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计算机控制技术课件 第二章输入输出接口与过程通道

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计算机控制02.过程输入输出技术PPT课件

计算机控制02.过程输入输出技术PPT课件

锁存输出 CPU
控制逻辑
隔离
功放
执行机构
▪ 锁存输出部件
– 锁存微型计算机输出的数据或者控制信号，供外部设备使用
▪ 输出调理电路 (属于部分)
– 隔离部件：防止干扰 – 功放部件：微型计算机输出的微弱数字信号能对生产过程进行控制的驱动信号
8
第2章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术
2.1 过程输入输出通道概述 2.2 模拟量输入通道 2.3 模拟量输出通道 2.4 数字量输入输出通道 2.5 脉冲量输入通道
18
过程输入输出技术>>模拟量输入通道>>A/D转换器
逐次逼近式A/D转换器的转换原理
例题：设有8位逐次逼近式A/D转换器，D/A转换器的基准电压REF=10V， 如果此时输入模拟量VIN=6.84V，则所得编码结果为多少？ (1) 第一个CP, D7~D0=10000000, V0=5V, VIN>V0, D7=1 (2) 第二个CP, D7~D0=11000000, V0=7.5V, VIN<V0, D6=0 (3) 第三个CP, D7~D0=10100000, V0=6.25V, VIN>V0, D5=1 …… 如此继续，得到最终转换结果D7~D0 为
(1) 分辨率为8位 (2) 转换时间为100µs (3) 线性误差为±LSB (4) 通常基准电压VREF(+)=5.12V, VREF(-)=0V (5) 量化单位q=20mV, 转换结果D=VIN(mV)/q(mV) (6) 5V电源供电，Vcc(+5V)和GND(0V)分别为工作电源和电源地 (7) 数据有三态输出能力，易于与微机相连，也可独立使用
第2章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术

计算机控制系统——chapter2输入输出接口与过程通道

计算机控制系统——chapter2输入输出接口与过程通道

中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
(2) 大功率交流驱动电路
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
概述
第二章输入输出接口与过程通道
接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁， 它包括输入接口和输出接口。
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。
过程通道是在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，根据信息的来源和 类型不同，可以分为模拟量输入/输出通道 （AI/AO），数字量（或开关量）输入/输出通道 （DI/DO）四种。
实现：可用下列指令完成8位开关量的输 出控制。
MOV AL, DATA
MOV DX, port
OUT DX, AL
返回
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
2.1.2 数字量输入通道
1、数字量输入通道的结构
如图2.2所示。主要由输入缓冲器、输入调理电路、输 入地址译码电路等组成。
原理：光的有/无→光敏管的通/断→电位 的高/低。
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
+48V
发光二极管
C1
光敏三极管
光电隔离及电平转换电路
当开关S闭合时，发光二极管导通发光，光耦合作用使光 敏三极管导通，对应“1”状态输入；反之，开关S打开， 则发光二极管不发光，光敏三极管截止，对应“0”状态 输入。
计算机控制技术
Computer Controlled System
中南大学信息科学与工程学院 袁艳
2019年7月24日

计算机控制系统——chapter2输入输出接口与过程通道

计算机控制系统——chapter2输入输出接口与过程通道
计算机控制技术
Computer Controlled System
中南大学信息科学与工程学院 袁艳
2019年9月2日
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
第二章 输入输出接口与过程通道
概述 2.1 数字量输入输出通道 2.2 A/D转换器及其接口技术 2.3 模拟量输入通道 2.4 D/A转换器及其接口技术 2.5 模拟量输出通道 2.6 硬件抗干扰技术
返回
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
生 产 过 程
模 拟 量 输 入 通 道 模拟量输出通道 数字量输出通道 数 字 量 输 入 通 道
接 口 电 路
计 算 机
显示 打印 报警
图2.1 计算机控制系统的过程通道
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
2.1 数字量输入输出通道
2.1.1 数字量输入输出接口技术 2.1.2 数字量输入通道 2.1.3 数字量输出通道
返回
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
第二章输入输出接口与过程通道
2.1.1 数字量输入输出接口技术
1、数字量
数值量信号是以二进制的逻辑“1”和“0” 出现的。如：开关的合与开，指示灯的亮与灭， 继电器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀 门的打开与关闭等。
第二章输入输出接口与过程通道
消除抖动电路
中南大学信息科学与工程学院自动化专业计算机控制技术讲义
1
1
第二章输入输出接口与过程通道
输出A
2 S
＋5V 3 1

计算机控制技术第二章

计算机控制技术第二章

第二章输入输出接口与过程通道在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将对象的被控参数及运行状态，按要求的方式送人计算机处理，再将结果以数字量的形式输出，并将数字量变换为适合生产过程控制的量，因此在计算机接口和生产过程之间，必须设置信息的传递和变换装置，这个装置就称之为过程输入输出通道，也叫I／O通道。

2.1 过程输入输出通道概述2.1.1 过程输入输出通道的类型及功能根据过程信息的性质及传递方向，过程输入输出通道可分为模拟量输人通道、模拟量输出通道、数字量(开关量)输入通道、数字量(开关量)输出通道等几种类型。

生产过程的被调参数(如温度、压力、流量、速度、位移等)，一般是随时间连续变化的模拟量，通过检测元件和变送器转换为对应的模拟电压和电流。

由于计算机只识别数字量，故模拟电信号必须通过模拟量输入通道转化为数字量后，才能送人计算机。

对于生产现场的状态量(如开关、电平高低、脉冲量等)也不能为计算机直接接受，因此数字量(开关量)输入通道将状态信号转变为数字量送入计算机。

计算机控制生产现场的控制通道也有两种，即模拟量输出通道和数字量输出通道。

计算机输出的控制信号以数字形式给出，若执行元件要求提供模拟电压或电流，则采用模拟量输出通道将数字量转换为模拟电压或电流，若执行元件要求数字量(开关量)，则应采用数字量输出通道，将计算机输出的数字量经处理和放大后输出。

由此可见，过程输人输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。

2.1.2 过程输入输出通道与CPU交换的信息类型过程输入输出通道与CPU交换的信息类型有三种：(1)数据信息反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。

(2)状态信息又叫应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。

(3)控制信号用来控制过程通道的启动和停止等信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动等。

接口电路含这三类信息交换的端口。

2.1.3 过程通道的编址方式由于计算机控制系统一般都有多个过程输人输出通道，因此需对每一个过程输入输出通道安排地址。

计算机控制技术教程――第2章 模拟量输入输出通道接口技术PPT课件

计算机控制技术教程――第2章 模拟量输入输出通道接口技术PPT课件
❖ 不同的生产公司
CD公司、AD公司、MAX公司
❖ 不同的生产工艺
TTL、CMOS、HMOS
2.1.1 多路开关
❖ 半导体多路开关的优点
采用标准双列直插式结构，尺寸小 直接与TTL（或CMOS）电平兼容 内部带有通道选择编码器，使用方便 采用正或负双极性输入 转换速度快。通常其导通和关断时间在1us左右 寿命长，无机械磨损 接通电阻低，一般小于100欧，甚至几欧 断开电阻高，通常达109欧以上
( a 1 / 2 1 a 2 / 2 2 ... a n 1 / 2 n 1 a n / 2 n ) V REF
上式中，取 R fb R
I2 I1
数字量输入 N=(a1a2…an)2
2.2.1 8位D/A转换器及其接口
❖ 电流输出型D/A转换器DAC0832
结构和原理 ❖两级输入数据缓冲器 ❖电流输出,不具有直接带负载能力
第二章 模拟量输入输出通道的接口技术
一、多路开关和采样保持器 二、模拟量输入通道的接口技术 三、模拟量输出通道的接口技术
第二章 模拟量输入输出通道的接口技术
当被测参数是模拟量，即连续变化的量，如温度、流量、 压力、液位、速度等，在数据进入计算机之前，必须要把模拟 量变成数字量，即进行A/D转换。
由于很多执行机构只能接收数字量，为了控制执行机构， 计算机输出的控制数据必须转化成模拟量，即进行D/A转换。
/
R
I n 1 （ 1 / 2 2 ） V REF / R
...
I
2
（ 1
/
2 n 1）
V REF
/
R
I
1
（ 1
/
2
n ）
V
REF

计算机控制技术-输入输出接口与过程通道(二)

计算机控制技术-输入输出接口与过程通道(二)
輸入口地址解碼電路等組成 。
2.2.2 數字量輸入通道
2.輸入信號調理電路
信號調理: 將外部開關量信號，經信號轉換、濾波、隔離等措施 轉換成電腦能夠接收的邏輯信號，稱之信號調理。 實現信號調理功能的電路，稱之為信號調理電路。 (1)小功率輸入調理電路2.2.2 數字量輸入来自道(2)大功率輸入調理電路
《電腦控制技術》
第4講 第2章 輸入輸出介面與過程通道（二）
2.2 數字量輸入輸出介面與過程通道
2.2.1 數字量輸入輸出介面技術 2.2.2 數字量輸入通道 2.2.3 數字量輸出通道 2.2.4 數字量範本應用舉例
2.2.1 數字量輸入輸出介面技術 1.數字量輸入介面
彙編： MOV DX,220H IN AL,DX
PCL-730板卡的開關量輸入/ 輸出都只需要二條指令就可以完成。
C語言程式如下：
outportb(0x220，Ox55) ；//向奇數通道輸出低電平，低8位
outportb(Ox221，0x55)； //向奇數通道輸出低電平，高8位
inportb(Ox220)；
//讀入輸入通道0～7的電平狀態
inportb(Ox221)；
2.2.3 數字量輸出通道
2.2.4 數字量輸入/輸出通道範本舉例
研華PCL-730板卡 PCL-730是研華公司推出的32通道隔離型I/O板卡，提供16 路開關量隔離輸入通道和16路開關量隔離輸出通道。
2.2.4 數字量輸入/輸出通道範本舉例
研華PCL-730板卡組成框圖
2.2.4 數字量輸入/輸出通道範本舉例
2.2.3 數字量輸出通道
1.數字量輸出通道的結構
數字量輸出通道主要由輸出鎖存器、輸出驅動電路、 輸出口地址解碼電路組成。

计算机控制系统第2章

计算机控制系统第2章

K型热电偶： -200~1000 ℃
±3 ℃，≤400 ℃ ± 0 .75℅， ＞ 400 ℃
J型热电偶： -200~1200 ℃
±1.1 ℃~2.2 ℃
T型热电偶： -200~200℃
± 1.5℅ ， -200~50℃ ± 0.75℅ ， 50~200℃
7
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
传感器
在有强电或强电磁的干扰环境线，为了防止电网电压 等对测量回路的损坏，其信号输入通道通常采用隔离技术， 隔离放大器作用是在输入信号与输出信号之间保持电气隔 离的同时实现输出电压与输入电压的线性传输。
36
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
信号调理
隔离放大器就其隔离对象而言，分为二种: 1. 两端口隔离 2. 三端口隔离。
隔离、放大噪声、滤波
电流输入/输出 RTDs 和热敏电阻
热电偶
电流与电压的转换; 隔离，放大，噪声滤波
激励电源 隔离，放大，噪声滤波
隔离，放大，噪声滤波 冷端补偿
应变仪
激励电压 全桥和半桥设置 隔离，放大，噪声滤波
信信号号调调理理
多功能I/O
23
§§第第二二章章输入过输程出接通口道与技过程术通道技术
信号调理 G 1 49.4k
Rg
32
§第二章 输入输出接口与过程通道技术 AD620仪表放大器在单电源测量中的应用
信号调理
AD705构成的电压跟随器为AD620提供了Vref，以提高其输 出摆幅的中心点，以防止信号在负半波被削波。
33
§第二章 输入输出接口与过程通道技术
信号调理
AD620仪表放大器在差分屏蔽驱动接法中的应用
输入信息来源或输出信息的用途 温度、压力、物位、转速、成分等 接点的通断状态、电平高低状态、数字装置的输出数码等 流量积算、电功率计算、转速及脉冲形式的输入信号等 控制执行装置、显示、记录等 对执行器进行控制、报警显示等

计算机控制技术PPT第2章

计算机控制技术PPT第2章

VO
⑵ R-2R倒T型电阻网络D/A转换器
组成：电子开关、T型电阻 网络、运算放大器、参考电压
Di(i=0,1,2,3)是D/A转换器的数字输入,Ki(i=0,1,2,3)是电子开关 Di=1, Ki投向右端, Di=0, Ki投向左端 I=VREF/R I∑=? I3=? I/2=2-1I VOUT=-I∑Rfb I2=? I1=? I0=?
第二章
㈠ 教学目标
过程输入输出通道技术
介绍计算机控制系统中过程输入输出通道的基本结构和功能， D/A转换器原理及其接口技术，A/D转换器及其接口技术。
㈡ 学习要求
●理解过程输入输出通道的基本结构 ●理解D/A转换器和A/D转换器的原理 ●掌握常用D/A转换器及其接口技术 ●掌握常用A/D转换器及其接口技术 ●了解数据采集系统的组成和设计方法
vout
t
地址：98H～9BH
方波程序 ORG MOV LP: MOV OUT CALL MOV OUT CALL JMP END 0200H DX，98H AL，0FFH DX，AL DELAY AL，00H DX，AL DELAY LP ；形成方波底宽 ；形成方波顶宽 ；置下限电平 ；置上限电平
7
vout
0 80H
VREF为正
D
VREF为负
VOUT2 = -I’*2R =-(VREF/2R+ VOUT1/R)*2R D =-(VREF-VREF 7 ) 2 7 =VREF D-72 2
⑶ 接口技术
+5V
VR
Vcc
VREF Rfb IOUT1
D0 D1 : : D6 D7
A0 A1 A9 AEN IOW
⑴ DAC0832的内部结构、主要特点及引脚功能 ①内部结构及主要特点

计算机控制技术课件-2

计算机控制技术课件-2
国家级精品课程 《计算机控制技术》
第5讲 第2章 输入输出接口与过程通道（三）
2.3 模拟量输入接口与过程通道（一）
2.3.1 模拟量输入通道的组成 2.3.2 信号调理与I/V变换
2.3.3 多路转换器
2.3.1 模拟量输入通道的组成
模拟量输入通道的任务？
模拟量输入通道由五部分组成。
离散
量化
2.3.2 信号调理和I/V变换
2.3.2 信号调理和I/V变换 2. I/V变换
Q:为何要进行I/V变换？ （1）无源I/V变换
? Q:电路中各个元件的作用？
2.3.2 信号调理和I/V变换 2. I/V变换
（2）有源I/V变换
? Q:电路中各个元件的作用？
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
2.3.3 多路转换器
多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压 信号的关键元件。常用的多路开关有CD4051(或MC14051)、 AD7501、LF13508等。
化
数字
脉冲
量
量
2.3.2 信号调理和I/V变换
1.信号调理电路
信号调理电路：主要通过非电量的转换、信号的变换、 放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和 非标准的电信号转换成标准的模拟电信号。 （1）非电信号的检测——不平衡电桥
热电阻测量电桥电路
热电阻三线制接线图
2.3.2 信号调理和I/V变换
CD4051原理图
2.3.3 多路转换器
INH
1 0 0 0 0 0 0 0 0
CD4051通道选择表 地址输入
C
B
A
×
×
×
0
0
0
0
0
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（1）线选法
（2）全译码法 译码（电3 ）路部不分仅译与码地址信号有关，而且与控制信号有关。使 用A0～A9 、IOW、IOR、AEN 等信号组合。
2.I/O端口地址译码方法及电路形式 （1）固定地址译码
（2）开关选择译 码
2.1.2 I/O端口地址译码技术
• 除了上述两种地址译码方法外，可编程逻辑器件(PLD) 也被广泛地应用于译码电路，如: • 通用阵列逻辑（GAL)； • 可编程阵列逻辑（PAL）器件； • 可擦除可编程门阵列EPLD； • 现场可编程门阵列FPLD； • 复杂可编程门阵列CPLD等。
1.板选译码与板内译码 板选译码采用开关式全译码电路，常选用
74HCT688。 板内译码电路采用74HCT138/74HCT139。
2.总线驱动及逻辑控制 数据总线缓冲器采用74HCT245，地址总线驱动采
用 74HCT244。
3.端口及其读写控制
2.1.3 基于ISA总线的端口扩展
2.2 数字量输入输出接口与过程通道
2.1.1 I/O端口与编址方式
2. I/O端口编址方式
（1）统一编址 把端口看作特殊的内存单元，和存储器统一编址，称
为存储器映射方式 。Motorola的MC6800、及68HC05等 处理器采用这种方式访问I/O设备。
（2）独立编址 把I/O端口和存储单位分，独立编址，称为I/O映射
方式。Intel的80x86系列机采用单独编址方式访问外设。
信号调理: 将外部开关量信号，经信号转换、滤波、隔离等措施 转换成计算机能够接收的逻辑信号，称之信号调理。 实现信号调理功能的电路，称之为信号调理电路。 (1)小功率输入调理电路
2.2.2 数字量输入通道
(2)大功率输入调理电路
2.2.3 数字量输出通道
1.数字量输出通道的结构
数字量输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电 路、 输出口地址译码电路组成。
1. I/O端口地址译码电路信号
把CPU送出的地址转变为芯片选择和端口区分依据的就 是地址译码电路。每当CPU执行输入输出指令时，就进入 I/O端口读写周期，此时首先是端口地址有效，然后是I/O 读写控制信号或有效，把对端口地址译码产生的译码信号 同或结合起来一同控制对I/O端口的读或写操作。常用三种 译码方式：
2.2.3 数字量输出通道 2.输出驱动电路
(1)小功率直流驱动电路 ①功率晶体管输出驱动继电器电路
这里特别注意，VD的作用！！！
2.2.3 数字量输出通道
②达林顿阵列输出驱动继电器电路
MC1416
2.2.3 数字量输出通道
(2)大功率交流驱动电路 固态继电器（SSR）：四端有源器件。
固态继电器（亦称固体继电器）英文名称为Solid State Relay，简称SSR。它是用半导体器件代替传统电接点作为 切换装置的具有继电器特性的无触点开关器件，单相SSR 为四端有源器件，其中两个输入控制端，两个输出端，输 入输出间为光隔离，输入端加上直流或脉冲信号到一定电 流值后，输出端就能从断态转变成通态。
通用系统设计：基于模块化设计思想，以某种总 线为中心，设计开发各种功能模块，依据系统需要，由 模块组配系统。如总线式工业控制机。
特点是：标准化、通用性、扩展性、灵活性。
本章以PC机为基础，以ISA总线扩展技术为例讲解 接口技术相关问题。
接口是计算机与外部设备（部件与部件之间） 交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。
(1) PCL-730寄存器地址分配
地址
基地址 +00
基地址 +Ol
W/R R R
寄存器名称
隔离开关量 输入低8位
隔离开关量 输入高8位
地址
基地址 +00
基地址 +01
W/R W W
寄存器名称
隔离开关量 输出低8位
隔离开关量 输出高8位
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
(2)程序设计举例(基地址设为220H)：
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 数字量模板应用举例
2.2.1 数字量输入输出接口技术 1.数字量输入接口
汇编： MOV DX,220H IN AL,DX
C语言： a=inportb(0x220)
2.2.1 数字量输入输出接口技术
第2章 输入输出接口与过程通道（一）
2.0 总线扩展方式 2.1.1 I/O端口与编址方式 2.1.2 I/O端口地址译码技术 2.1.3 基于ISA总线的端口扩展
计算机控制系统硬件系统设计模式
专用系统设计：将计算机控制系统的各个组成部分 制作成一个独立专用装置。
特点是：一旦系统开发完成，就不能轻易改变。 如消费类电子产品，也是典型的嵌入式系统。
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。
过程通道是在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，包括: AI、AO、DI、DO。
1.I/O端口及I/O操作 接口电路内部设置若干寄存器，用以暂存CPU 和外设之间传输的数据、状态和控制信息，分别称 为数据寄存器、状态寄存器和控制寄存器。这些能 够被CPU直接访问的寄存器统称为端口（Port）， 分别叫做数据端口、状态端口和控制端口。 （1）数据端口 用以存放外设送往CPU的数据以及CPU输出到外 设去的数据。 （2）状态端口 用来指示外设的当前状态。 （3）命令端口 用来存放CPU向接口发出的各种命令和控制字， 以便控制接口或设备的动作 。
2.2.3 数字量输出通道
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡 PCL-730是研华公司推出的32通道隔离型I/O板卡，提供16 路开关量隔离输入通道和16路开关量隔离输出通道。
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
研华PCL-730板卡组成框图
2.2.4 数字量输入/输出通道模板举例
2.数字量输出接口
汇编： MOV AL,8FH MOV DX,221H OUT DX,AL
C语言： outportb(0x221,0x8f)
2.2.2 数字量输入通道
1.数字量输入通道的结构 数字量输入通道主要由输入缓冲器、输入调理电
路、输入口地址译码电路等组成 。
2.2.2 数字量输入通道
2.输入信号调理电路