2 章 输入输出接口与过程通道

第二章输入输出接口与过程通道微型计算机控制系统原理图微型计算机电动执行器、测量变送附：8086最大方式微计算机组成总线周期状态信号总线控制器时钟信号发生器8位锁存器2.1总线扩展技术•IO端口：数据、状态、命令端口•IO端口编址方式：MOVXA，@DPTRMOVXA，@RiMOVX@DPTR，AMOVX@Ri，A统一编址：IO端口与存储单元用相同的指令访问。如MCS-51独立编址：IO端口独立编址，用I/O指令访问。如Intel80x86MOVdest，sourINA,DXOUTDX,A附：80C51的引脚封装123456789101112131415161718192040393837363534333231302928272625242322211234567891020191817161514131211P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.7RST/VPDP3.0/RXDP3.1/TXDP3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1P3.6/WRP3.7/RDXTAL2XTAL1VSSVCCP0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.7EA/VPPALE/PROGPSENP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.0RSTP3.0/RXDP3.1/TXDXTAL2XTAL1P3.2/INT0P3.3/INT1P3.4/T0P3.5/T1GNDVCCP1.7P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1/AIN1P1.0/AIN0P3.7注：类似的还有Philips公司的87LPC64，20引脚8XC748/750/（751），24引脚8X749（752），28引脚8XC754，28引脚等等80C51/89S5189S2051*MCS-51单片机基本结构示意图时钟电路SFR和RAMROMCPU定时/计数器并行端口中断系统串行端口系统总线时钟源T0T1P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1•IO端口地址译码固定地址译码：同类板卡地址译码冲突非DMA，为L开关选择译码数据比较器，P与Q数据相同，则输出L•基于ISA总线的端口扩展74HCT1252.2数字量输入输出接口与过程通道MOVDX，portINAL，DXPC总线D0D1D2D3D4D5D6D71A11A21A31A41A51A61A71A8输入接口2G1GCSIOR74LS2441Y11Y21Y31Y41Y51Y61Y71Y8•数字量输入接口•数字量输出接口MOVAL，DATAMOVDX，portOUTDX，ALPC总线D0D1D2D3D4D5D6D7D1D2D3D4D5D6D7D8Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8输出接口CLKCLRCSIOWRESET74LS273•数字量输入通道R1K+5VR2(b)采用R-S触发器小功率输入调理电路R1R2KC+5V(a)采用积分电路ISA总线来自生产过程输入缓冲器输入调理电路地址译码器大功率输入调理电路•数字量输出通道ISA总线去生产过程输出驱动器地址译码器输出锁存器小功率直流驱动电路功率晶体管输出驱动达林顿阵列输出驱动图2.7功率晶体管输出驱动继电器R功率晶体管D+24VJ图2.8MC1416驱动7个继电器D在功率晶体管由饱和导通变截止过程中，保护功率晶体管免受大于24V电压击穿大功率交流驱动电路检测到AC零电压，使产生触发脉冲晶闸管•数字量输入输出通道模板应用举例2.3模拟量输入接口与过程通道•模拟量输入通道的组成过程参数传感器或变送器ISA总线信号调理或I/V变换多路转换器采样保持器接口逻辑电路A/D转换器模拟输入通道逐次逼近：转换时间短，抗干扰能力差；双积分：转换时间长，抗干扰能力较强。ADC0809,AD574100us35usMC14433,ICL71093.5位12位D0D7PA0PA7PC0PC1PC2PC3PC78255AEOCBALEVref(-)GNDSTARTVref(+)CLKADC0809D0D7OECAIN0IN7分频CLKPC总线Vcc+5V+5VA/D转换及其与工业控制机接口ADC0809与PC总线工业控制机接口AD574与ISA总线工业控制机接口STS状态：H~正在转换；L~转换结束R/C为读/启动BIPOFF=0，单极性；10Vin，0~10V输入1，双极性；10Vin，-5~+5V输入R/C12/8A00X0启动12位转换001启动8位转换11X输出12位数字100输出高8位数字101输出低4位数字VCCREFINDB0AGNDBIPOFFDB310VinDB4DB11REFOUTSTSCECSA0R/C12/8AD574AISA总线+5V-12V+12V100k100k100100D0D7DGNDDB8D4DB7D3IOWIOR&CS0A1A0IRQ10非电信号的检测——不平衡电桥信号调理ptptOUTptRRRERRREVttRtR21120)()(信号放大基于ILC7650的前置放大特点：失调电压很小，可用于热电偶信号的调理AD526可编程仪用放大器CS：H，有效CLK：L，透明模式，B为H时增益立即响应；H，锁存模式，锁存增益码I/V变换R2+5VR1ICV无源I/V变换电路R1AR2ICV有源I/V变换电路R3R4R5+-VmARIRV5~010~050022时，VmARkRkRVmARkRkRIRRRV5~120~4200,25,100)2(5~010~0200,150,100)1()1(143143134时，时，新教材PP.37的图2-20是有源I/V变换电路的另一形式多路转换器图2.20CD4051原理图8入1出芯片：MC14051，AD7501，LF13508等双8入1出，双4入1出等采样保持A2VIN图2.24采样保持器的组成+-+-A1CHLOGICKVcVOUT•模拟量输入通道设计电路设计要求：1、对8个过程参数采样；2、输入量程：0~1000℃→0~10V；3、测量精度：0.5℃→N=12；(1000/(2N-1)0.5→N10.9)；4、A/D转换时间:25μs；5、应答方式：查询。端口地址：8255：02C0H~02C3H.VCCREFINDB0AGNDBIPOFFDB710VspnDB8DB11REFOUTSTSCECSA0R/C12/8AD574AISA总线+5V-12V+12V100k100k100100V7V0+15V-15VX0X7INHABCXCD4051Cn865714D0D7PA0PA7PC0PC1PC2PC3PC68255APC4PC5PB0PB7PA3DGND图？8通道模拟量输入电路原理图VDDVEEVSSLF398+15V-15V+LOGIC3模拟输入通道电路图2.25备注：STS状态输出。H~正在转换；L~转换结束R/C为读/启动控制信号R/C12/8A00X0启动12位转换001启动8位转换11X输出12位数字100输出高8位数字101输出低4位数字BIPOFF=0，单极性；10Vin，0~10V输入1，双极性；10Vin，-5~+5V输入INH=H，禁止CD4051LF398+LOGIC=STS=H，采样；L，保持AD574A(逐次逼近式，转换时间25us)过程入口置采样值缓冲区首址通道号和计数器初值送通道号，启动A/D读状态STS转换结束否读结果，存入缓冲区修改通道号和计数器修改采样值缓冲区指针返回8通道完否YYNN•8通道数据采集程序流程图附：8255*8255命令字8255PA7---AD574ASTS8255PA0-3---AD574ADB8-118255PB0-7---AD574ADB0-78255PC6---AD574ACE8255PC5---AD574ACS8255PC4---AD574AR/C8255PC3---CD4051INH8255PC0-2---CD4051A-C8255命令字：10010010B=92H;8255A初始化MOVDX，2C3HMOVAL，92HOUTDX，ALAD574APROCNEAR;近调用过程定义伪指令,;用CALL伪指令调用过程CLD;0→DF(方向标志)，地址增加LEADI，BUF;MOVBL，00000000B;CE＝0,CS＝0,R／C＝0,INH=0MOVCX，8ADC：MOVDX，2C2H;8255A端口C地址MOVAL，BLOUTDX，AL;选通多路开关,并开始采样NOPNOPORAL，01000000B;CE＝1，启动A／DOUTDX，ALANDAL，10111111B;CE＝0OUTDX，ALMOVDX，2C0H;8255A端口A地址POLLING：INAL，DX;测试STS(L,转换结束)TESTAL，80HJNZPOLLINGMOVAL，BLORAL，00010000B;R／C＝1MOVDX，2C2HOUTDX，ALORAL，01000000B;CE＝1OUTDX，ALMOVDX，2C0H;读高4位INAL，DXANDAL，OFHMOVAH，ALINCDX;读低8位INAL，DXSTOSW;AX→内存,DI+2→DIINCBLLOOPADC;CX-1→CX，CX≠0，转ADCMOVAL，00111000B;CE＝0，CS=R／C=1MOVDX，2C2HOUTDX，ALRETAD574AENDP•模拟量输入通道模板AD状态PCL-813B数据采集卡组成框图￥338732路单端模拟量输入12位逐次比较式A/D转换器每路模拟量输入的增益都可以软件编程带有PCL-881接线端子板和1根DB-37电缆.2.4.1模拟量输出通道的结构形式2.4模拟量输出接口与过程通道图2.31一个通路一个D/A转换器的结构PC总线V/I和自动/手动切换接口D/A通道1V/I和自动/手动切换D/A通道n图2.32共用D/A转换器的结构PC总线V/I和自动/手动切换接口通道1D/A通道n多路开关采样保持器采样保持器V/I和自动/手动切换2.4.2D/A转换器及其接口技术13MSBDI7DAC0832的内部结构DI6DI5DI4DI3DI2DI1LSBDI0141516456719ILE1CS2WR1XFER17WR2188位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器8VREF12IOUT211IOUT1RfbRfb9AGNDDGNDVCC32010LE1LE2XFERAGNDDI0CSDAC0832+5VDGNDISA总线VCCVREFVRDI7D0D7AENIOWY0译码器A0A9RfbA+-IOUT1IOUT2WR1WR2Vo8位D/A转换器与PC总线工业控制机接口MOVDX，PORTMOVAL，7FHOUTDX，ALMOVAL，00HMOVDX，PORTL：INCALOUTDX，ALCALLDELAYJMPL*DAC0832建立时间1µsIout1与D成正比Iout2与D成反比*AENPC总线中地址允许信号，由DMA控制器发出，当为有效电平H时，表示DMA控制器已占用系统总线，可做I/O地址译码电路的禁止信号。*数模转换程序*锯齿波发生器双极性输出nREFOUTDVV21)12()(1123132nREFOUTREFOUTDVVRRVRRV单极性输出*单极性与双极性电压输出电路AGNDD/A接PC总线VREFRfbA+-IOUT1IOUT2图2.33D/A转换器的单极性与双极性输出VOUT1R2=RA+-VOUT2R1=2RR3=2R•集成V/I转换器ZF2B20及其应用电路2.4.4V/I变换和自动/手动切换GNDZF2B20V1I0REF11V+1234满度调节REF05678REF12图2.34ZF2B20引脚图图2.35V/I转换电路ZF2B20RV+1572(a)0~10V/4~20mA转换0~10V500500初始校准4~20mA