開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道ppt課件.ppt

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1、第二章開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道與人機(jī)接口2.1過(guò)程通道的分類2.2開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道2.3人機(jī)接口——鍵盤(pán)2.4人機(jī)接口——數(shù)字顯示方法習(xí)題為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或裝置的控制，需要將對(duì)象的各種測(cè)量參數(shù)按要求的方式送入計(jì)算機(jī)；經(jīng)計(jì)算機(jī)運(yùn)算處理后的數(shù)字信號(hào)也要變換成適合于對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或裝置進(jìn)行控制的形式。因此，在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間必須設(shè)置信息傳遞和變換的裝置，這種裝置就稱為過(guò)程輸入輸出通道，簡(jiǎn)稱為過(guò)程通道或I／O通道。一般來(lái)說(shuō)，計(jì)算機(jī)不會(huì)自主地工作，需要接收操作人員鍵入的指令，其運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果也需要顯示或打印，在現(xiàn)代大規(guī)?？刂葡到y(tǒng)中還應(yīng)有通信和數(shù)據(jù)存盤(pán)功

2、能，所有這些都是由人與計(jì)算機(jī)之間的連接裝置來(lái)完成的，我們稱這種裝置為人機(jī)接口。有了過(guò)程通道與人機(jī)接口，才能將人、計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程組成有機(jī)的整體，如圖2-1所示。圖2-1過(guò)程通道與人機(jī)接口過(guò)程通道與人機(jī)接口是每個(gè)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中都必須具有的重要組成部分，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，許多精力都花費(fèi)在過(guò)程通道和人機(jī)接口的設(shè)計(jì)或選擇上。許多控制計(jì)算機(jī)生產(chǎn)廠家都設(shè)計(jì)和生產(chǎn)了各種各樣的I／O模塊供選用，近年來(lái)還出現(xiàn)了硬件卡+軟件驅(qū)動(dòng)程序(driver)等應(yīng)用更為方便的產(chǎn)品。這一章我們主要介紹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中過(guò)程通道的分類、開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道與人機(jī)接口的設(shè)計(jì)

3、及應(yīng)用方法。有關(guān)模擬量輸入輸出通道將在第四章討論。2.1過(guò)程通道的分類過(guò)程通道包括模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道。(1)模擬量輸入通道：主要功能是將隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬輸入信號(hào)經(jīng)檢測(cè)、變換和預(yù)處理，最終變換為數(shù)字信號(hào)送入計(jì)算機(jī)。常見(jiàn)的模擬量有壓力、溫度、液體流量和成分等。(2)模擬量輸出通道：它將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為連續(xù)的電壓或電流信號(hào)，經(jīng)功率放大后送到執(zhí)行部件對(duì)生產(chǎn)過(guò)程或裝置進(jìn)行控制。(3)數(shù)字量輸入通道：也稱開(kāi)關(guān)量輸入通道。凡是以電平高低和開(kāi)關(guān)通斷等兩位狀態(tài)表示的信號(hào)統(tǒng)稱為數(shù)字量或開(kāi)關(guān)量。主要有三種形

4、式：一種是以若干位二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)字量，它們并行輸入到計(jì)算機(jī)，如撥碼盤(pán)開(kāi)關(guān)輸出的BCD碼等；另一種是僅以一位二進(jìn)制數(shù)表示的開(kāi)關(guān)量，如啟停信號(hào)和限位信號(hào)等；還有一種是頻率信號(hào)，它是以串行形式進(jìn)入計(jì)算機(jī)的，如來(lái)自轉(zhuǎn)速表，渦輪流量計(jì)、感應(yīng)同步器等信號(hào)。這些信號(hào)都要通過(guò)數(shù)字量輸入通道進(jìn)入計(jì)算機(jī)。(4)數(shù)字量輸出通道：有的執(zhí)行部件只要求提供數(shù)字量，例如步進(jìn)電機(jī)，控制電機(jī)啟停和報(bào)警信號(hào)等，這時(shí)應(yīng)采用數(shù)字量輸出通道。應(yīng)該注意，過(guò)程通道分類是以經(jīng)過(guò)通道的信號(hào)形式來(lái)劃分的，并不以連續(xù)的對(duì)象來(lái)劃分，如模擬對(duì)象的模擬量可以轉(zhuǎn)換為頻率信號(hào)(V—F變換)連接于數(shù)字輸入通

5、道；同樣，數(shù)字輸出通道完全可以接直流電動(dòng)機(jī)，組成脈沖調(diào)寬控制(PWM)。2.2開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道2．2．1開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道的一般結(jié)構(gòu)形式開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道一般由三部分組成：CPU接口邏輯、輸入緩沖器和輸出鎖存器、輸入輸出電氣接口(亦即開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理和輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路)。一般情況下，各種開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道的前兩部分往往大同小異，所不同的主要在于輸入輸出(I／O)電氣接口。典型的開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。圖2-2典型的開(kāi)關(guān)量輸入輸出通道結(jié)構(gòu)圖1．CPU接口邏輯這部分電路一般由數(shù)據(jù)總線緩沖器／驅(qū)動(dòng)器、輸入輸出口地址譯碼器、讀寫(xiě)等控制信

6、號(hào)組成。2．輸入緩沖器和輸出鎖存器輸入緩沖器是對(duì)外部輸入的信號(hào)起緩沖、加強(qiáng)以及選通的作用，CPU通過(guò)讀緩沖器讀入數(shù)據(jù)。輸出鎖存器的作用是鎖存CPU送來(lái)的輸出數(shù)據(jù)，供外部設(shè)備使用。輸入緩沖器和輸出鎖存器可以使用各種可編程的外圍接口電路，如8255、8155等，也可以使用簡(jiǎn)單的中小規(guī)模集成電路，如74LS240、74LS244、74LS245、74LS273、74LS377等。3．輸入輸出電氣接口典型的開(kāi)關(guān)量輸入輸出電氣接口的功能主要是濾波、電平轉(zhuǎn)換、隔離和功率驅(qū)動(dòng)等，關(guān)于這些內(nèi)容，將在后面詳細(xì)介紹。2．2．2開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)的調(diào)理開(kāi)關(guān)量輸入通道

7、的基本功能就是接收外部的狀態(tài)信號(hào)，這些狀態(tài)信號(hào)是以邏輯“1”或邏輯“0”出現(xiàn)的，其信號(hào)的形式可能是電壓、電流或開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)。在有些情況下，外部輸入的信號(hào)可能會(huì)引起瞬時(shí)的高電壓、過(guò)電壓、接觸抖動(dòng)以及噪聲等干擾。為了將外部的開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，必須將現(xiàn)場(chǎng)輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能接收的邏輯信號(hào)，這就是開(kāi)關(guān)量輸入信號(hào)調(diào)理的任務(wù)。下面針對(duì)不同的情況分別介紹相應(yīng)的調(diào)理方法。1．信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(1)電壓或電流轉(zhuǎn)換電路如圖2-3(a)所示，可根據(jù)電壓或電流的大小選擇電阻R1和R2。(2)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)型信號(hào)輸入電路如圖2-3(b

8、)所示,這種電路使得開(kāi)關(guān)的通和斷變成輸出電平的高和低。圖2-3信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(a)電壓或電流輸入；(b)開(kāi)關(guān)觸點(diǎn)輸入圖2-4RC低通濾