总线、接口数字量输入、输出

1、第第2章章 计算机控制系统的硬件设计技术计算机控制系统的硬件设计技术 n数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道 n模拟量输入输出接口与过程通道模拟量输入输出接口与过程通道n串行外部总线技术串行外部总线技术n硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术总线技术技术1、RS-232串行总线串行总线n用于数据终端设备（用于数据终端设备（DTE）和数）和数据通信设备（据通信设备（DCE）之间的串行）之间的串行通信。通信。 DTE和和 DCE之间用之间用25线线或或9线互连起来，线互连起来，其中基本的三根其中基本的三根线是发送数据线线是发送数据线TXD，接收数据，接收数据线线RXD和信号地线和信号地线

2、SGND。nRS-232采用点对点连接方式，两点之间采用点对点连接方式，两点之间的通信距离不大于的通信距离不大于15米，传输速率不大米，传输速率不大于于20Kbps（每秒传输位数（每秒传输位数20K）。）。nRS-232总线规定总线规定1台发送器只能连接台发送器只能连接1台台接收器。由于采用单端发送器和接收器，接收器。由于采用单端发送器和接收器，并有公共信号地线，所以并有公共信号地线，所以通信距离短通信距离短而而且容易引进干扰且容易引进干扰。使用。使用不平衡传输不平衡传输方式。方式。RS232C的电气标准和机械连接的电气标准和机械连接DTE插针式插针式DCE内孔式内孔式25针针DB插连接器插连

3、接器DTE插针式插针式DCE内孔式内孔式9针针DB插连接器插连接器RS232C的电气标准：的电气标准： 3V15V : 逻辑逻辑0 -3V-15V: 逻辑逻辑1TTL/CMOS-RS232电平转换芯片：电平转换芯片：MAX232、MAX202等等计算机间计算机间RS232C通信的常用连接方法通信的常用连接方法全握手全握手无握手无握手 计算机计算机计算机计算机 TXD TXD RXD RXD GND GNDTxDRxDRTSCTSDTRDSRCDRIGNDTxDRxDRTSCTSDTRDSRCDRIGND终端准备终端准备好好请求发送请求发送清除以便发送清除以便发送数据机准备好数据机准备好振铃信振

4、铃信号号载波信号检测载波信号检测平衡和非平衡线路平衡和非平衡线路2、RS-422串行总线串行总线n采用双端发送器和接收器，数据终端设备采用双端发送器和接收器，数据终端设备和数据通信设备之间用和数据通信设备之间用4线电缆互连起来，线电缆互连起来，每个方向使用每个方向使用2根线，可以实现全双工通信根线，可以实现全双工通信方式。方式。nRS-422也也采用点对点连接方式，尽管采用点对点连接方式，尽管1台台发送器可连接发送器可连接10台接收器台接收器，仍然需要，仍然需要10对对通信线。通信线。3、RS-485串行总线串行总线n是是RS-422总线的扩展，总线的扩展，采用采用1点对多点点对多点的连接方式

5、，而且只需要的连接方式，而且只需要2根通信线根通信线。nRS-485总线规定总线规定2根通信线上可以连接根通信线上可以连接32台发送器和台发送器和32台接收器，但是台接收器，但是同时只同时只能有一对发送器和接收器进行点对点通能有一对发送器和接收器进行点对点通信信。为半双工通信方式。为半双工通信方式。n采用双端发送器和接收器，两者之间无采用双端发送器和接收器，两者之间无公共信号地线，传输距离长，速率高。公共信号地线，传输距离长，速率高。数字量输入输出技术数字量输入输出技术l 在开关输入电路中，主要考虑：在开关输入电路中，主要考虑：（1）电平转换用电阻分压法把电流信号转换为电压信号。）电平转换用电

6、阻分压法把电流信号转换为电压信号。（2）RC滤波用滤波用RC滤波器滤出高频干扰。滤波器滤出高频干扰。（3）过电压保护用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压）过电压保护用稳压管和限流电阻作过电压保护；用稳压管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。管或压敏电阻把瞬态尖峰电压箝位在安全电平上。（4）反电压保护串联一个二极管防止反极性电压输入。）反电压保护串联一个二极管防止反极性电压输入。（5）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。）光电隔离用光耦隔离器实现计算机与外部的完全电隔离。开关输入电路开关输入电路数字量输入（数字量输入（DI）通道）通道 数字量输入（数字量输入（DI）通道：把

7、从控制对象检）通道：把从控制对象检测得到的数字码、开关量、脉冲量或中断测得到的数字码、开关量、脉冲量或中断请求信号经过输入缓冲器在接口的控制下请求信号经过输入缓冲器在接口的控制下送给计算机。送给计算机。输 入调 理电 路输 入缓 冲器地址译码器生产过程PC总线注缓冲器的作用缓冲器的作用 n缓冲寄存器又称缓冲器缓冲寄存器又称缓冲器，它分输入缓冲器，它分输入缓冲器和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设和输出缓冲器两种。前者的作用是将外设送来的数据暂时存放，以便处理器将它取送来的数据暂时存放，以便处理器将它取走；后者的作用是用来暂时存放处理器送走；后者的作用是用来暂时存放处理器送往外设的数据。有了数控

8、缓冲器，就可以往外设的数据。有了数控缓冲器，就可以使高速工作的使高速工作的CPU与慢速工作的外设起协与慢速工作的外设起协调和缓冲作用调和缓冲作用，实现数据传送的同步。由，实现数据传送的同步。由于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三于缓冲器接在数据总线上，故必须具有三态输出功能。态输出功能。 任务任务 把计算机输出的微弱数字信号转换成能对把计算机输出的微弱数字信号转换成能对生产过程进行控制的数字驱动信号。生产过程进行控制的数字驱动信号。 常用电路常用电路三极管输出驱动电路、继电器输出驱动三极管输出驱动电路、继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电器输出驱动电路、晶闸管输出驱动电路、固态继电

9、器输出驱动电路等。电路等。 选择选择根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、根据现场负荷的不同，如指示灯、继电器、接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大接触器、电机、阀门等，可以选用不同的功率放大器件构成不同的开关量驱动输出通道。器件构成不同的开关量驱动输出通道。数字量输出通道数字量输出通道数字量输出（数字量输出（DO）通道）通道 数字量输出（数字量输出（DO）通道：把从计算机输出）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口输出数字信号、脉冲的数字信号通过接口输出数字信号、脉冲信号或开关信号信号或开关信号(控制通道控制通道,电磁阀电磁阀)输 出驱 动器输 出锁 存器地址译码器生产过程PC总线注

10、锁存器的作用锁存器的作用 v锁存器锁存器就是把当前的状态锁存起来，使就是把当前的状态锁存起来，使CPU送出的数据在接口电路的输出端保持一段时送出的数据在接口电路的输出端保持一段时间锁存后间锁存后状态不再发生变化状态不再发生变化，直到解除锁定。，直到解除锁定。还有些芯片具有锁存器，比如芯片还有些芯片具有锁存器，比如芯片74LS273就具有锁存的功能，它可以通过把一个引脚就具有锁存的功能，它可以通过把一个引脚置高后，输出就会保持现有的状态，直到把置高后，输出就会保持现有的状态，直到把该引脚清该引脚清0后才能继续变化。后才能继续变化。 注普通三极管驱动电路普通三极管驱动电路 6047K3.3管极三DELV5+03