第2章 输入输出接口与过程通道-3

第2章输入输出接口与过程通道2.1总线技术2.2总线扩展技术2.3数字量输入输出接口与过程通道2.4模拟量输入接口与过程通道2.5模拟量输出接口与过程通道2.6基于串行总线的计算机控制系统硬件技术2.7硬件抗干扰技术2.5模拟量输出接口与过程通道模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制输出的关键。它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、V/I变换等组成。2.5.1模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式，主要取决于输出保持器的构成方式。输出保持器的作用：将前一采样时刻的输出信号保持到下一个采样时刻，重新得到新的连续输出信号。

1.一个通道设置一个数/模转换器的形式

2.多个通道共用一个数/模转换器的形式图2-31一个通道一个D/A转换器结构图2-32共用D/A转换器的结构转换速度快、工作可靠。只适用于通路数量多且速度要求不高的场合，可靠性较差。D/A转换器及其接口技术D/A转换器D/A转换器接口技术本节主要内容D/A转换器定义

D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的器件或装置。D/A转换器的种类按数字量输入方式： 并行输入和串行输入按模拟量输出方式： 电流输出和电压输出按D/A转换的分辩率： 低分辩率、中分辩率和高分辩率D/A转换器性能指标

分辨率：通常用D/A转换器二进制数的位数来表示， 如8位、10位、12位。分辨率为n位，表示 D/A转换器输入二进制数的最低有效位LSB与 满量程输出的l／2n相对应。稳定时间：输入数字信号的变化量是满量程时，输出模 拟信号达到离终值1/2LSB所需的时间。一 般为几μs。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误差。2.5.18位D/A转换器接口技术

1.8位转换器芯片DAC08321）DAC0832内部原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC8位DAC转换器8位DAC寄存器8位输入寄存器LE1LE2当LE1=1时，Q=D当LE1=0时，锁存数据（MSB）DQDQ（LSB）DI7DI0ILECSWR1XFERWR2主要组成部分：

8位输入寄存器

8位DAC寄存器

8位DAC转换器选通控制电路2.5.2D/A转换器及其接口技术1.8位D/A转换器接口该电路由8位D/A转换芯片DAC0832、运算放大器、地址译码电路组成。图2-338位D/A转换器接口CS启动转换锁存数据转换为差动电流单极性电压输出2.5.2D/A转换器及其接口技术1.8位D/A转换器接口DAC0832工作在单缓冲寄存器方式；DAC0832将输入的数字量转换成差动的电流输出，经过运算放大器A，将形成单极性电压输出0～＋5V；

若要形成负电压输出，则需接正的基准电压。将数字量转换后得到的输出电流通过内部反馈电阻流到放大器的输出端。线性度：传感器的线性误差极限。线性误差：实测曲线与理想直线之间的偏差.2）主要引脚功能：DI0～DI7：数据输入线;Iout1、Iout2：模拟电流输出端；ILE：输入锁存允许；CS：片选；WR1、WR2：写选通；XFER：传送控制。2.5.18位D/A接口技术3）DAC0832的主要技术指标：（1）分辨率 8位（2）电流建立时间 1μS（3）低功耗 20mW（4）单一电源 +5～+15V4）DAC0832的工作方式

a.直通方式b.单缓冲方式单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于常通状态，而另一个处于受控锁存的方式。有两种方案：①DAC寄存器常通，ILE=1，CS,WR1作控制。②8位输入寄存器常通,XFER,WR2作控制。一般将XFER,WR2接低电平,ILE=1,CS接地址译码,往WR1发负脉冲即把数据线的信息存入DAC转换器。

直通方式使DAC0832的两个输入寄存器都处于常通状态。只要ILE=1，CS，WR1，WR2,XFER接低电平，则DAC转换器直接与数据总线相连。微机系统中较少采用,一般用于连续反馈系统。2.5.18位D/A接口技术c.双缓冲工作方式

在要求多个D/A转换器同步工作(多个模拟输出同时改变)时，才将DAC0832接成双缓冲工作方式。双缓冲方式的安排是把第一级输入寄存器做准备数据用，第二级DAC寄存器作为统一控制用。即令各芯片的ILE=1,XFER=0,CS接地址译码器分配的地址,分别往各片WR1发负脉冲存数据至相应输入寄存器,然后统一往WR2发负脉冲把数据同时打入DAC寄存器，则各D/A转换器输出端就同时改变模拟输出量。2.5.18位D/A接口技术2.8位D/A转换器与PC总线工控机接口

硬件电路：由DAC0832、运算放大器组成。工作在单缓冲寄存器方式。Y0为低，IOW为低时，数据总线D0～D7来的数据进入输入寄存器，D/A输出相应模拟量。

Y0为高时，数据锁存在输入寄存器，D/A转换器输出保持不变。DAOUT:MOVDX，300H MOV AL，7FH OUT DX，AL RET

转换程序：设DAC0832Y0的口地址为300H，将二进制数7FH转换为模拟电压：2.5.18位D/A接口技术若DAC0832的口地址为BASE，则8位二进制数7EH转换为模拟电压的接口程序为：MOVDX，BASEMOVAL，7FHOUTDX，ALRET2.5.1D/A转换器及其接口技术2.5.212位转换器接口技术1.12位转换器芯片DAC1210DAC1210原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC12位D/A转换器8位输入寄存器LE1LE2（MSB）DQDQLE312位DAC寄存器4位输入寄存器（LSB）BYTE1/2CSWR1XFERWR2DI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0DI11DI10DI9DI8

与DAC0832的2点区别:分辨率为12位，有12条数据输入线(DI0～DI11)，采用24脚双立直插式封装。字节控制信号BYTE1/2控制数据的输入。

BYTE1/2=1时，DI0～DI11同时进入两个输入寄存器；

BYTE1/2=0时，低4位数据DI0～DI3进入4位输入寄存器。

电路由DACl210、输出放大器组成。DAC1210为电流型输出，接运放成电压输出。 低4位输入寄存器的数据线(DI4～DI0)接至D7D6D5D4。12位数据需分两次送入寄存器。先送高8位数据,然后送低4位数据并将12位数据传至12位D/A寄存器。

162.12位转换器DAC1210与工控机接口2.5.212位D/A接口技术WR1、WR2

接IOW，只要执行OUT指令，两信号就有效。CS接译码器Y0，A0接BYTE1/2与XFER。设Y0的地址是BASE，则8位寄存器地址是BASE+1(A0=1),4位寄存器地址是BASE(A0=0)。A0=1,高8位写入A0=0,低4位写入,所有数据输入第二级寄存器，D/A转换开始

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第一级输入寄存器数据传送：CPU发出OUT指令，IOW有效。地址是BASE+1，Y0有效，BYTE1／BYTE2为高电平，数据写入高8位输入寄存器和低4位输入寄存器。（送12位数据的高8位）

CPU再发OUT指令，IOW有效。地址为BASE，Y0有效，BYTE1／BYTE2为低电平，数据被写入低4位输入寄存器。（送12位数据的低4位）2.5.212位D/A接口技术12位数据进入DAC寄存器：在CPU发出地址BASE时，A0=0，XFER=0。输入寄存器的12位数据就进入DAC寄存器锁存。D/A转换程序:

设端口译码器Yo的地址为BASE。若将12位二进制数83FH转换为相应的模拟电压。DA12OUT：

MOVDX，BASE+1 MOVAL，83H;送高8位数据

OUTDX，AL;进入8位，4位寄存器

DECDX ;地址BASE MOVAL，0F0H;送低4位数据

OUTDX，AL;进入4位寄存器,D/A转换开始

RET2.5.212位D/A接口技术2.5.3单极性与双极性电压输出电路在实际应用中，通常采用D/A转换器外加运算放大器的方法，把D/A转换器的电流输出转换为电压输出。图2-35给出D/A转换器的单极性与双极性输出电路如果参考电压为+5v,则Vout1为:0～-5v,Vout2为:±5v.图2-35D/A转换的单极性与双极性输出1.单极性输出

-+OAVoutRfbIout1Iout2..VREFDAC0832.VOUT1为单极性输出，若D为输入数字量，VREF为基准参考电压，且为n位D/A转换器，则有：2.双极性输出

运放A2将运放器A1的单向输出转变为双向输出。VVout+VREF-VREF00HFFH80HB2.5.4V/I变换1.集成V/I转换器ZF2B20图2-36ZF2B20引脚图ZF2B20是通过V/I变换的方式产生一个与输入电压成比例的输出电流。它的输入电压范围是0～10V，输出电流是4～20mA(加接地负载)，采用单正电源供电，电源电压范围为10～32V，它的特点是低漂移，在工作温度为-25～85℃范围内，最大漂移为0．005%/℃，可用于控制和遥测系统，作为子系统之间的信息传送和连接。

ZF2B20的输入电阻为10KΩ，动态响应时间小于25μS，非线性小于±0．025%。2.5.4V/I变换图2-37V/I转换图(a)所示电路是一种带初值校准的0～10V到4～20mA转换电路。(b)则是一种带满度校准的0～10V到0～10mA转换电路。2.集成V/I转换器AD6942.5.4V/I变换AD694是一种4～20mA转换器，适当接线也可使其输出范围为0～20mA。AD694的主要特点是：输出范围：4～20mA,0～20mA。输入范围：0～2V或0～10V。电源范围：+4.5～36V。可与电流输出型D/A转换器直接配合使用，实现程控电流输出。具有开路或超限报警功能。图2-38AD694引脚图FB：输入放大器反馈端；-SIG：输入放大器反相端，一般连接FB；+SIG：输入放大器同相端，接输入电压；2VFS：2V输入选择，接地2V，开路10V；10VFORCE：参考电压输出；2VSENCE：2V/10V选择，不接：10V，接10VFORCE:2V。4mAON/OFF：4mA选择，接地,4mA，>=3.5V,0mA。BWAD694引脚VS：电源;COM

：公共端，接地；IOUT：电流输出端,接负载电阻;AD694引脚连接4mAON/OFF2VFS2VSENCE2.集成V/I转换器AD6942.5.4V/I变换图2-39AD694的基本应用图2-40DAC1210与AD694的接口对于0-10V输入，4-20mA输出，电源电压大于12.5V的情况输出能驱动的最大负载为：若VS=12.5V，最大RL=525Ω3.经典V/I变换电路图

利用电压比较器实现对输入电压的跟踪，保证输出电流为所需值。

A1将输入电压与反馈电压进行比较，比较器输出电压控制A2的输出电压，从而改变晶体管T1的输出电流IL,IL的大小又影响参考电压Vf,这种负反馈的结果是使得Vi=Vf,而此时流过负载的电流为：

PCL-726是研华公司的D/A板卡主要特点：分辨率12位线性度±1/2位

6个模拟输出通道

16个数字量输入通道（TTL）

16个数字量输出通道（TTL）模拟输出范围：单极性电压：0～5V，0～10V

双极性电压：±5V，±10V

电流：4～20mA2.5.5模拟量输出通道模板举例2.5.5模拟量输出通道模板举例图2-41PCL-726板卡组成框图1.板卡组成2.5.5模出通道2.寄存器地址

2.5.5模出通道3.程序设计流程（1）选模出通道（2）置高4位地址（3）输出高4位数据（4）置低8位地址（5）输出低8位数据并启动转换2.5.5模出通道4.D/A程序设计数字量与输出电压的关系 单极性：000H～FFFH对应输出0～100%。若输出50%，则数字量是7FFH。基址定在220H，选通道2。

C语言程序段

outputb（0x220+2,0x07）//输出高4位数据

outputb（0x220+3,0xff）//输出低8位数据

汇编语言程序段MOV AL,07H ；高4位数据MOV DX,220H+2 ；高4位地址OUT DX,AL ；输出高4位MOV AL,0FFH ；低8位数据MOV DX,220H+3 ；低8位地址OUT DX,AL ；输出低8位并转换//D/A通道l输出50%D/A通道l输出50%2.6硬件抗干扰技术2.6.1过程通道抗干扰技术2.6.2主机抗干扰技术2.6.3系统供电与接地技术为什么要研究计算机控制系统的抗干扰技术？

从事计算机控制工程的人员都有这样的经历:

将经过干辛万苦安装和调试好的样机投入工业现场运行时，经常不能正常工作。有的一开机就失灵，有的时好时坏。为什么实验室能正常模拟运行的系统，到了工业环境就不能正常运行呢?

原因是工业环境有强大的干扰。干扰：有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。干扰可来源于系统外部，也可来源于系统内部。外部干扰：与系统结构无关，由外界环境因素决定；内部干扰：由系统结构、制造工艺等决定。

外部干扰的主要来源有：

电网电源的电压波动；大型用电设备(如天车、电炉、大电机、电焊机等)的启停；高压设备和电磁开关的电磁辐射；传输电缆的共模干扰等等。

内部干扰主要是:

分布电容、分布电感引起的耦合感应;

电磁场辐射感应;

长线传输的波反射;

多点接地造成的电位差干扰;

寄生振荡干扰;

元器件产生的噪声。

分布电容：除电容器外，由于电路的分布特点而具有的电容叫分布电容．。

分布电感：distributedinductance。干扰对测控系统的影响：（1）使数据采集的误差加大。（2）使输出控制误差加大。（3）数据受干扰发生变化。（4）使程序运行失常。

解决计算机控制系统的抗干扰从以下三方面着手:

提高计算机控制系统本身的抗干扰能力，这一点应在系统设计时就给以足够的重视；找出强干扰源，采取相应的对策，使其不能‘串入’系统；在系统软件设计时要采用一定的方法，避免‘死机’。2.6.1过程通道抗干扰技术1.串模干扰及其抑制方法

(1)串模干扰

(2)串模干扰的抑制方法2.共模干扰及其抑制方法

(1)共模干扰

(2)共模干扰的抑制方法①变压器隔离②光电隔离③浮地屏蔽④采用仪表放大器提高共模抑制比2.7.1过程通道抗干扰技术1.串模干扰及其抑制方法

(1)串模干扰：所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。也称为常态干扰。图2-42串模干扰示意图

(1)串模干扰

定义：串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪 声。即串联于信号源回路中的干扰。1．串模干扰及其抑制方法

被测信号----有用的直流信号或缓慢变化的交变信号;

干扰噪声----无用的变化较快的杂乱交变信号。

串模干扰和被测信号在回路中所处的地位是相同的，总是以两者之和作为输入信号。串模干扰也称为常态干扰。(2)串模干扰的抑制方法串模干扰的抑制方法应从干扰信号的特性和来源人手，分别对不同情况采取相应的措施。①加滤波器如果串模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率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。

一般串模干扰均比被测信号变化快，常用二级阻容低通滤波网络作为A／D转换器的输入滤波器。 可使50Hz的串模干扰信号衰减600倍左右。该滤波器的时间常数小于200ms，当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，适当减小时间常数。图2-43二级阻容滤波网络

②用双积分式A/D转换器尖峰型串模干扰为主要干扰源时，用双积分A/D转换器。如取积分周期等于主要串模干扰的周期或为其整数倍，则对串模干扰有更好的抑制效果。

③尽早处理信号串模干扰主要来自电磁感应时，对被测信号尽早进行前置放大，提高回路中的信噪比，或者尽早完成A/D转换。④采用双绞线作信号引线双绞线作信号引线可减少电磁感应，它使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，并良好接地。

⑤选择合适逻辑器件利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。采用高抗扰度逻辑器件，通过高阈值电平来抑制低噪声的干扰；采用低速逻辑器件来抑制高频干扰；也可人为通过附加电容器，降低某个逻辑电路的工作速度来抑制高频干扰。对主要由元器件内部的热扰动产生的随机噪声形成的串模干扰，或在数字信号的传送过程中夹带的低噪声或窄脉冲干扰时，这种方法是比较有效的。（2）串模干扰的抑制方法①如果串模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率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。图2-43二级阻容滤波网络②当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以削弱串模干扰的影响。因为此类转换器是对输入信号的积分值进行测量，而不是测量信号的瞬时值。若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。③对于串模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，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。④从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。⑤采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。

2．共模干扰及其抑制方法

所谓共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的电位差Ucm

图2-44共模干扰示意图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：图2-45被测信号的输入方式为了衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力，常用共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRatio)来表示，即

Ucm是共模干扰电压，Un是Ucm转化成的串模干扰电压。显然，对于单端对地输入方式，由于Un=Ucm，所以CMRR=0，说明无共模抑制能力。对于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。

图2-46变压器隔离②光电隔离光电耦合器的几个特点：1、由于密封在一个管壳内，或者是模压塑料封装的，所以不受外界光的干扰。2、由于靠光传送信号，切断了各部件电路之间地线的联系3、发光二极管动态电阻非常小，而干扰源的内阻一般很大，能够传送到光电耦合器输入端的干扰信号变的很小。4、光电耦合器的传输比和晶体管的放大倍数相比一般很小，即使在干扰电压幅值较高的情况下，由于没有足够的能量不能使发光二极管发光，从而有效抑制干扰信号。图2-46光电隔离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，如图所示。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。图2-48浮地输入双层屏蔽放大器UnZ1,Z2阻抗很大Z2>>Rc,Z1>>Zs④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。

AD620（低功耗，低成本，集成仪表放大器），还有AD623等等.(1)长线传输干扰

何谓长线？

计算机使用高速集成电路，高速变化的信号在较长的信号线上传输时可能出现滞后和波反射现象，产生信号失真。这时的信号就应按“长线”对待。所谓的“长线”其长度并不长，取决于集成电路的运算速度。对于纳秒级的数字电路来说，1米左右的连线就应当作长线来看待，而对于十纳秒级的电路，几米长的连线才需要当作长线处理。由生产现场到计算机的连线往往长达几十米，甚至几百米。即使在中央控制室内，各种连线也有几米到十几米。3.长线传输干扰及其抑制方法3.长线传输干扰及其抑制方法长线传输干扰①长线的“长”是相对的；(毫微秒级—1m,十毫秒级—几米)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。（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。）(2)长线传输干扰的抑制方法

采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。双绞线与同轴电缆双绞线的波阻抗一般在100至200Ω之间，绞花越密，波阻抗越低。①终端匹配：采用终端阻抗匹配或者始端阻抗匹配，可以消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低限度。最简单的终端匹配方法如图2.50（a），缺点：时间上要延迟；图2.50（b）可以克服此缺点图2-50终端匹配

最简单的终端匹配方法如图(a)所示，设传输线的波阻抗是Rp，当R=Rp时，实现终端匹配，消除了波反射。此时终端波形和始端波形的形状一致，只是时间上迟后一些。由于终端电阻变低，相当加大了负载，使波形的高电平下降，从而降低了高电平的抗干扰能力，但对波形的低电平没有影响。②终端匹配

改进的匹配方法：加以一只到电源。等效电阻R为

适当调整R1和R2的阻值，可使R＝Rp，消除波反射。优点是波形的高电平下降较少，缺点是低电平抬高，从而降低了低电平的抗干扰能力。为了同时兼顾高电平和低电平两种情况，可选取R1＝R2＝2Rp，此时等效电阻R＝RP。(2)长线传输干扰的抑制方法

②始端匹配：在传输线始端串入电阻R，如图2.50所示，也能基本上消除反射，达到改善波形的目的。图2-51始端匹配始端匹配电阻R为

Rsc为门A输出低电平时的输出阻抗。优点：波形的高电平不变；缺点：波形低电平会抬 高。原因是终端门B的输入电流Isr在R上产生压降。终端带的负载门个数越多，低电平抬高越显著。2.6.2主机抗干扰技术计算机控制系统的CPU抗干扰措施：①Watchdog(俗称看门狗)②电源监控(掉电检测及保护)③复位

计算机控制系统采用了很多种抗干扰措施后，仍然难以保证万无一失，仍可能发生死机现象。

Watchdog俗称“看门狗”(看守大门)，持续监视系统运行，是工控机普遍采用的很有效的抗干扰措施。

定时或启动或清零

定时器CPU定时到复位或中断时钟CLK看门狗(Watchdog)电路

Watchdog最主要的应用：对因干扰引起的系统“飞程序”、“死机”等出错的检测以及自动恢复系统运行。2.6.2主机抗干扰技术

MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以及电源供电监控功能。MAX1232通过监控微处理器系统电源供电及监控软件的执行，来增强电路的可靠性，它提供一个反弹的(无锁的)手动复位输入。另外常用的集成电路还有X5045、IMP813等。（1）MAX1232的结构与功能

MAX1232是微处理器监控电路，含有Watchdog、电源供电监控、复位功能，用于增强系统可靠性。引脚和内部结构如下：PBRST：手动复位输入。TOL：电源电压监视容差。接地：5%(4.62V)；接Vcc：10%(4.37V)ST：Watchdog定时器触发输入。TD：Watchdog时基，TD=0V，t=150ms；TD悬空，t=600ms； TD=Vcc，t=1.2s。2．MAX1232的主要功能(1)电源监控(2)按钮复位输入(3)监控定时器(Watchdog)(1)电源监控电压检测器监控Vcc。每当Vcc低于所选择的容限时(5%容限时的电压典型时为4．62V，10%容限时的电压典型时为4．37V)就输出并保持复位信号。选择5%的容许极限时，TOL端接地；选择10%的容许极限时，TOL端接Vcc。当Vcc恢复到容许极限内，复位输出信号至少保持250ms的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。(2)按钮复位输入

MAX1232的端靠手动强制复位输出，该端保持tPBD是按钮复位延迟时间，当升高到大于一定的电压值后，复位输出保持至少250ms的宽度。

一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动

，无锁按钮输入至少忽略了1ms的输入抖动，并且被保证能识别出20ms或更大的脉冲宽度。该PBRST在芯片内部被上拉到大约100μA的Vcc上，因而不需要附加的上拉电阻。(3)监控定时器(Watchdog)用于因干扰引起的系统“飞程序”等出错的检测和自动恢复。微处理器用一根I/O线来驱动输入ST，微处理器必须在一定时间内触发ST端(其时间取决于TD)，以便来检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件的失误导致没被触发，在一个最小超时间间隔内，ST的触发只能被脉冲的下降沿作用，这时MAX1232的复位输出至少保持250ms的宽度。图2-54监控电路MAX1232的典型应用如果中断继续，每一个超时限间隔内产生新的复位脉冲，直到ST触发。这个超时限间隔取决于TD输入的连接，当TD接地时，Watchdog为150ms;当TD悬空时，Watchdog为600ms;当TD接VCC时，Watchdog为1.2s;3.掉电保护和恢复运行掉电保护：掉电信号由监控电路MAX1232检测得到，加到微处理器的外部中断输入端。软件中将掉电中断规定为高级中断，是系统能够及时对掉电做出反应。恢复运行：当电源恢复后,CPU重新上电复位，复位后应首先检查是否有掉电标记，如果没有按一般开机程序执行；如果有掉电标记，不应将系统初始化，恢复现场。2.6.3系统供电与接地技术1．供电技术2．接地技术图2-55一般供电结构交流稳压器:

抑制电网电压波动，保证220VAC供电。低通滤波器:

让50Hz的基波通过，滤除高频干扰信号。直流稳压电源：给计算机供电。采用开关电源。对电 网电压的波动适应性强，抗干扰性能好。

开关电源以PWM方式调整直流电压，调整管以开关方式工作，功耗低。(1)供电系统的一般保护措施(2)电源异常的保护措施计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生产。为此，可采用不间断电源UPS。

UPS自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的48V通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电。通过改进控制器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。图2-56具有不间断电源的供电结构2．接地技术

(1)地线系统分析什么是地线？

地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线，后者是为了保证电路正确工作所设置的地线，造成电路干扰现象的主要是信号地。在进行电磁兼容问题分析时，对地线使用下面的定义：“地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。”在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。数字地:

作为计算机中各种数字电路的零电位，应该与模拟地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。安全地：使设备机壳与大地等电位，以避免机壳带电而影响人身及设备安全。通常安全地又称为保护地或机壳地，机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。模拟地:

作为传感器、变送器、放大器、A/D和D/A

转换器中模拟电路的零电位。模拟信号有精度要求，有时信号比较小，而且与生产现场连接。必须认真地对待模拟地的安排。交流地:

交流电源地，即动力线地。地电位很不稳定。在交流地上任意两点之间，往往很容易就有几伏至几十伏的电位差存在。交流地也很容易带来各种干扰。因此，交流地绝对不允许分别与上述几种地相连。系统地（大地）：上述几种地的最终回流点，直接与大地相连。地球是导体且体积非常大，其静电容量也非常大，电位比较恒定，把它的电位作为基准零

电位。

低频电路，f<1MHz时，应单点接地，高频电路，f>10MH时，应就近多点接地。

1MHz<f<10MHz，如果用单点接地时，其地线长度不得超过波长的1/20，否则应使用多点接地。单点接地的目的是避免形成地环路，地环路产生的电流会引入到信号回路内引起干扰。接地一般原则：数字地横汇流条数字地纵汇流条模拟地横汇流条模拟地纵汇流条接地板安全地(机壳地)系统地大地

分别回流法接地示例图

在过程控制计算机中，对上述各种地的处理一般是采用分别回流法单点接地。模拟地、数字地、安全地(机壳地)的分别回流法如图所示。(2)低频接地技术①一点接地方式两种接法：即串联接地(或称共同接地)和并联接地(或称分别接地)。

从噪声角度看，串联接地是最不适用