输入输出过程通道
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第2章--输入输出接口与过程通道-新(2011.3.31)
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
2021/4/6
2G 1G
CS
IOR
图 2 .1 数字量输入接口
（1）小功率输入调理电路
（2）大功率输入调理电路
2021/4/6
6
（1）小功率输入调理电路
开关、继电器等接点接通和断开动作，被转换成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，一般 都应加入有较长时间常数的积分电路来消除这种振荡。
+5V
R1 R2
K
C
采用积分电路的小功率输入调理电路
2021/4/6
1
2.1 数字量输入输出通道
明确概念:
1.数字量(开关量)信号 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。
共同特征:这些信号的是以二进制的逻辑“1”和 “0”出现的，代表生产过程的一个状态。
2.PC总线
2021/4/6
2
2.1.1 数字量输入输出接口技术
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。
过程输入输出通道重点技术
第五章过程输入输出通道技术在计算机控制系统中，为了实现对生产过程旳控制，要将对象旳控制参数及运营状态按规定旳方式送入计算机，计算机通过计算、解决后，将成果以数字量旳形式输出，此时需将数字量变换为适合生产过程控制旳量，因此在计算机和生产过程之间，必须设立完毕信息旳传递和变换装置，这个装置称为过程输入输出通道，也叫I/O通道。
5.1过程输入输出通道概述过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和开关量输入输出通道构成。
过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过程之间起着信号传递与变换旳纽带作用。
5.1.1 模拟量输入通道旳一般构造过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机旳控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和A/D转换，实现过程参数旳巡回检测。
5.1.2 模拟量输出通道旳基本构造多D/A构造旳模拟量输出通道中旳D/A转换器除承当数字信号到模拟信号转换旳任务外，还兼有信号保持作用，即把微机在t=kT 时刻对执行机构旳控制作用维持到下一种输出时刻t=(k+1)T。
这是一种数字保持方式，送给D/A转换器旳数字信号不变，其模拟输出信号便保持不变。
共享D/A构造旳模拟量输出通道中旳D/A转换器只起数字信号到模拟信号旳转换作用，信号保持功能靠采样保持器完毕。
这是一种模拟保持方式，微机对通路i（i=1，2，...，n）旳控制信号被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旳到来。
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旳形式。
5.1.3 开关量（数字量）输入通道旳基本构造开关量输入通道又称为数字量输入通道，该通道旳任务是把被控对象旳开关状态信号（或数字信号）送给计算机、或把双值逻辑旳开关量变换为计算机可以接受旳数字量送给计算机，简称DI通道。
典型旳开关量输入通道一般由如下几部分构成：1．信号变换器：将生产过程旳非电量开关量转换为电压或电流旳双值逻辑值。
第2章输入输出接口与过程通道抗干扰
安全地的目的是使设备机壳与大地等电位，以 避免机壳带电而影响人身及设备安全。
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。
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。
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。
讲义 第二章 输入输出接口与过程通道
第二章输入输出接口与过程通道接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，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交换信息的技术。
外部设备的各种信息通过输入接口送到计算机进行处理，计算机的各种信息通过输出接口送到外部设备进行控制。
尤其在工业过程的计算机控制系统中，输入输出接口无时无刻都在起着重要的作用，因为信息的交换是时刻发生的。
过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道（AI），模拟量输出通道（AO），数字量（开关量）输入通道（DI），数字量（开关量）输出通道（DO）。
在计算机控制系统中，工控机必须经过过程通道和生产过程相连，而过程通道中又包含有输入输出接口，因此输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。
本章对工业控制机的输入输出接口和过程通道进行设计和分析。
【补充知识】采用输入输出（I/O）接口的必要性：键盘，鼠标，磁盘，扫描仪，U盘等是大家熟悉的输入设备，而磁盘，CRT，打印机，绘图仪等则是最常见的输出设备。
所有这些设备可以统称为计算机的外围设备，简称外设（Peripherals），或I/O设备。
为了让这些设备能够按照计算机的要求有次序的输入或接收数据，CPU必须能够控制这些输入输出设备的启动和停止，以及了解它们的当前工作状态，并据此送出相应的控制命令。
通常，我们把计算机与外设之间的这种交换数据，状态，和控制命令的过程统称为通信（Communication）。
CPU与外设交换信息的过程，和它与存储器的交换数据一样，也是在控制信号的作用下，通过数据总线来完成的。
但后者要简单的多。
因为存储器芯片的存取速度与CPU是在同一数量级的，而且存储器本身具有数据缓冲的能力。
因此，CPU可以通过数据总线方便，迅速的与存储器进行数据交换。
而外设则不同，因为外部设备的种类繁多，要求也各不相同，容易带来以下许多问题，因此大多不能直接通过数据总线直接连接。
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。
(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。
计算机控制系统
图2-1 输入输出过程通道组成结构图பைடு நூலகம்
表2-1 生产过程输入输出信息来源与用途
信息种类
模拟量输入 数字量输入 脉冲计数器 模拟量输出 数字量输出
输入信息来源或输出信息的用途
温度、压力、物位、转速、成分等 接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等 流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入信号等 控制执行装置、显示、记录等 对执行器进行控制、报警显示等
图2.12是采用晶闸管输出型光电隔离器驱动 双向晶闸管的电路图，图中与晶闸管并联的RC 网络用于吸收带感性负载时产生的与电流不同步 的过压，晶闸管门极电阻则用于提高抗干扰能力， 以防误触发。
图2.12 光电隔离的双向晶闸管输出
功率场效应管输出（了解）
功率场效应管(MOSFET)是压控电子开关，只要在其 栅极G和源极S之间加上足够的控制电压，漏极D和源极S 之间即可导通。MOSFET的栅极控制电流为微安级，而 导通后漏极D和源极S之间允许通过较大的电流，如 IRF640导通时，D、S间允许通过的最大电流可达18A。
为便于后续的描述和分析，下面定义几种类型信号，并在图2. IN+ 的电压低于 IN- 的电压时，则S断开，外接电容保持S断开时刻的电压，并经A3 组成的跟随器输出至输出端。 21是LF398典型应用电路。 W117、W217、W317是正输出三端电压可调式集成稳压器，使用方便，内部具有过热、过流等保护措施，比W7800系列稳压器有更
根据输入级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器件可分为 三极管型、晶闸管型等几种，但其工作原理都是采用光作为传输 信号的媒介，实现电气隔离。
使用光电隔离器件的注意事项
输入侧导通电流
要使光电隔离器件导通，必须在其输入侧提供足 够大的导通电流，以使发光二极管发光。不同的光电 隔离器件的导通电流也不同，典型的导通电流 IF=10mA。
第2章 IO通道基本知识
查询方式、中断控制方式和直接存储器存取(DMA)
方式。
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）程序查询方式
是
CPU向过程通道发启动命令
过程通道准备就绪？
过程通道服务程序
继续原来程序的运行
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
一、I/O接口电路
I/O接口电路也简称接口电路。它是主机和外围设备之间交换
信息的连接部件。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和 纽带作用。为什么要设置接口电路？其必要性可归纳成如下几点。
5. 数字量输入输出通道（DI、DO）
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
2.1
几个常见概念：
I/O通道简介
1. 模拟信号的常用规格： 1~5v电压信号：易受干扰，常用于仪表中 4~20mA电流信号：抗干扰性好，常用于信号传输 2. 阻抗匹配： 信号源输出最大功率的条件：输出阻抗=输入阻抗，即阻抗匹配 高阻抗匹配：电压信号 低阻抗匹配：电流信号 3. 理想的压流源的特点： 理想电压源：内阻为0 理想电流源：内阻无穷大
第2章输入输出过程通道河南机电高等专科学校henanmechanicalandelectricalengineeringcollege信息种类输入信息来源或输出信息的用途模拟量输入数字量输入脉冲计数器模拟量输出数字量输出温度压力物位转速成分等接点的通断状态电平高低状态数字装置的输出数码等流量积算电功率计算转速及脉冲形式的输入信号等控制执行装置显示记录等对执行器进行控制报警显示等表1生产过程输入输出信息来源与用途
第二章 输入输出过程通道
采样保持器工作原理
采样保持器的原理结构图
输入输出特性
A/D转换器的接口电路
ADC0809接口电路图
AD574接口电路图
模拟量输入通道的设计
模拟量输入通道的光电隔离 设计A/D转换器接口要解决的几个问题 模拟量输入通道的精度 A/D转换器字长的选择
模拟量输入通道的光电隔离
A/D转换器接口的设计
微 型 计 算
接 口 电 路
D/A 转 换
功 率 放 大
V/I 变 换
机
D/A转换器的接口电路
V/I变换电路
模拟量输出通道的设计
模拟量输出通道的结构形式 电压输出电路 模拟量输出的光电隔离 D/A转换器的字长选择
模拟量输出通道的结构形式
分用D/A转换器结构 共用D/A转换器结构
双极性电压输出电路
转换成二进制数字信号，经过接口送至 计算机。
模拟量输入通道的结构
模拟量输入通道的组成
I/V变换 多路转换开关 采样保持器 A/D转换器
I/V变换
将变送器输出的电流信号变换成师 与A/D转换器适用的电压信号。 无源I/V变换 有源I/V变换 专用I/V转换电路
无源I/V变换
有源I/V变换
第二章 输入输出过程通道
第一节 第二节 第三节 第四节
数字量输入通道 数字量输出通道 模拟量输入通道 模拟量输出通道
数字量输入通道的结构
数字量的信号调理
信号的转换 安全保护 消除抖动 隔离处理
信号的转换
电压或电流数字量输 入转换电路
开关触点信号输入 电路
常用的保护电路
消除抖动电路
启动A/D转换的方法 输入模拟电压的连接 数据输出线和系统总线的连接 ADC和CPU间的时间配合
计算机控制系统第2章输入输出接口与过程通道技术
图2-22 正弦模拟信号
d du tU m cost2fU mcost
(2-10)
u t
2
fUm
(2-11)
U2fUmtA/D
(2-12)
UU 1 m 00%2ftA /D100%
(2-13)
2．采样保持器的组成与工作原理 采样保持电路由输入缓冲放大器A1、模拟开
关AS、模拟信号存储电容CH和输出缓冲放大器A2 组成，如图2-23所示。
图2-36 DAC1210与PC/XT总线的接口
2.3.3 电压/电流（V/I）转换器
工业现场的智能仪表和执行器常常要以电流方 式传输，这是因为在长距离传输信号时容易引入干 扰，而电流传输具有较强的抗干扰能力。因此，许 多场合必须经过电压/电流（V/I）转换电路，将电压 信号转换成电流信号。
图2-37 V/I转换电路
所以要求这些设备有很强的抗干扰能力，而 且要设法削弱来自公共地线的干扰，以提高过程 通道的抗干扰性能。
图2-56 干扰信号形式
1．串模干扰及其抑制 叠加在被测信号上的干扰信号称为串模干扰，
用Vg表示。串模干扰使接收电路的一个输入端相 对于另一输入端产生电位差，因此也称为差模干 扰，如图2-57所示。
图2-57 串模干扰示意图
图2-58 热电偶线路中的串模噪声
抑制串模干扰的措施有： (1)采用输入滤波器 (2)采用双积分式或-调制式A/D转换器 (3)用双绞线作信号引线 (4)电磁屏蔽和良好的接地
图2-59 二级阻容滤波器网络
2．共模干扰及其抑制 共模干扰产生的主要原因是不同“地”之间存
在共模电压，以及模拟信号系统对地存在漏阻抗。 共模干扰通过过程通道串入主机，其一般表现形式 如图2-60所示，其中VS为信号源，Vg为共模噪声电 压。
计算机控制系统第7章输入输出过程通道
计算机控制系统的过程通道分为四类：模拟 量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道 和数字量输出通道。
2020/6/9
3
7．1 数字量输入输出通道
1 .数字量输入通道
数字量输入
DI接口电路
输
通道的任务是把
PC 总
入 缓
被控对象的开关 线
冲 器
输
来
入
自
调
生
理
产
电
过
路
程
状态信号（或数
字信号）传送给
地址译码器
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14
② 多路转换器
多路转换器又称 多路开关，多路开关 的作用是用来将各路 被测信号依次地或随 机地切换到公共放大 器或A/D转换上。
2020/6/9
VDD
VSS
INH A B C
VEE X0 X1
┇
X7
电平 转化
译码驱动电路
┅
X
┇
图7—11 CD4051原理图
表7—1 CD4051通道选择表
断或亮、灭， 数字量输出通道主要由输出接口电
简称DO通道。 路和输出驱动电路等组成。
2020/6/9
8
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。
① 低电压开关信号输出
5V
Vc
R1
R2
R1
VC
RL
R2
图7－5 低电压开关输出
图7－6 三极管输出驱动
对于低电压情况下开关量控制输出，可采用三极管、
过
变
程 参 数
送 器
信号
多路
前置
采样
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。
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• 无源I/V变换
无源I/V变换可以利用一 个的精密电阻，将0～ 10mA的电流信号转换为 0～5V的电压信号。
I 0～10mA
R
C
V
R1 0～5V
RP
图7—9 无源I/V 变换电路
2020/4/10
12
• 有源I/V变换
R2 I
0～10mA R C
R4
V
A
有源I/V变换是利用
R1
有源器件运算放大 器和电阻组成。
图7－7 继电器输出驱动
晶闸管是一种大功率半导体器件。在计算机控制系 统中，可作为大功率驱动器件，具有用较小功率控制大 功率、开关无触点等特点，在交直流电动机调速系统、 调功系统、随动系统中有着广泛的应用。
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2）数字量输出接口
数字量输出(DO)接口包括输出锁存器和接口地址译 码。当CPU执行输出指令OUT时，接口地址译码电路产 生写数据信号，将计算机发出的控制信号送到锁存器的 输出端，再经输出驱动电路送到开关器件。
第7章 输入输出过程通道
本章主要内容
1．数字量输入输出通道及其设 计 2．模拟量输入通道及其设计 3．模拟量输出通道及其设计
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在计算机控制系统中，为了实现对生产过程 的控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数 字计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处 理后的结果还须变换成适合于对生产进行控制的 信号量。这个在计算机和生产过程之间传递和变 换信息的装置称为输入输出过程通道 。
断或亮、灭， 数字量输出通道主要由输出接口电
简称DO通道。 路和输出驱动电路等组成。
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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。
① 低电压开关信号输出
5V
Vc
R1
R2
R1
VC
RL
R2
图7－5 低电压开关输出
图7－6 三极管输出驱动
对于低电压情况下开关量控制输出，可采用三极管、
INH
0 0
C B A X接通
000
IN AL, DX
；过程状态→AL寄存器
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2 . 数字量输出通道
DO接口电路
数字量输出通
道的任务是把
PC
计算机输出的
总 线
数字信号（或
DO接口电路
输 出 锁 存 器
输
去
出
生
驱
产
动
过
器
程
开关信号）传
送给开关器件
地址译码器
（如继电器或
指示灯），控
图 7—4 数字量输出通道结构
制它们的通、
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2）数字量输入接口
数字量输入接口包括信号缓冲电路和接口地址译码。 当CPU执行输入指令IN时，接口地址译码电路产生片选信 号，将经过输入调理电路送来的过程状态（开关信号）， 通过输入缓冲器送到数据总线上，再送到CPU中。
设采用PC总线，接口程序为：
MOV DX, DI_PORT ；接口地址DI_PORT→DX
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
2R02S0触/4/1发0 电路。
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② 大功率输入调理电路
+5V
24V K R1
R2
R3
在大功率系统中，需要 从电磁离合等大功率器
10μF C
件的接点输入信号。
图 7—3 大功率输入调理电路
为了使接点工作可靠，接点两端至少要加24V或24V 以上的直流电压。因为直流电平的响应快，不易产生干扰， 电路又简单，因而被广泛采用。但是这种电路所带电压高， 容易带有干扰，通常采用光电耦合器进行隔离。
OC门或运放等方式输出。
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② 继电器输出接口
一般在驱动大型设备
时，往往利用继电器作为
控制系统输出到输出驱动
级之间的第一级执行机构，
通过第一级继电器输出，
R1
可完成从低电压直流到高
电压交流的过渡。
5V
Vc
KJ
VD1
R2
OP
K1 - 1
R3
VT1
L
负载
R4
C1 AC220V
N
③晶闸管输出接口技术
计算机，简称DI 通道。
图7－1 数字量输入通道结构
数字量输入通道由信号调理电路和输入接口电路
构成。 2输入调理电路
① 小功率输入调理电路
5V R1 R2
C
S
S
R1
+5V
R2
（a） 采用RC滤波电路
（b）采用RS触发器
图7—2 小功率输入调理电路
从开关、继电器等接点输入信号。将接点的接通和断开
设采用PC总线，接口程序为：
MOV AL，DATA
；DO数据→AL寄存器
MOV DX，DO_PORT ；接口地址DO_PORT→DX
OUT DX，AL
；DO数据→锁存器的输出端
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7．2 模拟量输入通道
1. 模拟量输入通道的一般组成
模拟量输入通道一般由信号预处理、多路转换器、 前置放大器、采样保持器、模/数转换器和接口逻辑电 路等组成。其核心是模/数转换器。
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② 多路转换器
多路转换器又称 多路开关，多路开关 的作用是用来将各路 被测信号依次地或随 机地切换到公共放大 器或A/D转换上。
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VDD
VSS
INH A B C
VEE X0 X1
┇
X7
电平 转化
译码驱动电路
┅
X
┇
图7—11 CD4051原理图
表7—1 CD4051通道选择表
过
变
程 参 数
送 器
信号
多路
前置
采样
A/D
接口
PC
预处
转换
放大
保持
转换
逻辑
总
理
器
器
器
器
电路
线
模拟输入通道
图7—8 模拟量输入通道的组成结构
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2. 模拟量输入通道中常用器件和电路
① 信号预处理
信号预处理的功能是对来自传感器或变送器的信 号进行处理。如将4mA～20mA或0～10mA电流信号 变为电压信号，将热电阻(Pt100或Cu50)的电阻信号 经过桥路变为电压信号等。
R3 RP Rf
图 7—10 有源I/V变换电路
利用0～10mA电流在电阻R上产生的输入电压，若
取 R 200 ，则 I 10mA时，产生2V的输入电压。该电
路的放大倍数为
A 1 Rf R1
若取 R1 100k ，Rf 150KΩ ，则0～10mA输入对应于 0～5V的电压输出。
计算机控制系统的过程通道分为四类：模拟 量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道 和数字量输出通道。
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7．1 数字量输入输出通道
1 .数字量输入通道
数字量输入
DI接口电路
输
通道的任务是把
PC 总
入 缓
被控对象的开关 线
冲 器
输
来
入
自
调
生
理
产
电
过
路
程
状态信号（或数
字信号）传送给
地址译码器