1、第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计25.1 工业控制计算机工业控制计算机 一一 工业控制计算机系统的组成工业控制计算机系统的组成 它由计算机基本系统、人它由计算机基本系统、人-机对话系统、系统支持机对话系统、系统支持模块、过程输入输出子系统组成。模块、过程输入输出子系统组成。工业控制计算机系统的软件包括适应工业控制的工业控制计算机系统的软件包括适应工业控制的实时系统软件、通用软件和工业控制软件等。实时系统软件、通用软件和工业控制软件等。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体
2、化系统设计第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统
3、设计机电一体化系统设计9 2.总线型工业控制计算机总线型工业控制计算机 主要特点：主要特点：1）提高设计效率，缩短设计和制造周期。）提高设计效率，缩短设计和制造周期。2）提高系统可靠性。）提高系统可靠性。3）便于调试和维修）便于调试和维修。4）能适应技术发展的需要。）能适应技术发展的需要。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计10 2.总线型工业控制计算机总线型工业控制计算机1）STD总线工业控制机总线工业控制机典型的典型的STD总线工控机系统的构成如图总线工控机系统的构成如图5-13所示，其突出所示，其突出特点是：模块化设计，系
4、统组成、修改和扩展方便；各模块特点是：模块化设计，系统组成、修改和扩展方便；各模块间相对独立，使检测、调试、故障查找简便迅速；有多种功间相对独立，使检测、调试、故障查找简便迅速；有多种功能模板可供选用，大大减少了硬件设计工作量；系统中可运能模板可供选用，大大减少了硬件设计工作量；系统中可运行多种操作系统及系统开发的支持软件，使控制软件开发的行多种操作系统及系统开发的支持软件，使控制软件开发的难度大幅降低。难度大幅降低。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计11图图5-13 用用STD总线工业控制机组成的计算机控制系统总线工业控制机
5、组成的计算机控制系统第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计122）PC总线工业控制机IBM公司的PC总线微机最初是为个人或办公室使用而设计的，早期主要用于文字处理或一些简单的办公室事务处理。早期产品是基于一块大底板结构，加上几个I/O扩充槽。PC/AT总线的IBM兼容计算机由于价格低廉、使用灵活、软件资源非常丰富，因而用户众多，在国内更是主要流行机种之一。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计13近几年来许多公司推出了PC/AT总线工业控制机，一般对原有微机作了以下几
6、方面的改进（1）机械结构加固，使微机的抗震性好。（2）采用标准模板结构。（3）加上带过滤器的强力通风系统，加强散热，增加系统抵抗粉尘的能力。（4）采用电子软盘取代普通的软磁盘，使之能适于在恶劣的工业环境下工作。（5）根据工业控制的特点，常采用实时多任务操作系统。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计143.单片机 下面以MCS系列单片机为例，来介绍单片机的结构、性能及使用上的特点。1）受集成度的限制，片内存储器容量较小。2）可靠性高。3）易扩展。4）控制功能强。5）一般单片机内无监控程序或系统通用管理程序。第第5 5章工业控制计算
7、机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计15MCS-51单片机系列该系列包括有8031、8051、8751、2051、89C51等多种机型。其主要特点是：第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计16（1）8位CPU，工作频率为112MHz。（2）128BRAM数据存储器，4KBROM程序存储器。（3）5V电源，40引脚双列直插式封装。（4）12MHz工作频率时机器周期为1s，所有指令的执行为14个机器周期。（5）外部可分别扩展64KB数据存储器和程序存储器。（6）2级中断，5个中断源。（7）21
8、个专用寄存器，有位寻址功能。（8）两个16位定时/计数器，1个全双工串行通信口。（9）4组8位I/O口。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计17表5-1 三种常用工业控制计算机的性能比较 第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计185.2 计算机控制接口技术计算机控制接口技术 I/O接口电路简称接口电路，它是主机和外围设备之间交换信息的连接部件（电路）。它在主机和外围设备之间的信息交换中起着桥梁和纽带作用。接口电路的主要作用如下：第第5 5章工业控制计算机及其接口技术
9、章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计19（1）解决主机CPU和外围设备之间的时序配合和通信联络问题。（2）解决CPU和外围设备之间的数据格式转换和匹配问题。（3）解决CPU的负载能力和外围设备端口的选择问题。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计20一.信息采集接口模拟量输入通道可完成模拟量的采集并将它转换成数字量送入计算机的任务。依据被控参量和控制要求的不同，模拟量输入通道的结构形式不完全相同。目前普遍采用的是共用运算放大器和A/D转换器的结构形式，其组成方框图如图5-32所示。第第5 5章工业控制计
10、算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计21图5-32 模拟量输入通道的组成方框图信 号 处 理 装 置 1信 号 处 理 装 置 2信 号 处 理 装 置n工业装置采样单元采 样 保 持和 放 大 器控 制 电 路A/DI/O接口电路CPU第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计221.输入/输出通道 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，按要求的方式送入微机。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
11、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5-35所示。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计23图5-35 输入与输出通道的组成工业对象执行机构保持器扫 描装 置检测元件采样器D/A转 换 器A/D转 换 器数 字 量 输 出数 字 量 输 入I/O接口电路现 场 运 行操 作 台中央处理器CPU第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计24
12、2.模拟量输入通道模拟量输入通道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。模拟量输入通道有以下两种基本结构形式。（1）一个通道设置一个A/D转换器的形式。(2）多个通道共用一个A/D转换器的形式。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计253.A/D转换器的主要技术参数A/D转换器的种类很多，按转换二进制的位数来分类，包括：8位的ADC0801、0804、0808、0809；10位的AD7570、AD573、AD575、AD579；12位的AD574、AD578、AD7582；16位的AD7701、AD7705等
13、。A/D转换器的主要技术参数如下：1）.分辨率分辨率通常用转换后数字量的位数表示,如8位、10位、12位、16位等。分辨率为8位表示它可以对满量程的1/281/256的增量作出反应。分辨率是指能使转换后数字量变化为1的最小模拟输入量。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计262）.量程量程是指所能转换的电压范围,如5V、10V等。3）.转换精度转换精度是指转换后所得结果相对于实际值的准确度，有绝对精度和相对精度两种表示法。4）.转换时间转换时间是指从启动A/D到转换结束所需的时间。5）.工作温度范围较好的A/D转换器的工作温度为-
14、4085，较差的为070。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计274.8位A/D转换器ADC08091）.电路组成及转换原理ADC0809是一种带有8位转换器、8位多路转换开关以及与微处理机兼容的控制逻辑的CMOS组件。ADC0809无需调零和进行满量程调整，又由于多路开关的地址输入能够进行锁存和译码，而且它的三态TTL输出也可以锁存，因此易于与微处理机进行接口。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计28图5-50 ADC0808/0809的原理框图比 较 器控 制
15、 逻 辑逐 次 逼 近寄 存 器 SAR输 出 缓 冲 锁 存 器(三 态)开 关 组 合256 R电 阻 分 压 器八 位 输 出转 换 结 束(中 断)EOCSTART CLOCKUREF()UoUREF()GNDUCC八通道多路模拟开关地 址 锁 存和 译 码 器UiABCALE模 拟 量 输 入三 八 地 址 线地 址 锁 存 允 许第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计292）.ADC0808/0809的外引脚功能ADC0808/0809的管脚排列如图5-51所示，其主要管脚的功能如下：IN0IN78个模拟量输入端。ST
16、ART启动A/D转换器，当START为高电平时，开始A/D转换。EOC转换结束信号。当A/D转换完毕之后，发出一个正脉冲，表示A/D转换结束。此信号可作为A/D转换是否结束的检测信号或中断申请信号。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计30OE输出允许信号。如果此信号被选中，则允许从A/D转换器的锁存器中读取数字量。CLOCK时钟信号。ALE地址锁存允许，高电平有效。当ALE为高电平时，允许C、B、A所示的通道被选中，并将该通道的模拟量接入A/D转换器。ADDA、ADDB、ADDC通道号地址选择端，C为最高位，A为最低位。当C、B
17、、A为全零（000）时，选中IN0通道接入；为001时，选中IN1通道接入；为111时，选中IN7通道接入。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计31D7D0数字量输出端。UREF（+）、REF（-）参考电压输入端，分别接+、-极性的参考电压，用来提供D/A转换器权电阻的标准电平。在模拟量为单极性输入时,UREF（+）5V，REF（-）0V;当模拟量为双极性输入时，UREF（+）=+5V，REF（-）=-5V。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计32图5-51 AD
18、C0808/0809管脚排列图UREF()IN31IN42IN53IN64IN75START6EOC7D38OE9CLOCK10UCC1112GND13D114IN228IN127IN026ADDA25ADDB24ADDC23ALE22D7(MSB)21D620D519D4181716D215UREF()D0(LSB)ADC0808ADC0809第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计335.12位A/D转换器AD574AD574是一个完整的12位逐次逼近式带三态缓冲器的A/D转换器，它可以直接与8位或16位微型机总线进行接口。AD
19、574的分辨率为12位，转换时间为1535s。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计341).AD574的电路组成AD574的原理框图如图5-52所示。AD574由模拟芯片和数字芯片两部分组成。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计35图5-52 AD574原理框图NIB27 26 2524 23 22 21 2019 18 17 16A NIB B NIBC12位三态输出缓冲器逐次逼近寄存器(SAR)12位输出控制逻辑控制转换结束复位时钟时钟启动/停止数字芯片比较器
20、AD565AD571REF IN10 UREF12位23156812/CSA0CR/CEMSBLSB数字量输出28标志状态STSEOC BUSYAGNDDACOUT模拟芯片3 k5 k5 k13111151715 V5 VDGND15 V20VIN10VINAGNDBIP OFFREF INREF OUT(10 V)91210810 k第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计362)AD574的引脚功能说明AD574各个型号都采用28引脚双列直插式封装，引脚图如图5-53所示。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及
21、其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计37图5-53 AD574引脚图BIP OFF5 V ULOGIC123A045CE67REF OUT8AGND9REFIN10111210 V IN1314STS28272625242322212019181716DGND15DB0AD574A812/CSCR/15 V UCC15 V UEE20 V INDB1DB2DB3DB4DB5DB6DB7DB8DB9DB10DB11高位中位低位数字输出第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计38AD574各主要管脚的功能如下：DB0DB111
22、2位数据输出，分三组，均带三态输出缓冲器。ULOGIC逻辑电源+5V（+4.5+5.5V）。UCC正电源+15V（+13.5+16.5V）。UEE负电源-15V（-13.5-16.5V）。AGND、DGND模拟和数字地。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计39CE片允许信号，高电平有效。在简单应用中固定接高电平。CS片选择信号，低电平有效。R/C读/转换信号。CE1，CS0，R/C0时，转换开始，启动负脉冲为400ns。CE1，CS0，R/C1时，允许读数据。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电
23、一体化系统设计机电一体化系统设计40CE1、CS0、R/C0、A00时，启动12位转换 CE1、CS0、R/C0、A0 1时，启动8位转换CE1、CS0、R/C1、A0 0时，读取转换后的高8位数据CE1、CS0、R/C1、A0 1时，读取转换后的低4位数据（低4位+0000）;12/8输出数据形式选择信号。12/8端接PIN1（VLoGIc）时，数据按12位形式输出。12/8端接PIN15（DGND）时，数据按双8位形式输出。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计41STS转换状态信号。转换开始STS1,转换结束STS0。10V
24、IN模拟信号输入。单极性010V，双极性5V。20VIN模拟信号输入。单极性020V，双极性10V。REFIN参考电压输入。REFOUT参考电压输出。BIPOFF双极性偏置。AD574的真值表如表5-3所示。单极性输入电路和双极性输入电路分别如图5-54、图5-55所示。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计42表5-3 AD574真值表 第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计43图5-54 AD574单极性输入电路8/12CSA0CR/CEREF INREF OUT
25、BIP OFF10 VIN20 VINAGNDDGND15 V15 V5 V1619低位2023中位2427高位STSAD57415 V100 k15 V10100 k100 模拟输入8100 010 V020 V第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计44图5-55 AD574双极性输入电路8/12CSA0CR/CEREF INREF OUTBIP OFF10 VIN20 VINAGNDDGND15 V15 V5 V1619低位2023中位2427高位STSAD5741010100 100 5 V10 V模拟输入第第5 5章工业控
26、制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计456.A/D转换器与系统的连接及举例1）.输入模拟电压的连接A/D转换器的输入模拟电压可以是单端输入也可以是双端输入。ADC0808/0809可以从IN0IN7接8路模拟电压输入，通常接成单端、单极性输入，这时UREF（+）5V、UREF（-）0V，也可以接成双极性输入，这时UREF（+）和UREF（-）应分别接+、-极性的参考电压。AD574是单端输入模拟电压，在10VIN和20VIN中任一端和AGND之间，可输入单极性电压或双极性电压，输入模拟电压的极性不同,其输入电路也不同。第第5 5章工业控制计算机及
27、其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计462）.数据输出和系统总线的连接A/D转换器的数据输出有两种方式。一种是A/D芯片内部带有三态输出门，其数据输出线可以直接挂到系统数据总线上去。另一种是A/D芯片内部不带三态输出门，或虽有三态输出门，但它不受外部信号控制，而是当转换结束时自动开门，如AD570就是这种芯片。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计473）.转换结束信号及转换数据的读取 A/D转换结束时，A/D转换芯片输出转换结束信号。转换结束信号也有两种：电平信号和脉冲信号。CPU检测到转换
28、结束信号后,即可读取转换后的数据。CPU一般可以采用以下3种方式和A/D转换器进行联络来实现对转换数据的读取：（1）程序查询方式。（2）中断方式。（3）固定的延迟程序方式。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计48图5-56 ADC0808/0809与8086CPU的连接原理图ABCG2BG2AG1Y7A2CA3A4A5A7A6IOM/CLK时钟ALESTART11OE74LS02A1BA0AUREF()GND74LS138WRRD74LS02D7D0D7D0数据总线EOC接8259AUCCUREF()IN0IN1IN7八路模拟电
29、压输入ADC08080809CPU8086第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计49图5-57 AD574与8031的接口电路A01CSDDDDCECR/STS21314812/9AD5741081211715010V020V100 15 V100 k100 k100 15 V15 V15 V地址锁存ALEP0,7P0,0118031WRRDP3.2A0A1A75 V第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计50二 模拟量输出接口 1.D/A转换器的工作原理D/A转换器是
30、把输入的数字量转换为与输入量成比例的模拟信号的器件。D/A转换通道的结构形式（1）一个通道设置一个D/A转换器的形式。(2）多个通道共用一个D/A转换器的形式。通过多路模拟开关选择通路。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计51 2.DA转换器的主要参数（1）分辨率。D/A转换器的分辨率表示当输入数字量变化了1时，输出模拟量变化的大小。它反映了计算机的数字量输出对执行部件控制的灵敏程度。对于一个N位的D/A转换器,其分辨率为（5-7）分辨率通常用数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。分辨率为8位，表示它可以对满量程
31、的1/28=1/256的增量作出反应。所以，N位二进制数最低位具有的权值就是它的分辨率。N2满刻度值分辨率 第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计52（2）稳定时间。稳定时间是指D/A转换器中代码有满刻度值的变化时，其输出达到稳定（一般指稳定到与1/2最低位的值相当的模拟量范围内）所需的时间，一般为几十纳秒到几微秒。（3）输出电平。不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大，一般为510V。也有一些高压输出型，输出电平为2430V。还有一些电流输出型，低的为20mA，高的可达3A。（4）输入编码。一般二进制编码比较通用，也有BCD
32、等其他专用编码形式芯片。其他类型编码可在D/A转换前用CPU进行代码转换变成二进制编码。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计53（5）温度范围。较好的D/A转换器的工作温度范围为-4085，较差的为070。可按计算机控制系统使用环境查器件手册选择合适的器件类型。3.8位D/A转换器DAC0832DAC0832是双列直插式8位D/A转换器,能完成从数字量输入到模拟量（以电流形式）输出的转换。图5-41和图5-42分别为DAC0832的内部结构图和引脚图。其主要参数如下：分辨率为8位（满度量程的1/256），转换时间为1s，基准电压
33、为+10-10V，供电电源为+5+15V，功耗为20mW，与TTL电平兼容。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计54图5-41 DAC0832内部结构图8位 输 入寄 存 器8位 DAC寄 存 器8位D/A转 换 器&UR E FIO U T 2IO U T 1RfbAGNDUC CDGND2LE1LED7 D0ILECS1WR2WRXFER第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计55图5-42 DAC0832引脚图12345678910CS1WRUCCILEDI4D
34、I5DI6DI7IOUT1IOUT2201918171615141312112WRXFERAGNDDI3DI2DI1DI0UREFRfbDGND第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计56从图5-41中可见，在DAC0832中有两级锁存器；第一级锁存器称为输入寄存器，它的锁存信号为ILE；第二级锁存器称为DAC寄存器，它的锁存信号也称为通道控制信号XFER。因为有两级锁存器，所以DAC0832可以工作在双缓冲器方式下，即在输出模拟信号的同时，可以采集下一个数据。这样可以有效地提高转换速度。另外，有了两级锁存器以后，可以在多个D/A转
35、换器同时工作时，利用第二级锁存器的锁存信号来实现多个转换器的同时输出。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计575-42中各引脚的功能定义如下：CS片选信号，它和允许输入锁存信号ILE合起来决定WR1是否起作用。ILE允许锁存信号。WR1写信号1，它作为第一级锁存信号将输入数据锁存到输入寄存器中，WR1必须和CS、ILE同时有效。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计58WR2写信号2，它将锁存在输入寄存器中的数据送到8位DAC寄存器中进行锁存，此时，传送控制信号XF
36、ER必须有效。XFER传送控制信号，用来控制WR2。DI7DI08位数据输入端，DI7为最高位。IOUT1模拟电流输出端，当DAC寄存器中全为1时，输出电流最大；当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0。IOUT2模拟电流输出端，IOUT2为一个常数与IOUT1的差，即IOUT1+IOUT2=常数。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计59Rfb反馈电阻引出端，DAC0832内部已经有反馈电阻，所以，Rfb端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样，相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。UREF参考电压输入端，此端
37、可接一个正电压，也可接负电压，范围为+10-10V。外部标准电压通过UREF与T形电阻网络相连。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计60UCC芯片供电电压，范围为+5+15V，最佳工作状态是+15V。AGND模拟量地，即模拟电路接地端。DGND数字量地。DAC0832有以下三种不同的工作方式：（1）直通方式。当ILE接高电平，CS、WR1、WR2和XFER都接数字地时，DAC处于直通方式，8位数字量一旦到达DI7DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器上被转换成模拟量。例如在构成波形发生器的场合，就要用到这种方式，即把要产生基本
38、波形的存在ROM中的数据，连续取出送到DAC去转换成电压信号。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计61（2）单缓冲方式。只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式，而用另一个锁存数据，DAC就可处于单缓冲工作方式。一般的做法是将WR2和XFER都接地，使DAC寄存器处于直通方式，另外把ILE接高电平，CS接端口地址译码信号，WR1 接CPU系统总线的IO/W，这样便可以通过一条OUT指令选中该端口，使CS和WR1有效，启动D/A转换。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统
39、设计62（3）双缓冲方式。主要在以下两种情况下需要用双缓冲方式的D/A转换：其一，需在程序的控制下，先把转换的数据传入输入寄存器，然后在某个时刻再启动D/A转换。这样可以做到数据转换与数据输入同时进行，因此转换速度较高。为此，可将ILE接高电平，WR1和WR2均接CPU的IO/W，CS和XFER分别接两个不同的I/O地址译码信号。执行OUT指令时，WR1和WR2均变为低电平。这样，可先执行一条OUT指令，选中CS端口，把数据写入输入寄存器；再执行第二条OUT指令，选中XFER端口，把输入寄存器内容写入DAC寄存器，实现D/A转换。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技
40、术机电一体化系统设计机电一体化系统设计63图5-43是DAC0832工作于双缓冲方式下，与有8位数据总线的微机相连的逻辑图。其中，CS的口地址为320H，XFER的口地址为321H。当CPU执行第一条OUT指令时，选中CS端口，选通输入寄存器，将累加器中的数据传入输入寄存器。再执行第二条OUT指令，选中XFER端口，把输入寄存器的内容写入DAC寄存器，并启动转换。执行第二条OUT指令时，累加器中的数据为多少是无关紧要的，主要目的是使XFER有效。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计64图5-43 DAC0832与有8位数据总线的
41、微机的连接图CSXFER1WR2WRDI70ILEUREFDGNDAGNDIOUT2IOUT1RfbUCC地址译码5 VAUoDAC0832320H321HIOW地址总线D7D05 V第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计65（1）单极性输出电路。单极性输出电路如图5-45所示。D/A芯片输出电流i经输出电路转换成单极性的电压输出。图5-45(a)为反相输出电路，其输出电压为UOUT=-iR （5-8）图5-45(b)是同相输出电路，其输出电压为 （5-9）（2）双极性输出。在某些微机控制系统中，要求D/A的输出电压是双极性的，例
42、如要求输出-5+5V电压。在这种情况下，D/A的输出电路要作相应的变化。图5-46就是DAC082双极性输出电路实例。1 12RRiRUOUT第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计66 图5-45单极性输出电路(a)反相输出；(b)同相输出D/AiRUO U T(a)D/AiRUO U T(b)R1R2第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计67由电路各参数计算可得最后的输出电压表达式为UOUT=-2U1-UREF设U1为0-5V，选取UREF为+5V，则UOUT=(0
43、10)V-5V=-5+5V。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计68图5-46 双极性输出电路D/ARfbUREFA1V1R2R3A2R4UOUT UREF第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计69三.数字量输入通道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。图5-37画出了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。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计70图5-3
44、7开关量输入电路；(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1S5V5.1 kLS0474610.1 FSK24 V1S5V5.1 kLS0474610.1 FKKS(b)(a)第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计71图5-37开关量输入电路；(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&S5 V5.1 k5.1 k74LS00S11 kLS0474615 VS4TLP521411
45、5S24 V211.5 k(d)(c)16第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计72四.数字量输出通道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。具体电路可参阅图5-38。图5-39画出了几种开关量输出的具体电路。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计73图5-38 一种使用步进电动机串行D/A转换电路D0D7CLK2gate2OUT2CLK1gate1OUT1CLK0gate0OUT0&11门控方向YB013ABC环形分配
46、器CP1光电隔离电路11驱动电路x轴步进电动机RDWRA0A1CSD0D7CLK2gate2OUT2CLK1gate1OUT1CLK0gate0OUT0&11门控方向YB013ABC环形分配器CP1光电隔离电路11驱动电路y轴步进电动机R/DWRA0A1CS系统总线地址译码5 V5 V5 V1 k35 V1 k3LS047461LS047461分频器(74LS93)时钟脉冲1182538253第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计74图5-39开关量输出电路(a）TTL电平输出（PC900为高速光电隔离电路）；11 kLS0474
47、61输出21360 6 45PC9001输出端口i位输出LS047461(a)5 V第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计75图5-39开关量输出电路(b）晶体管开关输出；1 k输出5 V360 TLP5211输出端口i位输出LS047461(b)390 5.1 k第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计76图5-39开关量输出电路(c）继电器输出DZ144MC141316DZ144159PA0PA1PA6128255A8(c)16 V驱动电路24 V第第5 5章工业控
48、制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计77五.开关型功率接口 1.光电隔离技术 图5-40所示为几种主要的光电耦合器示意图。需要注意，光电耦合器的输入.输出端两个电源必须单独供电，如图5-41所示。否则，如果使用同一电源（或共地的两个电源），外部干扰信号可能通过电源串到系统中来，如图5-42所示，这样就失去了隔离的意义。第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计78123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010She
49、et of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:(a)(b)(c)(d)(e)图5-40 几种光电耦合器示意图第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计79123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jan-2010Sheet of File:D:PROGRAM FILESDESIGN EXPLORER 99 SEEXAMPLESMyDesign.ddbDrawn By:U
50、ccUcu0R2R1174LS04控制信号1控制信号Uccu0光 隔R2R1干扰干扰图5-42 不正确的隔离图5-41 正确的隔离第第5 5章工业控制计算机及其接口技术章工业控制计算机及其接口技术机电一体化系统设计机电一体化系统设计80 2.晶闸管接口 晶闸管是一种大功率电器元件，也称可控硅。它具有体积小.效率高.寿命长等优点，在计算机自动控制系统中，可作为大功率驱动器件，实现用小功率控件控制大功率设备。（1）单向晶闸管接口 单向晶闸管又称可控硅整流器，其最大特点是有截止和导通两个稳定状态（开关作用），同时又具有单向导电的整流作用。图5-43是控制计算机控制单向晶闸管实现220V交流开关的例子
