輸入輸出接口與過(guò)程通道

1、第2章 輸入輸出接口與過(guò)程通道 接口：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁，包接口：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的橋梁，包括輸入和輸出接口。括輸入和輸出接口。 接口技術(shù)：研究計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的接口技術(shù)：研究計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的技術(shù)。技術(shù)。 過(guò)程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息過(guò)程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間設(shè)置的信息傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。（傳送和轉(zhuǎn)換的連接通道。（AI、AO、DI、DO） 2.1.1 數(shù)字量輸入輸出接口 1、數(shù)字量輸入接口 三態(tài)門(mén)緩沖器74LS244 MOV DX, port IN AL,DXMOV DX, 00H IN AL,DX2、數(shù)字量輸出接口 鎖存器74LS273

2、 利用IOW上 升沿鎖存 MOV AL,DATA MOV DX, port OUT DX,ALMOV AL,DATA MOV DX, 00H OUT DX,AL輸 入 調(diào) 理 電 路輸 入 緩 沖 器地址譯碼器生 產(chǎn) 過(guò) 程P C 總 線2.1.2 數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)輸入調(diào)理電路 把現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離轉(zhuǎn)換成 計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)。 小功率輸入調(diào)理電路 開(kāi)關(guān)去抖電路 積分電路 AOAOOA1 RS觸發(fā)器 去抖 RS觸發(fā)器 “ 1” 負(fù)脈沖 “ 0” 高電平大功率輸入調(diào)理電路采用光電隔離輸 出 驅(qū) 動(dòng) 器輸 出 鎖 存 器地址譯碼器生 產(chǎn) 過(guò) 程P C 總 線2.1

3、.3 數(shù)字量輸出通道1、數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)2、輸出驅(qū)動(dòng)電路小功率直流驅(qū)動(dòng)電路 功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路 續(xù)流二極管在功率晶體管關(guān)閉時(shí)，為繼電器線圈產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)提供旁路通道，保護(hù)晶體管。 達(dá)林頓陣列輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路 MC1416，7路驅(qū)動(dòng)，帶保護(hù)二極管 大功率直流驅(qū)動(dòng)電路 固態(tài)繼電器。零交叉電路在交流電過(guò)零時(shí)產(chǎn)生 觸發(fā)信號(hào)，減少干擾。 2.2 A/D轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù)常用常用A/D轉(zhuǎn)換方式：轉(zhuǎn)換方式： 逐次逼近型：轉(zhuǎn)換時(shí)間短，抗擾性差（電壓比逐次逼近型：轉(zhuǎn)換時(shí)間短，抗擾性差（電壓比較）較） ADC0809（8位），位），AD574（12位位） 雙斜積分型：轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗擾性好（積分）雙斜積

4、分型：轉(zhuǎn)換時(shí)間長(zhǎng)，抗擾性好（積分） MC14433（11位位），），ICL7135（14位）位） 全并行比較型（全并行比較型（Flash型）：采用多個(gè)比較器，型）：采用多個(gè)比較器，速度極高，電路規(guī)模大，成本高。速度極高，電路規(guī)模大，成本高。 分級(jí)型：減少并行比較分級(jí)型：減少并行比較ADC的位數(shù)，分級(jí)多次的位數(shù)，分級(jí)多次轉(zhuǎn)換，減小電路規(guī)模，保持較高速度。轉(zhuǎn)換，減小電路規(guī)模，保持較高速度。 -型（過(guò)采樣轉(zhuǎn)換器）：高速型（過(guò)采樣轉(zhuǎn)換器）：高速1bit DAC+數(shù)字?jǐn)?shù)字濾波，轉(zhuǎn)換成低采樣率高位數(shù)字，分辨率高。濾波，轉(zhuǎn)換成低采樣率高位數(shù)字，分辨率高。A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)： 轉(zhuǎn)換時(shí)間：積分型轉(zhuǎn)換時(shí)間

5、：積分型 毫秒級(jí)，逐次比較毫秒級(jí)，逐次比較 微秒級(jí)，微秒級(jí)， 全并行全并行 納秒級(jí)。納秒級(jí)。 分辨率：數(shù)字量位數(shù)分辨率：數(shù)字量位數(shù)n。 LSB（最低有效位）滿量程的（最低有效位）滿量程的1/2n.線性誤差：量程范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換線性誤差：量程范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差，通常為特性的最大誤差，通常為1/2LSB或或1LSB 量程：能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。量程：能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。 對(duì)基準(zhǔn)電源的要求：電源精度。對(duì)基準(zhǔn)電源的要求：電源精度。2.2.1 A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 8位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0809 帶帶8通道模擬開(kāi)關(guān)的通道模擬開(kāi)關(guān)的8位逐次逼近位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換

6、時(shí)間100us, 誤差誤差1/2LSB 8通道模擬開(kāi)關(guān)及通道選擇通道模擬開(kāi)關(guān)及通道選擇 地址鎖存信號(hào)地址鎖存信號(hào)ALE 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：轉(zhuǎn)換啟動(dòng)：START收到正脈沖收到正脈沖 轉(zhuǎn)換結(jié)束：轉(zhuǎn)換結(jié)束：EOC從低電平變?yōu)楦唠娖綇牡碗娖阶優(yōu)楦唠娖?基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓：VREF(+)=5.12V, VREF(-)=0VCBA通道000VIN0001VIN1 111VIN7 轉(zhuǎn)換時(shí)序 12位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD547A 單通道單通道12位逐次逼近位逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間25us, 誤差誤差1/2LSB，單極性或雙極，單極性或雙極 性輸入，量程性輸入，量程10V或或20V。單、雙極性應(yīng)

7、用 單極性：BIP OFF接0V 雙極性：BIP OFF接10V轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出： 引腳12/8=1：D11-D0并行輸出； 引腳12/8=0：D11-D8和D7-D0分時(shí)輸出； 控制邏輯 CECSR/C12/8A0操作功能100X0啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換10001啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換1011X輸出12位數(shù)字10100輸出高8位數(shù)字10101輸出低4位數(shù)字0XXXX無(wú)操作X1XXX無(wú)操作轉(zhuǎn)換進(jìn)行：STS為高電平 轉(zhuǎn)換結(jié)束：STS從高電平轉(zhuǎn)為低電平 轉(zhuǎn)換時(shí)序： 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換時(shí)序：讀2.2.2 A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)ADC0809與8255A接口 8255A的A口工作方式0。 A口為數(shù)據(jù)輸入端 C口上半部分為輸入，下半部分為

8、輸出。 PC0-PC2 通道地址ABC PC3 ALE和START，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 PC7 OE和EOC，檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束 8255A系統(tǒng)地址2C0H2C3H。 ADC0809PROC NEAR MOV CX,8 ; 循環(huán)次數(shù)循環(huán)次數(shù) CLD ; DI自動(dòng)增量自動(dòng)增量 MOV BL,00H ;模擬通道地址模擬通道地址 LEA DI,DATABUF ；字串存儲(chǔ)地址；字串存儲(chǔ)地址 NEXTA: MOV DX,02C2H MOV AL,BL OUT DX,AL INC DX MOV AL,00000111B；輸出啟動(dòng)信號(hào)，上升沿；輸出啟動(dòng)信號(hào)，上升沿鎖存地址鎖存地址 NOP NOP NOP MOV AL,00

9、001110B；使；使OE=0，開(kāi)放輸出數(shù)據(jù)，開(kāi)放輸出數(shù)據(jù)鎖存器鎖存器OUT DX,AL DEC DX NOSC:IN AL, DX; 檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) TEST AL,80H JZ NOSC; EOC=0, 則等待，檢測(cè)則等待，檢測(cè)EOC下降沿下降沿 NOEOC: IN AL, DX; TEST AL,80H JNZ NOSC; EOC=1, 則等待，檢測(cè)則等待，檢測(cè)EOC上升沿，上升沿，轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束 MOV DX,02C0H; 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 IN AL,DX STOS DATABUF; 保存結(jié)果保存結(jié)果 INC BL; 修改模擬通道地址修改模擬通道地址 CX-1

10、LOOP NEXTARET ADC0809 ENDPAD574與8255A接口 AD574的12/8接5V，A0接地，工作于12位 轉(zhuǎn)換和讀出方式。 8255A的A口、B口工作方式0，數(shù)據(jù)輸入端 C口上半部分為輸入，下半部分為輸出。 PC0-PC2 R/C，CS，CE PC7 STS，檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束 8255A系統(tǒng)地址2C0H2C3H。 MOV DX,02C2H; 令令CS,R/C為低電平為低電平 MOV AL,00H OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,04H； 令令CE=1, 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 OUT DX,AL NOP NOP MOV AL,03H；令；令CE=0，CS, R

11、/C1，啟動(dòng)完畢，啟動(dòng)完畢 OUT DX,AL POLLING:IN AL,DX; 查詢查詢STS狀態(tài)狀態(tài) TEST AL,80H JNZ POLLING; STS=1 則等待，檢測(cè)下降沿（轉(zhuǎn)換則等待，檢測(cè)下降沿（轉(zhuǎn)換結(jié)束）結(jié)束） MOV AL,01H；令；令CS0,R/C1, 準(zhǔn)備讀準(zhǔn)備讀OUT DX,AL NOP MOV AL,05H; 令令CE=1,允許讀出允許讀出 OUT DX,AL MOV DX,02C0H IN AL,DX ; 讀高讀高4位位DB11-DB8; AND AL, 0FH MOV BH,AL；存高；存高4位位 INC DX IN AL,DX ；讀低；讀低8位位DB7-D

12、B0 MOV BL,AL INC DX MOV AL,03HOUT DX,AL; 結(jié)束讀出操作結(jié)束讀出操作第二章 輸入輸出接口于過(guò)程通道2.3 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道把模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)，送入計(jì)算機(jī)中。 模擬信號(hào)傳輸010mA或420mA電流傳輸。2.3.1 模擬量輸入通道結(jié)構(gòu)2.3.2 I/V變換 電流輸出 儀表DDZ-：010mA 儀表DDZ-,DDZ-S：420mA 無(wú)源I/V變換（利用無(wú)源器件完成） 010mA:R1 100 R2 500 05V輸出 420mA:R1 100 R2 250 15V輸出有源I/V變換（利用有源器件完成） 010mA:R1 200 R3

13、100k R4 150k 05V輸出 420mA:R1 200 R3 100k 同相放大器倍數(shù) A=1+R4/R3 R4 25k 15V輸出 2.3.3 多路轉(zhuǎn)換器 多路開(kāi)關(guān)理想工作狀態(tài)：開(kāi)路電阻無(wú)窮大，導(dǎo)通電阻為0。要求切換速度快。 舉例：CD40518通道開(kāi)關(guān) INH 禁止輸入2.3.4 采樣、量化及常用的采樣保持器 信號(hào)的采樣 采樣過(guò)程：以周期時(shí)間間隔T，把時(shí)間與幅值連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)檫B串脈沖輸出信號(hào)。 為采樣寬度，即K閉合的時(shí)間。香農(nóng)采樣定量：若信號(hào)的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f 2 fmax，采樣信號(hào)就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。 量化 量化：用一組數(shù)碼逼近離散模擬信號(hào) 的幅值。 量化

14、過(guò)程：模擬信號(hào)數(shù)字信號(hào)。 量化單位：A/D轉(zhuǎn)換器的最低有效位LSB對(duì)應(yīng)的模擬量。 q=(ymax-ymin)/(2n-1) 量化誤差： 1/2q采樣保持器 孔徑時(shí)間tA/D：完成一次A/D轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。 孔徑誤差：采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。 孔徑誤差的消除：采用采樣保持器 孔徑時(shí)間內(nèi)，信號(hào)的變化導(dǎo)致轉(zhuǎn)換誤差，A/D轉(zhuǎn)換器需要采樣保持器來(lái)提高輸入信號(hào)的頻率范圍。 采樣保持器：把t=KT時(shí)刻的采樣值保持到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。 采樣：K閉合，CH快速充電，VOUT跟隨VIN 保持：K斷開(kāi)，VOUT保持VC 緩慢變化的信號(hào)無(wú)需采樣保持器 LF398 采樣保持控制引腳8：高電平，采樣 ;低電平，保持 ; C

15、H外接高品質(zhì)電容，其減小可以提高采樣頻率。獲取時(shí)間：CH為0.01uF時(shí), 時(shí)間為25us2.3.5 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)器件：AD547A, LF398, CD4051,8255A 指標(biāo)8通道模擬量輸入 12位A/D轉(zhuǎn)換（25us)，量程010V 查詢應(yīng)答方式 電路邏輯： 通道選擇-PC0-PC2, 通道禁止-PC3 LF398采樣和保持-ADC547的STS+反相器 AD547A的R/C, CS, CE -PC4-PC6 轉(zhuǎn)換狀態(tài)檢測(cè)STS-PA7 數(shù)據(jù)輸入：高4位-PA0-PA3，低8位-B口AD574APROC NEAR CLD LEA DI,BUF MOV BL,00000000B;

16、令CE，CS, R/C, INH=0,初始化 MOV CX,8 ADC:MOV DX,2C2H ; C口地址 MOV AL,BL OUT DX,AL; 選擇多路開(kāi)關(guān)，STS=0, LF398采樣 NOP NOP OR AL,01000000B； 令CE=1, 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換A/D OUT DX,AL； AND AL,10111111B； 令CE=0, 形成啟動(dòng)脈沖 OUT DX,AL； MOV DX,2C0H; A口地址PULLINGIN AL,DX ； 測(cè)試STS，看轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 TEST AL,80H JNZ PULLING ；轉(zhuǎn)換期間 STS1，LF398保持 MOV AL,BL； OR AL

17、,00010000B; 轉(zhuǎn)換結(jié)束，令R/C1，準(zhǔn)備讀 MOV DX,2C2H; OUT DX,AL OR AL,01000000B;令 CE, R/C1，開(kāi)始讀 MOV DX,2C0H ; 讀A口高4位 IN AL,DX AND AL,0FH MOV AH,AL ；高4位存在AH INC DX; 讀B口低8位 IN AL,DX ；低8位存在AL STOSW; 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)INC BL; 更換通道LOOP ADC MOV AL,00111000B; CE=0，CS, R/C, INH=1, 芯片復(fù)位 MOV DX,2C2H OUT DX,AL RET AD574A ENDP 模擬量輸入通道模板舉例數(shù)

18、據(jù)采集卡組成框圖2.4 D/A轉(zhuǎn)換器及接口技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo) 分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。 建立時(shí)間：輸入數(shù)字信號(hào)的變化是滿量程時(shí)， 輸出信號(hào)達(dá)到離終值 1/2LSB的所需時(shí)間。 線性誤差：偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。 常見(jiàn)D/A轉(zhuǎn)換器類型： 電流輸出型，通常要轉(zhuǎn)為電壓，速度因外接放大器有滯后。 電壓輸出形，速度快，僅用于高阻抗負(fù)載。 乘算型，在基準(zhǔn)電壓輸入上加交變信號(hào)，能輸出數(shù)字輸入和基準(zhǔn)電壓輸入相乘的結(jié)果，完成乘法運(yùn)算。 1 bit D/A轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字值轉(zhuǎn)換為脈沖寬度調(diào)制或頻率調(diào)制的輸出，然后用數(shù)字濾波器作平均化而得到電壓輸出(又稱位流方式)。 2.4.1 D/A轉(zhuǎn)

19、換器 8位D/A轉(zhuǎn)換器ADC0832 8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖 存器，分別由LE1，LE2控制。 高電平：寄存器直通 低電平：寄存器鎖存 引腳說(shuō)明： DI0-DI7：數(shù)字輸入 IOUT1,IOUT2：電流輸出， IOUT1+IOUT2=C ILE：輸入寄存器鎖存允許 WR1：控制輸入寄存器 WR2：控制DAC寄存器 XFER：控制DAC寄存器 XFER， WR2地用于多個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的同步，通常接地，這時(shí)DAC寄存器直通。 Rfb反饋電阻端，VREF參考電壓。 DAC0832單緩沖形式： XFER， WR2接地，ILE接高電平， WR1接I/O控制，C

20、S接 譯碼，2個(gè)寄存器中只有輸入寄存器有效。12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210 12位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器 內(nèi)部具有兩個(gè)鎖存器：輸入鎖存器和DAC鎖 存器，分別由LE控制。 BYTE1/BYTE2輸入控制端 高電平：DI0-DI11同時(shí)鎖存到輸入寄存器 低電平：DI0-DI3鎖存到4位輸入寄存器 DAC寄存器的鎖存控制端LE 高電平：QD，輸入寄存器與DAC寄存器 直通 低電平：DAC寄存器鎖存 WR1,WR2,CS,XFER ,Rfb,VREF與DAC0832相同2.4.2 D/A轉(zhuǎn)換接口技術(shù) DAC0832與XT總線接口 DAC0832工作方式為單緩沖寄存器。 用反相放大器把輸出電流轉(zhuǎn)換為

21、負(fù)極性電壓 工作過(guò)程： 1. 端口地址+IOW有效- CS有效 - LE1高電平 - 輸入寄存器直通 - 輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。 2. IOW變高- CS變高 - LE1低電平 - 輸入寄 存器鎖存 - D/A轉(zhuǎn)換輸出保持。 程序，端口地址300H。 MOV DX,300H MOV AL,7FH OUT DX,AL HLT 電流輸出端IOUT1,IOUT2的電位應(yīng)接近0，以 保證運(yùn)放輸出的線性。DAC1210與XT總線接口 譯碼器對(duì)端口300H，301H，302H分別產(chǎn)生 Y0， Y1 ， Y2用于DAC的控制。 CS接地 8位輸入寄存器：XT總線D0-D7 4位輸入寄存器：XT總線D4-D

22、7 輸出端用反相放大器把差動(dòng)電流轉(zhuǎn)換為電壓 ,經(jīng)倒相后變?yōu)檎龢O性電壓輸出。 工作過(guò)程： 1. 鎖存高8位數(shù)據(jù)：Y0有效- BYTE1/BYTE2 高電平-當(dāng) IOW 有效- D0-D7 鎖入8位輸入寄 存器， D4-D7 鎖入4位輸入寄存器。 2.鎖存低4位數(shù)據(jù)： Y1有效- BYTE1/BYTE2 低電平-當(dāng) IOW 有效- D4-D7 鎖入4位輸入寄存器。 3.輸入寄存器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器： Y2有效- XFER 低電平-當(dāng) IOW 有效-輸入寄存器數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器，并開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換。 4. DAC寄存器鎖存， D/A 輸出保持： Y2, IOW 變高電平-DAC寄存器鎖存數(shù)據(jù)，保

23、持D/A轉(zhuǎn) 換輸出。 程序 MOV DX,300H; Y0有效 MOV AL,83H； 高8位數(shù)據(jù) OUT DX,AL MOV DX,301H; Y1有效 MOV AL,0F0H； 低4位數(shù)據(jù) OUT DX,AL MOV DX,302H；Y2有效 OUT DX,AL； 進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 HLT2.5 模擬量輸出通道 模擬量輸出通道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或電流信號(hào)，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，從而達(dá)到控制的目的。 一般由接口電路、D/A轉(zhuǎn)換器、V/I變換等組成。2.5.1 2.5.1 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)型式模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)型式1、一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型式、一個(gè)通道設(shè)置

24、一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型式 2. 多個(gè)通路共用一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型式多個(gè)通路共用一個(gè)數(shù)模轉(zhuǎn)換器的型式2.5.2 單極性與雙極性電壓輸出電路單極性與雙極性電壓輸出電路2.5.3 V/I變換1.集成集成V/I轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ZF2B202.2.集成集成V/IV/I轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD694AD694模擬量輸出通道設(shè)計(jì)模擬量輸出通道設(shè)計(jì) 8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器接口 DOUT PROC NEAR MOV DX,300H MOV CX, 8 MOV AH,0 MOV BX,OFFSET BUFNEXT: MOV AL,BX OUT DX,AL INC DX MOV AL,AH OUT DX,AL CAL

25、L DELAY INC AH DEC AX INC BX LOOP NEXT RETDOUT ENDP1212位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器接口模擬量輸出通道模板舉例PCL-726板卡組成框圖（1）選擇通道地址n=1（n=16）。（2）確定D/A高4位數(shù)據(jù)地址（基地址+00）。（3）置 D/A高4位數(shù)據(jù)(D3DO 有效 )。（4）確定D/A低8位數(shù)據(jù)地址（基地址+01）。（5）置 D/A低8位數(shù)據(jù)并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換。基于串行總線的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)硬件技術(shù)基于RS-485的分布式測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖RS-485串行總線由于平衡差分傳輸特性具有的干擾性好、傳輸距離遠(yuǎn) 、有較大級(jí)聯(lián)能力等特點(diǎn)，非常適合于組成工業(yè)級(jí)

26、的多機(jī)通信系統(tǒng)。在各種工業(yè)儀器、儀表大量使用的今天，RS-485總線得到了廣泛的應(yīng)用。 作業(yè) P62 2.1, 2.2, 2.3 2.6 硬件抗干擾技術(shù)2.6.1 2.6.1 過(guò)程通道抗干擾技術(shù)過(guò)程通道抗干擾技術(shù)2.6.2 CPU2.6.2 CPU抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)2.6.3 2.6.3 系統(tǒng)供電與接地技術(shù)系統(tǒng)供電與接地技術(shù) 所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)所謂干擾，就是有用信號(hào)以外的噪聲或造成計(jì)算機(jī)設(shè)備不能正常工作的破壞因素。設(shè)備不能正常工作的破壞因素。 克服干擾的措施：硬件措施，軟件措施，軟硬結(jié)合克服干擾的措施：硬件措施，軟件措施，軟硬結(jié)合的措施的措施干擾的來(lái)源：外部干擾和內(nèi)

27、部干擾。干擾的來(lái)源：外部干擾和內(nèi)部干擾。 外部干擾外部干擾主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕主要是空間電或磁的影響，環(huán)境溫度、濕度等氣象條件。度等氣象條件。 內(nèi)部干擾內(nèi)部干擾主要是分布電容、分布電感引起的耦合感主要是分布電容、分布電感引起的耦合感應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造應(yīng)，電磁場(chǎng)輻射感應(yīng)，長(zhǎng)線傳輸?shù)牟ǚ瓷?，多點(diǎn)接地造成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元成的電位差引起的干擾，寄生振蕩引起的干擾，甚至元器件產(chǎn)生的噪聲。器件產(chǎn)生的噪聲。 分布電容：除電容器外，由于電路的分布特點(diǎn)而具分布電容：除電容器外，由于電路的分布特點(diǎn)而具有的電容叫分布電容。有的電容叫分布電容

28、。 分布電感：分布電感：distributed inductancedistributed inductance。高壓電纜閃電雷達(dá)、電臺(tái)等天線發(fā)射 微機(jī)控制系統(tǒng)地電位波動(dòng)電機(jī)、電焊機(jī)等大用電設(shè)備引入噪聲交流動(dòng)力線交流動(dòng)力線 圖 2-1 外部干擾環(huán)境內(nèi)部干擾環(huán)境內(nèi)部干擾環(huán)境干擾的傳播途徑干擾的傳播途徑干擾傳播的途徑主要有三種：干擾傳播的途徑主要有三種：靜電耦合，磁靜電耦合，磁場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。場(chǎng)耦合，公共阻抗耦合。1靜電耦合靜電耦合圖 2-3 導(dǎo)線之間的靜電耦合 導(dǎo)線1 導(dǎo)線2C12C1gU1C2gRUn 靜電耦合是電場(chǎng)通過(guò)電容耦合途徑竄入其它線靜電耦合是電場(chǎng)通過(guò)電容耦合途徑竄入其它線路的。

29、兩根并排的導(dǎo)線之間會(huì)構(gòu)成分布電容，路的。兩根并排的導(dǎo)線之間會(huì)構(gòu)成分布電容，如印制線路板上印制線路之間、變壓器繞線之如印制線路板上印制線路之間、變壓器繞線之間都會(huì)構(gòu)成分布電容。間都會(huì)構(gòu)成分布電容。 圖圖2-32-3給出兩根平行導(dǎo)線之間靜電耦合的示意給出兩根平行導(dǎo)線之間靜電耦合的示意電路，電路，Cl 2Cl 2是兩個(gè)導(dǎo)線之間的分布電容，是兩個(gè)導(dǎo)線之間的分布電容，C1gC1g、C2gC2g是導(dǎo)線對(duì)地的電容，是導(dǎo)線對(duì)地的電容，R R是導(dǎo)線是導(dǎo)線2 2對(duì)地電阻。對(duì)地電阻。如果導(dǎo)線如果導(dǎo)線1 1上有信號(hào)上有信號(hào)U1U1存在，那么它就會(huì)成為存在，那么它就會(huì)成為導(dǎo)線導(dǎo)線2 2的干擾源，在導(dǎo)線的干擾源，在導(dǎo)線2

30、 2上產(chǎn)生干擾電壓上產(chǎn)生干擾電壓Un Un 。顯然，干擾電壓顯然，干擾電壓UnUn與干擾源與干擾源U1U1、分布電容、分布電容Cl2Cl2、C2gC2g的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。2磁場(chǎng)耦合磁場(chǎng)耦合空間的磁場(chǎng)耦合是通過(guò)導(dǎo)體間的互感耦合進(jìn)來(lái)的。在空間的磁場(chǎng)耦合是通過(guò)導(dǎo)體間的互感耦合進(jìn)來(lái)的。在任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)任何載流導(dǎo)體周圍空間中都會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)，而交變磁場(chǎng)則對(duì)其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。如設(shè)備內(nèi)部的線則對(duì)其周圍閉合電路產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)。如設(shè)備內(nèi)部的線圈或變壓器的漏磁會(huì)引起干擾，還有普通的兩根導(dǎo)線圈或變壓器的漏磁會(huì)引起干擾，還有普通的兩根導(dǎo)線平行架設(shè)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾，如圖平行

31、架設(shè)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生磁場(chǎng)干擾，如圖2- 42- 4所示。所示。 如果導(dǎo)線如果導(dǎo)線1 1為承載著為承載著10kVA10kVA、220V220V的交流輸電線，的交流輸電線，導(dǎo)線導(dǎo)線2 2為與之相距為與之相距1 1米并平行走線米并平行走線1010米的信號(hào)線，米的信號(hào)線，兩線之間的互感兩線之間的互感M M會(huì)使信號(hào)線上感應(yīng)到的干擾電壓會(huì)使信號(hào)線上感應(yīng)到的干擾電壓UnUn高達(dá)幾十毫伏。如果導(dǎo)線高達(dá)幾十毫伏。如果導(dǎo)線2 2是連接熱電偶的信號(hào)是連接熱電偶的信號(hào)線，那么這幾十毫伏的干擾噪聲足以淹沒(méi)熱電偶線，那么這幾十毫伏的干擾噪聲足以淹沒(méi)熱電偶傳感器的有用信號(hào)。傳感器的有用信號(hào)。1線導(dǎo)2線導(dǎo)圖 2-4 導(dǎo)線之間的磁

32、場(chǎng)耦合R2R3R1I1U1UnM3公共阻抗耦合公共阻抗耦合 公共阻抗耦合發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)公共阻抗耦合發(fā)生在兩個(gè)電路的電流流經(jīng)一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的一個(gè)公共阻抗時(shí)，一個(gè)電路在該阻抗上的電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干電壓降會(huì)影響到另一個(gè)電路，從而產(chǎn)生干擾噪聲的影響。圖擾噪聲的影響。圖2-52-5給出一個(gè)公共電源線給出一個(gè)公共電源線的阻抗耦合示意圖。的阻抗耦合示意圖。在一塊印制電路板上，運(yùn)算放大器在一塊印制電路板上，運(yùn)算放大器A1和和A2是兩個(gè)獨(dú)立的回路，是兩個(gè)獨(dú)立的回路，但都接入一個(gè)公共電源，電源回流線的等效電阻但都接入一個(gè)公共電源，電源回流線的等效電阻R1、R2是兩是

33、兩個(gè)回路的公共阻抗。當(dāng)回路電流個(gè)回路的公共阻抗。當(dāng)回路電流i1變化時(shí)，在變化時(shí)，在R1和和R2上產(chǎn)生上產(chǎn)生的電壓降變化就會(huì)影響到另一個(gè)回路電流的電壓降變化就會(huì)影響到另一個(gè)回路電流i2。反之，也如此。反之，也如此。R3R1i2i1R4R2圖 2 -5 公共電源線的阻抗耦合A1 A22.6.1 過(guò)程通道抗干擾技術(shù)1.1.串模干擾及其抑制方法串模干擾及其抑制方法 (1)(1)串模干擾串模干擾 (2)(2)串模干擾的抑制方法串模干擾的抑制方法2.2.共模干擾及其抑制方法共模干擾及其抑制方法 (1)(1)共模干擾共模干擾 (2)(2)共模干擾的抑制方法共模干擾的抑制方法 變壓器隔離變壓器隔離 光電隔離光

34、電隔離 浮地屏蔽浮地屏蔽 采用儀表放大器提高共模抑制比采用儀表放大器提高共模抑制比2.6.1 過(guò)程通道抗干擾技術(shù)1.1.串模干擾及其抑制方法串模干擾及其抑制方法 (1)(1)串模干擾：所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的串模干擾：所謂串模干擾是指疊加在被測(cè)信號(hào)上的干擾噪聲。也稱為常態(tài)干擾。干擾噪聲。也稱為常態(tài)干擾。（2）串模干擾的抑制方法 如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用輸入低通如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率高，則采用輸入低通濾波器來(lái)抑制高頻率串模干擾；如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)濾波器來(lái)抑制高頻率串模干擾；如果串模干擾頻率比被測(cè)信號(hào)頻率低，則采用高通濾波器來(lái)抑制低頻串模干擾；如果串模干頻

35、率低，則采用高通濾波器來(lái)抑制低頻串模干擾；如果串模干擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器。一般情擾頻率落在被測(cè)信號(hào)頻譜的兩側(cè)，則應(yīng)用帶通濾波器。一般情況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低通濾況下，串模干擾均比被測(cè)信號(hào)變化快，故常用二級(jí)阻容低通濾波網(wǎng)絡(luò)作為模波網(wǎng)絡(luò)作為模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸入濾波器。當(dāng)被測(cè)信號(hào)變化較快時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。時(shí)，應(yīng)相應(yīng)改變網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，以適當(dāng)減小時(shí)間常數(shù)。 當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式當(dāng)尖峰型串模干擾成為主要干擾源時(shí)，用雙積分式A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器可以削弱串模干擾的影響

36、。因?yàn)榇祟愞D(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的積分器可以削弱串模干擾的影響。因?yàn)榇祟愞D(zhuǎn)換器是對(duì)輸入信號(hào)的積分值進(jìn)行測(cè)量，而不是測(cè)量信號(hào)的瞬時(shí)值。若干擾信號(hào)是周期性的而值進(jìn)行測(cè)量，而不是測(cè)量信號(hào)的瞬時(shí)值。若干擾信號(hào)是周期性的而積分時(shí)間又為信號(hào)周期或信號(hào)周期的整數(shù)倍，則積分后干擾值為零，積分時(shí)間又為信號(hào)周期或信號(hào)周期的整數(shù)倍，則積分后干擾值為零，對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生誤差。對(duì)測(cè)量結(jié)果不產(chǎn)生誤差。 對(duì)于串模干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡對(duì)于串模干擾主要來(lái)自電磁感應(yīng)的情況下，對(duì)被測(cè)信號(hào)應(yīng)盡可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高回路中的信號(hào)噪聲比的目的；可能早地進(jìn)行前置放大，從而達(dá)到提高回路中的信號(hào)噪聲比的目的；或

37、者盡可能早地完成?；蛘弑M可能早地完成模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。數(shù)轉(zhuǎn)換或采取隔離和屏蔽等措施。 從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制串模干擾。從選擇邏輯器件入手，利用邏輯器件的特性來(lái)抑制串模干擾。 采用雙絞線作信號(hào)引線的目的是減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)采用雙絞線作信號(hào)引線的目的是減少電磁感應(yīng)，并且使各個(gè)小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸小環(huán)路的感應(yīng)電勢(shì)互相呈反向抵消。選用帶有屏蔽的雙絞線或同軸電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。電纜做信號(hào)線，且有良好接地，并對(duì)測(cè)量?jī)x表進(jìn)行電磁屏蔽。 2共模干擾及其抑制方法 所謂共模干擾是指模所謂共模干擾

38、是指模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電數(shù)轉(zhuǎn)換器兩個(gè)輸入端上公有的干擾電壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。壓。共模干擾也稱為共態(tài)干擾。 被測(cè)信號(hào)被測(cè)信號(hào)U Us s的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)的參考接地點(diǎn)和計(jì)算機(jī)輸入信號(hào)的參考接地點(diǎn)之間往往存在著一定的電位差之間往往存在著一定的電位差U Ucmcm 共模干擾示意圖共模干擾示意圖單端對(duì)地輸入和雙端不對(duì)地輸入 對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端，對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)對(duì)于存在共模干擾的場(chǎng)合，不能采用單端，對(duì)地輸入方式，因?yàn)榇藭r(shí)的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，如左圖所示。所以必須采用雙的共模干擾電壓將全部成為串模干擾電壓，如左圖所示

39、。所以必須采用雙端輸入不對(duì)地方式，如右圖所示。端輸入不對(duì)地方式，如右圖所示。 Z ZS S、Z ZS1S1、Z ZS2S2為信號(hào)源為信號(hào)源USUS的內(nèi)阻抗，的內(nèi)阻抗，Z ZC C、Z ZC1C1、Z ZC2C2為輸入電路的輸入阻為輸入電路的輸入阻抗。共模干擾電壓抗。共模干擾電壓U Ucmcm對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入端對(duì)兩個(gè)輸入端形成兩個(gè)電流回路，每個(gè)輸入端A A和和B B的的共模電壓和兩個(gè)輸入端之間的共模電壓分別為：共模電壓和兩個(gè)輸入端之間的共模電壓分別為：111ccscmAZZZUU222ccscmBZZZUU 為了衡量一個(gè)輸入電路抑制共模干擾的能力，常用為了衡量一個(gè)輸入電路抑

40、制共模干擾的能力，常用共模抑制比共模抑制比CMRR(Common Mode Rejection Ratio)CMRR(Common Mode Rejection Ratio)來(lái)表來(lái)表示，即示，即 U Ucmcm是共模干擾電壓，是共模干擾電壓，U Un n是是U Ucmcm轉(zhuǎn)化成的串模干擾電轉(zhuǎn)化成的串模干擾電壓。顯然，對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，由于壓。顯然，對(duì)于單端對(duì)地輸入方式，由于U Un n=U=Ucmcm，所以，所以CMRR=0CMRR=0，說(shuō)明無(wú)共模抑制能力。對(duì)于雙端不對(duì)地輸入，說(shuō)明無(wú)共模抑制能力。對(duì)于雙端不對(duì)地輸入方式來(lái)說(shuō)，由方式來(lái)說(shuō)，由U Ucmcm引入的串模干擾引入的串模干擾U Un

41、n越小，越小，CMRRCMRR就越大，就越大，所以抗共模干擾能力越強(qiáng)。所以抗共模干擾能力越強(qiáng)。 )(lg20dBUUCMRRncm(2)共模干擾的抑制方法變壓器隔離變壓器隔離 利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開(kāi)來(lái)，也利用變壓器把模擬信號(hào)電路與數(shù)字信號(hào)電路隔離開(kāi)來(lái)，也就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)，以使共模干擾電壓就是把模擬地與數(shù)字地?cái)嚅_(kāi)，以使共模干擾電壓cmcm不成回路，不成回路，從而抑制了共模干擾。另外，隔離前和隔離后應(yīng)分別采用兩組從而抑制了共模干擾。另外，隔離前和隔離后應(yīng)分別采用兩組互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。互相獨(dú)立的電源，切斷兩部分的地線聯(lián)系。 光電隔離光電隔離 光電耦合

42、器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)光電耦合器是由發(fā)光二極管和光敏三極管封裝在一個(gè)管殼內(nèi)組成的，發(fā)光二極管兩端為信號(hào)輸入端，光敏三極管的集電極和組成的，發(fā)光二極管兩端為信號(hào)輸入端，光敏三極管的集電極和發(fā)射極分別作為光電耦合器的輸出端，它們之間的信號(hào)是靠發(fā)光發(fā)射極分別作為光電耦合器的輸出端，它們之間的信號(hào)是靠發(fā)光二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光，傳給光敏三極管來(lái)完成的。二極管在信號(hào)電壓的控制下發(fā)光，傳給光敏三極管來(lái)完成的。 浮地屏蔽浮地屏蔽 采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來(lái)抑制共模干擾，采用浮地輸入雙層屏蔽放大器來(lái)抑制共模干擾，如圖所示。這是利用屏蔽方法使輸入信號(hào)的如圖所示。這是利用屏蔽方法使輸

43、入信號(hào)的“模擬地模擬地”浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。浮空，從而達(dá)到抑制共模干擾的目的。 采用儀表放大器提高共模抑制比采用儀表放大器提高共模抑制比 儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、儀表放大器具有共模抑制能力強(qiáng)、輸入阻抗高、漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門(mén)用來(lái)分離共漂移低、增益可調(diào)等優(yōu)點(diǎn)，是一種專門(mén)用來(lái)分離共模干擾與有用信號(hào)的器件。模干擾與有用信號(hào)的器件。 儀表放大器將兩個(gè)信號(hào)的差值放大。抑制共模儀表放大器將兩個(gè)信號(hào)的差值放大。抑制共模分量是使用儀表放大器的唯一原因分量是使用儀表放大器的唯一原因 。 AD620AD620（低功耗，低成本，集成儀表放大器），（低功耗，低成本，集成儀

44、表放大器），還有還有AD623AD623等等等等. .3.長(zhǎng)線傳輸干擾及其抑制方法(1)(1)長(zhǎng)線傳輸干擾長(zhǎng)線傳輸干擾 長(zhǎng)線的長(zhǎng)線的“長(zhǎng)長(zhǎng)”是相對(duì)的；是相對(duì)的； 信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問(wèn)題：信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸遇到三個(gè)問(wèn)題： 一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾，一是長(zhǎng)線傳輸易受到外界干擾， 二是具有信號(hào)延時(shí)，二是具有信號(hào)延時(shí)， 三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)三是高速度變化的信號(hào)在長(zhǎng)線中傳輸時(shí)，還會(huì)出現(xiàn)波反射現(xiàn)象。（阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然波反射現(xiàn)象。（阻抗不連續(xù)，信號(hào)在傳輸線末端突然遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引遇到電纜阻抗很小甚至沒(méi)有，信號(hào)在這個(gè)地方就會(huì)引起反射。

45、這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入起反射。這種信號(hào)反射的原理，與光從一種媒質(zhì)進(jìn)入另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方另一種媒質(zhì)要引起反射是相似的。消除這種反射的方法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗法，就必須在電纜的末端跨接一個(gè)與電纜的特性阻抗同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。）同樣大小的終端電阻，使電纜的阻抗連續(xù)。）(2)長(zhǎng)線傳輸干擾的抑制方法 采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸中采用終端阻抗匹配或始端阻抗匹配，可以消除長(zhǎng)線傳輸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。 雙絞線雙絞線與與同軸電纜同軸電纜 雙絞線的波阻抗一般在雙

46、絞線的波阻抗一般在100100至至200200之間，絞花越密，波阻之間，絞花越密，波阻抗越低。抗越低。終端匹配：終端匹配： 始端匹配：始端匹配：2.6.2 CPU抗干擾技術(shù)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的CPUCPU抗干擾措施：抗干擾措施： Watchdog(Watchdog(俗稱看門(mén)狗俗稱看門(mén)狗) ) 電源監(jiān)控電源監(jiān)控( (掉電檢測(cè)及保護(hù)掉電檢測(cè)及保護(hù)) ) 復(fù)位復(fù)位 MAX1232MAX1232微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔微處理器監(jiān)控電路給微處理器提供輔助功能以及電源供電監(jiān)控功能。助功能以及電源供電監(jiān)控功能。MAX1232MAX1232通過(guò)監(jiān)控通過(guò)監(jiān)控 微處理器系統(tǒng)電源供電微處理器系統(tǒng)

47、電源供電及及監(jiān)控軟件的執(zhí)行監(jiān)控軟件的執(zhí)行，來(lái)增強(qiáng)，來(lái)增強(qiáng)電路的可靠性，它提供一個(gè)反彈的電路的可靠性，它提供一個(gè)反彈的( (無(wú)鎖的無(wú)鎖的) )手動(dòng)復(fù)手動(dòng)復(fù)位輸入。位輸入。 另外常用的集成電路還有另外常用的集成電路還有X5045X5045、IMP813IMP813等。等。1MAX1232的結(jié)構(gòu)原理 MAX1232引腳圖MAX1232內(nèi)部原理圖2MAX1232的主要功能(1)(1)電源監(jiān)控電源監(jiān)控(2)(2)按鈕復(fù)位輸入按鈕復(fù)位輸入 (3)(3)監(jiān)控定時(shí)器監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog) (Watchdog) (1)電源監(jiān)控電壓檢測(cè)器監(jiān)控電壓檢測(cè)器監(jiān)控V Vcccc。每當(dāng)。每當(dāng)V Vcccc低于所選擇

48、的容限時(shí)低于所選擇的容限時(shí)(5%(5%容限時(shí)的電壓典型時(shí)為容限時(shí)的電壓典型時(shí)為4 462V62V，10%10%容限時(shí)的電壓容限時(shí)的電壓典型時(shí)為典型時(shí)為4 437V)37V)就輸出并保持復(fù)位信號(hào)。就輸出并保持復(fù)位信號(hào)。 選擇選擇5%5%的容許極限時(shí)，的容許極限時(shí)，TOLTOL端接地；端接地； 選擇選擇10%10%的容許極限時(shí)，的容許極限時(shí)，TOLTOL端接端接V Vcccc。當(dāng)當(dāng)V Vcccc恢復(fù)到容許極限內(nèi)，復(fù)位輸出信號(hào)至少保持恢復(fù)到容許極限內(nèi)，復(fù)位輸出信號(hào)至少保持250ms250ms的寬度，才允許電源供電并使微處理器穩(wěn)定工作。的寬度，才允許電源供電并使微處理器穩(wěn)定工作。(2)按鈕復(fù)位輸入(3

49、)監(jiān)控定時(shí)器(Watchdog) 用于因干擾引起的系統(tǒng)用于因干擾引起的系統(tǒng)“飛程序飛程序”等出錯(cuò)的檢等出錯(cuò)的檢測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)。測(cè)和自動(dòng)恢復(fù)。 微處理器用一根微處理器用一根I/OI/O線來(lái)驅(qū)動(dòng)輸入線來(lái)驅(qū)動(dòng)輸入STST，微處理器，微處理器必須在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)必須在一定時(shí)間內(nèi)觸發(fā)STST端端( (其時(shí)間取決于其時(shí)間取決于TD)TD)，以，以便來(lái)檢測(cè)正常的軟件執(zhí)行。如果一個(gè)硬件或軟件的便來(lái)檢測(cè)正常的軟件執(zhí)行。如果一個(gè)硬件或軟件的失誤導(dǎo)致沒(méi)被觸發(fā)，在一個(gè)最小超時(shí)間間隔內(nèi)，失誤導(dǎo)致沒(méi)被觸發(fā)，在一個(gè)最小超時(shí)間間隔內(nèi)，STST的觸發(fā)只能被脈沖的下降沿作用，這時(shí)的觸發(fā)只能被脈沖的下降沿作用，這時(shí)MAX1232MA

50、X1232的復(fù)的復(fù)位輸出至少保持位輸出至少保持250ms250ms的寬度。的寬度。 監(jiān)控電路監(jiān)控電路MAX1232MAX1232的典型應(yīng)用的典型應(yīng)用2.6.3 系統(tǒng)供電與接地技術(shù) 1 1供電技術(shù)供電技術(shù)2 2接地技術(shù)接地技術(shù) 從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括：從交流電網(wǎng)輸入、直流輸出的全過(guò)程，包括： 1 1、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻、輸入濾波器：其作用是將電網(wǎng)存在的雜波過(guò)濾，同時(shí)也阻礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。礙本機(jī)產(chǎn)生的雜波反饋到公共電網(wǎng)。 2 2、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，、整流與濾波：將電網(wǎng)交流電源直接整流為較平滑的直流電，以

51、供下一級(jí)變換。以供下一級(jí)變換。 3 3、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)、逆變：將整流后的直流電變?yōu)楦哳l交流電，這是高頻開(kāi)關(guān)電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。電源的核心部分，頻率越高，體積、重量與輸出功率之比越小。 4 4、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電、輸出整流與濾波：根據(jù)負(fù)載需要，提供穩(wěn)定可靠的直流電源。源。( (2)2)電源異常的保護(hù)措施電源異常的保護(hù)措施 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電不允許中斷，一旦中斷將會(huì)影響生計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的供電不允許中斷，一旦中斷將會(huì)影響生產(chǎn)。為此，可采用不間斷電源產(chǎn)。為此，可采用不間斷電源UPS UPS 。2接

52、地技術(shù) (1)(1)地線系統(tǒng)分析地線系統(tǒng)分析 什么是地線？什么是地線？地線有安全地和信號(hào)地兩種。前者是為了保證人身安全、設(shè)地線有安全地和信號(hào)地兩種。前者是為了保證人身安全、設(shè)備安全而設(shè)置的地線，后者是為了保證電路正確工作所設(shè)置的地備安全而設(shè)置的地線，后者是為了保證電路正確工作所設(shè)置的地線，造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地。在進(jìn)行電磁兼容問(wèn)題分線，造成電路干擾現(xiàn)象的主要是信號(hào)地。在進(jìn)行電磁兼容問(wèn)題分析時(shí)，對(duì)地線使用下面的定義：析時(shí)，對(duì)地線使用下面的定義：“地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地線是信號(hào)電流流回信號(hào)源的地阻抗路徑。地阻抗路徑。” 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，一般有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字在計(jì)算機(jī)控制

53、系統(tǒng)中，一般有以下幾種地線：模擬地、數(shù)字地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。地、安全地、系統(tǒng)地、交流地。 模擬地模擬地作為傳感器、變送器、放大器、作為傳感器、變送器、放大器、A/DA/D和和D/AD/A轉(zhuǎn)換器中模轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。擬電路的零電位。 數(shù)字地?cái)?shù)字地作為計(jì)算機(jī)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地作為計(jì)算機(jī)中各種數(shù)字電路的零電位，應(yīng)該與模擬地分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。分開(kāi)，避免模擬信號(hào)受數(shù)字脈沖的干擾。 安全地安全地的目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電的目的是使設(shè)備機(jī)殼與大地等電位，以避免機(jī)殼帶電而影響人身及設(shè)備安全。通常安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地，機(jī)而影響人身及設(shè)

54、備安全。通常安全地又稱為保護(hù)地或機(jī)殼地，機(jī)殼包括機(jī)架、外殼、屏蔽罩等。殼包括機(jī)架、外殼、屏蔽罩等。 系統(tǒng)地系統(tǒng)地就是上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連。眾就是上述幾種地的最終回流點(diǎn)，直接與大地相連。眾所周知，地球是導(dǎo)體而且體積非常大，因而其靜電容量也非常大，所周知，地球是導(dǎo)體而且體積非常大，因而其靜電容量也非常大，電位比較恒定，所以人們把它的電位作為基準(zhǔn)電位，也就是零電電位比較恒定，所以人們把它的電位作為基準(zhǔn)電位，也就是零電位。位。 交流地交流地是計(jì)算機(jī)交流供電電源地，即動(dòng)力線地，它的地電位是計(jì)算機(jī)交流供電電源地，即動(dòng)力線地，它的地電位很不穩(wěn)定。很不穩(wěn)定。接地理論接地理論分析，低頻電路應(yīng)單

55、點(diǎn)接地，高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接分析，低頻電路應(yīng)單點(diǎn)接地，高頻電路應(yīng)就近多點(diǎn)接地。地。單點(diǎn)接地的單點(diǎn)接地的目的目的：是避免形成地環(huán)路，地環(huán)路產(chǎn)生的電流會(huì)引：是避免形成地環(huán)路，地環(huán)路產(chǎn)生的電流會(huì)引入到信號(hào)回路內(nèi)引起干擾。入到信號(hào)回路內(nèi)引起干擾。地環(huán)路產(chǎn)生的原因地環(huán)路產(chǎn)生的原因：地環(huán)路干擾發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相：地環(huán)路干擾發(fā)生在通過(guò)較長(zhǎng)電纜連接的相距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是設(shè)備之間的地線電位差，距較遠(yuǎn)的設(shè)備之間，其產(chǎn)生的內(nèi)在原因是設(shè)備之間的地線電位差，地線電壓導(dǎo)致了地環(huán)路電流，由于電路的非平衡性，地環(huán)路電流地線電壓導(dǎo)致了地環(huán)路電流，由于電路的非平衡性，地環(huán)路電流導(dǎo)致對(duì)電路造成影響的差模干擾電壓。導(dǎo)致對(duì)電路造成影響的差模干擾電壓?；亓鞣▎吸c(diǎn)接地回流法單點(diǎn)接地：模擬地、數(shù)字地、安全地模擬地、數(shù)字地、安全地( (機(jī)殼地機(jī)殼地) )的分別回的分別回流法?；亓骶€往往采用匯流條而不采用一般的導(dǎo)線。匯流條是由流法。回流線往往采用匯流條而不采用一般的導(dǎo)線。匯流條是由多層銅導(dǎo)體構(gòu)成，截面呈矩形，各層之間有絕緣層。采用多層匯多層銅導(dǎo)體構(gòu)成，截面呈矩形，各層之間有絕緣層。采用多層匯流條以減少自感，可減少干擾的竄入途徑。安全地流條以減少自感，可減少干擾的竄入途徑。安全地( (機(jī)殼地