第04章 過程通道與人機(jī)接口

1、2022-5-251 2022-5-252過程通道過程通道2022-5-253人機(jī)接口人機(jī)接口 計(jì)算機(jī)和操作人員之間常常需要互通信息計(jì)算機(jī)和操作人員之間常常需要互通信息 ，為此計(jì)算機(jī)和操作人員之間應(yīng)設(shè)置顯示器為此計(jì)算機(jī)和操作人員之間應(yīng)設(shè)置顯示器和操作器，其中一種是和操作器，其中一種是CRT顯示器和鍵盤，顯示器和鍵盤，另外一種是針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)另外一種是針對(duì)某個(gè)生產(chǎn)過程控制的特點(diǎn)而設(shè)計(jì)的操作控制臺(tái)等。通常把上述兩類而設(shè)計(jì)的操作控制臺(tái)等。通常把上述兩類設(shè)備簡(jiǎn)稱為人機(jī)接口。設(shè)備簡(jiǎn)稱為人機(jī)接口。 作用：顯示生產(chǎn)過程的狀況；供操作人員作用：顯示生產(chǎn)過程的狀況；供操作人員操作；顯示操作結(jié)果。操作

2、；顯示操作結(jié)果。2022-5-254本章主要內(nèi)容2022-5-2554.1數(shù)字量輸入輸出通道2022-5-2564.1.1 數(shù)字量的概念及種類(1) 數(shù)字量（開關(guān)量）的概念數(shù)字量（開關(guān)量）的概念 開關(guān)的閉合與斷開開關(guān)的閉合與斷開 指示燈的亮與滅指示燈的亮與滅 繼電器或接觸器的吸合與釋繼電器或接觸器的吸合與釋放放 電機(jī)的啟動(dòng)與停止電機(jī)的啟動(dòng)與停止 設(shè)備的安全狀況等。設(shè)備的安全狀況等。2022-5-2574.1.1 數(shù)字量的概念及種類(1)Zelio Relay可插拔式中間繼電器 2022-5-2582022-5-2594.1.1 數(shù)字量的概念及種類(2) 數(shù)字量（開關(guān)量）的種類數(shù)字量（開關(guān)量）的

3、種類 按類型分有按類型分有電平式電平式和和觸點(diǎn)式觸點(diǎn)式兩種兩種p電平式為高電平或低電平電平式為高電平或低電平p觸點(diǎn)式為觸點(diǎn)閉合或觸點(diǎn)斷開觸點(diǎn)式為觸點(diǎn)閉合或觸點(diǎn)斷開，一般分兩類：一般分兩類：機(jī)械機(jī)械觸點(diǎn)觸點(diǎn)：按鈕、旋鈕、行程開關(guān)、繼電器等觸點(diǎn)按鈕、旋鈕、行程開關(guān)、繼電器等觸點(diǎn) 電子觸點(diǎn)電子觸點(diǎn)：晶體管輸出型的接近開關(guān)和光電觸點(diǎn)等：晶體管輸出型的接近開關(guān)和光電觸點(diǎn)等 2022-5-25104.1.2 數(shù)字量輸入通道(1) DIDI的任務(wù)的任務(wù): : 把外界被控對(duì)象的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、把外界被控對(duì)象的開關(guān)狀態(tài)信號(hào)、或數(shù)字信號(hào)送至計(jì)算機(jī)或微處理器。或數(shù)字信號(hào)送至計(jì)算機(jī)或微處理器。 2022-5-25114

4、.1.2 數(shù)字量輸入通道(2)圖4.1 . 數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)2022-5-25124.1.2 數(shù)字量輸入通道(3) 外部裝置或生產(chǎn)過程的狀態(tài)信號(hào)，可能是外部裝置或生產(chǎn)過程的狀態(tài)信號(hào)，可能是電壓、電流、開關(guān)的觸點(diǎn)等，會(huì)引起瞬時(shí)電壓、電流、開關(guān)的觸點(diǎn)等，會(huì)引起瞬時(shí)的的高壓、過低壓、接觸抖動(dòng)高壓、過低壓、接觸抖動(dòng)等現(xiàn)象等現(xiàn)象 為了將外部開關(guān)量引入到計(jì)算機(jī)，必須將為了將外部開關(guān)量引入到計(jì)算機(jī)，必須將現(xiàn)場(chǎng)輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)，這些功能稱為信號(hào)調(diào)理。信號(hào)，這些功能稱為信號(hào)調(diào)理。

5、 2022-5-25134.1.2 數(shù)字量輸入通道(4) 消除由于觸點(diǎn)機(jī)械擾動(dòng)而產(chǎn)生的震蕩信號(hào)圖 4.2 小功率輸入調(diào)理電路(消除抖動(dòng))010111002022-5-25144.1.2 數(shù)字量輸入通道(5)2022-5-25154.1.2 數(shù)字量輸入通道(6)2022-5-25164.1.2 數(shù)字量輸入通道(7) 圖 4.4 漏極輸入的數(shù)字量輸入接線原理框圖2022-5-25174.1.2 數(shù)字量輸入通道(8) 圖 4.5 源極輸入的數(shù)字量輸入接線原理框圖2022-5-25184.1.3 數(shù)字量輸出通道(1) DODO的任務(wù)：的任務(wù)： 把計(jì)算機(jī)送出的數(shù)字信號(hào)（或開關(guān)信號(hào)）把計(jì)算機(jī)送出的數(shù)字信號(hào)

6、（或開關(guān)信號(hào)）傳送給開關(guān)器件，如指示燈、繼電器，控傳送給開關(guān)器件，如指示燈、繼電器，控制它們的通斷、閉合或亮、滅等。制它們的通斷、閉合或亮、滅等。2022-5-25194.1.3 數(shù)字量輸出通道(2)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:24-Jul-2006Sheet of File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表20060601.ddbDrawn By:輸出鎖存器輸出驅(qū)動(dòng)電路地址譯碼及控制電路PC總線送去生產(chǎn)過程2022-5-25204.1.3 數(shù)字量輸出通道(3)晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電路晶體管輸出驅(qū)動(dòng)電路繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路繼電器輸

7、出驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路2022-5-25214.1.3 數(shù)字量輸出通道(4)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:31-May-2006Sheet of File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表MyDesign.ddbDrawn By:R1 +5V R2 DC5-30V保險(xiǎn)絲控制器內(nèi)部控制器外部輸出鎖存器負(fù)載 2022-5-25224.1.3 數(shù)字量輸出通道(5)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:31-May-2006Sheet of

8、File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表MyDesign.ddbDrawn By:R1 +5V R2 DC5-30V控制器內(nèi)部控制器外部輸出鎖存器 繼電器線圈RL 電源 2022-5-25234.1.3 數(shù)字量輸出通道(6)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:31-May-2006Sheet of File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表MyDesign.ddbDrawn By:R1 +5V輸出鎖存器零交叉電壓觸發(fā)電路SCRR2 C1 RL 交流電源 2022-5-2524l零交叉電路是指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電零交叉電路是

9、指，當(dāng)加入控制信號(hào)，交流電壓過零時(shí)，壓過零時(shí)，SSRSSR才會(huì)變?yōu)橥☉B(tài)；而當(dāng)斷開控制才會(huì)變?yōu)橥☉B(tài)；而當(dāng)斷開控制信號(hào)后，信號(hào)后，SSRSSR要等待交流電的正半周與負(fù)半周要等待交流電的正半周與負(fù)半周的交界點(diǎn)的交界點(diǎn)( (零電位零電位) ) 時(shí)，時(shí)，SSRSSR才會(huì)變?yōu)閿鄳B(tài)。才會(huì)變?yōu)閿鄳B(tài)。l這種設(shè)計(jì)能防止產(chǎn)生高次諧波干擾和對(duì)電網(wǎng)這種設(shè)計(jì)能防止產(chǎn)生高次諧波干擾和對(duì)電網(wǎng)的污染。所以的污染。所以只有在交流電壓的零電位點(diǎn)只有在交流電壓的零電位點(diǎn)，AC SSRAC SSR才會(huì)導(dǎo)通（有控制電壓信號(hào)）或關(guān)斷才會(huì)導(dǎo)通（有控制電壓信號(hào)）或關(guān)斷（無控制電壓信號(hào)）。當(dāng)（無控制電壓信號(hào)）。當(dāng)AC AC 電壓為零時(shí)，沒電壓為

10、零時(shí)，沒有電流流過，這就使得繼電器中的半導(dǎo)體設(shè)備有電流流過，這就使得繼電器中的半導(dǎo)體設(shè)備安全、容易的通斷。安全、容易的通斷。 2022-5-25254.1.4 數(shù)字量輸入輸出通道的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)(1) 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，開關(guān)量的輸入輸出在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，開關(guān)量的輸入輸出接口極其普遍。在設(shè)計(jì)上，一般都將開關(guān)接口極其普遍。在設(shè)計(jì)上，一般都將開關(guān)量的輸入輸出接口做在同一塊模板上，這量的輸入輸出接口做在同一塊模板上，這樣可以節(jié)省硬件成本，充分利用計(jì)算機(jī)的樣可以節(jié)省硬件成本，充分利用計(jì)算機(jī)的有限資源，方便用戶使用有限資源，方便用戶使用。 圖圖4.104.10給出了給出了PCPC總線的總線的DIODIO模

11、板原理圖模板原理圖2022-5-2526123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Jan-2006Sheet of File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表MyDesign.ddbDrawn By:OE19DIR1A12B118A23B217A34B316A45B415A56B514A67B613A78B712A89B811U1SN74LS245NA1B2C3OE2A4OE2B5OE16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U2SN74LS138NOE1P02Q03P14Q15P26Q27P38Q39P41

12、1Q412P513Q514P615Q616P717Q718P=Q19U5SN74LS688N1OE11A121A241A361A481Y4121Y3141Y2161Y1182Y432Y352Y272Y192A1112A2132A3152A4172OE19U3SN74LS244ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7CLR1CLK11D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819U4SN74LS273NRESETK1K2K8J1J4L1L4J2J3L2L3K3K4K5K6K7D0D1D2D3D4D5D6D

13、7DATA0DATA1DATA2DATA3DATA4DATA5DATA6DATA7CSIORVCCA0A1A2AENA9A8A7A6A5A4A312345678161514131211109SW1SW-DIP8VCC輸入調(diào)理電路輸出驅(qū)動(dòng)電路 Y0Y0圖 4. 10 PC總線的數(shù)字量輸入輸出模板原理圖2022-5-25272022-5-2528本節(jié)主要內(nèi)容2022-5-25294.2 4.2 模擬量輸出通道2022-5-25304.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理（1）2022-5-25314.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理（2） D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要組成轉(zhuǎn)換器的主要組成 基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓V VREFRE

14、F T T型（型（R-2RR-2R）電阻網(wǎng)絡(luò)）電阻網(wǎng)絡(luò) 位切換開關(guān)位切換開關(guān)BSBSi i （i i=0=0，1 1，n-1n-1） 運(yùn)算放大器運(yùn)算放大器A A 輸出電壓輸出電壓V VOUTOUT與輸入二進(jìn)制數(shù)與輸入二進(jìn)制數(shù)D D0 0 D Dn-1n-1的關(guān)系的關(guān)系 V VOUT OUT = = V VREFREF（D D0 02 20 0+ D+ D1 12 21 1+ D+ D2 22 22 2+ + D+ + Dn-1n-12 2n-1n-1）/ 2/ 2n n2022-5-25324.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理（3） T T型網(wǎng)絡(luò)組成的型網(wǎng)絡(luò)組成的D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖圖

15、4 .11 D/A轉(zhuǎn)換的原理框圖123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Jan-2006Sheet of File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表MyDesign.ddbDrawn By:ABSn-12RRBSn-22RBS12RRBS02R2RVREFRDn-1Dn-2D1D010101010VoutII1I1I2In-1In2022-5-25334.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器原理（4） 分辨率：分辨率： 基準(zhǔn)電壓與2 的比值=Vref/2 =1LSB 最低有效位(Least Significant Bit ) 穩(wěn)定時(shí)間（又稱轉(zhuǎn)換

16、時(shí)間）穩(wěn)定時(shí)間（又稱轉(zhuǎn)換時(shí)間） 輸入二進(jìn)制數(shù)變化量是滿量程時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出達(dá)到離終值1/2LSB時(shí)所需時(shí)間 絕對(duì)精度絕對(duì)精度 全量程范圍內(nèi)，D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出值與理論值之間的最大偏差nn2022-5-25344.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（1） D/AD/A轉(zhuǎn)換器的種類轉(zhuǎn)換器的種類 按數(shù)字量輸入方式，有按數(shù)字量輸入方式，有 并行輸入和串行輸入并行輸入和串行輸入 按模擬量輸出方式按模擬量輸出方式 電流輸出和電壓輸出電流輸出和電壓輸出 按按D/AD/A轉(zhuǎn)換的分辯率轉(zhuǎn)換的分辯率 低分辯率、中分辯率和高分辯率低分辯率、中分辯率和高分辯率2022-5-25354.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及

17、接口電路（2）DAC0832是8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換芯片，DAC0832具有以下主要特點(diǎn)： 與TTL電平兼容； 分辨率為8位； 建立時(shí)間為1s； 功耗為20mW； 電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。2022-5-25364.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（3）圖4.12 DAC0832的結(jié)構(gòu)框圖和引腳2022-5-25374.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（4）2022-5-25384.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（5） 雙緩沖方式雙緩沖方式 單緩沖方式單緩沖方式 直通方式直通方式2022-5-25394.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（6）圖4.13 DAC0832接口電路2022-5-25

18、404.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（7）與與8 8位位DAC0832DAC0832的的2 2點(diǎn)區(qū)別點(diǎn)區(qū)別 分 辨 率 為分 辨 率 為 1 21 2 位位 ， 有， 有 1 21 2 條 數(shù) 據(jù) 輸 入 線條 數(shù) 據(jù) 輸 入 線（DIDI0 0DIDI1111），采用），采用2424腳雙立直插式封裝。腳雙立直插式封裝。 可用可用字節(jié)控制信號(hào)字節(jié)控制信號(hào)BYTE1/2BYTE1/2控制數(shù)據(jù)的輸入控制數(shù)據(jù)的輸入該 信 號(hào) 為 高 電 平 時(shí) ，該 信 號(hào) 為 高 電 平 時(shí) ， 1 21 2 位 數(shù) 據(jù)位 數(shù) 據(jù)（DI0DI11DI0DI11）同時(shí)存入第一級(jí)的兩個(gè)輸入）同時(shí)存入第一級(jí)的兩個(gè)

19、輸入寄存器；寄存器；當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，只將低當(dāng)該信號(hào)為低電平時(shí)，只將低4 4位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)（DI0DI3DI0DI3）存入低）存入低4 4位輸入寄存器。位輸入寄存器。2022-5-25414.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（8）圖4.14 DAC1210原理框圖2022-5-25424.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路（9）圖4.15 DAC1210接口電路2022-5-25434.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出（1） 在計(jì)算機(jī)過程控制中，外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)有電流控制的，也有電壓控制的，因此根據(jù)不同的情況，使用不同的輸出方式。 D/A轉(zhuǎn)換的結(jié)果若是與輸入二進(jìn)制碼成比例的電流，稱為電流DAC，若是與

20、輸入二進(jìn)制碼成比例的電壓，稱為電壓DAC。2022-5-25444.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出（2）圖4.16 單極性電壓輸出原理圖2022-5-25454.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出（3）圖4.17 雙極性電壓輸出原理圖2022-5-25464.2.3 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出（4）圖4.18 D/A轉(zhuǎn)換器的電流輸出2022-5-25474.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（1） 由于由于D/A轉(zhuǎn)換器輸出直接與被控對(duì)象相連，容易轉(zhuǎn)換器輸出直接與被控對(duì)象相連，容易通過公共地線引入干擾，因此要采取通過公共地線引入干擾，因此要采取隔離措施隔離措施。通常采用光電耦合器，使控制器和被控對(duì)象只有通常采用光電

21、耦合器，使控制器和被控對(duì)象只有光的聯(lián)系，達(dá)到隔離的目的。光的聯(lián)系，達(dá)到隔離的目的。 光電耦合器光電耦合器由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在同由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在同一管殼內(nèi)組成，發(fā)光二極管的輸入和光敏三極管一管殼內(nèi)組成，發(fā)光二極管的輸入和光敏三極管的輸出具有類似于普通三極管的輸入的輸出具有類似于普通三極管的輸入-輸出特性輸出特性 兩種隔離方式：兩種隔離方式：模擬信號(hào)隔離模擬信號(hào)隔離和和數(shù)字信號(hào)隔離數(shù)字信號(hào)隔離。2022-5-25484.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（2）圖4.19 模擬信號(hào)隔離輸出電路2022-5-25494.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（3）2022-5-25

22、504.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（4）圖4.20 數(shù)字信號(hào)隔離輸出電路2022-5-25514.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù)（5）2022-5-25524.2.5 D/A轉(zhuǎn)換器模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)(1) 合理地選擇合理地選擇D/A轉(zhuǎn)換芯片及相關(guān)外圍電路轉(zhuǎn)換芯片及相關(guān)外圍電路，掌握各類集成電路性能指標(biāo)及引腳功能，掌握各類集成電路性能指標(biāo)及引腳功能，以及與以及與D/A轉(zhuǎn)換模板連接的轉(zhuǎn)換模板連接的CPU或計(jì)算機(jī)總或計(jì)算機(jī)總線的功能、接口及其特點(diǎn)；線的功能、接口及其特點(diǎn)； 軟硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合軟硬件設(shè)計(jì)相結(jié)合，不增加硬件成本就能，不增加硬件成本就能實(shí)現(xiàn)的功能應(yīng)由硬件來實(shí)現(xiàn)，需要增加硬實(shí)現(xiàn)的功能

23、應(yīng)由硬件來實(shí)現(xiàn)，需要增加硬件成本才能實(shí)現(xiàn)的功能，同時(shí)軟件也能實(shí)件成本才能實(shí)現(xiàn)的功能，同時(shí)軟件也能實(shí)現(xiàn)的功能由軟件實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)的功能由軟件實(shí)現(xiàn)。2022-5-25534.2.5 D/A轉(zhuǎn)換器模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)(2)此外還需注意：此外還需注意：（1）安全可靠：盡量選用性能好的元器件，并采）安全可靠：盡量選用性能好的元器件，并采用光電隔離技術(shù)；用光電隔離技術(shù)；（2）性能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一：一個(gè)好的設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)）性能與經(jīng)濟(jì)的統(tǒng)一：一個(gè)好的設(shè)計(jì)不僅體現(xiàn)在性能上應(yīng)達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)，還必須考慮設(shè)計(jì)的在性能上應(yīng)達(dá)到預(yù)定的指標(biāo)，還必須考慮設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，在選擇集成電路芯片時(shí)，應(yīng)綜合考慮速經(jīng)濟(jì)性，在選擇集成電路芯片時(shí)，應(yīng)綜合考慮

24、速度、精度、工作環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等因素。度、精度、工作環(huán)境和經(jīng)濟(jì)性等因素。（3）通用性：從通用性出發(fā)，在設(shè)計(jì)）通用性：從通用性出發(fā)，在設(shè)計(jì)D/A轉(zhuǎn)換器模轉(zhuǎn)換器模板時(shí)應(yīng)考慮以下三個(gè)方面：符合總線標(biāo)準(zhǔn)、用戶板時(shí)應(yīng)考慮以下三個(gè)方面：符合總線標(biāo)準(zhǔn)、用戶可以任意選擇口地址和輸入方式?？梢匀我膺x擇口地址和輸入方式。2022-5-25544.2.5 D/A轉(zhuǎn)換器模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)(3) ：2022-5-25552022-5-25562022-5-2557本節(jié)主要內(nèi)容2022-5-2558 4.3 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道（又稱為模擬量輸入通道（又稱為A/DA/D接口）接口） 把被控對(duì)象的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)

25、可以接收的數(shù)字信號(hào)把被控對(duì)象的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以接收的數(shù)字信號(hào) 模擬量輸入通道的組成模擬量輸入通道的組成 多路模擬切換開關(guān)多路模擬切換開關(guān) 前置放大器前置放大器 采樣保持器采樣保持器 控制電路等控制電路等2022-5-25594.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(1) A/D轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)換器是用來通過一定的電路將模擬量轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字量。 模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可模擬量可以是電壓、電流等電信號(hào)，也可以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非以是壓力、溫度、濕度、位移、聲音等非電信號(hào)。但在電信號(hào)。但在A/D轉(zhuǎn)換前，輸入到轉(zhuǎn)換前，輸入到A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器的輸入信號(hào)

26、必須經(jīng)各種傳感器把各種物器的輸入信號(hào)必須經(jīng)各種傳感器把各種物理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。理量轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)。 A/D轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有轉(zhuǎn)換后，輸出的數(shù)字信號(hào)可以有8位、位、10位、位、12位和位和16位等。位等。2022-5-25604.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(2) 主要介紹以下三種方法：主要介紹以下三種方法： 逐次逼近法逐次逼近法 雙積分法雙積分法 電壓頻率轉(zhuǎn)換法電壓頻率轉(zhuǎn)換法2022-5-25614.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(3)2022-5-25624.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(4)圖4.21 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖2022-5-25634.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(5)20

27、22-5-25644.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(6) 2022-5-25654.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(7)圖4.22 雙積分式A/D轉(zhuǎn)換的原理框圖2022-5-25664.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(8)2022-5-25674.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(9)2022-5-25684.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(10)圖4.23 電壓頻率式A/D轉(zhuǎn)換原理框圖2022-5-25694.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(11)。 2022-5-25704.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器原理(12) 分辨率：分辨率：能分辨的最小模擬輸入量能分辨的最小模擬輸入量 轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間：完成一次轉(zhuǎn)換所需時(shí)間完成一次轉(zhuǎn)換所需

28、時(shí)間 量程：量程：能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍 精度：精度：數(shù)字輸出量與對(duì)應(yīng)模擬輸入量的實(shí)際值數(shù)字輸出量與對(duì)應(yīng)模擬輸入量的實(shí)際值 與理論值的差值與理論值的差值2022-5-25714.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(1)2022-5-25724.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(2)2022-5-25734.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(2)圖4.24 ADC0809的結(jié)構(gòu)框圖和引腳2022-5-25744.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(3)2022-5-25754.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(4)對(duì)ADC0809的控制過程是： 首先確定ADDA、ADDB、ADDC

29、三位地址，決定選擇哪一路模擬信號(hào)； 使ALE端接受一正脈沖信號(hào)，使該路模擬信號(hào)經(jīng)選擇開關(guān)到達(dá)比較器的輸入端； 使START端接受一正脈沖信號(hào)，START的上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換； EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時(shí)，數(shù)據(jù)已保存到8位三態(tài)輸出鎖存器中。此時(shí)CPU就可以通過使OE信號(hào)為高電平，打開ADC0809三態(tài)輸出，由ADC0809輸出的數(shù)字量傳送到CPU。2022-5-25764.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(5) 。2022-5-25774.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(5)2022-5-25

30、784.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(6)2022-5-25794.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(7)圖 4. 25 ADC0809接口電路123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Jan-2006Sheet of File:D:教師工作資料計(jì)算機(jī)控制技術(shù)圖表MyDesign.ddbDrawn By:IN026IN127IN228IN31IN42IN53IN64IN752-8172-7142-6152-582-4182-3192-2202-121ADDC23ADDB24ADDA25CLOCK10 11REF(+)12REF(

31、-)16 13OE9START6ALE22EOC7J?ADC0809D0D1D2D3D4D5D6D7VCC74LS3932QA1A8MHzIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7EOC231 ASN74LS28D564 BSN74LS28D譯碼器YiIORIOW2022-5-25804.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(8) 例例4.1利用圖利用圖4.25，采用無條件傳送方式，編寫一，采用無條件傳送方式，編寫一段輪流從段輪流從IN0IN7采集采集8路模擬信號(hào)，并把采集到路模擬信號(hào)，并把采集到的數(shù)字量存入的數(shù)字量存入0100開始的開始的8個(gè)單元內(nèi)的程序。個(gè)單元內(nèi)的程序。 程序如下：程序如

32、下： MOV DI, 0100H；設(shè)置存放數(shù)據(jù)的首址；設(shè)置存放數(shù)據(jù)的首址 MOV BL, 08H；采集；采集8次計(jì)數(shù)器次計(jì)數(shù)器 MOV AH, 00H；選；選0通道通道 AA1 MOV AL, AH MOV DX, ADPORT；設(shè)置；設(shè)置ADC0809芯片地址芯片地址 OUT DX, AL；使；使ALE、START有效有效,選擇模擬通道選擇模擬通道2022-5-25814.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(9) MOV CX, 0050H WAIT LOOP WAIT；延時(shí)，等待A/D轉(zhuǎn)換 IN AL,DX；使OUTPUTENABLE有效 MOVDI,AL；保存數(shù)據(jù) INC AH；換下一個(gè)模

33、擬通道 INC DI；修改數(shù)據(jù)區(qū)指針 DEC BL JNZ AA1 2022-5-25824.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(10) AD574是美國(guó)模擬器件公司的產(chǎn)品，是較是美國(guó)模擬器件公司的產(chǎn)品，是較先進(jìn)的高集成度、低價(jià)格的逐次逼近式轉(zhuǎn)先進(jìn)的高集成度、低價(jià)格的逐次逼近式轉(zhuǎn)換器。換器。 AD574由兩片大規(guī)模集成電路構(gòu)成。一片由兩片大規(guī)模集成電路構(gòu)成。一片為為D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD565，另一片集成了逐次逼，另一片集成了逐次逼近寄存器近寄存器SAR、轉(zhuǎn)換控制電路、時(shí)鐘電路、轉(zhuǎn)換控制電路、時(shí)鐘電路、總線接口電路和高分辨比較器電路總線接口電路和高分辨比較器電路。2022-5-25834.3.2

34、A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(11)圖 4. 26 AD574的結(jié)構(gòu)框圖2022-5-25844.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(12)2022-5-25854.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(13) 2022-5-25864.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(14) 圖4.27 12位AD574與8088CPU的接口電路圖2022-5-25874.3.2A/D轉(zhuǎn)換器芯片及接口電路(15) 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換并采用查詢方式，采集數(shù)據(jù)的程序如下： MOV DX,278H OUT DX,AL； 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，0、0、CE1，A00 MOV DX,27AH； 設(shè)置三態(tài)門地址 AA1 IN AL,DX； 讀

35、取STS狀態(tài) TEST AL,80H； 測(cè)試STS電平 JNE AA1；STS1 等待，STS0向下執(zhí)行 MOV DX,278H IN AL,DX； 讀高8位數(shù)據(jù)，1，0，CE1，A01，CE=1 MOV AH,AL； 保存高8位數(shù)據(jù) MOV DX,279H IN AL,DX； 讀低4位數(shù)據(jù)，=1, =0,A0=1,CE=12022-5-25884.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(1)2022-5-25894.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(2)2022-5-25904.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(3) 無源無源I/V變換主要是利用無源器件電阻來實(shí)變換主要是利用無源器件電阻來實(shí)現(xiàn)，并加濾波和輸出

36、限幅等保護(hù)措施，如現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅等保護(hù)措施，如圖圖4.28所示。所示。 2022-5-25914.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(4) 對(duì)于對(duì)于010mA輸入信號(hào)，可取輸入信號(hào)，可取R1=100，R2=500，且，且R2為精密電阻，這樣當(dāng)為精密電阻，這樣當(dāng)I為為010mA電流時(shí)，輸出的電流時(shí)，輸出的V為為05V；對(duì)于；對(duì)于420mA輸入信號(hào)，可取輸入信號(hào)，可取R1=100，R2=250，且且R2為精密電阻，這樣當(dāng)輸入的電流為為精密電阻，這樣當(dāng)輸入的電流為420mA時(shí)，輸出的時(shí)，輸出的V為為15V。2022-5-25924.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(5) 有源有源I/V變換主要是利用有

37、源器件運(yùn)算放大變換主要是利用有源器件運(yùn)算放大器、電阻來實(shí)現(xiàn)，如圖器、電阻來實(shí)現(xiàn)，如圖4.29所示。所示。 圖4.29 有源I/V變換電路2022-5-25934.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(6) 該同相放大電路的放大倍數(shù)為： A=1+R4/R3 若取R3=100K，R4=150K，R1=200，則010mA輸入對(duì)應(yīng)于05V的電壓輸出。若取R3=100K，R4=25K，R1=200，則420mA輸入對(duì)應(yīng)于15V的電壓輸出。 2022-5-25944.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(7)圖4.30 CD4501的結(jié)構(gòu)和引腳圖2022-5-25954.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的外圍電路(8)2022-5-

38、25964.3.4A/D轉(zhuǎn)換器接口的隔離技術(shù) 隔離方式同D/A轉(zhuǎn)換器接口隔離技術(shù)，主要采用光電耦合器2022-5-25974.3.3A/D轉(zhuǎn)換器模板的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)2022-5-25982022-5-2599本節(jié)主要內(nèi)容2022-5-251004.4 人-機(jī)接口 人人- -機(jī)接口是操作人員與計(jì)算機(jī)之間相互機(jī)接口是操作人員與計(jì)算機(jī)之間相互交換信息的接口，通過這些接口，操作交換信息的接口，通過這些接口，操作人員可以對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，并能實(shí)時(shí)人員可以對(duì)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作，并能實(shí)時(shí)了解到計(jì)算機(jī)控制的有關(guān)內(nèi)容。了解到計(jì)算機(jī)控制的有關(guān)內(nèi)容。 人機(jī)接口包括鍵盤、打印機(jī)、顯示器等人機(jī)接口包括鍵盤、打印機(jī)、顯示器等20

39、22-5-251014.4.1 鍵盤接口（1）2022-5-251024.4.1 鍵盤接口（1） 鍵盤是一組按鍵或開關(guān)的集合，鍵盤接口向計(jì)鍵盤是一組按鍵或開關(guān)的集合，鍵盤接口向計(jì)算機(jī)提供被按鍵的代碼。算機(jī)提供被按鍵的代碼。 常用的鍵盤有兩種常用的鍵盤有兩種 : : 編碼鍵盤編碼鍵盤:能夠自動(dòng)提供被按鍵的編碼（比能夠自動(dòng)提供被按鍵的編碼（比如如ASII碼或二進(jìn)制編碼）。碼或二進(jìn)制編碼）。 特點(diǎn)：使用方便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。特點(diǎn)：使用方便、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高。 非編碼鍵盤：僅僅簡(jiǎn)單地提供按鍵的通或斷非編碼鍵盤：僅僅簡(jiǎn)單地提供按鍵的通或斷狀態(tài)（狀態(tài)（“0”或或“1”），而按鍵的掃描和識(shí)別），而按鍵的掃

40、描和識(shí)別則由用戶的鍵盤程序來實(shí)現(xiàn)。則由用戶的鍵盤程序來實(shí)現(xiàn)。 特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于用戶自行設(shè)計(jì)。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于用戶自行設(shè)計(jì)。2022-5-25103 圖4.31 獨(dú)立連接式鍵盤電路示例2022-5-251044.4.1 鍵盤接口（3） 硬件方法：一般采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或?yàn)V波器來硬件方法：一般采用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器或?yàn)V波器來消除抖動(dòng)干擾。消除抖動(dòng)干擾。 軟件方法：一般采用軟件延時(shí)或重復(fù)掃描的方軟件方法：一般采用軟件延時(shí)或重復(fù)掃描的方法，即多次掃描的狀態(tài)皆相同，則認(rèn)為此按鍵法，即多次掃描的狀態(tài)皆相同，則認(rèn)為此按鍵狀態(tài)已穩(wěn)定。狀態(tài)已穩(wěn)定。 優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，適用于按鍵數(shù)較少的情況。優(yōu)點(diǎn)：電路簡(jiǎn)單，適用于

41、按鍵數(shù)較少的情況。 缺點(diǎn)：是浪費(fèi)電路，對(duì)于按鍵數(shù)較多的情況，缺點(diǎn)：是浪費(fèi)電路，對(duì)于按鍵數(shù)較多的情況，應(yīng)采用矩陣連接式鍵盤。應(yīng)采用矩陣連接式鍵盤。 2022-5-25105圖4.32 矩陣連接式鍵盤電路示例2022-5-251064.4.1 鍵盤接口（5）(1)輸出輸出0000到到4根行線，再輸入根行線，再輸入4根列線的狀態(tài)。如果列根列線的狀態(tài)。如果列輸入為輸入為1111，則無一鍵被按下；否則，則有鍵被按下。，則無一鍵被按下；否則，則有鍵被按下。這一步通常稱為鍵掃描。這一步通常稱為鍵掃描。 (2)在確定了有鍵被按下后，接下來的就是要確定哪只鍵在確定了有鍵被按下后，接下來的就是要確定哪只鍵被按下。

42、為此采用行掃描法，即逐行輸出行掃描信號(hào)被按下。為此采用行掃描法，即逐行輸出行掃描信號(hào)“0”，再根據(jù)輸入的列線狀態(tài)，判定那只鍵被按下。，再根據(jù)輸入的列線狀態(tài)，判定那只鍵被按下。這一步通常稱為鍵識(shí)別。這一步通常稱為鍵識(shí)別。(3)確定被按鍵后，再根據(jù)該鍵的功能進(jìn)行相應(yīng)的處理，確定被按鍵后，再根據(jù)該鍵的功能進(jìn)行相應(yīng)的處理，這一步通常稱為鍵處理。這一步通常稱為鍵處理。 2022-5-251074.4.1 鍵盤接口（6） 2022-5-251084.4.1 鍵盤接口（7）2022-5-251094.4.2 顯示器接口(1) 常用的顯示方式常用的顯示方式 指示燈指示燈 LEDLED、LCDLCD（液晶顯示）

43、（液晶顯示） 模擬屏顯示模擬屏顯示 圖文顯示圖文顯示 新型薄膜晶體管新型薄膜晶體管TFTTFT等等2022-5-251104.4.2 顯示器接口(2) 圖形顯示器圖形顯示器CRTCRT 由一個(gè)圖形監(jiān)視器和相應(yīng)的控制電路組成由一個(gè)圖形監(jiān)視器和相應(yīng)的控制電路組成 是目前在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用最多，技術(shù)是目前在工業(yè)控制計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用最多，技術(shù)最成熟的圖形顯示技術(shù)最成熟的圖形顯示技術(shù) 最常用的方式是插入一塊最常用的方式是插入一塊TVGATVGA圖形控制卡來圖形控制卡來實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的圖形顯示功能實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的圖形顯示功能 特點(diǎn)是技術(shù)成熟、支持軟件豐富、價(jià)格低廉，特點(diǎn)是技術(shù)成熟、支持軟件豐富、價(jià)格低廉，可以滿足

44、大部分工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的一般性需要可以滿足大部分工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)的一般性需要2022-5-251114.4.2 顯示器接口(3) 特殊的高標(biāo)準(zhǔn)要求特殊的高標(biāo)準(zhǔn)要求 高性能的智能圖形控制卡，加上高分辨率的高性能的智能圖形控制卡，加上高分辨率的顯示器滿足特殊用戶對(duì)分辨率的高要求顯示器滿足特殊用戶對(duì)分辨率的高要求 智能圖形卡含有圖形顯示控制器，接收處理機(jī)送智能圖形卡含有圖形顯示控制器，接收處理機(jī)送來的圖形命令并利用硬件完成作圖任務(wù)來的圖形命令并利用硬件完成作圖任務(wù) 智能圖形卡一般可直接插入智能圖形卡一般可直接插入PCPC擴(kuò)展槽中使用擴(kuò)展槽中使用 工業(yè)的智能圖形終端一般設(shè)計(jì)指標(biāo)很高，價(jià)工業(yè)的智能圖形終端一般設(shè)計(jì)指標(biāo)很高，價(jià)格也較高，一般用于專門的應(yīng)用場(chǎng)合格也較高，一般用于專門的應(yīng)用場(chǎng)合。2022-5-251124.4.2顯示器接口（4） CRTCRT顯示技術(shù)具有如下特點(diǎn)顯示技術(shù)具有如下特點(diǎn) 屏幕顯示尺寸大屏幕顯示尺寸大 圖像分辨率高圖像分辨率高 顯示顏色豐富、逼真顯示顏色豐富、逼真 顯示和刷新速度快顯示和刷新速度快 圖像清晰且亮度高圖像清晰且亮度高 允許工作溫度范圍廣（允許工作溫度范圍廣（-10-10 +90 +90） 缺點(diǎn)是體積與功耗較大，易受振動(dòng)和沖擊，缺點(diǎn)是體積與功耗較大，易受振動(dòng)和沖擊，容易受輻射線、磁場(chǎng)干擾容易受輻射