第3章輸入輸出通道接口技術(shù)

1、第第3 3章章輸入輸出通道接口技術(shù)輸入輸出通道接口技術(shù)第3章 輸入/輸出通道接口技術(shù) 概述 輸入輸出通道的結(jié)構(gòu) 模擬量輸入通道接口技術(shù) 模擬量輸出通道接口技術(shù) 開關(guān)量輸入輸出通道3.1 概 述 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制，必須把現(xiàn)場(chǎng)的各種測(cè)試參數(shù)，如溫度、壓力、流量等連續(xù)變化的物理量或開關(guān)量，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)可識(shí)別的數(shù)字量輸入到計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。處理結(jié)果又必須轉(zhuǎn)換為電壓或電流 ，以推動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。因此在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間，必須設(shè)置信息傳遞和變換裝置，這個(gè)裝置稱為過程輸入/輸出通道。典型的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)硬件組成框圖典型的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)硬件組成框圖 單片計(jì)算機(jī)接口DAAD多路開

2、關(guān)反多路開關(guān)開關(guān)量輸入開關(guān)量輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)傳感器變送器接口接口接口生產(chǎn)設(shè)備或過程通用外設(shè)輸入/輸出通道 輸入/輸出信號(hào)一般有兩種類型：一種是隨時(shí)間連續(xù)變化的物理量，稱為模擬信號(hào)；一種是只有開和關(guān)(或1和0)兩種狀態(tài)的量，稱為開關(guān)量（數(shù)字量）。因此計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，輸入/輸出通道分模擬量通道和數(shù)字量（開關(guān)量）通道兩類。3.2 輸入/輸出通道的結(jié)構(gòu) 信息種類信息種類信息來源信息來源通道類型通道類型數(shù)字量數(shù)字量開關(guān)量輸入開關(guān)量輸入閥門的開、關(guān)，接點(diǎn)的通、斷，閥門的開、關(guān)，接點(diǎn)的通、斷，電平的高、低電平的高、低數(shù)字量數(shù)字量輸入通道輸入通道數(shù)據(jù)數(shù)碼數(shù)據(jù)數(shù)碼各類數(shù)字傳感器、控制器等各類數(shù)字傳感器、控制器等脈

3、沖量輸入脈沖量輸入 長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、流量測(cè)定轉(zhuǎn)換等長(zhǎng)度、轉(zhuǎn)速、流量測(cè)定轉(zhuǎn)換等中斷輸入中斷輸入操作人員請(qǐng)求、過程報(bào)警等操作人員請(qǐng)求、過程報(bào)警等模擬量模擬量電流信號(hào)電流信號(hào)壓力、溫度、液位、濕度、速壓力、溫度、液位、濕度、速度、質(zhì)量、位移等度、質(zhì)量、位移等模擬量模擬量輸入通道輸入通道電壓信號(hào)電壓信號(hào)信息信息來源來源 輸出驅(qū)動(dòng)輸出驅(qū)動(dòng)輸出信息輸出信息種類種類通道類型通道類型數(shù)字量數(shù)字量計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)算機(jī)輸出的閥門的開、關(guān)，觸點(diǎn)的通、閥門的開、關(guān)，觸點(diǎn)的通、斷，電機(jī)的啟、停等斷，電機(jī)的啟、停等開關(guān)量開關(guān)量 數(shù)字量數(shù)字量輸出通道輸出通道數(shù)字量（數(shù)字設(shè)備）數(shù)字量（數(shù)字設(shè)備）數(shù)字量數(shù)字量執(zhí)行器（電動(dòng)、氣動(dòng)、液執(zhí)

4、行器（電動(dòng)、氣動(dòng)、液壓執(zhí)行器械）壓執(zhí)行器械）電壓或電壓或電流電流 模擬量模擬量 輸出通道輸出通道3.2.1 模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)輸入通道的一般結(jié)構(gòu)：1、并行轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)CPUI/O接口電路A/D轉(zhuǎn)換采樣/保持器采樣/保持器A/D轉(zhuǎn)換來自現(xiàn)場(chǎng)的信號(hào)2、共享轉(zhuǎn)換結(jié)構(gòu)多路開關(guān)信號(hào)處理信號(hào)處理信號(hào)處理 放大器邏輯控制S/HA/DI/O接口電路CPU3.2.2 模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)輸出通道的一般結(jié)構(gòu)：1、多通道獨(dú)立D/A轉(zhuǎn)換形式CPUI/O接口電路D/A轉(zhuǎn)換隔離執(zhí)行器放大轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換隔離執(zhí)行器放大轉(zhuǎn)換2、多通道共享D/A轉(zhuǎn)換形式CPUI/O接口電路D/A轉(zhuǎn)換反多路開關(guān)保持器保持器3.3 模擬量輸入通道接口

5、技術(shù) 在單片機(jī)的實(shí)時(shí)測(cè)控和智能化儀表等應(yīng)用系統(tǒng)中，常需將檢測(cè)到的連續(xù)變化的模擬量(如溫度、壓力、流量、速度、液位和成分等)通過模擬量輸入通道轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以接收的數(shù)字量信號(hào)，輸入到單片機(jī)中進(jìn)行處理。A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道的主要組成部分，完成模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 A/D轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)主要是根據(jù)用戶提出的數(shù)據(jù)采集精度及速度等要求，按一定的技術(shù)準(zhǔn)則和經(jīng)濟(jì)原因合理的選擇通道結(jié)構(gòu)和A/D轉(zhuǎn)換器芯片，并適當(dāng)配置多路模擬開關(guān)、前置放大器、采樣保持器、接口和控制電路等，實(shí)現(xiàn)模擬量到數(shù)字量的線性轉(zhuǎn)換，對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行采集和處理。A/D轉(zhuǎn)換器一般分類如下：（1）按轉(zhuǎn)換輸出數(shù)據(jù)的方式，可分為串行與并行兩種，其中

6、并行（串行）ADC又可根據(jù)數(shù)據(jù)寬度分為8位、12位、14位、16位等。（2）按輸出數(shù)據(jù)類型可分為BCD碼輸出型和二進(jìn)制輸出型。（3）按轉(zhuǎn)換原理可分為逐次逼近式、雙積分式和并行式。3.3.1 A/D 主要技術(shù)指標(biāo)1、分辨率：用數(shù)字量的位數(shù)來表示，位數(shù)越高，分辨率越高，對(duì)輸入量的變化越靈敏。2、量程：所能轉(zhuǎn)換的電壓（電流）范圍。3、轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間是指啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束所需的時(shí)間 。4、線性誤差：滿量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。 另外還有工作溫度范圍、對(duì)參考電壓的要求、轉(zhuǎn)換精度（絕對(duì)精度和相對(duì)精度）、偏移誤差、滿刻度誤差等 。 ADC0809 主要特性：主要特性：1）8路輸入

7、通道，路輸入通道，8位位A/D轉(zhuǎn)換器，即分辨率為轉(zhuǎn)換器，即分辨率為8位。位。2）具有轉(zhuǎn)換起、停控制端。）具有轉(zhuǎn)換起、?？刂贫恕?）轉(zhuǎn)換時(shí)間為）轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s(時(shí)鐘為時(shí)鐘為640kHz時(shí)時(shí))，130s（時(shí)鐘為（時(shí)鐘為500kHz時(shí)）。時(shí)）。4）單個(gè)）單個(gè)+5V電源供電電源供電5）模擬輸入電壓范圍）模擬輸入電壓范圍0+5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。6）工作溫度范圍為）工作溫度范圍為-40+85攝氏度。攝氏度。7）低功耗，約）低功耗，約15mW。3.3.2 并行ADC及接口技術(shù)ADC0809地址鎖存和譯碼OE通道選擇開關(guān)ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4

8、IN5IN6IN78位三態(tài)鎖存緩沖器DACVcc比較器CLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近寄存器SAR定時(shí)和控制D0D1D2D3D4D5D6D7 EOCADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)例例1：如圖所示，試用中斷方式編寫程序，對(duì)IN0IN7通道上的模擬電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行一次采集，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入內(nèi)部RAM 20H單元開始的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中。RDWRCP DQQD0D1D2CLKSTARTALEOEEOCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN774LS 373P1.0 ADDAADDBADDCD0D7ALEP0INT0 P2.7 MCS-51單片機(jī)1 1 OEGADC0809

9、;主程序主程序START: MOV DPTR，#7FFFH MOV R2，#08H MOV R0，#20H MOV R1，#00H ；IN0通道號(hào)通道號(hào) SETB EA SETB EX0 ；開外中斷；開外中斷0 SETB IT0 ；中斷請(qǐng)求信號(hào)為下降沿觸發(fā)；中斷請(qǐng)求信號(hào)為下降沿觸發(fā) MOV A，R1 MOVX DPTR，A ；啟動(dòng)；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 LOOP: SJMP LOOP ；等待中斷；等待中斷;中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序 ORG 1000HADINT0: MOVX A，DPTR ；讀?。蛔x取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) MOV R0，A ；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)數(shù)據(jù) INC R1 ；指向下一個(gè)通道；

10、指向下一個(gè)通道 INC R0 DJNZ R2，ROT CLR EX0 JMP EXIT ROT:MOV A，R1 MOVX DPTR，A EXIT:RETI END采用C語言編程，清單如下：#includereg51.h#define uchar unsigned charuchar xdata *adch;uchar data *addata;uchar i;void main() adch=0 x7fff; addata=0 x20; i=0; EA=1; EX0=1; IT0=1; *adch=i; while(1); void ADint0 (void) interrupt 0 uch

11、ar j; j=*adch; *addata=j; addata+; i+; if(i=0 x08) EX0=0; else *adch=i; 串行ADC具有輸出占用的數(shù)據(jù)線少，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)逐位輸出，輸出速度較慢的特點(diǎn)，但它具有兩大優(yōu)勢(shì)：其一，便于信號(hào)隔離，在數(shù)據(jù)輸出時(shí)，只需少數(shù)幾路光電隔離器件，就可以很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)間的電氣隔離；其二，在轉(zhuǎn)換精度要求日益提高的前提下，使用串行ADC的性價(jià)比較高，且芯片小，引腳少，便于線路板制作。 3.3.3 串行ADC及接口技術(shù) ADC0832由NS公司研制的8位逐次逼近型串行A/D轉(zhuǎn)換器，其主要特點(diǎn)如下： 1) 8位分辨率； 2) 雙通道A/D轉(zhuǎn)換；

12、3) 輸入輸出電平與TTL/CMOS相兼容； 4) 5V電源供電時(shí)輸入電壓在05V之間； 5) 工作頻率為250KHZ，轉(zhuǎn)換時(shí)間為32S； 6) 一般功耗僅為15mW； 7) 8PDIP（雙列直插）、PLCC多種封裝；ADC0832ADC0832引腳及功能Vcc：電源端，接+5V電源。GND：信號(hào)地。CLK：串行時(shí)鐘輸入端。 DO：數(shù)字量串行輸出口。CS：使能端。DI：兩路模擬輸入選擇端。 CH0、CH1：兩路模擬信號(hào)輸入端。12348765 CS CH0 CH1 GND Vcc/ref CLK DO DIADC08321. 轉(zhuǎn)換時(shí)，先將CS置于低電平并且保持到轉(zhuǎn)換完全結(jié)束。2. 由DI端輸入

13、啟動(dòng)位和配置位，同時(shí)輸入CLK時(shí)鐘脈沖。在第1個(gè)時(shí)鐘脈沖的下降沿之前DI端必須是高電平，表示啟始信號(hào)啟始信號(hào)。在第2、3個(gè)脈沖下降沿之前DI端應(yīng)輸入2位數(shù)據(jù)（SGL、Odd）用于選擇通道選擇通道功能，當(dāng)此2位數(shù)據(jù)為“1”、“0”時(shí)， 選擇CH0。當(dāng)2位數(shù)據(jù)為“1”、“1”時(shí)，選擇CH1。3. 完成輸入啟動(dòng)位、通道選擇之后，就可以開始讀出數(shù)據(jù)。 4.7F 例例2：編寫令A(yù)DC0832工作的程序。ADC0832 ADC0832與MCS-51接口電路 Vcc DICSCLKGNDCH0 P1.0 P1.1 P1.2 MCS-51 單 片 機(jī)0.1F +5V + P1.3 DO #include sb

14、it CS=P10; sbit CLK=P11; sbit DI=P12; sbit DO=P13; void delay(int timer) while(-timer); void pulse(void) CLK=1; delay(4); CLK=0; void main(void) char i, a; CS=0; /選芯片 a=0 x03; /03選擇通道0； / 07通道1 for(i=0;i1; pulse(); /啟動(dòng) a=0 x00;delay(50); /等待轉(zhuǎn)換結(jié)束for(i=0;i8;i+) pulse(); a = a1; if(DO) a = a+1; /讀數(shù) CS=

15、1; /關(guān)閉芯片選擇 3.4 模擬量輸出通道接口技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換器是模擬量輸出通道的主要組成部分，完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器一般可分類如下： 1）根據(jù)輸出是電流還是電壓，可以分為電壓輸出型和電流輸出型。 2）根據(jù)輸出端是串口還是并口，可以分為串行輸出型和并行輸出型。 3）根據(jù)內(nèi)部是否有鎖存器，可以分為無鎖存器型和帶鎖存器型。 3.4.1 DAC的主要性能指標(biāo) 1. 分辨率：是D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入量變化敏感程度的描述。 2. 轉(zhuǎn)換精度：實(shí)際模擬輸出和理論值的接近程度。3. 非線性誤差 ：是指實(shí)際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想轉(zhuǎn)換特性曲線之間的最大偏差。 4. 建立時(shí)間：建立時(shí)間是描述D/A轉(zhuǎn)換速率

16、快慢的一個(gè)重要參數(shù)。3.4.2 并行DAC及接口技術(shù)DAC0832主要特性：主要特性： 1）分辨率為）分辨率為8位；位； 2）電流穩(wěn)定時(shí)間）電流穩(wěn)定時(shí)間1s； 3）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入；）可單緩沖、雙緩沖或直接數(shù)字輸入； 4）單一電源供電（）單一電源供電（+5V+15V）；）； 5） VREF的范圍為的范圍為-10V+10V 6）低功耗，）低功耗，20mW LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器DGND DI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1. DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)VoutIout1Rfb (D/28)V

17、REF單極性電壓輸出單極性電壓輸出2.DAC0832的輸出方式RfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF設(shè) VREF5VnDFFH255時(shí)，最大輸出電壓：Vmax（255/256）5V4.98VnD00H時(shí)，最小輸出電壓：Vmin（0/256）5V0VnD01H時(shí)，一個(gè)最低有效位（LSB）電壓：VLSB（1/256）5V0.02V雙極性電壓輸出雙極性電壓輸出Vout2(D27)/27)VREFR1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2設(shè) VREF5VnDFFH255時(shí)，最大輸出電壓：Vmax（25512

18、8）/1285V4.96VnD00H時(shí)，最小輸出電壓：Vmin（0128）/1285V5VnD81H129時(shí)，一個(gè)最低有效位電壓：VLSB（129128/1285V0.04V3.DAC0832 的工作方式及與MCS-51的接口例例3：根據(jù)下圖分別輸出鋸齒波、三角波及方波信號(hào)。設(shè)選通地址為FEH。VoutFEH CS +5V ILE WR +5V XFER D0D7 WR2 ALE P0 _ARfb Iout2 Iout1 VREF DAC0832 MCS-51單單片片機(jī)機(jī) 鎖鎖存存器器 譯譯碼碼器器 WR1 鋸齒波程序：鋸齒波程序： ORG 0100H MOVR0，#0FEH CLRA ；轉(zhuǎn)換

19、初值LOOP： MOVX R0，A ；D/A轉(zhuǎn)換 INC A ；轉(zhuǎn)換值增量 NOP ；延時(shí) NOP NOP SJMP LOOP END#include”absacc.h”#include”intrins.h”#define DA0832 PBYTE0 xfe#define uchar unsigned charvoid main()uchar i;while(1) for (i=0;i=255;i=i+) DA0832=i; _nop_(); _nop_(); _nop_(); 三角波程序：三角波程序： ORG 0100H MOV R0，#0FEH CLR ADOWN：MOVX R0，A ；線

20、性段下降 INC A JNZ DOWN MOV A，#0FEH ； UP：MOVX R0，A ；線性上升段 DEC A JNZ UP SJMP DOWN END#include”absacc.h”#define DA0832 PBYTE0 xfe#define uchar unsigned charvoid main()uchar i;while(1) for (i=0;i0;i=i-) DA0832=i; 方波程序：方波程序： ORG 0200H MOV R0，#0FEH LOOP： MOVA，#00H；置上限電平 MOVX R0，A ACALL DELAY；形成方波頂寬 MOV A，#0F

21、FH；置下限電平 MOVX R0，A ACALL DELAY；形成方波底寬 SJMP LOOP END#include”absacc.h”#define DA0832 PBYTE0 xfe#define uchar unsigned charvoid delay() uchar i; for (i=0;i0 xff;i=i+);void main() uchar i; while(1) DA0832=0; delay(); DA0832=0 xff; delay(); 3.4.3 串行DAC及接口技術(shù) 并行D/A轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換時(shí)間短，通常不超過10s，但它們的引腳較多，芯片體積大，與單片機(jī)連接

22、時(shí)電路較復(fù)雜。因此，在有些遠(yuǎn)距離通信中，為節(jié)省連結(jié)導(dǎo)線，而且對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求不是很高的場(chǎng)合，可以選用串行D/A轉(zhuǎn)換芯片，雖然輸出建立時(shí)間較并行D/A轉(zhuǎn)換芯片長(zhǎng)，但是串行D/A轉(zhuǎn)換芯片與單片機(jī)連接時(shí)所用引線少、電路簡(jiǎn)單，而且芯片體積小、價(jià)格低。 TLV5614是美國(guó)TI公司生產(chǎn)的4路12位電壓輸出型串行輸入的D/A轉(zhuǎn)換器，其數(shù)字量由高位到低位逐次一位一位地輸入。主要特點(diǎn)如下： 1） 12位分辨率，電壓輸出型； 2） 四通道D/A轉(zhuǎn)換； 3） 可以與TMS320、SPI、QSPI和51內(nèi)核單片機(jī)接口； 4） 采用雙電源供電，即DVDD和DGND、AVDD和AGND； 5） 轉(zhuǎn)換時(shí)間為3 9S； 6）

23、一般功耗僅為8mW； 7） 具有兩種封裝形式: SOIC 和TSSOP；TLV56141234567816151413121110 9 DVDD PD LDAC DIN SCLK CS FS DGND AVDD VrefAB OUTA OUTB OUTC OUTD VrefCD AGNDTLV5614DVDD、DGND: 串行接口電源, 范圍為: 2.7 5.5 V。AVDD、AGND: 輸出端口的模擬電源, 范圍為: 2.7 5. 5V; 在用戶對(duì)精度和抗干擾的要求不是很嚴(yán)格的情況下, 兩種電源可以合用。VrefAB、VrefCD: 輸出端基準(zhǔn)電壓輸入端, 二者可以不同。由于TLV5614采

24、用 2倍增益輸出方式, 當(dāng)需要輸出 05V的模擬量時(shí), 基準(zhǔn)電源為2.5V, 需要輸出010V 的模擬量時(shí), 基準(zhǔn)電源為5V。PD: 掉電模式。CS: 片選。LDAC: 為低電平時(shí), DAC 輸出端口進(jìn)行數(shù)據(jù)刷新。FS: 幀同步輸入, 幀同步脈沖的下降沿表示串行數(shù)據(jù)幀的開始。SCLK: 串行時(shí)鐘輸入。DIN: 串行數(shù)據(jù)輸入。VoutA、Vou tB、VoutC、VoutD: DAC 輸出端口。1.TLV5614引腳功能1）TLV 5614輸出16位數(shù)據(jù)，16位數(shù)據(jù)字由兩部分組成: 控制位( D15 D12)和數(shù)據(jù)位( D11 D0)。 PWR: “1”快速轉(zhuǎn)換模式, “0”慢速轉(zhuǎn)換模式;SPD

25、: “1”DAC 掉電狀態(tài), “0”DAC正常狀態(tài);2）注意LDAC引腳，低電平的時(shí)候才會(huì)刷新DA數(shù)據(jù)。3）FS是幀同步信號(hào)，和片選CS一樣，芯片必須檢測(cè)到一個(gè)下降沿才開始第一幀的數(shù)據(jù)同步。 4）數(shù)字量由高位到低位逐次一位一位地輸入。D15D14D13D12D11 D0A1A0PWRSPD 數(shù)據(jù)位2.TLV5614使用說明2.TLV5614與MCS-51單片機(jī)的接口電路SCLKLDACDINFSP1.0 P1.1P1.2VOUTATLV5614MCS-51 單單 片片 機(jī)機(jī)P1.3VOUTBVOUTCVOUTDCSPD+5V#include sbit LDAC=P10; / /控制DAC 的刷

26、新sbit DIN=P11; / /數(shù)據(jù)輸入sbit SCLK=P12; / /時(shí)鐘輸入sbit FS=P13; / /幀同步輸入void TLV5614(char CH, int DAcode) int data com; char data i ;switch ( CH )case 0: com = DAcode | 0 x2000;break;case 1: com = DAcode | 0 x6000;break;case 2: com = DAcode | 0 xa000;break;case 3: com = DAcode | 0 xe000;break;default:break

27、; / /通道選擇LDAC = 0; / /數(shù)據(jù)刷新FS=1;FS=0; / /下降沿幀同步輸入for(i=16; i0; i-) DIN= (bit) (com&0 x8000); / /寫數(shù)據(jù)SCLK=1;com=1; / /數(shù)據(jù)移位SCLK=0; / /時(shí)鐘輸入LDAC =1;FS= 1; 3.5 開關(guān)量輸入輸出通道 開關(guān)量輸入通道的主要任務(wù)是將現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)信號(hào)或儀表盤中各種繼電器接點(diǎn)信號(hào)有選擇地傳送給計(jì)算機(jī)，在控制系統(tǒng)中主要起以下作用：1）隨時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止、暫停按鈕狀態(tài)，以做相應(yīng)的處理。2）定時(shí)記錄生產(chǎn)過程中某些設(shè)備的狀態(tài)，例如電動(dòng)機(jī)是否在運(yùn)轉(zhuǎn)、閥門是否開啟、行程開關(guān)是否

28、到位等。3）對(duì)生產(chǎn)過程中的某些狀態(tài)進(jìn)行定時(shí)檢查，以保證生產(chǎn)順利進(jìn)行，如是否過溫過壓、料位是否超限、是否發(fā)生故障等。 這些開關(guān)量信號(hào)的電平狀態(tài)通常無法滿足單片機(jī)控制系統(tǒng)中I/O接口的工作電平，因此在開關(guān)量輸入通道中，需要完成電平轉(zhuǎn)換任務(wù)，同時(shí)為了系統(tǒng)的安全、可靠，還需考慮信號(hào)的消抖、濾波和隔離等問題。 3.5.1 開關(guān)量輸入通道1.輸入信號(hào)調(diào)理電路_R1 C1 D2+ D1R2來自現(xiàn)場(chǎng) 數(shù)字信號(hào)2.防抖動(dòng)輸入電路+5V輸出信號(hào)雙穩(wěn)態(tài)電路斯密特電路B +5V +5V C 3.6KD A 3.6KK 可以應(yīng)用于計(jì)數(shù)、位置狀態(tài)、轉(zhuǎn)速等多方面的測(cè)試。 D T P1.0 8031 3. 防干擾輸入隔離及電

29、平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換電路+24V+5VL_ D T X C1R1 C2 R2利用光電隔離及電平轉(zhuǎn)換光電傳感器在產(chǎn)量計(jì)數(shù)中的應(yīng)用光電傳感器在產(chǎn)量計(jì)數(shù)中的應(yīng)用 圖中，紅外發(fā)光二極管和紅外接收三極管分別安裝在產(chǎn)品圖中，紅外發(fā)光二極管和紅外接收三極管分別安裝在產(chǎn)品流水線傳送帶的兩邊，每當(dāng)傳送帶上有一個(gè)產(chǎn)品經(jīng)過，就會(huì)遮流水線傳送帶的兩邊，每當(dāng)傳送帶上有一個(gè)產(chǎn)品經(jīng)過，就會(huì)遮擋紅外光線一次，使紅外接收三極管輸出一個(gè)脈沖電平信號(hào)。擋紅外光線一次，使紅外接收三極管輸出一個(gè)脈沖電平信號(hào)。單片機(jī)對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量進(jìn)行單片機(jī)對(duì)輸入的脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，就可以對(duì)產(chǎn)品的產(chǎn)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)。 光電傳感器在

30、位置檢測(cè)中的應(yīng)用光電傳感器在位置檢測(cè)中的應(yīng)用 圖中，當(dāng)移動(dòng)的物體一旦擋住紅外光線，紅外接收三圖中，當(dāng)移動(dòng)的物體一旦擋住紅外光線，紅外接收三極管就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。此裝置可以用來檢測(cè)物體的極管就會(huì)輸出一個(gè)脈沖信號(hào)。此裝置可以用來檢測(cè)物體的有或無，可以作為運(yùn)動(dòng)物體的限位檢測(cè)電路，可以作為外有或無，可以作為運(yùn)動(dòng)物體的限位檢測(cè)電路，可以作為外人侵入的報(bào)警檢測(cè)電路，也可以作為自動(dòng)門的控制電路。人侵入的報(bào)警檢測(cè)電路，也可以作為自動(dòng)門的控制電路。 除了光電傳感器外，還有電感式接近開關(guān)。下圖是電感式接近開關(guān)的應(yīng)用原理圖。 感應(yīng)線圈產(chǎn)生高頻振蕩信號(hào)形成一交變磁場(chǎng)，當(dāng)有金屬類物體接近時(shí)，在金屬物體內(nèi)產(chǎn)生渦流并吸

31、收振蕩器的能量，使振蕩信號(hào)變?nèi)趸蛲Ｖ拐袷帲跈z波放大器和輸出電路的作用下，產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號(hào)輸入單片機(jī)的P1.0端口，用于有無物體接近的檢測(cè)。因此電感式接近開關(guān)可以和紅外光電管一樣，用于有無物體接近或?qū)?jīng)過物體進(jìn)行計(jì)數(shù)，或者用于物體的位置狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。利用電磁感應(yīng)隔離及電平轉(zhuǎn)換R利用繼電器隔離及電平轉(zhuǎn)換 現(xiàn)場(chǎng)的開關(guān)觸點(diǎn)控制小型繼電器，由繼電器觸點(diǎn)經(jīng)電平轉(zhuǎn)換電路得到邏輯電平再輸入到接口。+12V+5VL_X繼電器繼電器CD3.5.2 開關(guān)量輸出通道 在工業(yè)過程控制系統(tǒng)中，對(duì)被控設(shè)備的驅(qū)動(dòng)常采用模擬量輸出驅(qū)動(dòng)和開關(guān)量輸出驅(qū)動(dòng)兩種方式。 模擬量輸出是指其輸出信號(hào)(電壓、電流)可變，根據(jù)控制算法，使設(shè)備

32、在零到滿負(fù)荷之間運(yùn)行，在一定的時(shí)間T內(nèi)輸出所需的能量P。 開關(guān)量輸出則是通過控制設(shè)備處于“開”或“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間來達(dá)到運(yùn)行控制目的。如根據(jù)控制算法，同樣要在T時(shí)間內(nèi)輸出能量P，則可控制設(shè)備滿負(fù)荷工作時(shí)間t，即采用脈寬調(diào)制的方法，可達(dá)到相同的要求。 開關(guān)量輸出控制已越來越廣泛地被應(yīng)用，由于采用數(shù)字電路和計(jì)算機(jī)技術(shù)，對(duì)時(shí)間控制可以達(dá)到很高精度。因此，在許多場(chǎng)合開關(guān)量輸出控制精度比一般的模擬量輸出控制高，而且利用開關(guān)量輸出控制往往無須改動(dòng)硬件，而只需改變程序就可用于不同的控制場(chǎng)合。1. 光電耦合接口光電耦合接口是通過光電元器件來實(shí)現(xiàn)的，光電元器件由發(fā)光二極管和光電三極管構(gòu)成?？蓱?yīng)用于信號(hào)隔離、開關(guān)電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換、邏