第2章 输入输出接口与过程通道

1、.1. 第第2章章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道 接口：接口： 是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输 入接口与输出接口。入接口与输出接口。(接口电路、集成芯片接口电路、集成芯片) 接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备 之间如何交换信息的技术。之间如何交换信息的技术。 过程通道：过程通道： 是在工业控制计算机和生产过程之间设置的信息是在工业控制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，它包括模拟量输入通道、传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、 模拟量输出通道、开关量（数

2、字量）输入通道、模拟量输出通道、开关量（数字量）输入通道、 开关量输出通道开关量输出通道 (AI、AO、DI、DO) 。 .2. 微型计算机控制系统原理图微型计算机控制系统原理图 打印机打印机 显示终端显示终端 磁盘驱动器磁盘驱动器 软件软件 微微 型型 计计 算算 机机 实时实时 时钟时钟 操作操作 台台 接口接口 接口接口 接口接口 接口接口 DADA ADAD 多路开关多路开关 反多路开关反多路开关 开关量输入开关量输入 开关量输出开关量输出 执行机构执行机构 生生 产产 过过 程程 通用外部设备通用外部设备主机及操作台主机及操作台 过过 程程 通通 道道 检测及变送检测及变送控制对象控

3、制对象 传感器传感器变送器变送器 .3. 微型计算机系统微型计算机系统I/OI/O端口与地址分配端口与地址分配 端口：端口：那些能够被那些能够被CPUCPU直接访问的直接访问的接口电路中的接口电路中的 寄存器寄存器( (用以暂存用以暂存CPUCPU与外设之间传输的与外设之间传输的数据、数据、 状态、控制状态、控制信息信息) )统称端口统称端口 1.I/O1.I/O端口及端口及I/OI/O操作操作 （1 1）数据端口）数据端口( (存放数据，起数据缓冲作用存放数据，起数据缓冲作用) ) （2 2）状态端口）状态端口( (指示准备就绪、忙、出错等指示准备就绪、忙、出错等) ) （3 3）控制端口）

4、控制端口( (存放各种命令和控制字存放各种命令和控制字) ) （CPUCPU通过地址对不同的接口或端口加以区分）通过地址对不同的接口或端口加以区分） 2. I/O2. I/O端口编址方式端口编址方式 （1 1）统一编址）统一编址 ( (与存储单元一样统一编址，同样访问，灵活性强与存储单元一样统一编址，同样访问，灵活性强) ) （2 2）独立编址）独立编址 ( (单独编址，专门的单独编址，专门的I/OI/O指令访问，程序清晰、译码简单、指令访问，程序清晰、译码简单、 执行速度快，但指令功能有限。执行速度快，但指令功能有限。IntelIntel的的80X8680X86系列采系列采 用用) ) .4

5、. I/O端口地址译码技术 译码电路可把译码电路可把CPU送出的地址转变成接送出的地址转变成接 口芯片口芯片/板卡选择板卡选择(改变高位地址改变高位地址)和芯片和芯片/ 板卡内的端口区分板卡内的端口区分(改变低位地址改变低位地址) 译码电路不仅与地址信号有关，而且与译码电路不仅与地址信号有关，而且与 控制信号有关。控制信号有关。 其中，其中，ISA总线中，使用总线中，使用A0A9 、 IOW、IOR 等信号组合等信号组合 .5. （1 1）固定地址译码）固定地址译码 缺点：同类板卡地址易冲突缺点：同类板卡地址易冲突 .6. （2 2）开关选择译码）开关选择译码 逻辑开关组逻辑开关组( (产生二

6、进制编码产生二进制编码) + ) + 数据比较器数据比较器 .7. 基于ISA总线端口扩展 1.板选板选 译译 码码 与与 板板 内内 译译 码码 2.总线总线 驱驱 动动 及及 逻逻 辑辑 控控 制制 3.端口端口 及及 其其 读读 写写 控控 制制 .8. 数据缓冲、地址译码、控制逻辑 微 型 计 算 机 工 业 现 场 设 备 输出锁存器 输入缓冲器 输入调理 输出驱动 典型的开关量输入输出通道结构图典型的开关量输入输出通道结构图 用两种状态来表示的量称为开关量用两种状态来表示的量称为开关量,数字量的输入输出同样称为开关量。数字量的输入输出同样称为开关量。 按类型分有电平式和触点式两种按

7、类型分有电平式和触点式两种: 电平式为高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。电平式为高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。 2. 1 开关量输入输出通道开关量输入输出通道 .9. 数字量开关量（开关、启停、亮灭）：用数字量开关量（开关、启停、亮灭）：用“0”0”和和“1” 1” 两个量进行两个量进行 描述，则二进制数码每一位都可代表一个过程状态。描述，则二进制数码每一位都可代表一个过程状态。 2.1.1 2.1.1 数字量输入输出接口数字量输入输出接口 1.1.数字量输入接口数字量输入接口 三态门缓冲器三态门缓冲器74LS24474LS244 （起缓冲作用，用来隔离输入（起缓冲作用

8、，用来隔离输入 与输出）与输出） 有有8 8路开关量输入路开关量输入 输入控制指令：输入控制指令： MOV DX, 220H (port)MOV DX, 220H (port) ；产生；产生CSCS, , ；将片选端口地址；将片选端口地址portport传送至传送至DXDX IN AL, DXIN AL, DX ；产生；产生IORIOR信号信号 ；将端口中的信息内容输入到；将端口中的信息内容输入到ALAL C C语言：语言： a=inportb(0 x220)a=inportb(0 x220) .10. 知识补充知识补充 数据寄存器主要用来保存操作数和运算结果等信息，从数据寄存器主要用来保存操

9、作数和运算结果等信息，从 而节省读取操作数所需占用总线和访问存储器的时间。而节省读取操作数所需占用总线和访问存储器的时间。 3232位位CPUCPU有有4 4个个3232位的位的通用寄存器通用寄存器EAXEAX、EBXEBX、ECXECX和和EDXEDX。 低低1616位寄存器分别命名为：位寄存器分别命名为：AXAX、BXBX、CXCX和和DXDX，它和先前，它和先前 的的CPUCPU中的寄存器相一致。中的寄存器相一致。 4 4个个1616位寄存器又可分割成位寄存器又可分割成8 8个独立的个独立的8 8位寄存器位寄存器(AX(AX： AH-ALAH-AL、BXBX：BH-BLBH-BL、CXC

10、X：CH-CLCH-CL、DXDX：DH-DL)DH-DL)，每个寄，每个寄 存器都有自己的名称，可独立存取。存器都有自己的名称，可独立存取。 AXAX和和ALAL通常称为累加器通常称为累加器(Accumulator)(Accumulator)，用累加器进行，用累加器进行 的操作可能需要更少时间。累加器可用于乘、除、输入的操作可能需要更少时间。累加器可用于乘、除、输入 / /输出等操作，它们的使用频率很高；输出等操作，它们的使用频率很高； BXBX称为基地址寄存器称为基地址寄存器(Base Register)(Base Register)。它可作为存储。它可作为存储 器指针来使用；器指针来使用

11、； CXCX称为计数寄存器称为计数寄存器(Count Register)(Count Register)。在循环和字符串。在循环和字符串 操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多操作时，要用它来控制循环次数；在位操作中，当移多 位时，要用位时，要用CLCL来指明移位的位数；来指明移位的位数； 1.1. DXDX称为数据寄存器称为数据寄存器(Data Register)(Data Register)。在进行乘、除运。在进行乘、除运 算时，它可作为默认的操作数参与运算，也算时，它可作为默认的操作数参与运算，也可用于存放可用于存放 I/OI/O的端口地址的端口地址。 .11. 2.2.数字量

12、输出接口数字量输出接口 锁存：状态量需保持到下一锁存：状态量需保持到下一 新值的出现为止新值的出现为止 8 8位输出锁存器位输出锁存器74LS27374LS273 根据根据PCPC总线总线IOIO写周期时序写周期时序 关系，利用关系，利用IOWIOW的后沿产生的后沿产生 上升沿锁存数据上升沿锁存数据 数据输出控制指令数据输出控制指令 MOV AL, 8FHMOV AL, 8FH（DATADATA） MOV DX, 221HMOV DX, 221H（portport） OUT DX, ALOUT DX, AL ；将；将ALAL中的数据输出到中的数据输出到DXDX中中 的片选地址端口的片选地址端口

13、 C语言：语言： outportb(0 x221,0 x8f) .12. 2.1.2 2.1.2 数字量输入通道数字量输入通道 数字量输入通道结构数字量输入通道结构 输输 入入 调调 理理 电电 路路 输输 入入 缓缓 冲冲 器器 地址译码器地址译码器 生 产 过 程 P C 总 线 .13. 输入调理电路输入调理电路 信号调理把现场触点的瞬间高压、过电压、抖动信号调理把现场触点的瞬间高压、过电压、抖动 等状态信号经转换、保护、滤波、隔离转换成计算等状态信号经转换、保护、滤波、隔离转换成计算 机能够接收的逻辑信号。机能够接收的逻辑信号。 小功率输入调理电路小功率输入调理电路 采用采用积分电路消

14、除积分电路消除开关接触抖动信号开关接触抖动信号 AO A O O A1 .14. 开关量输入隔离及电平变换开关量输入隔离及电平变换 信号电平变换方法如图信号电平变换方法如图a所示。所示。 实现这种信号变换隔离的电路如图实现这种信号变换隔离的电路如图b所示。所示。 R1 R3 R2 D +24V 1 +5V 1 光电耦合器 1 TTL 电平信号 过程开关 电平信号 10V 4V 1 0 t t 逻辑“0”区 逻辑“1”区 过渡区 图图a输入电平变换输入电平变换 图图b隔离及电平变换电路隔离及电平变换电路 .15. 大功率输入调理电路大功率输入调理电路 大功率系统中为了使接点工作可靠，接点两大功率

15、系统中为了使接点工作可靠，接点两 端至少要有端至少要有24V以上的直流电压，干扰少，电以上的直流电压，干扰少，电 路简单路简单 高压与低压之间采用高压与低压之间采用光电耦合器光电耦合器进行隔离进行隔离 .16. 2.1.3 2.1.3 数字量输出通道数字量输出通道 1 1、数字量输出通道结构、数字量输出通道结构 输输 出出 驱驱 动动 器器 输输 出出 锁锁 存存 器器 地址译码器地址译码器 生 产 过 程 P C 总 线 .17. 2 2 开关量输出驱动电路开关量输出驱动电路 在计算机控制系统中，开关量的输出常常要求有一定的驱动能力，以控制在计算机控制系统中，开关量的输出常常要求有一定的驱动

16、能力，以控制 不同的装置。用的驱动电路有以下几种：不同的装置。用的驱动电路有以下几种： 1小功率驱动电路小功率驱动电路 驱动发光二极管、驱动发光二极管、LED、小功率继电器等，电路的驱动能力、小功率继电器等，电路的驱动能力1040mA， 用小功率的三极管或集成电路驱动。用小功率的三极管或集成电路驱动。 功率晶体管输出驱动继电器电路功率晶体管输出驱动继电器电路 在功率晶体管关闭时，继电器线圈在功率晶体管关闭时，继电器线圈J是感性负载是感性负载,会产生很会产生很 高的感应电动势，续流二极管高的感应电动势，续流二极管D为产生的反电动势提供旁路通为产生的反电动势提供旁路通 道，保护晶体管。道，保护晶体

17、管。 .18. 2中功率驱动电路中功率驱动电路 驱动中功率继电器、电磁开关，要求驱动中功率继电器、电磁开关，要求50500mA的驱动能力，用的驱动能力，用 达林顿复合晶体管或中功率三极管来驱动。目前常用达林顿阵列驱动达林顿复合晶体管或中功率三极管来驱动。目前常用达林顿阵列驱动 器如器如MC1412、MC1413、MC1416等来驱动中功率负载。等来驱动中功率负载。下下图是图是 MC1416的结构图及每个复合管的内部结构。的结构图及每个复合管的内部结构。 B VT2 VT1 R2 7.2K 3K R0 10.5K E C 13 4 4C 4B 14 3 3C 3B 15 2 2C 2B 16 1

18、 1C 1B 10 7 7C 7B 11 6 6C 6B 12 5 5C 5B 9 8 COM GND 1 1 1 1 1 1 1 R1 COM a）MC1416结构图结构图 b）复合管内部结构）复合管内部结构 MC1416达林顿阵列驱动器达林顿阵列驱动器 .19. 达林顿阵列输出驱动达林顿阵列输出驱动 继电器电路继电器电路 达林顿阵列驱动器达林顿阵列驱动器 MC1416， 可驱动可驱动7个继电器，个继电器， 带内部保护二极管，带内部保护二极管， 以防以防MC1416组件反组件反 向击穿向击穿 .20. 3大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路 固态继电器（固态继电器（SSR） 过零检测电路可使

19、交流电压变化到零状态过零检测电路可使交流电压变化到零状态 附近时让电路接通，可减少干扰。电路接通以后，由触发电路给出附近时让电路接通，可减少干扰。电路接通以后，由触发电路给出 晶闸管器件的触发信号。晶闸管器件的触发信号。 输入输出间采用光电耦合器进行隔离输入输出间采用光电耦合器进行隔离 过零型固态继电器的结构过零型固态继电器的结构 .21. 数字（开关）量输入数字（开关）量输入/ /输出通道模板举例输出通道模板举例 研华研华PCL-730PCL-730板卡组成框图板卡组成框图 .22. .23. 2.2 模拟量输入接口技术模拟量输入接口技术 模拟量输入接口一般由接口电路、控制电路、模模拟量输入

20、接口一般由接口电路、控制电路、模 数转换器和电流电压（数转换器和电流电压（I/V）变换器等构成，其核）变换器等构成，其核 心是模数转换器，简称心是模数转换器，简称AD。 2.2.1 AD转换器转换器 主要参数主要参数 AD转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置。 常用的常用的AD转换方式有逐次逼近式和双斜积分式转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。 逐次逼近式逐次逼近式： 转换时间短（几个微秒几百个微秒），但抗干扰能力较差转换时间短（几个微秒几百个微秒），但抗干扰能力较差。 双斜积分式双斜积分式： 转换时间长（几十个毫秒几百个毫秒），抗干扰

21、能力较强。转换时间长（几十个毫秒几百个毫秒），抗干扰能力较强。 常用的逐次逼近式常用的逐次逼近式A / D换器换器 有有8位分辨率的位分辨率的ADC0809，12位分辨率的位分辨率的AD574 等等。 常用的双斜积分式常用的双斜积分式AD转换器有转换器有3位半的位半的MC14433，4位半的位半的ICL7135等。等。 .24. AD转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标: 转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。 分辨率：通常用数字量的位数分辨率：通常用数字量的位数n（字长）来表示，如（字长）来表示，如8位、位、12位、位、1

22、6位等。即位等。即 数字量的数字量的最低有效位最低有效位（LSB）对应于满量程输入的）对应于满量程输入的l2n。若。若n = 8，满量程输，满量程输 入为入为5.12V，则，则LSB对应于模拟电压为：对应于模拟电压为：5.12V2820mV。 线性误差：线性误差： 在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性 误差。线性误差常用误差。线性误差常用LSB的分数表示，如的分数表示，如1/2LSB或或1LSB。 量程：即所能转换的输入电压范围，如量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V+5V，010V，05V等。等。 对基准电源的要

23、求：是否要外接精密基准电源。对基准电源的要求：是否要外接精密基准电源。 .25. AD转换器的外部特性转换器的外部特性 表表2.1所示各厂家的所示各厂家的AD转换器芯片的转换启动和转换结束信号命名。转换器芯片的转换启动和转换结束信号命名。 表表2.1 2.1 几种几种A AD D转换器芯片的引脚对照表转换器芯片的引脚对照表 WRCS C 芯芯 片片 转换启动转换启动转换结束转换结束 ADC0816（0809）STARTEOC AD 570（571）B 0 ADC 0804 ADC7570START =1 ADC11315CONVCMDSTATUS下降沿下降沿 ADC1210 AD 574CE

24、（R ）= 0 DR C BUSY SCCC CSSTS INTR .26. 在选择和使用在选择和使用A AD D转换器芯片时，除满足转换速度和分辨率要求之外，要转换器芯片时，除满足转换速度和分辨率要求之外，要 注意注意A AD D转换器的连接特性，有以下几点：转换器的连接特性，有以下几点： （1 1）A AD D转换器芯片的转换启动信号是用电位启动转换器芯片的转换启动信号是用电位启动( (则需要一直保持电平则需要一直保持电平 有效有效）还是脉冲沿启动。）还是脉冲沿启动。 （2 2）A AD D转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器（转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器（有则可直接连接计有则可直

25、接连接计 算机数据总线算机数据总线）来输出数字量。）来输出数字量。 （3 3）输出数字量的形式，是二进制还是）输出数字量的形式，是二进制还是BCDBCD码（码（可直接送显示器进行十进可直接送显示器进行十进 制显示制显示）。）。 .27. l8位位A/D转换器转换器ADC0809 ADC0809ADC0809采用双列直插式封采用双列直插式封 装，共有装，共有2828条引脚。其引条引脚。其引 脚结构如图所示。脚结构如图所示。 （1 1）ININ7 7ININ0 0：8 8条模拟量输入条模拟量输入 通道通道 （2 2）地址输入和控制线：）地址输入和控制线：4 4条条 （3 3）数字量输出及控制线：）

26、数字量输出及控制线： 1111条条 （4 4）电源线及其他：）电源线及其他：5 5条条 IN5 D7 D6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 Vref(+) OE GND Vcc ADDC ADC0809 1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 20 14 15 16 17 18 19 13 12 11 IN3 IN4 IN7 IN6 START EOC CLOCK Vref(-) ALE ADDA ADDB IN0 IN1 IN228 27 26 25 24 23 22 21 .28. 带带8 8通道模拟开关的通道模拟开关的8 8位位逐次逼近逐次逼近A/DA/D转换器转换器 转换时间转换

27、时间100us, 100us, 线性误差线性误差1/2LSB1/2LSB，量程，量程5.12V5.12V .29. 逐次逼近式A/D转换器的工作原理 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器是一种采用转换器是一种采用对分搜索原理对分搜索原理来实来实 现现A/D转换的方法，转换的方法， （内部将数字转换成模拟量，再（内部将数字转换成模拟量，再 与输入模拟量进行比较）逻辑框图如下图所示。与输入模拟量进行比较）逻辑框图如下图所示。 - + OA 模拟输入Vx 数字输出 启动 CK DONE 控制逻辑 N位寄存器 N位 D/A转换器 Vc 比较器 .30. 从使用的角度来看，任何一种从使用的角度来看，任何一种

28、A AD D转换器芯片一般具有以下输出转换器芯片一般具有以下输出 信号线：信号线： 1 1转换启动线（输入）转换启动线（输入）：由系统控制器发出的控制信号，此信号：由系统控制器发出的控制信号，此信号 有效，转换开始。有效，转换开始。 2 2转换结束线（输出）转换结束线（输出）：转换完毕后由：转换完毕后由A AD D转换器发出的状态信转换器发出的状态信 号，由它中断或号，由它中断或DMADMA传送，或作查询之用。传送，或作查询之用。 3 3模拟信号输入线模拟信号输入线：来自被转换的对象，有单通道输入与多通道：来自被转换的对象，有单通道输入与多通道 输入之分。输入之分。 4 4数字信号输出线数字信

29、号输出线: : 由由A/DA/D转换器将数字量送给转换器将数字量送给CPUCPU的数据线。数的数据线。数 据线的根数表示据线的根数表示A AD D转换器的分辨率。转换器的分辨率。 .31. 8通道模拟开关及通道选择通道模拟开关及通道选择 实现实现8选选1操作操作 地址锁存允许信号地址锁存允许信号ALE （正脉冲）用于通道（正脉冲）用于通道 选择信号选择信号C、B、A的锁存的锁存 CBA通道通道 000VIN0 001VIN1 111VIN7 .32. 转换启动：转换启动：START收到正脉冲收到正脉冲 ，开始转换，开始转换 转换结束：转换结束：EOC从低电平变为高电平从低电平变为高电平 ，通知

30、，通知CPU读结果读结果 基准电压：基准电压：VREF =5.12V, VREF=0V，则量化单位 ，则量化单位 q=5.12/28V=20mV, 转换结果转换结果DVIN/q 三态输出锁存缓冲器用于存放转换结果三态输出锁存缓冲器用于存放转换结果D，当，当输出允许信号输出允许信号OE为高为高 电平时电平时，D由输出线由输出线DO70上输出；上输出； OE为低电平时为低电平时DO70为高阻态为高阻态 转换时序转换时序： .33. 1212位位A AD D转换器芯片转换器芯片AD574AAD574A 引脚功能引脚功能 AD574为为28脚双列直插式封装，引脚排列如图所示。脚双列直插式封装，引脚排列

31、如图所示。 .34. AD574A结构框图结构框图 单通道单通道12位逐次逼近位逐次逼近A/D转换器转换器 转换时间转换时间25us, 误差误差1/2LSB，单极性或双极性输，单极性或双极性输 入，量程入，量程10V或或20V。 下图为其原理结构框图下图为其原理结构框图. . .35. 10V10Vin in、 、20V20Vin in、 、BIP OFFBIP OFF：模拟电压信号输入线，：模拟电压信号输入线， BIP OFFBIP OFF引脚可接引脚可接-5V-5V（- - 5V5V+5V+5V输入信号）或输入信号）或-10V-10V（-10V-10V+10V+10V输入信号）。输入信号）

32、。 V VDD DD、 、V VEE EE：模拟电路电源输入线。 ：模拟电路电源输入线。 AGNDAGND：模拟电路接地线。：模拟电路接地线。 V VCC CC：数字电路电源输入线。 ：数字电路电源输入线。 DGNDDGND：数字电路公共接地线。：数字电路公共接地线。 REF OUTREF OUT：内部基准电源输出线。：内部基准电源输出线。 REF INREF IN：A AD D转换基准电压输入线。转换基准电压输入线。 ：转换结束输出信号线。转换结束输出信号线。 DODO0 0DODO11 11转换数据输出线 转换数据输出线， D D0 0最低有效位最低有效位LSBLSB，D D11 11最高

33、有效位 最高有效位MSBMSB。 CECE：片使能信号输入线片使能信号输入线。 ：片选信号输入线。片选信号输入线。 STS CS AD574AAD574A各引脚特性如下：各引脚特性如下： .36. / / ：读、起动转换控制信号输入线读、起动转换控制信号输入线，当为高电平时；表示读取，当为高电平时；表示读取A AD D转转 换数据，当为低电平时，表示起动换数据，当为低电平时，表示起动A AD D转换。转换。 1212 ：1212位、位、8 8位数据读取方式选择输入线位数据读取方式选择输入线， 当接在当接在V VCC CC上时，进行 上时，进行1212位数据读取操作，位数据读取操作， 当接在数字

34、地上时，与当接在数字地上时，与A A0 0信号配合，进行高信号配合，进行高8 8位、低位、低4 4位数据读取操作。位数据读取操作。 A A0 0：字节选择控制输入线字节选择控制输入线， 在起动在起动A AD D转换时，为低电平，产生转换时，为低电平，产生1212位的转换，当为高电平时，只产生位的转换，当为高电平时，只产生8 8 位的转换。位的转换。 在读取数据操作时，此线为低电平，输出高在读取数据操作时，此线为低电平，输出高8 8位的转换数据，当为高电平时，位的转换数据，当为高电平时， 输出低输出低4 4位的转换数据。接在位的转换数据。接在V VCC CC上，则不起作用。 上，则不起作用。 C

35、 8 R R .37. 结构特点结构特点 AD574内部集成有转换时钟，参考电压源内部集成有转换时钟，参考电压源 和三态输出锁存器，因此使用方便，可直接和三态输出锁存器，因此使用方便，可直接 和微机接口，不需要外接时钟电路。和微机接口，不需要外接时钟电路。 ADC0809的输入模拟电压为的输入模拟电压为0+5V，是，是 单极性的。而单极性的。而AD574的输入模拟电压既可是的输入模拟电压既可是 单极性也可是双极性。单极性也可是双极性。 AD574的数字量的位数可以设定为的数字量的位数可以设定为8位，位， 也可设定为也可设定为12位。位。 .38. 单、双极性应用单、双极性应用 输入可以是输入可

36、以是10V或者或者20V 单极性（单极性（010或或020V）：）： BIP OFF接接0V 双极性（双极性（55或或10 10V）：）： BIP OFF接接10V V Vout +VREF -VREF 00HFFH80H B .39. 转换结果输出控制：转换结果输出控制： CE、CS为片使能、片选信号，为片使能、片选信号，R/C为读启控制信号为读启控制信号 引脚引脚12/8=1：D11-D0并行输出；并行输出； 引脚引脚12/8=0：D11-D4（高（高8位）位）和和D3-D0（低（低4位）位）分时输出；分时输出； 控制逻辑（启动转换、控制转换过程、控制转换结果输出）控制逻辑（启动转换、控制

37、转换过程、控制转换结果输出） CECSR/C12/8A0操作功能操作功能 100X0启动启动12位转换位转换 100X1启动启动8位转换位转换 1011(接接1脚脚)X输出输出12位数字位数字 1010 (接接15脚脚)0输出高输出高8位数字位数字 1010 (接接15脚脚)1输出低输出低4位数字位数字 0XXXX无操作无操作 X1XXX无操作无操作 .40. 转换进行：状态输出信号转换进行：状态输出信号STS为高电平为高电平 转换结束：转换结束：STS从高电平转为低电平从高电平转为低电平 转换时序：转换时序： 启动启动 CE 1CE 1、CS 0CS 0、R/C 0R/C 0、A A0 0(

38、 (0 0 启动启动1212位转换位转换; ;1 1 启动启动8 8位转换）、位转换）、STS 01STS 01 .41. 转换时序：读转换时序：读 CE 1、CS 0、R/C 1、A0(0 输出高输出高8位位/1 输出低输出低4 位）位）、STS 0 .42. AD574A/1674与与PC总线工控机接口总线工控机接口 中断请求号中断请求号 .43. A/DA/D转换的子程序段如下：转换的子程序段如下： （1 1）启动子程序）启动子程序 ADSTART: MOV DXADSTART: MOV DX，BASE+0BASE+0 MOV ALMOV AL，00H00H OUT DX OUT DX，

39、ALAL NOP NOP RETRET （2 2）读数子程序）读数子程序 ADREAD: MOV DXADREAD: MOV DX，BASE+2 BASE+2 IN ALIN AL，DXDX MOV AH MOV AH，ALAL MOV DX MOV DX，BASE+3BASE+3 IN AL IN AL，DXDX RETRET 假设片选信号有效时，高位地址为假设片选信号有效时，高位地址为BASEBASE，则，则1212位位A/DA/D启动启动 控制端口地址为控制端口地址为BASE+0BASE+0，A/DA/D数据输出高数据输出高8 8位端口地址为位端口地址为 BASE+2BASE+2，低，低

40、4 4位端口地址为位端口地址为BASE+3BASE+3。 .44. 为简化接口设计，可将为简化接口设计，可将AD芯片与并行接口芯片与并行接口 芯片芯片8255A连接连接 8255A内部有内部有A、B、C口和控制口，控制口口和控制口，控制口 可以控制可以控制C口按指定位置口按指定位置0或或1 D7D0D6D5D4D3D2D1 0 1/0 000000 。 0 1/0 000001 0 1/0 000111 2.2.2 2.2.2 模拟量输入接口设计模拟量输入接口设计 .45. ADC0809与与8255A接口接口 8255A的的A口为数据输入端口为数据输入端 ，C口上口上 半部分为输入，下半部分

41、为输出半部分为输入，下半部分为输出 PC0-PC2 通道地址通道地址ABC ，输出，输出 3位地址锁存位地址锁存 PC3 ALE（地址锁存运行信号）（地址锁存运行信号） 和和START，启动转换，启动转换 PC7 OE（输出允许信号）和（输出允许信号）和 EOC（输出信号），检测转换结束，（输出信号），检测转换结束， CPU通过查询通过查询PC7状态进行控制输状态进行控制输 入过程入过程 8255A系统分配地址为系统分配地址为2C0H2C3H。 .46. ADC0809ADC0809PROC NEAR PROC NEAR MOV CX,8; MOV CX,8; 循环次数循环次数 CLD; CL

42、D; DIDI自动增量，作用后自动增量，作用后STOSSTOS MOV BL,00H ; MOV BL,00H ; 模拟通道地址模拟通道地址 LEA DI,DATABUFLEA DI,DATABUF； 字串存储地址字串存储地址 NEXTA: NEXTA: MOV DX,02C2H MOV DX,02C2H ；C C口地址放入口地址放入DXDX MOV AL,BL MOV AL,BL OUT DX,AL OUT DX,AL INC DX INC DX ；（DXDX）1, 1, 02C3H控制口地址控制口地址 MOV AL,00000111BMOV AL,00000111B；输出启动信号，上升输出

43、启动信号，上升 沿锁存地址沿锁存地址 OUT DX,ALOUT DX,AL NOP NOP NOP NOP NOP NOP MOV AL,00000110BMOV AL,00000110B；下降沿下降沿, , 形成形成ALE, ALE, START START 脉冲脉冲 .47. OUT DX,AL OUT DX,AL DEC DX DEC DX NOSC:NOSC:IN AL, DX; IN AL, DX; 检测转换结束信号检测转换结束信号 TEST AL,80H; TEST AL,80H; 10000000,10000000,与操作测试最高位与操作测试最高位 是否为是否为0 0 JNZ N

44、OSC; JNZ NOSC; EOC=1, EOC=1, 则等待，检测则等待，检测EOCEOC下降沿下降沿 NOEOC: NOEOC: IN AL, DX; IN AL, DX; TEST AL,80H TEST AL,80H JZ NOEOC; JZ NOEOC; EOC=0, EOC=0, 则等待，检测则等待，检测EOCEOC上升沿，上升沿， 转换结束转换结束 MOV DX,02C0H; MOV DX,02C0H; 转换结束，读转换结果转换结束，读转换结果 IN AL,DX IN AL,DX STOS DATABUF; STOS DATABUF; 保存结果保存结果 INC BL; INC

45、BL; 修改模拟通道地址修改模拟通道地址 LOOP NEXTALOOP NEXTA； CX-1CX-1，CX0CX0则循环则循环 RET RET ADC0809 ADC0809 ENDPENDP .48. AD574AD574与与8255A8255A接口接口 AD574AD574的的12/812/8接接5V5V， A0A0接地，工作于接地，工作于1212位转位转 换和读出方式。换和读出方式。 8255A8255A的的A A口、口、B B口数据口数据 输入端输入端 C C口上半部分为输入，口上半部分为输入， 下半部分为输出。下半部分为输出。 PC0-PC2 R/PC0-PC2 R/C C，CSC

46、S， CE CE 控制逻辑信号控制逻辑信号 PC7 STSPC7 STS，检测转，检测转 换结束换结束(10) (10) 8255A8255A系统地址系统地址 2C0H2C3H2C0H2C3H。 0 7 8 .49. 转换时序：转换时序： 启动启动 CE 1CE 1、CS 0CS 0、R/C 0R/C 0、A0A0( (0 0 启动启动1212位转换位转换; ;1 1 启动启动 8 8位转换）、位转换）、STS 01STS 01; ; 读读 CE 1CE 1、CS 0CS 0、R/C 1R/C 1、A0A0( (0 0 输出高输出高8 8位位/ /1 1 输出低输出低4 4位）、位）、STSS

47、TS 0 0 程序：程序： MOV DX,02C2HMOV DX,02C2H ；使使CSCS,R/,R/C C为低电平为低电平 MOV AL,00HMOV AL,00H OUT DX,ALOUT DX,AL ；传输到传输到8255A8255A的的C C口（口（PC1、PC0） NOP NOP NOP NOP MOV AL,04HMOV AL,04H ；0000010000000100 OUT DX,ALOUT DX,AL；使使CECE（PC2）=1, =1, 启动转换启动转换 NOP NOP NOP NOP MOV AL,03HMOV AL,03H ；00000011 OUT DX,ALOUT

48、 DX,AL；使使CE=0CE=0，CSCS, R/, R/C C1 1，启动完毕，启动完毕 POLLING:POLLING:IN AL,DX;IN AL,DX; 查询查询C C口得口得STSSTS状态状态 TEST AL,80HTEST AL,80H；10000000,10000000,与操作与操作 测试最高位测试最高位PC7是否为是否为0 0 JNZ POLLING;JNZ POLLING; STS=1 STS=1 则等待，检测下降沿（即转换结束）则等待，检测下降沿（即转换结束） MOV AL,01HMOV AL,01H；使使CSCS0 0,R/,R/C C1, 1, 准备读准备读 .50

49、. OUT DX,AL OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,05H;MOV AL,05H;0000010100000101使使CE=1,CE=1,允许读出允许读出 OUT DX,AL OUT DX,AL MOV DX,02C0H MOV DX,02C0H ；PAPA端口端口 IN AL,DX ;IN AL,DX ; 读高读高4 4位位DB11-DB8DB11-DB8; ; AND AL, 0FH AND AL, 0FH ；PA4PA7PA4PA7清零清零 MOV BH,ALMOV BH,AL；存高存高4 4位位DB11-DB8 INC DX INC DX ；PB端口端口 IN A

50、L,DX IN AL,DX ；读低读低8 8位位DB7-DB0DB7-DB0 MOV BL,AL MOV BL,AL INC DX INC DX ；PC端口端口 MOV AL,03HMOV AL,03H；0000001100000011，使，使CECE0 0，CSCS1 1 OUT DX,AL;OUT DX,AL; 结束读出操作结束读出操作 .51. 模拟量输入通道把模拟信号转换为二进制数字信号，模拟量输入通道把模拟信号转换为二进制数字信号， 送入计算机中。送入计算机中。 传感器是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。传感器是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。 变送器将温度、压力、流量等的

51、电信号变成统一的变送器将温度、压力、流量等的电信号变成统一的 010mA或或420mA电流信号电流信号传输的装置。可以避免低传输的装置。可以避免低 电平模拟信号的传输不便。电平模拟信号的传输不便。(A/D和和D/A转化器处理的一般转化器处理的一般 是电压信号，因此需要是电压信号，因此需要I/V和和V/I变换变换） 2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 .52. 2.3.1 2.3.1 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成 由五部分组成。由五部分组成。 微机进行各级控制微机进行各级控制 .53. 2.3.2 信号调理和I/V变换 1.1.信号调理电路信号调理电路 信号调理电路：信号调理电路：

52、主要通过非电量的转换、信号的变换、放大、主要通过非电量的转换、信号的变换、放大、 滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和非标准的电信滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和非标准的电信 号转换成标准的电信号。号转换成标准的电信号。 （1 1）非电信号的检测）非电信号的检测不平衡电桥不平衡电桥 pt00 ( )( )RtRttRR 热敏电阻三线制接线图 热敏电阻测量电桥电路 .54. （2 2）信号放大电路）信号放大电路 1)1)基于基于ILC7650ILC7650的前置放大电路的前置放大电路 ILC7650的前置放大电路 .55. 2 2）AD526AD526可编程仪用放大器可编

53、程仪用放大器 AD526 AD526是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器，是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器， 器件本身所提供的增益是器件本身所提供的增益是xlxl、x2x2、x4x4、x8x8、x16x16等五挡。等五挡。 AD526AD526可以在透明与锁存两种模式下工作。（表可以在透明与锁存两种模式下工作。（表2-52-5提供状态表）提供状态表） 透明模式是透明模式是1313脚脚CLKCLK端接地。端接地。 锁存模式是锁存模式是CLKCLK内逻辑信号提供。内逻辑信号提供。 通用数据采集系统均支持多个模拟通道，通用数据采集系统均支持多个模拟通道，每个模拟通道的不一

54、致，每个模拟通道的不一致， 所以需引入可编程放大器。所以需引入可编程放大器。在在MUX改变其通道序号时，放大电路也由改变其通道序号时，放大电路也由 相应的一组数字序列控制改变放大倍数。相应的一组数字序列控制改变放大倍数。 .56. 2. I/V2. I/V变换变换 电流输出电流输出 仪表仪表DDZ-DDZ-：0 010mA 10mA 仪表仪表DDZ-,DDZ-SDDZ-,DDZ-S：4 420mA 20mA 无源无源I/VI/V变换（利用无源器件电阻完成）变换（利用无源器件电阻完成） 0 010mA:10mA: R1 100R1 100 R2 500R2 500 0 05V5V输出（输出（IR

55、IR2 2） 4 420mA:20mA: R1 100R1 100 R2 250R2 250 1 15V5V输出输出 .57. 有源有源I/VI/V变换（利用有源器件运算放大器完成）变换（利用有源器件运算放大器完成） 同相放大器倍数同相放大器倍数 A=1+R4/R3A=1+R4/R3 0 010mA10mA输入输入: : R1 200R1 200 R3 100kR3 100k R4 150kR4 150k A2.5，对应于对应于0 05V5V输出输出 4 420mA20mA输入输入: : R1 200R1 200 R3 100k R3 100k R4 25k R4 25k A1.25，对应于对

56、应于1 15V5V输出输出 Vi ViVi .58. 2. 3.3 多路转换器多路转换器 多路开关用来切换模拟电压信号的元件。多路开关用来切换模拟电压信号的元件。可将各可将各 个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/DA/D 转换器上。转换器上。理想工作状态：开路电阻无穷大，导通理想工作状态：开路电阻无穷大，导通 电阻为电阻为0。要求切换速度快。要求切换速度快。 举例：举例：CD4051 单端单端8通道开关。其引脚结构如图通道开关。其引脚结构如图 所示。所示。 IN/OUT 1 98 7 6 5 4 3 2 10 11 14 13 12 15 1

57、6 IN/OUT IN/OUT 1 2 3 0 4 5 6 7 OUT/IN INH Vss Vcc VDD A B C .59. 译码器中译码器中C、B、A为二进制控制输入端，改变为二进制控制输入端，改变C、B、 A的数值，可以译出的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输种状态，并选中其中之一，使输 入输出接通。当入输出接通。当INH=1时，通道断开；当时，通道断开；当INH=0时，时， 通道接通。改变图中通道接通。改变图中IN/OUT07及及OUT/IN的传递方向，的传递方向， 则可用作多路开关或反多路开关。则可用作多路开关或反多路开关。 原理图如下原理图如下: 译 码 电 路 电

58、平 转 换 电 路 IN0/OUT0 13 IN1/OUT1 14 IN2/OUT2 15 IN3/OUT3 12 IN4/OUT4 1 OUTC /INC 16 IN6/OUT6 2 IN7/OUT7 4 8 7 VDD VSS VEE A B C INH 3 IN5/OUT5 5 6 11 10 9 .60. 通道选择表（通道选择表（INH为高电平时通道均不通）为高电平时通道均不通） .61. 多路转换开关的扩展多路转换开关的扩展 当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开 关并联起来，组成关并联起来，组成82或或162的多路开关。下面

59、以的多路开关。下面以 CD4051为例说明多路开关的扩展方法。两个为例说明多路开关的扩展方法。两个8路开关扩路开关扩 展成展成16路的多路开关的方法，如图所示。路的多路开关的方法，如图所示。 OUTOUT CC A BB A D0D1D2D3 CD4051 CD4051 INH INH S1 S8 S1 S8 IN IN ININ 模拟输入 （1 8） 模拟输入 （9 16） 模拟输出 . . . . . 用用CD4051多路开关组成的多路开关组成的16路模拟开关接线图路模拟开关接线图 .62. 2.4.4 采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器 离散系统的采样离散系统的采样 形式有周期

60、采样、形式有周期采样、 多阶采样和随机多阶采样和随机 采样。周期采样采样。周期采样 应用最为广泛。应用最为广泛。 所谓周期采样就所谓周期采样就 是以相同的时间是以相同的时间 间隔进行采样。间隔进行采样。 右图给出了采样右图给出了采样 前后波形的变化。前后波形的变化。 X*（t）采样前后波形的变化）采样前后波形的变化 X(t) X (t) * ST(t) t t t 0 0 02T1T3T4T5T6T-2T -1T-3T-4T-5T .63. 信号的采样信号的采样 采样过程：以周期时间间隔采样过程：以周期时间间隔T T，把时间与幅，把时间与幅 值连续的模拟信号转变为一连串脉冲输出信号。值连续的模