第二章 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)1 - 復(fù)件

計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)Computer-ControlledSystem電力學(xué)院自動(dòng)化系張計(jì)科§2.1硬件基礎(chǔ)§2.2信號(hào)分析§2.3數(shù)學(xué)描述§2.4控制系統(tǒng)分析基礎(chǔ)第二章計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)理論基礎(chǔ)§2.1硬件基礎(chǔ)控制核心人機(jī)接口單元輸入輸出單元抗干擾技術(shù)、可靠性技術(shù)—系統(tǒng)的安全保障§2.1硬件基礎(chǔ)控制核心—系統(tǒng)的核心輸入輸出接口—系統(tǒng)的耳目、手腳人機(jī)接口—系統(tǒng)的窗口§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）1、組成：

CPU

RAM，ROM(PROM、E2PROM或FLASH)

RAM，ROM(PROM、E2PROM或FLASH)

外設(shè)接口（外存儲(chǔ)器、顯示器、鍵盤或操作臺(tái)等）

通信接口（串行、并行）其它等等。2、主要功能：

接受數(shù)據(jù)與信息

控制策略解算與決策

發(fā)布信息與報(bào)警§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式①按結(jié)構(gòu)分：

獨(dú)立式§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

模板式②按構(gòu)成模式分：

模塊式§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PC-BasedControlSystem）③按應(yīng)用分：IPCCompactPCI-based工控機(jī)變形機(jī)AT96總線工控機(jī)主板CompactPCI/AT96總線工控機(jī)主板§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PC-BasedControlSystem）③按應(yīng)用分：IPCA.價(jià)格低；B.系統(tǒng)資源相對(duì)充裕；C.軟件可移植性優(yōu)良控制；D.人機(jī)界面及編程功能易于集成；E.易于將過程控制、邏輯控制、批量控制及運(yùn)動(dòng)控制等合為一體；F.不依賴于各種專有的控制系統(tǒng);G.惡劣環(huán)境適應(yīng)性較差；H.運(yùn)行穩(wěn)定性、熱拔插和冗余配置較差。§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PC-BasedControlSystem）③按應(yīng)用分：CompactPCI是一種基于標(biāo)準(zhǔn)PCI總線的小巧而堅(jiān)固的高性能總線技術(shù)。1994年P(guān)ICMG（PCIIndustrialComputerManufacturersGroup,PCI工業(yè)計(jì)算機(jī)制造商聯(lián)盟）提出了CompactPCI技術(shù)，它定義了更加堅(jiān)固耐用的PCI版本。在電氣、邏輯和軟件方面，它與PCI標(biāo)準(zhǔn)完全兼容。卡安裝在支架上，并使用標(biāo)準(zhǔn)的Eurocard外型。CompactPCI-based工控機(jī)§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PC-BasedControlSystem）③按應(yīng)用分：A.兼具IPC的許多優(yōu)點(diǎn)；B.良好的開放性；C.良好的散熱性；D.高溫定性；E.高可靠性；F.可熱拔插。CompactPCI-based工控機(jī)§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

通用工業(yè)控制計(jì)算機(jī)（PC-BasedControlSystem）③按應(yīng)用分：變形機(jī)AT96總線工控機(jī)主板CompactPCI/AT96總線工控機(jī)主板§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

PLC（ProgrammableController）③按應(yīng)用分：整體式模塊式§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

DCS控制器（主控單元）③按應(yīng)用分：§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式系統(tǒng)③按應(yīng)用分：PC/104總線工控機(jī)A.

小尺寸結(jié)構(gòu)：標(biāo)準(zhǔn)模塊的機(jī)械尺寸是3.6×3.8英寸，即96×90mm。

B.堆棧式連接：去掉總線背板和插板滑道，總線以“針”和“孔”的形式層疊連接，即PC/104總線模塊之間總線的連接是通過上層的針和下層的孔相互咬合相連，這種層疊封裝有極好的抗震性。

C.輕松總線驅(qū)動(dòng)：減少元件數(shù)量和電源消耗，4mA總線驅(qū)動(dòng)即可使模塊正常工作，每個(gè)模塊1～2W能耗。§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式系統(tǒng)③按應(yīng)用分：?jiǎn)纹瑱C(jī)A.

接口線多、位操作指令豐富、邏輯操作功能強(qiáng)；

B.集成度較好；

C.主要應(yīng)用于工業(yè)檢測(cè)與控制、計(jì)算機(jī)外設(shè)、智能儀器儀表、通信設(shè)備和家用電器等。§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式系統(tǒng)③按應(yīng)用分：DSPA.

DSP芯片采用改進(jìn)的哈佛結(jié)構(gòu),程序和數(shù)據(jù)具有獨(dú)立的存儲(chǔ)空間，有著各自獨(dú)立的程序總線和數(shù)據(jù)總線，由于可以同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)和程序進(jìn)行尋址，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)；

B.DSP指令系統(tǒng)是流水線操作使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行;C.采用專用的硬件乘法器;D.快速的中斷處理和硬件I/O支持;E.可以并行執(zhí)行多個(gè)操作F.其它?！?.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式系統(tǒng)③按應(yīng)用分：ARMARM處理器是Acorn有限公司面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。全稱為AcornRISCMachine。ARM處理器本身是32位設(shè)計(jì)，但也配備16位指令集，一般來講比等價(jià)32位代碼節(jié)省達(dá)35%，卻能保留32位系統(tǒng)的所有優(yōu)勢(shì)。§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式系統(tǒng)③按應(yīng)用分：ARMA.體積小、低功耗、低成本、高性能；

B.支持Thumb（16位）/ARM（32位）雙指令集，能很好的兼容8位/16位器件;C.大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快;D.大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成;E.尋址方式靈活簡(jiǎn)單，執(zhí)行效率高;F.指令長(zhǎng)度固定。§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）3、分類：

嵌入式系統(tǒng)③按應(yīng)用分：SoC（System-on-Chip

）今天的SoC芯片主要可以分為有三種類型：

A.以MPU為核心，集成各種存儲(chǔ)器、控制電路、時(shí)鐘電路，乃至I/O和

A/D、D/A功能于一個(gè)芯片上；

B.是以DSP為核心，多功能集成為SoC；

C.上兩種的混合或者把系統(tǒng)算法與芯片結(jié)構(gòu)有機(jī)地集成為SoC。

PromiseSmartStorNS4600

Tolapai§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）4、存儲(chǔ)器：類型：

內(nèi)存儲(chǔ)器：RAM，ROM

外存儲(chǔ)器：硬盤，軟盤，光盤工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝：

由于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境惡劣和機(jī)械設(shè)備震動(dòng)等因素， 不易采用具有運(yùn)動(dòng)部件的 硬盤、軟盤和光盤驅(qū)動(dòng)器，

那就采用電子盤，并用后備電池， 保證停電后不丟失電子盤中的數(shù)據(jù)?！?.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）5、系統(tǒng)總線：總線含義：

總線是一些線的集合，

定義了各引線的信號(hào)、電氣和機(jī)械特性?？偩€目的：

廠商按標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)制造計(jì)算機(jī)或部件，

用戶按標(biāo)準(zhǔn)選計(jì)算機(jī)或部件集成所需系統(tǒng)?！?.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）5、系統(tǒng)總線：總線類型：

內(nèi)部總線：計(jì)算機(jī)內(nèi)部的模塊之間進(jìn)行通信的總線。

外部總線：計(jì)算機(jī)之間、計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間進(jìn)行通信的總線。

并行總線：按字節(jié)或字并行傳送位信號(hào)，傳送線數(shù)等于位數(shù)。

串行總線：按字節(jié)或字串行傳送位信號(hào)，一根傳送線上按位先后依次傳送?！?.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）5、系統(tǒng)總線：

內(nèi)部總線的組成總線母板AI板AO板DI板DO板DBABCBPBCPU板內(nèi)部總線組成：

數(shù)據(jù)總線DB

地址總線AB

控制總線CB

電源總線PB總線母板結(jié)構(gòu)

機(jī)械要素：模板尺寸，接插件尺寸和針數(shù)，電氣要素：信號(hào)的電平和時(shí)序。總線母板例如，PC總線：PC/XT(62線)，

PC/AT或ISA(62線+36線)，

PCI(124線)，

PC104(104線)，

CompactPCI，

…….

§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）5、系統(tǒng)總線：外部總線：§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）6、系統(tǒng)通信：串行總線：RS-232，RS-422，RS-485，

USB，IEEE-1394；例如：DCS的輸入輸出總線IOBUS局域網(wǎng)(LAN)：工業(yè)以太網(wǎng)(Ethernet),MAP(制造自動(dòng)化協(xié)議),TCP/IP等例如：DCS控制網(wǎng)絡(luò)(C-NET)

?，F(xiàn)場(chǎng)總線：FF，PROFIBUS，LON，CAN等例如：DCS的輸入輸出總線IOBUS、FCS中發(fā)送和接收電路

：

邏輯“l(fā)”電平為-15V至-5V，

邏輯“0”電平為+5V至+15V，

RS-232電平與TTL電平的 互相轉(zhuǎn)換用

MC1488發(fā)送器和

MC1489接收器。DataTerminalEquipment，DTEDataCommunicationEquipment，DCE

RS-232接口電路示例INOUTINOUTRRTTMC1488DTEMC1489DCEMC1489MC1488..SGNDTxD

RxDDCETxDRxDSGNDDTE§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）6、系統(tǒng)通信：①

RS-232總線①

RS-232總線

基本特性：

25線或9線

基本的三根線：

●發(fā)送數(shù)據(jù)線TxD

●接收數(shù)據(jù)線RxD

●信號(hào)地線SGND

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式

傳輸距離≤15m

傳輸速率≤20Kbps

單端發(fā)送器和接收器

公共地線容易引進(jìn)干擾DataTerminalEquipment，DTEDataCommunicationEquipment，DCE

RS-232接口電路示例INOUTINOUTRRTTMC1488DTEMC1489DCEMC1489MC1488..SGNDTxDRxD

DCETxDRxDSGNDDTE§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）6、系統(tǒng)通信：②

RS-422總線

發(fā)送和接收電路

：

邏輯“l(fā)”電平為-6V至-2V，

邏輯“0”電平為+2V至+6V，

RS-422電平與TTL電平的 互相轉(zhuǎn)換用

MC3487發(fā)送器和

MC3486接收器。

RS-422接口電路示例INOUTINOUTRRTTMC3487DTEMC3486DCEMC3487MC3486DataTerminalEquipment，DTEDataCommunicationEquipment，DCE

DCEDTE§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）6、系統(tǒng)通信：

基本特性：

點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接方式

傳輸距離12~1200m

傳輸速率

120Kbps~10Mbps

雙端發(fā)送器和接收器

無公共地線

全雙工通信方式DataTerminalEquipment，DTEDataCommunicationEquipment，DCE

RS-422接口電路示例INOUTINOUTRRTTMC3487DTEMC3486DCEMC3487MC3486DCEDTE②

RS-422總線§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）6、系統(tǒng)通信：圖RS-485接口電路示例.........RTRT/RT/RT-發(fā)送R-接收T/R-發(fā)送/接收總線③

RS-485總線

基本特性：

1點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)連接方式

傳輸距離12~1200m

傳輸速率

120Kbps~10Mbps

雙端發(fā)送器和接收器

無公共地線

半雙工通信方式§2.1硬件基礎(chǔ)一、控制核心（主機(jī)）6、系統(tǒng)通信：§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元分類：

模擬量輸出單元（AO）

模擬量輸入單元（AI）

數(shù)字量輸入單元（DI）

數(shù)字量輸出單元（DO）§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元結(jié)構(gòu)方式：

模板式

模塊式BaileyInfi90

AIN-220(1)模板式

混合式：●主控單元和輸入輸出單元

集中安裝。

分離式：

●主控單元和輸入輸出單元

分別安裝，用通信線互連。

●輸入輸出單元 可以安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)。

輸入輸出單元的模板式結(jié)構(gòu)BUS主機(jī)板輸入輸出單元主控單元總線母板AIAODIDO（a）混合式BUS板輸入輸出單元AIAODIDO主OI串行通信或網(wǎng)絡(luò)通信主控單元（b）分離式§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元

輸入輸出單元的模塊式結(jié)構(gòu)主控單元AIAODODIRS-485輸入輸出單元(2)模塊式

主控單元、輸入輸出單元的I/O模塊之間 用串行通信線互連，

I/O模塊可以 分散安裝于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，

I/O模塊上有接線端子， 便于就近安裝接線?！?.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元1、任務(wù)：

把被控參數(shù)(如溫度、壓力、流量、料位和成份等)的模擬電壓或電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成CPU可以接收的數(shù)字量信號(hào)。模擬量信號(hào)：●4~20mA，0~10mA，1~5V，0~5V●mV●熱電偶(TC，ThermoelectricCouple)●熱電阻(RTD，ResistanceTemperatureDevice)數(shù)字量信號(hào)：●FFH(8位0/1)，●FFFH(12位0/1)，●FFFFH(16位0/1)（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元2、組成：CPU············

······A/DI/O接口電路控制電路······IN1IN2INn信號(hào)調(diào)理多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口及控制電路（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、信號(hào)調(diào)理：

標(biāo)度變換

信號(hào)濾波

電平轉(zhuǎn)換

線性化處理

等等（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：

幾路或十幾路被測(cè)信號(hào)共用一只A/D，

用多路模擬開關(guān)輪流切換各路被測(cè)信號(hào)，采用分時(shí)A/D轉(zhuǎn)換方式。

理想工作狀態(tài)：開路電阻無窮大，導(dǎo)通電阻為0。要求切換速度快。+15VVDD

16VEE–15VGND873SmS74

S62

S41

S55

S114

S013

S312

S215

譯碼驅(qū)動(dòng)電路電平轉(zhuǎn)換電路691011ABCEN

（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：

CD4051單端8通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān)●信號(hào)S1~Sn共地●每個(gè)信號(hào)用1只開關(guān)●信號(hào)S1~Sn不共地●每個(gè)信號(hào)用2只開關(guān)◆雙端輸入的共模抑制比高（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：

單端輸入

雙端輸入

單端輸入示例：●短接KA的1－2、3－4●短接KB的2－3、5－6●提供32路輸入

CH0～CH31

123465

KB74LS273295612161519181314717438D0D7D6D5D4D3D2D111Q0Q7D7D0WC+A/D

12KA4VI-3AVI+S0SmCD4051S7ENACBU1CH0CH7S0SmCD4051S7ENACBU2CH8CH15S0SmCD4051S7ENACBU3CH16CH23S0SmCD4051S7ENACBU4CH24CH31-

（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：

雙端輸入示例：●短接KA的2－3，●短接KB的1－2、4－5，●提供16路輸入

CH0～CH15為信號(hào)正端

CH16～CH31為信號(hào)負(fù)端

123465

KB74LS273295612161519181314717438D0D7D6D5D4D3D2D111Q0Q7D7D0WC+A/D

12KA4VI-3AVI+S0SmCD4051S7ENACBU1CH0CH7S0SmCD4051S7ENACBU2CH8CH15S0SmCD4051S7ENACBU3CH16CH23S0SmCD4051S7ENACBU4CH24CH31-

◆雙端輸入的共模抑制比高（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、采樣保持器

構(gòu)成：

◆輸入放大器A1◆邏輯控制開關(guān)S◆保持電容器CH(外接)◆輸出放大器A2采樣保持器原理框圖–A2+S邏輯控制CHVO

VI

–A1+

原理：

◆采樣期間： ●開關(guān)S閉合 ●A1給CH充電 ●VO跟隨VI ●不起動(dòng)A/D（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、采樣保持器◆保持期間：●開關(guān)S斷開●CH電壓保持，●起動(dòng)A/D采樣保持器原理框圖–A2+S邏輯控制CHVO

VI

–A1+（a）AD582VOUTCHA1VIN

1保持采樣0+LOGIC–LOGICS

10K+VS

+15V10CH986

1+IN–INOUT

121134+–

–15V5–VS調(diào)零A2（b）LF198保持采樣VOUTCHA1VIN

10+LOGIC–LOGICS

1K+VSCH5

3+IN

872+–

6

4–12V–VS調(diào)零A2

+12V1

–+

示例1： ◆AD582： ●采樣電平為“0”

●保持電平為“1”

示例2： ◆LF198： ●采樣電平為“1”

●保持電平為“0”（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、采樣保持器（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

常用A/D轉(zhuǎn)換方式：◆逐次逼近式：轉(zhuǎn)換時(shí)間短，抗擾性差（電壓比較）

ADC0809（8位），AD574（12位）◆雙斜率積分式：轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗擾性好（積分）

MC14433（11位），ICL7135（14位）（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

常用A/D轉(zhuǎn)換方式：◆逐次逼近式：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

常用A/D轉(zhuǎn)換方式：◆雙斜率積分式：T1T2BAtT

性能指標(biāo)： ◆分辨率8，10，12，14，16位 ◆轉(zhuǎn)換時(shí)間μs~ms ◆轉(zhuǎn)換精度 ◆線性度 ◆轉(zhuǎn)換輸入0~5V，0~10V，-5V~+5V，… ◆轉(zhuǎn)換輸出多為TTL電平(0，1，高阻) ◆……（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

引腳信號(hào)：

●模擬量輸入信號(hào)

●數(shù)字量輸出信號(hào)

●啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)

●轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)

●工作電源

●基準(zhǔn)電源

從應(yīng)用角度了解A/D外特性及引腳信號(hào)（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

ADC0809原理框圖及引腳+開關(guān)樹SAR256RT型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC1216VREF+VREF-8路輸入模擬開關(guān)26272812453VI0VI1VI2VI3VI4VI5VI6VI7地址鎖存與譯碼1113VCCGND25242322ABCALE控制與時(shí)序A/D比較器610CLOCKSTART三態(tài)輸出鎖存緩沖器DO2DO1DO3DO01714158182021199DO4DO5DO6DO7(MSB)(LSB)EOC7OE–

ADC0809芯片：

◆基本特性：

●分辨率為8位

●逐次逼近式

●轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs

●28腳雙立直插式封裝◆特殊性能：

●8路輸入模擬開關(guān)

●開關(guān)選擇電路（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

ADC0809引腳功能：◆VIN0~VIN7(AnalogInputs)：

●8路0～5VDC模擬量輸入端◆A、B、C(3-BitAddress)：

●3位地址線輸入端

●地址譯碼000~111對(duì)應(yīng)輸入端VIN0~VIN7◆ALE(AddressLatchEnable)：

●允許A、B、C地址鎖存信號(hào)，100～200ns

●ALE為輸入端、高電平有效◆CLOCK：

●時(shí)鐘脈沖輸入端，標(biāo)準(zhǔn)頻率640kHz（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器◆START：

●起動(dòng)信號(hào)(輸入，高電平有效)，100～200ns，

●上升沿進(jìn)行內(nèi)部清零，

●下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換?！鬍OC(EndofConversion)：

●轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)(輸出，高電平有效)，

●轉(zhuǎn)換期間為低電平，

●轉(zhuǎn)換結(jié)束為高電平，

●轉(zhuǎn)換周期為8×8個(gè)時(shí)鐘周期，●EOC與START短接，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)轉(zhuǎn)換。

ADC0809引腳功能：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器◆DO0~DO7(DataOutput)：

●8位轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)輸出端，

●三態(tài)輸出鎖存(0，1，高阻)，

●轉(zhuǎn)換期間DO0~DO7呈高阻狀態(tài)，

●DO0為最低位，

●DO7為最高位。

ADC0809引腳功能：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器◆OE(OutputEnable)：

●允許輸出信號(hào)(輸入端，高電平有效)。

●轉(zhuǎn)換期間DO0~DO7呈高阻狀態(tài)，

●轉(zhuǎn)換完畢， 如果OE為高電平， 則輸出DO0~DO7狀態(tài)。

ADC0809引腳功能：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器◆VREF+：

●基準(zhǔn)電壓源正端，標(biāo)準(zhǔn)+5VDC?！鬡REF-：

●基準(zhǔn)電壓源負(fù)端，標(biāo)準(zhǔn)-5VDC?！鬡CC：

●工作電壓源端，+5VDC?！鬐ND：

●電源地端。

ADC0809引腳功能：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

ADC0809工作時(shí)序圖：（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、A/D轉(zhuǎn)換器

接口功能：

●起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

●讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果DO0~

DOn-1（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路A/D接口A/DCPUVINDOiDiACIAD：數(shù)據(jù)線A：地址線C：控制線DOi：轉(zhuǎn)換輸出IA：接口地址

讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的方法：

◆查詢法 ◆定時(shí)法 ◆中斷法（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路①查詢法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口

原理：

●IN指令讀EOC→D7

●判斷D7

的狀態(tài)

EOC=0，轉(zhuǎn)換期間

EOC=1

，轉(zhuǎn)換結(jié)束

接口地址線：

A0A1

A2→ABCA3~A7→譯碼→PA，PB，PC

查詢法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口28161213V10GNDVCCCLOCK252423AB10VREF-VREF+117EOC543212726V17+5V+5VCPBPAOE9RDD7ALE622START接口電路AD1AD2AD7AD3AD0AD4AD5AD6WRRDWRCPU8088500KHZ接口地址譯碼A0A1A2A6A3A4A5A7ADC0809PCDO0DO1DO2DO6DO3DO4DO5DO7D0D1D2D6D3D4D5D7171415818192021（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路PA→ALE，STARTPB→OEPC→讀EOC控制

接口程序：

●1)準(zhǔn)備工作

●2)OUT指令產(chǎn)生PA

→ALE，START

●3)IN指令產(chǎn)生PC→讀EOC→D7

●4)判斷D7

的狀態(tài)：

EOC=0，轉(zhuǎn)換期間，轉(zhuǎn)3) EOC=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)5)

●5)IN指令產(chǎn)生PB→OE，讀DO0~DO7

●6)數(shù)據(jù)處理①查詢法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路28161213V10GNDVCCCLOCK252423AB10VREF-VREF+117EOC543212726V17+5V+5VCPBPAOE9RDD7ALE622START接口電路AD1AD2AD7AD3AD0AD4AD5AD6WRRDWRCPU8088500KHZ接口地址譯碼A0A1A2A6A3A4A5A7ADC0809PCDO0DO1DO2DO6DO3DO4DO5DO7D0D1D2D6D3D4D5D7171415818192021②定時(shí)法讀A／D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口

A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間TC

取決于時(shí)鐘(CLOCK)頻率，

●如上圖中ADC0809的 時(shí)鐘(CLOCK)頻率為500kHz， 轉(zhuǎn)換周期為8×8個(gè)時(shí)鐘周期， 相當(dāng)于128μs（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路28161213V10GNDVCCCLOCK252423AB10VREF-VREF+117EOC543212726V17+5V+5VCPBPAOE9RDD7ALE622START接口電路AD1AD2AD7AD3AD0AD4AD5AD6WRRDWRCPU8088500KHZ接口地址譯碼A0A1A2A6A3A4A5A7ADC0809PCDO0DO1DO2DO6DO3DO4DO5DO7D0D1D2D6D3D4D5D7171415818192021

定時(shí)法：

◆OUT指令（PA有效）起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后， 再用程序至少延時(shí)TC

，

◆就可用IN指令（PA有效）讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)DO0~DOn-1

優(yōu)點(diǎn)：

◆接口電路比查詢法簡(jiǎn)單，

◆不必查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)狀態(tài)。②定時(shí)法讀A／D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路③中斷法讀A／D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口

查詢法和定時(shí)法 在轉(zhuǎn)換期間獨(dú)占CPU，致使CPU運(yùn)行效率降低。

中斷法原理：

●CPU執(zhí)行OUT指令起動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后， 轉(zhuǎn)向執(zhí)行別的程序。

●一旦A/D轉(zhuǎn)換完畢， 接口電路向CPU申請(qǐng)中斷；

●CPU響應(yīng)中斷后， 用中斷服務(wù)程序讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)。（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路

中斷法分析：

●接口電路比較復(fù)雜

●如果中斷服務(wù)程序的保存斷點(diǎn)和恢復(fù)斷點(diǎn)的時(shí)間與A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間相當(dāng)，甚至超過A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間，那就得不償失；

●逐位逼近式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，不用中斷法；

●雙積分式A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，可用中斷法。③中斷法讀A／D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元7、I/O接口及控制電路

措施：

◆光電耦合器 ◆光電隔離放大器

位置：

◆A/D轉(zhuǎn)換器之前

◆A/D轉(zhuǎn)換器之后A/D通道的隔離框圖S/HA/D光電隔離放大器VI0VI1VI15多路模擬開關(guān)DO0DO11光電耦合器ENABC寄存器D0D1D2D3（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元8、模擬量輸入通道的隔離

A/D之前：

◆隔離來自CPU的數(shù)據(jù)線(D)、 地址線(A)、 控制線(C)，

◆光電隔離放大器

。

A/D之后：

◆隔離來自CPU的數(shù)據(jù)線(D)、 地址線(A)、 控制線(C)，

◆隔離A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果(DO0~DO11)。

S/HA/D光電隔離放大器VI0VI1VI15多路模擬開關(guān)DO0DO11光電耦合器ENABC寄存器D0D1D2D3（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元8、模擬量輸入通道的隔離

步驟：

◆確定使用對(duì)象和性能指標(biāo)，

◆選用A/D轉(zhuǎn)換器和接口電路， 以及轉(zhuǎn)換通道的構(gòu)成。

A/D位數(shù)：

◆工業(yè)控制用8~12位

◆實(shí)驗(yàn)測(cè)量用14~16位（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元9、模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)

1)確定A/D位數(shù)的方法：

◆①輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍◆②輸入信號(hào)的分辨率

輸入信號(hào)的最大值Xmax、最小值Xmin（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元9、模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)例如，某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為0至200℃， 設(shè)計(jì)要求分辨率為0.005（相當(dāng)于1℃）， 則可求出A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)因此，取A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n為8位。（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元9、模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)

1)確定A/D位數(shù)的方法：

2)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速率的選擇 取決于使用對(duì)象：

◆工業(yè)控制用中速或高速，

◆實(shí)驗(yàn)室測(cè)量一般用低速，

3)采樣保持器的選用 取決于測(cè)量信號(hào)的變化頻率：

◆直流信號(hào)或變化緩慢的信號(hào) 可以不用采樣保持器。（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元9、模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)

4)前置放大器

◆固定增益：適用于信號(hào)范圍固定的傳感器

◆可變?cè)鲆妫哼m用于信號(hào)范圍不固定的傳感器

5)通用性：

◆A/D轉(zhuǎn)換通道的通用性，主要體現(xiàn)在

●符合總線標(biāo)準(zhǔn)、

●選接口地址、

●選單端輸入或雙端輸入、

●選前置放大器增益。（一）

模擬量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元9、模擬量輸入通道的設(shè)計(jì)（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元1、任務(wù)：

把CPU輸出的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)。模擬量信號(hào)：●4~20mA，●0~10mA，

●1~5V，

●0~5V，

●等等數(shù)字量信號(hào)：●FFH(8位0/1)，●FFFH(12位0/1)，●FFFFH(16位0/1)（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元2、組成：（依據(jù)輸出保持器的構(gòu)成方式分為兩種基本結(jié)構(gòu)）D/A轉(zhuǎn)換器I/O接口及控制電路輸出驅(qū)動(dòng)①數(shù)字量保持方案——一個(gè)通路設(shè)置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器I/O接口電路D/AD/A······D/ACPU功率放大功率放大功率放大······（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元2、組成：D/A轉(zhuǎn)換器I/O接口及控制電路輸出驅(qū)動(dòng)············I/O接口電路D/ACPU采樣保持器輸出驅(qū)動(dòng)采樣保持器采樣保持器······輸出驅(qū)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)反多路轉(zhuǎn)換開關(guān)采樣保持器②模擬量保持方案——多個(gè)通路共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器

D/A轉(zhuǎn)換器的VOUT與輸入D0~Dn-1的關(guān)系式

性能指標(biāo)：◆分辨率8，10，12，14，16位◆穩(wěn)定時(shí)間約幾μs◆轉(zhuǎn)換精度

◆線性度◆……（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

D/A轉(zhuǎn)換器的引腳信號(hào)：

◆數(shù)字量輸入端

◆模擬量輸出端◆控制信號(hào)端

◆電源端

◆……

從應(yīng)用角度了解D/A外特性及引腳信號(hào)

D/A采用并行數(shù)據(jù)輸入寄存器（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832

基本特性：●分辨率為8位，●轉(zhuǎn)換時(shí)間為1μs●20腳雙立直插式封裝

DAC0832原理框圖及引腳VREF812119Rfb31020IO2IO1AGNDDGNDVCC121718WR2XFERWR1CSILEDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7(MSB)(LSB)131415164567198位輸入寄存器DDQQRfbLE

8位DAC寄存器DDQQLE

8位D/A轉(zhuǎn)換器（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832組成：●8位輸入寄存器●8位DAC寄存器●8位D/A轉(zhuǎn)換器●輸入控制電路●運(yùn)算放大器的反饋電阻Rfb

DAC0832原理框圖及引腳VREF812119Rfb31020IO2IO1AGNDDGNDVCC121718WR2XFERWR1CSILEDI0DI1DI2DI3DI4DI5DI6DI7(MSB)(LSB)131415164567198位輸入寄存器DDQQRfbLE

8位DAC寄存器DDQQLE

8位D/A轉(zhuǎn)換器（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832引腳：◆DI0~DI7(DigitalInputs)

： 數(shù)據(jù)輸入線，DI0為最低位，DI7為最高位◆ILE(InputLatchEnable)：允許輸入鎖存信號(hào)，輸入線，高電平有效?！鬋S(ChipSelect)：片選信號(hào)輸入線，低電平有效?！鬢R1(Write1)：寫信號(hào)輸入線1，低電平有效。（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器◆WR2(Write2)：●寫信號(hào)輸入線2，●低電平有效。◆XFER(TransferControlSignal)：●傳送控制信號(hào)，●輸入線，低電平有效。（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832引腳：●當(dāng)CS、WR1、ILE同時(shí)有效時(shí),輸入寄存器直通。

DAC0832引腳：（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器●當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí)，DAC寄存器直通。LE1=ILE&(CS+WR1)=ILE&CS&WR1LE2=WR2+XFER=WR2&XFER

DAC0832引腳：（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器●當(dāng)CS、WR1、ILE、WR2

、XFER同時(shí)有效。直通工作方式單緩沖工作方式●一級(jí)寄存器鎖存，另一級(jí)寄存器直通。雙緩沖工作方式●兩級(jí)寄存器均鎖存。（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832引腳：◆IO1（

Iout1）：DAC電流輸出端1◆IO2（

Iout2）

：DAC電流輸出端2◆IO1+IO2=常量◆Rfb(ResistanceofFeedback)

： 運(yùn)算放大器的反饋電阻端◆VCC：工作電壓源端，+5VDC到+15VDC◆DGND(DigitalGround)：數(shù)字電路地線◆AGND(AnalogGround)：模擬電路地線（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、D/A轉(zhuǎn)換器

DAC0832引腳：

功能：

●將CPU送出數(shù)字量送到D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)輸入線上，

●接口地址譯碼，并產(chǎn)生片選信號(hào)或?qū)懶盘?hào)，

●如果D/A芯片內(nèi)部無輸入寄存器，則要外加寄存器?！褫敵鲵?qū)動(dòng)(電流或電壓)

C：控制線Di：轉(zhuǎn)換數(shù)字Ai：地址D/A接口CPUD/ADiDiCAiIOAVO（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路

組成：

●輸入數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)

●接口地址譯碼

●D/A轉(zhuǎn)換器

●輸出驅(qū)動(dòng)(電流或電壓)

通用性：

●符合總線標(biāo)準(zhǔn)

●選接口地址

●選輸出方式(電流或電壓)

隔離（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路單緩沖工作方式IORQCSWR1XFERDAC0832181712WC09IO2IO1RfbDI0DI7U316141272146811131517191853974LS244D7D0數(shù)據(jù)線VREF8

D1D2D3D4D5D6DI3DI4-A11VOUT12+VCC20

WR2XFERWR1CS74LS138U2G1654WR15141312111097接口地址譯碼地址線ABC123A0A1A2A3Y7Y0GAWC7GB74LS138U1G165415ABC123A4A5A6A7Y0GAGB7DI1DI2DI5DI6Y7+5VILE19

接口地址譯碼：●地址線A0~A7●寫信號(hào)WR●輸入輸出請(qǐng)求信號(hào)IORQ（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路◆經(jīng)兩級(jí)3-8線譯碼器U1和U2(74LS138)產(chǎn)生接口地址

信號(hào)WC0~WC7，作為8片DAC0832的寫信號(hào)WR1和片選信號(hào)CS。

數(shù)據(jù)線D0~D7

：◆首先經(jīng)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)器

U3(74LS244)，◆然后到各DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端

DI0~DI7

CPU執(zhí)行輸出指令OUT，將被轉(zhuǎn)換的8位數(shù)通過D0~D7經(jīng)U3傳送給

DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端DI0~DI7

（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路IORQCSWR1XFERDAC0832181712WC09IO2IO1RfbDI0DI7U316141272146811131517191853974LS244D7D0數(shù)據(jù)線VREF8

D1D2D3D4D5D6DI3DI4-A11VOUT12+VCC20

WR2XFERWR1CS74LS138U2G1654WR15141312111097接口地址譯碼地址線ABC123A0A1A2A3Y7Y0GAWC7GB74LS138U1G165415ABC123A4A5A6A7Y0GAGB7DI1DI2DI5DI6Y7+5VILE19

輸出方式：

◆電流輸出：

0~10mADC

或4~20mADC

◆電壓輸出： 單極性或雙極性D/A轉(zhuǎn)換電流輸出DAC08329IO2IO11112RfbD0D78-10V

+15VVREFV1W1調(diào)零點(diǎn)V2RLW2R5調(diào)量程

-15VR8KA

3AGNDR1220k?R41k?24k?R3R2100k?30k?

+15V300

T2T1

IO0~10mA

或4mA~20mA

10k?R647k?

123R7100

50

C1-

A1

-15V+C2-

A2

-15V++15V（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路

輸出方式：

◆電流輸出：

0~10mADC

或4~20mADC

◆電壓輸出： 單極性或雙極性（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路D/A轉(zhuǎn)換輸出電流+VCR2W2調(diào)量程光電耦合器

+VLRLIL

-5VV2R1DAC08329IO2IO11112RfbD0D78

+15VVREFV13AGNDC1-

A1

-15V+調(diào)零點(diǎn)-15VW1

5k?C2-

A2++15V

輸出驅(qū)動(dòng)類型：

◆①模擬信號(hào)隔離方法

●采用線性光電耦合器

●隔離DAC后的放大器輸出(上圖)

◆②數(shù)字信號(hào)隔離方法

●采用開關(guān)光電耦合器

●隔離DAC前的數(shù)字信號(hào)（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、I/O接口及控制電路

步驟：

●首先要確定使用對(duì)象和性能指標(biāo)，

●然后選用D/A、接口電路和輸出電路。

D/A位數(shù)：

●工業(yè)控制用8~12位

●實(shí)驗(yàn)測(cè)量用14~16位（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)

D/A轉(zhuǎn)換器位數(shù)的選擇根據(jù)輸出信號(hào)的精度或靈敏度Umax----執(zhí)行機(jī)構(gòu)的最大輸入值Umin----執(zhí)行機(jī)構(gòu)的靈敏度（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)

通用性：

◆①符合總線標(biāo)準(zhǔn)

●采用計(jì)算機(jī)內(nèi)部總線，例如PCI總線

◆②選接口地址

●基址和片址組成，一般可選基址

◆③選輸出方式

●電流或電壓輸出，選其中之一（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)接口地址譯碼電路

+5V74LS688161412721468111315171918539A7A6S3A5A4A3

S5S6S7P7IORQ

+5VP0Q0Q7P=Q10k8基址片址A1

74LS13810123651549711A0141312A+5VWRA2BCG1G

S4Y0Y7GAGBWC7WC0WC1WC2WC3WC4WC5WC6

每片DAC都有對(duì)應(yīng)的接口地址

接口地址由基址和片址組成：

◆基址：A3~A7

，用8位量值比較器74LS688

用開關(guān)S3~S7來選擇(等電位比較)

◆片址：A0~A2

，用3-8線譯碼器74LS138輸出接口地址信號(hào)WC0

~WC7（二）

模擬量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、模擬量輸出通道的設(shè)計(jì)（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元1、任務(wù)：把從控制對(duì)象檢測(cè)得到的數(shù)字編碼、開關(guān)量、脈沖量或中斷請(qǐng)求信號(hào)等數(shù)字信號(hào)經(jīng)過輸入緩沖器，在接口的控制下送給CPU。（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元2、組成：光電隔離輸入調(diào)理輸入緩沖輸入調(diào)理······CPU光電隔離······輸入緩沖············地址譯碼工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)地址譯碼（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、輸入調(diào)理：

外部裝置或生產(chǎn)過程的狀態(tài)信號(hào)可能是電壓、電流或開關(guān)的觸點(diǎn)，因此可能引起瞬時(shí)高壓、過電壓及接觸抖動(dòng)等現(xiàn)象。

◆電平轉(zhuǎn)換◆濾波◆保護(hù)◆防觸點(diǎn)抖動(dòng)◆

隔離◆……

（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、輸入調(diào)理：

電平轉(zhuǎn)換及濾波電平轉(zhuǎn)換及濾波繼電器隔離及電平轉(zhuǎn)換、濾波（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、輸入調(diào)理：

保護(hù)直流輸入電路交流輸入電路

◆過電壓保護(hù)

穩(wěn)壓管限流電阻◆反電壓保護(hù)

串聯(lián)二極管

◆

……（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、輸入調(diào)理：

防觸點(diǎn)抖動(dòng)積分消抖電路原理圖R-S觸發(fā)器消除開關(guān)二次反跳電路原理圖

◆積分電路消除開關(guān)抖動(dòng)

◆R-S觸發(fā)器消除開關(guān)二次反跳（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、光電隔離：

光電耦合隔離器按其輸出級(jí)不同可分為三極管型、單向晶閘管型、雙向晶閘管型等幾種。（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元5、輸入緩沖:

采用三態(tài)門緩沖器(如74LS244)隔離輸入和輸出線路，在二者之間起緩沖作用。

74LS244-三態(tài)輸出8位緩沖器/驅(qū)動(dòng)器

1G，2G=0時(shí)，輸出等于輸入

1G、2G=1時(shí)，輸出為高阻態(tài)

開關(guān)輸入信號(hào)S0~S7接到 緩沖器74LS244輸入端，74LS244124681113151719161412187539數(shù)據(jù)線D7D0D1D2D3D4D5D6S7S0S1S2S3S4S5S6。。。。。。。。。。。。。。。。接口地址譯碼A0A7IOW開關(guān)地址線片選信號(hào)CS緩沖器

接口地址譯碼：

●CPU執(zhí)行IN指令時(shí)，

●接口地址譯碼電路產(chǎn)生片選信號(hào)CS，

●將S0~S7狀態(tài)信號(hào)送到數(shù)據(jù)線D0~D7上， 再送到CPU中。（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元6、接口及地址譯碼:（三）

數(shù)字量輸入單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元

脈沖量輸入（四）

數(shù)字量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元1、組成：光電隔離輸出驅(qū)動(dòng)輸出鎖存地址譯碼輸出鎖存······CPU光電隔離······輸出驅(qū)動(dòng)············地址譯碼工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)（四）

數(shù)字量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元2、輸出鎖存：

保持輸出控制狀態(tài)，直到新的輸出控制狀態(tài)產(chǎn)生。

74LS373G=0時(shí)，

D中內(nèi)容被鎖存；G=1時(shí)，輸出跟隨輸入。OE=0時(shí)，

D中內(nèi)容輸出；OE=1時(shí)，高阻態(tài)。

●當(dāng)CPU執(zhí)行OUT指令時(shí)，

●接口地址譯碼電路產(chǎn)生寫數(shù)據(jù)信號(hào)WD，

●將D0~D7狀態(tài)信號(hào)送到鎖存器的輸出端Q0~Q7上， 再經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路送到開關(guān)器件。IOW74LS27334781314171811569215161912數(shù)據(jù)線Q7Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6接口地址譯碼A0A7地址線WDD7D0D1D2D3D4D5D6輸出端G鎖存器OE（四）

數(shù)字量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元3、接口地址譯碼：（四）

數(shù)字量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、輸出驅(qū)動(dòng)：

小功率直流驅(qū)動(dòng)電路

●低壓小功率開關(guān)量輸出

●可用晶體管、OC門、運(yùn)放等方式輸出（四）

數(shù)字量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、輸出驅(qū)動(dòng)：

繼電器輸出驅(qū)動(dòng)電路

●開關(guān)量輸出功率放大

●控制大功率接觸器通斷●直流低壓轉(zhuǎn)換為交流高壓（四）

數(shù)字量輸出單元§2.1硬件基礎(chǔ)二、輸入輸出單元4、輸出驅(qū)動(dòng)：

大功率交流驅(qū)動(dòng)電路

●可用固態(tài)繼電器

SolidStateRelay實(shí)現(xiàn)§2.1硬件基礎(chǔ)三、人機(jī)接口單元

功能：

◆顯示生產(chǎn)過程的狀況

◆供操作人員操作

◆顯示操作控制結(jié)果

組成：

◆CRT或LCD，鍵盤，打印機(jī)

◆回路操作顯示設(shè)備

(手動(dòng)操作器)

◆操作顯示面板

◆操作顯示臺(tái)

◆……

通用：

◆CRT或LCD◆標(biāo)準(zhǔn)鍵盤

專用：◆回路操作顯示設(shè)備◆操作顯示面板◆操作顯示臺(tái)§2.1硬件基礎(chǔ)三、人機(jī)接口單元（一）操作顯示設(shè)備

含義：

◆常規(guī)控制以

PID控制回路為單位，

◆每個(gè)PID控制塊

對(duì)應(yīng)一個(gè)回路操作顯示器

實(shí)現(xiàn)：

◆軟件實(shí)現(xiàn)為

CRT或LCD畫面上的回路操作顯示窗口

◆硬件實(shí)現(xiàn)為 回路操作顯示設(shè)備§2.1硬件基礎(chǔ)三、人機(jī)接口單元（一）操作顯示設(shè)備

回路操作顯示窗口：

◆每個(gè)