模拟输入通道的任务是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。模拟输入通道系统，从严格的意义上来说，应该是用计算机控制的多路数据自动检测或巡回检测，并且能够对数据实行存储、处理、分析计算以及从检测的数据中提取可用的信息，供显示、记录、打印或描绘的系统。由于RS-232在微机通信接口中广泛采用，技术已相当成熟。在近端与远端通信过程中，采用串行RS-232标准，实现PC机与单片机间的数据传输。2．模拟量输入通道的设计设计一个12位带隔离输入通道2.1.1主要技术指标：模拟量通道数11AD转换分辨率：12位带隔离模拟信号的产生与AD转换器人机通道的接口电路数据传输接口电路2.1.2输入通道的构成器件：信号调理电路，多路开关，采样保持电路，A/D，单片机，电平转换接口，接收端（单片机、PC或其它设备）组成。系统框图如下图所示：模拟量输入通道的一般结构图在模拟量输入通道中，对现场可能引入的各种干扰必须采取相应的技术措施以保证模/数转换的精度，所以首先要在通道之前设置输入信号调理电路。根据通道需要，可以采取不同的信号调理技术，如信号滤波、光电隔离、电平转换、过电压保护、反电压保护、电流/电压变换等。本节主要介绍模拟量输入通道中常用的电流/电压变换技术，其余部分参见4.2.1与9.2有关内容。在控制系统中，对被控量的检测往往采用各种类型的现场变送器，它们的输出一般为0~10mA或4~20mA的统一电流信号，对此需采用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号，有两种变换电路分别是无源I/A变换电路和有源I/A变换电路2.2多路模拟开关由于微机的工作速度远远快于被测参数的变化，因此一台微机系统可供几十个检测回路使用，但微机在某一时刻只能接收一个通道的信号。所以，必须通过多路模拟开关实现多选1的操作，将多路输入信号依次地切换到后级。目前，微机控制系统使用的多路开关种类很多，如集成电路芯片CD4051(双向、单端、8路)、CD4052(单向、双端、4路)、AD7506(单向、单端、16路)等。结构原理：现以常用的CD4051为例，8路模拟开关的结构原理如图2-3所示。CD4051由电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成，引脚中的禁止端很重要。当禁止端为“1”时，前后级通道断开，即S0~S7端与Sm端不可能接通；当为“0”时，则通道可以被接通，通过改变控制输入端C、B、A的数值，就可选通8个通道S0~S7中的一路。比如：当C、B、A=000时，通道S0选通；当C、B、A=001时，通道S1选通；……当C、B、A=111时，通道S7选通。其真值表如下表所示。2.3前置放大器前置放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程范围之内，如0~5VDC。对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单端同相放大或单端反相放大。如图2-5所示，信号源的一端若接放大器的正端为同相放大，同相放大电路的放大倍数G=1+R2/R1；若信号源的一端接放大器的负端为反相放大，反相放大电路的放大倍数G=－R2/R1。当然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端共地。同向放大和反向放大电路2.3.1测量放大器但来自生产现场的传感器信号往往带有较大的共模干扰，而单个运放电路的差动输入端难以起到很好的抑制作用。因此，A/D通道中的前置放大器常采用由一组运放构成的测量放大器，也称仪表放大器，如图2-6(a)所示。经典的测量放大器是由三个运放组成的对称结构，测量放大器的差动输入端VIN+和VIN-分别是两个运放A1、A2的同相输入端，输入阻抗很高，而且完全对称地直接与被测信号相连，因而有着极强的抑制共模干扰能力。2.4采样保持器当某一通道进行A/D转换时，由于A/D转换需要一定的时间，如果输入信号变化较快，就会引起较大的转换误差。为了保证A/D转换的精度，需要应用采样保持器。2.4.1数据采样定理把连续变化的量变成离散量后再进行处理的微机控制系统，称为离散系统或采样数据系统。离散系统的采样形式有周期采样、多阶采样和随机采样。应用最多的是周期采样，如图2-7所示，周期采样就是以相同的时间间隔进行采样，即把一个连续变化的模拟信号y(t)，按一定的时间间隔T转变为在瞬时0，T，2T，…的一连串脉冲序列信号y*(t)。执行采样动作的装置叫采样器或采样开关，采样开关每次闭合的时间称为采样时间或采样宽度t，采样开关每次通断的时间间隔称为采样周期T。在实际系统中，t<<T，也就是说，可以近似地认为采样信号y*(t)是y(t)在采样开关闭合时的瞬时值。由经验可知，采样频率越高，采样信号y*(t)越接近原信号y(t)，