【正文】 變換 電平 變換 總線緩沖器 CPU 接口 邏輯 圖 開關(guān)量輸入通道結(jié)構(gòu)框圖 典型的開關(guān)量輸入通道通常由以下幾部分組成： 1．信號變換器：將生產(chǎn)過程的非電量開關(guān)量轉(zhuǎn)換為電壓或電流 的雙值邏輯值。 主 機 接口 電路 D/A D/A . . . 通道 1 通道 n 主 機 接 口 電 路 D/A …… . . 通道 1 通道 n 多 路 開 關(guān) 采樣 保持器 采樣 保持器 （ b）共享 D/A結(jié)構(gòu) 圖 模擬量輸出通道的兩種基本結(jié)構(gòu)形式 （ a）多 D/A結(jié)構(gòu) 開關(guān)量 （ 數(shù)字量 ） 輸入通道的基本結(jié)構(gòu) 開關(guān)量輸入通道又稱為數(shù)字量輸入通道 ， 該通道的任務(wù)是把被控對象的開關(guān)狀態(tài)信號 （ 或數(shù)字信號 ） 送給計算機 、 或把雙值邏輯的開關(guān)量變換為計算機能夠接收的數(shù)字量送給計算機 ，簡稱 DI通道 。 這是一種模擬保持方式 ， 微機對通路 i（ i=1， 2， ...， n） 的控制信號被 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為模擬形式后 ， 由采樣保持器將其記憶下來 ， 并保持到下一次控制信號的到來 。 這是一種數(shù)字保持方式 ， 送給 D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字信號不變 ， 其模擬輸出信號便保持不變 。 圖 模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu) 模擬量輸出通道的基本結(jié)構(gòu) 模擬量輸出通道 （ 簡稱 AO通道 ） 的兩種基本結(jié)構(gòu)形式如圖 所示 。 模擬量輸入通道的一般結(jié)構(gòu) 模擬量輸入通道 （ 簡稱 AI通道 ） 的一般結(jié)構(gòu)如圖 。 開關(guān)量 （ 脈沖量 、 數(shù)字量 ）輸入通道把反映生產(chǎn)過程或設(shè)備工況的開關(guān)信號 （ 如繼電器接點 、行程開關(guān) 、 按扭等 ） 、 脈沖信號 （ 如速度 、 位移 、 流量脈沖等 ）送給微型計算機；微型計算機通過開關(guān)量輸出通道控制那些接受開關(guān) （ 數(shù)字 ） 信號的執(zhí)行機構(gòu)和顯示 、 指示裝置 。 本章內(nèi)容其實質(zhì)是 《 微機原理與應(yīng)用 》 課程中的知識 過程輸入輸出通道由模擬量輸入輸出通道和開關(guān)量 （ 包含脈沖量 ） 輸入輸出通道組成 。第一講思考題問答 1． 計算機控制系統(tǒng)與常規(guī)儀表控制系統(tǒng)的主要異同點是什么 ？ 2． 分析說明計算機控制系統(tǒng)的硬件組成及其作用 。 3． 計算機控制系統(tǒng)的軟件由哪些部分構(gòu)成 ？ 4． 按控制方案來分 ， 計算機控系統(tǒng)劃分成那幾大類 ？ 第二講 過程輸入輸出通道技術(shù) 概論 在計算機控制系統(tǒng)中 ， 為了實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制 ，要將對象的控制參數(shù)及運行狀態(tài)按規(guī)定的方式送入計算機 ， 計算機經(jīng)過計算 、 處理后 ， 將結(jié)果以數(shù)字量的形式輸出 ， 此時需將數(shù)字量變換為適合生產(chǎn)過程控制的量 ，因此在計算機和生產(chǎn)過程之間 ， 必須設(shè)置完成信息的傳遞和變換裝置 ， 這個裝置稱為過程輸入輸出通道 ， 也叫I/O通道 。 模擬量輸入通道把反映生產(chǎn)過程或設(shè)備工況的模擬信號 （ 如溫度 、 壓力 、 流量 、 速度 、 液位等 ） 、 轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號送給微型計算機；模擬量輸出通道則把微型計算機輸出的數(shù)字控制信號轉(zhuǎn)換為模擬信號 （ 電壓或電流 ） 作用于執(zhí)行機構(gòu) ， 實現(xiàn)對生產(chǎn)過程或設(shè)備的控制 。 由此可見 ， 過程輸入輸出通道在微型計算機和工業(yè)生產(chǎn)過程之間起著信號傳遞與變換的紐帶作用 。 過程參數(shù)由傳感元件和變送器測量并轉(zhuǎn)換為電壓 （ 或電流 ） 形式后送至多路開關(guān)；在微機的控制下 ， 由多路開關(guān)將各個過程參數(shù)依次地切換到后級 ， 進行放大 、 采樣和 A/D轉(zhuǎn)換 ， 實現(xiàn)過程參數(shù)的巡回檢測 。 多 D/A結(jié)構(gòu)的模擬量輸出通道中的 D/A轉(zhuǎn)換器除承擔(dān)數(shù)字信號到模擬信號轉(zhuǎn)換的任務(wù)外 ， 還兼有信號保持作用 ， 即把微機在 t=kT 時刻對執(zhí)行機構(gòu)的控制作用維持到下一個輸出時刻t=(k+1)T。 共享 D/A結(jié)構(gòu)的模擬量輸出通道中的 D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換作用 ， 信號保持功能靠采樣保持器完成 。 多 D/A形式輸出速度快 、 工作可靠 、 精度高 ， 是工業(yè)控制領(lǐng)域普遍采用的形式 。 它的結(jié)構(gòu)形式如圖 。 2．整形變換電路：將混有毛刺之類干擾的輸入雙值邏輯信號或 其信號前后沿不符合要求的輸入信號整形為接近理想狀態(tài)的 方波或矩形波，然后再根據(jù)系統(tǒng)要求變換為相應(yīng)形狀的脈沖 信號。 4．總線緩沖器：暫存數(shù)字量信息并實現(xiàn)與 CPU數(shù)據(jù)總線的連接。 開關(guān)量 （ 數(shù)字量 ） 輸出通道的基本結(jié)構(gòu) 開關(guān)量 （ 數(shù)字量 ） 輸出通道的任務(wù)是把計算機輸出的數(shù)字信號 （ 或開關(guān)信號 ） 傳送給開關(guān)型的執(zhí)行機構(gòu) （ 如繼電器或指示燈等 ） ， 控制它們的通 、 斷或亮 、 滅 ， 簡稱 DO通道 。 圖中鎖存輸出的主要作用是鎖存 CPU輸出的數(shù)據(jù)或控制信號 ， 供外部設(shè)備使用；隔離部件的作用是為防止干擾；功放的作用則是為把計算機輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進行控制的驅(qū)動信號 。 輸入輸出之間采用光電耦合器進行隔離 。電路接通以后 ， 由觸發(fā)電路給出晶閘管器件的觸發(fā)信號 。 D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的元件或裝置 ， 它輸出的模擬量 （ 電壓或電流 ） 與參考電壓和二進制數(shù)成比例 。 1． D/A轉(zhuǎn)換器工作原理 D/A轉(zhuǎn)換器主要由四部分組成：基準電壓 VREF， R2R T型電阻網(wǎng)絡(luò) ， 電子開關(guān) Ki（ i=0， 1， ...， n1） 和運算放大器 A。 圖 R2R電阻網(wǎng)絡(luò) D/A轉(zhuǎn)換器 2． D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標 ⑴ 分辨率 分辨率是指當輸入數(shù)字量發(fā)生單位數(shù)碼變化即最低有效位 LSB產(chǎn)生一次變化時 ， 輸出模擬量對應(yīng)的變化量 。 例如 ， 8位二進制 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 其分辨率為 8位 ， 或者△ =1/255。 ⑵ 建立時間 建立時間是指輸入數(shù)字信號的變化量是滿量程時 ， 輸出模擬信號達到離終值 177。 ⑶ 線性誤差 理想轉(zhuǎn)換特性 （ 量化特性 ） 應(yīng)該是線性的 ， 但實際轉(zhuǎn)換特性并非如此 。 線性誤差常用 LSB的分數(shù)表示 ， 如 1/2LSB， 或177。 常用 D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù) 1． D/A轉(zhuǎn)換器 ⑴ 8位 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC0832 DAC0832的結(jié)構(gòu)如圖 ， 它主要由兩部分組成 ， 即：由R2R電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的 8位 D/A轉(zhuǎn)換器以及兩個 8位寄存器和相應(yīng)的選通控制邏輯 。 輸入寄存器由高 8位輸入寄存器和低 4位輸入寄存器兩個寄存器構(gòu)成 ， BYTE1/ BYTE2為高電平時 ， 選中高 8位輸入寄存器和低 4位輸入寄存器 ， 否則只選中低 4位輸入寄存器 。 圖 DAC1210的結(jié)構(gòu) 2． D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù) ⑴ 8位 D/A轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的接口 為使 CPU能向 D/A轉(zhuǎn)換器傳送數(shù)據(jù) ， 必須在兩者之間設(shè)置接口電路 。 如果 D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部無輸入寄存器 ， 則要外加寄存器 。 具體采用哪種方法 ， 應(yīng)根據(jù)各種 D/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式以及系統(tǒng)的要求進行選擇 。