第二章輸入輸出通道

第2章過程輸入輸出接口技術(shù)2.1 模擬輸入通道

2.2 模擬輸出通道

2.3

開關(guān)量接口技術(shù)

2.4

脈沖量輸入輸出通道2.5

數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

在計算機控制系統(tǒng)中，為了實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的監(jiān)測和控制，需要將對象的控制參數(shù)及運行狀態(tài)按規(guī)定的方式送入到計算機中，計算機在經(jīng)過計算分析等處理后，將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出，此時需要將數(shù)字量變換為適合于生產(chǎn)過程制的量，因此在計算機和生產(chǎn)過程之間，必須設(shè)置完成信息傳遞和變換的裝置，這個裝置稱為過程輸入輸出通道，即專業(yè)術(shù)語中的I/O通道或I/O接口技術(shù)。

I/O接口通常包括開關(guān)量和模擬量的輸入與輸出，分別稱為開入DI、開出DO、模入AI、模出AO幾個類型，涉及到輸入信號的調(diào)理、輸出信號的放大以及抗干擾等技術(shù)問題。

模擬量輸入：將生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等物理量先通過不同的傳感器檢測裝置轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電信號，然后通過變送器將其調(diào)理為標準的電信號，例如0～5V、1～10V或者4～20mA等，再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換A/D變?yōu)閿?shù)字量后輸入到計算機。

模擬量輸出：生產(chǎn)過程中的執(zhí)行機構(gòu)很多都是通過模擬信號來控制，例如由380V三相交流電等形式的強電來驅(qū)動的，而計算機輸出的控制信號是弱電的數(shù)字量，這就要求配置相應(yīng)的數(shù)/模轉(zhuǎn)換D/A電路和功率放大等裝置。開關(guān)量輸入：生產(chǎn)過程中的很多狀態(tài)信息，例如開關(guān)、按鈕、繼電器的觸點等，它們通常只有通或斷兩種狀態(tài)；有些傳感器，例如渦輪流量計、加速度計、碼盤等的輸出則是一系列通斷狀態(tài)交替變換的脈沖信號。對這類信號的采集需要通過開關(guān)量輸入通道來實現(xiàn)。此外，計算機控制系統(tǒng)內(nèi)部各芯片引腳狀態(tài)標志信息，例如：計數(shù)器芯片計數(shù)結(jié)束后輸出引腳發(fā)出的脈沖信號、A/D模/數(shù)轉(zhuǎn)換過程中狀態(tài)引腳發(fā)出高低電平信號等，也屬于這類范疇。

開關(guān)量輸出：在生產(chǎn)過程中，指示燈的亮和滅、電動機的啟動和停止、晶閘管的通和斷、閥門的打開和關(guān)閉，以及變頻器等執(zhí)行機構(gòu)控制脈沖信號等，對它們的控制只需要通過二值邏輯的“1”和“0”并通過相應(yīng)的隔離和功率放大即可實現(xiàn)。

2.1

模擬輸入通道

2.1.1

信號的采樣

在計算機控制系統(tǒng)中，生產(chǎn)過程中的溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等物理量需要通過不同的傳感器和變送器調(diào)理為標準的電信號后，再通過模/數(shù)轉(zhuǎn)換變?yōu)閿?shù)字量后輸入到計算機。在這個過程中，計算機控制系統(tǒng)把連續(xù)變化的量經(jīng)過周期采樣變成離散量后再進行處理，因此被稱作離散系統(tǒng)或采樣系統(tǒng)。

采樣過程:一個時間連續(xù)的信號通過一個周期閉合的模擬采樣開關(guān)后，在開關(guān)的輸出端形成一連串的脈沖信號。這種把時間連續(xù)信號變成一連串時間不連續(xù)的脈沖信號的過程稱為采樣過程或離散化過程。

根據(jù)香農(nóng)采樣定理，采樣頻率只要大于信號最大變化頻率的2倍，即可實現(xiàn)采樣信號完全恢復(fù)模擬信號。但在實際應(yīng)用中，往往所取的實際采樣頻率為信號變化最高頻率的5~10倍。

采樣頻率是不是越高越好？原因：如果采樣頻率過高，在實時控制系統(tǒng)中將會把許多寶貴的時間用在采樣上，影響了控制的實時性效果，且數(shù)據(jù)量大，需要占用CPU更多的時間處理數(shù)據(jù)，需要更多的內(nèi)存存儲數(shù)據(jù)。2.1.2

信號的量化采樣信號不能直接輸入計算機，將其整量化后成為數(shù)字信號的過程稱為整量化過程。以天平稱重為例，砝碼種類有1g、2g、4g、8g、16g、…、2ng若干個等級，如果物體重10.4g，則0.4g被舍去，稱得的結(jié)果為10g。這個例子說明了采樣信號和數(shù)字信號的差別。數(shù)字信號和采樣信號的差別，在于前者的幅值是斷續(xù)的。量化過程就是用一組數(shù)碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，執(zhí)行量化動作的裝置是A/D轉(zhuǎn)換器。字長為n的A/D轉(zhuǎn)換器把ymin~ymax范圍內(nèi)變化的采樣信號，變換為數(shù)字0~2n-1，其最低有效位（LSB）所對應(yīng)的模擬量q稱為量化單位，其表達式為：0~10v的模擬信號當(dāng)N=8時：q=10/255=0.0392156v當(dāng)n=10時：q=10/1023=0.00975171v2.1.3信號的編碼

在模擬量轉(zhuǎn)換過程中，對雙極性（正、負）信息通常有3種表示方法。

1．符號—數(shù)值碼類似于原碼表示法，增加一位符號位，其它數(shù)值與單極性一樣。通常數(shù)值為正時，符號位為0；數(shù)值為負時，符號位為1。而改進的符號—數(shù)值碼則向反，數(shù)值為正時，符號位為1；數(shù)值為負時，符號位為0。2．偏移二進制碼它是一種直接的二進制編碼，用滿刻度來加以偏移。符號位在正值（包括零在內(nèi)）時均為1；而在負值時均為0

。這種編碼常用于計算機控制系統(tǒng)實現(xiàn)雙極性模擬量轉(zhuǎn)換。3．補碼表示法此法即2的補碼表示，與計算機內(nèi)的補碼相同。其符號位的特征正好與偏移二進制碼相反，而數(shù)值相同。

1111111011011100101110101001100000000001001000110100010101100111由于模擬信號要選擇極性，故要正確建立代碼與模擬信號之間的關(guān)系?！罢鶞省北硎井?dāng)數(shù)字值增加時，模擬信號向正方向增加；而“負基準”表示當(dāng)數(shù)字值增加時，模擬信號向負滿度方向減小。在A/D轉(zhuǎn)換之后或D/A轉(zhuǎn)換之前，可能要進行代碼轉(zhuǎn)換。表2-2列出了常用雙極性代碼之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。2.1.4

多路開關(guān)由于計算機的工作速度很快，而被測參數(shù)的變化比較慢，所以一臺計算機可供十幾~幾十個回路使用。但是，計算機在某一時刻只能接收一個通道的信號，因此必須通過多路開關(guān)進行轉(zhuǎn)換，以便完成由多到一的轉(zhuǎn)換。此外，在模擬量輸出通道，為了控制多個回路，也必須通過多路開關(guān)（亦稱作反多路開關(guān)），完成由一到多的轉(zhuǎn)換。

另一方面，當(dāng)某一通道進行A/D轉(zhuǎn)換時，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定時間，為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，必須在A/D轉(zhuǎn)換時保持該值不變，同時在模擬量輸出通道，為了使輸出通道得到一個平滑的模擬輸出，也必須保持有一個恒定的輸出。能夠完成上述兩項任務(wù)的器件叫采樣/保持器。目前，計算機控制系統(tǒng)使用的多路開關(guān)種類：如CD4051（雙向，8路）、CD7501（單向，8路）、CD4052（單向，差動，4路）以及AD7506（單向，16路）等等。

雙向就是既可以實現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換，也可以完成一到多的轉(zhuǎn)換。

單向則只能完成多到一的轉(zhuǎn)換。

差動即有兩個開關(guān)同時動作，從而完成差動信號的切換。

1．CD4051

模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809等，其內(nèi)部都集成有自帶的多路開關(guān)，可使芯片內(nèi)部功能實現(xiàn)多路信號的分時共享，

12位A/D芯片AD574內(nèi)部無多路開關(guān)，用于多路數(shù)采時，需外配多路開關(guān)。

2．AD7506

AD7506是具有16個通道的單向多路開關(guān)，由三部分組成，即電平轉(zhuǎn)換、譯碼器/驅(qū)動器及開關(guān)電路組成。其中，A3～A0為地址輸入端，改變輸入到A3～A0的狀態(tài)（0000～1111），可以選擇16種狀態(tài)，每一種狀態(tài)控制一個開關(guān)。當(dāng)其中任何一個開關(guān)閉合后（其它開關(guān)均打開）就可以把該輸入端的模擬信號經(jīng)此開關(guān)與公共端OUT接通。AD7506（單向，16路）

使用中，AD7506的允許輸入端EN為高電平。由表2-1-4中可以看出，當(dāng)A3～A0為0000時，選中1#通道，當(dāng)A3～A0為1111時，則選擇16#通道。

3．多路開關(guān)的擴展當(dāng)采樣的通道比較多，現(xiàn)有的多路開關(guān)不夠用時，可以把兩個或兩個以上的多路開關(guān)并聯(lián)起來，組成8×2或16×2的多路開關(guān)，在圖中，數(shù)據(jù)總線D3～D0作為通道選擇信號，D3～D0從0000～1111之間變化，可以選擇16個通道，D4用來控制兩個多路開關(guān)的允許輸入端EN。當(dāng)D4=0時，經(jīng)反向器變成高電平使上面的多路開關(guān)AD7506被選中，可選擇模擬輸入1～16個中的一個通道。當(dāng)D4=1時，選中下面的AD7506，選擇模擬輸入17～32個中的一個通道被選中。2.1.5

采樣/保持器

采樣/保持器的作用是，在采樣時其輸出能夠跟隨輸入變化，而在保持狀態(tài)時，能使其輸出值不變。其輸入輸出特性如圖2-7所示。采樣/保持器的用途是：保持模擬量信號不變，以便完成A/D轉(zhuǎn)換；同時采樣幾個模擬信號，以便進行數(shù)據(jù)處理和測量；減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出“毛刺”；把一個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個輸出點，以保證輸出電壓的穩(wěn)定性。1．采樣/保持器的工作原理最簡單的采樣/保持器是由開關(guān)和電容組成的。在這個電路中，當(dāng)K閉合時，Vx經(jīng)限流電阻向電容充電，使輸出Vout跟隨輸入Vx變化，即采樣狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)K斷開，則由于電容具有一定的容量，仍能使Vout保持不變，此即保持狀態(tài)。電容容量的大小，將決定采樣/保持器的精度。2．常用采樣/保持器

集成采樣/保持器的特點是：（1）采樣速度快，精度高。（2）下降速度慢

LF198/LF298/LF398是由場效應(yīng)管構(gòu)成的采樣/保持電路，它具有采樣速度高，保持電壓下降速度慢以及精度高等特點。該采樣保持電路的技術(shù)指標如下：工作電壓：±5～±18V；采樣時間≤10us；可與TTL、PMOS和CMOS兼容；當(dāng)保持電容Ch=0.01uF時，典型的保持步長為0.5mV低輸入漂移；增益精度為0.002%；在保持狀態(tài)下輸入特性不變；在保持狀態(tài)下輸出干擾低；在采樣或保持狀態(tài)時高電源抑制；寬帶。

LF198/LF298/LF398其內(nèi)部由三部分組成：(a)輸入電路(A1)；(b)輸出電路(A2)；(c)邏輯控制電路(A3及開關(guān)K)。當(dāng)控制邏輯IN(+)為高電平時，通過電路A3控制開關(guān)K閉合，使輸入電壓經(jīng)過A1放大器進入A2放大并輸出，同時向保持電容（接6端）充電。當(dāng)控制邏輯IN(+)為低電平時，開關(guān)K打開，保持電容上的電壓維持輸出，以達到非采樣時間內(nèi)保持器仍保持原來輸出的目的。IN(-)

一般接地。LF198/LF298/LF398最典型的應(yīng)用如圖2-10所示。在圖示電路中，只要控制邏輯控制端IN(+)便可控制采樣/保持器的工作狀態(tài)。當(dāng)IN(+)=1時為采樣狀態(tài)，此時輸出跟隨輸入變化；當(dāng)IN(+)=0時，呈保持狀態(tài)，此時輸出保持不變。在圖2-11中，兩個采樣/保持器是串聯(lián)的，第一個采樣/保持電路中的電容比較小（0.002F),所以采樣速度快，因而能夠很快跟蹤模擬信號。第二個采樣/保持電路的電路電容比較大（1F)，所以下降速率慢。把這兩個電路結(jié)合起來，就構(gòu)成一個采樣速度快而下降速率慢的高精度采樣/保持電路。串聯(lián)型采樣/保持電路總的采樣時間等于兩個采樣/保持電路的采樣時間之和。圖中時鐘電路LM3805定時產(chǎn)生兩個邏輯控制信號，以便控制兩個采樣/保持器的工作狀態(tài)。2.2.1

模擬輸入信號的調(diào)理

模擬量輸入通道的任務(wù)是，要把通過傳感器從控制對象檢測得到的模擬信號，變換成標準電信號，然后經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換為二進制數(shù)字信號，經(jīng)接口送入計算機，進行數(shù)據(jù)的分析、處理，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制輸出。模擬量輸入通道一般由傳感器、信號處理、多路轉(zhuǎn)換器、放大器、采樣-保持器和A/D轉(zhuǎn)換器組成。根據(jù)需要，信號處理可選擇的內(nèi)容包括小信號放大、信號濾波、信號衰減、阻抗匹配、電平變換、非線性補償、電流/電壓轉(zhuǎn)換等。如果要把傳感器產(chǎn)生的信號從毫伏電平按比例地放大到典型的A/D轉(zhuǎn)換器輸入電平（如滿度為5V或10V)，就要選用一個具有適當(dāng)閉環(huán)增益的運算放大器。如果多個信號源來的信號幅值相差懸殊，則可以設(shè)計一個可編程序放大器，由計算機控制它的閉環(huán)增益。當(dāng)模擬信號傳輸很長的距離時，信號源和A/D轉(zhuǎn)換器之間的地電位差（即共模干擾）會給系統(tǒng)帶來麻煩，為此，需采用儀表放大器或隔離放大器。儀表放大器（單片AD521，AD522，AM542等）的特點是：共模抑制能力強，輸入阻抗高，漂移低，增益可調(diào)。

烘箱溫度的檢測采用半導(dǎo)體溫度傳感器AD590，其線性度好，恒流輸出1A/K。通?？梢哉J為在絕對零度0K，即-273℃時，AD590的輸出為0A，環(huán)境溫度每上升1攝氏度，或者說1K，其輸出增加1A。則在0攝氏度時，AD590的輸出為273A；在100攝氏度時，AD590的輸出為373A.信號放大正反向過壓保護溫度傳感器典型應(yīng)用電路圖中的LM358為一種典型的8腳封裝的集成運算放大器，內(nèi)含兩個運算放大器，所以經(jīng)常被稱作雙運放。根據(jù)運算放大器的基本原理可知，AD590輸出的電流信號在經(jīng)過第一級運放電路中10K的電阻R1后，放大到-2.73～-3.73V。調(diào)節(jié)電位器W1，使其抽頭的電位為+2.73V。兩個電位疊加在第二級的運放的反向輸入端，則電位將在0～-1V間變化。而第二級運放電路中電阻R6阻值分別為電阻R3和R4阻值的5倍，即其輸出電位將在0~5V間變化。這樣，溫度信號通過傳感器、運放調(diào)理電路被轉(zhuǎn)換為標準的0～5V信號，即可以進入下一步的A/D轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)。為了濾除輸入A/D芯片的干擾信號，在線路中并聯(lián)了一個電容C1。當(dāng)產(chǎn)生空間干擾，例如“毛刺”時，由于電容兩端的電壓不能突變，可以起到抑制干擾的作用。但電容如果選取的過大，則會使系統(tǒng)的響應(yīng)變慢，影響到控制的實時性。穩(wěn)壓管DW1和DW2分別起到了正反向過壓保護的作用，當(dāng)電壓高于5V或低于0V時，穩(wěn)壓管擊穿，將電位限制在安全范圍以內(nèi)，避免后面的A/D電路受到影響或者破壞。

5.ADC0809與計算機的連接ADC0809的時鐘頻率要求為500HZ，地址為220H,8255口地址為200H~203H。

1.詢問方式：將EOC連到并行接口8255的PA0，CPU查詢EOC由高變低否，若已變低，再查詢PA0由低變高否，若變高，說明ADC0809已轉(zhuǎn)換完畢，即可用輸入指令，讀入轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)。2.延時方式：由于A/D轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換時間是已知的，如A/D0809的標準轉(zhuǎn)換時間是100s，因此，當(dāng)啟動A/D后，延時120s（大于標準轉(zhuǎn)換時間）后，取A/D轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)即可。3.中斷方式：將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC連到PC機擴展槽的IRQ2端，以便在ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束后，向CPU發(fā)中斷請求，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)子程序中，執(zhí)行IN指令，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)讀入AL中。

ADC0809工作方式:當(dāng)?shù)刂窞?20H時，且AEN=0時，譯碼器輸出低電平，因此，CPU在執(zhí)行OUT指令時，ADC0809的START和ALE端出現(xiàn)正脈沖，由于ALE端的正脈沖使作用到ADDA～ADDC端的數(shù)據(jù)鎖存，以決定選定哪個模擬量（加到IN0～IN7端）進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，START端的正脈沖，將啟動ADC0809開始轉(zhuǎn)換，設(shè)8255口地址為200H～203H。相應(yīng)程序如下：START：MOV AL，90H ；設(shè)8255A口為輸入方式

MOV

DX，203H

OUT

DX，AL

MOV

AL，00H

MOV

DX，220H

OUT

DX，AL

；選中IN0模擬通道，啟動ADC0809開始啟動

MOV

DX，200H

；200H為8255A端口A的地址，讀入EOC狀態(tài)

L：IN

AL，DX

AND

AL，01H

JNZ

L

；判斷EOC為0否，若為1則繼續(xù)讀入EOC

M：IN

AL，DX

；EOC為0，則去判斷EOC為1否？

AND

AL，01H

JZ

M

；EOC仍為0，繼續(xù)讀入EOCMOVDX，220H

IN

AL，DX；EOC為1，說明ADC0809已轉(zhuǎn)換好，讀入數(shù)據(jù)

RET以下為C語言程序：#defineMY8255_MODE,0X203#defineMY8255,0X200#defineAD0809_0,0X220voidAD0809(){ int nEoc;

outport(MY8255_MODE,0x90); outport(AD0809_0,0x00); do{ nEoc=inport(MY8255_A); nEoc&=0x1; }while(nEoc); do{ nEoc=inport(MY8255_A); nEoc&=0x1; }while(!nEoc); nEoc=inport(AD0809_0);}

2）通過延時：由于A/D轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換時間是已知的，如A/D0809的標準轉(zhuǎn)換時間是100s，因此，當(dāng)啟動A/D后，延時120s（大于標準轉(zhuǎn)換時間）后，取A/D轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)即可。對應(yīng)的程序最簡單。START：MOV

AL，00H

MOV DX，220H

OUT DX，AL

；選中IN0模擬量，并啟動ADC0809

CALL

DELAY

；調(diào)120s延時子程序

IN AL，DX

RET以下為C語言程序：#defineMY8255_MODE,0X203#defineAD0809_0,0X220voidAD0809(){ int nEoc;outport(MY8255_MODE,0x90); delay(120); nEoc=inport(AD0809_0);}

3）中斷方式：將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC連到PC機擴展槽的IRQ2端，以便在ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束后，向CPU發(fā)中斷請求，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)子程序中，執(zhí)行IN指令，將轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)讀入AL中。主程序：START：PUSH

DS

；保存DS

MOV

DX，SEGAD

；設(shè)置IRQ2中斷的段地址

MOV

DS，DX

MOV

DX，OFFSETAD；設(shè)置IRQ2中斷的偏移地址

MOV

AH，25H

MOV

AL，0AH

INT 21H ；實現(xiàn)IRQ2中斷向量的設(shè)置

POP DS ；恢復(fù)DS寄存器的內(nèi)容

IN AL，21HPUSH AX ；保存中斷屏蔽寄存器的內(nèi)容

AND AL，11111011B ；允許IRQ2中斷

OUT 21H，ALMOV AL，00HMOV DX，220HOUT DX，AL；選中IN0模擬量，并啟動

ADC0809HLT中斷服務(wù)子程序ADPROC NEARPUSH AXMOV DX，220HIN

AL，DX

；讀入A/D轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，保存到SI寄存器中

MOV SI，AXMOV AL，20HOUT 20H，AL

；發(fā)中斷結(jié)束命令

POP AXIRETADENDP

3)AD574與CPU的接口及設(shè)計

12位A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計與8位A/D轉(zhuǎn)換器的區(qū)別在于讀數(shù)字量時，要分兩次讀出，第一次讀高8位，第二次讀低4位。因此，存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存單元及邏輯控制信號也不同。這是設(shè)計12位A/D轉(zhuǎn)換器時應(yīng)特別注意的問題。12位A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口與8位A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的接口一樣，也可以采用三種方法，即查詢方式，延時方式和中斷方式。5.AD574與計算機接口電路為了便于了解程序，現(xiàn)將AD574控制信號的作用列于表2-6。STS為AD547A的狀態(tài)輸出信號。啟動后，STS為高電平表示正在轉(zhuǎn)換；25us后轉(zhuǎn)換結(jié)束，STS為低電平。CPU可用查詢或中斷方式了解轉(zhuǎn)換過程是否結(jié)束。312H310H圖2-24為AD574與計算機的接口電路。AD574的高八位數(shù)據(jù)線連到數(shù)據(jù)總線的D0～D7，而AD574的低四位連到數(shù)據(jù)總線的D4～D7。取狀態(tài)標志STS的地址為310H。使CS=0的地址為312H和313H（因為地址A0沒有接到譯碼電路，故A0=0或A0=1，皆可為0）下面列出用查詢方式采集64個數(shù)據(jù)的程序。

START：MOVCX，40H；采集次數(shù)64送CX

MOVSI，400H；存放數(shù)據(jù)的首地址（偏移地址）送SIL1：MOVDX，312H；312H使CS=0，A0=0，OUT指令使IOW=0，

R/C=0，

OUTDX，AL ；CE=1，故啟動AD574轉(zhuǎn)換

MOVDX，310HL2：INAL，DX；取STS狀態(tài)，判轉(zhuǎn)換完否

ANDAL，80HJNZL2 ；沒轉(zhuǎn)換完，等待

MOVDX，312H；轉(zhuǎn)換完，讀入高八位，因為地址信號312H使CS=0，

INAL，DX；A0=0，IN指令使IOR=0從而使CE=1；IOW=1，使R/C=1MOV[SI]，AL；高八位數(shù)據(jù)存入偏移地址為400H內(nèi)存單元

INCSI

MOVDX，313H

；讀入低四位，因為313H，使CS=0，A0=1INAL，DXMOV[SI]，AL；低四位數(shù)據(jù)存入偏移地址為401H的內(nèi)存單元

INCSI

；修改地址

DECCXJNZL1

；繼續(xù)采集

HLT ；采集結(jié)束，暫停以下為C語言程序：voidAD574(){ intnSTS; longintlData; for(i=0;i<65;i++) { outport(AD574_CS,0); do{ nSTS=inport(AD574_STS); nSTS&=0x80; }while(nSTS); lData=inport(AD574_H8)*256+inport(AD574_L4); exit(0);}2.2模擬量輸出通道模擬量輸出通道的任務(wù)--把計算機處理后的數(shù)字量信號轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號，去驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達到控制的目的;模擬量輸出通道(稱為D/A通道或AO通道)構(gòu)成--一般是由接口電路、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器(簡稱D/A或DAC)和電壓/電流變換器等;模擬量輸出通道基本構(gòu)成--多D/A結(jié)構(gòu)和共享D/A結(jié)構(gòu)PC總線接口電路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a)多D/A結(jié)構(gòu)特點：1、一路輸出通道使用一個D/A轉(zhuǎn)換器2、

D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器3、

D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號轉(zhuǎn)換模擬信號、信號保持作用4、結(jié)構(gòu)簡單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨立5、缺點是所需D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多1、多個通道設(shè)置獨立D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式接口電路通道1通道nD/AV/IV/I多路開關(guān)采樣保持器采樣保持器（b）共享D/A結(jié)構(gòu)PC總線特點:1、多路輸出通道共用一個D/A轉(zhuǎn)換器

2、每一路通道都配有一個采樣保持放大器

3、

D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用

4、采樣保持器實現(xiàn)模擬信號保持功能

5、節(jié)省D/A轉(zhuǎn)換器，但電路復(fù)雜，精度差，可靠低、占用主機時間2、多個通道共享D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式3、電流輸出方式

在長距離傳輸信號時容易引入干擾，而電流信號的傳輸具有很強的抗干擾能力。通常智能儀表都以電流方式傳輸信號，特別是在過程控制系統(tǒng)中，自動化儀表只接收電流信號，所以在微機控制輸出通道中常以電流信號來傳送信息，這就需要將電壓信號再轉(zhuǎn)換成電流信號，完成電流輸出方式的電路稱為V/I變換電路。電流輸出方式一般有兩種形式：

1．普通運放V/I變換電路

2．集成轉(zhuǎn)換器V/I變換電路（1）DAC0832D/A芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

DAC0832D/A芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-27所示，引腳圖如圖2-28所示。4、D/A轉(zhuǎn)換器簡介(2)DAC0832與計算機的連接

0832工作在單緩沖方式，地址為200H，實現(xiàn)一次D/A轉(zhuǎn)換的程序如下：START：MOVBX，DATE；DATE為要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)偏移地址

MOVAL，[BX]；要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送AL MOVDX，200HOUTDX，AL；由0832實現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換，輸出

RET單極性輸出(0~5V)0832工作在雙極性方式下，其輸出電壓經(jīng)外部運放調(diào)理后為：Vout2=VREF*（D-128）/128例：VREF=5V，D＝00-FF，則Vout2

對應(yīng)為-5V~+5V。雙極性輸出(-5~5V)（1）DAC1210引腳功能3、12位D/A轉(zhuǎn)換器（2）12位D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的接口圖2-32給出了DAC1210與計算機標準總線的連接圖。

程序：設(shè)BX寄存器低12位為待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。START：MOVDX，0450H；DAC1210的基地址

MOVCL，4 SHLBX，CL；BX中的12位數(shù)左移4位

MOVAL，BH；高8位數(shù)AL OUTDX，AL；寫入高8位數(shù)

INCDX；修改DAC1210端口地址

MOVAL，BL；低4位數(shù)AL OUTDX，AL；寫入低4位

INCDX；修改DAC1210的端口地址

OUTDX，AL；啟動D/A轉(zhuǎn)換

HLT2.3

數(shù)字量輸入輸出通道2.3.1數(shù)字量的輸入輸出接口1、數(shù)字量的輸入接口

對于CPU輸入來說，一定要保證輸入緩沖，而且一定是以三態(tài)方式掛接數(shù)據(jù)總線。設(shè)計數(shù)字量的輸入接口，對于簡單應(yīng)用的情況，只需要選擇常用的三態(tài)緩沖器／總線驅(qū)動器就行。對于較為復(fù)雜的應(yīng)用，可選用可編程并行接口芯片來實現(xiàn)。很多情況下，采用簡單的緩沖器就可以解決問題。常見的三態(tài)緩沖器／總線驅(qū)動器(TTL74系列)有：74240(八反相三態(tài)緩沖器／線驅(qū)動器)74241(八同相三態(tài)緩沖器／線驅(qū)動器)74243(四同相三態(tài)緩沖器／線驅(qū)動器)74244(八同相三態(tài)緩沖器／線驅(qū)動器)2．?dāng)?shù)字量的輸出接口對于CPU來說，其輸出一定要鎖存。對于較為復(fù)雜的輸出應(yīng)用，采用可編程并行接口，對于較為簡單的應(yīng)用，采用鎖存器即可。常用的鎖存器有74LS373，74LS273，74LS573等。

注意：使用鎖存器時，一定要分清其鎖存信號的類型，一般鎖存信號的類型分為電平和邊沿，電平又分為低電平和高電平，邊沿又分為上升沿和下降沿。

數(shù)字量輸入輸出接口的說明：

①當(dāng)外設(shè)的數(shù)據(jù)格式是串行數(shù)字形式時，其輸入輸出接口設(shè)計應(yīng)選擇串／并及并／串轉(zhuǎn)換器件，查閱相關(guān)器件手冊獲取器件的設(shè)計信息設(shè)計相應(yīng)的接口；當(dāng)計算機與外設(shè)的邏輯電平不匹配時，如TTL與CMOS電氣不兼容時，需要有電平轉(zhuǎn)換電路。②并行端口的設(shè)計需要非常注意端口與CPU邏輯地址空間的映射關(guān)系，其實現(xiàn)的手段是地址譯碼。

2.3.2

開關(guān)量的輸入輸出電路凡在電路中起到通、斷作用的各種按鈕、觸點、開關(guān)，其端子引出均統(tǒng)稱為開關(guān)信號。實際的應(yīng)用系統(tǒng)，其開關(guān)量的電氣參數(shù)是多種多樣的，開關(guān)量的一個特點是其電壓或電流信號都比計算機的數(shù)字信號要大得多，如大電流的開關(guān)量的輸出控制一般采用繼電器或晶閘管，開關(guān)量的輸出僅是控制繼電器與晶閘管，其接口電路的實質(zhì)是對開關(guān)信號進行調(diào)理。如電平轉(zhuǎn)換，RC濾波，過電壓保護，反電壓保護，光電隔離等。（1）電平轉(zhuǎn)換是用電阻分壓法把現(xiàn)場的電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號。（2）RC濾波是用RC濾波器濾出高頻干擾。（3）過電壓保護是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。（4）反電壓保護是串聯(lián)一個二極管防止反極性電壓輸入。（5）光電隔離用光耦隔離器實現(xiàn)計算機與外部的完全電隔離。1.開關(guān)量的輸入接口電路

（1）分壓：開關(guān)量的電壓信號一般比較大，因此可以采用分壓的方式對開關(guān)量的電壓信號進行衰減。圖2.11中的電阻R1和R2構(gòu)成分壓網(wǎng)絡(luò)，可根據(jù)開關(guān)電壓決定其阻值比例。另外為了增加抗干擾能力，非門可以采用輸入端帶施密特觸發(fā)器的非門。這種接口電路比較簡單，但是當(dāng)開關(guān)信號系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)在電氣上互連時，如果開關(guān)信號系統(tǒng)的電氣噪聲大，那么這些噪聲將串入計算機系統(tǒng)，從而可能導(dǎo)致系統(tǒng)不穩(wěn)定。

(2)光電耦合這種方式使開關(guān)信號系統(tǒng)與計算機系統(tǒng)在電氣上相互隔離，其信號的傳遞是通過光信號進行耦合。電阻R2的作用是限流，使得產(chǎn)生的開關(guān)電流在紅外發(fā)光二極管的額定電流范圍內(nèi)。電阻Rl的作用是上拉，產(chǎn)生數(shù)字信號的高電平。

利用光電隔離器實現(xiàn)輸出端的通道隔離時，還需注意：被隔離的通道兩側(cè)必須單獨使用各自的電源。即用于驅(qū)動發(fā)光管的電源與驅(qū)動光敏管的電源不應(yīng)是共地的電流，對于隔離后輸出通道必須單獨供電，否則如果使用一個電源外部干擾信號可能串到系統(tǒng)中來。

光隔的輸入驅(qū)動可直接用門電路去驅(qū)動，由于一般的門電路驅(qū)動能力有限，常用集電極開路的門電路如7406、7407等去驅(qū)動光隔。如圖2-54b，當(dāng)輸出TTL電平為低電平時7406輸出高電平，發(fā)光二極管截止，光電隔離器處于截止狀態(tài)，VO輸出高電平；而當(dāng)控制電平為高電平時，7406輸出低電平，發(fā)光二極管導(dǎo)通，光電隔離器處于導(dǎo)通狀態(tài)，VO輸出低電平。

有時為了供電方便，或者使用的是可控硅型光隔其輸出端有380V或220V交流電壓，需將光電隔離器安裝于與測控系統(tǒng)有一定距離的控制柜中，此時對光隔的驅(qū)動可接成20mA電流環(huán)的形式，以增強驅(qū)動端抗干擾的能力，如圖2-55。其它常用開關(guān)輸入電路（1）繼電器輸出接口技術(shù)

繼電器主要由電磁線圈、彈簧、常開觸點和常閉觸點等幾部分組成，其基本原理如圖2-56所示。通常電磁鐵線圈通電，產(chǎn)生電磁力，將常開觸點吸合，同時斷開常閉觸點；當(dāng)線圈斷電，在彈簧彈力作用下，常開觸點復(fù)位斷開，同時常閉觸點回復(fù)閉合。2.開關(guān)量的輸出接口電路

繼電器方式的開關(guān)量輸出是目前最常用的一種輸出方式，一般在驅(qū)動大型設(shè)備時，往往利用繼電器作為測控系統(tǒng)輸出到驅(qū)動級之間的第一級執(zhí)行機構(gòu)，通過第一級繼電器輸出，可完成從低壓直流到高壓交流的過渡。

線圈電源和功率：指繼電器線圈電源是直流的還是交流的，以及線圈消耗的額定功率。

額定工作電壓或額定工作電流：指繼電器正常工作時線圈需要的電壓或電流值。

線圈電阻：它指線圈的電阻值。利用該值和額定工作電壓，就可知其額定工作電流。

吸合電壓或電流：它指繼電器能產(chǎn)生吸合作用的最小電壓或電流，其值一般為額定電壓或電流值的75%左右。

釋放電壓或電流：繼電器兩端電壓減小到一定值時，繼電器就從吸合狀態(tài)轉(zhuǎn)換到釋放狀態(tài)。

接點負荷：指接點的負載能力。主要電氣參數(shù)在選用繼電器時，一般應(yīng)考慮下列因素：

繼電器額定工作電壓的選擇；

接點負荷的選擇；接點的數(shù)量和種類；

有關(guān)繼電器的體積、封裝形式、工作環(huán)境、絕緣能力以及吸合和釋放時間等因素，在繼電器選擇時應(yīng)一并考慮。在各種參數(shù)均符合要求的情況下，選用性能比較高的產(chǎn)品。當(dāng)驅(qū)動設(shè)備的工作電流比較大，一般超過20A時，則需要選用比繼電器容量更大的接觸器，其工作原理和繼電器類似，同樣由電磁線圈、彈簧、常開觸點和常閉觸點等組成。

BEC系列模數(shù)化交流接觸器（以下簡稱接觸器）主要用于交流50Hz，額定絕緣電壓為400V，控制單相、三相以及三相四線線路中，廣泛應(yīng)用于民用住宅、商業(yè)建筑物內(nèi)。接觸器(2)繼電器輸出接口電路在控制較高電源電壓或電流時，需要使用繼電器或電磁開關(guān)，因為TTL器件的負載能力不可能直接驅(qū)動繼電器。為了防止繼電器或電磁開關(guān)繞組反電動勢對驅(qū)動電路的沖擊，還需要采取專門的保護措施。圖(a)是帶光電隔離的繼電器輸出。

圖(b)是晶體管驅(qū)動的中功率繼電器輸出電路，TEXAS公司生產(chǎn)的雙驅(qū)動器SN75475正是這樣的集成驅(qū)動器。它可以在電壓為100V時提供300mA的驅(qū)動電流，可用TTL器件驅(qū)動。在該器件內(nèi)部本身就有防止繞組(電感負載)瞬態(tài)反電動勢沖擊的鉗位二極管。繼電器集成驅(qū)動電路典型機床電器控制系統(tǒng)----電機啟?？刂拼笕萘拷涣髟O(shè)備的開關(guān)控制（2）可控硅（晶閘管）輸出接口技術(shù)

可控硅是一種大功率半導(dǎo)體器件，可分為單向可控硅和雙向可控硅。在微機測控系統(tǒng)中可作為大功率驅(qū)動器件，具有用較小功率控制較大功率、開關(guān)無觸點等特點。在交直流電機調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。KP系列普通晶閘管(可控硅)雙向可控硅可控硅

雙向可控硅具有雙向?qū)芰?，在工業(yè)控制領(lǐng)域有著極為廣泛的應(yīng)用，下面介紹這種器件的接口方法。

圖2-60為一可控硅溫度控制器電路，從S端輸入變換后的電壓信號，利用比較器的輸出端翻轉(zhuǎn)來控制雙向可控硅的導(dǎo)通，從而達到溫度控制的目的。s雙向可控硅的應(yīng)用

光耦合雙向可控硅驅(qū)動器（3）固態(tài)繼電器輸出接口1、固態(tài)繼電器（SSR）是一種新型電子繼電器。其輸入控制電流小，用TTL、HTL、CMOS等集成電路或加簡單的輔助電路就可直接驅(qū)動。其輸出利用晶體管或可控硅驅(qū)動，無觸點。與普通的電磁式繼電器和磁力開關(guān)相比，具有無機械噪聲、無抖動和回跳、開關(guān)速度快、體積小、重量輕、壽命長、工作可靠等特點，并且耐沖擊、抗潮濕、抗腐蝕。

直流型SSR

直流型SSR可分為三端型和兩端型，其中兩端型是近年來發(fā)展起來的多用途開關(guān)，圖2-63即為這種SSR的電原理圖和外引線圖，這種SSR主要用于直流大功率控制場合。

圖2-64為一典型接線圖，此處所接是感性負載，可直接加負載設(shè)備。交流型SSR

交流型SSR可分為過零型和移相型兩類，這是用雙向可控硅作為開關(guān)器件，用于交流大功率驅(qū)動場合，圖2-65為電原理圖，引線圖類似于圖2-63。

一般在電路設(shè)計時，應(yīng)讓SSR的開關(guān)電流至少為斷態(tài)電流的10倍，負載電流若低于該值，則應(yīng)并聯(lián)電阻R以提高開關(guān)電流，如圖2-66。當(dāng)使用感性負載時，也可采用這種方法，以避免誤動作。

圖2-67為利用交流SSR控制三相負載的情況，此時要注意SSR的驅(qū)動電流已增加，對于三相四線制的接法，也可使用三個SSR對三路相線進行控制。在圖2-68中，利用8255的開關(guān)量輸入輸出功能可以實現(xiàn)具有如下功能的電器控制系統(tǒng)：通過計算機系統(tǒng)內(nèi)部弱電直流數(shù)字信號來控制外部380V交流強電設(shè)備運行和停止。啟動鈕SB1按下后，由8255的PA0口讀入信號。通過PB0口輸出1，經(jīng)過光電隔離后，由繼電器J和接觸器KM兩級放大帶動電動機正轉(zhuǎn)，工作臺正向移動。工作臺移動到設(shè)定位置后，壓下行程開關(guān)XKl，PB0口輸出0，電機暫停。延時5秒后，通過PBl口輸出1，電機反轉(zhuǎn)，帶動工作臺反向移動。工作臺到達另一個設(shè)定位置后，壓下行程開關(guān)XK2后，PBl口輸出0，電機停車，完成了一個運行周期。此外，為了避免接觸器因干擾或者誤操作而同時吸合而導(dǎo)致主電路短路，接觸器KMl和KM2之間還通過互接常閉觸點構(gòu)成互鎖電路。（4）綜合舉例1000100

START:MOVAL,90HMOVDX,203HOUTDX,AL;設(shè)置8255方式控制字，A口入，B口出

MOVDX,200HLOOP1:INAL,DX;判斷是否有鍵按下ANDAL,01HJNZLOOP1MOVAL,01HMOVDX,201HOUTDX,AL;控制電機正轉(zhuǎn)

MOVDX,200HLOOP2:INAL,DX;判XK1是否被壓下ANDAL,02HJNZLOOP2MOVAL,00HMOVDX,201HOUTDX,AL;控制電機暫停

CALLDELAYMOVAL,02H;控制電