《计算机接口设计》

1、华北科技学院 1 1 1、在机电一体化系统中，在机电一体化系统中，计算机控制器计算机控制器是整个系是整个系 统的核心，它通过统的核心，它通过计算机接口计算机接口与与检测设备和驱动系统检测设备和驱动系统 联系。计算机接口技术就是研究联系。计算机接口技术就是研究计算机控制器与外围计算机控制器与外围 设备交换信息设备交换信息的技术，它在计算机控制中占有相当重的技术，它在计算机控制中占有相当重 要的地位。要的地位。 华北科技学院 2 2 2、计算机接口技术概括起来一般分为如下几种：计算机接口技术概括起来一般分为如下几种： n人机交互接口技术。人机交互接口技术。一般包括键盘接口技术、显示接口技术一般包括

2、键盘接口技术、显示接口技术 、打印接口技术等。、打印接口技术等。 n计算机过程输入接口技术。计算机过程输入接口技术。一般包括一般包括ADAD转换接口技术、频率转换接口技术、频率 量输入接口技术、开关量输入接口技术等。量输入接口技术、开关量输入接口技术等。 n计算机过程输出接口技术。计算机过程输出接口技术。一般包括一般包括DADA转换接口技术、频率转换接口技术、频率 量输出接口技术、开关量输出接口技术等。量输出接口技术、开关量输出接口技术等。 n系统间通信接口技术。系统间通信接口技术。一般包括一般包括CANCAN通信技术、通信技术、RS232RS232、 RS485RS485通信技术等。通信技术

3、等。 华北科技学院 3 3 3、人机交互接口是、人机交互接口是操作者与机电一体化系统操作者与机电一体化系统( (主要是计算主要是计算 机控制器机控制器) )之间进行信息交换的接口。按信息的传递方向，人之间进行信息交换的接口。按信息的传递方向，人 机接口可以分为两大类：机接口可以分为两大类：输入接口与输出接口输入接口与输出接口。人机交互接口。人机交互接口 具有具有专用性、低速性、高性价比专用性、低速性、高性价比等特点，设计时需要予以考虑等特点，设计时需要予以考虑 。 4 4、人机交互接口的作用：、人机交互接口的作用：操作者通过输入接口向计算机操作者通过输入接口向计算机 控制器输入各种控制命令，对

4、系统运行进行控制，实现系统要控制器输入各种控制命令，对系统运行进行控制，实现系统要 求完成的各项功能及任务；同时计算机控制器通过输出接口向求完成的各项功能及任务；同时计算机控制器通过输出接口向 操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息。操作者显示系统的各种状态、运行参数及结果等信息。 华北科技学院 4 4 4、常用的输入设备：、常用的输入设备：按钮、开关、拨码盘、键盘、触摸按钮、开关、拨码盘、键盘、触摸 屏屏等。等。 5 5、常用的输出设备：、常用的输出设备：状态指示灯、扬声器、数码管显状态指示灯、扬声器、数码管显 示器、示器、LCDLCD显示器显示器等。等。 6 6、对于一些二值化的控

5、制命令和参数，可采用、对于一些二值化的控制命令和参数，可采用开关开关作为人机交作为人机交 互的输入设备。如启动互的输入设备。如启动/ /停止，前进停止，前进/ /后退等。后退等。 华北科技学院 5 7 7、结合简单开关输入电路原理图，说明电路功能及如何选择上拉电阻的大、结合简单开关输入电路原理图，说明电路功能及如何选择上拉电阻的大 小。小。P277P277 电路功能：电路功能：1 1）实现开关状态向逻辑电平的转换，供单片机采样； 2）当开关断开时，高电平5V送给单片机采样； 3）当开关闭合时，低电平0V送给单片机采样。 电阻选择：电阻选择： 1）阻值不能过大，阻值过大会降低传输的高电平值； 2

6、）阻值不能过小，阻值过小会增大电路功耗； 3）上拉电阻应全面考虑开关的触点电流和整个电路的功耗再确定，通 常10K左右。 华北科技学院 6 8 8、抖动的危害及硬件去抖与软件去抖。、抖动的危害及硬件去抖与软件去抖。P278P278 硬件去抖：利用电容的积分作用消除按键机械振动带来的信号硬件去抖：利用电容的积分作用消除按键机械振动带来的信号 抖动；利用施密特触发器将信号波形转换成上升沿和下降沿陡峭的抖动；利用施密特触发器将信号波形转换成上升沿和下降沿陡峭的 标准信号供控制器采集。标准信号供控制器采集。 软件去抖：检测到开关状态后，延时一段时间再进行检测，若软件去抖：检测到开关状态后，延时一段时间

7、再进行检测，若 两次检测到的开关状态相同则认为有效，否则按键抖动处理。延时两次检测到的开关状态相同则认为有效，否则按键抖动处理。延时 时间应大于抖动时间。时间应大于抖动时间。 图图4.3 4.3 硬件去抖电路及其工作原理硬件去抖电路及其工作原理 华北科技学院 7 9 9、若机电一体化系统需要输入少量的参数，如修正系数、控、若机电一体化系统需要输入少量的参数，如修正系数、控 制目标等，采用制目标等，采用拨码盘拨码盘较为方便，这种方式具有保持性。较为方便，这种方式具有保持性。 华北科技学院 8 1010、 BCDBCD拨码盘的输入输出状态拨码盘的输入输出状态 表表 华北科技学院 9 1111、当需

8、要输入的指令或参数比较多时，可以选择、当需要输入的指令或参数比较多时，可以选择键盘键盘作为输入接口作为输入接口 。常见的键盘为。常见的键盘为4X44X4矩阵式键盘矩阵式键盘。 1212、结合下图说明、结合下图说明4X44X4矩阵键盘的工作原理。矩阵键盘的工作原理。P281P281 1、当无键按下时，行线呈高 电平。2、当键盘上某键按下 时，则该键对应的行线与列 线被短路，此时行线的电平 由列线的电位决定。3、行线 X0X3接至单片机的输入口 P1.0P1.3，列线Y0Y3接至 单片机的输出口P1.4P1.7。 4、在单片机的控制下，依次 从P1.4P1.7扫描输出低电平， 则通过对P1.0P1

9、.3的读取即 可判断按键闭合的状态。 图图4.7 4.7 扫描方式键盘接口电路扫描方式键盘接口电路 华北科技学院 10 13 13、设计按键处理程序时，应考虑的四项功能。、设计按键处理程序时，应考虑的四项功能。P281P281 q判断键盘上有无按键闭合判断键盘上有无按键闭合 在扫描线在扫描线P1.7P1.7P1.4P1.4上全部送上全部送0 0，然后读取，然后读取P1.3P1.3P1.0P1.0状态，若全状态，若全 部为部为1 1，则无按键闭合，若不全为，则无按键闭合，若不全为1 1，则有键闭合。，则有键闭合。 q去除按键的机械抖动去除按键的机械抖动 延时延时10ms10ms，重新扫描按键状态

10、，若仍不全为，重新扫描按键状态，若仍不全为1 1，则认为按键闭合，则认为按键闭合 有效，否则认为前述按键闭合是由机械抖动或干扰引起。有效，否则认为前述按键闭合是由机械抖动或干扰引起。 q判断闭合按键的键号判断闭合按键的键号 扫描按键，读取闭合按键键号。扫描按键，读取闭合按键键号。 q功能操作功能操作 CPUCPU对按键的一次闭合仅进行一次功能操作。等待闭合按键释放对按键的一次闭合仅进行一次功能操作。等待闭合按键释放 后，再将键号送入存储器。后，再将键号送入存储器。 华北科技学院 11 1414、对于一些二值化的状态显示，可以采用简单的、对于一些二值化的状态显示，可以采用简单的LEDLED发光管

11、发光管来来 指示。如运行指示。如运行/ /停止，正常停止，正常/ /故障等。故障等。 1515、设计一个基于三极管的状态指示灯控制电路，并说明电路、设计一个基于三极管的状态指示灯控制电路，并说明电路 的工作原理。的工作原理。 1 1）三极管的作用是电流放大，电阻的作用是限定电流，使流过）三极管的作用是电流放大，电阻的作用是限定电流，使流过 LEDLED的电流刚好大于点亮电流；的电流刚好大于点亮电流； 2 2）当单片机输出高电平时，三极管截止，）当单片机输出高电平时，三极管截止，LEDLED灯不亮；灯不亮； 3 3）当单片机输出低电平时，三极管导通，）当单片机输出低电平时，三极管导通，LEDLE

12、D灯点亮。灯点亮。 图图4.10 4.10 状态指示灯控制电路状态指示灯控制电路 华北科技学院 12 1616、对于简单参数的显示，如温度、电压、电流等可、对于简单参数的显示，如温度、电压、电流等可 以采用以采用数码管数码管来完成，其具有来完成，其具有成本低、可靠性强、成本低、可靠性强、 控制灵活方便控制灵活方便等优点，是机电一体化系统中应用非等优点，是机电一体化系统中应用非 常广泛的输出设备。数码管有两类：常广泛的输出设备。数码管有两类：共阳极数码管共阳极数码管 和共阴极数码管和共阴极数码管。 1717、对于共阳极数码管，若、对于共阳极数码管，若a a、b b、c c、d d、e e、f f

13、、g g、dpdp 控制引脚的状态依次为控制引脚的状态依次为00000011,00000011,则显示值为则显示值为数字数字 “0”0”；对于共阴极数码管，若；对于共阴极数码管，若a a、b b、c c、d d、e e、f f、 g g、dpdp控制引脚的状态依次为控制引脚的状态依次为10011110,10011110,则显示值为则显示值为 字符字符“E”E”。 华北科技学院 13 18 18、点亮、点亮LEDLED数码管有数码管有静态和动态静态和动态两种方法。所谓静态两种方法。所谓静态 显示就是数码管显示某一字符时，相应的发光二极管显示就是数码管显示某一字符时，相应的发光二极管恒定恒定 的导

14、通或截止的导通或截止。静态显示时，。静态显示时，较小的电流能得到较高的亮较小的电流能得到较高的亮 度，度，所以可以由单片机所以可以由单片机IOIO口直接驱动，静态显示方法适合口直接驱动，静态显示方法适合 与与显示位数少显示位数少的情况。当位数较多时，用静态显示需要占的情况。当位数较多时，用静态显示需要占 用太多的用太多的IOIO口，所以，一般采用动态显示的方法。所谓动口，所以，一般采用动态显示的方法。所谓动 态显示就是态显示就是一位一位地轮流点亮各位数码管，一位一位地轮流点亮各位数码管，即扫描点亮。即扫描点亮。 数码管的亮度既与数码管的亮度既与导通电流导通电流有关，也与有关，也与点亮时间和扫描

15、间点亮时间和扫描间 隔时间隔时间有关。通过有关。通过调整电流和时间参数调整电流和时间参数，可以实现高亮度、，可以实现高亮度、 高稳定的显示。动态显示需要电流较大，一般需要在单片高稳定的显示。动态显示需要电流较大，一般需要在单片 机和数码管之间增加机和数码管之间增加驱动电路驱动电路。 华北科技学院 14 1919、对于文本、图形等复杂参数的显示，可以采用、对于文本、图形等复杂参数的显示，可以采用 LCDLCD液晶屏液晶屏来完成，其具有来完成，其具有低压微功耗、显示信息低压微功耗、显示信息 量大、显示内容直观量大、显示内容直观等优点，是机电一体化系统中等优点，是机电一体化系统中 应用非常广泛的输出

16、设备。从显示内容来分，应用非常广泛的输出设备。从显示内容来分，LCDLCD 液晶屏有液晶屏有字段型、点阵字符型和点阵图形型字段型、点阵字符型和点阵图形型三类。三类。 2020、下图是、下图是HC16202HC16202字符型字符型LCDLCD模块与单片机接口电路模块与单片机接口电路 图，说明关键引脚图，说明关键引脚RSRS、R/WR/W、E E、V0V0的作用，并分析的作用，并分析 控制端口地址。控制端口地址。 nRS是数据/指令选择端，高电平时访问数据寄存器，低电平时访问指令寄存器； nR/W是读写选择端，高电平时表示读LCD模块，低电平时表示写LCD模块； nE为LCD使能信号，高电平时芯

17、片使能，可以工作； nV0是LCD亮度调节端，随着输入电压的变化亮度也随之变化。 n写指令端口地址为10H n读指令端口地址为12H n写数据端口地址为11H n读数据端口地址为13H 华北科技学院 15 20 20、下图是、下图是HC16202字符型字符型LCD模块与单片机接口电路图，模块与单片机接口电路图， 说明关键引脚说明关键引脚RSRS、R/WR/W、E E、V0V0的作用，并分析控制端口地址。的作用，并分析控制端口地址。 图图4.17 HC162024.17 HC16202字符型字符型LCDLCD模块与单片机接口电路模块与单片机接口电路 华北科技学院 16 21 21、在一个机电一体

18、化产品中，控制微机要对机械、在一个机电一体化产品中，控制微机要对机械 装置进行有效控制，使其按预定的规律运行，完成装置进行有效控制，使其按预定的规律运行，完成 预定的任务，就必须预定的任务，就必须随时对机械系统的运行状态进随时对机械系统的运行状态进 行监控，随时检测各种工作和运行参数，行监控，随时检测各种工作和运行参数，如位置、如位置、 速度、转矩、压力、温度等。控制系统检测的信号速度、转矩、压力、温度等。控制系统检测的信号 概括起来有三种：概括起来有三种：开关信号开关信号( (如限位开关、时间继电如限位开关、时间继电 器等器等) )、模拟信号、模拟信号( (如热敏电阻、应变片等如热敏电阻、应

19、变片等) )、频率信、频率信 号号( (如霍尔速度传感器、超声波无损探伤等如霍尔速度传感器、超声波无损探伤等) )。针对针对 不同性质的信号，过程输入通道接口要对其进行不不同性质的信号，过程输入通道接口要对其进行不 同的处理，例如对模拟信号必须进行模数转换变成同的处理，例如对模拟信号必须进行模数转换变成 微机可以接受的数字量再传送给微机。微机可以接受的数字量再传送给微机。 华北科技学院 17 22 22、模拟量输入通道的任务是对、模拟量输入通道的任务是对过程量（即模拟量过程量（即模拟量 ）进行变换、放大、采样和模）进行变换、放大、采样和模 / /数转换，使其变为数转换，使其变为 二进制数字量并

20、输入到计算机。二进制数字量并输入到计算机。典型的模拟量输入典型的模拟量输入 通道的结构如图通道的结构如图4.184.18所示，它主要由所示，它主要由传感器、放大传感器、放大 电路、多路转换开关、采样保持、电路、多路转换开关、采样保持、A/DA/D转换和控制接转换和控制接 口电路口电路等组成。等组成。 华北科技学院 18 23 23、模拟量输入通道是计算机控制系统的信号采集、模拟量输入通道是计算机控制系统的信号采集 通道，从信号的传感、变换到计算机输入，都必须考通道，从信号的传感、变换到计算机输入，都必须考 虑。具体要解决的问题包括虑。具体要解决的问题包括信号拾取、信号调节、信号拾取、信号调节、

21、 A/DA/D转换、电源配置和防止干扰转换、电源配置和防止干扰等。等。 24 24、多路转换器又称多路开关。在分时检测时，利、多路转换器又称多路开关。在分时检测时，利 用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接 到公用放大器或到公用放大器或A/D A/D 转换器上。为了提高过程参数转换器上。为了提高过程参数 的检测精度，对多路开关提出了较高的要求，例如的检测精度，对多路开关提出了较高的要求，例如 接通电阻要很小、开路电阻要很大、切换速度要快接通电阻要很小、开路电阻要很大、切换速度要快 、寿命长、工作可靠、寿命长、工作可靠等。等。 华北科技学院 19

22、 25 25、多路转换开关的类型、多路转换开关的类型 多路开关有两类：一类是机械触点式，如干簧继电器、水多路开关有两类：一类是机械触点式，如干簧继电器、水 银继电器和机械振子式继电器；另一类是电子式开关，如晶银继电器和机械振子式继电器；另一类是电子式开关，如晶 体管、场效应管及集成电路开关等。体管、场效应管及集成电路开关等。 机械触点式开关机械触点式开关电子式开关电子式开关 优点是接触电阻小、断开时阻抗 高、工作寿命长；缺点是体积大、 工作频率不高(最大400Hz)、剩磁 效应影响触点断开。 优点是工作频率高、开关速度 快、体积小、寿命长；缺点是 导通电阻大、不完全隔离，影 响小信号的测量精度

23、。 华北科技学院 20 2626、下图是集成多路转换器与单片机、下图是集成多路转换器与单片机80318031的接口电路图的接口电路图 分析其控制逻辑关系。分析其控制逻辑关系。 华北科技学院 21 27 27、为什么要采样保持？、为什么要采样保持？ 模模/ /数转换器完成一次完整的转换过程需要一定的时间数转换器完成一次完整的转换过程需要一定的时间 ，我们叫转换时间。对变化快的模拟信号来说，转换时间将，我们叫转换时间。对变化快的模拟信号来说，转换时间将 引起转换误差，这个误差我们叫孔径误差。信号频率越高，引起转换误差，这个误差我们叫孔径误差。信号频率越高， 孔径误差也就越大。为了在满足转换精度的条

24、件下，提高信孔径误差也就越大。为了在满足转换精度的条件下，提高信 号允许的工作频率，需要在模号允许的工作频率，需要在模/ /数转换前加入采样保持器。数转换前加入采样保持器。 2828、选择采样保持器时主要需要考虑的因素：、选择采样保持器时主要需要考虑的因素：输入信号输入信号 范围、输入信号变化率、多路转换器的切换速度、采集时间范围、输入信号变化率、多路转换器的切换速度、采集时间 等。若输入模拟信号变化缓慢、模数转换器转换速度相对很等。若输入模拟信号变化缓慢、模数转换器转换速度相对很 快，可以不用采样保持器。快，可以不用采样保持器。 华北科技学院 22 29 29、A/DA/D转换器的主要技术指

25、标：转换器的主要技术指标： 1)1)转换时间和转换速度。转换时间和转换速度。转换时间是转换时间是A/DA/D完成一次转换完成一次转换 所需要的时间。转换时间的倒数即为转换速率。所需要的时间。转换时间的倒数即为转换速率。 2)2)分辨率。分辨率。A/DA/D转换器的分辨率习惯上用输出二进制位转换器的分辨率习惯上用输出二进制位 数或数或BCDBCD码位数表示。码位数表示。1212位位ADAD的分辨率为的分辨率为1/2121/212。 3 3）A/DA/D转换精度。转换精度。A/DA/D转换精度定义为一个实际转换精度定义为一个实际A/DA/D转换转换 器与一个理想器与一个理想A/DA/D转换器在量化

26、值上的差值，可用绝对误差转换器在量化值上的差值，可用绝对误差 和相对误差表示。和相对误差表示。 3030、ADC0809ADC0809是一种是一种8 8路模拟输入、路模拟输入、8 8位数字输出的位数字输出的逐次比较式逐次比较式 A/DA/D转换器。其内部由转换器。其内部由8 8路模拟开关、地址锁存与译码器、路模拟开关、地址锁存与译码器、 A/DA/D转换器和三态输出锁存器转换器和三态输出锁存器组成。模拟开关的作用是允许组成。模拟开关的作用是允许8 8 路模拟量分时输入，共用路模拟量分时输入，共用A/DA/D转换器进行转换。三态输出锁转换器进行转换。三态输出锁 器的作用是用于锁存器的作用是用于锁

27、存A/DA/D转换完的数字量，当转换完的数字量，当OEOE端为高电平端为高电平 时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 华北科技学院 23 31 31、结合下图说明、结合下图说明ADC0809ADC0809的工作过程的工作过程 华北科技学院 24 ADC0809 ADC0809的工作过程如下：首先输入的工作过程如下：首先输入3 3位地址，并使位地址，并使 ALE=1ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8 8路路 模拟输入之一到模拟输入之一到ADAD转换器。转换器。STARTSTART上升

28、沿将逐次逼近寄存器上升沿将逐次逼近寄存器 复位。下降沿启动复位。下降沿启动A/DA/D转换，之后转换，之后EOCEOC输出信号变低，指示输出信号变低，指示 转换正在进行。直到转换正在进行。直到A/DA/D转换完成，转换完成，EOCEOC变为高电平，指示变为高电平，指示 A/DA/D转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中 断申请。当断申请。当ENABLEENABLE输入高电平时，输出三态门打开，转换输入高电平时，输出三态门打开，转换 结果的数字量输出到数据总线上。结果的数字量输出到数据总线上。 华北科技学院 25 32 32、8 8位位A

29、DAD转换芯片，基准电压为转换芯片，基准电压为5V5V，若输出的数字，若输出的数字 量为量为0 x7F0 x7F，则输入模拟量电压值为，则输入模拟量电压值为2.5V 2.5V 。 华北科技学院 26 图图4.34 ADC08094.34 ADC0809与与80318031的接口逻辑的接口逻辑 ADC0809的8位数字 量输出端D0D7， 直接与单片机的数 据总线连接，单片 机的P2.7引脚与 /RD或/WR控制对 ADC0809的读写。8 路模拟量输入端 IN0IN7，输入待 采集的模拟信号。 A、B、C：模拟量 输入通道地址选择 线，其8种编码分 别对应IN0IN7。 33 33、ADC08

30、09ADC0809与单片机的接口与单片机的接口 华北科技学院 27 单片机控制单片机控制ADC时，可采用时，可采用查询和中断控制查询和中断控制两种方式。两种方式。 查询方式是单片机把启动信号送到查询方式是单片机把启动信号送到ADC之后执行别的之后执行别的 程序，同时对程序，同时对0809的的EOC引脚引脚的状态进行查询，以检的状态进行查询，以检 查查ADC变换是否已经结束，如查询到变换已经结束，变换是否已经结束，如查询到变换已经结束， 则读入转换完毕的数据。则读入转换完毕的数据。 中断控制方式是在启动信号送到中断控制方式是在启动信号送到ADC之后，单片之后，单片 机执行别的程序。机执行别的程序

31、。0809转换结束并向单片机发出中断转换结束并向单片机发出中断 请求信号时，单片机响应此中断请求，进入中断服务请求信号时，单片机响应此中断请求，进入中断服务 程序，读入转换数据。中断控制方式效率高，所以特程序，读入转换数据。中断控制方式效率高，所以特 别适用于变换时间较长的别适用于变换时间较长的ADC。 ADC0809对输入模拟量要求：对输入模拟量要求：信号单极性，电压信号单极性，电压 范围是范围是05V，若信号太小，必须进行放大；输入的模，若信号太小，必须进行放大；输入的模 拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太 快，则需在输入前增加快，

32、则需在输入前增加采样保持电路采样保持电路。 华北科技学院 28 34 34、开关量（数字量）大致可分为三种形式：、开关量（数字量）大致可分为三种形式：机械有机械有 触点开关量、电子无触点开关量和非电量开关量触点开关量、电子无触点开关量和非电量开关量。不同的。不同的 开关量要采用不同的变换方法。开关量要采用不同的变换方法。 3535、继电器、接触器、开关、行程开关、阀门、按钮继电器、接触器、开关、行程开关、阀门、按钮 等都属于机械有触点开关。机械有触点开关常用的三种变等都属于机械有触点开关。机械有触点开关常用的三种变 换方式：换方式：控制系统自带电源方式、外接电源方式、恒流源控制系统自带电源方式

33、、外接电源方式、恒流源 方式。方式。控制系统自带电源方式一般用于开关安装位置离控控制系统自带电源方式一般用于开关安装位置离控 制系统较近的场合，供电电源为直流制系统较近的场合，供电电源为直流24V24V以下；外接电源以下；外接电源 方式适合于开关安装在离控制系统较远位置的场合。外接方式适合于开关安装在离控制系统较远位置的场合。外接 电源可采用直流或交流形式；恒流源方式适用于抗干扰能电源可采用直流或交流形式；恒流源方式适用于抗干扰能 力要求高、传输距离较远的场合。电流一般取力要求高、传输距离较远的场合。电流一般取010mA010mA，即，即 触点闭合时输出电流为触点闭合时输出电流为10mA10m

34、A，触点断开时输出电流为，触点断开时输出电流为0 0。 华北科技学院 29 3636、下图为并联式机械有触点开关检测电路，、下图为并联式机械有触点开关检测电路， 开关开关K1K1闭合时，闭合时，VoVo输出为输出为高电平高电平；开关；开关K1K1断开时，断开时， VoVo输出为输出为低电平低电平。 图图4.39 4.39 并联式机械有触点开关检测电路并联式机械有触点开关检测电路 华北科技学院 30 3737、固态继电器、功率电子器件、模拟开关、三极管固态继电器、功率电子器件、模拟开关、三极管等都属等都属 于电子无触点开关。电子无触点开关量的特点是于电子无触点开关。电子无触点开关量的特点是开关速

35、度开关速度 快、开关与主电路没有完全隔离快、开关与主电路没有完全隔离。下图为串联式电子无触。下图为串联式电子无触 点开关检测电路，点开关检测电路，ViVi输入高电平时，三极管输入高电平时，三极管导通导通，VoVo输出输出 为为低电平低电平；ViVi输入低电平时，三极管输入低电平时，三极管截止截止，VoVo输出为输出为高电高电 平平。 图图4.39 4.39 电子无触点开关量变换电路电子无触点开关量变换电路 华北科技学院 31 3838、下图为开关量整形与电平变换的典型电路图，试说明电、下图为开关量整形与电平变换的典型电路图，试说明电 路中各元件的作用及功能。路中各元件的作用及功能。 1 1、F

36、B5FB5、CT5CT5、C17C17的作用：去除毛刺尖峰；的作用：去除毛刺尖峰； 2 2、R1R1、WD1WD1的作用：利用稳压管的作用：利用稳压管WD1WD1设置导通门限电压为设置导通门限电压为 30V30V，大于，大于30V30V，导通，小于，导通，小于30V30V截止，提高抗干扰能力；截止，提高抗干扰能力； 3 3、光耦、光耦TLP1TLP1的作用：电气隔离与电平转换；的作用：电气隔离与电平转换； 4 4、斯密特触发器、斯密特触发器U10U10的作用：波形整形，转换成标准方波的作用：波形整形，转换成标准方波 信号；信号； 图图4.41 4.41 开关量整形与电平变换典型电路图开关量整形

37、与电平变换典型电路图 华北科技学院 32 39 39、根据计算机控制系统的功能要求，、根据计算机控制系统的功能要求，CPU CPU 对开关量对开关量 输入信号的处理形式主要有三种：输入信号的处理形式主要有三种：开关状态检测、脉宽测开关状态检测、脉宽测 量和脉冲计数量和脉冲计数。开关状态检测可以由。开关状态检测可以由74LS24474LS244完成；脉宽完成；脉宽 测量和脉冲计数可以由测量和脉冲计数可以由82538253完成。完成。 华北科技学院 33 4040、控制微机通过信息采集接口检测机械系统、控制微机通过信息采集接口检测机械系统 的状态，经过运算处理，发出有关控制信号的状态，经过运算处理

38、，发出有关控制信号 ，经过控制输出接口的，经过控制输出接口的匹配、转换、功率放匹配、转换、功率放 大大，驱动执行元件去调节机械系统的运行状，驱动执行元件去调节机械系统的运行状 态，使其按设计要求运行。态，使其按设计要求运行。 华北科技学院 34 4141、模拟量输出通道的任务是、模拟量输出通道的任务是把微型机输出的数字量把微型机输出的数字量 变换成模拟量变换成模拟量，这个任务主要由，这个任务主要由D/AD/A转换器转换器来完成，来完成， DADA转换器：即数模转换器，就是把数字信号转换成转换器：即数模转换器，就是把数字信号转换成 模拟信号的器件，常见的有模拟信号的器件，常见的有DAC0832D

39、AC0832、DAC1208DAC1208等。等。 对于模拟量输出通道，要求对于模拟量输出通道，要求可靠性高，满足一定的可靠性高，满足一定的 精度，还必须具有保持的功能精度，还必须具有保持的功能。模拟量输出通道有。模拟量输出通道有 两种基本结构形式：两种基本结构形式：独立独立D/AD/A转换器形式和共用转换器形式和共用D/AD/A 转换器形式转换器形式。 华北科技学院 35 4242、在、在D/AD/A转换器接口设计中，主要考虑的问题是转换器接口设计中，主要考虑的问题是D/AD/A 转换芯片的选择、数字量码的输入及模拟量的极性转换芯片的选择、数字量码的输入及模拟量的极性 输出、参考电压电流源、

40、模拟电量输出的调整与分输出、参考电压电流源、模拟电量输出的调整与分 配配等。等。 华北科技学院 36 4343、D/AD/A转换器的主要技术指标。转换器的主要技术指标。 n分辨率：分辨率通常用数字量的位数表示，如分辨率：分辨率通常用数字量的位数表示，如8 8位、位、1010位、位、1212位、位、 1616位等。分辨率越高，对输入量的微小变化的反应越灵敏。位等。分辨率越高，对输入量的微小变化的反应越灵敏。 n输出形式：电压输出形式或电流输出形式。电流输出的输出形式：电压输出形式或电流输出形式。电流输出的D/AD/A转换器转换器 ，如需模拟电压输出，可在其输出端加一个，如需模拟电压输出，可在其输

41、出端加一个I-VI-V转换电路。转换电路。 n输出信号范围：一般输出电压范围输出信号范围：一般输出电压范围0 05V5V，0 010V10V，-5V-5V+5V+5V，- - 10V10V+10V+10V等；一般输出电流的范围等；一般输出电流的范围0 020mA20mA。 n转换时间：完成一次转换时间：完成一次DADA转换所需的时间称为转换时间。不同型号、转换所需的时间称为转换时间。不同型号、 不同分辨率的器件，其转换时间长短相差很大，可能为几十纳秒到不同分辨率的器件，其转换时间长短相差很大，可能为几十纳秒到 几微秒。几微秒。 n工作温度范围：由于温度会对运算放大器和电阻解码网络等产生影工作温

42、度范围：由于温度会对运算放大器和电阻解码网络等产生影 响，所以只有在一定的温度范围内才能保证额定的转换指标。较好响，所以只有在一定的温度范围内才能保证额定的转换指标。较好 的转换器件工作温度为的转换器件工作温度为-40-408585，较差者为，较差者为007070。 华北科技学院 37 44 44、 D/AD/A转换基本原理转换基本原理 DADA转换器的基本功能是将一个用二进制表示的转换器的基本功能是将一个用二进制表示的 数字量转换成相应的模拟量。转换的基本方法是将数字量转换成相应的模拟量。转换的基本方法是将 其每一位都转换成相应的模拟量其每一位都转换成相应的模拟量( (电压或电流电压或电流)

43、 )，然，然 后求叠加和，即得到与数字量成正比的模拟量，一后求叠加和，即得到与数字量成正比的模拟量，一 般的数模转换器都是按这一原理设计的。般的数模转换器都是按这一原理设计的。 4545、R-2RR-2R网络型网络型DADA转换器主要由三部分构成，转换器主要由三部分构成， 即即R-2RR-2R电阻网络和受输入数字量控制的电子开关组电阻网络和受输入数字量控制的电子开关组 及运算放大器构成的电流电压转换器。电子开关组及运算放大器构成的电流电压转换器。电子开关组 受输入二进制数据受输入二进制数据D0D7D0D7控制，当某一位为控制，当某一位为“1”1”时时 ，电子开关闭合，当某一位为，电子开关闭合，当某一位为“0”0”时，则电子开关时，则电子开关 断开。断开。 华北科技学院 38 上图为R-2R网络型DA转换器的原理图。 思考1：设VREF=5V，输入数字量=11001000，那么DA转换结果=？ 思考2：设VREF=5V，要输出3V的模拟信号，那么输入数字量=？ IREF=REF/R I7= IREF /2 I6= IREF /4 I5= IREF /8 I4= IREF /16 I3= IREF /32 I2= IREF /64 I1= IREF /128 I0= IREF /256 iE=I7D7+I6D6+I5D5+I4D4+I3D3+I2D2+I1D1+I0D0 =