数字量输入输出系统
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计算机控制系统-数字量输入输出通道
链接动画本章主要内容引言41光电耦合隔离技术42数字量输入通道43数字量输出通道44dido模板本章小结思考题411光电耦合隔离器412光电耦合隔离电路链接动画412光电耦合隔离电路链接动画数字量反相传递如图43b所示与a不同的是光耦的集电极c端直接接另一个正电源而发射极e端通过电阻接地则光耦输出端从发射极e端引出
要注意的是，用于驱动发光管的电源 与驱动光敏管的电源不应是共地的同一个 电源，必须分开单独供电，才能有效避免 输出端与输入端相互间的反馈和干扰；另 外，发光二极管的动态电阻很小，也可以 抑制系统内外的噪声干扰。因此，利用光 耦隔离器可用来传递信号而有效地隔离电 磁场的电干扰。 为了适应计算机控制系统的需求，目 前已生产出各种集成的多路光耦隔离器， 如TLP系列就是常用的一种。
控制电流
D
L
K 外部设备
线圈
铁芯
触点
继电器驱动电路的设计要根据所用继电 器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一 定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可 靠地工作。
常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中 间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的 电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。
继电器的驱动电路
链接动画
Di
1B
图 4-8 达林顿阵列驱动电路
4.3.2 继电器驱动电路
电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触 点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继 电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。 继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出 方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、 大电流设备。
衔铁
图 4-8为达林顿阵列驱动中的一路驱动
电路，当CPU数据线Di 输出数字“0”即低
电平时，经7406反相锁存器变为高电平，
要注意的是，用于驱动发光管的电源 与驱动光敏管的电源不应是共地的同一个 电源，必须分开单独供电，才能有效避免 输出端与输入端相互间的反馈和干扰；另 外，发光二极管的动态电阻很小，也可以 抑制系统内外的噪声干扰。因此，利用光 耦隔离器可用来传递信号而有效地隔离电 磁场的电干扰。 为了适应计算机控制系统的需求，目 前已生产出各种集成的多路光耦隔离器， 如TLP系列就是常用的一种。
控制电流
D
L
K 外部设备
线圈
铁芯
触点
继电器驱动电路的设计要根据所用继电 器线圈的吸合电压和电流而定，控制电流一 定要大于继电器的吸合电流才能使继电器可 靠地工作。
常用的继电器有电压继电器、电流继电器、中 间继电器等几种类型。由于继电器线圈需要一定的 电流才能动作，所以必须采取措施加以驱动。
继电器的驱动电路
链接动画
Di
1B
图 4-8 达林顿阵列驱动电路
4.3.2 继电器驱动电路
电磁继电器主要由线圈、铁心、衔铁和触 点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继 电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。 继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出 方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、 大电流设备。
衔铁
图 4-8为达林顿阵列驱动中的一路驱动
电路，当CPU数据线Di 输出数字“0”即低
电平时，经7406反相锁存器变为高电平，
数字量输入输出实验
数字量输入输出实验一、实验目的了解P1口作为输入输出方式使用时，CPU 对P1口的操作方式。
二、实验环境1、软件环境要求Windows XP操作系统以及Keil C51 单片机集成开发环境。
2、硬件环境要求电脑一台，TD-51单片机系统，开关及LED显示单元，单次脉冲单元。
三、实验内容编写实验程序，将P1口的低4位定义为输出，高4位定义为输入，数字量从P1口的高4位输入，从P1口的低4位输出控制发光二极管的亮灭。
提高部分：LED灯控制要求：通过KK1实现LED灯工作方式即时控制，完成LED灯左循环、右循环、间隔闪烁功能。
四、实验分析P1口是8位准双向口，每一位均可独立定义为输入输出，输入位置1。
通过A的左/右移位及赋值55H、0AAH，再将A值送入P1，可实现LED灯左循环、右循环、间隔闪烁功能。
五、实验步骤（一）基础实验程序及实验程序流程图如下。
实验程序：ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:MOV P1,#0F0H ；将开关状态送入P1高位MOV A,P1 ；送入ASWAP A ；高低位互换MOV P1,A ；将开关状态送入P1低位JMP MAIN ；循环SJMP $END程序流程图：图1 LED开关控制显示功能图图2 实验接线图实验步骤：1. 按图2所示，连接实验电路图，图中“圆圈”表示需要通过排线连接；2. 编写实验程序，编译链接无误后进入调试状态；3. 运行实验程序，观察实验现象，验证程序正确性；4. 按复位按键，结束程序运行，退出调试状态；5. 自行设计实验，验证单片机其它IO 口的使用。
（二）提高实验程序及实验程序流程图如下。
实验程序：实验程序流程图：ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN:KT: ；检查KK1SETB P3.3JNB P3.3,KTCLR P3.3LL1: ；左循环MOV A,#01HX1:MOV P1,ACALL DELAYRL ASETB P3.3JNB P3.3,X1CLR P3.3LL2: ；右循环MOV A,#80HX2:MOV P1,ACALL DELAYRR ASETB P3.3JNB P3.3,X2CLR P3.3LL3: ；间隔闪烁MOV A,#55HMOV P1,ACALL DELAYMOV A,#0AAHMOV P1,ACALL DELAYSETB P3.3JNB P3.3,LL3CLR P3.3JMP KTDELAY: ；延时子程序MOV R2,#00H图3 实验流程图MOV R3,#00HABC:DJNZ R2,ABCDJNZ R3,ABCRETSJMP $END实验步骤：（1）按图4连接实验电路；（2）编写实验程序，编译、链接无误后启动调试；（3）运行实验程序，每按一次KK1+，观察实验现象；（4）验证程序功能，实验结束按复位按键退出调试。
第五讲微机保护的数据采集系统
usc
2、对采样保持电路的要求 a）截获时间（Tc）尽量短，以便采用很短采样脉冲。 b）保持时间长，在保持期间输出电压变化小。 c）模拟开关的动作延时、闭合电阻和开断时的漏电流要小。 采样保持电路的典型芯片
usr
usc
usr
uHale Waihona Puke cS/H3、模拟低通滤波器
电力系统故障初期，电流、电压中可能含有相当高的频率分 量（如2 kHZ以上）。而目前大多数微机保护原理都是反映 50HZ工频分量的。因此，在采样保持前用一个模拟低通滤波器 把高频分量过滤掉，防止高频分量混叠到工频来。 最简单的模拟低通滤波器是RC低通滤波器。 其中 R = 4.3kΩ
当采样时间 Ts 很小时，且输入模拟信号中没有高频分量时， u也不变。则有： 可以认为在采样时间内输入模拟电压 sr (t )
D = KV ⋅ usr (t) ⋅ ∫
t
′ dτ = KV ⋅ usr (t) ⋅Ts = KV ⋅ usr (t)
所以最终输出的数字量D也正比于输入的模拟信号 usr (t)。
微机保护的硬件构成
数据采集系统（ 二、 数据采集系统（模拟量输入系统）
（一）电压形成回路
微机保护要从被保护电力线路的电流互感器、电压互感器取 得电流、电压信息，必须把这些电流互感器、电压互感器的 二次电流、电压（5A或1A、100V）进一步变换降低为±5V或 ±10V范围内的电压信号，供微机保护的模数转换芯片使用。
第五讲 微机保护数据采集系统
微机继电保护举例
微机保护 的结构
CPU板 板
一、 概述
微机保护的硬件构成由三部分组成
1、模拟量输入系统（数据采集系统）：电压形成、模拟 滤波、采样保持(S/H)、多路转换(MPX)以及模数转换(A/D)， 完成将模拟输入量准确地转换为所需的数字量 2、CPU主系统：微处理器(MPU)、只读存储器(ROM)或闪存 内存单元(FLASH)、随机存取存储器(RAM)、定时器、并行以 及串行接口等。MPU执行编制好的程序，以完成各种继电保 护测量、逻辑和控制功能 3、开关量（数字量）输入/输出系统：并行接口(PIA或 PIO)、光电隔离器件及有触点的中间继电器等组成，完成保 护的出口跳闸、信号、外部接点输入及人机对话等功能
第五章(8259)
采用I/O独立编址方式(但地址线与存储器共用) 地址线上的地址信号用 IO/M来区分：
IO/M=1 时为I/O地址
I/O操作只使用20根地址线中的16根： A15 ～ A0 可寻址的I/O端口数为64K(65536)个 I/O地址范围为0～FFFFH IBM PC只使用了1024个I/O地址(0～3FFH)
符号 ’0’ ’1’ ’2’ ’3’ ’4’ ’5’ ’6’ ’7’
应用例子：发光二极管接口
+5V
D0 ｜ D7 Q0
D0～D7
A0～A15 M/IO
译 码 器
. . .
Q7
=1 . . . =1
R
. . .
. . .
R
CP
WR
74LS373
I/O接口综合应用例
根据开关状态在7段数码管上显示数字或符号 设输出接口的地址为F0H
设输入接口地址为F1H
当开关的状态分别为0000～1111时，在7段数 码管上对应显示’0’和内存地址空间相互独立。 优点：内存地址空间不受I/O编址的影响 缺点：I/O指令功能较弱，使用不同的读写控制 信号
内存地址空间 I/O地址空间 0000H FFFFH
内存空间 (1MB)
00000H
I/O空间 (64KB)
FFFFFH
8088/8086 CPU的I/O编址方式
第5章 数字量输入输出
5.1 概述 1.I/O信号形式 通常有以下4种类型： (1) 数字量: 二进制形式的数据，最小单位为 “位”(bit)，8位称为一个字节(BYTE)。 (2) 模拟量: (3) 开关量: 用一位二进制数表示。 (4) 脉冲量:
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
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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。
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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。
计算机控制系统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
2.4.1 模拟量输入通道的组成
2.4.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路 信号调理电路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号转换成标准 的电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以 及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中 重要的组成部分。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥 （2）信号放大电路 1)基于ILC7650的前臵放大电路
VOUT 2
D n 2
R3 R3 D ( VREF VOUT1 ) VREF ( n1 1) R1 R2 2
2.5.4 V/I变换
1.集成V/I转换器ZF2B20
2.集成V/I转换器AD694
2.5.5 模拟量输出通道模板举例
图2-47 PCL-726板卡组成框图
2. D/A 转换程序流程 D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）： （1）选择通道地址n=1（n=1～6）。 （2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。 （3）臵 D/A高4位数据(D3～DO 有效 )。 （4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。 （5）臵 D/A低8位数据并启动转换。 3. 程序设计举例 PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位， 000H～0FFFH分别对应输出0%～100%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH， 设基地址为220H，D/A通道l输出50%的程序如下： C语言参考程序段如下： outportb ( 0x220 , 0x07 ) // D/A 通道l 输出50% outportb ( 0x221 , 0xff ) 汇编语言参考程序如下：（基地址为220H ）： MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
第四章数字量输入输出通道
（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。
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• 一、 I/O接口的作用
• 1.实现和不同外设的速度匹配 • 2.信号变换 • 3.电平转换
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 二、输入/输出信息的传送方式
• CPU的数据总线都是并行的，但由于输入/输出设备有并行和串行之 分，或为了远距离传输的需要，输入/输出数据的传送除了有并行传 送方式外，还有串行传送方式，这两种传送方式各有特点，应用于不 同的场合。
模块三 数字量输入/输出系统
• 单元一输入/输出(I/O)接口 • 单元二开关量的隔离与检测识别 • 单元三输入/输出接口常用芯片 • 单元四开关量输入/输出电路
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 变电站综合自动化系统中，需采集的信息很多，但从它们的性质来说， 可分为模拟量、开关量、脉冲量和广义读表数(如数字频率计或脉冲 电能表等仪表通过串行口输出的数字量)等四大类。实质上，无论何 种类型的信息，在计算机内部都是以二进制的形式(即数字形式)存放 在存储器中的，可见数字量的输入、输出是计算机的基本操作之一。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• (3)控制信息。控制信息用于控制外部设备的工作，如外部设备的 “启动”和“停止”。在设备传送过程中，CPU发出命令给输入/输 出设备。一个输出字节的每一位可以定义为一个控制命令。
• 四、输入/输出的典型接口
• 从接口完成的工作看，CPU和外设间交换的信息有三类:数据信息、 状态信息、控制信息。因此，I/O接口必须能把外设送来的三种信息 加以区分，因此，在I/O接口内部，必须用不同的寄存器来存放，并 赋以不同的地址(端口地址)，以便确定当前经数据总线传送的信息是 哪一信息。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 所以，一个外围设备所对应的接口电路可能需要分配几个端口地址。 CPU寻址的是端口，而不是笼统的外围设备。
• 图3一1是I/O接口的基本结构示意图。 I/O接口加上在它的基础上编制 的I/0程序，就构成了I/O技术。
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 1.隔离的作用 • 隔离的主要作用是:使低压输入电路与大功率的电源隔离;外部现场器
件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损;限制地回路电流与地 线的错接带来的干扰;多个输入电路之间的隔离。 • 2.开关量的隔离方法
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。 • (1)光电隔离。最常用的是利用光电耦合器作为开关量输入计算机的
• 变电站的开关量有断路器、隔离开关的状态，继电器和按键触点的通 断等。断路器和隔离开关的状态一般通过辅助触点给出信号，继电器 和按键则由本身的触点直接给出信号。
• 对开关量的检测有以下几个主要问题，即隔离、抗干扰(硬件、软件)、 变位识别和采集方式等，分述如下。
• 一、开关量的隔离
• 变电站的断路器和隔离开关的辅助触点距离主控室一般都比较远(十 几米至几十米)，同时，为了克服辅助触点的接触电阻，作为开关信 号的电压一般都比较高(110~ 220 V)，这种高电压是不能直接进入微 机接口电路的，因此必须加以隔离。
• 1.串行传送方式 • 串行传送方式是将要传送的数据的字节(或字)拆开，然后以位(bit )为
单位，一位一位地进行传送。串行传送方式的接口所需的传输电缆少、 硬件投资少，但传输速度比并行传送慢，适用于远距离传送。 • 配置串行接口的目的是适应远距离传送数据和交换信息的需要。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 串行接口传送信息是按位传送的，它的速度虽然不如按字节传送的并 行接口快，但可节省许多引线，这对远距离通信是十分重要的。
•传送。这种传送方式要
求输入/输出接口的数据通道为8位(字节传送)或16位(字传送)，各位 数据同步收、发，传送速度快，但需要传输电缆数量多，硬件投资大， 适用于较近距离的传送。 • 并行接口主要传送数字量。例如，微机之间的近距离通信就可以采用 并行接口，微机与某些外设(如打印机)也可以用并行接口传送数据和 命令。
• 对于模拟量，必须先转换成数字量，CPU才能进行处理，断路器、隔 离开关、继电器的触点、按钮和普通的开关、刀闸等都具有分、合两 种工作状态，可以用0, 1表示。因此，它们的工作状态的输入和控制 信号输出，可以表示为数字量的输入和输出。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 计算机的输入/输出，简称I/O。 I/O接口是CPU和外设间信息交换的 桥梁，通过接口电路，计算机直接与外界设备进行信息交换。外部设 备分为输入和输出设备，输入设备用于向计算机输入信息，输出设备 用于输出程序和运算结果。A/D转换器和键盘属于输入设备，CRT(阴 极射线管)和D/A转换器属于输出设备。
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 同时，断路器、隔离开关和继电器等，常处于强电场中，电磁干扰比 较严重，若没有采取适当措施，则当断路器或隔离开关动作时，可能 会干扰程序的正常执行，产生所谓“飞车”的软故障，甚至损坏接口 电路芯片或损坏CPU。因此，现场开关与逻辑电路之间要采用电隔离 技术。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 并行接口速度较快，复杂，因为每一位信息必须用一根导线来传送。
• 三、输入/输出信息的组成
• 计算机直接与外界联系进行信息交换，这些信息可分为如下三种。 • (1)数据信息。继电器触点、断路器和隔离开关的状态或模拟量/数字
量转换的结果，按一定的编码标准(例如二进制数的格式或ASCII码标 准)输入计算机，每若干位(一般为8位、16位或32位)组合表示为一个 数字或符号，这是数字输入的主要内容。 • (2)状态信息。状态信息反映外部设备工作状态，CPU在传送数据前 必须先输入这些外设的状态信息，并逐位进行测试和判断它们的工作 状态，以确定能否传送数据。
隔离器件，其简单的原理图如图3-2所示。当有输入信号时，开关S闭 合，二极管导通，发出光束，使光敏三极管饱和导通，于是输出端Uo 表现一定电位。图3 -2中的两种接线方式，输出电平不同，在实际电 路设计时，可以灵活选用。在光电藕合器件中，信息的传递介质为光， 但输入和输出都是电信号，由于信息的传递和转换都是在密闭环境下 进行，没有电的直接联系，故不受电磁信号干扰，所以隔离效果比较 好。 • (2)继电器隔离。
• 1.实现和不同外设的速度匹配 • 2.信号变换 • 3.电平转换
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 二、输入/输出信息的传送方式
• CPU的数据总线都是并行的，但由于输入/输出设备有并行和串行之 分，或为了远距离传输的需要，输入/输出数据的传送除了有并行传 送方式外，还有串行传送方式，这两种传送方式各有特点，应用于不 同的场合。
模块三 数字量输入/输出系统
• 单元一输入/输出(I/O)接口 • 单元二开关量的隔离与检测识别 • 单元三输入/输出接口常用芯片 • 单元四开关量输入/输出电路
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 变电站综合自动化系统中，需采集的信息很多，但从它们的性质来说， 可分为模拟量、开关量、脉冲量和广义读表数(如数字频率计或脉冲 电能表等仪表通过串行口输出的数字量)等四大类。实质上，无论何 种类型的信息，在计算机内部都是以二进制的形式(即数字形式)存放 在存储器中的，可见数字量的输入、输出是计算机的基本操作之一。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• (3)控制信息。控制信息用于控制外部设备的工作，如外部设备的 “启动”和“停止”。在设备传送过程中，CPU发出命令给输入/输 出设备。一个输出字节的每一位可以定义为一个控制命令。
• 四、输入/输出的典型接口
• 从接口完成的工作看，CPU和外设间交换的信息有三类:数据信息、 状态信息、控制信息。因此，I/O接口必须能把外设送来的三种信息 加以区分，因此，在I/O接口内部，必须用不同的寄存器来存放，并 赋以不同的地址(端口地址)，以便确定当前经数据总线传送的信息是 哪一信息。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 所以，一个外围设备所对应的接口电路可能需要分配几个端口地址。 CPU寻址的是端口，而不是笼统的外围设备。
• 图3一1是I/O接口的基本结构示意图。 I/O接口加上在它的基础上编制 的I/0程序，就构成了I/O技术。
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 1.隔离的作用 • 隔离的主要作用是:使低压输入电路与大功率的电源隔离;外部现场器
件与传输线同数字电路隔离，以免计算机受损;限制地回路电流与地 线的错接带来的干扰;多个输入电路之间的隔离。 • 2.开关量的隔离方法
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 常用的开关量的隔离方法主要有以下方式。 • (1)光电隔离。最常用的是利用光电耦合器作为开关量输入计算机的
• 变电站的开关量有断路器、隔离开关的状态，继电器和按键触点的通 断等。断路器和隔离开关的状态一般通过辅助触点给出信号，继电器 和按键则由本身的触点直接给出信号。
• 对开关量的检测有以下几个主要问题，即隔离、抗干扰(硬件、软件)、 变位识别和采集方式等，分述如下。
• 一、开关量的隔离
• 变电站的断路器和隔离开关的辅助触点距离主控室一般都比较远(十 几米至几十米)，同时，为了克服辅助触点的接触电阻，作为开关信 号的电压一般都比较高(110~ 220 V)，这种高电压是不能直接进入微 机接口电路的，因此必须加以隔离。
• 1.串行传送方式 • 串行传送方式是将要传送的数据的字节(或字)拆开，然后以位(bit )为
单位，一位一位地进行传送。串行传送方式的接口所需的传输电缆少、 硬件投资少，但传输速度比并行传送慢，适用于远距离传送。 • 配置串行接口的目的是适应远距离传送数据和交换信息的需要。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 串行接口传送信息是按位传送的，它的速度虽然不如按字节传送的并 行接口快，但可节省许多引线，这对远距离通信是十分重要的。
•传送。这种传送方式要
求输入/输出接口的数据通道为8位(字节传送)或16位(字传送)，各位 数据同步收、发，传送速度快，但需要传输电缆数量多，硬件投资大， 适用于较近距离的传送。 • 并行接口主要传送数字量。例如，微机之间的近距离通信就可以采用 并行接口，微机与某些外设(如打印机)也可以用并行接口传送数据和 命令。
• 对于模拟量，必须先转换成数字量，CPU才能进行处理，断路器、隔 离开关、继电器的触点、按钮和普通的开关、刀闸等都具有分、合两 种工作状态，可以用0, 1表示。因此，它们的工作状态的输入和控制 信号输出，可以表示为数字量的输入和输出。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 计算机的输入/输出，简称I/O。 I/O接口是CPU和外设间信息交换的 桥梁，通过接口电路，计算机直接与外界设备进行信息交换。外部设 备分为输入和输出设备，输入设备用于向计算机输入信息，输出设备 用于输出程序和运算结果。A/D转换器和键盘属于输入设备，CRT(阴 极射线管)和D/A转换器属于输出设备。
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单元二 开关量的隔离与检测识别
• 同时，断路器、隔离开关和继电器等，常处于强电场中，电磁干扰比 较严重，若没有采取适当措施，则当断路器或隔离开关动作时，可能 会干扰程序的正常执行，产生所谓“飞车”的软故障，甚至损坏接口 电路芯片或损坏CPU。因此，现场开关与逻辑电路之间要采用电隔离 技术。
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单元一 输入/输出(I/O)接口
• 并行接口速度较快，复杂，因为每一位信息必须用一根导线来传送。
• 三、输入/输出信息的组成
• 计算机直接与外界联系进行信息交换，这些信息可分为如下三种。 • (1)数据信息。继电器触点、断路器和隔离开关的状态或模拟量/数字
量转换的结果，按一定的编码标准(例如二进制数的格式或ASCII码标 准)输入计算机，每若干位(一般为8位、16位或32位)组合表示为一个 数字或符号，这是数字输入的主要内容。 • (2)状态信息。状态信息反映外部设备工作状态，CPU在传送数据前 必须先输入这些外设的状态信息，并逐位进行测试和判断它们的工作 状态，以确定能否传送数据。
隔离器件，其简单的原理图如图3-2所示。当有输入信号时，开关S闭 合，二极管导通，发出光束，使光敏三极管饱和导通，于是输出端Uo 表现一定电位。图3 -2中的两种接线方式，输出电平不同，在实际电 路设计时，可以灵活选用。在光电藕合器件中，信息的传递介质为光， 但输入和输出都是电信号，由于信息的传递和转换都是在密闭环境下 进行，没有电的直接联系，故不受电磁信号干扰，所以隔离效果比较 好。 • (2)继电器隔离。