第三章(一) 过程输入输出通道--开关量输入输出通道

(1)小功率直流驱动电路 对于低压小功率开关量输出，可采用晶体管、OC门或 运算放大器等方式输出，下图给出的几种电路一般仅能够提 供几十毫安级的输出驱动电流，可以驱动低压电磁阀、指示 灯等。
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数字量输出通道—功率放大电路 (2)继电器输出技术
继电器经常用于计算机控制系统中的开关量输出功率放 大，即利用继电器作为计算机输出的第一级执行机构，通过 继电器的触点控制大功率接触器的通断，从而完成从直流低 压到交流高压，从小功率到大功率的转换。下图给出了两种 继电器式开关量输出电路。
入通道(AI)转换成相应的数字信号送入计算机。
生产过程中的开关量、电平信号、脉冲量以及数字传感器产 生的数字信号，则应通过数字量输入通道(DI)送入计算机。
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计算机控制系统的过程通道—概述 过程输出通道是控制信号的输出通道。
由于计算机输出的控制信号是数字量，而许多生产过程的 执行机构要求提供模拟电压或电流，必须使用模拟量输出通 道(AO)，将数字量转换为模拟电压或电流。 如果执行机构要求提供数字量(开关量、电平信号、脉冲量 或其他形式的数字量)，则应采用数字量输出通道(DO)。
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数字量输入通道—结构
数字量(开关量)输入通道由输入缓冲器（接口），信号 调理电路和输入译码电路组成。
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数字量输入通道—信号调理电路 数字量(开关量)输入通道的基本功能就是传送生产过程 的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开 关的触点等。会有瞬时高压，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，比如电平匹配等，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 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。
到下次给出新的值为止，这时输出就要锁存。可以用74LS273 作为8位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。 74LS273有8 个通道可输出8个开关状态，进而驱动8个执行机构。
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数字量输入输出接口技术--数字量输出接口 典型指令如下： MOV AL,DATA MOV DX,port OUT DX,AL
DATA=0X10; Outportb(port,DATA);
若要改变A0为1，其余位状态不变，指令可改为： Outportb(port,0x10 | 0x01); 若要改变A4为0，其余位状态不变，指令可改为： Outportb(port,0x10 & 0xEF);
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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大，就
可以克服开关抖动引入的抖动脉冲。
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数字量输入通道—信号调理电路（小功率）
2、R-S去抖电路： 该电路利用R-S触发的保持功能完成去抖作用的。可有效的 消除了抖动引起的脉冲干扰，保证每一次按一下按键都有一 个良好的单脉冲波形。这是去抖动最好的硬件电路，适合用 于双触点按键。
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数字量输入通道—信号调理电路（大功率） 隔离处理（大功率） 在工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往往高 于计算机系统的逻辑电平，即使输入数字量电压本身不高， 也可能从现场引入意外的高压信号，因此必须采取电隔离措 施，以保障系统安全。光电耦合器就是一种常用且非常有效 的电隔离手段，由于它价格低廉，可靠性好，被广泛地应用 于现场输入设备与计算机系统之间的隔离保护。
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数字量输入输出通道—开关量通道的读写控制过程
outportb（port，值）－写端口(寄存器)
16个开关量输出占用地址BASE+13和BASE+14。
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数字量输入输出通道—开关量输入通道的读过程

端子板 （电气接口）
系 统
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数字量输入输出通道—示例




CPU访问设备的接口的方式：地址访问 采集卡：集多通道于一体，多个I/O接口靠地址来进 行识别。 板卡端口地址＝基地址＋偏移量地址 本板卡基地址＝0x220
寄存器的地址 ＝ 基地址Base ＋ 偏移量offset 采集卡的操作 寄存器读写 端口读写
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数字量输入输出接口技术--数字量输入接口 有一类最基本的输入输出信号，称为数字量（也称为开 关量）信号。比如开关的闭合和断开，灯的亮与灭，马达的 启动和停止等等。这些信号的共同特点是以二进制的逻辑 “0”和“1”出现的。可以把这些二进制数的每一位看成是生 产过程的一个状态。
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。
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计算机控制系统的过程通道—概述 I/O通道的分类与功能 I/O通道根据信息的来源和类型不同，可以分为4类： 数字量(开关量)输入通道
数字量(开关量)输出通道
模拟量输入通道 模拟量输出通道
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路和输出地址译码电路组成。
其中输出锁存器用于锁存CPU输出的数据；光电隔离器 是为了保护计算机安全可靠地工作，将CPU与驱动电路的强 电及干扰信号隔离；输出驱动电路用以驱动继电器或其他执 行机构。
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数字量输出通道—功率放大电路
数字量输出的信号调理主要是进行功率放大，使控制 信号具有足够的功率去驱动执行机构或其它负载。
典型指令：MOV DX port IN AL DX inportb(port); //port为片选端口地址 若计算机读出的数据为10001000(A7A6…A1A0)，表示A3和 A7状态为高电平，其余状态为低电平。
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数字量输入输出接口技术--数字量输出接口 2. 数字量输出接口 对生产过程进行控制时，一般控制状态需要进行保持，直
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数字量输入通道—信号调理电路（大功率）
光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管 组成，如图a所示。此外，利用光电耦合器还可以起到电平 转换的作用，如图b所示。
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数字量输出通道—结构 数字量(开关量)输出通道由输出锁存器（接口），输出驱动电
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数字量输入输出通道—小结 过程通道的概念 数字量输入接口－三态门缓冲器74LS244 数字量输出接口－ 74LS273 数字量输入通道 结构 信号调理电路 －消除机械抖动影响，隔离处理,电平匹配 数字量输出通道 结构 信号调理电路 －小功率直流驱动电路，继电器输出技术，大 功率交流驱动电路
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数字量输入输出通道—开关量通道的读写控制过程
【例】PCL－812PG数据采集卡

16路DI 16路DO 16路单端（8路差动）模拟输入通道AD 2路模拟输出通道DA 12位数据采集卡
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数字量输入输出通道—开关量通道的读写控制过程 本板卡各端口地址＝基地址(出厂默认0x220)＋偏移量 inportb（port）－读端口(寄存器) 16个开关量输入占用地址BASE+6和BASE+7。
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数字量输出通道—功率放大电路 (3)大功率交流驱动电路
对于交流供电的负载，其开关量的输出控制可用固态 继电器来实现。固态继电器(Solid State Relay，简称SSR)， 是一种无触点通断型功率电子开关，如下图所示。
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数字量输入输出通道—开关量输出通道的写过程

目标：向0－7号通道输出数字量
int DO[8]; // 输出数字量状态存放数组 int BaseAddress=0x220; int temp＝0; for(i=7;i>0;i--) { temp =temp+DO[i]; temp =temp<<1; } temp=temp+DO[0]; outportb(BaseAddress+13,temp);
目标：读0－7号通道的数字量 int DI[8];// 0－7号通道的数字量存放数组 int BaseAddress=0x220; int temp; temp=inportb(BaseAddress+Βιβλιοθήκη Baidu); for(i=0;i<8;i++) { DI[i]=temp&0x01; temp=temp>>1; }
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计算机控制系统过程通道示意图
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计算机控制系统的过程通道—概述 过程输入通道是为了检测生产过程的状态而设置的检测通道。 反映生产过程状态的各种参数（比如压力，流量，温度，速 度，位移等）都是随时间变化的模拟量，它们可以通过检测元 件和变送器转换成相应的模拟电流和电压信号，通过模拟量输
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数字量输入输出通道—示例
outportb(port, 0x15)
0x15 00010101 0xDB
采集卡
DO_1 DO_2 DO_3 DO_4 DO_5 DO_6
inportb(port)
＋5V GND DI_1 DI_2 DI_3 11011011 DI_4 DI_5 DI_6 DI/DO 电路板
第三章(一) 开关量输入输出通道（1）
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计算机控制系统的过程通道—概述 过程通道是计算机和生产过程之间设置的信息传递和 连接通道。简称I/O通道。 过程通道中包含输入、输出接口。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。
接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，包括输入
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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。 这是一种简单的采用积分电路消除开关抖动
1. 数字量输入接口
计算机收集生产过程的状态信息，可用三态门缓冲器 74LS244取得状态信息，根据状态信息，再给出控制信号。 它有8个通道可输入8个开关量状态。 74LS244用来隔离输 入和输出，在两者之间起缓冲作用。
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数字量输入输出接口技术--数字量输入接口
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数字量输出通道—功率放大电路 交流型的 SSR的接交流负载图
下图给出固态继电器的两种应用电路。其中图(a)为TTL驱动， 图(b)为CMOS驱动。
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数字量输入输出通道—示例
人-机界面与机-机界面
人-机界面 机-机界面
工
业
用户
采集卡
数据通道
人通过键盘、鼠标等 向计算机输入信息； 计算机通过显示器输 出信息