数字量输入输出通道
计算机控制技术课后习题答案
|3.微型计算机控制系统的硬件由哪几部分组成各部分的作用是什么由四部分组成。
图微机控制系统组成框图(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)。
其中操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，例如热电偶把温度转换成mV信号；压力变送器可以把压力转换变为电信号，这些信号经变送器转换成统一的计算机标准电平信号(0～5V或4～20mA)后，再送入微机。
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。
例如，在温度控制系统中，微机根据温度的误差计算出相应的控制量，输出给执行机构(调节阀)来控制进入加热炉的煤气(或油)量以实现预期的温度值。
21节数字量输入输出通道-文档资料
地址译码器
开关量输入通道的典型结构示意图
12
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路
2. 信号调理电路
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接受生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点，瞬时高压，过电压、接触抖动等现象。这些状 态信号必须经过转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计 算机能够接受的逻辑信号，比如电平匹配，这些过程称为 信号调理。 对于开关量来说，主要是将开关、继电器等触点的接
0 0
D1
D6 D7
74LS273
Q1
当执行 CS OUT指令周期时，产生 写信号，进行数据锁存，并输 IOW 出。
10
输出 Q6 接口 Q7
CS IOW
数字量输出接口
RESET
Ge Sibo,Department of Automation
2.1.1 数字量输入输出接口技术--数字量输出接口
通和断开的动作转换成TTL电平信号与计算机相连，并且要 消除由于触点抖动和反跳形成的振荡信号。
13 Ge Sibo,Department of Automation
2.1.2 数字量输入通道--信号调理电路（小功率）
（1）消除机械抖动影响 操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断 开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在 变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致 计算机的误动作。下图所示为消除由于接点的机械抖动而产生的 振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。 如图所示为一种简单的采用积分电路消除开 关抖动的方法。电阻R和电容C组成一个积分 电路，输出跃变发生在积分器积分到门的转 折电压时刻，只要积分电路的时间常数足够
输入输出接口与过程通道(1)
1A2 1Y2
D1
1A3 1Y3
D2
1A4 1Y4
D3
1A5 1Y5
D4
1A6 1Y6
D5
1A7 1Y7
D6
1A8 1Y8
D7
设片选端口地址为port，可 用如下指令来完成取数.
MOV DX， port
IN AL， DX
PC总线 输入接口
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
SSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两 个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输 出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。
注意：零交叉电路在交流电过零时,会产 生触发信号，从而减少干扰。
SSR作交流开关，相当 于有一个触点，左边 是TTL电平，在0~5V之 间：
际转换特征并非如此。在满量程输入范围内， 偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。 线性误差常用LSB(数字量的最低有效位)的分数 表示,如(1/2)LSB或±1LSB 量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V, 0～10V， 0～5V 对基准电源的要求：基准电源的精度对整个系统的精度产生
数字量(开关量)输入通道的基本功能就是接收外部 装置或生产过程的状态信号。
这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触 点，因此引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场 输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换 成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调 理。
当输入TTL电平为 高时，触点闭合；
当输入TTL电平为 低时，触点断开。
当用计算机来控制 电磁阀时，用固态继 电器。
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
数字量的输入输出控制方式
一、输入/输出接口
2.I/O接口电路 • （1）输入设备的I/O 接口要起到三态门的作用 • 在总线结构的微机系统中,任一时刻只能有一个设备利用 总线进行数据传送,输入设备的数据线应通过三态门与系 统相连.
一、输入/输出接口
• (2)输出设备的I/O 接口要起到锁存的作用 在总线结构的微机系统中,CPU送出的数据以广播 的形式在数据线上传出.CPU要利用总线不停的传 送数据,总线上的数据变化快,如何使慢速设备有足 够的时间处理数据?
二、CPU对输入/输出数据控制 的方式
• 4、DMA传送方式 • 实现方法:某个I/O设备需要传送时,经过DMA控制器 (DMAC)发出总线请求信号,CPU响应后暂停正在执行的 当前指令,交出总线控制权,DMAC接管总线,发出要访问 的存储器的地址及读(写)控制信号,同时也对该I/O设备 的数据端口发出读(写)控制信号,使存储器和I/O设备直 接通过数据总线完成传送.DMAC还可以进行地址修改和 字节计数,在一次请求得到响应后完成一批数据的传送,然 后撤销总线请求信号,CPU收回总线控制权,继续完成被打 断的指令。 • DMA传送方式的特点: • (1)外设和内存之间,直接进行数据传送,不通过CPU,传送 效率高.适用于在内存与高速外设、或两个高速外设之间 进行大批量数据传送。 • (2)电路结构复杂,硬件开销较大。
数字量的输入输出控 制方式
一、输入/输出接口
• 1.I/O接口的作用 • （1）实现信号的交换 • 一是实现信息性质的交换，因计算机使用的是数 字信号，而又些外围设备需要提供的是模拟信号， 两者必须通过接口进行交换；二是实现传输方式 的交换，因计算机内部的信息都是以并行方式进 行传送的，而进行计算机通信时，信号常以串行 方式传送，因此，I/O接口电路必须具有把串行数 据变换成并行传送的功能。
第5章 过程通道
过程输入输出通道示意图
过程输入输出通道与CPU CPU交换的信息类型 三 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型
过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种： CPU交换的信息类型有三种 数据信息： 1．数据信息：反映生产现场的参数及状态的信 它包括数字量、开关量和模拟量。 息，它包括数字量、开关量和模拟量。 2．状态信息：又叫协议信息，如应答信息、握手信 状态信息：又叫协议信息，如应答信息、 它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 3．控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等 控制信息： 信息，如三态门的打开和关闭、 信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动 等。 注意： 在过程输入输出通道中， 必须设置一个与CPU CPU联 注意 ： 在过程输入输出通道中 ， 必须设置一个与 CPU 联 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。 系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2、采用保持器 2.1 概述 问题： 问题： 转换时， 模拟信号进行 A／D 转换时，从启动转换到 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 转换结束输出数字量，需要一定的转换时间， 当输入信号频率较高时， 当输入信号频率较高时，会造成很大的转换 误差。 误差。
解决方法： 采用一种器件，在A／D转换时保持住输入 解决方法： 采用一种器件， 信号电平， 信号电平，在A／D转换结束后跟踪输入信 号的变化。 号的变化。 这种功能的器件就是采样／保持器。 这种功能的器件就是采样／保持器。
第五章 过程输入输出通道
第1节 过程通道的概念
一 过程通道的概念
计算机 r 给定值 控制器 D/A
第2章 DIDO
DO接口电路 输
PC
出
总
锁
线
存
器
输
去
出
生
驱
产
动
过
器
程
地址译码器
数字量输出通道结构
数字量输出通道主要由输出接口电路和输出驱动电路等组成。
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
1．数字量输出驱动电路 输出驱动电路的功能有两个，一是进行信号隔离，二是驱动开关器件。
第2章 输入输出过程通道
小功率输入调理电路
+ 5V R1
R2
C
S
A
S
R1
+5V
R2
B
（a） 采用RC滤波电路
（b）采用RS触发器
从开关、继电器等接点输入信号。将接点的接通和断开动作， 转换成TTL电平信号与计算机相连。为了清除由于接点的机械抖动 而产生的振荡信号，通常采用RC滤波电路或RS触发电路。
小功率驱动电路
中功率驱动电路
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
ULN2003达林顿阵列驱动器
a ) ULN2003 结构图
b) 复合管内部结构
河南机电高等专科学校
Henan Mechanical and Electrical Engineering College
第2章 输入输出过程通道
二、数字量输入通道
数字量输入通
PC
道由信号调理
第四章数字量输入输出通道
（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。
职业技能竞赛理论考试简答题库
职业技能竞赛理论考试简答题库2011年全路职业技能竞赛理论考试简答题库⼀ LKJ部分1.请简述LKJ“监控功能”的含义？答：监控功能包括以下叙述的各主要功能，LKJ根据⼯作状态的不同调⽤相应的控制。
(1)LKJ在列车速度超过安全⾏车允许的速度时启动制动设备；当列车速度低于安全⾏车允许的速度时，LKJ不得影响列车的正常运⾏；(2)LKJ依据机车信号信息进⾏限速控制，以防⽌列车越过关闭的信号机；(3)LKJ应防⽌列车超过线路允许速度、机车允许速度、车辆允许速度及其它允许速度中的最低值；(4)LKJ可按揭⽰命令要求监控列车在规定的施⼯区段速度不超过临时限速；(5)LKJ应防⽌列车超过规定的调车限速；(6)LKJ应根据车载数据和输⼊条件，计算产⽣输出不同控制指令的控制曲线；(7)当列车达到报警速度时，LKJ应报警，若列车速度超过LKJ设定的动作值，则解除牵引⼒、实施常⽤或紧急制动，控制列车减速或停车；(8)LKJ应防⽌列车溜逸运⾏；(9)LKJ启动制动设备实施列车制动后，对于紧急制动⽅式，必须停车后才可缓解；对于常⽤制动⽅式，在列车速度低于LKJ设定的速度时，LKJ提供⼈⼯缓解条件。
2.LKJ的通信插件有何功能？答：通信插件主要完成监控装置与其它设备之间的通信调整，以使不同通信格式、不同通信接⼝和速率的设备可以和LKJ监控主机交换数据。
通信插件设置的通信接⼝有：(1)两路半双⼯RS485通信接⼝，可分别与TAX2综合监测装置和列车总线连接；(2)⼀路HDLC全双⼯/半双⼯通信接⼝，可与地⾯点式信息等设备连接；(3)两路独⽴CAN通信接⼝，与主机内其它挂在CAN总线上的模块通信。
3.简述什么是速度连续控制⽅式。
答：以列车运⾏前⽅的停车信号或限速地点为为⽬标点，计算产⽣平滑的控制曲线，防⽌列车越过关闭的信号机或超过⽬标点限制速度的控制⽅式，称之为速度连续控制⽅式4.简述什么是速度分级控制⽅式。
答：以列车运⾏前⽅的第⼀架信号机为⽬标点，计算产⽣控制曲线，防⽌列车越过关闭的信号机或超过道岔限制速度的控制⽅式，称之为速度分级控制⽅式5.简述压⼒传感器的⼯作原理。
计算机控制系统：第2章 输入输出通道
3.并行接口的ADC0809
CLOCK ADDA--ADDC
START ALE
EOC OE
D0--D7
转换时间
ADC0809工作时序图
2.2.3模拟转换器
3.并行接口的ADC0809
ADC0809工作时序图 ADC0809与51单片机的接口电 路
2.2.3模拟转换器
4.应用举例
ADC0809模拟输入原理图
DI7
DI0
Rfb Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vx
WR2
CS
XFER
DAC0832
DI7 DI0 Rfb
Iout1
-
WR1
Iout2
+
Vy
WR2
DAC0832和51单片机双缓冲连接
P2.0 P2.1 P2.2 P0口 WR
80C51
CS DAC0832
XFER
DI7
DI0
Rfb IouΒιβλιοθήκη 1-WR1❖ 30℃：Rt＝5.6K VAD＝5×500/(5600＋500)＝0.410(V) 对应AD值：14H
❖ 40℃：Rt＝3.8K VAD＝5×500/(3800＋500)＝0.581(V) 对应AD值：1DH
第二章5数字量输出
2.8.3数字量输出通道
• 数字量输出通道简称 DO（Digital Output）， 它的任务是输出数字信号驱动生产现场的设备。
系 统 总 线
输 出 锁 存 器
输 出 驱 动 器
去 生 产 过 程
地址译码电路
图2-54 数字量输出通道结构
微机控制技术
一、晶体管输出驱动电路
• 1、普通三极管驱动电路
微机控制技术
三、数字量传输通道的干扰抑制
• 在工程设计中，对数字信号的输入信号的I/O可采取以下 抗干扰措施。 • （1）数字信号负逻辑传输
（a）高电平传输方式 （b）低电平传输方式 图2-69 数字信号传输方式
微机控制技术
• （2）提高数字信号的电压等级
• 一般输入信号的动作电平为TTL电平，电压较低， 容易受到外界干扰，触点的接触不可靠，导致输 入失灵。
微机控制技术
示波器差分探头： 比如你要测某个电阻两端之间的电压波形，而这两端都是对地有电压的， 此时你就不能把普通探头的接地端接到电阻的任何一端，因为示波器的接 地端是通过电源线的第三个爪接到地的，如果你用它去接这个电阻的任何 一端，就相当于将这个段端对地短路。这时如果想测，就必须用差分探头 了。差分探头可以当普通探头用，但是普通探头不能当差分探头用。
微机控制技术
• ULN2003 是高耐压、大电流驱动阵列芯片，内部 由7个NPN型达林顿管组成。ULN2003 的每一对 达林顿都串联一个2.7kΩ 的基极电阻，在5V 的工 作电压下它能与TTL 和CMOS 电路直接相连，可 以直接处理原先需要标准逻辑缓冲器来处理的数 据。ULN2003 工作电压高，工作电流大，灌电流 可达500mA，可用于驱动常见的小功率负载（如 继电器、电磁阀、小直流电机、步进电机等）。 若实际应用电路需要更大的驱动电流，可将多组 单元驱动电路并联。
机电一体化填空题问答题
1. 在计算机和外部交换信息中，按数据传输方式可分为：串行通信和并行通信。
2. 微机控制系统中的输入与输出通道一般包括模拟量输入通道模拟量输出通道、数字量输入通道数字量输出通道四种通道。
3. 在伺服系统中，在满足系统工作要求的情况下，首先应保证系统的稳定性和精度并尽量高伺服系统的响应速度。
4. 一般来说，伺服系统的执行元件主要分为电磁式液压式气压式和其它等四大类型。
5. 在SPWM变频调速系统中，通常载波是等腰三角波，而调制波是正弦波6.异步交流电动机变频调速：a)基频（额定频率）以下的恒磁通变频调速，属于恒转矩调速方式。
b)基频（额定频率）以上的弱磁通变频调速，属于恒功率调速方式。
7. 开环步进电动机控制系统，主要由. 环形分配器功率驱动器步进电机等组成。
8. 实现步进电动机通电环形分配的三种常用方法是：1）计算机软件2）硬件分配，3）专用环形分配器9. 根据计算机在控制中的应用方式，把计算机控制系统分为四类：1）操作指导控制系统2）直接控制系统3）监督计算机控制系统4）分级计算机控制系统10．应用于工业控制的计算机主要有：1）单片机 2）PLC，3）总线工控机等类型。
11.干扰传播途径有二种方式，其中传导耦合方式：干扰信号能量以电压或电流的形式，通过金属导体传递。
12. 抑制电磁干扰的常用方法有屏蔽、隔离滤波接地合理布局和软件抗干扰技术。
13. 电场屏蔽----通常用铜、铝等导电性能良好的金属材料作屏蔽体，并应保持良好接地。
14．根据频率特性解释下列滤波器的作用：1）低通滤波器：只让低频成分通过，而高于截止频率成分受到抑制、衰减，不让通过。
2）带通滤波器：只让某一频带内的成分通过，而低于上截止频率成分和高于_下截止频率成分的成分抑制,不让通过。
一、填空(每空2分，共20分)1.机电一体化产品按用途可以划分为和2．控制及信息处理单元一般由控制计算机、和组成。
3．在小功率传动链中，为使总的折算惯量最小，各级传动比分配应遵守原则。
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
数字电路数字量输入输出课件
形状
7段码 .gfedcba
符号
形状
7段码 .gfedcba
’0’
00111111
’8’
01111111
’1’
00000110
’9’
01100111
’2’
01011011
’A’
01110111
’3’
01001111
’B’
01111100
’4’
01100110
’C’
00111001
’5’
01101101
5.2.3 总线信号与接口的连接
数据信号的连接 地址信号的连接：译码信号 控制信号的连接
例1、简单的输入接口举例
常用芯片：74LS244 应用例子：开关接口
&
≥1
≥1
+5V
例2、 简单的输出接口举例
输出端口应具备锁存器功能. 常用芯片：74LS273 74LS374(具有三态输出的锁存器) 应用例子：发光二极管接口
a b c d e f g DP
7406
反相器
74LS273
Rx8
≥1
74LS138
D0～D7
IOW#
IOR#
Y0
Y1
F0H = 0000 0000 1111 0000 F1H = 0000 0000 1111 0001
&
≥1
A7～A4
A15～A8
A3
A2
A1
A0
D0
D1
D2
查询方式传送
适用于外设并不总是准备好，而且对传送速率、传送效率要求不高的场合。 CPU在与外设交换数据前必须询问外设状态—— “你准备好没有？” 对外设的要求：应提供设备状态信息 对接口的要求：需要提供状态端口 优点：软件比较简单 缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢
S7-1200数字量输入输出接线图详解和特别说明
S7-1200数字量输入输出接线图详解和特别说明
数字量信号模块SM 1221 数字量输入
①对于漏型输入将“-”连接到“M”（如图示）；对于源型输入将“+”连接到“M”
SM 1222 数字量输出
SM1222 DQ 8 继电器切换模块使用公共端子控制两个电路：一个常闭触点和一个常开触点。
例如输出"0"，当输出点断开时，公共端子(0L) 与常闭触点(.0X) 相连并与常开触点(.0) 断开。
当输出点接通时，公共端子(0L) 与常闭触点(.0X) 断开并与常开触点(.0) 相连。
SM 1223 数字量输入/输出
①对于漏型输入将负载连接到“-”端（如图示）；对于源型输入将负载连接到“+”端SM 1223 也有交流电压输入、继电器输出的模块，如下所示：
SM 1223 DI 8 x 120/230 V AC，DQ 8 x 继电器(6ES7 223-1QH32-0XB0)
通过信号板(SB, Signal Board) 可以给CPU 增加I/O。
提供所有SIMATIC S7-1200 控制器的低成本有效扩展，同时保持原有空间, SB 连接在CPU 的前端。
SB 1221 200KHZ数字量输入接线
①仅支持源型输入
SB 1222 200KHZ数字量输出接线
①对于源型输出将负载连接到“-”端（如图示）；对于漏型输出将负载连接到“+”端SB 1223 200KHZ数字量输入/输出接线
①仅支持源型输入
②对于源型输出将负载连接到“-”端（如图示）；对于漏型输出将负载连接到“+”端SB 1223 数字量输入/输出接线
①仅支持漏型输入
源型/漏型输入接线说明
支持源型输入的信号板：。
智能仪器中数字量的输入、输出
开关量输出
中功率开关量输出驱动接口
功率场效应管也称功率MOSFET（Metal-Oxide Silicon Field Effect Transistor），它是一种常用的中等功率的 开关控制驱动器件。与双极性晶体管比，它的工作原 理不同，驱动方式也不同，一般有TTL集成电路和 CMOS集成电路两种驱动方式驱动场效应管。它有几 个优点。 MOSFET有较高的开关速度。 有较宽的安全工作区而不会产生热点，同时他是一种 具有正的电阻温度系数的器件，所以，容易进行并联 使用。可靠性好。 过载能力强。阀值电压高，可达2-6V。 由于是电压控制器件，对驱动电路要求低。
为测量频率时的相对误差 为计数值的相对误差 为与门开启时间的相对误差
当与门开闭时间t与被测量脉冲周期的整数倍接近或相 等时候，测频法测量频率的最大误差可能为 。
分析 分析 得到结果
的误差来源。即分析 。
。
这样，在测量时间t一定的情况下，测量误差随着被测 信号频率的降低而增大。当f较低时，应采用别的测量 方法。
由MCS-51单片机内部定时器T0和口P3。4送出，T0工作方式1， 则PWM输出信号中的高电平和低电平持续时间Th和Tl分别为
Th=(216-x)*12/fosc Tl=(216-y)*12/fosc
式中，x,y分别为Th和Tl相对应的定时常数。
作业：1。使用CPLD，VHDL语言表示PWM。占空比为0.656。 2。书22页，第4题。
开关量输出
数字逻辑电路的额定负载能力表 逻辑电 路类型 输出高电平/V 拉电流/mA 输出低电平/V 灌电流/mA -0.4 1.6 0.4 0.01 16 0.5
标准TTL 2.4 逻辑 4.99 标准 CMOS逻 辑 4.99 高速 COMOS 逻辑
第三讲：数字量输入输出通道
2019年5月21日
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要注意的是，用于驱动发光管的电
源与驱动光敏管的电源不应是共地的同一
个电源，必须分开单独供电，才能有效避
免输出端与输入端相互间的反馈和干扰；
另外，发光二极管的动态电阻很小，也可
以抑制系统内外的噪声干扰。因此，利用
光耦隔离器可用来传递信号而有效地隔离
电磁场的电干扰。
2019年5月21日
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+5V
+5V
74LS273
+5V 74LS273
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
c
数
D7~D0 据
+
缓
冲
器
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选通脉冲
选通脉冲
(a 数字量同相传递 图 4-3 光电耦合隔离电路
(b 数字量反相传递
2019年5月21日
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+5V c e
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数字量反相传递如图4-3（b）所示，与（a） 不同的是光耦的集电极 c 端直接接另一个正 电源，而发射极 e 端通过电阻接地，则光耦输 出端从发射极 e 端引出。从而完成了数字信号 的反相传递。
数字量同相传递如图4-3（a）所示，光耦的输入正 端接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据缓冲器 上，光耦的集电极 c 端通过电阻接另一个正电源， 发射极 e 端直接接地，光耦输出端即从集电极c 端引 出。当数据线为低电平“0”时，发光管导通且发光，使得 光敏管导通，输出 c 端接地而获得低电平“0”；当数 据线为高电平“1”时，发光管截止不发光，则光敏管也截 止使输出 c 端从电源处获得高电平“1”。如此，完成 了数字信号的同相传递。
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典型的开关量输入信号调理电路如下图所示。 点划线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（a） 是直流输入电路，（b）是交流输入电路。交流输 入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥块， 可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如 5VDC)。开关S的状态经RC滤波、稳压管D1箝位 保护、电阻R2限流、二极管D2防止反极性电压输 入以
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引言
在微机控制系统中，除了要处理模拟量信 号以外，还要处理另一类数字信号，包括开关 信号、脉冲信号。它们是以二进制的逻辑 “1”和“0”或电平的高和低出现的。如开 关触点的闭合和断开，指示灯的亮和灭，继电 器或接触器的吸合和释放，马达的启动和停止 ，晶闸管的通和断，阀门的打开和关闭，仪器 仪表的 BCD 码，以及脉冲信号的计数和定时 等等 。
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
现以最简单的三极管型光电耦合隔离器为例来说 明它的结构原理，如下所示。
+ 5V
+ 5V
+ 输 入端
输出端
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
光电耦合隔离器的输入输出类似普通三极管的 输入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线性区 三部分。利用光耦隔离器的开关特性（即光敏三极 管工作在截止区、饱和区），可传送数字信号而隔 离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离。例如在数 字量输入输出通道中，以及在模拟量输入输出通道 中的A/D转换器与CPU或CPU与D/A转换器之间的 数字信号的耦合传送，都可用光耦的这种开关特性 对数字信号进行隔离。 -- 精品--
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
缺点是使用较多的光耦器件，成本较高。但因光 耦越来越价廉，数字信号隔离方法的优势凸现出来， 因而在工程中使用的最多。
要注意的是，用于驱动发光管的电源与驱动光敏 管的电源不应是共地的同一个电源，必须分开单独 供电，才能有效避免输出端与输入端相互间的反馈 和干扰；另外，发光二极管的动态电阻很小，也可 以抑制系统内外的噪声干扰。
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
（3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电 压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位 在安全电平上。
（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性 电压输入。
（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部 的完全电隔离。
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5.2 数量输入通道
数字量同相传递如图（a）所示，光耦的输入正 端接正电源，输入负端接到与数据总线相连的数据 缓冲器上，光耦的集电极c端通过电阻接另一个正 电源，发射极e端直接接地，光耦输出端即从集
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
电极c端引出。当数据线为低电平“0”时，发光管 导通且发光，使得光敏管导通，输出c端接地而获 得低电平“0”；当数据线为高电平“1”时，发光 管截止不发光，则光敏管也截止使输出c端从电源 处获得高电平“1”。如此，完成了数字信号的同 相传递。
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5.2 数字量输入通道
1 引言
➢ 数字量输入通道（ DI 通道）的任务--是把生产 过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。 ➢信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进行 A/D 转换，但对通道中可能引入的各种干扰必须采 取相应的技术措施，即在外部信号与单片机之间要 设置输入信号调理电路。
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
因此，利用光耦隔离器可用来传递信号而有效地 隔离电磁场的电干扰。
为了适应计算机控制系统的需求，目前已生产出 各种集成的多路光耦隔离器，如TLP系列就是常用 的一种。
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
下面以控制系统中常用的数字信号的隔离方法为 例说明光电耦合隔离电路。典型的光电耦合隔离电 路有数字量同相传递与数字量反相传递两种，如下 图所示。
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(a 数字量同相传递
+5V
+5V
74LS273
数
c
D7~D0 据
+
缓
冲
器
-
e
选通脉冲
(b 数字量反相传递
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5.1 光电耦合隔离技术
2 光电耦合隔离电路
数字量反相传递如图（b）所示，与（a）不同 的是光耦的集电极 c端直接接另一个正电源，而发 射极 e 端通过电阻接地，则光耦输出端从发射极e 端引出。从而完成了数字信号的反相传递。
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5.1 光电耦合隔离技术
主要知识点
❖ 1 光电耦合隔离器 ❖ 2 光电耦合隔离电路
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5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、 单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如下图所示。 它们的原理是相同的，即都是通过电 光 电这种 信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而 完成隔离功能的。
计算机控制技术
吴国辉
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第五章 数字量输入输出通道
• 1.光电耦合隔离器的结构原理及其隔离电路 • 2.数字量输入通道中几种典型电路； • 3.数字量输出通道几种典型驱动电路；
-- 精品--
第五章 数字量输入输出通道
• 引言 • 5.1 光电耦合隔离技术 • 5.2 数字量输入通道 • 5.3 数字量输出通道 • 5.4 DI/DO模板 • 本章小结 • 思考题
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5.2 数字量输入通道
2 开关输入电路
凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、 开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入 电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换， RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。
（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信 号转换为电压信号。
（2）RC滤波是用RC滤波器滤出高频干扰。
5.1 光电耦合隔离技术
1 光电耦合隔离器
例如在现场传感器与A/D转换器或D/A转换器 与现场执行器之间的模拟信号的线性传送，可用光 耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。
光耦的这两种隔离方法各有优缺点。模拟信号隔 离方法的优点是使用少量的光耦，成本低；缺点是 调试困难，如果光耦挑选得不合适，会影响A/D或 D/A转换的精度和线性度。数字信号隔离方法的优 点是调试简单，不影响系统的精度和线性度；