目录
一、计算机控制系统概述- 1 -
1.11定义计算机控制系统- 1 -
1.22由计算机控制系统组成- 1 -
二、模拟量输入通道- 2 -
2.模拟量输入通道- 2 -
2.2模拟量输入通道的结构组成- 2 -
2.3各部分的作用- 3 -
2.3.1信号变换器- 3 -
2.3.2前置滤波器- 3 -
2.3.三多路模拟开关- 3 -
2.3.4前置放大器- 4 -
2.3.5采样保持器- 5 -
2.3.6 AD转换电路- 6 -
三、模拟量输出通道- 7 -
3.1模拟量输出通道结构- 7 -
3.2 D/A转换器- 7 -
3.2.1 D/A转换器DAC0832的结构特点- 7 -
3.2.2 DAC0832的工作原理- 8 -
四、实际模拟电路- 9 -
一、计算机控制系统概述
1.11定义计算机控制系统
计算机控制系统(Computer Control System，简称CCS)它是一个系统，由计算机参与控制，并通过一些辅助部件与被控对象连接，以获得一定的控制目的。这里的计算机通常指数字计算机，可以有各种规模，如从微型到大型的通用或专用计算机。辅助部件主要是指输入输出接口、检测装置和执行装置。与被控对象和部件之间的联系可以是有线方式，如通过电缆模拟信号或数字信号；或无线方式，如红外线、微波、无线电波、光波等。被控对象广泛，包括生产过程、机械设备、交通工具、机器人、实验设备、仪器仪表、家庭生活设施、家用电器和儿童玩具。控制的目的可以是使被控对象的状态或运动过程达到一定的要求或优化目标。
与一般控制系统一样，计算机控制系统可以是闭环的。此时，计算机应不断收集被控对象的各种状态信息。按照一定的控制策略处理后，输出控制信息直接影响被控对象。它也可以是开放式的，有两种方式：一种是计算机只根据时间顺序或规则影响被控对象；另一种是计算机只向操作人员提供操作指导信息，然后手动影响被控对象。
1.22由计算机控制系统组成
计算机控制系统由控制部分和被控对象组成，其控制部分包括硬件部分和软件部分，这不同于模拟控制器构成的系统只由硬件组成。计算机控制系统软件包括系统软件和应用软件。系统软件一般包括操作系统、语言处理程序和服务程序，通常由计算机制造商支持，具有一定的通用性。应用软件是为实现数据采集程序、控制决策程序、输出处理程序、报警处理程序等特定控制目的而编制的专用程序。由实施控制系统的专业人员编制，涉及被控对象的自身特点和控制策略。
计算机控制系统通常具有精度高、速度快、存储容量大、逻辑判断功能强的特点，可以实现先进复杂的控制方法，获得快速精确的控制效果。计算机技术的发展使整个人类社会发生了相当大的变化，自然地应用于工业生产和企业管理。此外，计算机的信息处理能力可以进一步将过程控制与生产管理（如CIMS)，实现工厂和企业的全面自动化管理。
二、模拟量输入通道
2.模拟量输入通道
模拟量输入通道的任务：实现从模拟量到数字量的转换
组成核心：A/D转换器
2.2模拟量输入通道的结构组成
模拟量输入通道入通道通过I/V保持多路转换器和采样 器、A/D由转换器、接口和控制逻辑组成。 过程参数由传感器元件和变送器测量并转换为电流（或电压） 形式结束后，送至多路开关；在微机的控制下，每个开关由多路开关控制 一个过程参数依次切换到后级进行采样和A/D转换，实现 巡回检测模拟量输入通道的任务是从系统中检测到模拟 信号，变成二进制数字信号，通过接口发送到计算机。 传感器：它是一种能感觉到被测信的检测装置 根据一定的规律，可以将检测到的信息转换为 输出所需的电信号或其他形式。是生产工艺参考 数转换为电参数的装置，大多数传感器的输出是直流的 电压(或电流)信号。为了避免低电平模拟信号传输带来的麻烦，经常需要 将测量元件的输出信号通过输出信号，如温度变送器 压力变送器、流量变送器等，温度、压力、流量 电信号变成 0 ～ 10mA。然后经过 处理模拟量输入通道。
2.3各部分的作用
2.3.1信号变换器
把各种非电模拟信号变换为A/D转换器可接受的电信号，如电流信号、电压信号等，也可根据需要规范这些输出信号值的变化范围，以便A/D转换器处理。例如，电流信号范围的标准变化范围可以是0~10mA、4~20mA等等；电压信号范围的标准变化范围可为0~40mA、0~5V、-5~5V、-10~10V等。
2.3.2前置滤波器
考虑到通道输入信号本身可能含有噪声，或在传输过程中受到干扰的影响，可以在模拟输入通道中采样A/D转换前添加前硬件滤波电路，以过滤输入模拟信号中可能混合的高频干扰。从图2-1可以看出，信号变换器和前滤波器可以根据每个模拟信号的实际情况灵活设置。
2.3.三多路模拟开关
构成多回路控制系统，是计算机控制系统较之于模拟控制系统的独特优点。在计算机控制系统中，通常共用十几个或几十个模拟信号A/D转换器可以降低通道和系统的成本，提高成本A/D在这种情况下，转换器的利用率必须使用多路模拟开关轮流切换各路测控的模拟信号。本设计采用多路模拟开关CD4051是一种集成电路芯片，其结构和逻辑框图如图2-2所示。
CD4051是一种集成电路芯片，有16个引脚，如图2-2所示，S7~S0是8路模拟信号的输入引脚，Sm是1路模拟信号的输出引脚，/EN芯片选择信号输入引脚，只有输入低电平时，整个芯片才能工作，C、B、A接收3路地址信号，选择8路模拟信号中的1路，芯片有2个电源引脚VDD和VEE，分别接 15V和-15V还有一个接地引脚GND。
需要特别注意的是，CD4051允许双向使用，即8个模拟信号中的1个输入或1个模拟信号，8个输出通道中的1个输出，一次，也可用于模拟输出通道。
2.3.4前置放大器
与一般测量系统中的放大器相比，计算机控制系统中使用的放大器在高增益、高稳定性、强共模抑制比等方面的性能要求没有差异。不同之处在于，由于一般来说，前置放大器可以通过多种方式输入共享，因此计算机可以通过编程设置或改变放大器的增益，以满足各种信号变化范围的要求，如图2-3所示.
2.3.5采样保持器
模拟量输入通道的核心功能是模拟量输入A/D转换。在确定输入模拟值时，A/D转换器输出的数字量也是确定的，但当A/D当转换器接收到的模拟量随时间变化，称为模拟输入信号，变化迅速时，A/D在转换过程中，转换的信号值不确定。这种不确定性会导致一定的孔径误差。为了减少孔径误差的影响，可以A/D转换之前，采样保持电路构成采样保持器，采样保持输入模拟信号。
采样保持器通常由保持电容器、采样开关、输入和输出缓冲放大器组成Ch上电压是采样保持器的输出电压。输入和输出缓冲放大器的共同特点是输入电阻大，输出电阻小。LF398是一种常用的单片采样保持器集成电路芯片，其原理如图2-4所示。
2.3.6 AD转换电路
本设计采用8位AD转换器ADC0809。ADC0809是带有8位A/D转换器、8路多路开关和微处理器兼容的控制逻辑CMOS组件。它是一个逐渐接近的类型。A/D可与单片机直接接口的转换器。
图2.6 AD0809原理图
从上图可以看出，ADC0809由8路模拟开关、地址锁定和译码器组成A/D转换器由三态输出锁组成。多路开关可选8个模拟通道，允许8个模拟量分时输入，共用A/D转换器进行转换。三态输出锁用于锁定A/D转换后的数量，当OE端为高电平时，可从三态输出锁存器取走转换数据。
三、模拟量输出通道
3.模拟量输出通道结构1
3.2 D/A转换器
3.2.1 D/A转换器DAC0832的结构特点
DAC0832是一种8位的D/A转换器芯片，有两个差动电流信号输出，数字输入端具有双缓冲功能，用户可以通过双缓冲、单缓冲和直接连接线路，实现数字输入控制，特别是在需要几个模拟输出的情况下，微处理器接口非常方便。
DAC0832的规格和参数如下：
①8位分辨率；
②转换时间约1us；
③输入电平符合TTL电平标准；
④功耗为20mW。
图 8.2.1是集成D/A转换芯片DAC0832(及DAC0830和DAC0831)内部结构图。图8.2.二是引脚图。它包括8位输入寄存器和8位输入寄存器DAC一个八位寄存器D/A变换器由相关控制逻辑电路组成。其中的8位D/A变换器如图8所示.1.1所示的R-2R T形电阻网型。这种D/A变换器正在改变基准电压VREF输出极性后的极性也发生了变化。所有输入均和TTL电平兼容。
3.2.2 DAC0832的工作原理
四、实际模拟电路
计算机控制系统计的计算机控制系统电路图(proteus模拟)如下：
五、学习经验
由于网上没有相应的设计数据可供参考，设计真的很困难，参考书中的知识，然后在网上找到各设备的接口连接方法，逐步设计电路图，我们学习汇编语言基础不牢固，程序调试不成功，仍在修改中。小组合作设计让我意识到做一件事的态度很重要，即使能力有限，也要尽力。同时，每个人的任务分配都要合理，相互合作，共同研究，提出问题再讨论解决，确保设计顺利完成。最后，感谢丁健老师一学期的辛勤教学！
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