第2章输入输出接口与过程通道资料
计算机控制系统4第三章 (2)
②量程 它是指所能转换的电压范围。如5V、10V等。
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
③转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确
度。A/D转换器的转换精度取决于量化误差q、微分线性 度误差DNLE和积分线性度误差INLE 。 积分线性度误差INLE: 在满量程输入范围内，偏离理想转
A/D转换器
PUSH DS
STI MOV AX,DATA
MOV AX,250AH
INT 21H MOV DX,220H
MOV DS,AX
MOV DX,220H IN AL,DX;读数 MOV ADTEMP,AL
MOV AL,21H;发EOI 命令 OUT 20H,AL POP DS;恢复现场 POP DX POP AX IRET
A B C G2A VCC y0 y1 y2
G2B y3 G1 Y7 y4 y5
* 1 * * * 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
地
y6
设计时，根据具体接口芯片的要求，AO、 A1用作端口地址。
A/D转换器
例 ： AD574与ISA总线前62根信号线（即PC/XT总线）的接口
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
74LS138 16芯译码器
• A.B.C为选择端 G1、G2A、G2B为允许端 G2=G2A+G2B
G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
21节数字量输入输出通道-文档资料
地址译码器
开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 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，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1
D6 D7
74LS273
Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够
第2章输入输出接口与过程通道抗干扰
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地， 它的地电位很不稳定。
26
接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
干扰：就是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。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。外部干扰主要是空间电或磁的 影响，环境温度、湿度等气象条件。
内部干扰：是由系统结构、制造工艺等决定的。 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引起的干扰，寄生振荡引起 的干扰，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
8
(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 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
9
②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
13
(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。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。
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
(完整版)计算机控制技术第二章习题答案整理及详解(.04.26修改版SK)
be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。
答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。
第2章 基本接口技术(060424)
2.1 输入/输出通道的一般结构 输入/
在微型计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制， 在微型计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将 对象的各种测量参数，按要求的方式送入微型计算机。 对象的各种测量参数，按要求的方式送入微型计算机。计算机经过 计算﹑处理后，将结果以数字量的形输出， 计算﹑处理后，将结果以数字量的形输出，也要把该输出变换为适 合一对生产过程进行控制的量。所以，计算机和生产过程之间，必 合一对生产过程进行控制的量。所以，计算机和生产过程之间， 须设置信息的传递和变换装置。这个装置就称之为过程输入﹑ 须设置信息的传递和变换装置。这个装置就称之为过程输入﹑输出 通道，它们在微型机和生产过程之间起了纽带和桥梁作用。 通道，它们在微型机和生产过程之间起了纽带和桥梁作用。
2.2 常用的输入/输出接口 常用的输入/
工作方式不同时， 工作方式不同时，各引脚的信号也不同
方式0 方式0的功能 在这种方式下，端口A和端口B 在这种方式下，端口A和端口B 可以通过方式选择字规定输入口 或者输出口，，端口C分为2 ，，端口 或者输出口，，端口C分为2个4位 端口这两个4 端口这两个4位端口也可由方式控 制字规定作为输入口或者输出口。 制字规定作为输入口或者输出口。 这种方式下任何一个端口可作为 输入口，也可作为输出口， 输入口，也可作为输出口，各端 口之间没有规定必然的关系。 口之间没有规定必然的关系。 方式1 方式1的功能 在方式1下端口A 在方式1下端口A和B进行输 入输出时，要利用端口C 入输出时，要利用端口C提供 的选通信号和应答信号， 的选通信号和应答信号，这 些信号与端口C 些信号与端口C中的数位之间 有着固定的对应关系。方式1 有着固定的对应关系。方式1 时输入输出端口对应的控制 信号如下图。 信号如下图。
于海生---微型计算机控制技术课后习题答案
第一章计算机控制系统概述习题及参考答案1.计算机控制系统的控制过程是怎样的计算机控制系统的控制过程可归纳为以下三个步骤：(1)实时数据采集：对被控量的瞬时值进行检测，并输入给计算机。
(2)实时决策：对采集到的表征被控参数的状态量进行分析，并按已定的控制规律，决定下一步的控制过程。
!(3)实时控制：根据决策，适时地对执行机构发出控制信号，完成控制任务。
2.实时、在线方式和离线方式的含义是什么(1)实时：所谓“实时”，是指信号的输入、计算和输出都是在一定时间范围内完成的，即计算机对输入信息以足够快的速度进行处理，并在一定的时间内作出反应并进行控制，超出了这个时间就会失去控制时机，控制也就失去了意义。
(2)“在线”方式：在计算机控制系统中，如果生产过程设备直接与计算机连接，生产过程直接受计算机的控制，就叫做“联机”方式或“在线”方式。
(3)“离线”方式：若生产过程设备不直接与计算机相连接，其工作不直接受计算机的控制，而是通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作的方式，则叫做“脱机”方式或“离线”方式。
3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么—由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
第2章 DIDO
DO接口电路 输
PC
出
总
锁
线
存
器
输
去
出
生
驱
产
动
过
器
程
地址译码器
数字量输出通道结构
数字量输出通道主要由输出接口电路和输出驱动电路等组成。
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
1．数字量输出驱动电路 输出驱动电路的功能有两个，一是进行信号隔离，二是驱动开关器件。
第2章 输入输出过程通道
小功率输入调理电路
+ 5V R1
R2
C
S
A
S
R1
+5V
R2
B
（a） 采用RC滤波电路
（b）采用RS触发器
从开关、继电器等接点输入信号。将接点的接通和断开动作， 转换成TTL电平信号与计算机相连。为了清除由于接点的机械抖动 而产生的振荡信号，通常采用RC滤波电路或RS触发电路。
小功率驱动电路
中功率驱动电路
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
ULN2003达林顿阵列驱动器
a ) ULN2003 结构图
b) 复合管内部结构
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
二、数字量输入通道
数字量输入通
PC
道由信号调理
- 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)。
输 入 缓 冲 器
输 入 调 理
工 业 现 场
输 出 锁 存 器
设 输 出 驱 动 备
典型的开关量输入／输出通道结构图
2019/2/27
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.4.
数字量－开关量（开关、启停、亮灭）：用“0”和“1” 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。 2.1.1 数字量输入输出接口 1.数字量输入接口 三态门缓冲器74LS244 （起缓冲作用，用来隔离输入 与输出） 有8路开关量输入 输入控制指令： MOV DX, port ；产生CS, ；将片选端口地址port传送至DX IN AL, DX ；产生IOR信号 ；将端口中的信息内容输入到AL
2019/2/27
第2章 输入输出接口与过程通道
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.1.
• 接口：
– 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。
• 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 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（数字量）输入通道、 开关量输出通道 (AI、AO、DI、DO) 。
2019/2/27
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.13.
2．中功率驱动电路 驱动中功率继电器、电磁开关，要求 50 ～ 500mA 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 器 如 MC1412 、 MC1413 、 MC1416 等 来 驱 动 中 功 率 负 载 。 下 图 是 MC1416的结构图及每个复合管的内部结构。
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.7.
－采用积分电路消除开关接触抖动信号
A1 A O
O
A O
2019/2/27
开关量输入隔离及电平变换 信号电平变换方法如图a所示。
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.8.
实现这种信号变换隔离的电路如图b所示。
图a输入电平变换
2019/2/27
软件
变送器传感器 接口 A\D 多路开关
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.2.
显示终端
磁盘驱动器
微 型 计 算 机
接口
D\A
反多路开关
执行机构
接口
开关量输入
生 产 过 程
接口
打印机
开关量输出
实时 时钟
操作 台 过 程 通 道 检测及变送 控制对象
通用外部设备 主机及操作台
1C 2C 3C 4C 5C 6C 7C COM 16 15 14 13 12 11 10 9 10.5K B
1 1 1 1 1 1 1
COM R0 VT1 7.2K R1 3K R2
b）复合管内部结构
C VT2 E
1 2 3 4 5 6 7 8 1B 2B 3B 4B 5B 6B 7B GND
a）MC1416结构图
微型计算机控制系统原理图
2019/2/27
2. 1 开关量输入输出通道
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。
按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。
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.3.
微 型 计 算 机
数 据 缓 冲 、 地 址 译 码 、 控 制 逻 辑
MC1416达林顿阵列驱动器
2019/2/27
－达林顿阵列输出驱 动继电器电路
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.14.
达林顿阵列驱动器 MC1416， 可驱动7个继电器， 带内部保护二极管， 以防MC1416组件 反向击穿
2019/2/27
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
2019/2/27
2.1.2 数字量输入通道
数字量输入通道结构
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.6.
P C 总 线
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
生 产 过 程
地址译码器
2019/2/27
•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 等状态信号经转换、保护、滤பைடு நூலகம்、隔离转换成计算 机能够接收的逻辑信号。 小功率输入调理电路
2019/2/27
2.数字量输出接口
锁存：状态量需保持到 下一新值的出现为止
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.5.
8位输出锁存器 74LS273
根据PC总线IO写周期时 序关系，利用IOW的后沿 产生上升沿锁存数据 数据输出控制指令 MOV AL, DATA MOV DX, port OUT DX, AL ；将AL中的数据输出到 DX中的片选地址端口
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.11.
+5V
1
330Ω
1
3.3K
V
小功率驱动电路
2019/2/27
－功率晶体管输出驱动继电器电路
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.12.
在功率晶体管关闭时，继电器线圈J是感性负载,会 产生很高的感应电动势，续流二极管D为产生的反 电动势提供旁路通道，保护晶体管。
.15.
3．大功率交流驱动电路 固态继电器（SSR） 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 晶闸管器件的触发信号。
图b隔离及电平变换电路
2019/2/27
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.9.
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 端至少要有24V以上的直流电压，干扰少，电 路简单
高压与低压之间－采用光电耦合器进行隔离
2019/2/27
2.1.3 数字量输出通道
1、数字量输出通道结构
第 2 章 输 入 输 出 接 口 与 过 程 通 道
.10.
P C 总 线
输出 锁存 器
输出 驱动 器
生 产 过 程
地址译码器
2019/2/27
2 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 控制不同的装置。用的驱动电路有以下几种： 1．小功率驱动电路 驱动发光二极管、 LED 、小功率继电器等，电路的驱动能力 10 ～ 40mA ，用小功率的三极管或集成电路驱动。下图为典型的小功率驱动 电路 。