《微型计算机控制技术》.ppt

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1、计算机控制技术计算机控制技术 硬件设计硬件设计:输入输出接口与过程通道设计输入输出接口与过程通道设计 接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交接口：接口是计算机与外部设备（部件与部件之间）交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。接口技术：接口技术是研究计算机与外部设备之间如何接口技术：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。交换信息的技术。过程通道：过程通道是在计算机和生产过程之间设置的过程通道：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，它包括模拟量输入通道、模拟信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道

2、、模拟量输出通道、数字量量输出通道、数字量(开关量开关量)输入通道、数字量输入通道、数字量(开关量开关量)输输出通道。出通道。AI/AOAI/AO、DI/DO.DI/DO.第第erer章章 计算机控制系统的硬件设计技术计算机控制系统的硬件设计技术 计算机控制技术计算机控制技术2.1 2.1 总线扩展技术总线扩展技术2.1.1 2.1.1 微型计算机系统微型计算机系统I/OI/O端口与地址分配端口与地址分配 1.I/O1.I/O端口及端口及I/OI/O操作操作 （1 1）数据端口）数据端口(data port):CPU(data port):CPU与外设之间数据缓冲。与外设之间数据缓冲。（2 2

3、）状态端口）状态端口(state port):(state port):外设状态，外设状态，ready;busy;ready;busy;errorerror等。等。（3 3）命令端口）命令端口(command port):(command port):命令字、控制字。命令字、控制字。2.I/O2.I/O端口编址方式端口编址方式 （1 1）统一编址）统一编址(M map I/O)(M map I/O)：I/OI/O端口与存储单元统一编址。端口与存储单元统一编址。优点指令集无需优点指令集无需I/OI/O指令；缺点地址长、译码复杂，速度慢。指令；缺点地址长、译码复杂，速度慢。（2 2）独立编址）独立

4、编址(I/O map)(I/O map)：单独：单独I/OI/O编址，专门编址，专门I/OI/O指令。指令。优点指令长度短，译码简单，速度快；缺点功能不强。优点指令长度短，译码简单，速度快；缺点功能不强。计算机控制技术计算机控制技术2.1.2 I/O2.1.2 I/O端口地址译码技术端口地址译码技术1.I/O1.I/O1.I/O1.I/O端口地址译码电路信号端口地址译码电路信号端口地址译码电路信号端口地址译码电路信号译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。译码电路不仅与地址信号有关，而且与控制信号有关。地址与控制信号组合，产生片选和端口选择信号。地址与控制信号组合，产生片选和端口选择信

5、号。ISAISA总线中，使用总线中，使用A0A0A9 A9、IOWIOW、IOR IOR 等信号组合。等信号组合。地址译码方法：地址信号与控制信号组合形成端口地址译码方法：地址信号与控制信号组合形成端口I/OI/O地址。地址。地址高位与控制信号组合形成片选地址；地址高位与控制信号组合形成片选地址；地址低位形成片内寻址。地址低位形成片内寻址。计算机控制技术计算机控制技术2.I/O2.I/O端口地址译码方法及电路形式端口地址译码方法及电路形式 （1 1）固定地址译码）固定地址译码译码要求：译码要求：3A0H3A0H3A7H3A7H，选，选3 38 8译码器。译码器。A A0 0A A2 2 信号信

6、号000000111111组合成：组合成：0 07 7。CPUCPU控制总线控制总线AEN=0AEN=0A A9 9 A A8 8 A A7 7 A A6 6 A A5 5 A A4 4 A A3 3 A A2 2 A A1 1 A A0 0 1 11 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 X X X X X X计算机控制技术计算机控制技术 （2 2）开关选择译码）开关选择译码数据比较器数据比较器74LS68874LS688，P P7 7P P0 0等于等于Q Q7 7Q Q0 0时，输出端低电平时，输出端低电平（有效），（有效），P P7 7P P0 0接地址线，接地址线，Q Q7 7

7、Q Q0 0接逻辑选择开关。接逻辑选择开关。地址线地址线A A1515A A1010 和和A A9 9A A4 4确定板卡基地址，确定板卡基地址，A A3 3A A1 1确定卡内端口确定卡内端口地址基地址，如地址基地址，如Q Q7 7Q Q0 0接地，则有效地址：接地，则有效地址：A A9 9 A A8 8 A A7 7 A A6 6 A A5 5 A A4 4 A A3 3 A A2 2 A A1 1 A A0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 X X X X(NA)X X X X(NA)板卡地址：板卡地址：03ExH03ExHA A3 3 A A2 2 A A1 1 A

8、A0 0 端口地址端口地址 0 0 0 X(NA)03E0H Y0 0 0 X(NA)03E0H Y0 0 0 0 1 X 03E2H Y0 0 1 X 03E2H Y1 11 1 1 X 03EEH Y1 1 1 X 03EEH Y7 7计算机控制技术计算机控制技术2.1.3 2.1.3 基于基于ISAISA总线端口扩展总线端口扩展1.1.板选译码与板内译码板选译码与板内译码2.2.总线驱动及逻辑控制总线驱动及逻辑控制3.3.端口及其读写控制端口及其读写控制计算机控制技术计算机控制技术2.2 2.2 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道2.2.1 2.2.1 数字量输入输

9、出接口技术数字量输入输出接口技术 1.1.数字量输入接口数字量输入接口 2.2.数字量输出接口数字量输出接口 汇编：汇编：MOV DX,220H MOV AL,8FHMOV DX,220H MOV AL,8FH IN AL,DX MOV DX,221H IN AL,DX MOV DX,221H OUT DX,AL OUT DX,ALC C语言：语言：a=inportb(0 x220)outportb(0 x221,0 x8f)a=inportb(0 x220)outportb(0 x221,0 x8f)计算机控制技术计算机控制技术2.2.2 2.2.2 数字量输入通道数字量输入通道1.1.数字

10、量输入通道的结构数字量输入通道的结构2.2.2.2.输入调理电路输入调理电路输入调理电路输入调理电路 (1)(1)(1)(1)小功率输入调理电路小功率输入调理电路小功率输入调理电路小功率输入调理电路 目的：把开关目的：把开关S S的状态转化成二进制状态。的状态转化成二进制状态。原理：闭合原理：闭合S S时，时，C C放电，反相器反相为放电，反相器反相为1 1；断开断开S S时，时，C C充电，反相器反相为充电，反相器反相为0 0。问题：利用什么原理消除了抖动？问题：利用什么原理消除了抖动？问题：利用什么原理消除了抖动？问题：利用什么原理消除了抖动？RSRS触发器消除开关两次反跳电路触发器消除开

11、关两次反跳电路 原理：原理：当当S S在上时，输出上为在上时，输出上为1 1，下为，下为0 0。当当S S按下时，因为键的机械特性，使按下时，因为键的机械特性，使按键因抖动而产生瞬间不闭合，造成按键因抖动而产生瞬间不闭合，造成R-SR-S触触发器输入为双发器输入为双1 1，故状态不改变。，故状态不改变。计算机控制技术计算机控制技术2.2.2.2.输入调理电路输入调理电路输入调理电路输入调理电路 (2)(2)(2)(2)大功率输入调理电路大功率输入调理电路大功率输入调理电路大功率输入调理电路当当从从电电磁磁离离合合等等大大功功率率器器件件的的接接点点输输入入信信号号时时，为为了了使使接接点点工工

12、作作可可靠靠，接接点点两两端端至至少少要要加加24V24V以以上上的的直直流流电电压压（因因为为直直流流电电平平的的响响应应快快，不不易易产产生生干干扰扰）。但但是是这这种种电电路路，由由于于所所带带电电压压高高，所所以以高高压压与与低低压压之之间间，用用光光电电耦耦合合器器进进行行隔离。隔离。“光光电电隔隔离离”：通通常常使使用用一一个个光光耦耦将将电电子子信信号号转转换换为为光光信信号号，在在另另一一边边再再将将光信号转换回电子信号。如此，这两个电路就可以互相的隔离。光信号转换回电子信号。如此，这两个电路就可以互相的隔离。原理：当原理：当S S 闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经

13、反相闭合时，光电二极管导通，发光使晶体管导通，经反相器反相为器反相为1 1。当当S S断开时，光电二极管不导通，晶体管不导通，经反相器反相断开时，光电二极管不导通，晶体管不导通，经反相器反相输出为输出为0 0。其中，用其中，用R1R2R1R2进行分压，进行分压，c1c1进行滤波。进行滤波。计算机控制技术计算机控制技术2.2.3 2.2.3 数字量输出通道数字量输出通道1.1.数字量输出通道的结构数字量输出通道的结构2.2.输出驱动电路输出驱动电路 (1)(1)小功率直流驱动电路小功率直流驱动电路 功率晶体管输出驱动继电器电路功率晶体管输出驱动继电器电路数字量输出通道主要由输出锁存器、输出数字量

14、输出通道主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码电路等组成驱动电路、输出口地址译码电路等组成 。数字量输出通道中，关键是数字量输出通道中，关键是驱动驱动，因为从锁存，因为从锁存器中出来的是器中出来的是TTL电平，驱动能力有限，所以电平，驱动能力有限，所以要加上驱动电路。要加上驱动电路。继电器包括线圈和触点。继电器包括线圈和触点。因负载呈因负载呈电感性电感性，所，所以输出必须加装以输出必须加装克服反电势克服反电势的的保护二极管保护二极管D，J为继电器的线圈。为继电器的线圈。VD的作用为的作用为续流续流作用，通过作用，通过VD放掉放掉J上所带上所带的电荷，防止的电荷，防止反向击穿反向击穿。R

15、的作用是限流电阻。的作用是限流电阻。作用过程：当作用过程：当TTL电平为电平为1时，晶体管截止，时，晶体管截止，J不吸合不吸合；当当TTL电平为电平为0时，晶体管导通，时，晶体管导通，J吸合吸合 计算机控制技术计算机控制技术(1)(1)小功率直流驱动电路小功率直流驱动电路 达林顿阵列输出驱动继电器电路达林顿阵列输出驱动继电器电路MC1416达林顿晶体管达林顿晶体管DTDT（Dar1ington TransistorDar1ington Transistor）亦称）亦称复合晶体管复合晶体管。它采用复。它采用复合过接方式，将两只或更多只晶体管的合过接方式，将两只或更多只晶体管的集电极连在一起集电极

16、连在一起，而将第一只晶体，而将第一只晶体管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出管的发射极直接耦合到第二只晶体管的基极，依次级连而成，最后引出E E、B B、C C三个电极。三个电极。计算机控制技术计算机控制技术2.2.2.2.输出驱动电路输出驱动电路输出驱动电路输出驱动电路 (2)(2)(2)(2)大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路大功率交流驱动电路 固态继电器（固态继电器（固态继电器（固态继电器（SSRSSRSSRSSR）SSRSSR是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两个端子为输入控制端，是一种无触点通断电子开关，是一种有源器件，其中两

17、个端子为输入控制端，另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高另外两个为输出受控端，为实现输入与输出之间的电气隔离，器件中采用了高耐压的专用光电耦合器。耐压的专用光电耦合器。SSRSSR作交流开关，相当于有一个触点，左边是作交流开关，相当于有一个触点，左边是TTLTTL电平，在电平，在05V05V之间：当之间：当TTLTTL电电平为高时，触点闭合；当平为高时，触点闭合；当TTLTTL电平为低时，触点断开。当用计算机来控制电磁电平为低时，触点断开。当用计算机来控制电磁阀时，用固态继电器。阀时，用固态继电器。零交叉电路在交流电过零时产生触发信号，减少干扰。零交叉电路在交流

18、电过零时产生触发信号，减少干扰。计算机控制技术计算机控制技术2.2.4 2.2.4 数字（开关）量输入数字（开关）量输入/输出通道模板举例输出通道模板举例研华研华PCL-730PCL-730板卡组成框图板卡组成框图A0-A9A0-A9地址总线；地址总线；D0-D7D0-D7数据总线；数据总线；IOWIOW、IORIOR构成读写控制。构成读写控制。RESETRESET复位。复位。IDI0-IDI15IDI0-IDI15构成构成1616路开关量输入，路开关量输入，IDO0-IDO15IDO0-IDO15构成构成1616路开关量输出。路开关量输出。计算机控制技术计算机控制技术程序设计举例程序设计举例

19、(基地址设为基地址设为220H)220H)：PCL-730PCL-730板卡的开关量输入板卡的开关量输入/输出都只需要二条指令就可以完成。输出都只需要二条指令就可以完成。C C语言程序如下：语言程序如下：outportb(0 x220outportb(0 x220，Ox55)Ox55)；/奇数通道输出低电平，低奇数通道输出低电平，低8 8位。位。outportb(Ox221outportb(Ox221，0 x55)0 x55)；/奇数通道输出低电平，高奇数通道输出低电平，高8 8位。位。inportb(Ox220)inportb(Ox220)；/输入通道输入通道0707的电平状态。的电平状态。

20、inportb(Ox221)inportb(Ox221)；/输入通道输入通道815815的电平状态。的电平状态。汇编语言程序如下：汇编语言程序如下：MOV DXMOV DX，220H220HMOV ALMOV AL，55H55HOUT DXOUT DX，ALALMOV DXMOV DX，221H221H OUT DXOUT DX，ALALMOV DXMOV DX，220H220HIN ALIN AL，DX DX MOV AHMOV AH，ALALMOV DXMOV DX，221H221HIN ALIN AL，DXDX计算机控制技术计算机控制技术2.3 2.3 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入

21、接口与过程通道2.3.1 2.3.1 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成模模拟拟量量输输入入通通道道的的任任务务是是把把模模拟拟信信号号，变变成成二二进进制制数数字字信信号号，经经接接口口送送往计算机。往计算机。传传感感器器是是将将工工艺艺参参数数转转换换为为电电参参数数的的装装置置，大大多多数数传传感感器器的的输输出出是是直直流电压流电压(或电流或电流)信号。信号。为为了了避避免免低低电电平平模模拟拟信信号号传传输输带带来来的的麻麻烦烦，经经常常要要将将测测量量元元件件的的输输出出信信号号经经变变送送器器变变送送，如如温温度度变变送送器器、压压力力变变送送器器、流流量量变变送送器器等等

22、，将将温温度度、压压力力、流流量量的的电电信信号号变变成成0 010mA10mA或或4 420mA20mA的的统统一一信信号号，然然后后经过模拟量输入通道来处理。经过模拟量输入通道来处理。计算机控制技术计算机控制技术2.3.2 2.3.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换1.1.信号调理电路信号调理电路 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、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。号转换成标准的电信号。（1 1）非电信号

23、的检测）非电信号的检测不平衡电桥不平衡电桥热敏电阻三线制接线图热敏电阻测量电桥电路计算机控制技术计算机控制技术（2 2）信号放大电路）信号放大电路 1)1)基于基于ILC7650ILC7650的前置放大电路的前置放大电路ILC7650的前置放大电路第一级差分放大电路第一级差分放大电路 ，输入电流，输入电流3535A，输入电阻输入电阻1012，输出输出电压：电压：-4.85+4.95V,K=1500。第二级跟随器。第二级跟随器。计算机控制技术计算机控制技术2 2）AD526AD526可编程仪用放大器可编程仪用放大器 AD526 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，是可通过

24、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器件本身所提供的增益是xlxl、x2x2、x4x4、x8x8、x16x16等五挡。等五挡。AD526AD526可以在透明与锁存两种模式下工作。（可以在透明与锁存两种模式下工作。（P36P36表表2-22-2状态表）状态表）透明模式是透明模式是1313脚脚CLKCLK端接地。端接地。锁存模式是锁存模式是CLKCLK内逻辑信号提供。内逻辑信号提供。计算机控制技术计算机控制技术2.I/V2.I/V变换变换变送器输出的信号为变送器输出的信号为0 010mA10mA或或4 420mA20mA的统一信号，需要经过的统一信号，需要经过I/VI/

25、V变换变成电压信号后才能处理。对于电动单元组合仪表，变换变成电压信号后才能处理。对于电动单元组合仪表，DDZ-DDZ-型的输出信号标准为型的输出信号标准为0 010mA,10mA,而而DDZDDZ型和型和DDZSDDZS系列的输出系列的输出信号标准为信号标准为4 420mA20mA。（1 1）无源）无源I/VI/V变换变换问题：为什么我们经常用到的标准信号是电流信号？问题：为什么我们经常用到的标准信号是电流信号？I/VI/V变换的基本思想：电流变换的基本思想：电流 变换电路中各部分的作用：变换电路中各部分的作用：R1:R1:限流电阻限流电阻 VD:VD:将电压钳制在将电压钳制在5V+0.3V5

26、V+0.3V以内以内 R2:R2:电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密电压采样电阻，其压降即为输出电压，精密 电阻，精度为电阻，精度为0.1%0.1%。C C和和R1R1：组成阻容低通滤波电路：组成阻容低通滤波电路电压？电压？电压？电压？计算机控制技术计算机控制技术（2 2）有源）有源I/VI/V变换变换 利用有源器件利用有源器件运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别在于信号的运算放大器和电阻组成。与无源变换的区别在于信号的隔离上。隔离上。利用运算放大器的虚短和虚断的概念，我们可以求出该放大电路的放大利用运算放大器的虚短和虚断的概念，我们可以求出该放大电路的放大倍数。倍数。合理选择相应的电阻

27、，就可以得到相应的电压输出。合理选择相应的电阻，就可以得到相应的电压输出。R2=250R2=250，R3=1KR3=1K，RfRf为为4.7K4.7K电位器，合理选择电位器，合理选择RfRf，在，在I=010mAI=010mA或或420mA420mA，可使，可使V V输出为输出为05V05V或或15V15V。计算机控制技术计算机控制技术2.3.3 2.3.3 多路转换器多路转换器 多路转换器又称多路多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元换模拟电压信号的关键元件。常用的多路开关有件。常用的多路开关有CD4051CD4051（或（或MC14051MC1

28、4051）、）、AD7501AD7501、LF13508LF13508等等 图2-21 CD4051原理图计算机控制技术计算机控制技术2.4.4 2.4.4 采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器1.1.信号的采样信号的采样采样过程：按一定的时间间隔采样过程：按一定的时间间隔T T，把，把时间时间上上连续连续和和幅值幅值上也上也连续连续的的模拟模拟信号，信号，转变成在时刻转变成在时刻O O、T T、2T2T、KTKT的一连串的一连串脉冲脉冲输出信号的输出信号的过程过程。采样周期采样周期T T：采样开关：采样开关K K每一个通断的时间间隔，包括等待时间、闭每一个通断的时间间隔，包括等待时间

29、、闭合时间、断开时间等。合时间、断开时间等。采样采样宽度宽度：采样开关闭合的时间。：采样开关闭合的时间。采样信号采样信号y*(t)y*(t)：幅值连续幅值连续但是但是时间时间上上离散离散的的模拟信号模拟信号。香农采样定理香农采样定理：如果模拟信号：如果模拟信号(包括噪声干扰在内包括噪声干扰在内)频谱的最高频率为频谱的最高频率为fmaxfmax，只要按照采样频率，只要按照采样频率f2fmaxf2fmax进行采样，那么采样信号进行采样，那么采样信号y*(t)y*(t)就能唯就能唯一地复现一地复现y(t)y(t)。计算机控制技术计算机控制技术2.2.量化量化所谓所谓量化量化，就是采用一组数码，就是采

30、用一组数码(如二进制码如二进制码)逼近逼近离散模拟离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程称为将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程量化过程。执行量化动作的执行量化动作的量化装置量化装置：A/DA/D转换器。转换器。量化单位量化单位：字长为：字长为n n的的A/DA/D转换器，其最低有效位转换器，其最低有效位(LSB)(LSB)所对所对应的模拟量应的模拟量q q称为量化单位。称为量化单位。量化误差量化误差：量化过程实际上是一个用：量化过程实际上是一个用q q去去度量度量采样值幅值高低的采样值幅值高低的小小数归整数归整过程。由于量

31、化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误过程。由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误差，量化误差为差，量化误差为(1/2)q(1/2)q。例如，例如，q=20mVq=20mV时，量化误差为时，量化误差为10mV10mV，0 09909901 1009V009V范围内范围内的采样值，其量化结果是相同的，都是数字的采样值，其量化结果是相同的，都是数字5050。计算机控制技术计算机控制技术3.3.采样保持器采样保持器(1)(1)孔径时间和孔径误差及消除孔径时间和孔径误差及消除 孔径时间、孔径误差孔径时间、孔径误差在模拟量输入通道在模拟量输入通道A/DA/D转换器完成一次转换器完成一次A/DA

32、/D转换所需的时转换所需的时间称为间称为孔径时间孔径时间。由于孔径时间的存在，在孔径时间。由于孔径时间的存在，在孔径时间期间输入的变化决定了每一采样时刻的最大转换误差期间输入的变化决定了每一采样时刻的最大转换误差称为称为孔径误差孔径误差。计算机控制技术计算机控制技术3.3.采样保持器采样保持器(2)(2)采样保持原理采样保持原理 采样保持电路的工作方式：采样和保持。采样保持电路的工作方式：采样和保持。在在采样采样方式中，采方式中，采/保电路的保电路的输出跟踪输出跟踪模拟模拟输入输入电压。电压。在在保持保持方式中，采方式中，采/保电路将保电路将保持保持采样采样命令撤销命令撤销时刻时刻的的采样值采

33、样值，直到保持命令撤销并且再次接收到采，直到保持命令撤销并且再次接收到采样命令为止。样命令为止。当被测信号变化缓慢时，若当被测信号变化缓慢时，若A/DA/D转换器转换时间足够转换器转换时间足够短，可以不加采样保持器。短，可以不加采样保持器。计算机控制技术计算机控制技术3.3.采样保持器采样保持器（3 3）常用的采样保持器）常用的采样保持器 常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有LF398LF398、AD582AD582等，等，LF398LF398的采样的采样控制电平为控制电平为“1 1”，保持电平为，保持电平为“0 0”，AD582AD582相反。引脚排列相反。引脚排列如下图所示。如下图

34、所示。计算机控制技术计算机控制技术2.3.5 A/D2.3.5 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术1.81.8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809 (1)8(1)8通道通道模拟开关模拟开关及及通道选择通道选择逻辑逻辑地址锁存信号地址锁存信号ALEALE (2)8(2)8位位A/DA/D转换器转换器-在在转换启动转换启动STARTSTART上收到一个启动转换命令后开始转换，上收到一个启动转换命令后开始转换，6464个时钟个时钟周期后周期后转换结束转换结束，EOCEOC信号由信号由低低电平变为电平变为高高电平，通知电平，通知CPUCPU读结读结果。果。通过查询或中断方式

35、读取。通过查询或中断方式读取。(3)(3)三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器-存放转换结果存放转换结果D D，输出允许输出允许信号信号OEOE为高电平时，为高电平时，D D由由D7D7D0D0上输出；上输出；OEOE为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线DO7DO7DO0DO0为高阻态。为高阻态。CBA通道000VIN0001VIN1111VIN7计算机控制技术计算机控制技术计算机控制技术计算机控制技术2.122.12位位A/DA/D转换器转换器AD574A/1674AD574A/1674 (1)12(1)12位位A/DA/D转换器转换器 (2)(2)三态输出锁存缓冲器三态输出

36、锁存缓冲器 (3)(3)控制逻辑控制逻辑转转换换时时间间约约为为25s25s，线线性性误误差差为为1/2LSB1/2LSB，内内部部时时钟钟脉脉冲冲源源和和基基准准电电压压源源，单单通通道道单单极极性性或或双极性双极性电压输入，电压输入，量程量程10V10V或或20V20V 。l单极性单极性工作工作BIPOFFBIPOFF接接0V0V、双极性双极性工作工作BIPOFFBIPOFF接接10V10Vl输入信号输入信号在在10V10V范围接范围接10V10VININ 、20V20V范围接范围接20V20VININl12/812/8：输出数据方式选择，分：输出数据方式选择，分D11 D4D11 D4和

37、和D3 D0D3 D0l lA A A A0 0 ：转换字长选择，高：转换字长选择，高：8 8位，低：位，低：1212位，在读数据时，高：读低字节。位，在读数据时，高：读低字节。lcscs：片选。：片选。CECE：片允许：片允许lR/CR/C：读或转换选择，：读或转换选择，l-高：转换后数据读出，高：转换后数据读出，l-低：启动转换。低：启动转换。l控制逻辑见控制逻辑见 P43P43表表2-52-5lSTSSTS：状态信号，：状态信号，l-高：正在转换，高：正在转换，l-由高到低：转换结束。由高到低：转换结束。l lCPUCPUCPUCPU可用查询或中断方式可用查询或中断方式可用查询或中断方式

38、可用查询或中断方式l l了解转换过程是否结束。了解转换过程是否结束。了解转换过程是否结束。了解转换过程是否结束。计算机控制技术计算机控制技术AD574A/1674 逻辑真值表R/12/CEA0工作状态0禁止1禁止1000启动12位转换1001启动8位转换101接+5V12位并行输出有效101接地0高8位并行输出有效101接地1低4位加上尾随4个0有效计算机控制技术计算机控制技术3.AD574A/16743.AD574A/1674与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口计算机控制技术计算机控制技术A/DA/D转换的子程序段如下：转换的子程序段如下：（1 1）启动子程序）启动子程序 ADS

39、TART:MOV DXADSTART:MOV DX，BASE+0BASE+0 OUT DX OUT DX，ALAL NOP NOP RET RET（2 2）读数子程序）读数子程序 ADREAD:MOV DXADREAD:MOV DX，BASE+2 BASE+2 IN AL IN AL，DXDX MOV AH MOV AH，ALAL MOV DX MOV DX，BASE+3BASE+3 IN AL IN AL，DXDX RET RET 假设假设片选信号片选信号有效时，有效时，高位地址高位地址为为BASEBASE，则，则1212位位A/DA/D启动控启动控制端口地址制端口地址为为BASE+0(Y0

40、)BASE+0(Y0)，A/DA/D数据输出高数据输出高8 8位端口地址位端口地址为为BASE+2BASE+2，低低4 4位端口地址位端口地址为为BASE+3BASE+3。SA1 SA0SA1 SA0 0 0 0 0 启动启动1212位转换位转换;BASE;BASE 1 0 1 0 读高读高8 8位位;BASE+2;BASE+2 1 1 1 1 读低读低4 4位位;BASE+3;BASE+3计算机控制技术计算机控制技术2.3.6 2.3.6 模拟量输入通道模板举例模拟量输入通道模板举例PCL-813B数据采集卡组成框图 研华生产的数据采集卡，研华生产的数据采集卡，AD574A/1674,AD5

41、74A/1674,单端单端32CH32CH，单、双极性输单、双极性输入入，光电隔离。，光电隔离。计算机控制技术计算机控制技术1.1.PCL-813B PCL-813B 的寄存器地址的寄存器地址寄存器地址：基地址寄存器地址：基地址+偏移量偏移量基地址基地址+04+04：A/DA/D转换的结果低（读）转换的结果低（读）基地址基地址+05+05：A/DA/D转换的结果高（读）转换的结果高（读）基地址基地址+09+09：增益控制（写）：增益控制（写）基地址基地址+10+10：多路转换控制（写）：多路转换控制（写）基地址基地址+12+12：A/DA/D转换软件触发转换软件触发寄存器格式：寄存器格式：ba

42、se+04base+05位76543210位76543210定义D7D6D5D4D3D2D1D0定义XXXDRDYD11D10D9D8base+09base+10位76543210位76543210定义XXXXXXG1G0定义XXXC4C3C2C1C0base+12位76543210定义XXXXXXXX计算机控制技术计算机控制技术 C语言程序（语言程序（BASE=220H，单极性输入）：，单极性输入）：base+04base+05位 7 6 5 4 3 2 1 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0定义D7D6D5D4D3D2D1D0定义XXXDRDYD11D10D9D8base+09base

43、+10位 7 6 5 4 3 2 1 0 位 7 6 5 4 3 2 1 0定义XXXXXXG1G0定义XXXC4C3C2C1C0int i,adch,adcl;outportb(0 x229,0 x01);for(i=0,i20,i+);outportb(0 x22a,chno);for(i=0,i50,i+);outportb(0 x22c,0);do adch=inportb(0 x225);while(adch&0 x10)=0 x10);adch=inporrtb(0 x225);adcl=inportb(0 x224);i=(adch&0 x0f)*256+adcl;计算机控制技术

44、计算机控制技术2.4 2.4 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道2.4.1 2.4.1 模拟量输出通道的结构型式模拟量输出通道的结构型式 1.1.一个通道设置一个数一个通道设置一个数/模转换器的形式模转换器的形式 2.2.多个通道共用一个数多个通道共用一个数/模转换器的形式模转换器的形式计算机控制技术计算机控制技术2.4.2 D/A2.4.2 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术1.81.8位位D/AD/A转换器接口及编程转换器接口及编程8 8位位DADA转换器转换器DAC0832DAC0832:输入锁存器输入锁存器,DAC,DAC锁存器，锁存器，DADA转换器转换器ILE

45、ILE：输入寄存器锁存允许：输入寄存器锁存允许WR1WR1：控制输入寄存器：控制输入寄存器WR2WR2：控制：控制DACDAC寄存器寄存器 XFERXFER：控制：控制DACDAC寄存器寄存器 DI0-DI7DI0-DI7：数字输入：数字输入 I IOUT1OUT1,I,IOUT2OUT2：电流输出，：电流输出，I IOUT1OUT1+I+IOUT2OUT2=C=CR Rfbfb：反馈电阻反馈电阻端端V VREFREF：参考电压。：参考电压。DAC0832 DAC0832片选口地址片选口地址BASEBASE（220H)220H)，7fH7fH为要转换的数字量为要转换的数字量，汇编程序如下：汇编

46、程序如下：DOUTDOUT:MOV DX,BASE:MOV DX,BASEMOV AL,7fHMOV AL,7fHOUT DX,ALOUT DX,ALRETRET计算机控制技术计算机控制技术2.122.12位位D/AD/A转换器（转换器（DAC1210)DAC1210)接口及编程接口及编程 输入锁存器和DAC锁 存器，分别由LE控制。BYTE1/BYTE2输入控制端：高电平：DI0-DI11同时锁存到输入寄存器。低电平：DI0-DI3锁存到4位输入寄存器 LE：高电平：QD，直通。低电平：DAC寄存器锁存 DAC1210片选口地址高8位BASE+1（送dataH)，地址低8位BASE+0（送d

47、ata)汇编程序如下：DOUT:MOV DX,BASE+1MOV AL,dataHOUT DX,ALMOV DX,BASE+0MOV AL,dataLOUT DX,ALRET计算机控制技术计算机控制技术2.4.3 2.4.3 单极性与双极性电压输出电路单极性与双极性电压输出电路VOUT1为单极性输出，若D为输入数字量，VREF为基准参考电压，且为n位D/A转换器，则有：VOUT1=-VREFD/2n VOUT2为双极性输出，且可推导得到：VOUT2=-(R3/R1)VREF-(R3/R2)VOUT1 =VREF(D/2n-1)-1)计算机控制技术计算机控制技术2.4.4 V/I2.4.4 V/

48、I变换变换1.1.集成集成V/IV/I转换器转换器ZF2B20ZF2B20ZF2B20通过V/I变换的方式产生一个与输入电压成比例的输出电流。输入电压范围是010V，输出电流是420mA(初值校准)，输出电流是010mA(满度校准)，单正电源供电，电压范围：1032V，可用于控制和遥测系统。计算机控制技术计算机控制技术2.2.集成集成V/IV/I转换器转换器AD694AD694AD694是一种420mA转换器，适当接线也可使其输出范围为020mA。AD694的主要特点是：输出范围：420mA,020mA。输入范围：02V或010V。电源范围：+4.536V。可与电流输出型D/A转换器直接配合使

49、用，实现程控电流输出。具有开路或超限报警功能。计算机控制技术计算机控制技术2.4.5 2.4.5 模拟量输出通道模板举例模拟量输出通道模板举例PCL-726板卡组成框图计算机控制技术计算机控制技术1.寄存器格式:寄存器的地址分配表 2.D/A 转换程序流程1.选通道地址 2.确定高4位地址 3.置高4 位数据有效 4.确定低8位地址 3.置低8位数据并启动DA转换 3.程序设计举例地址地址W/R寄存器名称寄存器名称地址地址W/R寄存器名称寄存器名称基地址+00W通道1 高4位基地址+06W通道4 高4位基地址+01W通道1 低8位基地址+07W通道4低8位基地址+02W通道2高4位基地址+08

50、W通道5 高4位基地址+03W通道2低8位基地址+09W通道5低高8位基地址+04W通道3高4位基地址+10W通道6 高4位基地址+05W通道3低8位基地址+11W通道6低8位PCL-726 DA分辨率12位，000-FFFH对应0-100%输出07FFH对应50%输出，基地址：220H。outportb(0 x220,0 x07);outportb(0 x221,0 x0ff);计算机控制技术计算机控制技术2.5 2.5 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术2.5.1 2.5.1 过程通道抗干扰技术过程通道抗干扰技术2.5.2 CPU2.5.2 CPU抗干扰技术抗干扰技术2.5.3 2.5.3 系统