2_输入输出接口技术

大纲

  • 基本概念
  • IO接口与总线技术
  • 模拟量输入通道
  • 模拟量输出通道
  • 开关量输入输出通道
  • IO通道抗干扰技术

输入输出接口技术

2.1 基本概念

  • 输入输出通道
  • 信号的采样
  • 采样定理
  • 量化及量化误差

输入输出通道

计算机控制系统的组成 ==计算机==和==生产过程==

信号的采样

采样过程
采样定理
  • 采样周期T
    • 过大：造成信息丢失
    • 过小：带来过多的数据存储和计算，加重计算机负担
  • ==香农定理==

2.2 IO接口与计算机总线

1 工控机

2 计算机总线

3 总线接口扩展技术

4 串行外部总线简介

RS-232c

RS-232C , RS-422/485

RS-232C电平 与 TTL 电平之间的转换
RS-422/RS-485

2.3 模拟量输入通道

任务：A/D

1 信号调理

2 多路开关

多路开关又叫多路转换器，利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上，实现多路共享

CD4501

3 采样/保持器

==对变化的模拟信号快速采样并保持模拟信号==

如何理解这里的孔径时间限制？

A:希望在量化误差内尽可能地还原原始信号。如果输入信号频率过高而转换时间较长，则有可能出现在一个转换时间内，原始信号出现较大变化，超过量化误差限制，造成输出的错误，因此要限定输入频率

A/D转换原理

AD转换器是将连续变化的模拟信号转换为数值上的等效数字信号

计数器式AD
逐次逼近式AD
双积分式AD转换

2.4 模拟量输出通道

结构形式

1）多路D/A转换器输出形式

一路输出通道使用一个D/A转换器

==特点：通道独立，转换速度快，工作可靠，精度较高；但需要较多的转换器芯片==

2）多通道共用D/A转换器形式

多路通道共用一个D/A转换器；每一路通道都配有一个保持放大器，通过多路开关和保持器实现各路模拟信号保持

==特点：节省D/A转换器；但计算机分时工作，可靠性低，精度差==

D/A转换原理

D/A转换器主要性能指标

1）分辨率

指当输入数字发生单位数码变化时D/A转换器所对应输出模拟量的变化量

2）线性误差
3）偏移量误差
4）建立时间

==8位D/A转换器==

4 D/A转换器输出方式

电压输出方式
单极性电压输出方式
双极性电压输出方式
电流输出方式

5 D/A转换接口技术

DAC0832与PC总线的接口

直通方式
单缓冲
双缓冲

Q:为什么要设计双缓冲结构？ A:为了使得多路输出可以同时作用于最后的控制信号。通过设计双缓冲结构，我们可以将多路的控制量输入到各个D/A中，进行第一步缓存，然后在CPU端输出D/A开始信号时，多路D/A同步开启D/A转换，从而实现多路协同控制，共同作用

12位DA转换器 DAC1208/1209/1210

6 模拟量输出通道设计

2.5 开关量输入输出通道

开关量输入

输入调理电路
小功率输入调理电路
大功率输入调理电路
光电隔离技术

开关量输出

低压开关信号输出

继电器输出
可控硅输出
固态继电器输出

脉冲量输入输出

脉冲量输入
脉冲量输出

2.6 抗干扰技术

过程通道抗干扰技术

串模干扰及其抑制

抑制方法：

共模干扰及其抑制

抑制方法：

长线传输干扰及其抑制方法

抑制方法：

CPU抗干扰技术

系统供电与接地技术