計(jì)算機(jī)控制技術(shù) 西電版PPT第3章輸入輸出通道接口技術(shù)

1、第3章輸入輸出通道接口技術(shù)(jsh)共七十六頁(yè)第3章 輸入(shr)/輸出通道接口技術(shù) 概述 輸入輸出通道的結(jié)構(gòu) 模擬量輸入通道接口技術(shù) 模擬量輸出(shch)通道接口技術(shù) 數(shù)字量輸入輸出通道 過(guò)程通道的抗干擾與可靠性設(shè)計(jì)共七十六頁(yè)3.1 概 述 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的控制，必須把現(xiàn)場(chǎng)的各種測(cè)試參數(shù)，如溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的物理量或開關(guān)量，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理結(jié)果又必須轉(zhuǎn)換為電壓或電流 ，以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。因此在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間，必須設(shè)置信息傳遞和變換(binhun)裝置，這個(gè)裝置稱為過(guò)程輸入/輸出通道。共七十六頁(yè)典型的單片機(jī)測(cè)

2、控系統(tǒng)硬件(yn jin)組成框圖 單片計(jì)算機(jī)接口DAAD多路開關(guān)反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器變送器接口接口接口生產(chǎn)設(shè)備或過(guò)程通用外設(shè)輸入/輸出通道共七十六頁(yè) 輸入/輸出信號(hào)一般有兩種類型：一種是隨時(shí)間連續(xù)(linx)變化的物理量，稱為模擬信號(hào)；一種是只有開和關(guān)(或1和0)兩種狀態(tài)的量，稱為開關(guān)量（數(shù)字量）。因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入/輸出通道分模擬量通道和數(shù)字量（開關(guān)量）通道兩類。3.2 輸入/輸出(shch)通道的結(jié)構(gòu)共七十六頁(yè) 信息(xnx)種類信息(xnx)來(lái)源通道類型數(shù)字量開關(guān)量輸入閥門的開、關(guān)，接點(diǎn)的通、斷，電平的高、低數(shù)字量輸入通道數(shù)據(jù)數(shù)碼各類數(shù)字傳感器、控制器等

3、脈沖量輸入 長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、流量測(cè)定轉(zhuǎn)換等中斷輸入操作人員請(qǐng)求、過(guò)程報(bào)警等模擬量電流信號(hào)壓力、溫度、液位、濕度、速度、質(zhì)量、位移等模擬量輸入通道電壓信號(hào)共七十六頁(yè)信息來(lái)源 輸出驅(qū)動(dòng)輸出信息種類通道類型數(shù)字量計(jì)算機(jī)輸出的閥門的開、關(guān)，觸點(diǎn)的通、斷，電機(jī)的啟、停等開關(guān)量 數(shù)字量輸出通道數(shù)字量（數(shù)字設(shè)備）數(shù)字量執(zhí)行器（電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓執(zhí)行器械）電壓或電流 模擬量 輸出通道共七十六頁(yè)3.2.1 模擬量輸入通道(tngdo)的結(jié)構(gòu)輸入通道的一般(ybn)結(jié)構(gòu)：1、并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)CPUI/O接口電路A/D轉(zhuǎn)換采樣/保持器采樣/保持器A/D轉(zhuǎn)換來(lái)自現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)2、共享轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)多路開關(guān)信號(hào)處理信號(hào)處理信號(hào)處理 放大器

4、邏輯控制S/HA/DI/O接口電路CPU共七十六頁(yè)3.2.2 模擬量輸出(shch)通道結(jié)構(gòu)輸出通道的一般結(jié)構(gòu)：1、多通道獨(dú)立D/A轉(zhuǎn)換(zhunhun)形式CPUI/O接口電路D/A轉(zhuǎn)換隔離執(zhí)行器放大轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換隔離執(zhí)行器放大轉(zhuǎn)換2、多通道共享D/A轉(zhuǎn)換形式CPUI/O接口電路D/A轉(zhuǎn)換反多路開關(guān)保持器保持器共七十六頁(yè)3.3 模擬量輸入(shr)通道接口技術(shù) 在單片機(jī)的實(shí)時(shí)測(cè)控和智能化儀表等應(yīng)用系統(tǒng)中，常需將檢測(cè)到的連續(xù)變化的模擬量(如溫度、壓力、流量、速度、液位和成分(chng fn)等)通過(guò)模擬量輸入通道轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)，輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入

5、通道的主要組成部分，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)主要是根據(jù)用戶提出的數(shù)據(jù)采集精度及速度等要求，按一定的技術(shù)準(zhǔn)則和經(jīng)濟(jì)原因合理的選擇通道結(jié)構(gòu)和A/D轉(zhuǎn)換器芯片，并適當(dāng)配置多路模擬開關(guān)、前置放大器、采樣保持器、接口和控制電路等，實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的線性轉(zhuǎn)換，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集和處理。共七十六頁(yè)A/D轉(zhuǎn)換器一般分類如下：（1）按轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)的方式，可分為(fn wi)串行與并行兩種，其中并行（串行）ADC又可根據(jù)數(shù)據(jù)寬度分為(fn wi)8位、12位、14位、16位等。（2）按輸出數(shù)據(jù)類型可分為BCD碼輸出型和二進(jìn)制輸出型。（3）按轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式、雙積分式和并行式。共七十

6、六頁(yè)3.3.1 A/D 主要(zhyo)技術(shù)指標(biāo)1、分辨率：用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示，位數(shù)越高，分辨率越高，對(duì)輸入量的變化越靈敏。2、量程：所能轉(zhuǎn)換的電壓（電流）范圍(fnwi)。3、轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間是指啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束所需的時(shí)間 。4、線性誤差：滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。 另外還有工作溫度范圍、對(duì)參考電壓的要求、轉(zhuǎn)換精度（絕對(duì)精度和相對(duì)精度）、偏移誤差、滿刻度誤差等 。共七十六頁(yè) ADC0809 主要特性：1）8路輸入通道，8位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。2）具有轉(zhuǎn)換起、停控制(kngzh)端。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為640kHz時(shí))，130s（時(shí)鐘為500

7、kHz時(shí)）。4）單個(gè)+5V電源供電5）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。7）低功耗，約15mW。3.3.2 并行(bngxng)ADC及接口技術(shù)共七十六頁(yè)ADC0809地址鎖存和譯碼OE通道選擇開關(guān)ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位三態(tài)鎖存緩沖器DACVcc比較器CLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近寄存器SAR定時(shí)和控制D0D1D2D3D4D5D6D7 EOCADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)共七十六頁(yè)例1：如圖所示，試用中斷方式編寫程序，對(duì)IN0IN7通道上的模擬電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行(

8、jnxng)一次采集，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入內(nèi)部RAM 20H單元開始的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。RDWRCP DQQD0D1D2CLKSTARTALEOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN774LS 373P1.0 ADDAADDBADDCD0D7ALEP0INT0 P2.7 MCS-51單片機(jī)1 1 OEGADC0809共七十六頁(yè);主程序START: MOV DPTR，#7FFFH MOV R2，#08H MOV R0，#20H MOV R1，#00H ；IN0通道號(hào) SETB EA SETB EX0 ；開外中斷0 SETB IT0 ；中斷請(qǐng)求信號(hào)為下降沿觸發(fā)(chf) MOV A，R1

9、MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換 LOOP: SJMP LOOP ；等待中斷;中斷服務(wù)程序 ORG 1000HADINT0: MOVX A，DPTR ；讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R0，A ；存儲(chǔ)數(shù)據(jù) INC R1 ；指向下一個(gè)通道 INC R0 DJNZ R2，ROT CLR EX0 JMP EXITROT:MOV A，R1 MOVX DPTR，AEXIT:RETI END共七十六頁(yè)若采用(ciyng)C語(yǔ)言編程，清單如下：#includereg51.h#define uchar unsigned charuchar xdata *adch;uchar data *addata;uc

10、har i;void main() adch=0 x7fff; addata=0 x20; i=0; EA=1; EX0=1;IT0=1; *adch=i; while(1); void ADint0 (void) interrupt 0 uchar j; j=*adch; *addata=j; addata+; i+; if(i=0 x08) EX0=0; else *adch=i; 共七十六頁(yè) 串行ADC具有輸出占用的數(shù)據(jù)線少，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)逐位輸出，輸出速度較慢的特點(diǎn)，但它具有兩大優(yōu)勢(shì)：其一，便于信號(hào)隔離，在數(shù)據(jù)輸出時(shí)，只需少數(shù)幾路光電隔離器件，就可以很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)間的電氣隔離；其二

11、，在轉(zhuǎn)換精度要求日益提高的前提下，使用串行ADC的性價(jià)比較高，且芯片(xn pin)小，引腳少，便于線路板制作。 3.3.3 串行ADC及接口技術(shù)共七十六頁(yè) ADC0832由NS公司研制的8位逐次逼近型串行A/D轉(zhuǎn)換器，其主要特點(diǎn)如下： 1) 8位分辨率； 2) 雙通道A/D轉(zhuǎn)換； 3) 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 4) 5V電源供電(n din)時(shí)輸入電壓在05V之間； 5) 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S； 6) 一般功耗僅為15mW； 7) 8PDIP（雙列直插）、PLCC多種封裝；ADC0832共七十六頁(yè)ADC0832引腳及功能(gngnng)Vcc：電源端，接+

12、5V電源。GND：信號(hào)地。CLK：串行時(shí)鐘輸入端。 DO：數(shù)字量串行輸出(shch)口。CS：使能端。DI：兩路模擬輸入選擇端。 CH0、CH1：兩路模擬信號(hào)輸入端。12348765 CS CH0 CH1 GND Vcc/ref CLK DO DIADC08321. 轉(zhuǎn)換時(shí)，先將CS置于低電平并且保持到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。2. 由DI端輸入啟動(dòng)位和配置位，同時(shí)輸入CLK時(shí)鐘脈沖。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下降沿之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)（SGL、Odd）用于選擇通道功能，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)， 選擇CH0。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，選擇

13、CH1。3. 完成輸入啟動(dòng)位、通道選擇之后，就可以開始讀出數(shù)據(jù)。 共七十六頁(yè)4.7F 例2：編寫(binxi)令A(yù)D0832工作的程序。ADC0832 ADC0832與MCS-51接口(ji ku)電路 Vcc DICSCLKGNDCH0 P1.0 P1.1 P1.2 MCS-51 單 片 機(jī)0.1F +5V + P1.3 DO共七十六頁(yè) #include sbit CS=P10; sbit CLK=P11; sbit D1=P12; sbit D0=P13; void delay(int timer) while(-timer); void pulse(void) CLK=1; delay(

14、4); CLK=0; void main(void) char i, a; CS=0; /選芯片 a=0 x03; /通道選擇(xunz)03通道0； 07通道1 for(i=0;i1; pulse(); /啟動(dòng) 共七十六頁(yè)a=0 x00;delay(50); /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 for(i=0;i8;i+) pulse(); a = a1; if(D0) a = a+1; /讀數(shù) CS=1; /關(guān)閉芯片(xn pin)選擇 共七十六頁(yè)3.4 模擬量輸出(shch)通道接口技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換器是模擬量輸出通道的主要組成部分，完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器一般可分類如下： 1）根據(jù)輸出是電流還

15、是電壓，可以分為電壓輸出型和電流輸出型。 2）根據(jù)輸出端是串口還是并口，可以分為串行輸出型和并行輸出型。 3）根據(jù)內(nèi)部(nib)是否有鎖存器，可以分為無(wú)鎖存器型和帶鎖存器型。 共七十六頁(yè)3.4.1 DAC的主要(zhyo)性能指標(biāo) 1. 分辨率：是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述。 2. 轉(zhuǎn)換精度：實(shí)際(shj)模擬輸出和理論值的接近程度。3. 非線性誤差 ：是指實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差。 4. 建立時(shí)間：建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個(gè)重要參數(shù)。共七十六頁(yè)3.4.2 并行(bngxng)DAC及接口技術(shù)DAC0832主要特性： 1）分辨率為8位； 2）電流

16、穩(wěn)定(wndng)時(shí)間1us； 3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 4）單一電源供電（+5V+15V）； 5） VREF的范圍為-10V+10V 6）低功耗，20mW 共七十六頁(yè)LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器DGND DI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1. DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)共七十六頁(yè)Vout-Iout1Rfb-(D/28)VREF單極性電壓(diny)輸出2.DAC0832的輸出(shch)方式RfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF共七十六頁(yè)設(shè) VREF5VDFFH255時(shí)，最

17、大輸出電壓(diny)：Vmax（255/256）5V4.98VD00H時(shí)，最小輸出電壓：Vmin（0/256）5V0VD01H時(shí)，一個(gè)最低有效位（LSB）電壓：VLSB（1/256）5V0.02V共七十六頁(yè)雙極性電壓(diny)輸出Vout2(D27)/27)VREFR1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2共七十六頁(yè)設(shè) VREF5VDFFH255時(shí)，最大輸出(shch)電壓：Vmax（255128）/1285V4.96VD00H時(shí)，最小輸出電壓：Vmin（0128）/1285V5VD81H129時(shí)，一個(gè)最低有效位電壓

18、：VLSB（129128/1285V0.04V共七十六頁(yè)3.DAC0832 的工作方式(fngsh)及與MCS-51的接口例3：根據(jù)(gnj)下圖分別輸出鋸齒波、三角波及方波信號(hào)。設(shè)選通地址為FEH。VoutFEH CS +5V ILE WR +5V XFER D0D7 WR2 ALE P0 _ARfb Iout2 Iout1 VREF DAC0832 MCS-51單片機(jī) 鎖存器 譯碼器 WR1 共七十六頁(yè) 鋸齒(jch)波程序： ORG 0100H MOVR0，#0FEH CLRA ；轉(zhuǎn)換初值LOOP： MOVX R0，A ；D/A轉(zhuǎn)換 INC A ；轉(zhuǎn)換值增量 NOP ；延時(shí) NOP NO

19、P SJMP LOOP END#include”absacc.h”#include”intrins.h”#define DA0832 PBYTE0 xfe#define uchar unsigned charvoid main()uchar i;while(1) for (i=0;i=255;i=i+) DA0832=i; _nop_(); _nop_(); _nop_(); 共七十六頁(yè)三角(snjio)波程序： ORG 0100H MOV R0，#0FEH CLR ADOWN：MOVX R0，A ；線性段下降(xijing) INC A JNZ DOWN MOV A，#0FEH ； UP：M

20、OVX R0，A ；線性上升段 DEC A JNZ UP SJMP DOWN END#include”absacc.h”#define DA0832 PBYTE0 xfe#define uchar unsigned charvoid main()uchar i;while(1) for (i=0;i0;i=i-) DA0832=i; 共七十六頁(yè)方波程序(chngx)： ORG 0200H MOV R0，#0FEH LOOP： MOVA，#00H；置上限(shngxin)電平 MOVX R0，A ACALL DELAY；形成方波頂寬 MOV A，#0FFH；置下限電平 MOVX R0，A ACA

21、LL DELAY；形成方波底寬 SJMP LOOP END#include”absacc.h”#define DA0832 PBYTE0 xfe#define uchar unsigned charvoid delay()uchar i;for (i=0;i0 xff;i=i+);void main()uchar i;while(1) DA0832=0; delay(); DA0832=0 xff; delay(); 共七十六頁(yè)3.4.3 串行DAC及接口技術(shù) 并行D/A轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，通常不超過(guò)10s，但它們的引腳較多，芯片體積大，與單片機(jī)連接時(shí)電路較復(fù)雜。因此，在有些遠(yuǎn)距離通信中，為

22、節(jié)省連結(jié)導(dǎo)線，而且對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不是很高的場(chǎng)合，可以選用串行D/A轉(zhuǎn)換芯片，雖然(surn)輸出建立時(shí)間較并行D/A轉(zhuǎn)換芯片長(zhǎng)，但是串行D/A轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)連接時(shí)所用引線少、電路簡(jiǎn)單，而且芯片體積小、價(jià)格低。共七十六頁(yè) TLV5614是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的4路12位電壓輸出型串行輸入的D/A轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量由高位到低位逐次一位一位地輸入。主要特點(diǎn)如下： 1） 12位分辨率，電壓輸出型； 2） 四通道D/A轉(zhuǎn)換； 3） 可以與TMS320、SPI、QSPI和51內(nèi)核單片機(jī)接口； 4） 采用雙電源供電，即DVDD和DGND、AVDD和AGND； 5） 轉(zhuǎn)換時(shí)間為3 9S； 6）一般(ybn)功耗僅

23、為8mW； 7） 具有兩種封裝形式: SOIC 和TSSOP；TLV5614共七十六頁(yè)1234567816151413121110 9 DVDD PD LDAC DIN SCLK CS FS DGND AVDD VrefAB OUTA OUTB OUTC OUTD VrefCD AGNDTLV5614DVDD、DGND: 串行接口電源, 范圍為: 2.7 5.5 V。AVDD、AGND: 輸出端口的模擬電源, 范圍為: 2.7 5. 5V; 在用戶對(duì)精度和抗干擾的要求不是很嚴(yán)格的情況下, 兩種電源可以合用。VrefAB、VrefCD: 輸出端基準(zhǔn)電壓輸入端, 二者可以不同。由于TLV5614采

24、用 2倍增益輸出方式, 當(dāng)需要(xyo)輸出 05V的模擬量時(shí), 基準(zhǔn)電源為2.5V, 需要(xyo)輸出010V 的模擬量時(shí), 基準(zhǔn)電源為5V。PD: 掉電模式。CS: 片選。LDAC: 為低電平時(shí), DAC 輸出端口進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。FS: 幀同步輸入, 幀同步脈沖的下降沿表示串行數(shù)據(jù)幀的開始。SCLK: 串行時(shí)鐘輸入。DIN: 串行數(shù)據(jù)輸入。VoutA、Vou tB、VoutC、VoutD: DAC 輸出端口。1.TLV5614引腳功能(gngnng)共七十六頁(yè)1）TLV 5614輸出16位數(shù)據(jù)，16位數(shù)據(jù)字由兩部分組成: 控制位( D15 D12)和數(shù)據(jù)位( D11 D0)。 PWR: “

25、1”快速轉(zhuǎn)換模式, “0”慢速轉(zhuǎn)換模式;SPD: “1”DAC 掉電狀態(tài), “0”DAC正常狀態(tài);2）注意LDAC引腳，低電平的時(shí)候才會(huì)刷新DA數(shù)據(jù)。3）FS是幀同步信號(hào)，和片選CS一樣，芯片必須檢測(cè)到一個(gè)下降沿才開始第一幀的數(shù)據(jù)同步。 4）數(shù)字量由高位到低位逐次(zh c)一位一位地輸入。D15D14D13D12D11 D0A1A0PW RSPD 數(shù)據(jù)位2.TLV5614使用(shyng)說(shuō)明共七十六頁(yè)2.TLV5614與MCS-51單片機(jī)的接口(ji ku)電路SCLKLDACDINFSP1.0 P1.1P1.2VOUTATLV5614MCS-51 單 片 機(jī)P1.3VOUTBVOUTCV

26、OUTDCSPD+5V共七十六頁(yè)#include sbit LDAC=P10; / /控制DAC 的刷新sbit DIN=P11; / /數(shù)據(jù)輸入(shr)sbit SCLK=P12; / /時(shí)鐘輸入sbit FS=P13; / /幀同步輸入void TLV5614(char CH, int code) int data com; char data i ;switch ( CH )case 0: com = code&0 x2fff;break;case 1: com = code&0 x6fff;break;case 2: com = code&0 xafff;break;case 3:

27、com = code&0 xefff;break;default:break; / /通道選擇LDAC = 0; / /數(shù)據(jù)刷新FS=1;FS=0; / /下降沿幀同步(tngb)輸入for(i=16; i0; i-) DIN= (bit) (com&0 x8000); / /寫數(shù)據(jù)SCLK=1;com=1; / /數(shù)據(jù)移位SCLK=0; / /時(shí)鐘輸入LDAC =1;FS= 1; 共七十六頁(yè)3.5 開關(guān)(kigun)量輸入輸出通道 開關(guān)量輸入通道的主要任務(wù)是將現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)或儀表盤中各種繼電器接點(diǎn)信號(hào)有選擇地傳送給計(jì)算機(jī)，在控制系統(tǒng)中主要起以下作用：1）隨時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、暫停按鈕狀態(tài)

28、，以做相應(yīng)的處理。2）定時(shí)記錄生產(chǎn)過(guò)程中某些設(shè)備的狀態(tài)，例如電動(dòng)機(jī)是否在運(yùn)轉(zhuǎn)、閥門是否開啟、行程開關(guān)是否到位等。3）對(duì)生產(chǎn)過(guò)程中的某些狀態(tài)進(jìn)行定時(shí)檢查，以保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，如是否過(guò)溫過(guò)壓、料位是否超限、是否發(fā)生故障等。 這些開關(guān)量信號(hào)的電平狀態(tài)通常無(wú)法滿足單片機(jī)控制系統(tǒng)中I/O接口(ji ku)的工作電平，因此在開關(guān)量輸入通道中，需要完成電平轉(zhuǎn)換任務(wù)，同時(shí)為了系統(tǒng)的安全、可靠，還需考慮信號(hào)的消抖、濾波和隔離等問(wèn)題。 3.5.1 開關(guān)量輸入通道共七十六頁(yè)1.輸入信號(hào)調(diào)理(tio l)電路_R1 C1 D2+ D1R2來(lái)自現(xiàn)場(chǎng) 數(shù)字信號(hào)共七十六頁(yè)2.防抖動(dòng)輸入(shr)電路+5V3.6K+5V3.

29、6K輸出信號(hào)+5V輸出信號(hào)雙穩(wěn)態(tài)電路(dinl)斯密特電路共七十六頁(yè) 可以應(yīng)用于計(jì)數(shù)(j sh)、位置狀態(tài)、轉(zhuǎn)速等多方面的測(cè)試。 D T P1.0 8031 3. 防干擾(gnro)輸入隔離及電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換電路+24V+5VL_ D T X C1R1 C2 R2利用光電隔離及電平轉(zhuǎn)換共七十六頁(yè)光電傳感器在產(chǎn)量計(jì)數(shù)(j sh)中的應(yīng)用 圖中，紅外發(fā)光二極管和紅外接收三極管分別(fnbi)安裝在產(chǎn)品流水線傳送帶的兩邊，每當(dāng)傳送帶上有一個(gè)產(chǎn)品經(jīng)過(guò)，就會(huì)遮擋紅外光線一次，使紅外接收三極管輸出一個(gè)脈沖電平信號(hào)。單片機(jī)對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。共七十六頁(yè) 光電傳感器在位置(w

30、i zhi)檢測(cè)中的應(yīng)用 圖中，當(dāng)移動(dòng)的物體一旦擋住紅外光線，紅外接收三極管就會(huì)輸出一個(gè)脈沖(michng)信號(hào)。此裝置可以用來(lái)檢測(cè)物體的有或無(wú)，可以作為運(yùn)動(dòng)物體的限位檢測(cè)電路，可以作為外人侵入的報(bào)警檢測(cè)電路，也可以作為自動(dòng)門的控制電路。 共七十六頁(yè) 除了(ch le)光電傳感器外，還有電感式接近開關(guān)。下圖是電感式接近開關(guān)的應(yīng)用原理圖。 感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)形成一交變(jio bin)磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬類物體接近時(shí)，在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流并吸收振蕩器的能量，使振蕩信號(hào)變?nèi)趸蛲Ｖ拐袷?，在檢波放大器和輸出電路的作用下，產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入單片機(jī)的P1.0端口，用于有無(wú)物體接近的檢測(cè)。因此電感式接近開

31、關(guān)可以和紅外光電管一樣，用于有無(wú)物體接近或?qū)?jīng)過(guò)物體進(jìn)行計(jì)數(shù)，或者用于物體的位置狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。利用電磁感應(yīng)隔離及電平轉(zhuǎn)換共七十六頁(yè)R利用(lyng)繼電器隔離及電平轉(zhuǎn)換 現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)控制小型繼電器，由繼電器觸點(diǎn)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路(dinl)得到邏輯電平再輸入到接口。+12V+5VL_X繼電器CD共七十六頁(yè)3.5.2 開關(guān)量輸出(shch)通道 在工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)中，對(duì)被控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)常采用模擬量輸出驅(qū)動(dòng)和開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)兩種方式。 模擬量輸出是指其輸出信號(hào)(電壓、電流)可變，根據(jù)控制算法，使設(shè)備在零到滿負(fù)荷之間運(yùn)行，在一定的時(shí)間T內(nèi)輸出所需的能量P。 開關(guān)量輸出則是通過(guò)控制設(shè)備處于“開”或“關(guān)”狀態(tài)

32、(zhungti)的時(shí)間來(lái)達(dá)到運(yùn)行控制目的。如根據(jù)控制算法，同樣要在T時(shí)間內(nèi)輸出能量P，則可控制設(shè)備滿負(fù)荷工作時(shí)間t，即采用脈寬調(diào)制的方法，可達(dá)到相同的要求。 開關(guān)量輸出控制已越來(lái)越廣泛地被應(yīng)用，由于采用數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)時(shí)間控制可以達(dá)到很高精度。因此，在許多場(chǎng)合開關(guān)量輸出控制精度比一般的模擬量輸出控制高，而且利用開關(guān)量輸出控制往往無(wú)須改動(dòng)硬件，而只需改變程序就可用于不同的控制場(chǎng)合。共七十六頁(yè)1. 光電耦合接口(ji ku) 光電耦合接口是通過(guò)光電元器件來(lái)實(shí)現(xiàn)的，光電元器件由發(fā)光二極管和光電三極管構(gòu)成。可應(yīng)用于信號(hào)隔離、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏輯電路(lu j din l)、長(zhǎng)線傳輸、過(guò)載

33、保護(hù)、高壓控制和電路變換等電路。注意:單片機(jī)系統(tǒng)的接地與光電隔離器的輸出部分的地不能共地，兩者的供電也不同，才能達(dá)到電氣上隔離的作用。 D T 8031 P1.02003K5V5V共七十六頁(yè)雙向晶閘管觸發(fā)(chf)接口(ji ku)電路5+VMCS-51 P1.07407 200220V 330RfzVTMOC3021 共七十六頁(yè)2.電磁(dinc)繼電器輸出 繼電器是電氣控制中常用的控制器件，它實(shí)際上是用較小的電流去控制較大電流的一種“自動(dòng)開關(guān)”，因此在電路中起著自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。 電磁繼電器（EMR）一般由通電線圈和觸點(diǎn)（常開或常閉）構(gòu)成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)的作用，使

34、常開觸點(diǎn)閉合以及常閉觸點(diǎn)斷開，而觸點(diǎn)輸出部分可以直接與高電壓(diny)連接，控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作。共七十六頁(yè)電磁(dinc)繼電器接口(ji ku)+5V J-1TIL117 VCDMCS-51 P1.07407 2003kJ VC1k1kT 9013D 共七十六頁(yè)3. 固態(tài)(gti)繼電器接口 固態(tài)繼電器（SSR）是一種新型的電子開關(guān)，與機(jī)械式繼電器相比，其控制電流小，無(wú)觸點(diǎn)，無(wú)噪聲，可以實(shí)現(xiàn)光電隔離，工作頻率高，體積小，壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)測(cè)控領(lǐng)域(ln y)中，有替代傳統(tǒng)的機(jī)械式電磁繼電器的趨勢(shì)。 固態(tài)繼電器有直流型和交流型兩種。直流型主要用于直流大功率場(chǎng)合，交流型有過(guò)零觸發(fā)和非過(guò)零觸發(fā)

35、兩種。交流型固態(tài)繼電器本質(zhì)是帶光電隔離的可控硅組合裝置，是一個(gè)有二個(gè)輸入端，二個(gè)輸出端的四端器件，外面用環(huán)氧封裝。SSR1234共七十六頁(yè) 直流型固態(tài)(gti)繼電器的驅(qū)動(dòng)電流在3-20mA，控制輸出的工作電壓在10-200V左右。 DC - SSR負(fù)載 如果負(fù)載是感性的，需加二極管吸收反電勢(shì)引起的電能，保護(hù)直流固態(tài)(gti)繼電器的輸出部分，引腳4接負(fù)載端地，千萬(wàn)不能與控制端共地。共七十六頁(yè)直流固態(tài)(gti)繼電器接口(ji ku)電路+5V R MCS-51 P1.0DC-SSRZfz共七十六頁(yè) 交流型固態(tài)繼電器有三相和單相之分。在電路中，如要控制三相交流電機(jī)，則三相電源通過(guò)交流型固態(tài)繼電

36、器加到電動(dòng)機(jī)上，在控制方式上與直流型固態(tài)繼電器相似。 在具體(jt)應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)控制電壓和被控制電壓的大小，選擇適當(dāng)?shù)墓虘B(tài)繼電器，使用中，千萬(wàn)不能使負(fù)載端短路，造成大電流燒毀器件，要考慮器件的散熱條件，使用感性負(fù)載時(shí)要加保護(hù)元件，一般固態(tài)繼電器適用于大功率的控制場(chǎng)合。共七十六頁(yè)單相(dn xin)交流固態(tài)繼電器內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 交流固態(tài)(gti)繼電器應(yīng)用電路 共七十六頁(yè)4. 電磁閥 電磁閥是常用的二位式電動(dòng)執(zhí)行器，它是依靠電磁力而工作的。它有電開型（通電(tng din)閥打開）和電閉型（通電(tng din)閥閉合）兩種，當(dāng)產(chǎn)品樣本未標(biāo)注時(shí)，一般均為電開型。 共七十六頁(yè)電磁閥驅(qū)動(dòng)(q dn)

37、電路電磁閥驅(qū)動(dòng)(q dn)電路共七十六頁(yè)3.6.1 串模干擾(gnro)及其抑制3.6 過(guò)程(guchng)通道的抗干擾與可靠性設(shè)計(jì) 串模干擾是指干擾電壓與有效信號(hào)串聯(lián)疊加后作用到系統(tǒng)上的。串模干擾通常來(lái)自于高壓輸電線、與信號(hào)線平行鋪設(shè)的電源線及大電流控制線所產(chǎn)生的空間電磁場(chǎng)。由傳感器來(lái)的信號(hào)線有時(shí)長(zhǎng)達(dá)一二百米，干擾源通過(guò)電磁感應(yīng)和靜電耦合作用加上如此長(zhǎng)的信號(hào)線上的感應(yīng)電壓，其數(shù)值是相當(dāng)可觀的。共七十六頁(yè) 在控制系統(tǒng)中， 主要的抗串模干擾措施是用低通輸入(shr)濾波器濾除交流干擾， 而對(duì)于直流串模干擾則采用補(bǔ)償措施。 常用的低通濾波器有RC網(wǎng)絡(luò)、 LC網(wǎng)絡(luò)、 雙T網(wǎng)絡(luò)及有源濾波器。共七十六頁(yè)

38、一般情況下可以考慮如下原則： (1) 若串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用低通濾波器來(lái)抑制高頻串模干擾。 (2) 如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則采用高通濾波器來(lái)抑制低頻串模干擾。 (3) 如果干擾頻率處于被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，則使用帶通濾波器較為適宜。 (4) 當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源，系統(tǒng)對(duì)采樣速率要求不高時(shí)，使用雙斜率積分式A/D 轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。 (5) 對(duì)于主要來(lái)自電磁感應(yīng)的串模干擾，應(yīng)盡可能早地對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行前置放大，以提高回路中的信噪比(SIN)，或盡可能早地完成A/D 轉(zhuǎn)換或采用隔離和屏蔽等措施。 (6) 如果串模干擾的變化速度與被測(cè)信號(hào)相當(dāng)(xingd

39、ng)，則應(yīng)消除產(chǎn)生串模干擾的根源，并在軟件中使用數(shù)字濾波技術(shù)。 共七十六頁(yè)3.6.2 共模(n m)干擾及其抑制 共模干擾是兩個(gè)信號(hào)線之間或者一個(gè)信號(hào)線和地線之間的干擾。共模干擾是在信號(hào)線與地之間傳輸(chun sh)，屬于非對(duì)稱性干擾。往往是指同時(shí)加載在各個(gè)輸入信號(hào)接口段的共有的信號(hào)干擾。 對(duì)于三相電路來(lái)說(shuō)，共模干擾存在于任何一相與大地之間。是載流導(dǎo)體與大地之間的電位差。共七十六頁(yè)變壓器隔離(gl)示意圖1. 變壓器隔離變壓器隔離干擾的原理圖如下所示， 利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開來(lái)， 即把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_， 使共模干擾電壓不成回路(hul)， 抑制共模干擾。共七十六頁(yè)2

40、. 光電隔離光耦合器， 簡(jiǎn)稱光耦， 是以光為媒介傳輸信號(hào)的器件， 其輸入端配置發(fā)光源， 輸出端配置受光器， 因而輸入和輸出在電氣上是完全隔離的， 如下圖所示。 利用光耦合器完成信號(hào)的傳送(chun sn)， 實(shí)現(xiàn)電路的隔離。 光耦合隔離(gl)電路圖共七十六頁(yè)3. 繼電器隔離 利用繼電器的線圈與觸點(diǎn)之間沒(méi)有電氣聯(lián)系的特點(diǎn)， 在信號(hào)通道(tngdo)里加接繼電器可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)弱電之間的抗干擾隔離。 常用電路如下圖所示。繼電器隔離(gl)示意圖4. 屏蔽方法利用屏蔽方法使輸入信號(hào)的“模擬地” 浮空， 從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。共七十六頁(yè)3.6.3 長(zhǎng)線(chn xin)傳輸干擾的抑制 微機(jī)在工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)中的普