过程通道
单片机原理第10章 I／O过程通道
第10章 I／O过程通道
通过单片机系统的实时数据采集、实时决策和实 时控制，使被控对象完成预定的任务，实现设计 确定的功能。 单片机系统和被控对象之间信息的交互有输入 (Input)和输出(Output)两种类型，前者在单片 机系统数据采集时，将被控对象的信息经输入通 道送入单片机系统；后者在单片机系统控制输出 时，将单片机系统决策的控制信息经输出通道作 用于被控对象。 上述两类信息交互的通道称为过程I／O通道。
焊机等领域。
可控硅虽然驱动能力很强，但需要检测电路 和触发电路配合使用，结构比较复杂，在实 际开关量的控制场合中，常常需要几百毫安 到几十安培的驱动能力，此时使用继电器更 为简单、方便。
继电器有多种不同的类型，在实际应用中常 用是印刷板用超小型电磁继电器和固态继电 器。
该类继电器具有体积小，重量轻，易于焊在线路板 上等优点。线圈电压几伏到几十伏；触点负荷范围 为2～10A(DC24V)，电气寿命在105以上，属于机械 有触点式开关。
BCD码输出采用分时输出千、百、十、个位的 方法(以三位半为例)，由于它可以很方便地 驱动LCD显示，故常用于诸如数字万用表等应 用场合；
二进制输出一般要将转换数据送单片机处理 后使用。
(1)分辨率与分辨精度 (2)量化误差 (3)转换时间和转换速度 (4)量程 (5)其他指标
分辨率习惯用转换后的数据的位数来表示。
单片机接口可以是单片机端口线。如果单片 机的端口线不足，开关量输入信号就只能经 系统扩展中所扩展的输入缓冲芯片，通过数 据总线进入单片机。
第3章 过程输入输出通道
；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
返回本章首页
3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
返回本章首页
三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。
计算机控制输入输出接口与过程通道
②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（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。 它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一 起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基 极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。
采用积分电路的小功率输入调理电路
目的：把开关K的状态转化成二进制状态。 原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相 为1； 断开K时，电容C充电，反相器反相 为0。
问题：利用什么原理消除了抖动？
R—S触发器消除开关两次反跳电路
K
R3 +5V R45
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产 生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
2.1.2 数字量输入通道
•数字量输入通道结构 P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
地址译码器
2.3.1数字量输入通道
开关量：开关、电流、开关的触点等等 通道结构
输入
PC 总 线
输入 调理 电路
缓
冲器
来 自 生 产 过 程
地址译码器
输入缓冲器：三态门缓冲器74LS244（较为常见）
1 2
R3
C
当K断开时，光电二极管不 导通，晶体管不导通，经反相 器反相输出为0。 其中，用R1、R2进行分压， C进行滤波，要合理选择参数。
•大功率输入调理电路
－采用光电隔离
2.3
2.3.1
数字量输入输出接口与过程通道
数字量输入输出接口技术
1.数字量输入接口 2.数字量输出接口
过程通道的原理
过程通道的原理过程通道，也称为管道，是计算机系统中的一种通信机制，用于在不同的进程之间进行数据传输。
其原理可以分为以下几个方面：1. 进程间通信（IPC）：过程通道是一种进程间通信机制，用于在不同的进程之间传递数据。
进程是指在计算机系统中正在运行的程序实例，每个进程都有自己独立的内存空间。
过程通道提供了一种方式，使得不同的进程可以通过共享的通道进行数据传输。
2. 创建通道：为了使用过程通道进行数据传输，首先需要创建一个通道。
通道是一个管道或者缓冲区，用于存储将要传输的数据。
在创建通道时，系统会为其分配一块内存空间，用于存储数据。
3. 数据传输：一旦通道创建成功，进程就可以通过通道进行数据传输。
进程可以向通道写入数据，也可以从通道读取数据。
数据可以按顺序写入通道，并按顺序读取出来，这样可以保证数据的有序性。
4. 同步和异步：过程通道支持同步和异步的数据传输方式。
同步传输是指发送方在发送数据后要等待接收方读取数据才能继续发送，而异步传输是指发送方无需等待接收方的读取动作，可以立即继续发送数据。
5. 进程间同步：过程通道中的数据传输可以实现进程间的同步。
例如，一个进程可以向通道写入一个数据块，然后等待另一个进程从通道中读取该数据块，这样可以实现进程之间的同步。
6. 进程间异步：过程通道也支持进程间的异步传输。
例如，一个进程可以向通道写入多个数据块，而另一个进程可以以自己的速度从通道中读取这些数据块。
这种方式下，两个进程可以以不同的速度进行数据传输，提高了系统的吞吐量。
7. 缓冲区：过程通道通常会有一个缓冲区用于缓存数据。
缓冲区可以对数据进行存储和处理，以控制数据的流动。
当通道中的数据块未被读取时，可以将这些数据块存储在缓冲区中，以便后续读取。
8. 锁机制：为了确保数据在进程间的正确传输，过程通道通常使用锁机制进行数据的同步。
锁机制可以确保每次只有一个进程能够访问通道，从而防止数据的冲突和丢失。
总结起来，过程通道是一种进程间通信机制，通过创建通道和使用缓冲区来实现不同进程间的数据传输。
过程通道的名词解释
过程通道的名词解释过程通道是指在操作系统或计算机系统中，负责简化和加速进程间通信的机制。
它允许不同的进程通过共享数据进行相互交流和合作，从而实现更高效的系统运行。
过程通道在计算机领域有着广泛的应用，并且对于了解系统的工作原理和优化系统性能至关重要。
一、进程间通信的背景与必要性在计算机系统中，同时运行着多个进程。
这些进程可以是相互独立的，也可以是相互依赖的。
当进程之间需要共享数据、进行协作或进行信息交换时，就需要通过一种机制来实现进程间通信。
进程间通信的背景是在计算机系统中实现数据共享和协作的需求，而过程通道则是这样一种机制。
二、过程通道的定义与分类过程通道是一个抽象的概念，具体指的是进程间传输数据的通道或介质。
它可以是一段内存区域、一个文件、一个管道或者一个网络连接等。
根据通信的性质和实现方式，过程通道可以分为同步通道和异步通道。
1. 同步通道同步通道是指发送进程和接收进程在通信过程中需要严格同步的通道。
在同步通道中，发送进程要等待接收进程确认收到数据后才能继续进行下一步操作。
这种通道适用于需要保证数据的完整性和一致性的情况，例如数据库事务。
2. 异步通道异步通道是指发送进程和接收进程在通信过程中不需要严格同步的通道。
在异步通道中，发送进程可以一次性发送多个数据项，而无需等待接收进程的确认。
这种通道适用于需要高吞吐量和低延迟的场景，例如实时数据处理。
三、过程通道的实现方式过程通道可以通过多种方式来实现，常见的包括共享内存、消息队列、套接字和管道等。
1. 共享内存共享内存是指在不同进程之间共享同一块内存区域的方式。
进程可以直接读写这块内存区域中的数据，实现高效的数据共享。
共享内存的优点是速度快、无需复制数据，但需要解决进程间的同步和互斥问题。
2. 消息队列消息队列是一种先进先出的通信方式，进程可以将消息写入队列，并由其他进程读取。
消息队列的优点是可以解耦发送和接收进程，在通信过程中可以缓存未读取的消息，提高系统的性能。
计算机控制系统—过程通道技术_3、4
§2.1 概述 §2.2 通道接口技术 §2.3 数字量输入通道 §2.4 数字量输出通道 §2.5 模拟量输入通道 §2.6 模拟量输出通道 要点总结
§2.3 数字量输入通道
一、数字量输入通道的结构
什么芯片可实现这里的输入缓冲 ?
§2.3 数字量输入通道
二、数字量输入调理电路
§2.4 数字量输出通道
3、大功率交流驱动电路 对于交流供电的负载， 对于交流供电的负载，其开关量的输出控制可用固 态继电器来实现。固态继电器( Relay， 态继电器来实现。固态继电器(Solid State Relay，简 SSR)，是一种无触点通断型功率电子开关，能与TTL TTL、 称SSR)，是一种无触点通断型功率电子开关，能与TTL、 CMOS兼容 兼容。 CMOS兼容。
数字量（开关量）输入通道的基本功能是接收外部 数字量（开关量） 装置或生产过程的状态信号。 装置或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、开关的触点，因此引起瞬时的高压、过 是电压、电流、开关的触点，因此引起瞬时的高压、 电压、接触抖动等现象。 电压、接触抖动等现象。为了将外部开关量信号输入到 计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、 计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤 波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这 隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号， 些功能称为信号调理。 些功能称为信号调理。
§2.3 数字量输入通道
二、数字量输入调理电路
3、隔离
光电耦合器电路图
适于非TTL电路输入的隔离电路图 适于非TTL电路输入的隔离电路图 TTL
§2.4 数字量输出通道
一、数字量输出通道的结构
什么芯片可实现这里的输出锁存 ?§2.4 数字量输出通道
计算机控制技术06 过程通道
控
D/A 转换 器 计
I/O 接
...
算
口
机
D/A
信号
转换
处理
执行
器
电路
机构
多个D/A转换器结构
控 制 计 算 机
I/O 接 口
D/A 转换 器
多 路 开 关
信号 处理
电...路
执行 机构
信号 处理 电路
执行 机构
单个D/A转换器结构
3、开关量输入通道
开关量输入通道的任务主要是将现场输入的开关 信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机 能够接收的逻辑信号。
在计算机控制系统中往往采用光电隔离技术，使计 算机与外部输入设备之间只存在光路联系而无电路上的联 系。图2-19所示为电平转换及光电隔离电路。
输入通道的作用是将传感器或变送器 的电流/电压信号转换为计算机可以识别 的数字信号。
输出通道的作用则是将计算机输出的 数字信号转换为可直接推动执行机构的电 气信号。
工业过程通道实现计算机信号和工业现场 信号的互连与转换，是工业生产过程实现自动 控制的输入输出通道。工业过程通道有过程通 道板卡、过程通道子系统和远程I/O三种基本 形式。目前，使用最多的仍然是板卡式过程通 道，其次是远程I/O模块。
如果将I/O通道进一步细化，则一个计算机控制 系统的I/O通道结构模式如图13-10所示。其中多路模 拟开关、S/H（采样保持器）、A/D转换器、接口1组 成输入通道；而接口2、D/A转换器、多路模拟开关、 S/H组成输出通道。
需要说明的是，图13-10这种通道结构模式并非 是唯一的，可根据实际应用系统的需要加以调整。例 如，每个通道都设置一个A/D（或D/A）转换器和采 样保持器；多个通道共用一个A/D（或D/A）转换器， 但每个通道都设置一个采样保持器；多个通道共用采 样保持器和A/D（或D/A）转换器等。
过程通道
Computer Controlled Systems
P(t)
（ｅ） 采样描述
X(t)
调制器
X*(t)
x*(t)=p(t)x(t)
因 τ0＜＜T ，所以分析时可近似认为τ０为０，以单位脉冲序列δＴ（ｔ） 代替ｐ（ｔ）。
4.1 过程参数采样原理
单位脉冲序列：
Computer Controlled Systems
k 0 *
4.1 过程参数采样原理
Computer Controlled Systems
二、采样定理
对于角频率范围为（ max , max ）的连续信号进 行采样，当采样频率
s 2 max
时，采样器的输出信号
ｘ＊（ｔ）才能充分表征连续输入信号ｘ（ｔ），换言之，为使 采样信号ｘ＊（ｔ）的频谱能无失真地恢复连续输入信号 ｘ（ｔ）的频谱，采样周期Ｔ必须小于等于输入信号中变化 最小周期 Tmin 的１／２，即：
第二节 开关量输入通道（DI）
输入调理电路 输入调理电路有多种，通过调理电路可以将一个开关与计 算机的一位数字量对应起来。
+5V
R R R
Computer Controlled Systems
E
光电隔离转换 “断开” →逻辑电平“0” “闭合” →逻辑电平“1”
继电器隔离转换 “断开” →逻辑电平“0” “闭合” →逻辑电平“1”
1、影响采样周期选择的因素 （1）系统受扰动情况（扰动和噪声比有效信号的频率高） 若扰动和噪声都较小，采样周期T应选大些； 对于扰动频繁和噪声大的系统，采样周期T应选小些；
Computer Controlled Systems
（2）被控系统动态特性（慢对象：汽温，信号变化慢；快对象:水位） 滞后时间大的系统，采样周期T应选大些； 对于快速系统，采样周期T应选小些； （3）控制品质指标要求（控制品质反映了系统的动作快慢） 若超调量为主要指标，采样周期T应选大些； 若希望过渡过程时间短些，采样周期T应选小些； （一般而言，过渡过程时间长，超调则小，被调量是慢变的）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、概述
二、数字量输入输出接口与过程通道
1.数字信号
这些数字信号的特征是：以二进制的逻辑“1”和“0”出现。
2.数字量输入接口与过程通道的结构
（1）数字量输入通道
1）输入调理电路
作用：
双稳态抖动电路（采用R-S触发器）
应用实例：小功率输入调理电路、大功率输入调理电路。
（2）数字量输入接口
3..数字量输出接口与过程通道的结构
（1）数字量输出通道
1）输出驱动电路
实现：
小功率输出驱动电路：
功率晶体管输出驱动继电器电路；达林顿阵列输出驱动继电器电路。
大功率输入驱动电路
固态继电器
（2）数字量输出接口
2.3.3模拟量输入接口与过程通道。