第2章-输入输出接口与过程通道..ppt

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1、第第2 2章章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道 2.1 2.1 总线扩展技术总线扩展技术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2.3 2.3 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道 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2.5 2.5 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术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2.1.3 2.1.3 基于基于ISAISA总线端口

2、扩展总线端口扩展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（CPUCPU与外设之间）与外设之间）（2 2）状态端口）状态端口（外设当前状态）（外设当前状态）（3 3）命令端口）命令端口（控制口，存放（控制口，存放CPUCPU命令）命令）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 2.I/O2.I/O端口编址方式端口编址方式（因（因CPUCPU而不同）而不同）（1 1）统一编址）统一编址（I/OI/O与存储器）与存

3、储器）（2 2）独立编址）独立编址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1.1.三种译码方式三种译码方式 （1 1）线选法）线选法（地址空间使用率低、线路简单）（地址空间使用率低、线路简单）（2 2）全译码法）全译码法（地址空间使用率高、线路复杂）（地址空间使用率高、线路复杂）（3 3）部分译码）部分译码（根据实际需要确定）（根据实际需要确定）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2.2.I/O端口地址译码电路信号端口地址译码电路信号以以ISA为例：为例：A0A9（1010位地址）位地址）IOR、IOW（端口读写）（端口读写）AEN（

4、非（非DMADMA选择）选择）/IO16（数据宽度选择：（数据宽度选择：8 8或或1616位）位）/SBHE（奇偶地址选择）（奇偶地址选择）3.I/O3.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n不同通道板卡插在插槽中不同通道板卡插在插槽中n插槽相同插槽相同nI/OI/O地址不同地址不同（1 1）固定地址译码）固定地址译码例：例：溢出溢出8 8个端口地址个端口地址要求要求3A0H3A7H即即A9A3=1110100BA2A0变化变化3.I/O3.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地址由地址由DIP6确定确定如高如高12位为位为03ExH（0000001

5、111100000）（课堂练习）（课堂练习）Y0端口地址为端口地址为03E0H,Y1端口地址？端口地址？/P=/Q/P=/Q（低电平）（低电平）3.I/O3.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 （2 2）开关选择译码）开关选择译码(使用灵活使用灵活)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用于地址译码的器件：用于地址译码的器件：nPLD（可编程逻辑器件）（可编程逻辑器件）nGAL（通用阵列逻辑）（通用阵列逻辑）nPLA（可编程阵列逻辑）（可编程阵列逻辑）nEPLD（可擦除可编程门阵列）（可擦除可编程门阵列）nFPLD（现场可编程门阵列）（现场

6、可编程门阵列）nCPLD（复杂可编程门阵列）（复杂可编程门阵列）n2.1.3 2.1.3 基于基于ISAISA总总线端口扩展线端口扩展1.1.板选译码与板选译码与板内译码板内译码（线路原理）（线路原理）板选译码板选译码板内译码板内译码2.1.3 2.1.3 基于基于ISAISA总线端口扩展总线端口扩展2.2.总线驱动及逻辑控制总线驱动及逻辑控制数据总线控制：数据总线控制：数据比较器输出数据比较器输出数据缓冲器使能数据缓冲器使能（74HCT68874HCT24574HCT68874HCT245）IORDIRIORDIR（数据读写方向）（数据读写方向）2.1.3 2.1.3 基于基于ISAISA总

7、线端口扩展总线端口扩展3.3.端口及其读写控制端口及其读写控制地址选通地址选通端口片选端口片选:/CS:/CSIORIOR、IOWIOW端口读写端口读写:/RD:/RD、/WR/WR习题2（P68）1.什么是接口、接口技术和过程通道？什么是接口、接口技术和过程通道？2.采用采用74LS244和和74LS273与与PC/ISA总线控制机接口，总线控制机接口，设计设计8路数字量（开关量）输入接口和路数字量（开关量）输入接口和8路数字量（开路数字量（开关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编关量）输出接口，请画出接口电路原理图，并分别编写数字量输入和输出程序。写数字量输入和输出程序。2.2 数

8、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2.2.2 数字量输入通道1.1.数字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)小功率输入调理电路小功率输入调理电路 (2)(2)大功率输入调理电路大功率输入调理电路2.2.3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

9、管输出驱动继电器电路 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2.2.3数字量输出通道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2.2.4 数字（开关）量输入/输出通道模板举例图图2-19 PCL-7302-19 PCL-730板卡组成框图板卡组成框图2.2.4 数字（开关）量输入/输出通道模板举例程序设计举例程序设计举例(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

10、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)outportb(Ox221outportb(Ox221，0 x55)0 x55)inportb(Ox220)inportb(Ox220)inportb(Ox221)inportb(Ox221)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，220

11、H220HIN ALIN AL，DX DX MOV AHMOV AH，ALALMOV DXMOV DX，221H221HIN ALIN AL，DXDX2.3模拟量输入接口与过程通道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2.3.2 信号调理和I/V变换1.1.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的电信号。信号调

12、理电路是传感器和A/DA/D之间以之间以及及D/AD/A和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。重要的组成部分。（1 1）非电信号的检测）非电信号的检测-不平衡电桥不平衡电桥（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2.3.2 信号调理和I/V变换1.1.信号调理电路信号调理电路2 2）AD526AD526可编程仪用放大器可编程仪用放大器AD526AD526是可通过软件对增益进行编程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的单端输入的仪用放大器，器

13、件本身所提供的增益是x lx l、x 2x 2、x x 4 4、x 8x 8、x16x16等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和TTLTTL数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。2.3.2 信号调理和I/V变换2.I/V2.I/V变换变换（1 1）无源）无源I/VI/V变换变换 （2 2）有源）有源I/VI/V变换变换2.3.3 多路转换器 多路转换器又称多路开关，多路开关是用来切换模拟电压信号的关键元件。图2-27 CD4051原理图2.3.4 采样、量化及采样保持器1.1.信

14、号的采样信号的采样2.2.量化量化 所谓量化，就是采用一组数码所谓量化，就是采用一组数码(如二进制码如二进制码)来逼近离散模来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字拟信号的幅值，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量化过程，执行量化动作的装置是信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是A/DA/D转换器。转换器。3.3.采样保持器采样保持器(1)(1)孔径时间和孔径误差的消除孔径时间和孔径误差的消除 (2)(2)采样保持原理采样保持原理 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

15、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。相反。2.3.5 A/D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通道模拟开关及通道选择逻辑通道模拟开关及通道选择逻辑 (2)8(2)8位位A/DA/D转换器转换器 (3)(3)三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器2 21212位位A/DA/D转换器转换器AD574AAD574A (1)12 (1)12位位A/DA/D转换器转换器 (2)(2)三态输出锁

16、存缓冲器三态输出锁存缓冲器 (3)(3)控制逻辑控制逻辑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2.3.6 模拟量输入通道模板举例图2-36 PCL-813B数据采集卡组成框图 2.3.6 模拟量输入通道模板举例1.PCL-813B 的寄存器地址2.程序设计举例 PCL-813B A/D 转换基于查询方式，由软件触发。A/D 转换器被触发后，利用程序检查A/D状态寄存器的数据准备位（DRDY）。如果检测到该位为“1”，则A/D 转换正在

17、进行。当A/D 转换完成后；该位变为低电平，此时转换数据可由程序读出。2.4 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2.4.2 D/A转换器及其接口技术1.81.8位位D/AD/A转换器接口转换器接口2.122.12位位D/AD/A转换器接口转换器接口2.4.3 单极性与双极性电压输出电路2.4.4 V/I变换1.1.集成集成V/IV/I转换器转换器ZF2B20ZF2B202.2.集成集

18、成V/IV/I转换器转换器AD694AD6942.4.5 模拟量输出通道模板举例图2-47 PCL-726板卡组成框图2.D/A 转换程序流程D/A 转换程序流程如下（以通道1为例）：（1）选择通道地址n=1（n=16）。（2）确定D/A高4位数据地址（基地址+00）。（3）置 D/A高4位数据(D3DO 有效)。（4）确定D/A低8位数据地址（基地址+01）。（5）置 D/A低8位数据并启动转换。3.程序设计举例PCL-726 的D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为12位，000H0FFFH分别对应输出0%100%，若输出50%，则对应的输出数字量为7FFH，设基地址为2

19、20H，D/A通道l输出50%的程序如下：C语言参考程序段如下：outportb(0 x220,0 x07)/D/A 通道l 输出50%outportb(0 x221,0 xff)汇编语言参考程序如下：（基地址为220H）：MOV AL，07H ；D/A 通道l 输出50%MOV DX，0220H OUT DX，AL MOV DX，0221H MOV AL，0FFH2.5 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 系统供电与接地技术系统供电与接地技术 所所谓谓干干扰扰，就就是是有有用

20、用信信号号以以外外的的噪噪声声或或造造成成计计算算机机设备不能正常工作的破坏因素。设备不能正常工作的破坏因素。克克服服干干扰扰的的措措施施：硬硬件件措措施施，软软件件措措施施，软软硬硬结结合合的措施的措施干扰的来源干扰的来源：外部干扰和内部干扰。：外部干扰和内部干扰。外外部部干干扰扰主主要要是是空空间间电电或或磁磁的的影影响响，环环境境温温度度、湿湿度等气象条件。度等气象条件。内内部部干干扰扰主主要要是是分分布布电电容容、分分布布电电感感引引起起的的耦耦合合感感应应，电电磁磁场场辐辐射射感感应应，长长线线传传输输的的波波反反射射，多多点点接接地地造造成成的的电电位位差差引引起起的的干干扰扰，寄

21、寄生生振振荡荡引引起起的的干干扰扰，甚甚至至元元器件产生的噪声。器件产生的噪声。分分布布电电容容：除除电电容容器器外外，由由于于电电路路的的分分布布特特点点而而具具有的电容叫分布电容。有的电容叫分布电容。分布电感分布电感：distributed inductancedistributed inductance。2.5.1 过程通道抗干扰技术1.1.串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法 (1)(1)串模干扰串模干扰 (2)(2)串模干扰的抑制方法串模干扰的抑制方法2.2.共模干扰及其抑制方法共模干扰及其抑制方法 (1)(1)共模干扰共模干扰 (2)(2)共模干扰的抑制方法共模干扰的抑制方法

22、变压器隔离变压器隔离 光电隔离光电隔离 浮地屏蔽浮地屏蔽 采用仪表放大器提高共模抑制比采用仪表放大器提高共模抑制比2.5.1 过程通道抗干扰技术1.1.串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法 (1)(1)串串模模干干扰扰：所所谓谓串串模模干干扰扰是是指指叠叠加加在在被被测测信信号号上上的的干扰噪声。也称为常态干扰。干扰噪声。也称为常态干扰。（2）串模干扰的抑制方法 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号滤波器来抑制高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来

23、抑制低频串模干扰；如果串模干频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。一般情扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。当当尖尖峰峰型型串串模模干干扰扰成成为为主主要要干干扰扰源源时时，用用双双积积分分式式A/DA/D转转换换器

24、器可可以以削削弱弱串串模模干干扰扰的的影影响响。因因为为此此类类转转换换器器是是对对输输入入信信号号的的积积分分值值进进行行测测量量，而而不不是是测测量量信信号号的的瞬瞬时时值值。若若干干扰扰信信号号是是周周期期性性的的而而积积分分时时间间又又为为信信号号周周期期或或信信号号周周期期的的整整数数倍倍，则则积积分分后后干干扰扰值值为为零零，对测量结果不产生误差。对测量结果不产生误差。对对于于串串模模干干扰扰主主要要来来自自电电磁磁感感应应的的情情况况下下，对对被被测测信信号号应应尽尽可可能能早早地地进进行行前前置置放放大大，从从而而达达到到提提高高回回路路中中的的信信号号噪噪声声比比的的目目的的

25、；或者尽可能早地完成模或者尽可能早地完成模/数转换或采取隔离和屏蔽等措施。数转换或采取隔离和屏蔽等措施。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。从选择逻辑器件入手，利用逻辑器件的特性来抑制串模干扰。采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个采用双绞线作信号引线的目的是减少电磁感应，并且使各个小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴小环路的感应电势互相呈反向抵消。选用带有屏蔽的双绞线或同轴电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。电缆做信号线，且有良好接地，并对测量仪表进行电磁屏蔽。2共模干扰及其抑制方法 所谓共模干扰是指模所谓共模干扰是指模

26、/数转换器两个输入端上公有的干扰电数转换器两个输入端上公有的干扰电压。共模干扰也称为共态干扰。压。共模干扰也称为共态干扰。被测信号被测信号U Us s的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在着一定的电位差之间往往存在着一定的电位差U Ucmcm 共模干扰示意图共模干扰示意图单端对地输入和双端不对地输入 对对于于存存在在共共模模干干扰扰的的场场合合，不不能能采采用用单单端端，对对地地输输入入方方式式，因因为为此此时时的的共共模模干干扰扰电电压压将将全全部部成成为为串串模模干干扰扰电电压压，如如左左图图所所示示。所所以以必必须须采采用用双双端端输

27、入输入不对地方式，如右图所示。不对地方式，如右图所示。Z ZS S、Z ZS1S1、Z ZS2S2为为信信号号源源USUS的的内内阻阻抗抗，Z ZC C、Z ZC1C1、Z ZC2C2为为输输入入电电路路的的输输入入阻阻抗抗。共共模模干干扰扰电电压压U Ucmcm对对两两个个输输入入端端形形成成两两个个电电流流回回路路，每每个个输输入入端端A A和和B B的的共共模模电压电压和和两个输入端之间的共模电压两个输入端之间的共模电压分别为：分别为：为为了了衡衡量量一一个个输输入入电电路路抑抑制制共共模模干干扰扰的的能能力力，常常用用共共模模抑抑制制比比CMRR(CommonCMRR(Common M

28、ode Mode Rejection Rejection Ratio)Ratio)来来表表示，即示，即 U Ucmcm是共模干扰电压，是共模干扰电压，U Un n是是U Ucmcm转化成的串模干扰电转化成的串模干扰电压。显然，对于单端对地输入方式，由于压。显然，对于单端对地输入方式，由于U Un n=U Ucmcm，所以，所以CMRR=0CMRR=0，说明无共模抑制能力。对于双端不对地输入方，说明无共模抑制能力。对于双端不对地输入方式来说，由式来说，由U Ucmcm引入的串模干扰引入的串模干扰U Un n越小，越小，CMRRCMRR就越大，所就越大，所以抗共模干扰能力越强。以抗共模干扰能力越强

29、。(2)共模干扰的抑制方法变压器隔离变压器隔离 利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也利用变压器把模拟信号电路与数字信号电路隔离开来，也就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压就是把模拟地与数字地断开，以使共模干扰电压cmcm不成回路，不成回路，从而抑制了共模干扰。另外，隔离前和隔离后应分别采用两组从而抑制了共模干扰。另外，隔离前和隔离后应分别采用两组互相独立的电源，切断两部分的地线联系。互相独立的电源，切断两部分的地线联系。光电隔离光电隔离 光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内光电耦合器是由发光二极管和光敏三极管封装在一个管壳内组成的，发光二极管两端为信号输入端

30、，光敏三极管的集电极和组成的，发光二极管两端为信号输入端，光敏三极管的集电极和发射极分别作为光电耦合器的输出端，它们之间的信号是靠发光发射极分别作为光电耦合器的输出端，它们之间的信号是靠发光二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。二极管在信号电压的控制下发光，传给光敏三极管来完成的。浮地屏蔽浮地屏蔽 采采用用浮浮地地输输入入双双层层屏屏蔽蔽放放大大器器来来抑抑制制共共模模干干扰扰，如如图图所所示示。这这是是利利用用屏屏蔽蔽方方法法使使输输入入信信号号的的“模模拟拟地地”浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。浮空，从而达到抑制共模干扰的目的。采用仪表放大器提高共模抑制比采用仪表放大器提

31、高共模抑制比 仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、仪表放大器具有共模抑制能力强、输入阻抗高、漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共漂移低、增益可调等优点，是一种专门用来分离共模干扰与有用信号的器件。模干扰与有用信号的器件。仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模仪表放大器将两个信号的差值放大。抑制共模分量是使用仪表放大器的唯一原因分量是使用仪表放大器的唯一原因 。AD620AD620（低功耗，低成本，集成仪表放大器），（低功耗，低成本，集成仪表放大器），还有还有AD623AD623等等等等.3.长线传输干扰及其抑制方法(1)(1)长线传输干扰长线传输干扰 长线的长线的“长长”是相对

32、的；是相对的；信号在长线中传输遇到三个问题：信号在长线中传输遇到三个问题：一是长线传输易受到外界干扰，一是长线传输易受到外界干扰，二是具有信号延时，二是具有信号延时，三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现三是高速度变化的信号在长线中传输时，还会出现波反射现象。（阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇波反射现象。（阻抗不连续，信号在传输线末端突然遇到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反到电缆阻抗很小甚至没有，信号在这个地方就会引起反射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种射。这种信号反射的原理，与光从一种媒质进入另一种媒质要引起反射是相似的。消除这种反射的方法，就必媒质要引起

33、反射是相似的。消除这种反射的方法，就必须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的须在电缆的末端跨接一个与电缆的特性阻抗同样大小的终端电阻，使电缆的阻抗连续。）终端电阻，使电缆的阻抗连续。）(2)长线传输干扰的抑制方法 采采用用终终端端阻阻抗抗匹匹配配或或始始端端阻阻抗抗匹匹配配，可可以以消消除除长长线线传传输输中中的波反射或者把它抑制到最低限度。的波反射或者把它抑制到最低限度。双绞线双绞线与与同轴电缆同轴电缆 双双绞绞线线的的波波阻阻抗抗一一般般在在100100至至200200之之间间，绞绞花花越越密密，波波阻阻抗越低。抗越低。终端匹配：终端匹配：始端匹配：始端匹配：2.5.2 CPU抗

34、干扰技术计算机控制系统的计算机控制系统的CPUCPU抗干扰措施：抗干扰措施：Watchdog(Watchdog(俗称看门狗俗称看门狗)电源监控电源监控(掉电检测及保护掉电检测及保护)复位复位 MAX1232MAX1232微处理器监控电路给微处理器提供辅微处理器监控电路给微处理器提供辅助功能以及电源供电监控功能。助功能以及电源供电监控功能。MAX1232MAX1232通过监控通过监控 微处理器系统电源供电微处理器系统电源供电及及监控软件的执行监控软件的执行，来增强，来增强电路的可靠性，它提供一个反弹的电路的可靠性，它提供一个反弹的(无锁的无锁的)手动复手动复位输入。位输入。另外常用的集成电路还有

35、另外常用的集成电路还有X5045X5045、IMP813IMP813等。等。1MAX1232的结构原理 MAX1232引脚图MAX1232内部原理图2MAX1232的主要功能(1)(1)电源监控电源监控(2)(2)按钮复位输入按钮复位输入 (3)(3)监控定时器监控定时器(Watchdog)(Watchdog)(1)电源监控电电压压检检测测器器监监控控V Vcccc。每每当当V Vcccc低低于于所所选选择择的的容容限限时时(5%(5%容容限限时时的的电电压压典典型型时时为为4 462V62V，10%10%容容限限时时的的电电压压典型时为典型时为4 437V)37V)就输出并保持复位信号。就输

36、出并保持复位信号。选择选择5%5%的容许极限时，的容许极限时，TOLTOL端接地；端接地；选择选择10%10%的容许极限时，的容许极限时，TOLTOL端接端接V Vcccc。当当V Vcccc恢恢复复到到容容许许极极限限内内，复复位位输输出出信信号号至至少少保保持持250ms250ms的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。的宽度，才允许电源供电并使微处理器稳定工作。(2)按钮复位输入 MAX1232MAX1232MAX1232MAX1232的的的的PBRSTPBRSTPBRSTPBRST端端端端靠靠靠靠手手手手动动动动强强强强制制制制复复复复位位位位输输输输出出出出，该该该该端端端端保保

37、保保持持持持t t t tPBDPBDPBDPBD是是是是按按按按钮钮钮钮复复复复位位位位延延延延迟迟迟迟时时时时间间间间，当当当当PBRSTPBRSTPBRSTPBRST升升升升高高高高到到到到大大大大于于于于一一一一定定定定的电压值后，复位输出保持至少的电压值后，复位输出保持至少的电压值后，复位输出保持至少的电压值后，复位输出保持至少250ms250ms250ms250ms的宽度。的宽度。的宽度。的宽度。一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动一个机械按钮或一个有效的逻辑信号都能驱动PBRST PBRST PB

38、RST PBRST，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了，无锁按钮输入至少忽略了1ms1ms1ms1ms的输入抖动，并的输入抖动，并的输入抖动，并的输入抖动，并且被保证能识别出且被保证能识别出且被保证能识别出且被保证能识别出20ms20ms20ms20ms或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该或更大的脉冲宽度。该PBRSTPBRSTPBRSTPBRST在在在在芯片内部被上拉到大约芯片内部被上拉到大约芯片内部被上拉到大约芯片内部被上拉到大约100A100A100A100A的的的的V V V Vcccccccc上，因而不需要附上，因而不需要附

39、上，因而不需要附上，因而不需要附加的上拉电阻。加的上拉电阻。加的上拉电阻。加的上拉电阻。(3)监控定时器(Watchdog)用于因干扰引起的系统用于因干扰引起的系统“飞程序飞程序”等出错的检等出错的检测和自动恢复。测和自动恢复。微处理器用一根微处理器用一根I/OI/O线来驱动输入线来驱动输入STST，微处理器，微处理器必须在一定时间内触发必须在一定时间内触发STST端端(其时间取决于其时间取决于TD)TD)，以，以便来检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件的便来检测正常的软件执行。如果一个硬件或软件的失误导致没被触发，在一个最小超时间间隔内，失误导致没被触发，在一个最小超时间间隔内，STST的

40、触发只能被脉冲的下降沿作用，这时的触发只能被脉冲的下降沿作用，这时MAX1232MAX1232的复的复位输出至少保持位输出至少保持250ms250ms的宽度。的宽度。监控电路监控电路MAX1232MAX1232的典型应用的典型应用2.5.3 系统供电与接地技术 1 1供电技术供电技术2 2接地技术接地技术 从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：从交流电网输入、直流输出的全过程，包括：1 1、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也、输入滤波器：其作用是将电网存在的杂波过滤，同时也阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。阻碍本机产生的杂波反馈到公共电网。2 2、整流与滤波：将电网交流电源直接

41、整流为较平滑的直流、整流与滤波：将电网交流电源直接整流为较平滑的直流电，以供下一级变换。电，以供下一级变换。3 3、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开、逆变：将整流后的直流电变为高频交流电，这是高频开关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。关电源的核心部分，频率越高，体积、重量与输出功率之比越小。4 4、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流、输出整流与滤波：根据负载需要，提供稳定可靠的直流电源。电源。(2)(2)电源异常的保护措施电源异常的保护措施 计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生计算机控制系统的供电不允许中断，一旦中断将会影响生产

42、。为此，可采用不间断电源产。为此，可采用不间断电源UPS UPS。UPSUPSUPSUPS自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有自身逆变器的输入直流总线和外接电池组均与用户原有的的的的48V48V48V48V通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生通信电源无任何直接的电气连接，所以不会对程控机产生任何传导干扰。任何传导干扰。任何传导干扰。任何传导干扰。输入电压偏高或偏低时，即转为电

43、池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电输入电压偏高或偏低时，即转为电池放电 。通过改进控制。通过改进控制。通过改进控制。通过改进控制器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。器的工作，可以减轻电池组放电的频率，减少电池损坏。2接地技术 (1)(1)地线系统分析地线系统分析 什么是地线？什么是地线？地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设地线有安全地和信号地两种。前者是为了保证人身安全、设备安全而设置的地线，后者是为了保证电路正确工作所设

44、置的地备安全而设置的地线，后者是为了保证电路正确工作所设置的地线，造成电路干扰现象的主要是信号地。在进行电磁兼容问题分线，造成电路干扰现象的主要是信号地。在进行电磁兼容问题分析时，对地线使用下面的定义：析时，对地线使用下面的定义：“地线是信号电流流回信号源的地线是信号电流流回信号源的地阻抗路径。地阻抗路径。”在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字在计算机控制系统中，一般有以下几种地线：模拟地、数字地、安全地、系统地、交流地。地、安全地、系统地、交流地。模模拟拟地地作作为为传传感感器器、变变送送器器、放放大大器器、A/DA/D和和D/AD/A转转换换器器中中模模拟电路的零电位。拟电

45、路的零电位。数数字字地地作作为为计计算算机机中中各各种种数数字字电电路路的的零零电电位位，应应该该与与模模拟拟地地分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。分开，避免模拟信号受数字脉冲的干扰。安安全全地地的的目目的的是是使使设设备备机机壳壳与与大大地地等等电电位位，以以避避免免机机壳壳带带电电而而影影响响人人身身及及设设备备安安全全。通通常常安安全全地地又又称称为为保保护护地地或或机机壳壳地地，机机壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。壳包括机架、外壳、屏蔽罩等。系系统统地地就就是是上上述述几几种种地地的的最最终终回回流流点点，直直接接与与大大地地相相连连。众众所所周周知知，地地球球是是导导体体而而且且体体积

46、积非非常常大大，因因而而其其静静电电容容量量也也非非常常大大，电电位位比比较较恒恒定定，所所以以人人们们把把它它的的电电位位作作为为基基准准电电位位，也也就就是是零零电电位。位。交流地交流地是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位是计算机交流供电电源地，即动力线地，它的地电位很不稳定。很不稳定。接地理论接地理论分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接分析，低频电路应单点接地，高频电路应就近多点接地。地。单点接地的单点接地的目的目的：是避免形成地环路，地环路产生的电流会引：是避免形成地环路，地环路产生的电流会引入到信号回路内引起干扰。入到信号回路内引起干扰。地环路产生的原因地环路产生

47、的原因：地环路干扰发生在通过较长电缆连接的相：地环路干扰发生在通过较长电缆连接的相距较远的设备之间，其产生的内在原因是设备之间的地线电位差，距较远的设备之间，其产生的内在原因是设备之间的地线电位差，地线电压导致了地环路电流，由于电路的非平衡性，地环路电流地线电压导致了地环路电流，由于电路的非平衡性，地环路电流导致对电路造成影响的差模干扰电压。导致对电路造成影响的差模干扰电压。回流法单点接地回流法单点接地：模拟地、数字地、安全地：模拟地、数字地、安全地(机壳地机壳地)的分别回的分别回流法。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由流法。回流线往往采用汇流条而不采用一般的导线。汇流条是由多

48、层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘层。采用多层汇多层铜导体构成，截面呈矩形，各层之间有绝缘层。采用多层汇流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。安全地流条以减少自感，可减少干扰的窜入途径。安全地(机壳地机壳地)始终始终与信号地与信号地(模拟地、数字地模拟地、数字地)是浮离开的。这些地之间只在最后汇是浮离开的。这些地之间只在最后汇聚一点，并且常常通过铜接地板交汇，然后用线径不小于聚一点，并且常常通过铜接地板交汇，然后用线径不小于300mm2300mm2的多股铜软线焊接在接地极上后深埋地下。的多股铜软线焊接在接地极上后深埋地下。(2)低频接地技术 一点接地方式一点接地方式两种接法：即串联接地两

49、种接法：即串联接地(或称共同接地或称共同接地)和并联接地和并联接地(或称分别接或称分别接地地)。各自的优缺点：从防止噪声角度看，如图所示的串联接地方式是最不适用的，由于地电阻r1、r2和r3是串联的，所以各电路间相互发生干扰。并联接地方式在低频时是最适用的，因为各电路的地电位只与本电路的地电流和地线阻抗有关，不会因地电流而引起各电路间的耦合。这种方式的缺点是需要连很多根地线，用起来比较麻烦。实用的低频接地实用的低频接地 一般在低频时用串联一点接地的综合接法，即在符合噪声一般在低频时用串联一点接地的综合接法，即在符合噪声标准和简单易行的条件下统筹兼顾。也就是说可用分组接法，标准和简单易行的条件下

50、统筹兼顾。也就是说可用分组接法，即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同即低电平电路经一组共同地线接地，高电平电路经另一组共同地线接地。地线接地。一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线一条是低电平电路地线；一条是继电器、电动机等的地线(称为称为“噪声噪声”地线地线)；一条是设备机壳地线；一条是设备机壳地线(称为称为“金属件金属件”地线地线)。这三条地线应在一点连接接地。这三条地线应在一点连接接地。(3)通道馈线（电缆）的接地技术 电电路路一一点点地地基基准准:如如图图所所示示的的将将信信号号源源与与输输入入放放大大器器分分别别接接地的方式是不正确的。地的方式是不正确的