2122数字量输入输出通道分析

－ R-S触发器去抖
•大功率输入调理电路 当从电磁离合等大功率器件的接点输入信号时，为了
使接点工作可靠，接点两端至少要加24V以上的直流电压 （因为直流电平的响应ห้องสมุดไป่ตู้，不易产生干扰）。但是这种电路， 由于所带电压高，所以高压与低压之间，用光电耦合器进行 隔离。
光电隔离：通常使用一个光耦将电子信号转换为光信号，在 另一边再将光信号转换回电子信号。如此，这两个电路就可 以互相的隔离。
典型的开关量输入信号调理电路如下图 所示。点划线右边是由开 关 S与电源组成的外部电路，（a）是直流输入电路，（ b）是交 流输入电路
交流输入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥 块，可把高压交流(如380VAC)变换为低压直流(如5VDC)。开 关 S 的状态经 RC 滤波、稳压管 D1 箝位保护、电 阻 R2 限流、二极管 D2 防止反极性电压输入以及光耦 隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主机通过执行输入指令便 可读取开关 S 的状态。比如,当开关 S 闭合时，输入回 路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上 为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关 S 的闭合； 反之，开关 S 断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管 截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1”对应外电路开关
ISA
生
输入
输入
产
总
缓冲
调理
过
线
器
电路
程
地址译码器
注意教材图2-6错误
•2. 输入调理电路 生产过程状态信号的形式可能是电压、
电流、开关的触点，因此引起瞬时高压、 过电压、接触抖动等现象。
为了将外部开关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 的逻辑信号，这些功能称为信号调理。
2.1.3 基于ISA总线端口扩展
1.板选译码与板内译码 2.总线驱动及逻辑控制 3.端口及其读写控制
2.2 数字量输入输出通道
2.2.1 数字量输入输出接口技术 2.2.2 数字量输入通道 2.2.3 数字量输出通道 2.2.4 数字（开关）量输入/输出通道模板举例
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
第2章 输入输出接口与过程通道
接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁，包 括输入和输出接口。
接口技术：研究计算机与外部设备之间如何交 换信息的技术。
过程通道：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。（AI、AO、DI、DO）
2020年9月30日12时5分
2.1 总线扩展技术
2.1.1 微型计算机系统I/O端口与地址分配
作用：采集生产过程的状态 信息。 完成过程：用三态门缓冲器 74LS244取得状态信息。经 过端口地址译码，得到片选 信号。当在执行IN指令周期 时，产生I/O读信号，则被测 的状态信息可通过三态门送 到PC总线工业控制机的数据 总线，然后装入AL寄存器。
2、数字量输出接口
作用：当对生产过程进行控制时，一般控制状态需进 行保持，直到下次给出新的值为止，这时输出就要锁 存。 完成过程：用74LS273作8位输出锁存口，对状态输 出信号进行锁存。由于PC总线工业控制机的I/O端口 写总线周期时序关系中，总线数据D0～D7比I/O写前 沿(下降沿)稍晚，因此利用I/O写的后沿产生的上升沿 锁存数据。经过端口地址译码，得到片选信号，当在 执行OUT指令周期时，产生I/O写信号。
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。
2.2.1 数字量输入输出接口
1、数字量输入接口（DI）
三态门缓冲器74LS244 (74HC,LVT,AHCT244)
MOV DX, port
IN AL, DX
译码方式 （1）线选法：就是直接以某位地址信号作为芯片的片选
信号。 （2）译码法：就是使用译码器对高位地址进行译码，以
其译码输出作为扩展芯片的片选信号。
I/O端口地址译码一般采用译码法，分为片选信号及I/O接 口芯片内部端口寻址两部分：
片选信号：采用部分高位地址线与CPU或总线的控制信 号组合经译码电路产生片选信号；
接口芯片片内寻址：部分低位地址连接到接口芯片，经 芯片内部的译码电路实现接口芯片的片内寻址。
（1）固定地址译码
该方法是PC系统板卡常用的方法 图中：A9-A3=1110100B
（2）开关选择译码
图中；74LS688是比较器，地址总线上发出的地址和开关设置的地址相比较，如相等， 比较器的输出端输出有效的低电平，该板卡被选中。ISA总线常采用此方法。 A15-A0=0000 0011 1110 A3A2A10B，Y0=03E0H。
1.I/O端口及I/O操作 （1）数据端口 （2）状态端口 （3）命令端口
CPU与外设之间的数据输入输出、联络、控制等操作，都 是通过对相应端口的读/写操作完成的。
2. I/O端口编址方式 （1）统一编址：把系统中的每一个I/O端口看作一个
存储单元，与存储单元一样统一编址，不用设置专门的 I/O指令。单片机采用这种编址方式。
（2）独立编址：I/O端口单独编址，采用专门的I/O指 令。80×86系列机。
2.1.2 I/O端口地址译码技术
1. I/O端口地址译码电路信号
译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。 其中，ISA总线中，使用A0～A9 、IOW、IOR 等信号组合。
2.I/O端口地址译码方法及电路形式
利用74LS273可以锁存8个开关状态。
注意：硬件组成、软件设计（汇编、C语言)
锁存器74LS273(74LS373,573)
利用IOW上 升沿锁存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,AL
注：目前已有多 种单片机无总线 读写等控制信号
2.2.2 数字量输入通道 •1. 数字量输入通道的结构
在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术， 如电平转换，RC滤波，过电压保护，反电压保护，光 电隔离等。
（1）电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信 号。 （2）RC滤波是用 RC 滤波器滤出高频干扰。
（3）过电压保护是用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳 压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。
（4）反电压保护是串联一个二极管防止反极性电压输入。
（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。
小功率输入调理电路 －开关去抖电路
积分电路
A
A
O
O
A
O
－ R-S触发器消除开关两次反跳电路
Q
原理：当K在上时，输出上为1，下为0。 当K按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产
生瞬间不闭合，造成R-S触发器输入为双1，故状态不改变。