输入输出接口与过程通道.ppt

计算机控制技术Computer Controlled System 中南大学信息科学与工程学院 袁 艳 * 第二章　输入输出接口与过程通道 概　述 　　　 接口是计算机与外部设备交换信息的桥梁，它包括输入接口和输出接口。 　　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。 　　　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，根据信息的来源和类型不同，可以分为模拟量输入/输出通道（AI/AO），数字量（或开关量）输入/输出通道（DI/DO）四种。 　　　输出通道又称为控制通道。由于计算机输出的控制信号是数字量，而很多生产过程的执行机构却要求提供模拟电压或电流，这就必须采用模拟量输出通道，将数字量转换成模拟电压或电流。如果执行机构只要求提供数字量(如开关量、脉冲量或其他形式的数字量)，则应采用数字量输出通道。 　　　输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。 　1、过程通道的组成框图如图2.1所示。 　2、通道与接口 　　通道：信号变换电路； 　　接口：主机与外设的连接电路（信号传输控制电路）。 　3、显示、报警、时钟的作用 　　显示：指示运行状态； 　　报警：报告故障状态； 　　时钟：提供系统时钟。 2.1 数字量输入输出通道 2.1.1 数字量输入输出接口技术 　1、数字量 　　　数值量信号是以二进制的逻辑“1”和“0”出现的。如：开关的合与开，指示灯的亮与灭，继电器的吸合与释放，马达的启动与停止，阀门的打开与关闭等。 　　　开关量（数字量）的种类 　　　按类型分有电平式和触点式两种 　　　　电平式为高电平或低电平； 　　　　触点式为触点闭合或触点断开。 　　　数字脉冲列信号：如光电脉冲编码器检测速度、晶闸管的脉冲触发器等。 　特点：幅值离散，可用一位或多位二进制码表示。 　2、数字量输入接口 　缓冲器－防止外设数据干扰数据总线。 　　三态门缓冲器74LS244，用来取得设备的输入状态信息，可同时输入8个开关状态。 　实现：可用如下指令完成8个开关量的状态采集： MOV DX, port IN AL, DX 　　　其中port为片选端口的地址，在初始化程序中分配。 　　　三态门缓冲器74LS244用来隔离输入和输出线路，起缓冲作用。 3、数字量输出接口—锁存器 　　用74LS273作为8位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。保持到下次给出新的状态输出信号。 2.1.2 数字量输入通道 　1、数字量输入通道的结构 　　　如图2.2所示。主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码电路等组成。 　2、输入调理电路 　　　作用：将信号经转换、安全保护、消除抖动、滤波、隔离处理后转换成计算机能接收的逻辑信号。 　(1) 信号转换处理 　　　逻辑上表现为“1”或“0”，信号形式为电压、电流信号或开关的通断，幅值范围不符合数字电路的要求（标准TTL电平0~5V），需经转换处理。　 　(2) 安全保护措施 　　　对可能出现的输入过电压（稳压管）、瞬间尖峰（稳压管、压敏电阻）或极性接反（二极管）的情况，采取安全保护措施。 　(3) 消除机械抖动影响 　　　操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在通/断时会产生机械抖动，体现在计算机输入上是输入信号在0、1间多次振荡，可能导致错误控制。 　　　方法：积分电路或R-S触发器消除消除（P21图2.4所示）。 　(4)滤波处理 　　　长线传输、电路内外部干扰，使输入信号中带有干扰信号，造成计算机的误读出错。 　　　方法：RC滤波电路等。 　(5)隔离处理 　　　用于现场输入设备与计算机系统间的隔离保护，保障计算机系统安全。使测控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。价格低廉，可靠性好。 　　　方法：光电耦合器件隔离、变压器磁隔离。　 　　　光电耦合器又称光隔离器，能实现输入与输出之间隔离。它通过光传输信号，输入端为发光二极管，输出端为光敏三极管。当输入端有电流输入时，发光二极管会发光，输出端由于光敏效应三极管导通，产生相应的电信号。因为器件的输入和输出在电气上是绝缘的，故可以起到隔离干扰的作用。 　　　原理：光的有/无→光敏管的通/断→电位的高/低。 　光电耦合器的种类：一般隔离用光耦，交流用光耦，高速光耦(6N137系列)，PhotoMOS继电器(输出为MOSFET)。 　(6)应用实例 　　　小功率输入调理电路：如图2.4（P21）所示。 　　　大功率输入调理电路：如图2.5（P21）所示 。 2.1.3 数字量输出通道 　1、数字量输出通道的结构 　　　如图2.3所示。主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地