《微型计算机控制技术》于海生_清华社_第1章

R/ C ×
12/ 8 ×
A0 ×
工作状态 禁止
×
×
1 1 1 1 1
1
0 0 0 0 0
×
0 0 1 1 1
×
× × 接+5V 接地 接地
×
0 1 × 0 1
禁止
启动12位转换 启动8位转换 12位并行输出有效 高8位并行输出有效 低4位加上尾随4个0有效
AD574A/1674 逻辑真值表
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译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。 其中，ISA总线中，使用A0～A9 、IOW、IOR 等信号组合。
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2.I/O端口地址译码方法及电路形式 （1）固定地址译码
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（2）开关选择译码
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2.1.3 基于ISA总线端口扩展
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2.5 硬件抗干扰技术
2.5.1 过程通道抗干扰技术 2.5.2 CPU抗干扰技术 2.5.3 系统供电与接地技术
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干扰:就是有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的 破坏因素。 克服干扰的措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施 干扰的来源：外部干扰和内部干扰。 外部干扰:主要是空间电或磁的影响，环境温度、湿度等气象 条件。 内部干扰:主要是分布电容、分布电感引起的耦合感应，电磁 场辐射感应，长线传输的波反射，多点接地造成的电位差引起的 干扰，寄生振荡引起的干扰，甚至元器件产生的噪声。 分布电容：除电容器外，由于电路的分布特点而具有的电容 叫分布电容。 分布电感：由于导线布线和元器件的分布而存在的电感叫分 布电感 。 根据电感器的频率特性，由于分布电感的数值一般不大，在低频
3.采样保持器
（3）常用的采样保持器 常用的集成采样保持器有LF398、AD582等，LF398的采样 控制电平为“1”，保持电平为“0”，AD582相反。引脚排列如 下图所示。
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2.3.5 A/D转换器及其接口技术
1.8位A/D转换器ADC0809
(1) 8通道模拟开关及通道选择逻辑 (2) 8位A/D转换器 (3) 三态输出锁存缓冲器
1.板选译码与板内译码
2.总线驱动及逻辑控制 3.端口及其读写控制
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2.2
2.2.1
数字量输入输出接口与过程通道
数字量输入输出接口技术
2.数字量输出接口
1.数字量输入接口
汇编：
MOV DX,220H IN AL,DX
C语言： a=inportb(0x220)
MOV AL,8FH MOV DX,221H OUT DX,AL outportb(0x221,0x8f)
U cm UA Z c1 Z s1 Z c1
U cm UB Z c2 Z s2 Z c2
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为了衡量一个输入电路抑制共模干扰的能力，常用共模抑 制比CMRR(Common Mode Rejection Ratio)来表示，即
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2.4 模拟量输出接口与过程通道
2.4.1 模拟量输出通道的结构型式
1.一个通道设臵一个数/模转换器的形式
2.多个通道共用一个数/模转换器的形式
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2.4.2 D/A转换器及其接口技术
1. 8位D/A转换器接口及编程
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2.集成V/I转换器AD694
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2.4.5 模拟量输出通道模板举例
图2-41 PCL-726板卡组成框图
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1. 寄存器格式:寄存器的地址分配表 2. D/A 转换程序流程 3. 程序设计举例
3. AD574A/1674与PC总线工业控制机接口
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假设片选信号有效时，高位地址为BASE，则12位A/D启动控 制端口地址为BASE+0，A/D数据输出高8位端口地址为BASE+2， 低4位端口地址为BASE+3。 A/D转换的子程序段如下： （1）启动子程序 ADSTART: MOV DX，BASE+0 OUT DX，AL NOP RET （2）读数子程序 ADREAD: MOV DX，BASE+2 IN AL，DX MOV AH，AL MOV DX，BASE+3 IN AL，DX RET
第2章 计算机控制系统的硬件设计技术
硬件设计: 输入输出接口与过程通道设计 接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交 换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何 交换信息的技术。 过程通道：过程通道是在计算机和生产过程之间设臵的 信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟 量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输 出通道。 AI/AO、DI/DO.
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2.2.2
数字量输入通道
1.数字量输入通道的结构
2.输入调理电路
(1)小功率输入调理电路 (2)大功率输入调理电路
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2.2.3
数字量输出通道
1.数字量输出通道的结构
2.输出驱动电路 (1)小功率直流驱动电路 ①功率晶体管输出驱动继电器电路 ②达林顿阵列输出驱动继电器电路
START IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN8 IN7 CLK VCC
八 路 模 拟 开 关
比较器
EOC
控制与时序 控制与时序 SAR SAR
A B C ALE GND
地 址 锁 存 与 译 码
树 状 开关 树 状 开 关
三 三 态 态 输 输 出 出 锁 锁 存 存 缓 缓 冲 冲 器 器
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2. I/V变换
（1）无源I/V变换
（2）有源I/V变换
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2.3.3 多路转换器
多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压 信号的关键元件。常用的多路开关有CD4051（或MC14051）、 AD7501、LF13508等
图2-21 CD4051原理图
2. 12位D/A转换器接口及编程
12位=高8位+低4位
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2.4.3 单极性与双极性电压输出电路
VOUT 1 VREF
VOUT 2
D n 2
R3 R3 D ( VREF VOUT 1 ) VREF ( n1 1) R1 R2 2
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MC1416
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2.输出驱动电路 (2)大功率交流驱动电路 固态继电器（SSR）
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2.2.4
数字（开关）量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡组成框图
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2.3 模拟量输入接口与过程通道
2.3.1 模拟量输入通道的组成
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
256R 电阻网络 256R 电阻网络
OE REF(+) REF()
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2.12位A/D转换器AD574A/1674
(1)12位A/D转换器 (2)三态输出锁存缓冲器 (3)控制逻辑
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CE 0
CS
国家精品课程计算机控制技术235ad转换器及其接口技术18位ad转换器adc080918通道模拟开关及通道选择逻辑28位ad转换器3三态输出锁存缓冲器控制与时序sar树状开关256r电阻网络三态输出锁存缓冲器gndabcale控制与时序sar树状开关256r电阻网络三态输出锁存缓冲器八路模拟开关地址锁存与译码in0in1in2in3in4in5in8in7vcceocd0d1d2d3d4d5d6d7oerefref?startclk比较器国家精品课程计算机控制技术212位ad转换器ad574a1674112位ad转换器2三态输出锁存缓冲器3控制逻辑国家精品课程计算机控制技术csad574a1674cr812cea0工作状态0禁止1禁止1000启动12位转换1001启动8位转换101接5v12位并行输出有效101接地0高8位并行输出有效101接地1低4位加上尾随4个0有效国家精品课程计算机控制技术3
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一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低 通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。 当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间 常数。
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② 当尖峰型串模干扰成为主要干扰源时，用双积分式A/D转换器可以 削弱串模干扰的影响。若干扰信号是周期性的而积分时间又为信号周期或 信号周期的整数倍，则积分后干扰值为零，对测量结果不产生误差。 ③对于串模干扰主要来自电磁感应的情况下，对被测信号应尽可能早 地进行前臵放大，从而达到提高回路中的信号噪声比的目的；或者尽可能 早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。 ④从选择器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。 ⑤采用双绞线减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反 向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并 对测量仪表进行电磁屏蔽。
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3.采样保持器
(1)孔径时间和孔径误差的消除 孔径时间、孔径误差 孔径误差的消除 u Um sin t
du U m cos t U m 2 f cos t dt

u 100 2 ft A / D 100 Um
(2)采样保持原理
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可以不考虑分布电感的影响，但对于高频交流电路，分布电感的影响就不能忽 略.
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2.5.1
过程通道抗干扰技术
1.串模干扰及其抑制方法 (1)串模干扰 所谓串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声。也 称为常态干扰。
（2）串模干扰的抑制方法 ①采用低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器。
热敏电阻测量电桥电路
热敏电阻三线制接线图
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（2）信号放大电路 1)基于ILC7650的前臵放大电路
ILC7650的前臵放大电路
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2）AD526可编程仪用放大器
AD526是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器， 器件本身所提供的增益是xl、x2、x4、x8、x16等五挡。 AD526可以在透明与锁存两种模式下工作。（表2-5提供状态表） 透明模式是13脚CLK端接地。 锁存模式是CLK内逻辑信号提供。
由五部分组成。
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2.3.2 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。
（1）非电信号的检测——不平衡电桥
Rpt(t ) R0 (t ) t R0 R
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2.1 总线扩展技术
2.1.1 微型计算机系统I/O端口与地址分配
1.I/O端口及I/O操作 （1）数据端口 （2）状态端口 （3）命令端口 2. I/O端口编址方式 （1）统一编址 （2）独立编址
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2.1.2 I/O端口地址译码技术
1. I/O端口地址译码电路信号

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2.3.6 模拟量输入通道模板举例
图2-36 PCL-813B数据采集卡组成框图
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PCL-813B是台湾研华公司生产的数据采集卡，单端 32CH，光电隔离。AD574A/1674。 1.PCL-813B 的寄存器地址 寄存器地址：基地址+偏移量 寄存器格式： 2.程序设计举例 PCL-813B A/D 转换基于查询方式，由软件触发。A/D 转换器被触发后，利用程序检查A/D状态寄存器的数据准备位 （DRDY ）。如果检测到该位为“1”，则A/D 转换正在进行。 当A/D 转换完成后，该位变为低电平，此时转换数据可由程 序读出。
对于存在共模干扰的场合，不能采用单端对地输入方式，因为此时的 共模干扰电压将全部成为串模干扰电压，如左图所示。所以必须采用双端 输入不对地方式，如右图所示。
ZS 、ZS1 、ZS2 为信号源US的内阻抗，ZC 、ZC1 、ZC2 为输入电路的输入阻 抗。共模干扰电压Ucm对两个输入端形成两个电流回路，每个输入端A和B的 共模电压和两个输入端之间的共模电压分别为：
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2．共模干扰及其抑制方法
（1）共模干扰 共模干扰是指模/数转换器两个输入端上公有的干扰电压。 共模干扰也称为共态干扰。 被测信号Us的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点 之间往往存在着一定的电位差Ucm。
共模干扰示意图
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单端对地输入和双端不对地输入
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2.4.4 采样、量化及采样／保持器
1.信号的采样
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2.量化
所谓量化，就是采用一组数码(如二进制码)来逼近离散 模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为 数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装臵是A/D转 换器。
y max y min q n 2 1