输入输出接口技术 DIDO2014要点

显示器接口 • 常用的显示方式
– – – – 指示灯 LED（发光二极管，Light Emitting Diode） LCD（液晶显示,Liquid Crystal Display） 模拟屏等
图形显示方式（1） • 常用的图形显示器
– CRT（Cathode Ray Tube，阴极射线管）显 示器 – FPD（平面显示器，Flat Panel Display）
键盘接口（1） • 键盘的工作原理
– 通过操作人员按键，将键开关信息经过编码 电路转换成系统可以接收的二进制字符编码 信息，然后输入计算机。 – 键盘的基本组成元件是一个个按键开关 – 触点式：机械式键盘 – 无触点式：电容式键盘
键盘接口（2） • 击打式键盘
– 噪声大，不密封，不宜工百度文库现场使用
• 薄膜式键盘
– 盘面用无缝隙的平面材料和硅胶制成。因此 能防水防尘，便于清洗，比较适合周边环境 恶劣、输入数据量不大的工业环境中使用。
• 标准键盘与专用键盘
键盘结构与键盘处理（1）
• 矩阵式键盘
– 将键盘上的按键开关按行列排列，形成二维矩阵的 结构，如8×8，16×8等，这就是矩阵式键盘。 – 对矩阵式键盘的处理，可以分为三步来完成，即键 扫描、键识别和键处理。
• 智能式键盘
– 键盘的内部装有专门的微处理器如 Inter8048等， 由这些微处理器来完成键盘开关矩阵的扫描、键盘 扫描值的读取和键盘扫描值的发送。
键盘结构与键盘处理（2）
• 智能式键盘 – 增强型扩展键盘的结构
• 增强型的101键的扩展键盘被广泛应用
– 键盘扫描码的发送
• 键盘内部的单片机根据按键的位置向主机接口发 送的仅是该按键位置对应的键扫描码 • 不同的键盘结构，其按键的接通扫描码和断开扫 描码的格式是不同的
字符型显示方式 • LED显示器
– 多个LED显示器可以实现多个数字或字符的组合 – 具有体积小、可靠性高、亮度清晰等优点，并且 广泛应用
• 液晶显示器（LCD）
– 一种极低功耗的显示器，在袖珍式仪表或低功耗 系统中应用较广
打印机接口（1） • 打印机的种类
– 从它与计算机的连接方式来分，有并行接 口打印机和串行接口打印机 – 从它的打印原理来分，有点阵式、喷墨式、 激光式、热敏式、墨点式、液晶快门式和 磁式打印机等 – 从打印的色彩分，有单色、双色、彩色打 印机
– 开关的开断 – 触点的闭合 – 设备的安全状况等等。
• 开关量的输出可实现许多逻辑控制功能
– 开关的闭合 – 指示灯的亮灭 – 设备的停启等等
3-3-1 开关量的概念及种类 • 开关量（数字量）的种类
– 按类型分有电平式和触点式两种
• 电平式为高电平或低电平 • 触点式为触点闭合或触点断开
– 按电源分有有源和无源两种
• CRT显示技术具有如下特点
– – – – – – – 屏幕显示尺寸大 图像分辨率高 显示颜色丰富、逼真 显示和刷新速度快 图像清晰且亮度高 允许工作温度范围广（-10℃~ +90℃） 缺点是体积与功耗较大，易受振动和冲击，容易受 辐射线、磁场干扰
图形显示方式（4） • 高性能的平面显示一体机型
人-机接口 Human-Machine Interface
本节主要内容
键盘接口 显示器接口 打印机接口 其它人-机接口
人-机接口
• 人-机接口是操作人员与计算机之间相互 交换信息的接口，通过这些接口，操作 人员可以对计算机进行操作，并能实时 了解到计算机控制的有关内容。 • 人机接口包括键盘、打印机、显示器等
3-3-2 开关量输入接口（DI）
• 8道开关量输入接口原理图
输入缓冲器
3-3-3 开关量输出接口（DO）
• DO的任务是把计算机送出的数字信号（或开 关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器， 控制它们的通断、闭合或亮、灭等。 • 计算机通过选择地址有效（/CS）和写有效 （/WR），将要输出的开关量信号写入U3 （74LS574）数据锁存器中，再经光电耦合 器U1、U2，驱动继电器J1~J4或指示灯 LED1~LED4动作。
图形显示方式（2） • CRT图形显示方式
– 是目前在工业控制计算机系统应用最多， 技术最成熟的图形显示技术 – 由一个图形监视器和相应的控制电路组成， 最常用的方式是插入一块图形控制卡来实 现图形显示功能 – 特点是技术成熟、支持软件丰富、价格低 廉，可以满足大部分工业控制现场的一般 性需要
图形显示方式（3）
• 有源即直接提供高、低电平 • 无源即提供物理触点，或感应器件
3-3-2 开关量输入接口（DI）
• DI的任务是把外界被控对象的开关状态信号、 或数字信号送至计算机或微处理器 • 开关量信号S1-S8用来控制光电耦合器件发光 二极管的亮灭。 • 通过光电耦合驱动光敏三极管，相应地在该三 极管的集电极上送出高或低电平。 • 计算机通过有效地址（/CS），和读命令 （/RD），将该8位的开关信号读入CPU中。
– 利用新型薄膜晶体管TFT 技术，其特点
• 体积小巧，耗电省 • 可靠性高，寿命长 • 不易受振动、冲击和射线的干扰 • 操作温度范围（0℃~ +45℃），相对湿度范围 20% ~ 90% • 颜色为256种基色，可扩展
图形显示方式（5） • 其它图形显示方式
– 等离子显示器 （Plasma） – 有机发光二极管（OLED，Organic Light Emitting Diode） – 电致发光显示器(EL，Electroluminescent)等
3-3-3 开关量输出接口（DO）
• 8道开关量输出接口原理图
数据锁存器
3-3-4 开关量输入输出模板的标准化设计
• 在计算机控制系统中，开关量的输入输 出接口极其普遍。在设计上，一般都将 开关量的输入输出接口做在同一块模板 上，这样可以节省硬件成本，充分利用 计算机的有限资源，方便用户使用。 • PC总线的DIO模板 • 微处理器的DIO模板
开关量输入输出接口 Switch Input & Output Interface
黄松清 安徽工业大学 电气与信息工程学院 自动化系 2015年2月
本节主要内容
开关量的概念及种类 开关量输入接口 开关量输出接口 开关量输入输出模板的标准化设计
3-3-1 开关量的概念及种类 • 开关量（数字量）的概念