【正文】 沖序列信號(hào) y*(t)，如圖所示。數(shù)據(jù)總線D3~D0作為通道選擇信號(hào)， D3 用來(lái)控制兩個(gè)多路開關(guān)的禁止端。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 24 結(jié)構(gòu)原理 現(xiàn)以常用的 CD4051為例， 8路模擬開關(guān)的結(jié)構(gòu)原理如圖所示。此類集成電路芯片有AD612/614等。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 15 + 3 A 2 A 1 A 1 R 2 R S R 1 R 2 R S R N I V G R N I V + 負(fù)載 (外接 ) 外接地 T U O V (外接 ) (a) 經(jīng)典的前置放大器 前置放大器 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 16 圖中 RG是外接電阻，專用來(lái)調(diào)整放大器增益的。 5．抗干擾措施 ? 在信號(hào)的拾取與傳送過(guò)程中來(lái)自生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的干擾因素很多，在設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)采用可靠的抗干擾措施，如隔離、濾波等。 范圍，而電流信號(hào)則為 4~20mA、 0~10 mA等范圍，經(jīng)適當(dāng)處理后（如 I/V變換、濾波）后可直接與 A/D電路相連 ?！?計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 1 第三章 輸入輸出接口技術(shù) — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 2 本章主要內(nèi)容 ?模擬量輸入接口 ?模擬量輸出接口 ?數(shù)字量輸入輸出接口 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 3 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)通道概述 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 4 CPU 外部設(shè)備 數(shù)據(jù) 狀態(tài) 控制 通常有三類信息： ?????數(shù)據(jù)信息 ?????數(shù)字量 模擬量 開關(guān)量 狀態(tài)信息 控制信息 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 5 I／ O通道 ???????模擬量輸入通道 模擬量輸出通道 數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸出通道 I／ O通道分為： — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 6 第一節(jié) 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中通道技術(shù) 一、前向通道的內(nèi)容與結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 作用：把生產(chǎn)過(guò)程中的模擬量信息提供給計(jì)算機(jī)。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 10 2。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 12 第二節(jié)前向通道中的信號(hào)調(diào)節(jié)與信號(hào)調(diào)節(jié)器 前置放大器的任務(wù) 是將模擬輸入小信號(hào)放大到 A/D轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)，如 05VDC。因此，放大器的增益 G與這個(gè)外接電阻RG有著密切的關(guān)系。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 20 三、隔離放大器 特點(diǎn)：具有一般通用運(yùn)放的特性，信息傳遞是通過(guò)磁路和光路來(lái)實(shí)現(xiàn) 作用：在輸入電路和輸出電路之間實(shí)現(xiàn)電隔離 常用器件： Model27 ISO122/124 程控增益運(yùn)算放大器 作用：在多通道或多參數(shù)的模擬輸入通道共用一個(gè)測(cè)量放大器、一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)，對(duì)不同通道或參數(shù)改變測(cè)量放大器的增益。 CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼驅(qū)動(dòng)及開關(guān)電路三部分組成。當(dāng) D3=0時(shí)，選中上面的多路開關(guān)，此時(shí)當(dāng) D DD0從 000變?yōu)?111，則依次選通 S0~S7通道；當(dāng) D3=1時(shí)，經(jīng)反相器變成低電平，選中下面的多路開關(guān)，此時(shí)當(dāng) D D D0從000變?yōu)?111，則依次選通 S8~S15通道。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 34 0 t 0 T 2T 3T t采樣器y ( t )*y ( t )*y( t )y ( t ) ?T圖 2 7 信號(hào)的采樣過(guò)程采樣器的常用術(shù)語(yǔ)： 采樣器或采樣開關(guān) 執(zhí)行采樣動(dòng)作的裝置， 采樣時(shí)間或采樣寬度 τ 采樣開關(guān)每次閉合的時(shí)間 采樣周期 T采樣開關(guān)每次通斷的時(shí)間間隔 在實(shí)際系統(tǒng)中， ?《 T ，也就是說(shuō)，可以近似地認(rèn)為采樣信號(hào) y*(t)是 y(t)在采樣開關(guān)閉合時(shí)的瞬時(shí)值 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 38 采樣保持器由輸入輸出緩沖放大器 AA2和采樣開關(guān) S、保持電容 CH等組成。這里，用 TTL邏輯電平控制采樣和保持狀態(tài)，如AD582的采樣電平為 “ 0”，保持電平為 “ 1”，而LF198的則相反。當(dāng)這個(gè)信號(hào)值與輸出模擬量比較相等時(shí)（在允許的誤差范圍內(nèi)），比較器輸出一個(gè)停止計(jì)數(shù)信號(hào)給計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器立即停止計(jì)數(shù)。 – 器件少 、 使用方便 、 抗干擾能力強(qiáng) 、 數(shù)據(jù)穩(wěn)定 、 價(jià)格便宜 ， 適用于非快速計(jì)算機(jī)過(guò)程控制系統(tǒng)或精度要求較高的地方 。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量微小變化的反應(yīng)越靈敏。 相對(duì)誤差 是指絕對(duì)誤差與滿刻度值之比，一般用百分?jǐn)?shù)來(lái)表示，對(duì) A/D轉(zhuǎn)換器常用最低有效值的位數(shù) LSB（ Least Significant Bit)）來(lái)表示， 1LSB = 1／ 2n 。此地址經(jīng)譯碼選通 8路模擬輸入之一到比較器。允許 8路模擬量分時(shí)輸入，共用一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換器。 ? OE：輸出允許信號(hào)，輸入，高電平有效。取決于被轉(zhuǎn)換的模擬電壓范圍，通常 VR+ = ?5V DC， VR = 0V DC。 ? REF OUT：基準(zhǔn)電壓源輸出端，芯片內(nèi)部基準(zhǔn)電壓源為 + V?1％。 12/ 不能用 TTL電平控制，必須直接接至 +5V(引腳 1)或數(shù)字地 (引腳15)。輸入信號(hào)在10 V范圍內(nèi)變化時(shí)，將輸入信號(hào)接至 10 VIN；在20V范圍內(nèi)變化時(shí)，接至 20VIN。 ....P 0 . 7P 0 . 0EAA L EWRRDP 1 . 032393130161718 0 3 17 4 L S3 7 3D 7D 0 Q 0Q 77 4 L S 0 0amp。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 105 假設(shè) D D D D0全為 1，則 BS BS BSBS0全部與 “ 1”端相連。 10mV。LE2FERV1TUOI2TUOIR f bAG NDDG NDCCVD QD QD QD Q 8 位 輸入寄存器 8 位 DAC寄存器 8 位 DAC轉(zhuǎn)換器圖 3 3 DA C 08 3 2 原理框圖及引腳當(dāng) LE = 0 時(shí), 輸出數(shù)據(jù)被鎖存。 （ 3） DAC0832管腳功能 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 120 XFER(Transfer Control Signal):傳送控制信號(hào) ， 輸入線 ， 低電平有效 。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把兩個(gè)寄存器都分別接成受控方式。根據(jù)不同控制系統(tǒng)自動(dòng)化裝置需求的不同，輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出以及自動(dòng) /手動(dòng)切換輸出等多種方式。 IOUT2： DAC電流輸出端 2， 一般作為運(yùn)算放大器另一個(gè)差動(dòng)輸入信號(hào) 。DAC0832主要由 8位輸入寄存器 、 8位 DAC寄存器 、8位 D/A轉(zhuǎn)換器以及輸入控制電路四部分組成 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 113 （ 3）偏移量誤差 偏移量誤差 是指輸入數(shù)字量時(shí) ， 輸出模擬量對(duì)于零的偏移值 。因此，可以得到通式： 00112233OUT IDIDIDIDI ????????RVDDDDI4R E F00112233OUT 2)2222( ?????????— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 107 考慮到放大器反相端為虛地，故： O U TR fb II ??選取 Rfb = R ，可以得到： 4R E F00112233fROUT 2)2222(VDDDDRIVf ???????????? nVB2R E F???? 結(jié)論：由上述推導(dǎo)可見 ， 輸出電壓除了與輸入的二進(jìn)制數(shù)有關(guān) ， 還與運(yùn)算放大器的反饋電阻 Rfb以及基準(zhǔn)電壓 VREF有關(guān) 。 177。 表 模擬輸入信號(hào)的幾種接法 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 85 圖 AD574A的輸入信號(hào)連接方法 1081213149AD 57 4AAD 57 4A1081213149零點(diǎn)調(diào)整12 V+10 0k ΩRE F O U TRE F INBIP O F FBIP O F F量程調(diào)整12 V_ 0 ~ 1 0 V 輸入(a ) (b)Ω00110 0k ΩΩ00120 V ININ10 VIN10 V20 V INΩ001Ω001單極性 雙極性圖 2 14 AD 57 4A 的輸入信號(hào)連接方法量程調(diào)整零點(diǎn)調(diào)整0 ~ 2 0 V 輸入 5 ~ + 5 V 輸入 1 0 ~ + 10 V 輸入AG ND AG ND— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 86 六、 A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接及舉例 ? 1 MCS51和 ADC0809的接口 ? 2 MCS51和 ADC574的接口 返回本章首頁(yè) — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 87 1 MCS51和 ADC0809的接口 ? ADC0809和 8031的接線如圖所示 。在讀數(shù)狀態(tài)，如果 12/ 為低電平， A0為低電平時(shí)，則輸出高 8位數(shù)，而 A0為高電平時(shí)，則輸出低 4位數(shù)；如果 12/ 為高電平，則 A0的狀態(tài)不起作用。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 81 ? ： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平表示正在轉(zhuǎn)換，低電平表示已轉(zhuǎn)換完畢。 ?GND：電源地。 ? D0～ D7： 8位數(shù)字量輸出。上升沿時(shí)鎖存 3位通道選擇信號(hào)。下降沿啟動(dòng) A／ D轉(zhuǎn)換，之后 EOC輸出信號(hào)變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。 3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間 A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間稱為轉(zhuǎn)換時(shí)間 。分辨率為 n，表示它可以對(duì)滿刻度的 1/ 2n的變化量作出反應(yīng)。積分器的輸出電壓，從正向積分結(jié)束時(shí)的 VI開始以恒定的斜率下降，當(dāng)反向積分使其積分器輸出為零時(shí)，關(guān)閉計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，完成一次 A/D轉(zhuǎn)換工作。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 48 ? 優(yōu)點(diǎn)：這種 A／ D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、原理清楚 ? 缺點(diǎn)：它的轉(zhuǎn)換速度與精度之間存在著嚴(yán)重矛盾。 ?D/A轉(zhuǎn)換器 （ Digital to Analog Converter）是一種能把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的電子器件； A/D 轉(zhuǎn) 換 器 （ Analog to Digital Converter） 則相反 ， 它能把模擬量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字量 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 39 INV1A 2A－＋HCO UTVSO UTVINVtt圖 2 8 采樣保持器 路電理原)a( 性波作工)b(采樣 保持圖 采樣保持器 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系