號(hào)。,32,（3）譯碼電路的輸出信號(hào)：把輸入的地址線和控制線經(jīng)過(guò)邏輯組合后，所產(chǎn)生的輸出信號(hào)線就是1根選中線，低電平有效。,（2）譯碼電路的輸入信號(hào)：包括來(lái)自系統(tǒng)總線的地址線和控制線。①地址線：把10位地址線分成高位/低位兩部分地址線。高位地址線輸入譯碼電路，并和控制信號(hào)經(jīng)過(guò)邏輯組合后，產(chǎn)生片選信號(hào)，選中接口芯片。低地址線不參加譯碼，直接連到被選中的接口芯片，去選中接口芯片內(nèi)部的寄存器，實(shí)現(xiàn)片內(nèi)端口尋址。②控制線：AEN、IOR、IOW、SBHE、I/OCS16等。,33,3、譯碼電路的形式及組成,譯碼電路形式可分成固定式和開(kāi)關(guān)（可選）式等幾種。,（1）固定式：譯出的I/O地址不能改變，不靈活（接口中用到的端口地址不能改變），一般由IC芯片或譯碼器組成。（2）開(kāi)關(guān)式：地址可以改變，一般由地址開(kāi)關(guān)、譯碼器和比較器組成。（3）另外，采用GAL（PAL）器件來(lái)構(gòu)建地址譯碼電路。,4、地址譯碼的譯碼方法,（1）要求產(chǎn)生單個(gè)端口時(shí)，采用全譯碼方法。（2）要求產(chǎn)生多個(gè)端口時(shí)，采用部分譯碼方法。（3）要求產(chǎn)生的端口可變時(shí)，采用地址開(kāi)關(guān)的譯碼方法。,34,I/O端口地址部分譯碼方法圖,35,5、地址譯碼電路的類(lèi)型,（1）單個(gè)端口的地址譯碼電路（無(wú)需片選信號(hào)）（2）單個(gè)接口的譯碼電路（需要一個(gè)片選信號(hào)）（3）多個(gè)接口的地址譯碼電路（需要產(chǎn)生多個(gè)接口芯片的片選信號(hào)）,6、譯碼器和I/O地址譯碼電路,譯碼器是一種能實(shí)現(xiàn)譯碼功能的元件，是一種IC芯片。I/O地址譯碼電路是一種電路，它一般除了譯碼器作為核心芯片之外，還需要一些其他門(mén)電路或元器件作為輔助芯片，一起進(jìn)行邏輯組合，組成一個(gè)能實(shí)現(xiàn)I/O端口地址譯碼功能的電路?？梢?jiàn)，譯碼器并不是I/O地址譯碼電路的全部，而是其中的一部分。,36,四、I/O端口譯碼電路設(shè)計(jì)舉例,1、固定式單個(gè)端口地址譯碼電路的設(shè)計(jì)（1）要求：設(shè)計(jì)一個(gè)端口地址為2F8H的譯碼電路。（2）分析：由于是單個(gè)端口地址的譯碼電路，不需要片選信號(hào)CS，故采用全譯碼方法。10根地址線全部作為譯碼電路的輸入線，參加譯碼。并從題目要求的端口地址是2F8H，可知10位輸入地址線的取值是：A9~A0對(duì)應(yīng)的值為1011111000（3）設(shè)計(jì)：能夠?qū)崿F(xiàn)上述地址線取值的譯碼電路有很多種，一般采用門(mén)電路就可以實(shí)現(xiàn)，而且很方便。常用的門(mén)電路有：與門(mén)、或門(mén)、非門(mén)及與非、或非等。本例設(shè)計(jì)采用的門(mén)電路有74LS04非門(mén)、74LS20四輸入端與非門(mén)、74LS30八輸入端與非門(mén)、74LS32或門(mén)和74LS133十三輸入端與非門(mén)中的幾個(gè)。,37,Y0,,38,2、固定式單個(gè)接口電路地址譯碼電路的設(shè)計(jì)（1）要求：設(shè)計(jì)一個(gè)片內(nèi)擁有8個(gè)端口的接口電路的I/O地址譯碼電路，其端口地址為310H~317H。（2）分析：由于接口芯片內(nèi)部包括8個(gè)端口地址，應(yīng)先選中芯片，再?gòu)倪x中的芯片內(nèi)部選端口，因此，需要產(chǎn)生片選信號(hào)CS，故采用部分譯碼方法。從題目要求端口地址范圍為310H~317H可知，其輸入地址線的取值為：A9~A0對(duì)應(yīng)的值為1100010???，其中低3位不參加地址譯碼電路譯碼，這3位地址變化范圍為000~111，可滿(mǎn)足在接口芯片內(nèi)部尋址8個(gè)端口的要求。高7位的地址線固定不變，作為門(mén)電路的輸入。因此，在保證這7根輸入線取值不變的條件下，輸出線為低電平的任何一種邏輯組合電路，都能滿(mǎn)足本例題設(shè)計(jì)要求。（3）設(shè)計(jì)：考慮到是單個(gè)接口電路，只需一個(gè)片選信號(hào)CS，故采用IC門(mén)電路來(lái)組成譯碼電路。,39,40,（1）要求：某微機(jī)系統(tǒng)，包含8個(gè)接口電路，每個(gè)接口擁有4個(gè)端口，試設(shè)計(jì)地址譯碼電路，其地址分配在200H~21FH。（2）分析：由于要求每個(gè)接口包含4個(gè)端口，故采用部分譯碼方法。為了滿(mǎn)足產(chǎn)生8個(gè)片選信號(hào)CS0~CS7的要求，只采用IC門(mén)電路就不行了，需要啟用譯碼器。（2-4：74LS139、3-8：74LS138、4-16：74LS154）（3）設(shè)計(jì)：輸入地址線的取值為A9~A0對(duì)應(yīng)的值為10000CBA??，其中最低2位未參加地址譯碼電路，用于尋址4個(gè)端口。A4~A2用于譯碼，高5位作為譯碼器的控制信號(hào)。,3、固定式多個(gè)接口電路地址譯碼電路的設(shè)計(jì),41,42,4、開(kāi)關(guān)式單個(gè)端口地址譯碼電路的設(shè)計(jì),（1）要求：設(shè)計(jì)一個(gè)I/O地址可以改變的端口地址譯碼電路，并且在300H~3FFH范圍內(nèi)可以任意選擇一個(gè)端口。（2）分析：要實(shí)現(xiàn)地址可選必須在電路中增加地址開(kāi)關(guān)和相關(guān)的中介元件（比較器）。為滿(mǎn)足256種選擇，每次只選擇1個(gè)端口，應(yīng)采用全譯碼法，10位地址線不分高/低全部參加譯碼。（3）設(shè)計(jì)：①根據(jù)可選地址的選擇范圍，確定地址開(kāi)關(guān)的位數(shù)，題目要求256種選擇，故采用8位地址開(kāi)關(guān)DIP8。②地址開(kāi)關(guān)不能直接接在系統(tǒng)地址線上，需通過(guò)中介元件（比較器或異或門(mén)）進(jìn)行地址轉(zhuǎn)移。采用8位比較器74LS688。,43,③74LS688工作原理：有兩組輸入分別是P和Q，各有8位。比較結(jié)果有兩種，即A=B和A≠B。當(dāng)G端為低，且P組=Q組時(shí)，P=Q輸出線為低；當(dāng)P組≠Q(mào)組時(shí)，P=Q輸出線為高。④從題目要求的地址范圍300H~3FFH可知，譯碼電路的輸入線地址的取值為：A9~A0為11S7~S0，通過(guò)比較器把開(kāi)關(guān)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移到地址線A0~A7的取值了。⑤8位地址開(kāi)關(guān)有256種狀態(tài)組合，撥動(dòng)DIP8開(kāi)關(guān)，就可以在300H~3FFH范圍內(nèi)任意選擇端口地址了。,44,,,45,5、可選式端口地址譯碼器,例：設(shè)計(jì)擴(kuò)展板上的I/O端口地址譯碼器電路，要求讓擴(kuò)展板上每個(gè)接口芯片的內(nèi)部端口數(shù)目為4，并且端口地址可選地址范圍300H~31FH。,端口地址,接口芯片地址,46,2.2數(shù)字量輸入輸出接口與過(guò)程通道,數(shù)字量含義：數(shù)值量信號(hào)是以二進(jìn)制的邏輯“1”和“0”出現(xiàn)的。如：開(kāi)關(guān)的合與開(kāi)，指示燈的亮與滅，繼電器的吸合與釋放，馬達(dá)的啟動(dòng)與停止，閥門(mén)的打開(kāi)與關(guān)閉等。開(kāi)關(guān)量（數(shù)字量）的種類(lèi)按類(lèi)型分有電平式和觸點(diǎn)式兩種電平式為高電平或低電平；觸點(diǎn)式為觸點(diǎn)閉合或觸點(diǎn)斷開(kāi)。,按電源分有有源和無(wú)源兩種有源即直接提供高、低電平;無(wú)源即提供物理觸點(diǎn)，或感應(yīng)器件。常見(jiàn)的數(shù)字信號(hào)有：編碼數(shù)字（二進(jìn)制或十進(jìn)制）：如成組拔碼開(kāi)關(guān)設(shè)置控制給定值或控制參數(shù)，用絕對(duì)編碼的編碼器檢測(cè)位置等。開(kāi)關(guān)量：如按鈕或轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的啟/停、閥門(mén)的開(kāi)/閉，指示燈亮/滅等。數(shù)字脈沖列信號(hào)：如光電脈沖編碼器檢測(cè)速度、晶閘管的脈沖觸發(fā)器等。特點(diǎn)：幅值離散，可用一位或多位二進(jìn)制碼表示。,2.2.1數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)1.數(shù)字量輸入接口,在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中,任一時(shí)刻只能有一個(gè)設(shè)備利用總線進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送,輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)線應(yīng)通過(guò)三態(tài)門(mén)與系統(tǒng)相連.輸入設(shè)備的I/O接口要起到三態(tài)門(mén)的作用。,1.數(shù)字量輸入接口,緩沖器－防止外設(shè)數(shù)據(jù)干擾數(shù)據(jù)總線。三態(tài)門(mén)緩沖器74LS244，用來(lái)取得設(shè)備的輸入狀態(tài)信息，可同時(shí)輸入8個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)。,實(shí)現(xiàn)：可用如下指令完成8個(gè)開(kāi)關(guān)量的狀態(tài)采集：MOVDX,portINAL,DX其中port為片選端口的地址，在初始化程序中分配。三態(tài)門(mén)緩沖器74LS244用來(lái)隔離輸入和輸出線路，起緩沖作用。,2.數(shù)字量輸出接口—鎖存器,在總線結(jié)構(gòu)的微機(jī)系統(tǒng)中,CPU送出的數(shù)據(jù)以廣播的形式在數(shù)據(jù)線上傳出.CPU要利用總線不停的傳送數(shù)據(jù),總線上的數(shù)據(jù)變化快,如何使慢速設(shè)備有足夠的時(shí)間處理數(shù)據(jù)?,輸出設(shè)備利用鎖存器接受CPU輸出的數(shù)據(jù):(1)使某輸出設(shè)備鎖存器的控制端處于觸發(fā)狀態(tài),數(shù)據(jù)通過(guò)該鎖存器;(2)當(dāng)觸發(fā)信號(hào)消失,數(shù)據(jù)鎖存在鎖存器中,外設(shè)側(cè)數(shù)據(jù)不隨總線側(cè)數(shù)據(jù)的變化而變化,使慢速的外設(shè)有足夠的時(shí)間處理數(shù)據(jù).,2.數(shù)字量輸出接口,匯編MOVAL,8FHMOVDX,221HOUTDX,ALC語(yǔ)言：outportb(0 x221,0 x8f),2.2.2數(shù)字量輸入通道,1、數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)如圖2.6所示。主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼電路等組成。,圖2-6數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu),2、輸入調(diào)理電路作用：將信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、安全保護(hù)、消除抖動(dòng)、濾波、隔離處理后轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的邏輯信號(hào)。(1)信號(hào)轉(zhuǎn)換處理邏輯上表現(xiàn)為“1”或“0”，信號(hào)形式為電壓、電流信號(hào)或開(kāi)關(guān)的通斷，幅值范圍不符合數(shù)字電路的要求（標(biāo)準(zhǔn)TTL電平0~5V），需經(jīng)轉(zhuǎn)換處理。,(2)安全保護(hù)措施對(duì)可能出現(xiàn)的輸入過(guò)電壓（穩(wěn)壓管）、瞬間尖峰（穩(wěn)壓管、壓敏電阻）或極性接反（二極管）的情況，采取安全保護(hù)措施。,(3)消除機(jī)械抖動(dòng)影響操作按鈕、繼電器觸點(diǎn)、行程開(kāi)關(guān)等機(jī)械裝置在通/斷時(shí)會(huì)產(chǎn)生機(jī)械抖動(dòng)，體現(xiàn)在計(jì)算機(jī)輸入上是輸入信號(hào)在0、1間多次振蕩，可能導(dǎo)致錯(cuò)誤控制。,消除抖動(dòng)電路,(4)濾波處理長(zhǎng)線傳輸、電路內(nèi)外部干擾，使輸入信號(hào)中帶有干擾信號(hào)，造成計(jì)算機(jī)的誤讀出錯(cuò)。方法：RC濾波電路等。(5)隔離處理用于現(xiàn)場(chǎng)輸入設(shè)備與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)間的隔離保護(hù)，保障計(jì)算機(jī)系統(tǒng)安全。使測(cè)控裝置與現(xiàn)場(chǎng)僅保持信號(hào)聯(lián)系，但不直接發(fā)生電的聯(lián)系。價(jià)格低廉，可靠性好。方法：光電耦合器件隔離、變壓器磁隔離。,2.2.3數(shù)字量輸出通道,1、數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)如下圖所示。主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼電路等組成。,圖2-9數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu),根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)負(fù)荷的不同，如指示燈、繼電器、接觸器、電機(jī)、閥門(mén)等，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開(kāi)關(guān)量驅(qū)動(dòng)輸出通道。常用的有三極管輸出驅(qū)動(dòng)電路、繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路、晶閘管輸出驅(qū)動(dòng)電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路等。,(1)小功率直流驅(qū)動(dòng)電路①功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路②達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路③繼電器驅(qū)動(dòng)電路④晶閘管驅(qū)動(dòng)電路,(2)大功率交流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器（SSR）,2.3模擬量輸入接口與過(guò)程通道,任務(wù)：從系統(tǒng)中檢測(cè)模擬信號(hào)，將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，經(jīng)接口送入計(jì)算機(jī)。,模擬量信號(hào)的檢測(cè)與處理測(cè)量流程：,例如，溫度檢測(cè)（1000℃以下，傳感器為鎳鉻－鎳鋁或鎳鉻－鎳硅熱電偶）,1、傳感器概念：非電量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，稱(chēng)為“傳感器”。傳感器的輸出信號(hào)有多種形式，如電壓、電流、頻率、脈沖、電阻、電容、電感值等，輸出信號(hào)的形式由傳感器的原理確定。常用傳感器如：光敏傳感器、溫度傳感器、壓敏傳感器、超聲傳感器、流量傳感器、壓力傳感器、轉(zhuǎn)速傳感器、位置傳感器、電壓/電流傳感器、濕敏傳感器等。2、變送器概念：將傳感器輸出的非標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4~20mA(DDZ-Ⅲ)，0~10mA(DDZ-Ⅱ)）的變換電路，稱(chēng)為“變送器”。,常用變送方式：采用變送器芯片AD590、AD693等；采用可控恒流源；采用運(yùn)算放大器。目的：提高信號(hào)遠(yuǎn)距離輸送抗干擾能力，減少信號(hào)衰減；為與標(biāo)準(zhǔn)化儀表和執(zhí)行機(jī)構(gòu)匹配提供方便。3、I/V變換,無(wú)源I/V變換采用精密電阻器實(shí)現(xiàn)；有源I/V變換采用運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)。,4、A/D轉(zhuǎn)換器,2.3.1模擬量輸入通道的組成,組成：信號(hào)調(diào)理或I/V變換，多路轉(zhuǎn)換器，采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換器，接口及控制邏輯等。,圖2-14模擬量輸入通道結(jié)構(gòu),工作過(guò)程：過(guò)程參數(shù)由傳感元件和變送器測(cè)量并轉(zhuǎn)換為電流或電壓形式后，再送至多路開(kāi)關(guān)，在微機(jī)的控制下，由多路開(kāi)關(guān)將各過(guò)程參數(shù)依次進(jìn)行采樣和A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)過(guò)程參數(shù)的巡回檢測(cè)。,傳感器（Transducer）非電量→電壓、電流變送器（Transformer）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)I/V變換多路轉(zhuǎn)換器（Multiplexer）多選一,采樣保持器（SampleHolder，S/H）保證變換時(shí)信號(hào)恒定不變A/D變換器（A/DConverter）模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量,2.3.2信號(hào)調(diào)理和I/V變換,1.信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路：主要通過(guò)非電量的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的變換、放大、濾波、線性化、共模抑制及隔離等方法，將非電量和非標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。（1）非電信號(hào)的檢測(cè)——不平衡電橋,熱敏電阻三線制接線圖,熱敏電阻測(cè)量電橋電路,2.I/V變換功能：將變送器輸出的統(tǒng)一信號(hào)0~10mA或4~20mA，變換成標(biāo)準(zhǔn)0~5V電壓信號(hào)。（1）無(wú)源I/V變換,(1)輸入：0~10mA；電阻值：R1=100,R2=500(精密電阻）；輸出：0~5V(2)輸入：4~20mA；電阻值：R1=100,R2=250；輸出：1~5V,圖2-19無(wú)源I/V變換電路,定義：按一定的時(shí)間間隔T，把時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬量信號(hào)，轉(zhuǎn)變成在時(shí)刻0、T、2T、…KT的一連串脈沖輸出信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為采樣過(guò)程。,2.3.4采樣、量化及采樣／保持器,1.信號(hào)的采樣,2.3.4采樣、量化及采樣／保持器,圖2-22信號(hào)的采樣過(guò)程,執(zhí)行采樣動(dòng)作的開(kāi)關(guān)稱(chēng)為采樣開(kāi)關(guān)；0、T、2T、…KT為采樣時(shí)刻；T為采樣周期;采樣過(guò)程持續(xù)時(shí)間?稱(chēng)為采樣寬度。采樣信號(hào)（脈沖序列）在時(shí)間軸上離散的，在函數(shù)軸上是連續(xù)的。,2.量化量化：就是采用一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱(chēng)為量化過(guò)程，執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置是A/D轉(zhuǎn)換器。,,香農(nóng)(Shannon)定理：如果模擬信號(hào)頻譜的最高頻率為fmax，只要按照采樣頻率f≥2fmax進(jìn)行采樣，那么采樣信號(hào)就能唯一地不失真地復(fù)現(xiàn)y(t)。實(shí)際中，常取f≥(5~10)fmax,量化單位：字長(zhǎng)為n的A/D轉(zhuǎn)換器把ymin~ymax范圍內(nèi)變化的采樣信號(hào)，變換為數(shù)字0~2n－1，其最低有效位（LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬量q稱(chēng)為量化單位。,3.采樣保持器(1)孔徑時(shí)間和孔徑誤差的消除孔徑時(shí)間：完成一次AD轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間tA/D孔徑誤差：每一個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差ΔU,,,,圖2-23tA/D引起的誤差,Um為正弦模擬信號(hào)的幅值，f為信號(hào)頻率。在坐標(biāo)的原點(diǎn),取Δt=tA/D，則得原點(diǎn)處轉(zhuǎn)換的不確定電壓誤差為,(2)采樣保持原理A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間：A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程（即采樣信號(hào)的量化過(guò)程）需要的時(shí)間。采樣保持器把t=KT時(shí)刻的采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。,采樣保持器的原理基本組成：輸入輸出緩沖器A1、A2、采樣開(kāi)關(guān)S、保持電容CH。,工作原理：采樣時(shí)，S閉合，VI通過(guò)A1對(duì)CH快速充電，VO跟隨VI；保持期間，S斷開(kāi)，由于A2的輸入阻抗很高，理想情況下，VO=VC保持不變。,圖2-24采樣保持器的組成,模擬量輸出通道的任務(wù)--把計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達(dá)到控制的目的;模擬量輸出通道(稱(chēng)為D/A通道或AO通道)構(gòu)成--一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡(jiǎn)稱(chēng)D/A或DAC)和電壓/電流(V/I)變換器等;,2.4模擬量輸出接口與過(guò)程通道,2.4.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)型式模擬量輸出通道基本構(gòu)成--多D/A結(jié)構(gòu)（圖2-31）和共享D/A結(jié)構(gòu)（圖中2-32）,特點(diǎn)：1、一路輸出通道使用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器2、D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器3、D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)、信號(hào)保持作用4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨(dú)立5、缺點(diǎn)是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多,特點(diǎn)：1、多路輸出通道共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器2、每一路通道都配有一個(gè)采樣保持放大器3、D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用4、采樣保持器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)保持功能5、節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用主機(jī)時(shí)間,多數(shù)D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出的是弱電流信號(hào)，要驅(qū)動(dòng)后面的自動(dòng)化裝置，需在電流輸出端外接運(yùn)算放大器。根據(jù)不同控制系統(tǒng)自動(dòng)化裝置需求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出方式。1.電壓輸出由于系統(tǒng)要求不同，電壓輸出方式又可分為單極性輸出和雙極性輸出兩種形式。下面以8位的DAC0832芯片為例作一說(shuō)明。,2.4.3單極性與雙極性電壓輸出電路,（1）．DAC單極性輸出,式中：,VREF/256是常數(shù),顯然，VOUT和B成正比關(guān)系，輸入數(shù)字量B為00H時(shí)，VOUT也為0；輸入數(shù)字量B為FFH即255時(shí)，VOUT為與VREF極性相反的最大值。,DAC單極性輸出方式如圖2-35-1所示，由式(3-1)可得輸出電壓VOUT的單極性輸出表達(dá)式為：,（2）．DAC雙極性輸出方式,DAC雙極性輸出方式如圖2-35-2所示。,A1和A2為運(yùn)算放大器，A點(diǎn)為虛地，故可得：,解上述方程可得雙極性輸出表達(dá)式：,(2-3),圖中運(yùn)放A2的作用是將運(yùn)放A1的單向輸出變?yōu)殡p向輸出。當(dāng)輸入數(shù)字量小于80H即128時(shí)，輸出模擬電壓為負(fù)；當(dāng)輸入數(shù)字量大于80H即128時(shí)，輸出模擬電壓為正。其它n位D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電路與DAC0832相同，計(jì)算表達(dá)式中只要把28-1改為2n-1即可。,或,相當(dāng)于最高位作為符號(hào)位，分辨率降低一位。,2.5硬件抗干擾技術(shù),2.5.1過(guò)程通道抗干擾技術(shù)2.5.2CPU抗干擾技術(shù)2.5.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù),學(xué)習(xí)要點(diǎn)：1、干擾的來(lái)源與傳播途徑。2、硬件抗干擾措施。,概述,1、干擾及抗干擾的重要性干擾：就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。系統(tǒng)的可靠性，是系統(tǒng)的生命線，決定了系統(tǒng)是否能長(zhǎng)期運(yùn)行，會(huì)不會(huì)被淘汰。系統(tǒng)的可靠性，主要取決于硬件的可靠性，特別是外圍通道的可靠性。系統(tǒng)的抗干擾能力，是提高系統(tǒng)可靠性的關(guān)鍵。因此，必須采取有效的抗干擾措施，才能保證系統(tǒng)可靠工作。,外部干擾環(huán)境,內(nèi)部干擾由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和制造工藝決定，主要是分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，元器件產(chǎn)生的噪聲等。,內(nèi)部干擾環(huán)境,噪聲干擾存在的三要素：干擾源；干擾的傳輸通道；接收設(shè)備(需保護(hù)免受干擾的設(shè)備)。,3、干擾的傳播途徑干擾的傳播途徑干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。（1）靜電耦合通過(guò)金屬導(dǎo)體之間分布電容產(chǎn)生的電場(chǎng)耦合，如平行導(dǎo)線傳輸。,空間的磁場(chǎng)耦合是通過(guò)導(dǎo)體間的互感耦合進(jìn)來(lái)的。,（2）磁場(chǎng)耦合,公共阻抗耦合發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，通過(guò)公共電源線和公共地線的阻抗耦合(兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗)。一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲的影響。圖8-5給出一個(gè)公共電源線的阻抗耦合示意圖。,（3）公共阻抗耦合,,在一塊印制電路板上，運(yùn)算放大器A1和A2是兩個(gè)獨(dú)立的回路，但都接入一個(gè)公共電源，電源回流線的等效電阻R1、R2是兩個(gè)回路的公共阻抗。當(dāng)回路電流i1變化時(shí)，在R1和R2上產(chǎn)生的電壓降變化就會(huì)影響到另一個(gè)回路電流i2。反之，也如此。,4、抑制干擾的方法包括硬件和軟件。本章主要說(shuō)明硬件抗干擾技術(shù)。（1）屏蔽屏蔽是指利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥傻暮袪罨驓钇帘误w，將干擾源或干擾對(duì)象包圍起來(lái)，從而割斷或削弱干擾場(chǎng)的空間耦合通道，阻止其電磁能量的傳輸。按需屏蔽的干擾場(chǎng)的性質(zhì)不同，可分為電場(chǎng)屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電磁場(chǎng)屏蔽。電場(chǎng)屏蔽是為了消除或抑制由于電場(chǎng)耦合引起的干擾。,（2）接地接地線截面（加大，電阻?。?；接地點(diǎn)配置（靠近，壓降?。?。目的是減小阻抗耦合。（3）平衡布線方式；電纜選擇。補(bǔ)償與對(duì)消方法，減小干擾影響。,（4）濾波濾波是抑制干擾傳導(dǎo)的一種重要方法。由于干擾源發(fā)出的電磁干擾的頻譜往往比要接收的信號(hào)的頻譜寬得多，因而當(dāng)接收器接收有用信號(hào)時(shí)，也會(huì)接收到那些不希望有的干擾。硬件濾波，如阻容吸收濾波電路等。,（5）隔離光電隔離；磁隔離。目的：計(jì)算機(jī)安全，提高抗干擾能力。變壓器隔離：對(duì)于交流信號(hào)的傳輸,一般使用變壓器隔離干擾信號(hào)的辦法。隔離變壓器也是常用的隔離部件，用來(lái)阻斷交流信號(hào)中的直流干擾和抑制低頻干擾信號(hào)的強(qiáng)度，把各種模擬負(fù)載和數(shù)字信號(hào)源隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地和數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)。傳輸信號(hào)通過(guò)變壓器獲得通路，而共模干擾由于不形成回路而被抑制。,（6）消除噪聲源設(shè)備位置選擇；電源選擇。（7）電纜選擇采用多芯電纜；動(dòng)力線與信號(hào)線分開(kāi)。,2.5.1過(guò)程通道抗干擾技術(shù),按干擾對(duì)系統(tǒng)的作用形式(傳導(dǎo)模式)分為串模干擾和共模干擾。1、串模干擾及其抑制方法（1）串模干擾(橫向干擾或常態(tài)干擾)定義：所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。被測(cè)信號(hào)指有用的直流信號(hào)或變化緩慢的交變信號(hào)，而干擾噪聲是指無(wú)用的變化較快的雜亂交變信號(hào)。如圖2.16所示。（2）串模干擾的來(lái)源空間電磁場(chǎng)干擾；來(lái)自信號(hào)源內(nèi)部或電源內(nèi)部。,,（3）串模干擾的抑制方法目前常采用雙絞線與濾波器兩種措施。①采用輸入濾波器un的頻率比信號(hào)頻率高時(shí)，采用低通濾波器；un的頻率比信號(hào)頻率低時(shí)，采用高通濾波器；un的頻率頻率落在信號(hào)頻譜兩側(cè)，采用帶通濾波器。,一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。,圖2-43二級(jí)阻容濾波網(wǎng)絡(luò),②當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。若干擾信號(hào)是周期性的而積分時(shí)間又為信號(hào)周期或信號(hào)周期的整數(shù)倍，則積分后干擾值為零，對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生誤差。③對(duì)于串模干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高回路中的信號(hào)噪聲比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。④從選擇器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制串模干擾。⑤采用雙絞線減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。,2、共模干擾及其抑制方法（1）共模干擾(縱向干擾或共態(tài)干擾)定義：所謂共模干擾是指A/D轉(zhuǎn)換器（放大器）兩個(gè)輸入端上共有的干擾，即干擾信號(hào)同時(shí)、同相、等量地出現(xiàn)在A/D轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端。如圖中ucm所示。（2）共模干擾來(lái)源系統(tǒng)中“地”電位不一致；（地線電阻不等于0）,,被測(cè)信號(hào)源,（2）共模干擾的抑制方法既然共模干擾產(chǎn)生的原因是不同“地”之間存在的電壓，以及模擬信號(hào)系統(tǒng)對(duì)地的漏阻抗。因此，共模干擾電壓的抑制就應(yīng)當(dāng)是有效的隔離兩個(gè)地之間的電聯(lián)系，以及采用被測(cè)信號(hào)的雙端差動(dòng)輸入方式。具體的有變壓器隔離、光電隔離與浮地屏蔽等三種措施。,3、長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法（1）長(zhǎng)線的概念所傳輸?shù)男盘?hào)波長(zhǎng)可與傳輸線的長(zhǎng)度相比擬時(shí)，或當(dāng)傳輸線長(zhǎng)度遠(yuǎn)超過(guò)傳輸信號(hào)波長(zhǎng)時(shí)，構(gòu)成長(zhǎng)線傳輸。電磁波介質(zhì)傳播速度=波長(zhǎng)*信號(hào)頻率(50Hz信號(hào)波長(zhǎng)約6000km,1000MHz信號(hào)的波長(zhǎng)約30cm）（在真空中的傳播速度為3108m/s，同光速相同)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，是否長(zhǎng)線取決于集成電路的運(yùn)算速度。（2）信號(hào)在長(zhǎng)線傳輸中的問(wèn)題①長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾。如電磁波、電磁場(chǎng)、靜電場(chǎng)和其它傳輸線的干擾作用；②具有信號(hào)延時(shí)：架空單線3.3ns/m，雙絞線5ns/m，同軸電纜6ns/m；,③高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象，反射信號(hào)與有用信號(hào)疊加在一起，使有用信號(hào)波形變壞，即所謂“長(zhǎng)線效應(yīng)”。(由于終端阻抗不匹配或始端阻抗不匹配引起)入射波:當(dāng)信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，由于傳輸線的分布電容和分布電感的影響，信號(hào)會(huì)在傳輸線內(nèi)部產(chǎn)生正向前進(jìn)的電壓波和電流波，稱(chēng)為入射波。波反射現(xiàn)象：阻抗不連續(xù)，突變，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。,（3）抑制方法①選用同軸電纜或雙絞線。同軸電纜對(duì)電場(chǎng)干擾有較好的抑制作用，雙絞線對(duì)磁場(chǎng)干擾有較好的抑制作用，絞距越短效果越好（波阻抗越低）；雙絞線要對(duì)稱(chēng)使用(兩條線都接地)，傳輸過(guò)程中盡量少用接插件；長(zhǎng)線傳輸中，各信號(hào)線絞距要不同，盡量交叉走線，不要平行走線。雙絞線的波阻抗一般在100至200Ω之間，絞花越密，波阻抗越低。同軸電纜的波阻抗在50-100Ω之間,②終端阻抗匹配，用于消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或抑制到最低限度。測(cè)量法確定傳輸線的波阻抗：,理論計(jì)算傳輸線的波阻抗：,③始端阻抗匹配,圖2-51始端匹配,在傳輸線始端串入電阻R，如圖8-16所示，也能基本上消除反射，達(dá)到改善波形的目的。一般選擇始端匹配電阻R為R＝RP－RSC其中，RSC為門(mén)A輸出低電平時(shí)的輸出阻抗。,2.5.2CPU抗干擾技術(shù),CPU常用抗干擾措施：看門(mén)狗（Watchdog）；掉電保護(hù)（電源監(jiān)控）；復(fù)位等。這些方法可采用微處理監(jiān)控電路MAX1232來(lái)實(shí)現(xiàn)。MAX1232微處理器監(jiān)控電路，給微處理器提供輔助功能、電源供電監(jiān)控功能。,2.5.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù),1．供電技術(shù)2．接地技術(shù),