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第二章 输入输出过程通道
习题及参考答案
1. 什么是过程通道?过程通道有哪些分类?
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。
按信息传递的方向来分 , 过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道 ; 按所传递和交换的信息来分 , 过程通道又可分为数字量过程通道
和模拟量过程通道。
2. 数字量过程通道由哪些部分组成?各部分的作用是什么?
数字量过程通道包括数字量输入通道和数字量输出通道。
数字量输入通道主要由输入缓冲器 、 输入调理电路 、 输入地址译码电路 、 并行接口电路和定时计数电路等组成 。 数字量输出通道主要由输
出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成。其中:输入调理电路将来自控制装置或生产过程的各种开关量,进行 电平转换
,
将其通断状态转换成相应的高、低电平,同时还要考虑对信号进行 滤波、保护、消除触点抖动,以及进行信号隔离 等问题。
3. 简述两种硬件消抖电路的工作原理。
采用积分电路的硬件消抖电路,首先利用积分电路将抖动的高频部分滤出,其次利用施密特触发器整形。
采用 RS 触发器的 硬件消抖电路,主要是利用 RS 触发器的保持功能实现消抖。
4. 简述光电耦合器的工作原理及在过程通道中的作用。
光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成 , 如图 2.1 所示 。 输入电流流过二极管时使其发光 , 照射到光敏三极管上
使其导通,完成信号的光电耦合传送,它在过程通道中实现了输入和输出在电气上的完全隔离。
图 2.1 光电耦合器电路图
5. 模拟量输入通道由哪些部分组成?各部分的作用是什么?
模拟量输入通道一般由 I/V 变换、多路转换器、采样保持器、 A/D 转换器、接口及控制逻辑电路组成。
(1)I/V 变换:提高了信号远距离传递过程中的抗干扰能力,减少了信号的衰减,为与标准化仪表和执行机构匹配提供了方便。
( 2) 多路转换器:用来切换模拟电压信号的关键元件。
(3) 采样保持器: A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误差
。
这样,就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。
(4)A/D 转换器:模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量,能够完成这一任务的器件,称为之模 / 数转换器 (Analog/Digital
Converter ,简称 A/D 转换器或 ADC) 。
6. 对理想多路开关的要求是什么?
理想的多路开关其开路电阻为无穷大,其接通时的导通电阻为零。此外,还希望切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。
7. 采样保持器有什么作用?试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响。
采样保持器的作用: A/D 转换器完成一次 A/D 转换总需要一定的时间。在进行 A/D 转换时间内,希望输入信号不再变化,以免造成转换误
差。这样,就需要在 A/D 转换器之前加入采样保持器。
保持电容对数据采集系统采样保持的精度有很大影响 。 保持电容值小 , 则采样状态时充电时间常数小 , 即保持电容充电快 , 输出对输入信
号的跟随特性好 , 但在保持状态时放电时间常数也小 , 即保持电容放电快 , 故保持性能差 ; 反之 , 保持电容值大 , 保持性能好 , 但跟随特
性差。
8. 在数据采样系统中,是不是所有的输入通道都需要加采样保持器?为什么?
不是 , 对于输入信号变化很慢 , 如温度信号 ; 或者 A/D 转换时间较快 , 使得在 A/D 转换期间输入信号变化很小 , 在允许的 A/D 转换精度内
,
就不必再选用采样保持器。
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