第二章输入输出接口技术和输入输出通道
计算机控制系统4第三章 (2)
②量程 它是指所能转换的电压范围。如5V、10V等。
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
③转换精度 它是指转换后所得结果相对于实际值的准确
度。A/D转换器的转换精度取决于量化误差q、微分线性 度误差DNLE和积分线性度误差INLE 。 积分线性度误差INLE: 在满量程输入范围内，偏离理想转
A/D转换器
PUSH DS
STI MOV AX,DATA
MOV AX,250AH
INT 21H MOV DX,220H
MOV DS,AX
MOV DX,220H IN AL,DX;读数 MOV ADTEMP,AL
MOV AL,21H;发EOI 命令 OUT 20H,AL POP DS;恢复现场 POP DX POP AX IRET
A B C G2A VCC y0 y1 y2
G2B y3 G1 Y7 y4 y5
* 1 * * * 1 1 1 1 1 1 1 1 0 * * * * 1 1 1 1 1 1 1 1
1 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1
地
y6
设计时，根据具体接口芯片的要求，AO、 A1用作端口地址。
A/D转换器
例 ： AD574与ISA总线前62根信号线（即PC/XT总线）的接口
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
74LS138 16芯译码器
• A.B.C为选择端 G1、G2A、G2B为允许端 G2=G2A+G2B
G1 G2 C B A Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
A/D转换器
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
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
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2章输入输出接口与过程通道抗干扰
系统地就是上述几种地的最终回流点，直接与 大地相连。
交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地， 它的地电位很不稳定。
26
接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。
当频率小于1MHz时，可以采用单点接地方式；
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。
抗干扰措施：硬件措施，软件措施， 软硬结合的措施。
1
干扰的来源：外部干扰和内部干扰
外部干扰：指那些与系统结构无关，而是由外界 环境因素决定的。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：是由系统结构、制造工艺等决定的。 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，甚至元器产生的噪声。
所以必须采用双端输入不对地方式，如下图所示：
8
(2)共模干扰的抑制方法
①变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔
离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模 干外扰，电隔压 离Ｕ 前c和m隔不离成回后路应，分从别而采抑用制两了组共互模相干独扰立。的另电 源，切断两部分的地线联系。
9
②光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装
还会出现波反射现象。
13
(2)长线传输干扰的抑制方法
采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以 消除长线传输中的波反射或者把它抑制到最低 限度。
①终端匹配：终端并联电阻 ②始端匹配：始端串联电阻
为了避免外界干扰的影响，在计算机中常常采用双绞线（双绞线是由 两条导线按一定扭距相互绞合在一起的类似于电话线的传输媒体，每根线 加绝缘层并有颜色来标记）和同轴电缆（同轴电缆可分为两类：粗缆和细 缆，这种电缆在实际应用中很广，比如有线电视网，就是使用同轴电缆。 不论是粗缆还是细缆，其中央都是一根铜线，外面包有绝缘层）作信号线。
(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。
微型计算机控制技术答案(赖寿宏)知识讲解
微型计算机控制技术答案(赖寿宏)第二章输入输出接口技术和输入输出通道1.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200μs，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：1000ms/(200us*10)=500, 能可靠的管理全部50个终端3.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100μs、150μs、120μs，主程序执行时间（执行查询指令等）为80μs，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=300μsC2=8ms S2=1.3msC3=1ms S3=400μs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。
第二章模拟量输入输出通道的接口技术
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
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
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。
(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。
潘新民-微型计算机控制技术(第二版)课件-第2章.
微机控制技术
2．1．1 多路开关
3.半导体多路开关 （1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排
（2）直接与 TTL（或 CMOS）电平相兼容；
（3）内部带有通道选择译码器，使用方便；
（4）可采用正或负双极性输入； （5）转换速度快，
·结构
由双极型绝缘栅场效应管组成
（低偏差电压和宽频带）
使用一个单独的端子实现输人偏置电压的调整，
·特点
采样速度快，保持下降速度慢，精度高等特点。
允许带宽 1MHz，输入电阻为 1010Ω。
作为单一的放大器时，其电流增益精度为 0.002％，
采样时间小于 6μs时，
精度可达 0.01％。
微机控制技术
3．常用采样／保持器
② 二进制 3：8译码器
对选择输入端 C、B、A的状态进行译码，
以控制所选电路 TG 的开/关，使某一路开关接通，
将输入和输出通道接口。
③ 电子开关 TG
用来接通或断开输入/输出通道。
微机控制技术
1. CD4051
（2）控制原理
INH 接高电平 所有通道全部断开
① 禁止输入端 INH
② 3个通道选择输入端 C、B、A
第二章 模拟量输入/输出通道的接口技术
• 前言 • 2.1 多路开关及采样-保持器 • 2.2 模拟量输出通道的接口技术 • 2.3 模拟量输入通道接口技术
第二章 模拟量输入/输出通道的接口技术
• 在微型机控制系统与智能化仪器中 被测物理量多为模拟量， 而计算机只能接收数字量。
• 在检测/控制系统中 必须先把传感器输出的模拟量转换成数字量， 才能送到计算机进行数据处理，实现控制或显示。
第2章接口技术与输入输出通道3-DI、DO
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
第二章 计算机控制技术
逐位逼近式A/D转换原理
• 一个n位A/D转换器是由n位寄存器、n位
D/A转换器、运算比较器、控制逻辑电路、 输出锁存器等五部分组成。现以4位A/D转 换器把模拟量9转换为二进制数1001为例， 说明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
反馈电压 VO V IN 模拟量 输 入 启动 CLK 控制时序和 逻辑电路 逐位逼近寄 存 器 (SAR) 比较器 VC D / A转 换 器 数字量 输 出 锁存器 D0 D1 D2 D3
采样保持器的工作过程
零阶采样保持器是在两次采样的间
隔时间内，一直保持采样值不变直到 下一个采样时刻。它的组成原理电路
与工作波性如图(a)、(b)所示。
采样保持器由输入输出缓冲放大器
A1、A2和采样开关S、保持电容CH等 组成。采样期间，开关S闭合，输入电
压VIN通过A1对CH快速充电，输出电
压VOUT跟随VIN变化；保持期间，开关
第一节 信号的采样与复现
• 生产过程的状态和参数输入到计算机
是通过采样来完成的，采样保留了连 续信号在采样时刻的信息，而不计采 样间隔之间的信息。 • 采样频率高时，采到的信号密集，采 样信号就可以近似代表原来的连续信 号。
信号的采样与重构
• 控制系统中信号的分类
– 模拟信号：信号是时间的连续函数 – 离散信号：信号是时间上的离散序列 • 采样 计算机每隔一定时间T采入一次模拟信号 的瞬时值的过程，我们称之为采样，时间 间隔 T称为采样周期。采样过程也称为连 续信号的时间离散化过程。
2、转换精度（误差）
实际输出值与理论值之间的最大偏 差，转换精度反映了一个实际A/D转 换器与一个理想A/D转换器的差值。
注：即使分辨率很高，但是可能由于温
第二章 测控通道(输入输出通道)
2.2 模拟输出通道
在微机化测控系统中,模拟输出通道的输出 模拟信号主要用于对连续变量的执行机构 进行控制. 2.2.1模拟输出通道的基本理论 自学
2.2 模拟输出通道
2.2.2 模拟输出通道的基本结构
2.2.2 模拟输出通道的基本结构
数据分配分时转换结构
数据分配分时转换结构
2.2.2 模拟输出通道的基本结构
2.1.3 信号调理电路
1.采用大信号输出传感器,可以省掉小信号 放大环节.但大多数传感器输出信号都比较 小,必须选择前置放大器. 2. 为了使不被噪声信号淹没,必须在电路前 加一级低噪声的前置放大器. 3. 放大倍数要根据传感器输出信号的大小 和采样电路输出信号要求确定.
2.1.3 信号调理电路
2.2.3 模拟输ຫໍສະໝຸດ 通道组成电路的选用二.反多路开关和采样保持器 三. 调理电路
2.3 开关量输入/输出通道 开关量输入/
开关量: 这种信号只有开和关,或则高电平和 低电平两个状态的量就是开关量. 2.3.1 开关量输入通道 一. 开关量输入通道的结构
2.3.1 开关量输入通道
二.输入条理 1.小功率输入的调理电路
二. 滤波器
2.1.4 采集电路的参数设计与选择
采集电路是实现模拟信号数字化的电路,A/D转换器 是采集电路的核心. 采样电路的基本组成有以下几种:
2.1.4 采集电路的参数设计与选择
一. A/D转换器的选择要点 1. A/D转化器的位数确定. 根据采集电路转换范围与转换精度来选择 A/D转换器的位数. 2. A/D转换速度的确定. 3.根据环境条件选择A/D. 4. 选择A/D转换器的输出状态.
三. 晶闸管交流负载驱动电路. 四. 继电器驱动电路. 五. 固态继电器驱动电路.
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2) 雏菊链法
中断回答
中断请求
0
雏菊莲逻
1
= >
辑电路
0
0
INTA INTR
0 >=1
0 0
3) 专用硬件方式
在微机系统或微机控制系统中更多的是采用专用硬件 芯片——中断控制器来进行中断优先级管理的。在 8086/8088微机系统中常常采用的是可编程中断控制器 8259A。1片8259A能管理8级中断，从其引脚IR7~IR0 接收8个I/O设备的中断请求，请求标志积存在中断请 求寄存器IRR中，然后通过中断优先级裁决器的裁决， 选中当前优先级最高的中断请求，使8259A的输出端 INT为1，从而向CPU发出一个中断请求。
第二章 输入输出接口技术和输入输出通道
本章学习目的: 解决微型计算机和外部的连接 问题，使计算机和外部构成一个整体，能正确、 可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机 控制系统必须解决的基本问题。
§2.1 概述
为何外围设备不能像存储器直接挂到 主机CPU的总线上？
原因：
形式多样
输入输出类型不同
工作速度不同
多重中断处理时必须解决的四个问题： ? 保存现场和恢复现场。 ? 正确判断中断源。 ? 实时响应。 ? 按优先权顺序处理。
2. 中断优先级问题的解决
? 软件查询方式
? ?
雏菊链法
1) 软件查询方式
?? 专用硬件方式
各外设的优先
权顺序就由查询序 列中它所处的位置 决定，先查询的设 备优先权最高，最 后查询的设备优先 权最低。即：查询 的先后顺序决定了 各外设的优先权高 低。
I/O方式的选择必须满足实时控制的要求。对于查询 式I/O方式，满足实时控制要求的使用条件是： “所有外围设备的 服务时间的总和必须小于或等 于任一外围设备的 最短响应时间 （也称危险时 间）”。
? 服务时间指某台外设服务子程序的执行时间。 ? 最短响应时间 指某台设备相邻两次请求服务的
最短间隔时间。
§2.2.1 程序控制方式
?
程序控制 I/O方式：指 CPU和外围设备之间
的信息传送，是在程序控制下进行的。它又可
分为无条件 I/O方式和查询式 I/O方式。
1 无条件I/O方式
? 无条件 I/O 方式：指不必查询外围设备的 状态即可进行信息传送的 I/O方式。适用于简 单外设的操作。其工作原理如下图所示 。
择问题（锁存器、缓冲器）
2)I／O通道
I／O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。 ? 信号的输入通路。
?
? 信号的输出通路。
输入和输出通路的主要功能 ——— 实现模拟量与数字量之间的信号 变换。
2、I／O信号的种类
通常有三类信息：
? 数字量
数据信息
? ?
模拟量
信息类型和传送方式不同
1、接口、通道及其功能
1)I／O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。
其功能如下： 解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问
题（数据锁存器、缓冲器、状态寄存器、中断控制电路） 解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题 解决CPU的负载能力（总线控制器）和外围设备端口选
P20
3 查询式I/O方式的优缺点及使用条件
优点：查询式接口电路简单，不占用中断输入线，同时 查询程序也简单，易于设计调试。由于查询式I/O方式是 通过CPU执行程序来完成的，因此各外设的工作与程序 的执行保持同步关系，特别适用于多个按一定规律顺序 工作的生产机械或生产过程的控制。
缺点：查询式I/O方式下，CPU要不断地读取各外设状态， 一一查询各外设是否有服务请求。浪费主机时间，效率 较低。
? ?
?? 开关量
? ??
状态信息 控制信息
CPU
数据 状态 控制
外部 设备
3、计算机和外部的通信方式
? 并行通信： 把一个字符的各数位用几条线同时进行传输
? ?
??串行通信： 数据按位进行传送的
串行通信
全双工方式
?
? 半双工方式
?
??
同步通信 异步通信
全双工方式: 数据信息能沿相反两个方向传送。
SYN SYN
...
SYN
?? ? ?? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? ?? ? ??
控制字符
数据字符
控制字符
异步通信：要传送的字符代码前加一起始位，以示该字 符代码开始，在字符代码后面加一停止位， 以示该字符代码结束。
§2.2 I／O控制方式
? I/O控制方式分为三种 ：程序控制方式、 中断 控制方式 和直接存储器方式。
注意 输入数据时应确信外设已经准备好数据，输出 数据时应确信外设已经读走前一个数据。
2. 查询传送方式（条件传送方式） ? 查询式I/O方式，也称条件传送方式。此时， CPU和外
围设备的I/O接口除需设置数据端口外，还要有状态端 口。
从状态端口读入状态信息
N
外设准备好？
Y
从数据端口传送一个数据
当一个微机系统有 多个外设采用查询 式交换信息时， CPU需采用分时控 制方式，逐一查询， 逐一服务。 例：假设某微机控 制系统采用查询式 对1#，2#，3#三个 外围设备进行I/O管 理，其简化程序流 程图如图2—4所示。 查询程序见教材
查询方式一般适用于各外围设备服务时间不太长、 最短响应时间差别不大的情况。
§2.2 2．中断控制 I/O方式
主程序
பைடு நூலகம்
中断源1 中断源2
中断请求1 INTR
断点
中断请求2 INTR
使用堆栈 保护断点
中断服务 程序1 IRET
中断服务 程序2
IRET
中断运行过程
1. 中断控制I/O时应解决的问题
外部中断：是通过I／O接口硬件向CPU发出中断请求信号， 从而引起一个中断处理过程。
? 例：用查询式管理键盘输入，若程序员在终端 按10个字符 /秒的速度打字，那么计算机平均用 100ms 的时间完成一个字符的输入过程，而实 际上从终端读入一个字符并送出显示等处理的 时间只需约 50μs，如果同时管理 30台终端，那 么用于测试状态和等待时间为： 100000μ s50×30μ s=98500μ s；可见， 98.5% 的时间都在 查询等待中浪费了。
数据
发送
应答
A
数据
接收
应答
接收 B 发送
半双工方式: 数据信息可沿数据传输线的两个方向传送，但 同一时刻只能沿一个方向传送。
发送
A
K1
接收
接收
K2
B
发送
同步通信：
在一组字符前后加同步字符，标志一组数据 块的开始与结束，接收装置接收到同步字符 而开始接收数据，直到接收后同步字符，一 帧数据接收结束。