總線、接口數(shù)字量輸入、輸出

1、第第2章章 計算機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù)計算機控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計技術(shù) n數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道 n模擬量輸入輸出接口與過程通道模擬量輸入輸出接口與過程通道n串行外部總線技術(shù)串行外部總線技術(shù)n硬件抗干擾技術(shù)硬件抗干擾技術(shù)總線技術(shù)技術(shù)1、RS-232串行總線串行總線n用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的串行）之間的串行通信。通信。 DTE和和 DCE之間用之間用25線線或或9線互連起來，線互連起來，其中基本的三根其中基本的三根線是發(fā)送數(shù)據(jù)線線是發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD，接收數(shù)據(jù)，接收數(shù)據(jù)線線RXD和信號地線和信號地線

2、SGND。nRS-232采用點對點連接方式，兩點之間采用點對點連接方式，兩點之間的通信距離不大于的通信距離不大于15米，傳輸速率不大米，傳輸速率不大于于20Kbps（每秒傳輸位數(shù)（每秒傳輸位數(shù)20K）。）。nRS-232總線規(guī)定總線規(guī)定1臺發(fā)送器只能連接臺發(fā)送器只能連接1臺臺接收器。由于采用單端發(fā)送器和接收器，接收器。由于采用單端發(fā)送器和接收器，并有公共信號地線，所以并有公共信號地線，所以通信距離短通信距離短而而且容易引進干擾且容易引進干擾。使用。使用不平衡傳輸不平衡傳輸方式。方式。RS232C的電氣標(biāo)準(zhǔn)和機械連接的電氣標(biāo)準(zhǔn)和機械連接DTE插針式插針式DCE內(nèi)孔式內(nèi)孔式25針針DB插連接器插連

3、接器DTE插針式插針式DCE內(nèi)孔式內(nèi)孔式9針針DB插連接器插連接器RS232C的電氣標(biāo)準(zhǔn)：的電氣標(biāo)準(zhǔn)： 3V15V : 邏輯邏輯0 -3V-15V: 邏輯邏輯1TTL/CMOS-RS232電平轉(zhuǎn)換芯片：電平轉(zhuǎn)換芯片：MAX232、MAX202等等計算機間計算機間RS232C通信的常用連接方法通信的常用連接方法全握手全握手無握手無握手 計算機計算機計算機計算機 TXD TXD RXD RXD GND GNDTxDRxDRTSCTSDTRDSRCDRIGNDTxDRxDRTSCTSDTRDSRCDRIGND終端準(zhǔn)備終端準(zhǔn)備好好請求發(fā)送請求發(fā)送清除以便發(fā)送清除以便發(fā)送數(shù)據(jù)機準(zhǔn)備好數(shù)據(jù)機準(zhǔn)備好振鈴信振

4、鈴信號號載波信號檢測載波信號檢測平衡和非平衡線路平衡和非平衡線路2、RS-422串行總線串行總線n采用雙端發(fā)送器和接收器，數(shù)據(jù)終端設(shè)備采用雙端發(fā)送器和接收器，數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間用和數(shù)據(jù)通信設(shè)備之間用4線電纜互連起來，線電纜互連起來，每個方向使用每個方向使用2根線，可以實現(xiàn)全雙工通信根線，可以實現(xiàn)全雙工通信方式。方式。nRS-422也也采用點對點連接方式，盡管采用點對點連接方式，盡管1臺臺發(fā)送器可連接發(fā)送器可連接10臺接收器臺接收器，仍然需要，仍然需要10對對通信線。通信線。3、RS-485串行總線串行總線n是是RS-422總線的擴展，總線的擴展，采用采用1點對多點點對多點的連接方式

5、，而且只需要的連接方式，而且只需要2根通信線根通信線。nRS-485總線規(guī)定總線規(guī)定2根通信線上可以連接根通信線上可以連接32臺發(fā)送器和臺發(fā)送器和32臺接收器，但是臺接收器，但是同時只同時只能有一對發(fā)送器和接收器進行點對點通能有一對發(fā)送器和接收器進行點對點通信信。為半雙工通信方式。為半雙工通信方式。n采用雙端發(fā)送器和接收器，兩者之間無采用雙端發(fā)送器和接收器，兩者之間無公共信號地線，傳輸距離長，速率高。公共信號地線，傳輸距離長，速率高。數(shù)字量輸入輸出技術(shù)數(shù)字量輸入輸出技術(shù)l 在開關(guān)輸入電路中，主要考慮：在開關(guān)輸入電路中，主要考慮：（1）電平轉(zhuǎn)換用電阻分壓法把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。）電平轉(zhuǎn)換用電

6、阻分壓法把電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。（2）RC濾波用濾波用RC濾波器濾出高頻干擾。濾波器濾出高頻干擾。（3）過電壓保護用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護；用穩(wěn)壓）過電壓保護用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。（4）反電壓保護串聯(lián)一個二極管防止反極性電壓輸入。）反電壓保護串聯(lián)一個二極管防止反極性電壓輸入。（5）光電隔離用光耦隔離器實現(xiàn)計算機與外部的完全電隔離。）光電隔離用光耦隔離器實現(xiàn)計算機與外部的完全電隔離。開關(guān)輸入電路開關(guān)輸入電路數(shù)字量輸入（數(shù)字量輸入（DI）通道）通道 數(shù)字量輸入（數(shù)字量輸入（DI）通道：把

7、從控制對象檢）通道：把從控制對象檢測得到的數(shù)字碼、開關(guān)量、脈沖量或中斷測得到的數(shù)字碼、開關(guān)量、脈沖量或中斷請求信號經(jīng)過輸入緩沖器在接口的控制下請求信號經(jīng)過輸入緩沖器在接口的控制下送給計算機。送給計算機。輸 入調(diào) 理電 路輸 入緩 沖器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線注緩沖器的作用緩沖器的作用 n緩沖寄存器又稱緩沖器緩沖寄存器又稱緩沖器，它分輸入緩沖器，它分輸入緩沖器和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將外設(shè)和輸出緩沖器兩種。前者的作用是將外設(shè)送來的數(shù)據(jù)暫時存放，以便處理器將它取送來的數(shù)據(jù)暫時存放，以便處理器將它取走；后者的作用是用來暫時存放處理器送走；后者的作用是用來暫時存放處理器送往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有了數(shù)控

8、緩沖器，就可以往外設(shè)的數(shù)據(jù)。有了數(shù)控緩沖器，就可以使高速工作的使高速工作的CPU與慢速工作的外設(shè)起協(xié)與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用調(diào)和緩沖作用，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。由，實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。由于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上，故必須具有三于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上，故必須具有三態(tài)輸出功能。態(tài)輸出功能。 任務(wù)任務(wù) 把計算機輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對把計算機輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進行控制的數(shù)字驅(qū)動信號。生產(chǎn)過程進行控制的數(shù)字驅(qū)動信號。 常用電路常用電路三極管輸出驅(qū)動電路、繼電器輸出驅(qū)動三極管輸出驅(qū)動電路、繼電器輸出驅(qū)動電路、晶閘管輸出驅(qū)動電路、固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動電路、晶閘管輸出驅(qū)動電路、固態(tài)繼電

9、器輸出驅(qū)動電路等。電路等。 選擇選擇根據(jù)現(xiàn)場負荷的不同，如指示燈、繼電器、根據(jù)現(xiàn)場負荷的不同，如指示燈、繼電器、接觸器、電機、閥門等，可以選用不同的功率放大接觸器、電機、閥門等，可以選用不同的功率放大器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通道。器件構(gòu)成不同的開關(guān)量驅(qū)動輸出通道。數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出（數(shù)字量輸出（DO）通道）通道 數(shù)字量輸出（數(shù)字量輸出（DO）通道：把從計算機輸出）通道：把從計算機輸出的數(shù)字信號通過接口輸出數(shù)字信號、脈沖的數(shù)字信號通過接口輸出數(shù)字信號、脈沖信號或開關(guān)信號信號或開關(guān)信號(控制通道控制通道,電磁閥電磁閥)輸 出驅(qū) 動器輸 出鎖 存器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線注

10、鎖存器的作用鎖存器的作用 v鎖存器鎖存器就是把當(dāng)前的狀態(tài)鎖存起來，使就是把當(dāng)前的狀態(tài)鎖存起來，使CPU送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時送出的數(shù)據(jù)在接口電路的輸出端保持一段時間鎖存后間鎖存后狀態(tài)不再發(fā)生變化狀態(tài)不再發(fā)生變化，直到解除鎖定。，直到解除鎖定。還有些芯片具有鎖存器，比如芯片還有些芯片具有鎖存器，比如芯片74LS273就具有鎖存的功能，它可以通過把一個引腳就具有鎖存的功能，它可以通過把一個引腳置高后，輸出就會保持現(xiàn)有的狀態(tài)，直到把置高后，輸出就會保持現(xiàn)有的狀態(tài)，直到把該引腳清該引腳清0后才能繼續(xù)變化。后才能繼續(xù)變化。 注普通三極管驅(qū)動電路普通三極管驅(qū)動電路 6047K3.3管極三DELV5+03