第二章輸入輸出接口與過(guò)程通道

第二章輸入輸出接口與過(guò)程通道第一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.1總線擴(kuò)展技術(shù)2.1.1I/O端口與地址分配

1.I/O端口及I/O操作（1）數(shù)據(jù)端口（2）狀態(tài)端口（3）命令端口2.I/O端口編址方式（1）統(tǒng)一編址（2）獨(dú)立編址

第二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.1.2I/O端口地址譯碼技術(shù)1.三種譯碼方式（1）線選法（2）全譯碼法（3）部分譯碼第三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.I/O端口地址譯碼電路信號(hào)3.I/O端口地址譯碼方法及電路形式（1）固定地址譯碼第四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.I/O端口地址譯碼方法及電路形式（2）開(kāi)關(guān)選擇譯碼第五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.1.3基于ISA總線端口擴(kuò)展1.板選譯碼與板內(nèi)譯碼2.總線驅(qū)動(dòng)及邏輯控制3.端口及其讀寫(xiě)控制第六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2數(shù)字量輸入輸出接口與過(guò)程通道2.2.1數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)1、數(shù)字量輸入接口設(shè)片選端口地址為port可用下列指令完成取數(shù)：MOVDX，portINAL，DX三態(tài)門(mén)緩沖器74LS244用來(lái)隔離輸入和輸出線路，在兩者之間起緩沖作用。74LS244有8個(gè)通道可輸入8個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)圖2.4數(shù)字量輸入接口概念:接口、過(guò)程通道、過(guò)程通道的組成第七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.1數(shù)字量輸入輸出通道2、數(shù)字量輸出接口片選端口地址為port完成數(shù)據(jù)輸出控制的指令為：MOVAL，DATAMOVDX，portOUTDX，AL74LS273有8個(gè)通道可輸出8個(gè)開(kāi)關(guān)狀態(tài)并可驅(qū)動(dòng)8個(gè)輸出裝置

圖2.5數(shù)字量輸出接口第八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2數(shù)字量輸入輸出通道2.2.2數(shù)字量輸入通道1、數(shù)字量輸入通道的結(jié)構(gòu)主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入地址譯碼器等組成，如圖2.3：

圖2.6數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)2、輸入調(diào)理電路（1）小功率輸入調(diào)理電路

圖示為從開(kāi)關(guān)、繼電器等接點(diǎn)輸入信號(hào)的電路。將開(kāi)關(guān)動(dòng)作轉(zhuǎn)換成TTL電平信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連。圖（a）采用積分電路消除開(kāi)關(guān)抖動(dòng)的方法圖（b）為R-S觸發(fā)器消除開(kāi)關(guān)兩次反跳的方法圖2.7小功率輸入調(diào)理電路第九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2數(shù)字量輸入輸出通道（2）大功率輸入調(diào)理電路在高壓和低壓間用光電耦合器進(jìn)行隔離圖2.8大功率輸入調(diào)理電路2.2.3數(shù)字量輸出通道1、數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu)主要由輸出鎖存器、輸出驅(qū)動(dòng)電路、輸出口地址譯碼器電路等組成

圖2.9數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)第十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2數(shù)字量輸入輸出通道2、輸出驅(qū)動(dòng)電路（1）小功率直流驅(qū)動(dòng)電路a、功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路因負(fù)載呈電感性，所以輸出必須加裝克服反電勢(shì)的保護(hù)二極管D，J為繼電器的線圈圖2.10功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼器b、達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路MC1416是達(dá)林頓陣列驅(qū)動(dòng)器內(nèi)含7個(gè)達(dá)林頓復(fù)合管，每個(gè)管的電流都在500mA以上，截止時(shí)承受100V電壓。為了防止組件反向擊穿，可使用內(nèi)部保護(hù)二極管

圖2.11MC1416驅(qū)動(dòng)7個(gè)繼電器第十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.2數(shù)字量輸入輸出通道（2）大功率交流驅(qū)動(dòng)電路固態(tài)繼電器（SSR）是一種四端有源器件如圖，輸入輸出之間采用光電耦合器進(jìn)行隔離。零交叉電路可使交流電壓變化到零伏附近時(shí)讓電路接通，從而減少干擾。電路接通后，由觸發(fā)器給出晶閘管器件的觸發(fā)信號(hào)圖2.9固態(tài)繼電器及用法第十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.4數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入/輸出通道模板舉例圖2-19PCL-730板卡組成框圖第十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.4數(shù)字（開(kāi)關(guān)）量輸入/輸出通道模板舉例程序設(shè)計(jì)舉例(基地址設(shè)為220H)：PCL-730板卡的開(kāi)關(guān)量輸入/輸出都只需要二條指令就可以完成。C語(yǔ)言程序如下：outportb(0x220，Ox55)outportb(Ox221，0x55)inportb(Ox220)inportb(Ox221)匯編語(yǔ)言程序如下：MOVDX，220HMOVAL，55HOUTDX，ALMOVDX，221HOUTDX，ALMOVDX，220HINAL，DXMOVAH，ALMOVDX，221HINAL，DX第十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入通道2.3.1模擬量輸入通道的組成

圖2.14模擬量輸入通道的組成結(jié)構(gòu)由圖可知，模擬量輸入通道一般由I/V變換，多路轉(zhuǎn)換器，采樣保持器，A/D轉(zhuǎn)換器，接口及控制邏輯等組成第十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.2信號(hào)調(diào)理和I/V變換1.信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路主要通過(guò)非電量的轉(zhuǎn)換、信號(hào)的變換、放大、濾波、線性化、共模抑制及隔離等方法，將非電量和非標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)。信號(hào)調(diào)理電路是傳感器和A/D之間以及D/A和執(zhí)行機(jī)構(gòu)之間的橋梁，也是測(cè)控系統(tǒng)中重要的組成部分。（1）非電信號(hào)的檢測(cè)-不平衡電橋（2）信號(hào)放大電路1)基于ILC7650的前置放大電路第十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.2信號(hào)調(diào)理和I/V變換1.信號(hào)調(diào)理電路2）AD526可編程儀用放大器AD526是可通過(guò)軟件對(duì)增益進(jìn)行編程的單端輸入的儀用放大器，器件本身所提供的增益是xl、x2、x4、x8、x16等五擋。它是一個(gè)完整的包括放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)和TTL數(shù)字邏輯電路的器件，使用時(shí)不需外加任何元件就可工作。

第十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入接口與過(guò)程通道2.I/V變換變送器輸出的信號(hào)為0~10mA或4~20mA的統(tǒng)一信號(hào),需要經(jīng)過(guò)I/V變換變成電壓信號(hào)后才能處理1、無(wú)源I/V變換無(wú)源I/V變換主要是利用無(wú)源期間電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅等保護(hù)措施，如圖2.18所示圖2.19無(wú)源I/V變換電路2、有源I/V變換有源I/V變換主要是利用有源器件運(yùn)算放大器，電阻組成如圖2.19所示

圖2.20有源I/V變換電路第十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入接口與過(guò)程通道2.3.3多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器又稱多路開(kāi)關(guān),多路開(kāi)關(guān)是用來(lái)切換模擬電壓信號(hào)的鍵元件。利用多路開(kāi)關(guān)可將各個(gè)輸入信號(hào)依次地或隨機(jī)地連接到公用放大器或A/D轉(zhuǎn)換器上。常用的多路開(kāi)關(guān)有CD4051。它是單端的8通道開(kāi)關(guān)，有三根二進(jìn)制的控制輸入端和一根禁止輸入端INH(高電平禁止)。片上有二進(jìn)制譯碼器，可由A、B、C三個(gè)二進(jìn)制信號(hào)在8個(gè)通道種選擇一個(gè)，使輸入和輸出接通。而當(dāng)INH為高電平時(shí)，不論A、B、C為何值，8個(gè)通道均不通。第十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入通道2.3.4采樣、量化及采樣保持器1、信號(hào)的采樣按一定的時(shí)間間隔T，把時(shí)間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)變成在時(shí)刻0，T，2T，…kT的一連串脈沖輸出信號(hào)的過(guò)程稱為采樣過(guò)程.采樣信號(hào)是一個(gè)離散的模擬信號(hào).采樣周期:T采樣寬度:

香農(nóng)采樣定理:f≥2fmax實(shí)際應(yīng)用:f≥(5～10)fmax第二十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2、量化

所謂量化，就是采用一組數(shù)碼（如二進(jìn)制碼）來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。將采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過(guò)程稱為量化過(guò)程，執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置是A/D轉(zhuǎn)換器。字長(zhǎng)為n的A/D轉(zhuǎn)換器把Ymin～Ymax范圍內(nèi)變化的采樣信號(hào)，變換為數(shù)字0～2n-1，其最低有效位（LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬量q稱為量化單位。2.3模擬量輸入通道例:12位A/D轉(zhuǎn)換器,V=10.24V第二十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四量化誤差:q2.3模擬量輸入通道第二十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入通道3、采樣保持器(1)孔徑時(shí)間和孔徑誤差的消除在模擬量通道中，A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量總需要一定的時(shí)間，完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱之為孔徑時(shí)間。對(duì)于模擬信號(hào)來(lái)說(shuō)，孔徑時(shí)間決定了每一個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差，即為孔徑誤差。第二十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入通道（2）采樣保持原理A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程（即采樣信號(hào)的量化過(guò)程）需要時(shí)間，這個(gè)時(shí)間稱為A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間。在采樣期間，如果輸入信號(hào)變化較大，就會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。所以在一般情況下采樣信號(hào)都不直接送到A/D轉(zhuǎn)換器，還需加保持器作信號(hào)保持。采樣保持器的基本組成:由輸入輸出緩沖器A1，A2和采樣開(kāi)關(guān)K，保持電容CH等組成。第二十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3模擬量輸入通道（3）常用的采樣保持器常用的集成采樣保持器有LF398、AD582等，其原理結(jié)構(gòu)如圖2.24（a）（b）所示。采用TTL邏輯電平控制2采樣和保持。LF398的采樣控制電平為“1”，保持電平為“0”，AD582相反。OFFSET用于零位調(diào)整。保持電容CH通常外接的，取值與采樣頻率和精度有關(guān)。減少CH可提高采樣頻率但降低精度。選擇采樣保持器的主要因素有獲取時(shí)間、電壓下降率等。第二十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)1.轉(zhuǎn)換時(shí)間2.分辨率3.線性誤差4.量程5.對(duì)基準(zhǔn)電源的要求常用的A/D轉(zhuǎn)換方式:逐次逼近式、雙斜積分式第二十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換器1、8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809ADC0809是一種帶有8通道模擬開(kāi)關(guān)的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us左右，線性誤差為±1/2LSB。邏輯結(jié)構(gòu)圖如下：

第二十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四圖2.10ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)框圖第二十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四可見(jiàn)ADC0809由：8通道模擬開(kāi)關(guān)、通道選擇邏輯（地址鎖存與譯碼）、8位A/D轉(zhuǎn)換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)第二十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四（1）8通道模擬開(kāi)關(guān)及通道選擇邏輯該部分的功能是實(shí)現(xiàn)8選1的操作，通道選擇信號(hào)C、B、A與所選通道之間的關(guān)系如下：（2）8位A/D轉(zhuǎn)換器8位A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)選送到輸入端的信號(hào)V1進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的結(jié)果D存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器

2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)第三十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四（3）三態(tài)輸出鎖存緩沖器該部分用于存放轉(zhuǎn)換結(jié)果D，輸出允許信號(hào)OE為高電平時(shí)，D由DO7~DO0上輸出；OE為低電平輸入時(shí)，數(shù)據(jù)輸出線DO7~DO0為高阻態(tài)。圖2.11ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序圖2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)第三十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)二、A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)1、ADC0809與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口8255A的A組和B組都工作于方式0，端口A為輸入口，端口C上半部分為輸入下半部分為輸出口.ADC0809的ALE與START引腳相連接，將PC0~PC2輸出的3位地址鎖存入ADC0809的地址鎖存器并啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。ADC0809的EOC輸出信號(hào)端同OE輸入控制端相連接，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，開(kāi)放數(shù)據(jù)緩沖器EOC信號(hào)還連接到PC7，CPU通過(guò)查詢PC7的狀態(tài)而控制數(shù)據(jù)的輸入過(guò)程圖2.15ADC0809與PC機(jī)接口第三十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四假設(shè)8255A已經(jīng)初始化，地址為2C0H~2C3H。ADC0809PROCNEAR MOV CX,8 CLD MOV BL,00H;模擬通道地址存BL LEA DI,DATABUFNEXTA: MOV DX,02C2H MOV AL,BL OUT DX,AL INC DX MOV AL,00000111B;輸出啟動(dòng)信號(hào) OUT DX,AL NOPMOV AL,00000110B OUT DX,AL DEC DXNOSC: IN AL,DX TEST AL,80H JNZ NOSC;EOC=1,則等待NOEOC:IN AL,DX TEST AL,80H JZ NOEOC;EOC=0,則等待 MOV DX,02C0H;A口地址 IN AL,DX STOS DATABUF INC BL;修改模擬通道地址 LOOP NEXTA;CX-1,CX=0？ RET ADC0809 ENDP

第三十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四作業(yè)2：P681,2,3,4第三十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2、12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574AAD574A是一種高性能的12位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器，原理圖如下：

圖2.12AD574A的原理結(jié)構(gòu)第三十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)（1）12位A/D轉(zhuǎn)換器12位A/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入可以是單極性的也可以是雙極性的。模擬輸入信號(hào)的編程如下第三十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四圖2.13是AD574A的單、雙極性應(yīng)用時(shí)的線路連接方法，以及零點(diǎn)和滿度調(diào)整方法

（a）單極性（b）雙極性圖2.13AD574A的輸入信號(hào)連接方法2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)第三十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）三態(tài)輸出鎖存緩沖器該緩沖器用于存放12位轉(zhuǎn)換結(jié)果D。D的輸出方式有兩種，引腳12/8=1時(shí)，D的D11~D0并行輸出，12/8=0時(shí)D的高8位D11~D4與低4位D3~D0分時(shí)輸出

（3）控制邏輯控制邏輯的任務(wù)包含：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換、控制轉(zhuǎn)換過(guò)程和控制轉(zhuǎn)換結(jié)果D的輸出。控制信號(hào)的作用如下表2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)第三十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)啟動(dòng)與讀操作時(shí)序如圖2.14：STS為AD574A的狀態(tài)輸出信號(hào)。啟動(dòng)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可用查詢方式或中斷方式了解轉(zhuǎn)換過(guò)程是否結(jié)束。圖2.14AD574A的工作時(shí)序第三十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)2、AD574與PC總線工業(yè)控制接口AD574A的12/8控制引腳和Vlogic相連接,A0接地,使工作于12位轉(zhuǎn)換和讀出方式.8255A的A組和B組都工作于方式0,端口A,B和端口C上半部分規(guī)定為輸入,端口C的下半部分規(guī)定為輸出

圖2.16AD574A與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口第四十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.5A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)AD574A數(shù)據(jù)的程序段（假設(shè)已完成對(duì)8255A的初始化編程，8255A地址為2C0H~2C3H）

MOV DX,02C2H MOV AL,00H OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,04H;使CE=1,啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,03H OUT DX,AL

POLLING:IN AL,DX TEST AL,80H JNZ POLLING;STS=1,則等待 MOV AL,01H OUT DX,AL NOP MOV AL,05H OUT DX,AL MOV DX,02C0H IN AL,DX AND AL,0FH MOV BH,AL INC DX IN AL,DX;讀DB7~DB0 MOV BL,AL INC DX MOV AL,03H ;使CE=0OUTDX,AL;結(jié)束讀出操作第四十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.AD574A/1674與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口第四十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.3.6模擬量輸入通道模板舉例圖2-30PCL-813B數(shù)據(jù)采集卡組成框圖第四十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.6模擬量輸入通道模板舉例PCL-813B的寄存器地址程序設(shè)計(jì)舉例PCL-813BA/D轉(zhuǎn)換基于查詢方式，由軟件觸發(fā)。A/D轉(zhuǎn)換器被觸發(fā)后，利用程序檢查A/D狀態(tài)寄存器的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備位（DRDY）。如果檢測(cè)到該位為“1”，則A/D轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換完成后；該位變?yōu)榈碗娖剑藭r(shí)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)可由程序讀出。第四十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四作業(yè)3：P685,6,7,8第四十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4模擬量輸出接口與過(guò)程通道2.4.1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)型式1、一個(gè)通路設(shè)置一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式這種結(jié)構(gòu)下，微處理器和通路之間通過(guò)獨(dú)立的接口緩沖器傳送信息。優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠缺點(diǎn)：使用較多的D/A轉(zhuǎn)換器。

第四十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.多個(gè)通道共用一個(gè)數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的形式由于共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器，所以必須在微型機(jī)控制下分時(shí)工作。第四十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.2D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)一、D/A轉(zhuǎn)換器1、8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832它主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、采用R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)的8位D/A轉(zhuǎn)換器、相應(yīng)的選通控制邏輯四部分組成。第四十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)二、D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)1、8位D/A轉(zhuǎn)換器與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口該電路由8位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832、運(yùn)算放大器、地址譯碼電路組成。若DAC0832的口地址為300H，則8位二進(jìn)制數(shù)7EH轉(zhuǎn)換為模擬電壓的接口程序?yàn)椋篗OVDX，300HMOVAL，7FHOUTDX，ALHLT第四十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.2D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)2、12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210圖2.28是DAC1210的內(nèi)部原理框圖，其原理和控制信號(hào)功能基本上同DAC0832，兩點(diǎn)不同：一是它是12位的，有12條數(shù)據(jù)輸入線。二是可以用字節(jié)控制信號(hào)BYTE1/BYTE2控制數(shù)據(jù)的輸入第五十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)2、12位D/A轉(zhuǎn)換器與PC總線工業(yè)控制機(jī)接口該電路采用12位D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC1210、輸出放大器、地址譯碼器等電路組成。端口地址譯碼器譯出Y0、Y1、Y2三個(gè)口地址，設(shè)為300H、301H、302H，這三個(gè)口地址用來(lái)控制DAC1210工作方式和進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換第五十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)

用前面的口地址300H、301H、302H，將12位二進(jìn)制數(shù)83F0H轉(zhuǎn)換為模擬電壓的接口程序?yàn)椋?/p>

MOV DX,300H MOV AL,83H ;送高8位數(shù)據(jù) OUT DX,AL MOV DX,301H MOV AL,0F0H ;送低4位數(shù)據(jù) OUT DX,AL MOV DX,302H OUT DX,AL ;12數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換

HLT第五十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四作業(yè)4：P6810,11第五十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.3單極性與雙極性電壓輸出電路在實(shí)際應(yīng)用中，通常采用D/A轉(zhuǎn)換器外加運(yùn)算放大器的方法，把D/A轉(zhuǎn)換器的電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。下圖給出D/A轉(zhuǎn)換器的單極性與雙極性輸出電路如果參考電壓為+5v,則Vout1為:0～-5v,Vout2為:±5v.第五十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.4V/I變換1、集成V/I轉(zhuǎn)換器ZF2B20ZF2B20是通過(guò)V/I變換的方式產(chǎn)生一個(gè)與輸入電壓成比例的輸出電流輸入電壓范圍:0～10v輸出電流范圍:4～20mA利用ZF2B20實(shí)現(xiàn)V/I轉(zhuǎn)換極為方便，圖2.35（a）所示電路是一種帶初值校準(zhǔn)的0~10V到4~20mA轉(zhuǎn)換電路；圖2.35（b）是一種帶滿刻度校準(zhǔn)的0~10V到0~20mA轉(zhuǎn)換電路第五十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.4V/I變換2、集成V/I轉(zhuǎn)換器AD694AD694是一種4~20mA轉(zhuǎn)換器。AD694的主要特點(diǎn)是：●輸出范圍4~20mA，0~20mA●輸入范圍0~2V或0~20V●電源范圍+4.5~36V●可與電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器直接配合使用，實(shí)現(xiàn)程控電流輸出●具有開(kāi)路或超限報(bào)警功能圖2.38為AD694的引腳圖。對(duì)于不同的電源電壓、輸入輸出范圍，其引腳接線也各不相同。圖2.38為AD694的引腳圖第五十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.集成V/I轉(zhuǎn)換器AD694AD694的基本應(yīng)用DAC1210與AD694的接口第五十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.4.5模擬量輸出通道模板舉例圖2-41PCL-726板卡組成框圖第五十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.D/A轉(zhuǎn)換程序流程D/A轉(zhuǎn)換程序流程如下（以通道1為例）：（1）選擇通道地址n=1（n=1～6）。（2）確定D/A高4位數(shù)據(jù)地址（基地址+00）。（3）置D/A高4位數(shù)據(jù)(D3～DO有效)。（4）確定D/A低8位數(shù)據(jù)地址（基地址+01）。（5）置D/A低8位數(shù)據(jù)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。3.程序設(shè)計(jì)舉例PCL-726的D/A輸出、數(shù)字量輸入等操作均不需要狀態(tài)查詢，分辨率為12位，000H～0FFFH分別對(duì)應(yīng)輸出0%～100%，若輸出50%，則對(duì)應(yīng)的輸出數(shù)字量為7FFH，設(shè)基地址為220H，D/A通道l輸出50%的程序如下：C語(yǔ)言參考程序段如下：outportb(0x220,0x07)//D/A通道l輸出50%outportb(0x221,0xff)匯編語(yǔ)言參考程序如下：（基地址為220H）： MOVAL，07H；D/A通道l輸出50%MOVDX，0220HOUTDX，AL MOVDX，0221HMOVAL，0FFH第五十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5硬件抗干擾技術(shù)2.5.1過(guò)程通道抗干擾技術(shù)2.5.2CPU抗干擾技術(shù)2.5.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù)第六十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。

克服干擾的措施：硬件措施，軟件措施，軟硬結(jié)合的措施干擾的來(lái)源：外部干擾和內(nèi)部干擾。

外部干擾主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件。

內(nèi)部干擾主要是分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元器件產(chǎn)生的噪聲。分布電容：除電容器外，由于電路的分布特點(diǎn)而具有的電容叫分布電容．。分布電感：distributedinductance。第六十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5.1過(guò)程通道抗干擾技術(shù)1.串模干擾及其抑制方法(1)串模干擾(2)串模干擾的抑制方法2.共模干擾及其抑制方法(1)共模干擾(2)共模干擾的抑制方法①變壓器隔離②光電隔離③浮地屏蔽④采用儀表放大器提高共模抑制比第六十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四（2）串模干擾的抑制方法①如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用輸入低通濾波器來(lái)抑制高頻率串模干擾；如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則采用高通濾波器來(lái)抑制低頻串模干擾；如果串模干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器。一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。第六十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四②當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響。因?yàn)榇祟愞D(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的積分值進(jìn)行測(cè)量，而不是測(cè)量信號(hào)的瞬時(shí)值。若干擾信號(hào)是周期性的而積分時(shí)間又為信號(hào)周期或信號(hào)周期的整數(shù)倍，則積分后干擾值為零，對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生誤差。③對(duì)于串模干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高回路中的信號(hào)噪聲比的目的；或者盡可能早地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。④從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制串模干擾。⑤采用雙絞線作信號(hào)引線的目的是減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。第六十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四

2．共模干擾及其抑制方法

所謂共模干擾是指模/數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。被測(cè)信號(hào)Us的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的電位差Ucm

共模干擾示意圖第六十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端，對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，如左圖所示。所以必須采用雙端輸入不對(duì)地方式，如右圖所示。ZS、ZS1、ZS2為信號(hào)源US的內(nèi)阻抗，ZC、ZC1、ZC2為輸入電路的輸入阻抗。共模干擾電壓Ucm對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入端A和B的共模電壓和兩個(gè)輸入端之間的共模電壓分別為：第六十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四為了衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，常用共模抑制比CMRR(CommonModeRejectionRatio)來(lái)表示，即

Ucm是共模干擾電壓，Un是Ucm轉(zhuǎn)化成的串模干擾電壓。顯然，對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，由于Un=Ucm，所以CMRR=0，說(shuō)明無(wú)共模抑制能力。對(duì)于雙端不對(duì)地輸入方式來(lái)說(shuō)，由Ucm引入的串模干擾Un越小，CMRR就越大，所以抗共模干擾能力越強(qiáng)。第六十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)共模干擾的抑制方法①變壓器隔離利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)，以使共模干擾電壓Ｕcm不成回路，從而抑制了共模干擾。另外，隔離前和隔離后應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。

第六十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四②光電隔離光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成的，發(fā)光二極管兩端為信號(hào)輸入端，光敏三極管的集電極和發(fā)射極分別作為光電耦合器的輸出端，它們之間的信號(hào)是靠發(fā)光二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光，傳給光敏三極管來(lái)完成的。

第六十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四③浮地屏蔽

采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來(lái)抑制共模干擾，如圖所示。這是利用屏蔽方法使輸入信號(hào)的“模擬地”浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。第七十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四④采用儀表放大器提高共模抑制比儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門(mén)用來(lái)分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。儀表放大器將兩個(gè)信號(hào)的差值放大。抑制共模分量是使用儀表放大器的唯一原因。AD620（低功耗，低成本，集成儀表放大器），還有AD623等等.第七十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四3.長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法(1)長(zhǎng)線傳輸干擾①長(zhǎng)線的“長(zhǎng)”是相對(duì)的；②信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問(wèn)題：一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾，二是具有信號(hào)延時(shí)，三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。（阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。）第七十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法

采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中的波反射或者把它抑制到最低限度。

雙絞線與同軸電纜雙絞線的波阻抗一般在100至200Ω之間，絞花越密，波阻抗越低。①終端匹配：②始端匹配：第七十三頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5.2CPU抗干擾技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPU抗干擾措施：①Watchdog(俗稱看門(mén)狗)②電源監(jiān)控(掉電檢測(cè)及保護(hù))③復(fù)位MAX1232微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔助功能以及電源供電監(jiān)控功能。MAX1232通過(guò)監(jiān)控微處理器系統(tǒng)電源供電及監(jiān)控軟件的執(zhí)行，來(lái)增強(qiáng)電路的可靠性，它提供一個(gè)反彈的(無(wú)鎖的)手動(dòng)復(fù)位輸入。另外常用的集成電路還有X5045、IMP813等。第七十四頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四1．MAX1232的結(jié)構(gòu)原理MAX1232引腳圖MAX1232內(nèi)部原理圖第七十五頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2．MAX1232的主要功能(1)電源監(jiān)控(2)按鈕復(fù)位輸入(3)監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)第七十六頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四(1)電源監(jiān)控電壓檢測(cè)器監(jiān)控Vcc。每當(dāng)Vcc低于所選擇的容限時(shí)(5%容限時(shí)的電壓典型時(shí)為4．62V，10%容限時(shí)的電壓典型時(shí)為4．37V)就輸出并保持復(fù)位信號(hào)。選擇5%的容許極限時(shí)，TOL端接地；選擇10%的容許極限時(shí)，TOL端接Vcc。當(dāng)Vcc恢復(fù)到容許極限內(nèi)，復(fù)位輸出信號(hào)至少保持250ms的寬度，才允許電源供電并使微處理器穩(wěn)定工作。第七十七頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)按鈕復(fù)位輸入MAX1232的PBRST端靠手動(dòng)強(qiáng)制復(fù)位輸出，該端保持tPBD是按鈕復(fù)位延遲時(shí)間，當(dāng)PBRST升高到大于一定的電壓值后，復(fù)位輸出保持至少250ms的寬度。

一個(gè)機(jī)械按鈕或一個(gè)有效的邏輯信號(hào)都能驅(qū)動(dòng)PBRST，無(wú)鎖按鈕輸入至少忽略了1ms的輸入抖動(dòng)，并且被保證能識(shí)別出20ms或更大的脈沖寬度。該P(yáng)BRST在芯片內(nèi)部被上拉到大約100μA的Vcc上，因而不需要附加的上拉電阻。第七十八頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四(3)監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog)用于因干擾引起的系統(tǒng)“飛程序”等出錯(cuò)的檢測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)。微處理器用一根I/O線來(lái)驅(qū)動(dòng)輸入ST，微處理器必須在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)ST端(其時(shí)間取決于TD)，以便來(lái)檢測(cè)正常的軟件執(zhí)行。如果一個(gè)硬件或軟件的失誤導(dǎo)致沒(méi)被觸發(fā)，在一個(gè)最小超時(shí)間間隔內(nèi)，ST的觸發(fā)只能被脈沖的下降沿作用，這時(shí)MAX1232的復(fù)位輸出至少保持250ms的寬度。第七十九頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四監(jiān)控電路MAX1232的典型應(yīng)用第八十頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2.5.3系統(tǒng)供電與接地技術(shù)

1．供電技術(shù)2．接地技術(shù)第八十一頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四(2)電源異常的保護(hù)措施計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電不允許中斷，一旦中斷將會(huì)影響生產(chǎn)。為此，可采用不間斷電源UPS。UPS自身逆變器的輸入直流總線和外接電池組均與用戶原有的48V通信電源無(wú)任何直接的電氣連接，所以不會(huì)對(duì)程控機(jī)產(chǎn)生任何傳導(dǎo)干擾。輸入電壓偏高或偏低時(shí)，即轉(zhuǎn)為電池放電。通過(guò)改進(jìn)控制器的工作，可以減輕電池組放電的頻率，減少電池?fù)p壞。第八十二頁(yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四2．接地技術(shù)(1)地線系統(tǒng)分析什么是地線？

地線有安全地和信號(hào)地兩種。前者是為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線，后者是為了保證電路正確工作所設(shè)置的地線，造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地。在進(jìn)行電磁兼容問(wèn)題分析時(shí)，對(duì)地線使用下面的定義：“地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑?！钡诎耸?yè)，共九十二頁(yè)，編輯于2023年，星期四在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一般有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。

模擬地作為傳感器、變送器、放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。

數(shù)字地作為計(jì)算機(jī)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。

安全地的目的是使設(shè)備機(jī)殼與