第二章輸入輸出接口過程通道第一頁(yè)，共69頁(yè)。64通道高速多功能采集卡高速32通道數(shù)字I/O模塊多通道繼電器帶隔離數(shù)字量輸入卡8通道模擬量輸入模塊高驅(qū)動(dòng)數(shù)字量I/O卡例：幾種過程輸入輸出通道第二頁(yè)，共69頁(yè)。工控機(jī)底板第三頁(yè)，共69頁(yè)。過程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。（AI、AO、DI、DO）

2.1輸入/輸出接口的基本理論（復(fù)習(xí)、提問和總結(jié)）

輸入端口：（包括數(shù)據(jù)輸入端口和狀態(tài)端口）一定有三態(tài)緩沖器（僅一位時(shí)是三態(tài)門），可有鎖存器（寄存器）。輸出端口：（數(shù)據(jù)輸出端口和控制端口）一定有鎖存器（寄存器）數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、控制端口1、功能上分為三種端口：從數(shù)據(jù)流分：輸入端口和輸出端口。2、端口結(jié)構(gòu)：第四頁(yè)，共69頁(yè)。3、輸入端口（控制）地址信號(hào)（經(jīng)譯碼）、ALE、RD、M/IO和數(shù)據(jù)總線由IN指令控制輸出端口（控制）地址信號(hào)（經(jīng)譯碼）、ALE、WR、M/IO和數(shù)據(jù)總線由OUT指令控制一個(gè)輸入端口和個(gè)輸出端口可以分配一個(gè)地址，它們由RD、WR分別控制。4、設(shè)計(jì)接口時(shí)所用地址一定不能與系統(tǒng)所用硬件接口地址沖突，從系統(tǒng)信息中可以查閱有關(guān)地址分配信息第五頁(yè)，共69頁(yè)。2.2數(shù)字量輸入通道（DI）

數(shù)字量－開關(guān)量：用“0”和“1”兩個(gè)量進(jìn)行描述。MOVDX，portINAL，DX鎖存器常用的鎖存器有74LS373、74LS2722.2.1數(shù)字量輸入接口

第六頁(yè)，共69頁(yè)。輸

入調(diào)

理電

路輸

入緩

沖器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線2.2.2數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)1、數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)第七頁(yè)，共69頁(yè)。2、輸入調(diào)理電路

－把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離轉(zhuǎn)換成

計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)。

小功率輸入調(diào)理電路－開關(guān)去抖電路

積分電路

AOAOOA1第八頁(yè)，共69頁(yè)。RS觸發(fā)器去抖

RS觸發(fā)器

“

1”

負(fù)脈沖

“

0”

高電平

第九頁(yè)，共69頁(yè)。大功率輸入調(diào)理電路

－采用光電隔離

第十頁(yè)，共69頁(yè)。TLP521-1

TPL521-2TPL521-4TLP521系列OP-AMP第十一頁(yè)，共69頁(yè)。2.3.1數(shù)字量輸出接口利用IOW上升沿鎖存MOVAL，DATAMOVDX，portOUTDX，DL2.3數(shù)字量輸出通道（DO）第十二頁(yè)，共69頁(yè)。輸

出驅(qū)

動(dòng)器輸

出鎖

存器地址譯碼器生產(chǎn)過程PC總線2.3.2數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)

1、數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)第十三頁(yè)，共69頁(yè)。2、輸出驅(qū)動(dòng)電路

小功率直流驅(qū)動(dòng)電路功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路

續(xù)流二極管在功率晶體管關(guān)閉時(shí)，為繼電器線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)提供旁路通道，保護(hù)晶體管。

第十四頁(yè)，共69頁(yè)。－達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路MC1416，7路驅(qū)動(dòng)，帶保護(hù)二極管

第十五頁(yè)，共69頁(yè)。大功率直流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器,零交叉電路在交流電過零時(shí)產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，減少干擾。

第十六頁(yè)，共69頁(yè)。2.4模擬量輸入通道2.4.1A/D轉(zhuǎn)換器概述1、常用A/D轉(zhuǎn)換方式逐次逼近型：轉(zhuǎn)換時(shí)間短，抗擾性差（電壓比較）ADC0809（8位），AD574（12位）雙斜積分型：轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗擾性好（積分）MC14433（11位），ICL7135（14位）全并行比較型（Flash型）：采用多個(gè)比較器，速度極高，電路規(guī)模大，成本高。

第十七頁(yè)，共69頁(yè)。分級(jí)型：減少并行比較ADC的位數(shù)，分級(jí)多次轉(zhuǎn)換，減小電路規(guī)模，保持較高速度。Σ-Δ型（過采樣轉(zhuǎn)換器）：高速1bitDAC+數(shù)字濾波，轉(zhuǎn)換成低采樣率高位數(shù)字，分辨率高。第十八頁(yè)，共69頁(yè)。2、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

轉(zhuǎn)換時(shí)間：積分型為毫秒級(jí)，逐次比較為微秒級(jí)，全并行為納秒級(jí)。分辨率：數(shù)字量位數(shù)n。LSB（最低有效位）－滿量程的1/2n。線性誤差：量程范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差，通常為1/2LSB或1LSB。量程：能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。對(duì)基準(zhǔn)電源的要求：電源精度。第十九頁(yè)，共69頁(yè)。2.4.28位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809

帶8通道模擬開關(guān)的8位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器誤差±1/2LSB第二十頁(yè)，共69頁(yè)。

8通道模擬開關(guān)及通道選擇地址鎖存信號(hào)ALE轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：START收到正脈沖轉(zhuǎn)換結(jié)束：EOC從低電平變?yōu)楦唠娖交鶞?zhǔn)電壓：VREF(+)=5.12V,VREF(-)=0VCBA通道000VIN0001VIN1

…………111VIN7

第二十一頁(yè)，共69頁(yè)。轉(zhuǎn)換時(shí)序

64個(gè)CLK第二十二頁(yè)，共69頁(yè)。2.4.312位A/D轉(zhuǎn)換器AD547A

單通道12位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換時(shí)間25us,誤差±1/2LSB，單極性或雙極性輸入，量程10V或20V。第二十三頁(yè)，共69頁(yè)。單、雙極性應(yīng)用單極性：BIPOFF接0V雙極性：BIPOFF接10V第二十四頁(yè)，共69頁(yè)。轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出：引腳12/8=1：D11-D0并行輸出；

引腳12/8=0：D11-D8和D7-D0分時(shí)輸出；控制邏輯

CECSR/C12/8A0操作功能100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換10001啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換1011X輸出12位數(shù)字10100輸出高8位數(shù)字10101輸出低4位數(shù)字0XXXX無操作X1XXX無操作第二十五頁(yè)，共69頁(yè)。轉(zhuǎn)換進(jìn)行：STS為高電平轉(zhuǎn)換結(jié)束：STS從高電平轉(zhuǎn)為低電平轉(zhuǎn)換時(shí)序：

啟動(dòng)第二十六頁(yè)，共69頁(yè)。轉(zhuǎn)換時(shí)序：讀第二十七頁(yè)，共69頁(yè)。AD574與8255A接口

－AD574的12/8接＋5V，A0接地，工作于12位 轉(zhuǎn)換和讀出方式。 －8255A的A口、B口工作方式0，數(shù)據(jù)輸入端 －C口上半部分為輸入，下半部分為輸出。 PC0-PC2－R/C，CS，CE PC7－STS，檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束 －8255A系統(tǒng)地址2C0H~2C3H。P29

2.4.4A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)第二十八頁(yè)，共69頁(yè)。第二十九頁(yè)，共69頁(yè)。

…

MOVDX,02C2H;令CS,R/C為低電平

MOVAL,00H OUTDX,AL NOP NOP MOVAL,04H；令CE=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

OUTDX,AL NOP NOP MOVAL,03H；令CE=0，CS,R/C＝1，啟動(dòng)完畢

OUTDX,ALPOLLING: INAL,DX;查詢STS狀態(tài)

TESTAL,80H JNZPOLLING;STS=1則等待，檢測(cè)下降沿（轉(zhuǎn)換結(jié)束）

MOVAL,01H；令CS＝0,R/C＝1,準(zhǔn)備讀 .第三十頁(yè)，共69頁(yè)。

OUTDX,AL NOP MOVAL,05H;令CE=1,允許讀出

OUTDX,AL MOVDX,02C0H INAL,DX;讀高4位DB11-DB8; ANDAL,0FH MOVBH,AL；存高4位

INCDX INAL,DX；讀低8位DB7-DB0 MOVBL,AL INCDX MOVAL,03H OUTDX,AL;結(jié)束讀出操作

第三十一頁(yè)，共69頁(yè)。2.4.5模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)1、模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)第三十二頁(yè)，共69頁(yè)。2、I/V變換電流輸出 儀表DDZ-Ⅱ：0～10mA

儀表DDZ-Ⅲ,DDZ-S：4～20mA無源I/V變換（利用無源器件完成）

0～10mA:R1100Ω

R2500Ω

0～5V輸出

4～20mA:R1100Ω

R2250Ω

1～5V輸出第三十三頁(yè)，共69頁(yè)。有源I/V變換（利用有源器件完成）

0～10mA:R1200Ω

R3100kΩ

R4150kΩ

0～5V輸出

4～20mA:R1200Ω

R3100kΩ

同相放大器倍數(shù)A=1+R4/R3R425kΩ 1～5V輸出

第三十四頁(yè)，共69頁(yè)。3、多路轉(zhuǎn)換器多路開關(guān)－理想工作狀態(tài)：開路電阻無窮大，導(dǎo)通電阻為0。要求切換速度快。舉例：CD4051－8通道開關(guān)

INH禁止輸入

第三十五頁(yè)，共69頁(yè)。CD4051

Single8-ChannelAnalogMultiplexer第三十六頁(yè)，共69頁(yè)。4、采樣、量化及常用的采樣保持器（1）信號(hào)的采樣

采樣過程：以周期時(shí)間間隔T，把時(shí)間與幅值連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B串脈沖輸出信號(hào)。

τ為采樣寬度，即K閉合的時(shí)間。

第三十七頁(yè)，共69頁(yè)。香農(nóng)采樣定量：若信號(hào)的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f≥2fmax，采樣信號(hào)就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。工程上的采樣頻率一般為信號(hào)最高頻率的4—10倍。

（2）量化

量化：用一組數(shù)碼逼近離散模擬信號(hào)的幅值。量化過程：模擬信號(hào)－>數(shù)字信號(hào)。量化單位：A/D轉(zhuǎn)換器的最低有效位LSB對(duì)應(yīng)的模擬量。

－量化誤差：±q/2

ymax-ymin2n-1q=第三十八頁(yè)，共69頁(yè)。（3）采樣保持器

孔徑時(shí)間tA/D：完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。

孔徑誤差：采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。

孔徑誤差的消除：采用采樣保持器

第三十九頁(yè)，共69頁(yè)。第四十頁(yè)，共69頁(yè)。ZOH：零階保持器LF398：SampleandHoldAmplifier第四十一頁(yè)，共69頁(yè)。第四十二頁(yè)，共69頁(yè)。

孔徑時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差，A/D轉(zhuǎn)換器需要采樣保持器來提高輸入信號(hào)的頻率范圍。

采樣保持器：把t=KT時(shí)刻的采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。

采樣：K閉合，CH快速充電，VOUT跟隨VIN

保持：K斷開，VOUT保持VC

緩慢變化的信號(hào)無需采樣保持器

采樣保持器第四十三頁(yè)，共69頁(yè)。 （4）常用采樣保持器LF398P35

采樣保持控制引腳8：高電平，采樣

低電平，保持

CH外接高品質(zhì)電容，其減小可以提高采樣頻率。

獲取時(shí)間：CH為時(shí),時(shí)間為25us

第四十四頁(yè)，共69頁(yè)。2.4.6模擬量輸入通道設(shè)計(jì)

第四十五頁(yè)，共69頁(yè)。器件：AD547A,LF398,CD4051,8255A指標(biāo):－8通道模擬量輸入 －12位A/D轉(zhuǎn)換（25us)，量程0～10V

－查詢應(yīng)答方式電路邏輯： －通道選擇→PC0-PC2,通道禁止→PC3

－LF398采樣和保持→ADC547的STS+反相器 －AD547A的R/C,CS,CE→PC4-PC6

－轉(zhuǎn)換狀態(tài)檢測(cè)STS→PA7

－數(shù)據(jù)輸入：高4位→PA0-PA3，低8位→B口

第四十六頁(yè)，共69頁(yè)。第四十七頁(yè)，共69頁(yè)。AD574A PROCNEAR CLD LEADI,BUF MOVBL,00000000B;令CE，CS,R/C,INH=0,

MOVCX,8ADC: MOVDX,2C2H;C口地址

MOVAL,BL OUTDX,AL;選擇多路開關(guān)，STS=0,LF398采樣

NOP NOP ORAL,01000000B；令CE=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換A/D OUTDX,AL；

ANDAL,10111111B；令CE=0,形成啟動(dòng)脈沖

OUTDX,AL；

MOVDX,2C0H;A口地址

第四十八頁(yè)，共69頁(yè)。PULLING INAL,DX；測(cè)試STS，看轉(zhuǎn)換是否結(jié)束

TESTAL,80H JNZPULLING；轉(zhuǎn)換期間STS＝1，LF398保持

MOVAL,BL；

ORAL,00010000B;轉(zhuǎn)換結(jié)束，令R/C＝1，準(zhǔn)備讀

MOVDX,2C2H; OUTDX,AL ORAL,01010000B;令CE,R/C＝1，開始讀

MOVDX,2C0H;讀A口高4位

INAL,DX ANDAL,0FH MOVAH,AL；高4位存在AH INCDX;讀B口低8位

INAL,DX；低8位存在AL STOSW;數(shù)據(jù)存儲(chǔ)第四十九頁(yè)，共69頁(yè)。

INCBL ;更換通道

LOOPADC MOVAL,00111000B;CE=0，CS,R/C,INH=1,

MOVDX,2C2H OUTDX,AL RETAD574AENDP第五十頁(yè)，共69頁(yè)。

思考題

在模擬量輸入通道中，遇到下列那種情況，可以不考慮使用保持器？

A.輸入信號(hào)范圍小于1v時(shí)； B.輸入信號(hào)變化相對(duì)很慢時(shí)；C.A/D轉(zhuǎn)換位數(shù)很多時(shí)；D.采樣雙積分式A/D時(shí)；F.系統(tǒng)只有一路模擬信號(hào)輸入時(shí)。第五十一頁(yè)，共69頁(yè)。作業(yè)

P62－2.1,2.2,2.4第五十二頁(yè)，共69頁(yè)。兩種典型的模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)2.5模擬量輸出通道第五十三頁(yè)，共69頁(yè)。2.5.1D/A轉(zhuǎn)換器概述

D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)－分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。－建立時(shí)間：輸入數(shù)字信號(hào)的變化是滿量程時(shí)，輸出信號(hào)達(dá)到離終值±1/2LSB的所需時(shí)間。－線性誤差：偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。第五十四頁(yè)，共69頁(yè)。常見D/A轉(zhuǎn)換器類型：

－電流輸出型，通常要轉(zhuǎn)為電壓，速度因外接放大器有滯后。－電壓輸出形，速度快，僅用于高阻抗負(fù)載。－乘算型，在基準(zhǔn)電壓輸入上加交變信號(hào)，能輸出數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果，完成乘法運(yùn)算。

－

1bitD/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出，然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到電壓輸出(又稱位流方式)。第五十五頁(yè)，共69頁(yè)。2.5.2D/A轉(zhuǎn)換器1、ADC0832第五十六頁(yè)，共69頁(yè)。2、12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210

－12位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器

231第五十七頁(yè)，共69頁(yè)。WR1=0CS=0LE2=1，LE2=0，即4位輸入寄存器鎖存LE1=1，LE1=0，即BYTE1/BYTE2=1LE2=18位輸入寄存器鎖存（4位輸入寄存器鎖存）LE3=1，LE3=0，即12位DAC寄存器鎖存并開始轉(zhuǎn)換XFER=0WR2=0CS=0WR1=0和BYTE1/BYTE2=1，8位和4位寄存器鎖存時(shí)BYTE1/BYTE2=0，4位寄存器鎖存XFER=0WR2=0和時(shí)12位DAC寄存器鎖存并開始轉(zhuǎn)換總結(jié)：

與DAC0832一樣可以采用直通、單緩和雙緩控制。但在8位機(jī)中只能采用雙緩的控制方式。第五十八頁(yè)，共69頁(yè)。DAC1210與XT總線接口－譯碼器對(duì)端口300H，301H，302H分別產(chǎn)生

Y0，Y1，Y2用于DAC的控制。－CS接地

8位輸入寄存器：XT總線D0-D7 4位輸入寄存器：XT總線D4-D7－輸出端用反相放大器把差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為電壓，經(jīng)倒相后變?yōu)檎龢O性電壓輸出。

2.5.3D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù)

第五十九頁(yè)，共69頁(yè)。第六十頁(yè)，共69頁(yè)。工作過程：

1、鎖存高8位數(shù)據(jù)：Y0有效→BYTE1/BYTE2=1→當(dāng)IOW有效→D0-D7鎖入8位輸入寄存器，D4-D7鎖入4位輸入寄存器。2、鎖存低4位數(shù)據(jù)：Y1有效，BYTE1/BYTE2=0時(shí)當(dāng)IOW有效→D4-D7鎖入4位輸入寄存器。3、輸入寄存器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器：Y2有效，XFER=0時(shí)當(dāng)IOW有效→輸入寄存器數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器，并開始D/A轉(zhuǎn)換。