计算机控制系统第7章输入输出过程通道

IN AL, DX
；过程状态→AL寄存器
2020/6/9
7
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、
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/6/9发电路。
5
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。
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
百度文库
程
状态信号（或数
字信号）传送给
地址译码器
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。
2020/6/9
10
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。
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
2020/6/9
11
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。
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
2020/6/9
12
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。
• 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
2020/6/9
13
• 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。
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、
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
2020/6/9
2
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 。
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。 2020/6/9
4
1) 数字量输入调理电路
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
INH
0 0
C B A X接通
000
X0
001
X1
…
…
0
1 1 1 X7
2020/6/9
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
2020/6/9
6
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
OC门或运放等方式输出。
2020/6/9
9
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
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。