第三章开关量输入输出通道详解.ppt

第三章 智能仪表的I/O接口 3.1 概述 3.2 开关量输入 3.3 开关量输出 3.4 模拟量输入 3.5 模拟量输出 3.1 概述3.1.1 I/O 接口的作用和分类 3.1.2 I/O 接口的基本功能 3.1.3 输入/输出的控制方式一、无条件传送方式 二、条件（查询式）传送方式 三、中断控制方式 3.2 开关量输入 3.2.1 作用 3.2.2 无条件传送式DI 3.2.2 无条件传送式DI 3.2.3 中断控制式DI 3.2.3 中断控制式DI 3.2.4 直接中断式DI 3.2.4 直接中断式DI 3.2.4 直接中断式DI 3.2.5 输入端口的保护 一、电平匹配 二、限电压保护 三、限电流保护 正温热敏电阻PTCR（自复保险丝）简介 四、隔离保护 四、隔离保护 1 光电耦合器 2 磁耦合器 3.3 开关量输出 3.3.1 开关量输出通道的一般结构 3.3.2 开关量输出的隔离 3.3.3 开关量输出的驱动 二、继电器 3.4 模拟量输入 3.4.0 模拟输入（Analog Input）电路一般性原理框图 3.4.1 I/V变换和限幅保护 3.4.2 模拟开关 3.4.3 信号放大 2 程控放大器 3 隔离放大器 3.4.4 采样/保持器 3.4.5 ADC 3.4.6 模入电路设计总结 3.5 模拟量输出 3.5.1 概述 3.5.2 模拟量输出方式 3.5.3 D/A转换器及其接口 一、DAC的工作原理 二、并行DAC与MCU的接口 三、信号隔离 3.5.4 PWM 习题 简述限流、限压保护电路中各元器件的作用。 1 工作原理 一、信号变换要求 线性放大：Y=KX+B 非线性放大： 对数型 开方型 其它：如热电偶信号 电源电压：决定输出信号范围,单双极性 输入失调及其温度漂移系数：决定电路精度 输入阻抗：输入阻抗不够高时要求信号源内阻很低 共模抑制比：共模抑制比低时不宜做差分出入和加减运算 带宽等。 二、放大器的主要参数 普通放大器：适合一般用途，价格低 带自校准功能的放大器：克服失调 仪用放大器：输入阻抗高，共模抑制比高 程控放大器：可以设置不同的放大倍数以适应不同的信号电压幅值 隔离放大器：实现仪表和现场的电气隔离，消除高共模电压的危害 特殊放大器：差分输出；对数输出… 三、放大器种类的选择 单片集成程控放大器LH0084 1 作用：保持快速变化信号的指定时刻的大小 2 原理： 1 选择时主要考虑的因素： MCU内置，还是外置 精度 速度 2 常用ADC的种类： 双积分型 10-14位 逐次比较型 8-12位 ∑??型 14-24位 尽量选用带有所需模拟电路的单片机，以简化电路，提高产品可靠性，降低成本； 如果可以，尽量用软件功能代替硬件功能。比如非线性信号的线性化； 模拟电路和数字电路尽可能分开，并把模拟地和数字地分开，选择合适的地方一点接地。 模入通道的精度是通道中各个环节共同决定的。选器件时应根据设计要求合理分配误差。 前面已经介绍了模拟信号的采集技术。相反，将微型机处理后的数字信号，用于控制执行机构时，就必须考虑输出信号的形式。实际的工程应用中，根据不同的受控对象和具体要求，信号输出可以有多种，如模拟量、开关量、数字量等。 本节研究模拟量输出。 智能仪器输出模拟量有两种主要方式： 数模转换器 权电阻网络/直接给出模拟电压 PWM 脉冲调宽，需接滤波器 DAC的输出： UO=-UR*D/(2N-1) * 智能仪表的输入输出接口是微处理器与外部世界联系的通道。包括： 开关量输入输出接口 模拟量输入输出接口 频率量输入输出接口 音频、视频信号输入输出接口等 本课程只介绍开关量输入输出接口和模拟量输入输出接口。 1、速度匹配： 锁存数据、传送联络信号。 2、信号调理： 信号类型、电平或正/负逻辑转换。 3、数据格式转换： 并-串转换、A/D、D/A转换。 4、信号隔离： 为防止外界高电压干扰信号入侵MCU而采取的电气隔离措施。 5、驱动放大： 放大驱动信号以驱动多个逻辑部件或大功率执行部件。 MCU I/O 外设 数据 数据 直接进行数据传送（接口电路十分简单） 查询状态 输入/输出数据 准备就绪？ Y N 先查询I/O设备当前状态，若准备就绪，则交换数据，否则循环查询状态。下图为输入端口的条件传送示意图。 优点：可协调外设和CPU的时间差别，接口电路较简单。 DB 单片机 AB 数 据 端 口 状 态 端 口 外 部 设 备 I/O接口 D0 译 码 器 R/W MCU I/O 接口 外设 数据 数据 状态 中断申请 INT1 当外设准备就绪，向CPU发出中断请求信号。CP