智能仪器控制-第三章-1

I/O接口设计的方法、步骤及设计举例 I/O接口设计的方法、步骤★ I/O接口设计步骤 了解常用外围设备或被控设备与CPU之间信息交换的 要求； 考虑硬件和软件的功能分配； 进行I/O端口的数量统计、数据流向安排和端口地址号 分配； I/O接口硬件电路的扩展设计； I/O接口控制软件设计；

进行接口硬件和软件联调。

★ I/O接口扩展的方案选择:

购置多功能I/O接口板 自行设计I/O接口电路 采用通用的大规模集成电路接口芯片扩展I/O接口电路 采用普通的缓冲器、锁存器和译码器等集成电路扩展I/ O接口

I/O接口设计举例一 设计要求： 组8位的数字量外部输入，8组8位的控制和显示数据输出到外部。8个输入端口地址号为 设计8088CPU微机系统I/O接口电路，有8

E8H~EFH,8个输出端口地址为F0H~F7H。

设计：

A7A6A5A4A3A2A1A01 1 1 0 Χ X Χ X X 1 1 1 1 0 1 Χ

IN AL, 0F0H, 0E8H AL OUT

第三章 过程通道和数据采集系统之六

内容提要

概述 模拟量输入通道 D/A与A/D转换技术 数据采集系统 模拟量输出通道 过程通道的抗干扰措施 小结

过程通道的抗干扰措施

干扰的来源◆

从系统电源或电源引线(包括地线)侵入 从系统的信号输入输出传输通道引入的干扰

的干扰◆

◆◆ ◆

空间电磁干扰静电噪声

其它环境因素引起的干扰

过程通道的抗干扰措施(2)

干扰的分类◆

不论什么样的干扰源，对计算机的干扰总

是通过传导和直接辐射两种途径进入计算机控制系统的，其耦合的方式有静电耦合、互感耦

合、共阻抗耦合、电磁场辐射耦合等◆

按干扰的作用方式不同，可以分为常态和共

态干扰两种

过程通道的抗干扰措施(3)◆

常态干扰：叠加在被测信号上的干扰噪声，又 称为串模干扰

过程通道的抗干扰措施(4)◆

共态干扰：A/D转换器两个输入端上公有的干 扰电压，又称为共模干扰

过程通道的抗干扰措施(4)

常态干扰的抑制若常态干扰频率比被测信号频率高，则采用 输入低通滤波器来抑制高频常态干扰；若常态 干扰频率比被测信号频率低，则采用输入高通 滤波器来抑制低频常态干扰；若常态干扰频率 落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器 较为适宜◆

p.70 图3-39 二级阻容滤波网络

过程通道的抗干扰措施(6)◆

当尖峰型常态干扰成为主要干扰源时，用双 斜率积分式A/D转换器可以削弱常态干扰的影 响(输入信号的平均值, 非瞬时值)

◆

在常态干扰主要来自电磁感应的情况下，对 被测信号应尽可能早地进行前置放大，或者 尽可能早地完成A/D变换或采取隔离

和屏蔽等 措施从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性 来抑制常态干扰

◆

过程通道的抗干扰措施(7)◆

若常态干扰的变化速度与被测信号相当，则可采取下述方法： — 从根本上消除产生常态干扰的原因，对测 量仪表进行良好的电磁屏蔽 — 利用数字滤波技术对已进入计算机的带有 常态干扰的数据进行处理

过程通道的抗干扰措施(8)

共模干扰的抑制◆

为了衡量一个输入电路抑制干扰的能力，常用共U cm CMRR 20 lg (dB) Un

模抑制比CMRR(Common Mode Rejection Rate)来表示：

式中

常态干扰电压。CMRR越大，表明抗共模干扰能力越

是共模干扰电压， U 是由 U 转化成的 U cm n cm

强。

过程通道的抗干扰措施(9)◆

利用双端输入的运算放大器作为A/D转换器

前面的前置放大器

单端对地输入和双端不对地输入

对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式，因为此时的 共模干扰电压将全部成为串模干扰电压，如左图所示。所以必须采用双端 输入不对地方式，如右图所示。

ZS 、 ZS1 、 ZS2 为信号源 US 的内阻抗， ZC 、 ZC1 、 ZC2 为输入电路的输入阻 抗。共模干扰电压Ucm对两个输入端形成两个电流回路，每个输入端A和B的 共模电压和两个输入端之间的共模电压分别为：

U cm UA Z c1 Z s1 Z c1

U cm UB Z c2 Z s2 Z c2

U cm CMRR 20 lg (dB) UnUcm 是共模干扰电压， Un是 Ucm转化成的串模干扰电压。 显然， 1)单端对地输入方式，由于Un=Ucm,所以CMRR=0,说明无 共模抑制能力。 2)双端不对地输入方式来说，由Ucm引入的串模干扰Un越 小，CMRR就越大，所以抗共模干扰能力越强。

(2)共模干扰的抑制方法①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，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰 电压Ucm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 的电源，切断两部分的地线联系。 

 ②光电隔离

光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组 成的，发光二极管两端为信号输入端，光敏三极管的集电极和发射 极分别作为光电耦合器的输出端，它们之间的信号是靠发光二极管 在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的

③浮地屏蔽 采用浮地输入双层屏蔽放大器来抑制共模干扰。这是 利用屏蔽方法使输入信号的“模拟地”浮空，从而达到 抑制共模干扰的目的。

④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、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来 分离共模干扰与有用信号的器件。 仪表放大器将两

个信号的差值放大。抑制共 模分量是使用仪表放大器的唯一原因 。 常用的有AD620(低功耗，低成本，集成仪 表放大器),AD623等等.

3.长线传输干扰及其抑制方法(1)长线传输干扰①长线的“长”是相对的； ②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， 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 反射现象。 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 引起反射是相似的。 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，使电缆的阻抗连 续。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/t3kj.html