第2章 输入输出接口与过程通道ppt课件.ppt

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1、第2章输入输出接口与过程通道基本概念输入输出接口——简称“接口”输入输出接口技术——研究微处理器和外部设备之间信息交换的技术。接口电路：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间信息传送和变换的连接通道。通常有三类信息：CPU外部设备数据状态控制数据信息数字量模拟量开关量状态信息控制信息过程通道与CPU交换信息的种类内容提要2.1总线扩展技术2.2数字量输入输出接口与过程通道2.3模拟量输入接口与过程通道2.4模拟量输出接口与过程通道2.5硬件抗干扰技术基本要求：掌

2、握输入输出接口及过程通道的设计方法。教学重点：输入输出接口与过程通道的硬件和软件的设计。教学难点：硬件抗干扰技术。本章学习目的:解决微型计算机和外部的连接问题，使计算机和外部构成一个整体，能正确、可靠、高效率的交换信息，这是设计一个微机控制系统必须解决的基本问题。2.2.1数字量输入输出接口技术1.数字量输入接口三态门缓冲器74LS244MOVDX,portINAL,DX2.2数字量输入输出通道与过程通道图2.1数字量输入接口2.数字量输出接口锁存器74LS273MOVAL,DATAMOVDX,portOUTDX,DL图2.2数字量输出接口2.1.2数字

3、量输入通道1.数字量输入通道的结构输入调理电路输入缓冲器地址译码器PC总线生产过程图2.3数字量输入通道结构2.输入调理电路把现场信号经转换、保护、滤波、隔离转换成计算机能够接收的逻辑信号。（1）小功率输入调理电路图2.4小功率输入调理电路（2）大功率输入调理电路用光电耦合器进行隔离图2.5大功率输入调理电路2.1.2数字量输出通道1.数字量输出通道的结构图2.6数字量输出通道结构框图输出驱动器输出锁存器地址译码器生产过程PC总线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②达林顿阵列输出驱动继电器电路继电器输出驱动电路电磁继电

4、器主要由线圈、铁心、衔铁和触点等部件组成，简称为继电器，它分为电压继电器、电流继电器、中间继电器等几种类型。继电器方式的开关量输出是一种最常用的输出方式，通过弱电控制外界交流或直流的高电压、大电流设备。（2）大功率交流驱动电路固态继电器(solidstaterelay)是一种既有放大作用，又有隔离作用，很适合于驱动大功率开关式执行器件。SSR是一种四端有源器件，其中的两端为输入端，另外两端是输出端，内部设有输出保护电路。固态继电器的结构2.3模拟量输入通道模拟量输入通道的任务：把传感器检测并经变送器转换的模拟电信号转换成二进制数字信号，经过接口送至计算机

5、。2.3.1模拟量输入通道的组成图2.17模拟量输入通道的组成结构模拟量输入通道的组成信号调理与I/V变换多路转换器采样保持器采样/保持器A/D转换器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电信号。信号调理电路是传感器和A/D之间以及D/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。（1）非电信号的检测-不平衡电桥放大器的任务是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程范围之内，如0-5VDC;对单纯的微弱信号，可用一个运

6、算放大器进行单端同相放大或单端反相放大。若信号源的一端接放大器的负端为反相放大。当然，这两种电路都是单端放大，所以信号源的另一端是与放大器的另一个输入端共地。（2）信号放大电路1)基于ILC7650的前置放大电路2)AD526可编程仪用放大器AD526是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器，器件本身所提供的增益是xl、x2、x4、x8、x16等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和TTL数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。2.I/V变换将变送器输出的电流信号变换成适于A/D转换器适用的电压信号。无源I/V变换有源I/V变换2

7、.3.3多路转换器多路转换器又称多路开关，是用来切换模拟电压信号的关键元件。理想的多路转换器其开路电阻为无穷大，其接通时的导通电阻为零。常用的多路开关有CD4051(或MC14051)，AD7501，LF13508等。结构原理（CD4051）CD4051的真值表2.3.4采样、量化及常用的采样保持器1.信号的采样采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。f(t)Kf*(t)T香农(Shannon)定理：如果随时间变化的模拟信号的最高频率为ωmax，只要按照采样频率ωS≥2ωmax进行采样，那么取出的样品系列(f1*(t)，f2

8、*(t)，…)就足以代表(或恢复)f(t)。ymax：转换信号的最大值；ymin