【正文】 成取數(shù)的指令： MOV DX, port 地址送 DX IN AL, DX 從端口讀數(shù)，送 AL 2. 數(shù)字量輸出接口 當(dāng)對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制時，一般應(yīng)對計算機(jī)送出的控制狀態(tài)進(jìn)行保持，直到重新刷新為止。 特點： 74LS273有 8個通道，可輸出 8個開關(guān)狀態(tài)，并可驅(qū)動 8個輸出裝置。其結(jié)構(gòu)如下： 數(shù)字量（開關(guān)量）輸入通道的基本功能 就是接受外部裝置或生產(chǎn)過程的狀態(tài)信號。 為了將外部開關(guān)量信號輸入到計算機(jī)，必須 將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施 轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠接受的邏輯信號，這些功能稱為 信號調(diào)理 。為了清除由于接點的機(jī)械抖動而產(chǎn)生的振蕩信號，一般應(yīng)加入有較長時間常數(shù)的積分電路來消除這種振蕩。 A O A2 O2 O1 A1 1）小功率輸入信號調(diào)理電路 下圖是采用 RS觸發(fā)器來消除開關(guān)兩次反跳引起抖動的方法。同理，當(dāng)開關(guān)處于常開位置時也如此。 amp。 大功率輸入信號調(diào)理電路 在大功率系統(tǒng)中，需要從電磁離合等大功率器件的接點輸入信號。這種情況下，為了使接點工作可靠，接點兩端至少要加 24V以上的直流電壓。 輸 出 驅(qū) 動 電路 輸 出 鎖 存 器 地址譯碼器 生 產(chǎn) 過 程 P C 總 線 1. 數(shù)字量輸出通道的結(jié)構(gòu) 要把計算機(jī)輸出的微弱數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成能對生產(chǎn)過程進(jìn)行控制的驅(qū)動信號，關(guān)鍵在于輸出通道中的功率放大電路。如：功率晶體管、大功率場效應(yīng)管。 因此，驅(qū)動電路實質(zhì)上包含 隔離 和 放大 兩部分。 隔離 (isolating) :為了防止干擾。 因此， DO通道結(jié)構(gòu)也可表示如下： 1) 輸出接口光電隔離 (photoelectricity isolating) 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸出開關(guān)量大部分都是 TTL或CMOS電平，輸出電流較小，一般不能直接驅(qū)動發(fā)光二極管，所以通常會加驅(qū)動電路，如 740 7407，或者加一級驅(qū)動三極管。如圖中 VDD、 VCC。 原理：當(dāng)線圈通電時，由于磁場作用，使開關(guān)觸點閉合或斷開，線圈不通電時，開關(guān)觸點斷開或閉合。反之則斷開。 分析： 當(dāng)繼電器 K吸合時，二極管 VD截止，電路正常工作。 加入二極管 VD后 ，繼電器線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電勢由二極管 VD流過，鉗住了 VT集電極端的電壓，因而 VT得到保護(hù)。固態(tài)繼電器（ SSR）則克服了這方面問題。因此 固態(tài)繼電器實際上是一種光電隔離器的無觸點開關(guān) 。下圖為交流型 SSR電路原理圖，零交叉電路使交流電壓變化到零伏附近時讓電路接通，減少干擾： 直流型 SSR的輸入級為光電隔離器，輸出級為大功率晶體管（輸出工作電壓可達(dá) 30V180V）。 PCL730是研華公司推出的 32通道隔離型 I/O板卡，提供 16路開關(guān)量隔離輸入和 16路開關(guān)量隔離輸出，其結(jié)構(gòu)圖如下所示： 數(shù)字量輸入輸出通道模板 D0D7:數(shù)據(jù)線； A0A9:地址線； CS1, CS2:寄存器選通信號 。 IDI0IDI15:16路隔離開關(guān)量輸入通道 , IDO0IDO15:16路隔離開關(guān)量輸出通道。 C語言程序如下： outportb(0x220， Ox55) //隔離開關(guān)量輸出的奇數(shù)通道輸出低電平 outportb(Ox221， 0x55) inportb(Ox220) //讀入隔離開關(guān)量輸入通道 0~7的輸入電平 inportb(Ox221) //讀入隔離開關(guān)量輸入通道 8~15的輸入電平 匯編語言程序如下： MOV DX， 220H ；隔離開關(guān)量輸出的奇數(shù)通道輸出低電平 MOV AL， 55H OUT DX， AL MOV DX， 221H OUT DX， AL MOV DX， 220H ；讀入隔離開關(guān)量輸入通道 0~7的輸入電平 IN AL， DX MOV AH， AL MOV DX， 221H ；讀入隔離開關(guān)量輸入通道 8~15的輸入電平 IN AL， DX 模擬量輸入接口與過程通道 在計算機(jī)控制系統(tǒng)中， 模擬量輸入通道的任務(wù) 是把從系統(tǒng)中檢測的模擬信號，變成二進(jìn)制的數(shù)字信號，經(jīng)接口送往計算機(jī)。 為了避免低電平模擬信號帶來的麻煩，經(jīng)常要將測量元件的輸出信號經(jīng)變送器變送，如壓力變送器、溫度變送器、流量變送器等，將溫度、壓力、流量的電信號變成 0～10mA，或 4～ 20mA的統(tǒng)一信號 模擬量輸入通道的組成 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、 I/O接口及控制邏輯組成。 作用： 是將電阻、電感、電容等參數(shù)的變化變換為電壓或電流輸出的一種測量電路。 信號調(diào)理和 I/V變換 1. 信號調(diào)理 信號調(diào)理主要通過非電量的轉(zhuǎn)換、信號的變換、放大、濾波、線性化及隔離等方法 將非電信號和非標(biāo)準(zhǔn)信號轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號 。 1）非電信號的檢測 —— 不平衡電橋 下圖為一個用熱敏電阻來測量溫度的測量電橋。 當(dāng)溫度變化時， RPt的阻值是溫度的函數(shù)為： Rpt(t)=R0+a(t)t=R0+dR a(t) 為電阻溫度系數(shù)， t為溫度 RtPt???0)(?ERRRRRUR AB22103 ))(( ????因此，某溫度下，產(chǎn)生不平衡電壓 ,由不平衡電壓推算出溫度值。因采用兩線制，由 于導(dǎo)線電阻存在，容易產(chǎn) 生誤差。 作用：將弱電信號放大成需要的標(biāo)準(zhǔn)電信號。 選擇因素：精度、速度、幅度以及共模抑制等 常見器件： uA741,LF347(低精度 ) OP07,OP27(中等精度 ) ICL7650(高精度 ) 兩線制：儀表到控制柜或者計算機(jī)只有兩根線 三線制：儀表到控制柜或者計算機(jī)有三根線 2）信號放大電路 基于 ILC7650的前置放大電路 AD526可編程儀用放大器 自校零放大器 R2為精密電阻 2IRV ?2. I/V變換 變送器輸出的信號為 0~10mA或 4~20mA統(tǒng)一信號，需要經(jīng)過IV變換變成電壓后才成處理。 如：當(dāng)輸入 I為 0～ 10mA時，取 R1=100歐 R2=500歐，則 V=0~5V 當(dāng)輸入 I為 4～ 20mA時，取 R1=100歐 R2=250歐，則 V=1~5V 思考：圖中 R1和電容 C起什么作用？二極管 D作用是什么？ 濾波和輸出限幅 利用有源器件運算放大器和電阻組成，圖中電容 C起濾波。若取R3=100KΩ， R4=25KΩ，R1=200Ω，則 4～ 20mA輸入對應(yīng)于 1～ 5V的電壓輸出 多路轉(zhuǎn)換器 多路轉(zhuǎn)換器也稱多路開關(guān)。 要求：理想開關(guān)是開路狀態(tài)時電阻無窮大，接通時電阻為 0，切換快、噪音小、壽命長、工作可靠。 CD4051的原理： INH為高電平時， 8個通道均不通 采樣： 計算機(jī)每隔一定的時間間隔逐點的采入模擬信號的瞬時值的過程，把時間上連續(xù)，幅值上也連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)變成一連串脈沖輸出信號。 采樣周期：采樣開關(guān)每次通斷的時間間隔 T。 理想采樣開關(guān)：當(dāng) ，稱為理想采樣開關(guān)。 信號的采樣過程表示如下： KTy ( t ) y *( t )KTy ( t ) y *( t )0??普通采樣開關(guān) 理想采樣開關(guān) 思考： 由采樣過程知，連續(xù)信號經(jīng)過采樣以后所得采樣信號 y*(t)不是取全部時間上的信號值，而是取某些時間上的值，即 y*(t)是 y(t)的取樣？那么處理后的采樣信號會不會造成原來信號的丟失呢？也就是說 是否能由處理后的采樣信號來復(fù)現(xiàn)原來的模擬信號 y(t)呢？ 問題就取決于采樣周期 T的大小。 實際應(yīng)用中，常取 f≥（ 5~10） fmax 。 含義： 用一組數(shù)碼（二進(jìn)制碼）來逼近采樣信號的幅值。 量化過程： 將采樣信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的過程。 量化單位 q： 設(shè) A/D 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為 n(分辨率 )，采樣信號的幅值變化范圍為 則量化單位 yym in m a x~2. 信號的量化 m in m ax21nyyq ???量化過程實際是一個用 q去度量采樣幅值高低的小數(shù)歸整過程。 q/2。 10mV,當(dāng)某時刻采樣信號的幅值是 1V時，量化結(jié)果是多少？ 當(dāng)采樣信號的幅值是 ，量化結(jié)果是多少？ 當(dāng)某時刻采樣信號的幅值是 ，量化結(jié)果是多少？ 結(jié)論： q＝ 20mV, 幅值為 ，其量化結(jié)果都是 50. 因為量化誤差為 177。 10mV, A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)越高，量化單位 q越小，量化越精確 。 孔徑誤差： 每一個采樣時刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。 如圖正弦模擬信號 對于一定的轉(zhuǎn)換時間，因為 在 0時刻最大，所以誤差最大可能發(fā)生在信號過 0的時刻。 誤差百分?jǐn)?shù)為 所以，為了確保 A/D轉(zhuǎn)換的精度，必須限制輸入信號的頻率范圍。 結(jié)論：為達(dá)到轉(zhuǎn)換所規(guī)定的精度，要求 A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換時間內(nèi)輸入模擬量的變化幅度應(yīng)小于 A/D轉(zhuǎn)換量化誤差 1002100 / ????? DAmftU U ??2) 原理 工作原理：采樣時， K閉合， VIN通過 A1對 CH快速充電， VOUT跟隨 VIN；保持期間， K斷開，因 A2的輸入阻抗高， VOUT＝ VC保持不變。 3) 常見采樣保持器 常用采樣保持器有 LF39 AD582等。 － LF398 采樣保持控制引腳 8：高電平，采樣；低電平，保持 CH外接高品質(zhì)電容，其減小可以提高采樣頻率。 獲取時間： CH為 , 信號精度 ％的獲取時間為 25us，保持期間，電壓下降每秒 3mV，若 A/D轉(zhuǎn)換時間為 100us時，保持器輸出電壓下降約 300uV 定義： 實現(xiàn)采樣和量化過程的器件 原理： 將輸入電壓與已知電壓比較進(jìn)行的。 逐次逼近式 雙積分 A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù) 1. A/D轉(zhuǎn)換器工作原理 2. A/D轉(zhuǎn)換器基本結(jié)構(gòu) 1）逐次逼近 A/D轉(zhuǎn)換器 思想： 類似于用天平稱重，由 D/A轉(zhuǎn)換器從高位到低位逐位增加轉(zhuǎn)換位數(shù)，產(chǎn)生不同的已知電壓，將輸入電壓逐次與這些電壓比較而實現(xiàn)。 SAR的輸出數(shù)字量即為 Ux的轉(zhuǎn)換數(shù)字量 特點： 精度高，速度快，轉(zhuǎn)換時間固定，易于微機(jī)接口，廣泛應(yīng)用于計算機(jī)控制系統(tǒng)中。 特點： 抗干擾能力強，轉(zhuǎn)換速度慢。 3. A/D轉(zhuǎn)換器主要技術(shù)指標(biāo) 假設(shè) n＝ 8，滿量程輸入為 ， 85 . 1 2 2 2 0V m V?則， LSB對應(yīng)于模擬電壓 即， q＝ 20mV 12n12n分辨率為 n位，表示能對滿量程輸入的 的增量作出反應(yīng)，即數(shù)字量的最低有效位 (LSB)對應(yīng)于滿量程輸入的 。 （ 3） 線性誤差 是指 A/D轉(zhuǎn)換器的理想轉(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。 線性誤差通常用 LSB表示，如 LSB/2，或 177。 (Least Significant Bit ) （ 4） 量程 是指所能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍，如－ 5～＋ 5V， 0～ 10V，0～ 5V。 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù) ADC0809是一種帶有 8通道模擬開關(guān)的 8位逐次逼近式的 A/D轉(zhuǎn)換器，其轉(zhuǎn)換時間 100μs，線性誤差 177。 8通道輸入 通道選擇 數(shù)字輸出 8 通 道模 擬開 關(guān)D O O ～ D O 7E O C控 制 與 時 序三 態(tài) 輸出 鎖 存緩 沖 器( 1 )G N DV R E F －C B AA L EV I N 0地 址 鎖 存和 譯 碼2 5 6 RT 型 電 阻 網(wǎng) 絡(luò)開 關(guān) 樹 S A R＋－AO EV R E F ＋V C CV I N 7V I N 6V I N 5V I N 4V I N 3V I N 2V I N 1C L O C KS T A R TA/D 轉(zhuǎn)換器 1)8位 A/D轉(zhuǎn)換器 ADC0809 （ 1） 8通道模擬開關(guān)及通道選擇邏輯，實現(xiàn) 8選 1操作。 8 通 道模 擬開 關(guān)D O O ～ D O 7E O C控 制 與 時 序三 態(tài) 輸出 鎖 存緩 沖 器( 1 )G N DV R E F －C B AA L EV I N 0地 址 鎖 存和 譯 碼2 5 6 RT 型 電 阻 網(wǎng) 絡(luò)