计算机控制系统——chapter2输入输出接口与过程通道

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1、计算机控制技术ComputerControlledSystem中南大学信息科学与工程学院袁艳Sunday,July18,2021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2.2A/D转换器及其接口技术2.3模拟量输入通道2.4D/A转换器及其接口技术2.5模拟量输出通道2.6硬件抗干扰技术概　述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，

2、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。输入通道又称为检测通道。一般，反映生产过程状态的各种参数(如压力、流量、温度、速度、位置等)都是随时间变化的模拟量，它们通过检测元件和变送器转换成相应的模拟电流或电压信号后，必须通过模拟量输入通道转换成相应的数字信号后才能送入计算机。而生产过程中的一些开关量、电平信号、脉冲量，以及一些数字传感器等产生的数字信号等，则可直接通过数字量输入通道送入计算机。输出通道又称为控制通道。由于计算机输出的控制信号是数字量，而很多生产过程

3、的执行机构却要求提供模拟电压或电流，这就必须采用模拟量输出通道，将数字量转换成模拟电压或电流。如果执行机构只要求提供数字量(如开关量、脉冲量或其他形式的数字量)，则应采用数字量输出通道。输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。1、过程通道的组成框图如图2.1所示。2、通道与接口通道：信号变换电路；接口：主机与外设的连接电路（信号传输控制电路）。3、显示、报警、时钟的作用显示：指示运行状态；报警：报告故障状态；时钟：提供系统时钟。返回图2.1计算机控制系统的过程通道模拟量输出通道数字量输出通道2.1数字量

4、输入输出通道返回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。开关量（数字量）的种类按类型分有电平式和触点式两种电平式为高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。按电源分有有源和无源两种有源即直接提供高、低电平;无源即提供物理触点，或感应器件。常见的数字信号有：编码数字（二进制或十进制）：如成组拔码开关

5、设置控制给定值或控制参数，用绝对编码的编码器检测位置等。开关量：如按钮或转换开关的启/停、阀门的开/闭，指示灯亮/灭等。数字脉冲列信号：如光电脉冲编码器检测速度、晶闸管的脉冲触发器等。特点：幅值离散，可用一位或多位二进制码表示。2、数字量输入接口缓冲器－防止外设数据干扰数据总线。三态门缓冲器74LS244，用来取得设备的输入状态信息，可同时输入8个开关状态。原理：经过端口地址译码得到片选信号CS，当在执行IN指令周期时，产生IOR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。

6、数字量输入接口实现：可用如下指令完成8个开关量的状态采集：MOVDX,portINAL,DX其中port为片选端口的地址，在初始化程序中分配。三态门缓冲器74LS244用来隔离输入和输出线路，起缓冲作用。3、数字量输出接口—锁存器用74LS273作为8位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。保持到下次给出新的状态输出信号。原理：经过端口地址译码，得到片选信号CS，当执行OUT指令周期时，产生IOW信号。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IOW下降沿稍晚，因此可利用IOW的后沿产

7、生的上升沿锁存数据。返回经过端口地址译码，得到片选信号CS，当在执行OUT指令周期时，产生IOW信号。实现：可用下列指令完成8位开关量的输出控制。MOVAL,DATAMOVDX,portOUTDX,AL2.1.2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。2、输入调理电路作用：将信号经转换、安全保护、消除抖动、滤波、隔离处理后转换成计算机能接收的逻辑信号。(1)信号转换处理逻辑上表现为“1”或“0”，信号形式为电压、电流信号或开关的通断，幅值范围不符合

8、数字电路的要求（标准TTL电平0~5V），需经转换处理。74LS244(2)安全保护措施对可能出现的输入过电压（稳压管）、瞬间尖峰（稳压管、压敏电阻）或极性接反（二极管）的情况，采取安全保护措施。(3)消除机械抖动影响操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在通/断时会产生机械抖动，体现在计算机输入上是输入信号在0、1间多次振荡，可能导致错误控