《计算机控制技术》全套PPT电子课件教案-第二章输入输出接口技术.ppt

2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,1,第二章输入输出接口技术 input & output interface,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,2,本章主要内容,i/o通道的基本概念 模拟量输出接口 模拟量输入接口 开关量输入输出接口 人机接口 !a、d信号在隔离、保持、远传等方面的异同,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,3,第一节i/o通道的基本概念,unit 1 basic conception of input and output channels,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,4,本节主要内容,基本概念 编址方式访问依据 控制方式cpu的参与形式与程度 设计中应注意的问题,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,5,2-1-1基本概念(1),1.定义 p15 i/0(过程)通道:在计算机和生产过程之间信息传递和变换装置。 2.组成-接口种类,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,6,2-1-1基本概念(2),(1)前向通道接口电路（即输入接口） 根据输入信号类型（如模拟电压大/小信号、数字脉冲信号等）的不同，具体包括信号调理电路及adc、开关量输入及频率测量接口等。 (2)后向通道接口电路（即输出接口） 根据伺服控制具体要求，通常有dac、开关量输出、功率驱动接口等。,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,7,2-1-1基本概念(3),3.信息种类 p16 (1)数据：反映生产现场的参数及状态的信息，包括数字量、模拟量、开关量和脉冲量。 (2)状态 (应答、握手handshaking ) ：反映过程通道的状态 如准备就绪信号等 (3)控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等信息 如三态门(0,1,高阻)的打开和关闭、触发器的启动等,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,8,2-1-2编址方式,p28-30,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,9,2-1-3控制方式,p18-28,?p85 2,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,10,2-1-4设计中应注意的问题（1）,1、触发方式：多（器件）控制信号的同一性 同步触发和异步触发 2、时序：多（器件）控制信号的顺序性 控制信号发生的时间顺序和时间差，以及与系统时钟的关系。 3、器件的选择：-可靠运行 前提：正确的控制逻辑 依据：性能指标（包括延时、带负载能力）与参数，适当考虑裕量,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,11,2-1-4设计中应注意的问题（2）,实例1： （1）现象：在8279使用过程中，系统复位后，mcu和8279均执行了初始化，但键盘工作不正常。 （2）分析：若8031与8279采用同一个复位信号，mcu复位后立即对8279进行各种初始化，可能导致初始化失败而无法正常工作。 （3）解决： 采用cpu与外围芯片复位分开的方式 采用共同的复位电路，但对外围加软件延时 8279，8155等取15 ms以上,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,12,2-1-4设计中应注意的问题（3）,实例2： （1）现象：在强干扰或某种偶然因素下， mcu程序跑飞 （2）分析： 组合控制逻辑完全全硬件实现； 存储控制逻辑将每个控制操作通过微程序（microprogram）完成 （3）解决： 采用更可靠的mcu 良好的抗干扰措施（内、外硬件看门狗） 组合控制逻辑器件,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,13,第二节模拟量输出接口,unit 2 analog output interface,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,14,本节主要内容,模拟量输出接口结构形式 dac种类 dac原理（略，p60-63） 常用dac及其pc、mcu接口（略，p63-70） 模拟量输出接口设计的一般性问题,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,15,2-2-1模拟量输出接口结构形式,1.依据 保持方案 2.形式 （1）独立dac的形式 p56图244 接口缓冲器数字保持 （2）共用dac的形式 p56图245 模拟保持 一个dac在cpu控制下分时工作,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,16,2-2-2 dac的种类,1.按数字量输入方式（工作方式） 并行 (如dac0832 、dac1210 ) 串行(如ad7543) 2.按模拟量输出方式 电流 电压,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,17,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(1),p71-72,1.dac的选择,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,18,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(2),1.dac的选择 （1）性能指标 分辨率位数 稳定时间（又称转换时间）-满刻度 线性误差,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,19,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(3),1.dac的选择 （2）结构和应用特性 数字输入特性：包括接收数码制、数据格式(串、并)及逻辑电平等 p72 模拟输出特性：dac的输出电量特性(电压、电流) p72 锁存特性及转换控制(多路同步) 参考源 模拟电量输出的调整与分配 尖峰:如01111 (00000) 10000 消除 :单稳，pcb,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,20,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(4),2.隔离 （1）必要性 （2）基础-光电耦合器 发光二极管+光敏三极管,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,21,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(5),2.模拟信号隔离 （3）种类,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,22,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(6),3.d/a转换模板的设计原则 （1）硬件与软件的结合 （2）安全可靠 （3）性能与经济的统一 （3）通用性 符合总线标准 用户可选择接口地址(由基址和片址组成)、输出方式（电流或电压输出）,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,23,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(7),4.d/a转换模板的设计步骤 (1)确定性能指标 (2)设计电路原理图和选择集成电路芯片 (3)设计和制造电路印刷板 (4)焊接和调试电路板,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,24,2-2-3模拟量输出接口设计的一般性问题(8),实例 4路8位d/a转换原理框图 实例说明： pc总线教材 mcu-计算机控制技术 张桂香 电子科技大学出版社 1999,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,25,第三节 unit 3,模拟量输入接口 analog input interface,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,26,本节主要内容,模拟量输入接口结构形式 模拟量输入通道相关概念 adc种类（p72-75） 常用adc及其pc、mcu接口（略，p75-82） 模拟量输出接口设计的一般性问题,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,27,2-3-1模拟量输入接口结构形式(1),p49,1.多通道切换 (1)多通道器件，如adc0809、adc0816 (2) 模拟开关 (3)各通道独立器件,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,28,2-3-1模拟量输入接口结构形式(2),2.信号调理 (1)功能：小信号放大、量程切换，滤波，线性化、温度补偿、误差修正、零点校正等 (2)实现：软件+硬件 (3)位置（形式）,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,29,2-3-2模拟量输入通道相关概念(1),1.敏感元件:有源，无源 将被测物理量变换为电流、电压或rlc参量的变化 2.标度变换(!p49概念错误) （1）定义：将数字量转换成与被测物理量具有相同量纲的数值，以便进行监视和管理。 （2）实现： 对于线性测量仪表,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,30,2-3-2模拟量输入通道相关概念(2),(3)实例： 某压力测量仪表的量程为030kg，计算机采样后对应的数字变化范围为0 fah， 某时刻计算机采样并经滤波后的数字量为bch，设仪表是线性的，求此时压力为多少?,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,31,2-3-2模拟量输入通道相关概念(3),(4)说明 实现： 将y0、n0和ymax、nmax存入存储器，将公式编成子程序； 需要标度变换时，调用该子程序即可。 注意： 为了增加分辨率，提高ad转换的精度，一般可通过前置处理部分的调整使y0对应的数值量尽量接近0，而使ymax对应的数值量尽量接近ad转换器的最大量程值,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,32,2-3-3 adc种类,（p72-75）,?选择,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,33,2-3-4模拟量输入接口设计的一般性问题,p50-55 隔离 (1)单通道 与d/a一致的隔离方法 (2)多输入通道 只要求输入与计算机间隔离:同上 若要求通道与通道之间隔离 每个通道使用一个独立的a/d转换器件 选用特殊的切换开关,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,34,第四节 unit 4,开关量输入输出接口 switch input & output interface,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,35,本节主要内容,开关量的种类 开关量输入接口 开关量输出接口 开关量输入输出接口设计的一般性问题,数字量 p58-59,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,36,2-4-1 开关量的种类,电平式（高低），触点式（闭合、断开） 有源（直接提供高、低电平）、无源（物理触点，或感应器件）,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,37,2-4-2 开关量输入接口（di）,实现 开关量控制光电耦合器件发光二极管的亮灭 光敏三极管集电极上送出高低电平 地址有效（cs）+读命令（rd）将开关信号读入,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,38,2-4-3 开关量输出接口（do）,实现di的逆过程 地址有效（cs）+读命令(wr） 开关量信号写入数据锁存器 经光电耦合器等驱动继电器或指示灯等,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,39,2-3-4dio设计的一般性问题,一般将dio做在同一板上 节省成本 充分利用计算机资源 方便用户使用,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,40,第五节 unit 5,人机接口 human-machine interface,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,41,本节主要内容,键盘接口 显示器接口 打印机接口 其它人机接口,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,42,2-5-1 键盘接口（1）,1.工作原理 键开关信息二进制字符编码信息 2 .组成 按键 开关信息编码电路,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,43,2-5-1 键盘接口（2）,3.分类 (1)结构 触点式-机械式 无触点式-电容式 （2）操作 击打式-不宜工业现场使用 薄膜式键盘 结构：盘面用无缝隙的平面材料和硅胶制成。 优点：防水防尘，便于清洗 适用：环境恶劣、输入数据量不大的工业环境 （3）功能 标准键盘 专用键盘,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,44,2-5-1键盘接口（3）,(4)工作原理 编码键盘 结构：按键开关按行列形成二维矩阵结构；有必要的硬件电路；自动提供按键的ascii码；附加保护装置 处理：键扫描、键识别和键处理三步 非编码键盘 结构：由单片机（intel8048 ）、译码器和键开关矩阵三大部分组成 处理：单片机根据按键位置发送键扫描码；软件完成识别键等工作,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,45,2-5-2 显示器接口(1),1.常用的显示方式 指示灯、led(light-emitting diode) crt (cathode-ray tube) lcd（liquid crystal display ） tft (thin-film transistor) 受光型:lcd 平板显示器件(fpd) 发光型:等离子体显示器件（pdp, plasma display panel) ,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,46,2-5-2 显示器接口(2),2.图形显示器crt 优点：技术最成熟、支持软件丰富、价格低廉 缺点：体积与功耗较大，易受振动和冲击，容易受辐射线、磁场干扰 应用：可满足大部分工业控制现场的一般性需要,2019/10/29,第二章 输入输出接口技术,47,2-5-2 显示器接口(3),3.tft-lcd 体积小巧，耗电省 不易受振动、冲击和射线的干扰 操作温度范围（0 +45） 相对湿度范围2