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计算机控制系统输入/输出通道

时间:2015-11-01 08:42来源:www.eadianqi.com 编辑:自动控制网
在微机控制系统中,为了实现对生产过程的控制,要将对象的各种测量参数,按要求的方式送人微机。微机经过运算、处理后,将结果以数字量的形式输出,此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间,必须设置信息的传递和变

    在微机控制系统中,为了实现对生产过程的控制,要将对象的各种测量参数,按要求的方式送人微机。微机经过运算、处理后,将结果以数字量的形式输出,此时也要把该输出变换为适合于对生产过程进行控制的量。所以在微机和生产过程之间,必须设置信息的传递和变换的连接通道。该连接通道被称为输入与输出通道,它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道和数字量输出通道,其组成如图1所示。 本文来自www.eadianqi.com

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图1 输入与输出通道的组成

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    1、模拟量输入通道

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    模拟量输入一般由信号处理装置、多路转换器、采样保持和A/D转换器等组成。它的任务是把从控制对象检测到的模拟信号,转换成二进制数字信号,经I/O接口送入微机。

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    关于信号检测处理、多路转换、采样保持等内容在前面已经介绍。

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    2、模拟量输出通道 本文来自www.eadianqi.com

    模拟量输出通道主要由D/A转换器和输出保持器组成。它们的任务是把微机输出的数字量转换成模拟量。多路模拟量输出通道的结构形式,主要取决于输出保持器的结构形式。保持器一般有数字保持方案和模拟保持方案两种。这就决定了模拟量输出通道的两种基本结构形式。

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    (1)一个通道设置一个D/A转换器的形式 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    微机和通路之间通过独立的接口缓冲器传送信息,这是一种数字保持的方案,如图2所示。这种结构通常用于混合计算,测试自动化和模拟量显示的应用中,其特点是速度快、精度高、工作可靠,即使某一路D/A转换器有故障,也不会影响其它通路的工作。但是,如果输出通道的数量很多,将使用较多的D/A转换器,因此这种结构价格很高。当然,随着大规模集成电路技术的发展,D/A转换器价格的下降,这种方案会得到广泛的应用。

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图2 一个通路一个D/A转换器

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    (2)多个通道共用一个D/A转换器的形式

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    这种结构的转换器共用一个D/A,它是在微机控制下分时工作。即依次把D/A转换器转换成的模拟电压(或电流)通过多路模拟开关传送给输出采样保持器。这种结构形式的优点是节省了D/A转换器。但因为分时工作,只适用于通路数量多且速度要求不高的场合。它需要多路模拟开关,且要求输出采样保持器的保持时间与采样时间之比比较大。通常应用在监控和DDC的系统中。这种方案工作可靠性较差。

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    3、数字量输入通道 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    在微机控制系统中,数字量输入的情况是很多的,如用编码器的位置检测和速度检测;用按钮或转换开关控制系统的启停或选择工作状态;在生产现场用行程开关反映生产设备的运行状态等。这些输入信号分为编码数字(二进制数)、开关量和脉冲列等三类,它们都属于数字信号,因此,微机控制系统中应设立数字量输入通道。

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    随输入数字信号的类型不同,数字量输入通道的结构也不同。 本文来自www.eadianqi.com

    (1)编码信号:编码信号一般是TTL电平(或转换成TTL电平),可将TTL电平的编码数字直接接到并行接口电路的输入端口上。对于可靠性要求很高的场合,有时也加上光电隔离电路,输入数字信号经光电隔离后再接到接口端口上。

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    (2)脉冲列:假定脉冲频率不高,则可采用软件计数的方法,将脉冲信号加到并行接口的一个输入端,用查询方式或中断方式对输入脉冲计数。假定脉冲频率高,软件计数来不及处理,则接口电路中需外加硬件计数器,如使用可编程定时/计数器8253就很方便,计数值可随时准确的读入CPU,读取计数值时不影响计数器连续准确地计数。

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    (3)开关信号:来自操作台或控制箱的按钮、转换开关,拨码开关、继电器或来自现场的行程开关等等的触点接通或断开的信号输入,首先必须经过电平转换电路,将触点的通断转换成高电平或低电平,同时要考虑滤波,防触头抖动以及采用光电隔离或继电器隔离等特殊措施。最后将一个个开关信号接到并行接口的输入端口上去。图3画出几种微机系统中常用的电平转换、滤波、去抖动及光电隔离和继电器隔离电路。

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图3 开关量输入电路

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a)电平转换及滤波器 b)继电器隔离及电平转换电路 c)消除开关二次反跳触发器电路 d)光电隔离及电平转换电路

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    4、数字量输出通道

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    数字量输出通道输出的数字信号有三类:二进制编码数字、“1”或“0”的开关信号和脉冲信号。计算机计算的设定值、控制量以及从现场采样的物理参量(经A/D转换后的数字量)等都是编码数字,常常要送出至操作面板上的数字显示器上显示;电动机启停、阀门开关等控制要求CPU送出“1”或“0”的开关控制信号;步进电动机控制要求送出脉冲列。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    编码数字可直接从I/O接口电路的输出端口送出,一般输出数据需要锁存。当编码数字送出的距离较长时,为节省传输线路和提高可靠性,可采用串行发送的方式,数据接收端再采用串—并转换电路(如74LSl64)将其转换成并行输出形式,供外部(如LED显示器)使用。 本文来自www.eadianqi.com

    对于步进电动机这类要求输出脉冲列的对象,输出通道应加脉冲产生及其控制电路,如使用8253就很方便,让它工作于方波发生器的模式,输出脉冲的频率及个数都可通过程序设置来控制,具体电路参阅图4。 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

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图4 一种使用步进电动机串行D/A转换电路 自动控制网www.eadianqi.com版权所有

    开关量输出通常有TTL电平逻辑信号输出、电子无触点开关输出和继电器输出几种形式。为保证计算机安全、可靠的工作,输出部分要加光电隔离电路,同时为驱动继电器或其他执行部件,输出通道一般都要加功率放大电路。图5画出几种开关量输出的具体电路。 本文来自www.eadianqi.com

 

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图5 开关量输出电路

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a)TTL电平输出(PC900为高速光电隔离电路) b)晶体管开关输出 c)继电器输出

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