计算机控制技术 第二章 输入输出接口与过程通道

1、1、第二章输入输出接口和过程通道，接口是计算机和外部设备(部件和部件之间)交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。 接口技术是一种用于研究计算机与外部设备之间如何交换信息的技术。 过程信道是设置在计算机和生产过程之间的信息传递和转换连接信道，包括模拟输入信道、模拟输出信道、数字量(开关量)输入信道和数字量(开关量)输出信道。 2，2.1数字量输入输出通道，2.1.1数字量输入输出接口技术，2.1.2数字量输入通道，2.1.3数字量输出通道，3，明确的概念，数字量(开关量)信号，这些信号是开关的开关、灯共同特征：所有这些信号都以二进制逻辑“1”和“0”出现。 4，4，2.1.1数字量输入输出接口

2、技术，作用：控制生产过程，收集生产过程状态信息，根据状态信息，给予控制量。 完成过程：通过三状态门缓冲器74LS244获取状态信息。 经过端口地址的解码，获得芯片选择信号CS，在IN命令周期的执行中产生IOR信号时，测得的状态信息通过三态门发送到PC总线产业控制器的数据总线，加载到AL寄存器中。 如果芯片选择端口的地址为port，则可以使用以下命令完成读取。 MOV DX，port IN AL，DX，1 .数字量输入接口，5，作用：控制生产过程时，保持通常的控制状态，锁存输出直到给出下一个新值。 完成过程：将74LS273作为8位输出锁存端口，锁存状态输出信号。 经过端口地址解码获得芯片选择信

3、号，当执行OUT指令周期时，产生IOW信号。 如果将芯片选择端口地址设为port，则通过以下命令完成数据输出控制。 当MOV AL，数据MOV AL，端口out dx，AL，2数字电容输出接口，6，CLK (使能端子)处于高电平时，锁存器的数据输出端子q的状态与数据输入端子d相同(透明)。 当CLK端子从高电平返回低电平时(下降后)，输入端子的数据被锁存器锁存，数据输入端子d的变化不会影响q端子的输出。 锁存器(Flip-latch )、7、7，2.1.2数字量输入通道、1 .数字量输入通道的结构数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入烹调电路、输入地址解码电路等构成。 8、2 .输入烹调电路，数

4、字量(开关量)输入通道的基本功能是接收外部装置和生产过程的状态信号。 这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的接点，引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。 为了将外部的开关量信号输入计算机，必须将现场输入的状态信号转换为计算机能接收的逻辑信号，这些功能被称为信号调整。 (1)小功率输入烹调电路(2)大功率输入烹调电路、9 )、(1)小功率输入烹调电路、开关、继电器等接点的接通断开动作，被转换成TTL电平的信号连接到计算机上。 为了去除由接点的机械振动产生的振荡信号，为了去除该振荡，一般施加具有长时间常数的积分电路。 左图是采用积分电路的小功率输入烹调电路。 目的：使开关k的状态为二进制状态。

5、 原理：闭合和k时，电容器c放电，反相器反转变为1，关闭k时，电容器c充电，反相器反转变为0。 10、RS触发器使开关反转两次，原理： k为上时，输出为1，下为0。 按下k，由于键的机械特性，键摇晃瞬间关闭，R-S触发输入变为双1，状态不变。、r、s、q、11、(2)大功率输入烹调电路，从电磁离合器等大功率器件的接点输入信号时，为了确保接点的动作，请在接点的两端施加至少24V以上的直流电压(因为直流电平的响应快，不易产生噪声)。 但是，该电路因为施加电压高，所以高压和低压之间用光电耦合器隔离。 “光电隔离”:通常使用一个光耦合将电子信号转换成光信号，另一个光信号转换成返回电子信号。 以这种方式

6、，这两个电路可以彼此隔离。12、(2)大功率输入烹调电路，原理： k闭合后，光电二极管导通，发光，晶体管导通，通过反相器反转为1。 当k截止时，光电二极管不导通，晶体管不导通，经由反相器反相输出变为0。 现在，由R1、R2进行分压，由C1滤波，并合理选择参数。 13、2.1.2数字容量输出通道、1 .数字容量输出通道的结构数字容量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出端口地址解码电路等构成。 另外，14、2 .输出驱动电路在数字输出沟道中驱动是重要的，从锁存器输出的是TTL电平，由于驱动能力有限，因此追加驱动电路。 (1)小功率直流驱动电路功率晶体管输出驱动继电器电路继电器包括线圈和接点

7、。 由于负载是电感性的，所以输出时，必须把抵抗反电位的保护二极管d、j作为继电器的线圈。 d的作用是泄漏作用，d能释放j带电的电荷，防止逆破坏。 r的作用是限流电阻。 作用过程： TTL电平为1时，晶体管截止，j截止，TTL电平为0时，晶体管导通，j导通，1、0、0、1、15，达林顿阵列输出驱动继电器电路MC1416是达林顿阵列驱动器。 达林顿晶体管DT(Darlington Transistor )也被称为复合晶体管。 这采用复合过接合方式，连接两个以上晶体管的集电极，将第一晶体管的发射极直接连接到第二晶体管的基极，依次连接，最后引出e、b、c三个电极。 在、16、(2)高功率交流(Alte

8、rnating )驱动电路高功率交流驱动电路中，固态继电器SSR被用作交流开关。 SSR是无触点接通断开电子开关，一个有源元件，其中两个端子是输入控制端子，另两个是输出控制端子，为了实现输入和输出之间的电绝缘，元件采用了高耐压的专用光电耦合器。 SSR作为交流开关，有一个接点，左边为TTL电平，05V期间： TTL电平高时，接点闭合，TTL电平低时，接点断开。 过零电路在交流电压变化到零附近时产生触发信号，以降低噪声。 固态继电器SSR的结构和使用方法，17， 2.2A/D转换器及其接口技术2.2.0 A/D转换的基础知识1. A/D转换方式2. A/D转换器的主要技术指标3 .逐次近似法2.

9、2.1 A/D转换器1. 8位A/D转换器ADC0809 2. 12位a/d转换器ad574 d转换器接口技术1. ADC0809和PC总线产业控制器接口2. AD574A和PC总线产业控制器接口，1. A/D转换方式分为逐次近似式和二重斜积分式。 (1)逐次近似式虽然变换时间短(数微秒数百微秒)，但耐噪声性差。 常用的逐次近似式A/D变换器ADC0809、AD574A等逐次近似式A/D变换器的逻辑框图，1. A/D变换方式，19，(2)双斜率积分式变换时间长(数十毫秒数百毫秒)，耐诺适用于现场信号变化缓慢、噪声严重的情况。 常用的双斜率积分A/D转换器有3比特半(相当于二进制的11比特分辨率

10、)的MC 14433、4比特半(14比特分辨率)的ICL7135等。 1.A/D转换方式、20、A/D转换器的主要技术指标有转换时间、分辨率、线性误差、范围、对基准电源的要求等。 转换时间：一次完成模拟到数字转换所需的时间。 (转换率是转换时间的倒数。200ns，5MHz )分辨率：通常以数字位数n (字长)表示，例如8位、12位、16位等。 分辨率n指示可以对应于全尺度输入的1/2n的增量，即，数字容量的最低有效位(LSB )与全尺度输入的1/2n相对应。 2. A/D转换器的主要技术指标21，线性误差：在全标度输入范围内，将与理想转换特性的最大误差定义为线性误差。 线性误差通常用LSB的分

11、数表示，例如(1/2)LSB或1LSB。 范围：可以转换的输入电压范围，例如-5V 5V、010V、05V等。 对基准电源的要求：基准电源的精度对系统整体的精度有很大的影响。 因此，请考虑是否外置精密的基准电源进行设计。 2. A/D转换器的主要技术指标，22，3 .顺序近似法，顺序近似式A/D的工作原理从SAR被传送到D/A，其输出电压Vf与模拟输入Vin进行比较，以控制SAR的数字近似。按位近似式A/D转换器的原理框图、Vin模拟输入、数字量输出寄存器、D/A转换器、按位近似寄存器(SAR )、控制定时和逻辑电路、Vf (反馈电压)、D0D7、比较器： ViVf输出1viff输出 3 .按

12、位近似法剩下的重物是128g 16g 4g 1g=149g，变换后的数字是d7d0=1000101、149、16、128，重物是1、4、27、24、22、20、24，例如天平称量和A/D变换，27克针对26个n位的逐次近似式A/D转换输出的二进制数字量b与输入模拟电压VIN、正基准电压VREF、负基准电压VREF-的关系是Example: Supposed ADC is 8-bit、VREF =5.00V、VREF-=0V 00H、3 .依次近似法，80H、27、1.8位A/D转换器ADC0809、ADC0809是带8通道模拟开关的8位依次近似式A/D转换器，转换时间为100s左右，线性误差为

13、(1/2)LSB，为28脚双串、2.2.1 A/D转换器、28、ADC0809逻辑配置、ADC0809管脚图、29、逻辑配置： (1)8通用模拟开关和信道选择逻辑该部分的功能实现8选1操作，并通过信道选择信号c、b、a在ALE的作用下实现(正脉冲)信道(3)三状态输出锁存缓冲器用于存储转换结果d，输出使能信号OE为高电平时，d在从DO7DO0输出的OE为低电平输入的情况下，数据输出线DO7DO0成为高阻抗状态。 (2)8位A/D转换器在开始时接收到启动转换命令(正脉冲)，则开始转换，并且转换以100 s左右(64个时钟周期)结束。 当转换结束时，EOC信号从低电平改变到高电平，并且将读出结果通

14、知给CPU。 通过查询或中断读取。 另外，30、ADC0809采样状态图、31、ADC0809转换时序图、P25图2.11、32、212位A/D转换器AD574A、AD574A是高性能的12位顺序近似式A/D转换器，转换时间约为25s，线性误差为1/2LSB 33、AD574的原理结构图，34、AD574A由四个部分构成： 12位A/D转换器控制逻辑：三态输出锁存器缓冲器10V基准电压源，35，1 ) 12位A/D转换器，AD574A两种模拟输入方法(a )单极输入(b )双极输入BIPOFF=10V，36，2 )引脚特性： DO0DO11:12位数字输出。 R/C :数据读出/启动信号。 R

15、/C=1时，读取转换结果的R/C=0时，启动A/D转换。 12/8 :输出数据长度选择信号。 12/8=1，D11D0并行输出； 12/8=0，D11D4和D3D0的时分输出。 A0 :字节选择信号。 转换开始时，A0=0选择AD574A作为12位转换器，读取数据时，A0=1意味着读取低4位。 STS:AD574A的工作状态信号。 STS=1表示正在转换，STS=0表示转换已完成。 CPU可以通过查询或中断来检查转换过程是否结束了。37，10 vin:10v模拟电压输入。 单极时为010V，双极时为5V5V。 20VIN:20V模拟电压输入。 单极时为020V，双极时为10V10V。 REFI

16、N :全比例调整用参考输入。REFOUT :内部10V基准电压输出。 BIPOFF :零点调整用的偏移输入。 BIPOFF=0V单极性； BIPOFF=10V双极。 VCC、VEE、VL:15V、15V、5V电源。 模拟地。 DGND :数码。38，AD574A控制信号功能表，3 )控制逻辑，39，AD574A的操作时序，40，2.2.2 A/D转换器接口技术，因为A/D转换器通常具有三态数据输出缓冲器，所以a/d转换器可以直接连接至系统总线为了便于或简化接口电路的设计，还可经由通用并行接口芯片8255A提供与系统的接口。 1. ADC0809和PC总线产业控制器接口2. AD574A和PC总线产业控制器接口，41，1 adc0809和PC总线产业控制器接口，ADC 0809和PC总线产业控制器接口电路图，42， 1 )选择模拟通道编号(2)输出启动信号(3)，调查转换是否结束(4)读取转换结果的解析程序的流程，43，2 ADC 574 a和PC总线产业控制器的接口，44，2.3模拟输入通道，4 v转换器2.3.3复用器2.3.4采样、量化以及采样/保持设备2.3.5模拟输入通道设计，45、模拟输入通道的任务是将从系统检测到的模拟信号转换成二进制数字信号，经由接口传感器是把生产过程中的工艺参数转换成电参数的装置，很多传感器的输出是直流