过程输入输出通道接口技术(3)(精选)
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第2章 输入输出接口与过程通道
2.多个输出通路共用一个D／A转换器的结构形式
图2.32 共用D/A转换器的结构
2.4.2 D/A转换器及其接口技术
D/A转换器是将数字量转换成模拟量的元件或 装置。常用的D/A转换器的分辨率有8位、10位、 12位等。
主要技术指标有分辨率、建立时间、线性误 差等。基本上与A/D转换器的指标相一致。
1. 8位A／D转换器ADC0809 主要特点： 分辨率 8 位；
转换时间100s； 温度范围-40 ～ +85 ℃； 可使用单一的 +5V电源； 可直接与CPU连接； 输出带锁存器； 逻辑电平与TTL兼容。
电路组成及引脚功能
ADC0809有28条引脚。
OE
2. 12位A／D转换器AD574
（1）非电信号的检测-不平衡电桥
（2）信号放大电路
放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换 的量程范围之内，如0-5VDC;
对单纯的微弱信号，可用一个运算放大器进行单 端同相放大或单端反相放大。
若信号源的一端接放大器的负端为反相放大。当 然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一 端是与放大器的另一个输入端共地。
第2章 输入输出接口与过程通道
基本概念
输入输出接口 —— 简称“接口” 输入输出接口技术 —— 研究微处理器和外部设
备之间信息交换的技术。 接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连
接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完 成信息交换。 通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象 之间信息传送和变换的连接通道。
为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随 时间变化较快信号的要求，可采用带有保持电路的采样 器，即采样保持器。
（2）采样保持原理
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。
计算机控制输入输出接口与过程通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路。 MC1416是达林顿阵列驱动器. 达林顿晶体管DT（Dar1ington Transistor）亦称复合晶体管。 它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一 起，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基 极，依次级连而成，最后引出E、B、C三个电极。
采用积分电路的小功率输入调理电路
目的：把开关K的状态转化成二进制状态。 原理：闭和K时，电容C放电，反相器反相 为1； 断开K时，电容C充电，反相器反相 为0。
问题：利用什么原理消除了抖动？
R—S触发器消除开关两次反跳电路
K
R3 +5V R45
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。
当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产 生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。
2.1.2 数字量输入通道
•数字量输入通道结构 P C 总 线 生 产 过 程
输入 缓冲 器
输入 调理 电路
地址译码器
2.3.1数字量输入通道
开关量：开关、电流、开关的触点等等 通道结构
输入
PC 总 线
输入 调理 电路
缓
冲器
来 自 生 产 过 程
地址译码器
输入缓冲器：三态门缓冲器74LS244（较为常见）
1 2
R3
C
当K断开时，光电二极管不 导通，晶体管不导通，经反相 器反相输出为0。 其中，用R1、R2进行分压， C进行滤波，要合理选择参数。
•大功率输入调理电路
－采用光电隔离
2.3
2.3.1
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
1.数字量输入接口 2.数字量输出接口
过程输入输出通道详解
3.1.1 数字量输入通道
2.输入调理电路 数字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。这此状态信号的 形式可能是电压、电流、开关的触点，容易 引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。 为了将外部数字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电 平信号，这些过程称为信号调理。下面针对 不同情况分别介绍相应的信号调理技术。
3.1 数字量输入输出通道
3.1.1 数字量输入通道
1.数字量输入通道的结构 数字量输入通道的结构 数字量输入通道将现场开关信号转换成计算机需要的电平号， 数字量输入通道将现场开关信号转换成计算机需要的电平号， 以二进制数字量的形式输入计算机， 以二进制数字量的形式输入计算机，计算机通过三态缓冲器读 取状态信息。数字量输入通道主要由输入调理电路、 取状态信息。数字量输入通道主要由输入调理电路、输入缓冲 器和接口电路组成。如图3-1所示 所示。 器和接口电路组成。如图 所示。 图3-1 数字量输入通道结构
3.2.3采样保持器
2、常用的采样保持器 图3-18 LF398的典型应用 的典型应用
3.2.3采样保持器
3、采样/保持器的主要参数 ●采集时间（捕捉时间）：当置于采样方式时，输出跟 踪输入需要的时间。采集时间T是指从采样开始到输出 稳定之间的时间。 ●转换速率：指输出变化的最大速率，以V/s为单位。 V/s ●孔径时间：当采样保持器从采样转入保持时，采样开 关完全断开所需的时间，即进入保持控制后，实际的 保持点会滞后真正要求保持点一段时间，一般是纳秒 级。这个时间由器件的开关动作时间决定。 ●下跌率（衰减率）：在进入保持阶段后，由于开关的 漏电流及保持电容泄漏，输出电压会下降，以mV/s表 示。在选择保持电容的容量时要折中地考虑采集时间 和下跌率。
(完整版)计算机控制技术第二章习题答案整理及详解(.04.26修改版SK)
be i ng 第2章 习题参考答案1.什么是接口、接口技术和过程通道？答：接口是计算机与外设交换信息的桥梁，包括输入接口和输出接口。
接口技术是研究计算机与外部设备之间如何减缓信息的技术。
过程通道是计算机与生产过程之间的信息传送和转换的连接通道。
2.采用74LS244和74LS273与PC/ISA 总线工业控制机接口，设计8路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和数字量输出程序。
答：数字量输入接口设片选端口地址为port MOV DX,portMOV DPTR,PORTMOVX A,@DPTRINAL,DX74LS244PC 总线*IOR(*RD)_数字量输出接口MOV AL,DATA MOV A,DATAMOV DX ，port MOV DPTR,PORT OUTDX,ALMOVX @DPTR,A3.用8位A/D 转换器ADC0809与8051单片机实现8路模拟量采集。
请画出接口原理图，并设计出8路模拟量的数据采集程序。
输出信号PC 总线(*WR)程序：ORG 0000HMOV R0，#30H ；数据区起始地址存在R0MOV R6，#08H ；通道数送R6MOV IE，#84H ；开中断SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方式MOV R1，#0F0H ；送端口地址到R1NEXT：MOVX @R1，A ；启动A/D转换LOOP:SJMP LOOPINC R0INC R1DJNZ R6，NEXT ；8路采样未接受，则转NEXTCLR EX1 ；8路采样结束，关中断END中断服务程序：ORG 0003H ；外中断1的入口地址AJMP 1000H ；转中断服务程序入口地址ORG 1000HMOVX A，@R1 ；读入A/D转换数据MOV @R0，A ；将转换的数据存入数据区RETI ；中断返回ORG 0000HMOV R1，#30HMOV R2，#0F0HA1: MOV DPTR, R2MOVX @DPTR, ALOOP: JNB P3.2 , LOOPMOVX A, @DPTRMOV @R1，AINC R2INC R1CJNE R2, 0F7H, A1END4.用12位A/D 转换器AD574与PC/ISA 总线工业控制机接口，实现模拟量采集。
(计算机控制技术)第4章计算机过程输入输出通道
03
输出通道技术
模拟量输出通道
模拟量输出通道的作用是将计 算机输出的数字信号转换为模 拟信号，以驱动各种执行机构
。
常见的模拟量输出通道有电压 输出型和电流输出型两种，它 们通过不同的方式将数字信号
转换为模拟信号。
电压输出型模拟量输出通道的 优点是电路简单、成本低，适 用于输出信号较小、对精度要 求不高的场合。
03
输出通道的驱动能力是指其能够驱动执行机构或控制设备的能力，包 括最大输出电压、最大输出电流等参数。
04
选择具有足够驱动能力的输出通道可以保证系统的正常运行和稳定性。
04
输入输出通道的信号处 理与接口技术
信号的预处理技术
信号的放大与衰减
根据信号的幅度调整，确 保信号在传输过程中保持 稳定。
信号的滤波
去除噪声和其他干扰，提 高信号质量。
信号的整形
将不规则或非标准信号转 换为适合传输和处理的信 号。
信号的转换技术
A/D转换将模拟信号转换为数字信号，源自 于计算机处理。D/A转换
将数字信号转换为模拟信号，便于 实际应用。
光电转换
将光信号转换为电信号，或反之。
信号的传输与接口技术
总线技术
实现多个设备之间的数据传输和通信。
数字量输出通道的作用是将计算机输出的数字 信号转换为控制信号，以驱动各种控制设备。
晶体管输出型数字量输出通道的优点是响应速度 快、驱动能力强，适用于需要快速响应的场合。
输出通道的负载特性与驱动能力
01
输出通道的负载特性是指执行机构或控制设备的输入阻抗、输入电压、 输入电流等参数。
02
了解负载特性有助于选择合适的输出通道类型和规格，以确保系统的 稳定性和可靠性。
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
4
计算机控制技术
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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
16
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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
17
计算机控制技术
第三章 输入输出接口与过程通道
11
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第三章 输入输出接口与过程通道
12
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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。
单片机原理与接口技术第8章输入通道和输出通道
输入通道的特点如下：
1)输入通道的类型取决于从传感器送入信号的类 型，由于不同的信号需要不同的转换电路，这也 就决定了输入通道的类型。
2)输入通道的主要技术指标是信号的转换精度和 速度，它们是选择转换器件的依据。
3)输入通道往往是模拟电路和数字电路的混合电 路，对于传感器输出的微弱信号必须加以放大。
5） ：DAC寄存器的写信号，低电平有效。
6） ：数据传送控制信号（输入），低电平有效。 和 两个信号控制DAC寄存器是数据直通方式还是数 据锁存方式；当 =0和 =0时，为DAC寄存器直通方 式；当 =1和 =0时，为DAC寄存器锁存方式。
7）OE：输出允许信号。当OE端输入高电平信号时，三态输出 锁存器将A-D 转换结果输出。
8）D0～D7：数字量输出端。D0为最低有效位（LSB），D7 为最高有效位（MSB）。D0～D7的内部电路为三态缓冲输出 形式 ，可以和单片机的数据线直接相连。
9）VREF (+) , VREF (－)：正负基准电压输入端。作为逐次逼 近的基准。基准电压的中心值即1/2 （VREF(+)+VREF(－)）应 接近1/2VCC，其典型值VREF(+)=+5V，VREF (－) =0V。
5）START：A-D 转换信号输入端。有效信号为一正脉冲。在 脉冲上升沿，A-D 转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开 始A-D 转换。
6）EOC：A-D 转换结束信号。在START信号上升沿之后0～ （2μs+8个时钟周期）时间内，EOC变为低电平。这一点在启 动A-D 转换后查询EOC信号时须加注意。当A-D 转换结束后， EOC立即输出一正阶跃信号，可用来作为A-D 转换结束的查询 信号或中断请求信号。
计算机控制技术第二章
第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的被控参数及运行状态，按要求的方式送人计算机处理，再将结果以数字量的形式输出，并将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机接口和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就称之为过程输入输出通道，也叫I／O通道。
2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向，过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。
生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等)，一般是随时间连续变化的模拟量，通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。
由于计算机只识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后，才能送人计算机。
对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受，因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。
计算机控制生产现场的控制通道也有两种，即模拟量输出通道和数字量输出通道。
计算机输出的控制信号以数字形式给出，若执行元件要求提供模拟电压或电流，则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流，若执行元件要求数字量(开关量)，则应采用数字量输出通道，将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。
由此可见，过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。
2.1.2 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：(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。
(2)状态信息又叫应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。
(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。
接口电路含这三类信息交换的端口。
2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。
计算机控制技术 第3章 过程输入输出通道
36
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
22
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。 。
第四讲-输入输出接口与过程通道3
MOV DX,BASE+1 MOV AL,dataH ;送高8位数据
OUT DX,AL
MOV DX, BASE+0 MOV AL, dataL ;送低4位数据 OUT DX,AL ;12数据进行转换
RET
2.5.3 单极性与双极性电压输出电路
在实际应用中，通常采用D/A转换器外加运算放大器的方法， 把D/A转换器的电流输出转换为电压输出。图2-35给出D/A 转换器的单极性与双极性输出电路 如果参考电压为+5v,则Vout1为:0～- 5v, Vout2为:±5v.
MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH
2.6 硬件抗干扰技术
2.6.1 过程通道抗干扰技术
2.6.2 主机抗干扰技术
2.6.3 系统供电与接地技术
所谓干扰，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。
2.7.1 过程通道抗干扰技术
1. (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。
图2-42 串模干扰示意图
（2）串模干扰的抑制方法
①如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤 波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频 率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰 频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。 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。
模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、 V/I变换等组成。
OUT DX,AL
MOV DX, BASE+0 MOV AL, dataL ;送低4位数据 OUT DX,AL ;12数据进行转换
RET
2.5.3 单极性与双极性电压输出电路
在实际应用中，通常采用D/A转换器外加运算放大器的方法， 把D/A转换器的电流输出转换为电压输出。图2-35给出D/A 转换器的单极性与双极性输出电路 如果参考电压为+5v,则Vout1为:0～- 5v, Vout2为:±5v.
MOV AL， 07H ；D/A 通道l 输出50% MOV DX， 0220H OUT DX， AL MOV DX， 0221H MOV AL， 0FFH
2.6 硬件抗干扰技术
2.6.1 过程通道抗干扰技术
2.6.2 主机抗干扰技术
2.6.3 系统供电与接地技术
所谓干扰，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。
2.7.1 过程通道抗干扰技术
1. (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。
图2-42 串模干扰示意图
（2）串模干扰的抑制方法
①如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤 波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频 率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰 频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。 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。
模拟量输出通道一般由接口电路、D/A转换器、 V/I变换等组成。
第2章接口技术与输入输出通道3-DI、DO
通过对各种输入输出通道接口电路的分析，可以看出， 光电耦合隔离器的抗干扰作用是十分重要的。
习题与思考
1. 分析三极管型光电耦合隔离器的工作原理。
2. 光耦隔离器的两种应用。
3.简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱 动电路。 4. 对 比 分 析 几 种 输 出 驱 动 电 路 的 应 用 特 点 。
+5V
+5V
c +
D7~D0
D7~D0
数 据 缓 冲 器
c +
选通脉冲
e
选通脉冲
-
e
分类：数字量同相传递 与数字量反相传递。 数字量同相传递：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。
晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPU直接相连，在实际使用时要采 用隔离措施。
2.3.3.4 固态继电器驱动电路
固态继电器SSR（Solid State Relay）：是一种新 型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实 现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合， 而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电 器的功能，故称为固态继电器。 特点：它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、 无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优 点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取 代电磁继电器之势。
信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进
2.3.2
数字量输入通道
主要知识点
引言
2.3.2.1 开关输入电路
习题与思考
1. 分析三极管型光电耦合隔离器的工作原理。
2. 光耦隔离器的两种应用。
3.简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱 动电路。 4. 对 比 分 析 几 种 输 出 驱 动 电 路 的 应 用 特 点 。
+5V
+5V
c +
D7~D0
D7~D0
数 据 缓 冲 器
c +
选通脉冲
e
选通脉冲
-
e
分类：数字量同相传递 与数字量反相传递。 数字量同相传递：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。
晶闸管常用于高电压大电流的负载，不适宜与CPU直接相连，在实际使用时要采 用隔离措施。
2.3.3.4 固态继电器驱动电路
固态继电器SSR（Solid State Relay）：是一种新 型的无触点开关的电子继电器，它利用电子技术实 现了控制回路与负载回路之间的电隔离和信号耦合， 而且没有任何可动部件或触点，却能实现电磁继电 器的功能，故称为固态继电器。 特点：它具有体积小、开关速度快、无机械噪声、 无抖动和回跳、寿命长等传统继电器无法比拟的优 点，在计算机控制系统中得到广泛的应用，大有取 代电磁继电器之势。
信号调理电路--虽然都是数字信号，不需进
2.3.2
数字量输入通道
主要知识点
引言
2.3.2.1 开关输入电路
计算机控制系统 第2版 李正军 第4章
因此，除特殊情况下采用多路独立的放大、A/D和D/A外，通 常采用公共的采样/保持及A/D转换电路，而要实现这种设计， 往往采用多路模拟开关。
1．模拟开关的参数
多路开关的作用主要是用于信号切换，如在某一时刻接通某 一路，让该路信号输入而让其它路断开，从而到达信号切换 的目的。在多路开关选择时，常要考虑以下参数：
在多路开关的选用时，常要考虑许多因素，如需多少路？要 单端型还是差动型？开关电阻多大？控制电平多高？另外还 要考虑开关速度及开关间互扰等诸多方面。
4.1.4 32通道模拟量输入电路设计实例
在计算机控制系统中，往往有多个测量点，需要设计多路 模拟量输入通道，下面以32通道模拟量输入电路为例介绍 其设计方法。
4.1.3 模拟开关
在用计算机进行测量和控制中，经常需要有多路和多参数的 采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每 一路都采用放大、采样/保持、A/D等环节，不仅本钱比单路 成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻 容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难；并且 对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采用一个回 路几乎是不可能的。
t
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 t/T
b）离散模拟信号
图4-2 模拟信号采样示意图
3．采样定理
采样定理：由采样信号x * ( k ) 完全无失真地恢复原信号x ( t )
的条件是采样速度要满足下式：
s
≥
2 max
或
T
≤
1 2
m
in
其中：s 2π /T，为采样角速度；T为采样周期； m ax 为原信
号 x (t ) 频谱中最高角频率； m i n 为 x (t ) 的各种信号分量中最
1．模拟开关的参数
多路开关的作用主要是用于信号切换，如在某一时刻接通某 一路，让该路信号输入而让其它路断开，从而到达信号切换 的目的。在多路开关选择时，常要考虑以下参数：
在多路开关的选用时，常要考虑许多因素，如需多少路？要 单端型还是差动型？开关电阻多大？控制电平多高？另外还 要考虑开关速度及开关间互扰等诸多方面。
4.1.4 32通道模拟量输入电路设计实例
在计算机控制系统中，往往有多个测量点，需要设计多路 模拟量输入通道，下面以32通道模拟量输入电路为例介绍 其设计方法。
4.1.3 模拟开关
在用计算机进行测量和控制中，经常需要有多路和多参数的 采集和控制，如果每一路都单独采用各自的输入回路，即每 一路都采用放大、采样/保持、A/D等环节，不仅本钱比单路 成倍增加，而且会导致系统体积庞大，且由于模拟器件、阻 容元件参数特性不一致，对系统的校准带来很大困难；并且 对于多路巡检如128路信号采集情况，每路单独采用一个回 路几乎是不可能的。
t
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1314 t/T
b）离散模拟信号
图4-2 模拟信号采样示意图
3．采样定理
采样定理：由采样信号x * ( k ) 完全无失真地恢复原信号x ( t )
的条件是采样速度要满足下式：
s
≥
2 max
或
T
≤
1 2
m
in
其中：s 2π /T，为采样角速度；T为采样周期； m ax 为原信
号 x (t ) 频谱中最高角频率； m i n 为 x (t ) 的各种信号分量中最
计算机控制技术练习题目(考试)
4、采样保持器有什么作用？
保持模拟量信号不变，以便完成A/D转换； 同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量； 减少D/A转换器的输出“毛刺”； 把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出电压的稳 定性。
5、试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响
（1）保持电容值小，则采样状态时充电时间常数小，即保 持电容充电快，输出对输入信号的跟随特性好，但在保持状 态时放电时间常数也小，即保持电容放电快，故保持性能差； （2）反之，保持电容值大，保持性能好，但跟随特性差
过程通道可分为1模拟量输入通道2模拟量输出通道3数字量输入通道4数字量输出通道2什么是信号的采样量化和编码时间上连续的模拟信号变成一连串时间上不连续的脉冲信号的过程称为采样采样信号不能直接输入计算机将其整量化后成为数字信号的过程称为量化把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码3什么是香农采样定理只有采样频率大于最高信号频率的2倍采样信号和连续信号输入信号的频谱才是相等的5试说明保持电容的大小对数据采集系统的影响把一个da转换器的输出分配到几个输出点以保证输出电压的稳定性
7、什么是直接数字控制系统？画出其原理框图
• 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。
外部设备
模拟输入 (1~16)
S1 AD7506
GND OUT
S16 A0 A1 A2 A3 EN
模拟输出 15V NC 15V
模拟输入 (17~32)
S1 AD7506
输入输出接口与过程通道
D/A
V/I
D/A
V/I
图2.18
多D/A结构
特点:1、一路输出通道使用一个D/A转换器
2、 D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器
3、 D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用
4、 结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立
5、 缺点是所需D/A转换器芯片较多
通道 1 通道 n
量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的; ❖ 模拟量输出通道(称为D/A通道或AO通道)构成--一般是由接口电路
、数/模转换器(简称D/A或DAC)和电压/电流变换器等; ❖ 模拟量输出通道基本构成--多D/A结构（图2.18）和共享D/A结构（
图2.19）
PC 总 线
接 口 电 路
中断服务子程序：
ORG 0003H
AJMP RDDAT
RDDAT:MOVX A，@DRTR
;读转换结果
MOVX @R0，A ;存数到缓冲区
INC R0 ;修改缓冲区指针
INC R1 ;修改通道号（通道号加1）
REP: MOV A，R1
CJNE A，#08H，REP1
;完成8通道采样吗？
MOV R1，#00H
常用的集成采样保持器有LF198/298/398等， LF398它有8个引脚，2脚接1 k 电阻，用于调节漂移电压，7脚和8脚是两个控制端，控制开关的关断。7脚 接参考电压，8脚接控制信号。参考电压应根据控制信号的电平来选择。
LF398的采样保持控制引脚8：
高电平1，采样
低电平0，保持
CH为保持电容，将其减小
逻辑结构图如下图所示。
START：启动转换命令输入端， OE：输出使能端，高电平有效。A、B、C地址 输入线，用于选通8路模拟输入中的一路进入A/D转换。ALE：地址锁存允许信 号。EOC：转换结束信号输出。CLOCK时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于 640 kHz。REF（+）与REF（-）：基准电压。