第三章輸出通道接口技術

第三章輸出通道接口技術第一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四輸出通道接口技術具有模擬信號輸出和開關信號輸出兩種形式模擬信號輸出通道：計算機接口D/A轉換器驅動電路執(zhí)行機構開關信號輸出通道：驅動電路執(zhí)行機構第二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四輸出通道接口技術3.1模擬信號輸出通道接口3.1.1D/A轉換器3.1.2PWM技術3.2LED顯示器及其接口技術3.2.1動態(tài)LED顯示器接口技術3.2.2靜態(tài)LED顯示器接口技術3.3LCD顯示器接口技術3.3.1LCD顯示器的顯示原理3.3.2LCD器件的驅動方式3.3.3點陣式LCD顯示器的接口第三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四輸出通道接口技術3.4開關量輸出接口技術3.4.1輸出接口光電隔離技術3.4.2繼電器輸出接口3.4.3大功率輸出接口3.5電動機控制接口技術3.5.1小功率直流電動機調速原理及控制接口3.5.2步進電機工作原理及控制接口

第四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口3.1.1D/A轉換器輸出有電流型、電壓型等電壓輸出型又有單極性、雙極性兩種位數有8、10、12、16等幾種輸入有串行、并行兩種一片內有一路、2路、4路D/A轉換器第五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口1．8位D/A轉換器DAC0832圖3-1DAC0832引腳與原理框圖第六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口2．DAC0832輸出接口與控制程序圖3-2DAC0832單極性輸出時的接口原理圖第七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口輸入數字量與輸出模擬量之間的對應關系如表所示。第八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口3.1.2PWM技術PWM（PulseWidthModulation）也就是脈沖寬度調制，在頻率不變的情況下，通過改變輸出脈沖的寬度（就是脈沖的占空比）從而使輸出信號的平均值（即直流成分）發(fā)生改變，達到控制外部對象的目的。圖3-3中，設置8253的定時/計數器0為工作方式3，產生周期信號輸出；定時/計數器1為工作方式1，產生單拍信號輸出；計數器0的輸出連到計數器1的GATE1;圖3-4所示為OUT0、OUT1輸出的波形。第九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口圖3-38253作為PWM輸出原理圖圖3-48253輸出波形圖T0=N0*TCLK

T1=N1*TCLK

第十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.1模擬信號輸出通道接口T0為定時/計數器0的時鐘計數周期，T1為定時/計數器1的時鐘計數時間，OUT1輸出信號占空比D的計算方法如下：設時鐘頻率2MHz，如要產生周期1kHz，占空比70%的方波，T0，T1，

N0，

N1=?第十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術LED（發(fā)光二極管）顯示器件是計算機控制系統(tǒng)中的廉價輸出設備，它由多個發(fā)光二極管組成，能顯示許多種字符。第十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術圖3-5所示為7段LED顯示器件的結構及外形圖。圖3-57段LED顯示器件的結構及外形圖第十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術顯示字符控制顯示代碼（十六進制數）顯示字符控制顯示代碼（十六進制數）共陰極共陽極共陰極共陽極03FC0A7788106F9b7C8325BA4C39C634FB0d5EA146699E798656D92F718E67D82H7689707F8P738C87F80—40BF96F90不顯示00FF表3-2顯示字符與7段控制顯示代碼的對應關系第十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術3.2.1動態(tài)LED顯示器接口技術微處理器定時地對顯示器件所顯示的內容進行掃描。圖3-66位動態(tài)顯示電路第十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術到底哪一位數碼管顯示，取決于位選碼。只有位選信號從PB端口輸出，經驅動器后變?yōu)榈碗娖綍r，對應的位才會發(fā)光顯示。顯示什么字符由PA端口輸出的顯示代碼決定.顯示子程序的流程圖如圖3-7所示。圖3-7動態(tài)掃描顯示子程序流程圖第十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術3.2.2靜態(tài)LED顯示器接口技術靜態(tài)顯示是當顯示器件顯示某個字符時，相應的顯示段（發(fā)光二極管）恒定地導通或截止，直到顯示另一個字符為止。占用機時少，而且顯示穩(wěn)定可靠。其缺點是使用元器件相對較多，且線路比較復雜，相對而言成本較高。圖3-8所示為6位靜態(tài)顯示電路原理圖。第十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.2LED顯示器及其接口技術圖3-86位靜態(tài)顯示電路原理圖第十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術3.3.1LCD顯示器的顯示原理在許多的LCD顯示裝置上，都有背光光源。LCD顯示器的基本結構如圖3-9所示。圖3-9LCD顯示器基本結構第十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術3.3.2LCD器件的驅動方式 LCD顯示器的驅動方式一般分兩種：靜態(tài)驅動方式和時分隔驅動方式。1．靜態(tài)驅動方式當某字段上兩個電極的電壓相位相同時，兩極間的相對電壓為0，該字段不顯示。當字段上兩個電極的電壓相位相反時，兩個電極的相對電壓為兩倍幅值電壓，字段呈黑色顯示。第二十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術圖3-10一位LCD數碼顯示電路圖及驅動波形圖第二十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術對于LED，只要在其兩端加上恒定的電壓，便可控制其亮、暗狀態(tài)。而LCD必須采用交流驅動方式，以避免液晶材料在直流電壓長時間的作用下產生電解，影響其使用壽命。第二十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術2．時分隔驅動方式當顯示字符較多時，驅動電路將會變得非常復雜。在這種情況下，一般采用時分隔驅動方式。

圖3-11在時分隔驅動方式下的電極引線方式圖第二十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術從圖中的驅動波形可以看出：a，e段上所加的驅動波形是峰值為UO的選擇狀態(tài)，而g段上所加的驅動波形是峰值為1/3UO的非選擇狀態(tài)。圖3-12工作電壓波形圖第二十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.3LCD顯示器接口技術3.3.3點陣式LCD顯示器的接口當數碼位段式顯示器的位段縮變?yōu)橐粋€點，許多的點按一定的規(guī)則均勻地排列在一起時，便構成了點陣式LCD顯示器。圖3-13采用MCS—51系列單片機8051的接口原理圖第二十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術在計算機控制系統(tǒng)中，不僅要將測量結果輸出顯示，還需要輸出控制信息，以控制現場設備的動作。計算機控制系統(tǒng)輸出的開關量大都輸出功率較小，不能直接用來驅動這些外部設備啟動或停止。需要對這一類開關量的輸出采取一些必要的措施。第二十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術3.4.1輸出接口光電隔離技術為了保證輸入端與輸出端在電氣上是隔離的，兩端的電源也必須是獨立的。圖3-14帶光電隔離的輸出接口第二十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術3.4.2繼電器輸出接口1．觸點式繼電器的控制當線圈通電時，使開關觸點閉合（或斷開）；當線圈不通電時，則開關觸點斷開（或閉合）。圖3-15繼電器接口電路第二十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術 實際選用繼電器時應考慮下列因素：①繼電器額定工作電壓（或電流）；②觸點負荷；③觸點的數量或種類（動斷或動通）；④繼電器的體積、封裝形式、工作環(huán)境、觸點吸合或釋放時間等。2．固態(tài)繼電器的輸出接口固態(tài)繼電器（SolidStateRelay，SSR），它是用晶體管或可控硅代替常規(guī)繼電器的觸點開關，再把光電隔離器作為前級構成一個整體。第二十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術固態(tài)繼電器有體積小、重量輕、無機械噪聲、無抖動和回跳、開關速度快、工作可靠等優(yōu)點。圖3-16直流型SSR的電路原理圖第三十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術

步進電機的A、B、C三相，每相由一個直流型SSR控制，可分別由8255的端口PA0～PA2來控制。

圖3-17三相步進電機控制電路原理圖第三十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術3.4.3大功率輸出接口場效應管輸入阻抗高，關斷漏電流小，響應速度快，體積較小，價格便宜。圖3-18大功率場效應管的表示符號第三十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術圖3-19采用大功率場效應管的步進電機控制電路原理圖第三十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.4開關量輸出接口技術可控硅（SiliconControlledRectifier，SCR）也常作為大功率輸出中的開關元件使用，它具有體積小、效率高、壽命長等優(yōu)點。圖3-20兩種形式可控硅的圖形符號第三十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術3.5.1小功率直流電動機調速原理及控制接口

1．小功率直流電動機的調速原理小功率直流電動機的調速可以通過改變電樞電壓Ua來實現。在對直流電動機電樞的控制和驅動中，有線性驅動方式和開關驅動方式兩種。對于勵磁式直流電動機，Ua為電樞兩端的電壓，為勵磁磁通，Ce為電動機綜合參數，其轉速n可以近似地表示為：第三十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術2．脈寬調制PWM調速方法

改變PA0控制端輸出信號的占空比就可以改變電動機的轉速，這就是PWM調速原理。圖3-21利用固態(tài)繼電器對直流電動機進行PWM調速控制原理圖第三十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術改變占空比的方法有以下3種：①定寬調頻法②調頻調寬法③定頻調寬法圖3-22輸入電壓信號與電動機電樞電流、轉速的對應關系第三十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術3．脈寬調速PWM系統(tǒng)的設計當開關S1、S4閉合時，電動機全速正轉；當開關S2、S3閉合時，電動機全速反轉；當S2、S4（或者S1、S3）閉合時，電動機繞組被短路，電動機處于剎車狀態(tài)；如果4個開關全部斷開，電動機將自由滑行。圖3-23可逆PWM調速系統(tǒng)原理圖第三十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術圖3-24雙向電動機控制接口電路圖第三十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術3.5.2步進電機工作原理及控制接口步進電機是純粹的數字控制電動機，它將電脈沖信號轉換成角位移。步進電機具有快速啟停、精確步進及直接接收數字信號控制的特點，因此，它在需要精確定位控制的場合中得到了廣泛的應用。1．步進電機的工作原理第四十頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術圖3-25步進電機的結構原理圖360°/40=9°120°/9°=13.330.33*9°=3°第四十一頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術2．步進電機的控制方法

圖3-26計算機控制步進電機典型原理框圖第四十二頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術下面以三相步進電機為例介紹其工作方式。1）單三拍工作方式為了使步進電機正向旋轉，對于圖3-27來說，就是順時針步進，各相磁極的通電順序如下：每換相一次，轉子轉過一個步距角3°換相3次時磁場旋轉一周，轉子轉過一個齒距角9°第四十三頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術圖3-27錯齒情況第四十四頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術按順時針步進方式工作時，各相磁極齒與轉子之間的差角參見表。A相差角B相差角C相差角A相通電0°3°6°B相通電6°0°3°C相通電3°6°0°單三拍時的各相差角第四十五頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術單三拍工作時各相的脈沖電壓、電流波形第四十六頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術2）雙三拍工作方式每次都是兩相通電，控制電流切換3次，磁場旋轉一周，轉子移動一個齒距位置，則稱為雙三拍工作方式。采用雙三拍工作方式時，各相磁極的通電順序和轉換情況如下：雙三拍工作方式中，要求電源所提供的功率比較大。雙三拍工作方式的特點是不容易失步。第四十七頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術圖3-29雙三拍工作時各相的脈沖電壓、電流波形第四十八頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術3）六拍工作方式六拍工作方式就是把單三拍和雙三拍結合起來的一種工作方式。六拍工作方式比單三拍或雙三拍的步進精度高出一倍。采用六拍工作方式時，各相磁極的通電順序和轉換情況如下：第四十九頁，共五十五頁，編輯于2023年，星期四3.5電動機控制接口技術圖3-30六拍工作方式時各相的脈沖電壓、電流波形第五十頁，共五十五頁，編輯于2023