计算机控制第3章输入输出通道接口技术
计算机控制系统的接口技术
计算机控制系统的接口技术接口有通用和专用之分，外部信息的不同，所采纳的接口方式也不同，一般可分为如下几种：人机通道及接口技术一般包括：键盘接口技术、显示接口技术、打印接口技术、软磁盘接口技术等。
检测通道及接口技术一般包括：A/D转换接口技术，V/F转换接口技术等。
掌握通道及接口技术一般包括：F/V转换接口技术，D/A转换接口技术，光电隔离接口技术，开关接口技术等。
系统间通道及接口技术一般包括：公用RAM区接口技术，串行口技术等。
一、并行输入/输出接口并行接口传输的是数字量和开关量。
输入/输出(I/O) 接口有二种寻址方式：存储器寻址方式和输入输出口寻址方式。
1．无条件传送2．查询式传送3．中断式传送4．8255A可编程并行接口芯片(1) 8255A内部结构1) 数据总线驱动器图1 8255A内部结构图2) 并行I/O端口3) 读/写掌握规律4) A组和B组掌握（2）8255A工作方式8255A有3种工作方式，端口A可以工作在方式0、方式1和方式2，端口B只能工作在方式0和方式1。
1）方式0：基本输入/输出方式。
2）方式1：选通输入/输出方式。
3）方式2：双向选通输入/输出方式。
（3）8255A编程8255A的编程是通过对掌握端输入掌握字的方式实现的。
二、数/模(D/A) 转换接口D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的电路，它由权电阻网络、参考电压、电子开关等组成。
图2 DAC0832原理图三、模/数(A/D)转换接口A/D转换器是将模拟电压转换成数字量的器件，它的实现方法有多种，常用的有逐次靠近法、双积分法。
图3 ADC0809结构框图应用案例：基于51单片机的车用数字仪表设计与实现此案例是一种以MCS 51单片机为主控器，以ADC0809为核心，以气压、油压、温度、霍尔元件等传感器为主要外围元件的车用数字仪表（VDI）的设计框图。
应用此方案，能使汽车仪表系统具有显示直观、精确，使用便利牢靠等优点，代表了车用仪表的最新进展趋势。
计算机控制技术PPT 第3章
3. 综合指标
在现代控制理论中，如最优控制系统的没计时，经常使用综
合性能指标来衡量一个控制系统。选择性能指标时．既要考虑
到能对系统的性能做出正确的评价，又要考虑到数学上容易处
理，以及工程上便于实现。因此，选择性能指标时，通常需要
做一定的试探和比较。综合性能指标通常有3种类型。
1）积分型指标：
（1）误差平方的积分：
3.5 线性离散时间系统的能控性与能观测性
线性定常离散时间系统的能控性定义及判据 线性定常离散时间系统的能观测性定义及判据
3.6 应用MATLAB进行离散系统分析
3.1 计算机控制系统概述
计算机控制系统(Computer Control System)是应用计算机 参与控制并借助一些辅助部件与被控对象相联系，以获得 一定控制目的而构成的系统。
为n，Qc为由系数矩阵A和B按一定规则组成的分块矩阵，
表达式是：
n为系统的维数。 判别线性定常系统能控性的判据还有 其他的形式。对于线性时变系统，判别能控性的条件要复 杂一些，而且系统是否能控，常常还依赖于初始时刻的选 取。对于完全能控的线性定常系统，通过特别选定的坐标 变换，可以将其状态方程化成标准的形式，称为能控规范 形。
3.3 控制系统的性能指标描述
对于一个控制系统来说，人们总是要求它能根据实际 的被控对象，在给定信号的作用下达到稳定、快速和准确 的性能指标。对于计算机控制系统，计算机相当于人的大 脑，因此有更多的功能可以实现，系统就能实现最佳的性 能指标。本章描述了控制系统的基本性能指标，以及这些 性能指标与系统的固有参数和设计参数的关系，从而为分 析和设计控制系统提供了依据。
计算机控制技术 --控制组件分布和集成
2008.6
计算机控制-输入输出
D/A . 机
电路
D/A
通道n
（a）多D/A结构
主 机
接 口 电 路
D/A
多 路
采样 保持器
开
…… .
关
.
采样
通道1 通道n
保持器
（b）共享D/A结构
图2.2 模拟量输出通道的两种基本结构形式
2.1.3 开关量（数字量）输入通道的基本结构
开关量输入通道又称为数字量输入通道，该通道的任务是 把被控对象的开关状态信号（或数字信号）送给计算机、或把 双值逻辑的开关量变换为计算机能够接收的数字量送给计算机， 简称DI通道。它的结构形式如图2.3所示。
⑵ 12位D/A转换器与系统总线的接口
12位D/A转换器与系统总线的接口电路如图2.19所示，该电路 采用12位D/A转换芯片DAC1210、输出放大器、地址译码器等组成。 端口地址译码器译出、、 三个口地址，设为200H、201H、202H，这 三个口地址用来控制DAC1210工作方式和进行12位的D/A转换。
PC D0
总线 A5 A9 A8 A7 A6
AEN A4 A3 A2 A1 A0
IOW
74LS138
G1 Y0 Y1
GA Y2 Y3
GB Y4 C Y5 B Y6 A Y7
DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0
+5V ILE
CS
DQ
8位 输入 寄存器
DQ
8位 DAC 寄存器
Rfb
共享D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器只起数字信号到 模拟信号的转换作用，信号保持功能靠采样保持器完成。这是一种 模拟保持方式，微机对通路i（i=1，2，...，n）的控制信号被D/A 转换器转换为模拟形式后，由采样保持器将其记忆下来，并保持到 下一次控制信号的到来。多D/A形式输出速度快、工作可靠、精度 高，是工业控制领域普遍采用的形式。
微型计算机控制技术课后答案
第一章1.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分作用(1)主机：这是微型计算机控制系统的核心，通过接口它可以向系统的各个部分发出各种命令，同时对被控对象的被控参数进行实时检测及处理。
主机的主要功能是控制整个生产过程，按控制规律进行各种控制运算(如调节规律运算、最优化计算等)和操作，根据运算结果作出控制决策；对生产过程进行监督，使之处于最优工作状态；对事故进行预测和报警；编制生产技术报告，打印制表等等。
(2)输入输出通道：这是微机和生产对象之间进行信息交换的桥梁和纽带。
过程输入通道把生产对象的被控参数转换成微机可以接收的数字代码。
过程输出通道把微机输出的控制命令和数据，转换成可以对生产对象进行控制的信号。
过程输入输出通道包括模拟量输入输出通道和数字量输入输出通道。
(3)外部设备：这是实现微机和外界进行信息交换的设备，简称外设，包括人机联系设备(操作台)、输入输出设备(磁盘驱动器、键盘、打印机、显示终端等)和外存贮器(磁盘)。
其中作台应具备显示功能，即根据操作人员的要求，能立即显示所要求的内容；还应有按钮，完成系统的启、停等功能；操作台还要保证即使操作错误也不会造成恶劣后果，即应有保护功能.(4)检测与执行机构:a.测量变送单元：在微机控制系统中，为了收集和测量各种参数，采用了各种检测元件及变送器，其主要功能是将被检测参数的非电量转换成电量.b.执行机构：要控制生产过程，必须有执行机构，它是微机控制系统中的重要部件，其功能是根据微机输出的控制信号，改变输出的角位移或直线位移，并通过调节机构改变被调介质的流量或能量，使生产过程符合预定的要求。
4、操作指导、DDC和SCC系统工作原理如何它们之间有何区别和联系(1)操作指导控制系统：在操作指导控制系统中，计算机的输出不直接作用于生产对象，属于开环控制结构。
计算机根据数学模型、控制算法对检测到的生产过程参数进行处理，计算出各控制量应有的较合适或最优的数值，供操作员参考，这时计算机就起到操作指导的作用(2)直接数字控制系统(DDC系统)：DDC(Direct Digital Control)系统就是通过检测元件对一个或多个被控参数进行巡回检测，经输入通道送给微机，微机将检测结果与设定值进行比较，再进行控制运算，然后通过输出通道控制执行机构，使系统的被控参数达到预定的要求。
第3章 过程输入输出通道
；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
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3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
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三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。
计算机控制系统数字量输入输出接口与过程通道
2.4模拟量输入接口与过程通道
2.4.1 模拟量输入通道的组成
2.4.2 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。信号调理电路是传感器和A/D之间以 及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中 重要的组成部分。 （1）非电信号的检测-不平衡电桥 （2）信号放大电路 1)基于ILC7650的前臵放大电路
VOUT 2
D n 2
R3 R3 D ( VREF VOUT1 ) VREF ( n1 1) R1 R2 2
2.5.4 V/I变换
1.集成V/I转换器ZF2B20
2.集成V/I转换器AD694
2.5.5 模拟量输出通道模板举例
图2-47 PCL-726板卡组成框图
2. D/A 转换程序流程 D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）： （1）选择通道地址n=1（n=1～6）。 （2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。 （3）臵 D/A高4位数据(D3～DO 有效 )。 （4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。 （5）臵 D/A低8位数据并启动转换。 3. 程序设计举例 PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位， 000H～0FFFH分别对应输出0%～100%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH， 设基地址为220H，D/A通道l输出50%的程序如下： C语言参考程序段如下： outportb ( 0x220 , 0x07 ) // D/A 通道l 输出50% outportb ( 0x221 , 0xff ) 汇编语言参考程序如下：（基地址为220H ）： MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH
第三章-输入输出通道和接口技术
2、常用的采样/保持器 常用的采样/保持器有美国 AD公司的AD582、AD585 、
AD346、AD389和国家半导体公司的LF198/298/398等。 LF198是由双极型绝缘栅场效应管组成的采样/保持器，它
具有采样速度快，保持性能好，精度高等优点。 LF198芯片引脚和原理图如图5-21所示。 LF198芯片引脚的功能如下： （1） VIN：模拟量输入 （2）VOUT： 模拟量输出。
上述转换过程需要用模拟量输入/输出通道来实现。 ● 开关量：如继电器的合上和断开，按钮的按下和松开等。
3
开关量的输入/输出较模拟量简单，计算机只需判断输 入信息是“0”还是“1”，即可知道开关的状态；若控制某个 继电器工作，只需经过输出通道送“0”或“1”即可。
工业现场存在着电、磁、震动、温度变化等干扰，各类 执行器要求的开关电压、功率也不同，因此需要设置输入/ 输出通道进行信息的缓冲、隔离、驱动等措施。
CD4051由电平转换、译码、多路开关组成。 电平转换： CMOS到TTL的转换 3-8译码器：通过对分时控制端A、B、C的状态进行译码来
选择某一路的接通。
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（三）采样/保持 由传感器检测的模拟信号经过处理后仍是模拟量，要输入
到计算机中，需要进行A/D转换。 由于A/D转换过程需要时间，因此要求输入A/D转换器的信
2
在工业控制过程中，被测参数一般分为模拟量和开关量。 ● 模拟量：如温度、压力、流量、电压和电流等；
由于计算机只能处理数字量，因此对于模拟量需要经过采 集，放大，采样保持，A/D转换等步骤，将模拟量转换为数字 量，才能送入计算机进行运算、分析和处理。
同样的，经过计算机处理后数据常常需要转换成模拟量来 控制执行机构的执行。
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
当用偶地址读AD574时，读出高8位，否则读出低4位。
采集程序如下： MOV DX，Yn OUT DX，AL CALL DELAY MOV DX，Yn AL，DX AH，AL DX, Yn AL，DX
；Yn为偶地址 ；假写外设操作，启动12位A／D转换 ；调用延时100μ s（＞35μ s或转换时间） 的子程序 ； Yn为偶地址 ；读高8位 ； ； Yn为奇地址 ；从数据总线D4～D7位读入低4位
计算机控制技术
AD574A各引脚特性如下：
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
10Vin、20Vin、BIP OFF：模拟电压信号输入线， BIP OFF引脚可接-5V（5V～+5V输入信号）或-10V（-10V～+10V输入信号）。
VDD、VEE：模拟电路电源输入线。
AGND：模拟电路接地线。 VCC：数字电路电源输入线。 DGND：数字电路公共接地线。 REF OUT：内部基准电源输出线。 REF IN：A／D转换基准电压输入线。
ST S
：转换结束输出信号线。
DO0～DO11转换数据输出线， D0最低有效位LSB，D11最高有效位MSB。 CE：片使能信号输入线。
CS ：片选信号输入线。
计算机控制技术
第3章 计算机控制系统输入输出接口技术
R / C ：读、起动转换控制信号输入线，当为高电平时；表示读取A／D转 换数据，当为低电平时，表示起动A／D出接口技术
⑵ 有源I／V变换 如下图所示。 取 R1＝200Ω， R3＝100KΩ， R4＝25KΩ， 则4～20mA输入对应于1～5V的电压 输出。
R2 I + A R4
R1 I
C R3 V
V
R1 R2
计算机控制技术王建华主编第二版第三章课后答案
第一章答案1计算机控制系统是由哪几部分组成？画出方块图并说明各部分的作用。
答：（1）计算机控制系统是由工业控制机、过程输入输出设备和生产过程三部分组成。
（2）方块图如下图1.1所示：工业计算机 PIO 设备 生产过程图1.1 计算机控制系统的组成框图1、①工业控制机软件由系统软件、支持软件和应用软件组成。
其中系统软件包括操作系统、引导程序、调度执行程序，它是支持软件及各种应用软件的最基础的运行平台；支持软件用于开发应用软件；应用软件是控制和管理程序；②过程输入输出设备是计算机与生产过程之间信息传递的纽带和桥梁。
③生产过程包括被控对象、测量变送、执行机构、电气开关等装置。
2.计算机控制系统的实时性、在线方式、与离线方式的含义是什么？为什么在计算机控制系统中要考虑实时性？（1）实时性是指工业控制计算机系统应该具有的能够在限定时间内对外来事件做出反应的特性；在线方式是生产过程和计算机直接相连，并受计算机控制的方式；离线方式是生产过程不和计算机相连，并不受计算机控制，而是靠人进行联系并作相应操作的方式。
（2）实时性一般要求计算机具有多任务处理能力，以便将测控任务分解成若干并行执行的多个任务，加快程序执行速度；在一定的周期时间对所有事件进行巡查扫描的同时，可以随时响应事件的中断请求。
4、计算机控制系统有哪几种典型形式？各有什么主要特点？（1）操作指导系统（OIS ）优点：结构简单、控制灵活和安全。
缺点：由人工控制，速度受到限制，不能控制对象。
（2）直接数字控制系统(DDC)优点：实时性好、可靠性高和适应性强。
（3）监督控制系统（SCC ）优点：生产过程始终处于最有工况。
（4）集散控制系统优点：分散控制、集中操作、分级管理、分而自治和综合协调。
CPU/MEM 人-机接口 内部总线 系统支持版 磁盘适合器 数字量输出（DO ）通道 数字量输入（DI ）通道模拟量输出（AO ）通道 模拟量输入（AI ）通道 电气开关 电气开关 执行机构 测量变送 被控对象（5）现场总线控制系统优点：与DOS相比降低了成本，提高了可靠性。
最新微型计算机控制技术答案（赖寿宏）
最新微型计算机控制技术答案（赖寿宏）第⼆章第三章第⼗⼆章输⼊输出接⼝技术和输⼊输出通道何谓I/O接⼝？在计算机控制系统中为什么要有I/O接⼝电路？答：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。
2. ⼀个微处理机（CPU）采⽤程序控制查询⽅式时，管理50个键盘显⽰中断，要求将各终端打⼊的任⼀字符在显⽰器上⽴即显⽰出来。
已知CPU查询每个终端并完成每⼀字符的接收和处理时间需200⼙s,若程序员以每秒打10个字符的速度同时连续打⼊字符，问CPU是否能按要求，可靠的管理全部50个终端？⼜问CPU最多能管理多少个这种终端？答：5003. 在本章第⼆节，查询式I/O⽅式应⽤举例中，假设X、Y、Z三轴服务⼦程序的执⾏时间分别为100⼙s、150⼙s、120⼙s,主程序执⾏时间（执⾏查询指令等）为80⼙s,试估算不造成控制失误三轴所能达到的最⾼速度是多少？（速度以脉冲/s计算）答：27024. 某微机实时控制系统有1#、2#、3#三个外围设备。
由⼀个CPU进⾏管理，已知各外围设备的最短响应时间和服务时间分别是：C1=5ms S1=300 （isC2=8ms S2=1.3msC3=1ms S3=400 （is问若采⽤查询⽅式是否能可靠管理这三个外围设备？为什么？若不⾏的话，试提出改进⽅答：不⾏。
可采⽤中断嵌套的⽅式解决。
6?计算机与外围设备交换信息有哪⼏种控制⽅式？它们各有什么优缺点》答：见教材7.某8086最⼤模式系统中，需扩展8255A、8253和DAC0832芯⽚各⼀⽚。
采⽤74LS138译码器，若已指定给各芯⽚的地址范围是：8255A E0H、E2H、E4H、E6H、8253 E1H 、E3H、E5H、E7H、DAC0832 F0H试设计接⼝扩展的译码电路（除74LS138外，可增加必要的其他逻辑电路芯⽚。
8某8088最⼤模式系统中，需扩展8255A四⽚，指定各芯⽚的地址范围分别是90~93H、94~97H、98~9BH、9C~9FH,采⽤74LS译码器，试设计接⼝地址译码电路。
第三章 IO接口技术与IO通道
第三章 输入输出接口与过程通道
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（3）地址译码：在微处理机系统通常都配备有多个或多种外围 设备，这样就会有多个输入/输出接口，像为键盘、鼠标、打印 机、显示器、磁盘等诸输入/输出设备均配备有各自接口，且为 它们分配了各自的地址码。通过接口中的地址译码电路对外围 设备输入/输出地址寻址。 （4）控制和状态：由于微处理机的操作速度与输入/输出设备的运 行速度不在一个数量级上，所以随时需要知道输入/输出设备的 状态。常用的状态信号有正忙和准备就绪。 （5）校验和检查：在微处理机系统中，通常为输入/输出接口配备 有校验功能，并且可以将出错信息报告给微处理机。像外围设 备机构中的机械和电路故障，就要向微处理机报告故障的类型 和位置。若数据在传送中的错误就用奇偶校验码进行校验。如 若USB在传送过程中出现错误则要用到容错功能，发送设备会 重复发送数据直至正确为止。
第三章 输入输出接口与过程通道
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3)常用的I/O接口部件的框图
系统总线接口
外围设备接口
数据寄存器 数据线 状态 / 控制寄存器
外围设备 接口逻辑
数据
状态
控制
┇
地址线
I/O 逻辑
控制线
外围设备 接口逻辑
数据 状态 控制
第三章 输入输出接口与过程通道
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第三章 输入输出接口与过程通道
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第三章 输入输出接口与过程通道
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b. 同步传送 许多字符组成一个数据块，块前设同步字符， 以一个CRC字符结束。字符间不允许空隙，空闲时 发同步字符。收发器时钟频率严格保持一致，发端 将时钟与数据一起发送到接收端，硬件电路较异步 复杂。 CRC字符 循环冗余校验字符。 同步字符 特殊8位二进制码，接收器收到 同步字符，一幀即开始。
第三章 IO接口技术及IO通道
查询设备状态标志值的方法有三种： 1．每个设备对应一个状态端口（实际 只有一位，是一个状态触发器），CPU查询 一个设备的状态标志，经判断作出相应的 I/O处理后，再查询、判断、处理下一个设 备。
2．把各个设备的状态标志位集中起来 ，用一个统一的专用状态端口来存放，CPU 一次读取后就可对所有设备的当前标志进行 测试、判断和进入相应处理。 上述两种方法的设备优先级都是由查询 的顺序决定的。
#include <dos.h>; #include <stdio.h>; main ( ) { int i; outportb(0x303,0x89); outportb(0x300,0x55); outportb(0x301,0xAA); i = inputb(0x302); return ; }
处理办法：堆栈指针永远指向堆栈。
3.2.3 DMA控制方式
DMA控制方式的概念： 即直接存储器存取方式，它采用一个 专用的硬件电路DMA控制器（在PC机的主 板上）来控制内存与外设之间的数据交换， 无需CPU介入，从而大大提高了CPU的工 作效率。
DMA控制方式的输入接口电路示意图
DMA控制方式的数据交换过程
开关的闭合与 断开，指示灯的亮 与灭，继电器或接 触器的吸合与释放， 马达的启动与停止， 阀门的打开与关闭 等
开关量输入、输出接口分别如图3-6、图3-7所示
图3-6开关量输入接口
图3-7开关量输出接口
思考：为什么要有输入缓冲器和输出锁存器？
由前可以看出，由缓冲器担当了输入接口，由锁存 器担当了输出接口，此外，常用数字量输入输出接口还 有可编程并行I/O扩展接口。
3.2.2 中断控制方式 中断控制方式的优点: 不仅省去了CPU查询外设状态和等待外 设准备就绪所花费的时间，提高了CPU的工 作效率，而且还满足了外设的实时性要求。
计算机控制习题解答-独家
计算机控制系统习题集目录一各章习题 (1)二填空题练习 (6)三简答题练习 (8)四综合题练习 (11)一各章习题1.1 第1章绪论1. 计算机控制系统的硬件主要包括哪几个部分？2. 什么是过程控制通道，过程控制通道主要有哪几种？3. 根据计算机控制系统的发展历史和在实际应用中的状态，计算机控制系统可分为哪6类，各有何特点？4. 计算机控制系统从深度和广度两方面各有何发展趋势。
1.2 第2章计算机控制系统中的检测设备和执行机构1. 什么叫传感器及变送器？2. 简述压力检测的主要方法和分类。
3. 简述温度检测的主要方法和分类。
4. 简述热电偶测温的原理。
2. 物位仪表分为哪几类？6. 简述电容式差压变送器的工作原理。
7. 简述常用执行机构和执行器的工作原理。
8. 简述TT302温度变送器的结构和工作原理。
9. 简述交流、直流伺服电机的工作原理。
10.简述步进电机的工作原理。
1.3 第3章计算机总线技术1.什么叫总线？为什么要制定计算机总线标准？2.计算机总线可以分为哪些类型？3.评价总线的性能指标有哪些？4.STD总线有哪些特点？5.常用的PC总线有哪些？各有什么特点？6.简述PCI总线的性能特点。
7. 简述IEEE-488总线的工作过程。
8. 详述RS-232C 、RS-485和RS-422总线的特点和性能。
9. RS-232C 总线常用的有哪些信号？如何通过该接口实现远程数据传送？10. 什么是平衡方式和不平衡传输方式？试比较两种方式的性能。
11. USB 数据传输方式有哪几种？USB 协议中是如何区分高速设备和低速设备的？12. 简述USB 总线的枚举过程1.4 第4章 过程通道与人机接口1．什么是过程通道？过程通道由哪几部分组成？2．画出数字量输入输出通道的结构。
3．在数字量输入调理电路中，采用积分电容或RS 触发器是如何消除按键抖动的？4．数字量输出驱动电路有哪三种形式？各有什么特点？5．画出D/A 转换器原理框图，并说明D/A 转换的原理。
微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计
计算机控制技术 第3章 过程输入输出通道
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SM331的8个模拟量输入通道共用一 个积分式A／D转换部件，即通过模拟切 换开关，各输入通道按顺序一个接一个 地转换。 某一通道从开始转换模拟量输入值 起，一直持续到再次开始转换的时间称 模入模块的循环时间，它是模块中所有 活动的模拟量输入通道的转换时间的总 和。
37
实际上，循环时间是对外部模拟量 信号的采样间隔。 对于一个积分时间设定为20ms，8个 输入通道都接有外部信号且都需断线监 视的SM331模块，其循环时间为 (22+10)*8ms=256ms 因此，对于采样时间要求更快一些的 场合，优先选用二输入通道的SM331模 块。
激励电压 激励电压 全桥和半桥设置 全桥和半桥设置 隔离，放大， 噪声滤波 隔离，放大，噪声滤波 隔离，放大， 隔离，放大，
Demo
泛华测控 / Pansino
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温度传感器的信号调理
绝大多数传感器均有相应的变送器，但温 度传感器的调理电路往往需自己制作，当然也 有现成的产品，但价格较高。常见的温度调理 电路采用桥式电路原理进行测量。
18
液位传感器
磁致伸缩液位传感器：
测量范围： 测量范围：0.2~5m 基本测量精度： 基本测量精度：0.05%
19
压力型液位变送器
JYB-K*-**型液位变送器 型液位变送器 量 程 ： 0-0.5m,4m,100m 精度： 级 ± 精度：A级≤±0.25％ ％ B级≤±0.5％ 级 ± ％
20
27
A/D转换器
A/D转换器是将模拟电压或电流转换成数 字量的器件或装置，它是一个模拟系统和计算 机之间的接口，它在数据采集和控制系统中， 得到了广泛的应用。
28
3.1.1 模拟量输入通道
变送器输出的信号为0～ 变送器输出的信号为 ～10mA或4 ～ 20mA 或 的统一信号，需要经过I/V变换变成电压信号 变换变成 电压信号后 的统一信号 ， 需要经过 变换 变成 电压信号 后 才能处理。 对于电动单元组合仪表， 才能处理 。 对于电动单元组合仪表 ， DDZ—Ⅱ Ⅱ 号标准为0～ 型的输出信 号标准为 ～10mA，而DDZ—III型 ， 型 输出信号标准为4～ 输出信号标准为 ～20mA。 。
接口与通道
f(t)
f*(t)
f(t) S
f*(t)
t
0 T 2T 3T 4T 5T t
图3.22 信号的采样过程
f *(t) f (t)T (t) f (t) (t kT ) f (kT ) (t kT )
k 0
k 0
采样频率由香农（Shannon）采样定理确定，ω s≥(4～10)ω max
INH
C
B
A
0
0
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
0
0
1
1
01000101
0
1
1
0
0
1
1
1
接通通道
0 1 2 3 4 5 6 7
第3章 输入输出接口与过程通道
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计算机控制技术
高等院校自动化新编系列教材
1. 信号3.的2.4采样信号的采样和量化
采样过程（简称采样）是用采样开关（或采样单元）将 模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程
第3章 输入输出接口与过程通道
26
计算机控制技术
高等院校自动化新编系列教材
2.量化
采样信号经整量化后成为数字信号的过程称为量化
量化过程就是用一组数码（如二进制码）来逼近离
散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号，执行量 化动作的装置是A/D转换器。字长为n的A/D转换器 把 ymin~ymax 范 围 内 变 化 的 采 样 信 号 ， 变 换 为 数 字 0~2n-1，其最低有效位（LSB）所对应的模拟量q称 为量化单位，其表达式为：
q
ymax ymin 2n 1
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信息种类
信息来源 阀门的开、关，接点的通、断， 电平的高、低 各类数字传感器、控制器等
通道类型
开关量输入
数字量 数据数码
数字量 输入通道
脉冲量输入 长度、转速、流量测定转换等 中断输入 模拟量 电流信号 电压信号 操作人员请求、过程报警等 压力、温度、液位、湿度、速 模拟量 度、质量、位移等 输入通道
第3章
输入输出通道Biblioteka 口技术第3章 输入/输出通道接口技术
• 概述 • 输入输出通道的结构 • 模拟量输入通道接口技术
• 模拟量输出通道接口技术
• 数字量输入输出通道 • 过程通道的抗干扰与可靠性设计
3.1 概 述
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，必 须把现场的各种测试参数，如温度、压力、流量等连续变化
的物理量或开关量，转换为计算机可识别的数字量输入到计
算机进行数据处理。处理结果又必须转换为电压或电流 ，以 推动执行机构工作。因此在计算机和生产过程之间，必须设
置信息传递和变换装置，这个装置称为过程输入/输出通道。
典型的单片机测控系统硬件组成框图
输入/输出通道
通 用 外 设 单 片 计 算 机
接口
A/D转换器一般分类如下：
（1）按转换输出数据的方式，可分为串行与并行两种，
其中并行（串行）ADC又可根据数据宽度分为8位、12 位、14位、16位等。 （2）按输出数据类型可分为BCD码输出型和二进制输 出型。
（3）按转换原理可分为逐次逼近式、双积分式和并行
式。
3.3.1 A/D 主要技术指标
ADC0809的内部结构
CLOCK
1N0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
START
EOC 8位 三态 锁存 缓冲器
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
定时和控制 通道 选择 开关 比较器 地址锁存 和译码 DAC 逐次逼近 寄存器SAR
ADDA ADDB ADDC ALE
3.3.2 并行ADC及接口技术
ADC0809
主要特性：
1）8路输入通道，8位A/D转换器，即分辨率为8位。 2）具有转换起、停控制端。
3）转换时间为100μs(时钟为640kHz时)，130μs（时钟为500kHz时）。
4）单个+5V电源供电 5）模拟输入电压范围0～+5V，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-40～+85摄氏度。 7）低功耗，约15mW。
OE ADC0809 Vcc
GND
VREF(+)
VREF(-)
例1：如图所示，试用中断方式编写程序，对IN0～IN7通道 上的模拟电压数据进行一次采集，并将转换结果送入内部 RAM 20H单元开始的数据缓冲区中。
D Q CP Q ADC0809 CLK ADDA ADDB ADDC D0～D7 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
来 自 现 场 的 信 号 采样/保持器 A/D 转换
采样/保持器
A/D 转换
I/O 接口 电路
CPU
2、共享转换结构
信号处理 信号处理 多 路 开 关
放大器
S/H
A/D
I/O 接口 电路
CPU
信号处理
逻辑控制
3.2.2 模拟量输出通道结构
输出通道的一般结构： 1、多通道独立D/A转换形式
I/O 接口 电路
ALE
G P0
MCS-51 单片机 74LS 373 OE A0 A1 A2
WR
P2.7 RD P1.0 INT0
≥1
≥1
START ALE OE EOC
;主程序 START: MOV DPTR，#7FFFH MOV R2，#08H MOV R0，#20H MOV R1，#00H SETB EA SETB EX0 SETB IT0 MOV A，R1 MOVX @DPTR，A LOOP: SJMP LOOP ;中断服务程序 …… ORG 1000H ADINT0: MOVX A，@DPTR MOV @R0，A INC R1 INC R0 DJNZ R2，ROT CLR EX0 JMP EXIT ROT:MOV A，R1 MOVX @DPTR，A EXIT:RETI END
；IN0通道号
；开外中断0 ；中断请求信号为下降沿触发 ；启动A/D转换 ；等待中断
信息 来源
输出驱动
输出信息 种类
通道类型
计 算数 机字 输量 出 的
阀门的开、关，触点的通、 开关量 断，电机的启、停等 数字量 电压或 电流
数字量 输出通道
数字量（数字设备） 执行器（电动、气动、液 压执行器械）
模拟量 输出通道
3.2.1 模拟量输入通道的结构
输入通道的一般结构： 1、并行转换结构
1、分辨率：用数字量的位数来表示，位数越高，分辨率越 高，对输入量的变化越灵敏。 2、量程：所能转换的电压（电流）范围。
3、转换时间：转换时间是指启动A/D转换到转换结束所需 的时间 。
4、线性误差：满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最 大误差。 另外还有工作温度范围、对参考电压的要求、转换精 度（绝对精度和相对精度）、偏移误差、满刻度误差等 。
D/A转换
隔离
放大 转换
执行器
CPU
D/A转换
隔离
放大 转换
执行器
2、多通道共享D/A转换形式
保持器
CPU
I/O 接口 电路
D/A转换
反多路 开关 保持器
3.3 模拟量输入通道接口技术
在单片机的实时测控和智能化仪表等应用系统中，常 需将检测到的连续变化的模拟量(如温度、压力、流量、速 度、液位和成分等)通过模拟量输入通道转换成单片机可以 接收的数字量信号，输入到单片机中进行处理。A/D转换器 是模拟量输入通道的主要组成部分，完成模拟量到数字量的 转换。 A/D转换接口设计主要是根据用户提出的数据采集精度 及速度等要求，按一定的技术准则和经济原因合理的选择通 道结构和A/D转换器芯片，并适当配置多路模拟开关、前置 放大器、采样保持器、接口和控制电路等，实现模拟量到数 字量的线性转换，对被测信号进行采集和处理。
接口
A\D D\A
多路开关
传感器变送器
反多路开关
开关量输入
执行机构
接口 接口
生 产 设 备 或 过 程
开关量输出
3.2 输入/输出通道的结构
输入/输出信号一般有两种类型：一种是随时间连续变 化的物理量，称为模拟信号；一种是只有开和关(或1和0)两
种状态的量，称为开关量（数字量）。因此计算机控制系统