第2章 输入通道接口技术

1、2022-4-22第2章 输入通道接口技术计算机控制技术1计算机控制技术计算机控制技术Computer Controlled SystemsComputer Controlled Systems4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 2第第2 2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术2.1 信号测量与传感器技术信号测量与传感器技术2.2 模拟信号输入通道接口模拟信号输入通道接口2.3 键盘接口技术键盘接口技术2.4 开关量信号输入接口开关量信号输入接口 作业作业4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 32.1 信号信号测量与传感器技术测量与传感器

2、技术 传感器是计算机控制系统的传感器是计算机控制系统的“感触器官感触器官”； 传感器能将需要测量的各种参数转换为电信号，传感器能将需要测量的各种参数转换为电信号，电信号经调理、电信号经调理、A/D转换后变为数字信号，然后送给转换后变为数字信号，然后送给计算机进行处理。计算机进行处理。 传感器有很多种类：温度传感器，压力传感器，传感器有很多种类：温度传感器，压力传感器，流量传感器，等等。流量传感器，等等。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 42.2 模拟信号模拟信号输入通道接口输入通道接口一、模拟多路开关一、模拟多路开关二、二、A/D转换器转换器三、数据采集与处理方法

3、三、数据采集与处理方法4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 5一、模拟多路开关一、模拟多路开关 在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号进行在实际的计算机控制系统中，往往需要对多路信号进行测量，而计算机在同一时刻只能处理一路信号，因此需要将测量，而计算机在同一时刻只能处理一路信号，因此需要将各路信号分时地送给计算机处理。各路信号分时地送给计算机处理。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 61 1、模拟多路开关、模拟多路开关CD4051CD4051*CD4051是是8通道多路开关通道多路开关*带有带有3个通道选择输入端个通道选择输入端A、B

4、、C，用于选择，用于选择8个通道个通道之一之一*一个禁止输入端一个禁止输入端INH，高，高电平时，禁止模拟信号输电平时，禁止模拟信号输入；低电平时允许模拟信入；低电平时允许模拟信号输入号输入 *VDD与与VSS的电平差为的电平差为0.5 15V4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 72 2、CD4051CD4051多路开关的扩展应用多路开关的扩展应用 在实际应用中，如果被测参数多于在实际应用中，如果被测参数多于8路，可以采用将多个路，可以采用将多个CD4051 相连进行扩展。相连进行扩展。*由由D0D1D2D3来选择来选择16路路通道之一通道之一*其中其中D30，选中

5、，选中1*其中其中D31，选中，选中24/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 8二、二、A/DA/D转换器转换器 A/D转换器转换器 能将模拟信号转换为数字信号的器件，能将模拟信号转换为数字信号的器件，称为模数转换器，即称为模数转换器，即A/D转换器。转换器。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 9信号的采样信号的采样 以一定的时间间隔取得某一个连续变量值的过程，或者以一定的时间间隔取得某一个连续变量值的过程，或者将连续时间信号转换成时间离散的脉冲序列的过程，称为将连续时间信号转换成时间离散的脉冲序列的过程，称为采采样过程样过程。这些脉冲信号这

6、些脉冲信号f*(t)即为即为采样信号采样信号。它是时间上离散、幅值上它是时间上离散、幅值上连续的信号。连续的信号。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 10信号的量化信号的量化 将采样信号转化为数字信号的过程称为量化过将采样信号转化为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置就是程，执行量化动作的装置就是A/D转换器。转换器。 量化单位：量化单位：q=（ymax-ymin）/2n 量化过程是一个小数归整的过程，因而一定存量化过程是一个小数归整的过程，因而一定存在在量化误差量化误差。 当然，当当然，当A/D转换器的字长转换器的字长n足够长时，量化误足够长时，量化误差

7、就变得相当小了，数字信号可以近似采样信号。差就变得相当小了，数字信号可以近似采样信号。注意区别：线性误差注意区别：线性误差在满量程输入范围内，偏在满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差定义为移理想转换特性的最大误差定义为线性误差线性误差。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 11A/DA/D转换器转换器A/D转换器采用的转换原理：转换器采用的转换原理： 1、逐次逼近式、逐次逼近式A/D转换器的转换时间与转换精度比转换器的转换时间与转换精度比较适中，转换时间一般在较适中，转换时间一般在s级，转换精度一般在级，转换精度一般在0.1%左右，左右，适用于一般场合；适用于

8、一般场合； 2、双斜积分式、双斜积分式A/D转换器的核心部件是积分器，因转换器的核心部件是积分器，因而速度较慢，其转换时间一般在而速度较慢，其转换时间一般在ms级，但抗干扰性能强，转级，但抗干扰性能强，转换精度可达换精度可达0.01%或更高，适用于在数字电压表类仪器中使或更高，适用于在数字电压表类仪器中使用；用； 3、并行式又称闪烁式、并行式又称闪烁式由于采用并行比较，因而转换由于采用并行比较，因而转换速率较高，其转换时间一般在速率较高，其转换时间一般在ns级，但抗干扰性能较差，由级，但抗干扰性能较差，由于工艺限制，其分辨率一般不高于于工艺限制，其分辨率一般不高于8位，主要用于一些转换速位，主

9、要用于一些转换速度较快的仪器中。度较快的仪器中。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 12A/DA/D转换器转换器A/D转换器的主要技术指标：转换器的主要技术指标： 1、分辨率、分辨率分辨率是衡量分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。最小变化程度的技术指标。 通常用数字量的位数通常用数字量的位数n表示，它表示能对满量程输入的表示，它表示能对满量程输入的1/2n的增量做出反映。的增量做出反映。 若若n=8，满量程输入为，满量程输入为5.12V， 则数字量的最低有效位（则数字量的最低有效位（LSB）=5.12/28=20mV即：

10、低于即：低于20mV的量都被省略了（量化误差）。的量都被省略了（量化误差）。 2、转换时间、转换时间完成一次由模拟量到数字量转换所需要完成一次由模拟量到数字量转换所需要的时间；的时间； 3、线性误差、线性误差在满量程输入范围内，偏移理想转换特在满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差（一般用性的最大误差（一般用LSB表示）。表示）。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 131 1、8 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809*芯片内包含有芯片内包含有8通道通道多路开关及计算机兼多路开关及计算机兼容的控制逻辑容的控制逻辑*一个高阻抗斩波稳一个高阻抗

11、斩波稳定比较器定比较器*一个带有模拟开关一个带有模拟开关树组的树组的256R电阻分压电阻分压器器*一个逐次逼近型寄一个逐次逼近型寄存器存器SARADC0809是是8位逐次逼位逐次逼近型近型AD转换器转换器4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 14ADC0809的引脚功能：的引脚功能：*IN0IN7:8个模拟量个模拟量输入端输入端*START：启动信号。：启动信号。当当START为高电平时，为高电平时，A/D转换开始转换开始*EOC：转换结束信：转换结束信号。当号。当A/D转换结束转换结束后，发出一个正脉冲，后，发出一个正脉冲，表示表示A/D转换完毕转换完毕*OE：输出

12、允许信号，：输出允许信号，高电平有效高电平有效*CLOCK:实时时钟实时时钟1、8位位A/D转换器转换器ADC08094/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 151 1、8 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809*ALE:地址锁存允许，地址锁存允许，高电平有效高电平有效*CBA:选择通道选择通道*D0D7:数字量输出数字量输出端端*VREF、 VREF:参参考电压端子考电压端子*VCC :电源端子，接电源端子，接5V*GND：接地：接地ADC0809的引脚功能：的引脚功能：4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 161 1、8

13、 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809ADC0809的主要技术的主要技术指标：指标：*单一电源单一电源5V，模拟，模拟量输入范围量输入范围0 5V*分辨率为分辨率为8位位(n=8)*最大不可调误差：小最大不可调误差：小于于1LSB (LSB即最即最低有效位低有效位1/2n)*转换时间在时钟频率转换时间在时钟频率640khz时，约为时，约为100s*功耗为功耗为15mW4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 172 2、ADC0809ADC0809的应用的应用应用原理图：应用原理图：转换结束，转换结束，EOC变变成高电平，可作为成高电平，可作为中断请

14、求信号。中断请求信号。计算机发出一个允计算机发出一个允许命令，许命令，OE变高变高电平，则可读数据电平，则可读数据经经A/D转换后转换后的数字量的数字量4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 182 2、ADC0809ADC0809的应用的应用*启动脉冲启动脉冲START和地址和地址锁存允许脉冲锁存允许脉冲ALE的上的上升沿将地址锁存，将升沿将地址锁存，将CBA所指定的通道信号所指定的通道信号送至送至A/D转换器转换器t*在在START正脉冲下降沿正脉冲下降沿t时刻后，时刻后，EOC变负，直变负，直至转换结束，至转换结束，EOC变正变正转换结束转换结束*此时，计算机发出

15、一个此时，计算机发出一个允许命令，使允许命令，使OE变高电变高电平，则可读出数据平，则可读出数据A/D转换时序图：转换时序图：4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 193 3、A/DA/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接（1）模拟量输入通道的连接）模拟量输入通道的连接 A/D转换器接受的模拟量大都为转换器接受的模拟量大都为05V的标准电压信号的标准电压信号（2）数字量输出引脚的连接）数字量输出引脚的连接 A/D转换器数字量输出引脚和微处理器的连接方法与其内部转换器数字量输出引脚和微处理器的连接方法与其内部结构有关：结构有关：*若内部含有数据输出锁存器则可以

16、直接与微处理器连接；若内部含有数据输出锁存器则可以直接与微处理器连接；*若内部无数据输出锁存器，一般通过若内部无数据输出锁存器，一般通过I/O接口与微处理器连接口与微处理器连接。接。（3）A/D转换器启动方式转换器启动方式*脉冲启动脉冲启动(ADC0809)*电平启动电平启动4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 203、A/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接（4）结束信号处理方法）结束信号处理方法*中断方式中断方式 将转换结束标志信号接到微处理器系统的中断申请引脚；将转换结束标志信号接到微处理器系统的中断申请引脚；*查询方式查询方式 把结束信号送到微处理器

17、数据总线或把结束信号送到微处理器数据总线或IO接口的某一位；微接口的某一位；微处理器向处理器向A/D转换器发出启动信号后，就开始查询转换器发出启动信号后，就开始查询AD转换是转换是否结束。否结束。*软件延时方法软件延时方法 微处理器启动微处理器启动AD转换后，就根据转换芯片完成转换所需转换后，就根据转换芯片完成转换所需要的时间，调用一段延时程序。要的时间，调用一段延时程序。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 213、A/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接（5）参考电源的选择）参考电源的选择 在在A/D转换器中，参考电源的作用是作为标准电源，直转换器中，参

18、考电源的作用是作为标准电源，直接关系到接关系到AD转换的精度。转换的精度。*通常通常8位位A/D转换器由外电源供给；转换器由外电源供给；*12位位AD转换器内部设置有精密参考电源。转换器内部设置有精密参考电源。（6）时钟信号的连接）时钟信号的连接*一种是由芯片内部提供；一种是由芯片内部提供；*一种是由外部时钟提供，一般由系统时钟分频得到。一种是由外部时钟提供，一般由系统时钟分频得到。（7）接地）接地 将将A/D转换器的模拟地和数字地分别与系统的模拟地和数转换器的模拟地和数字地分别与系统的模拟地和数字地相连；字地相连； 整个系统中，模拟地和数字地只在一点接通。整个系统中，模拟地和数字地只在一点接

19、通。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 224 4、8 8位位A/DA/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计* START（高（高5位地址）：位地址）：1000 0故对应故对应IN0IN7：80H87H；* EOC：0111 0* OE：0110 04/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 234 4、8 8位位A/DA/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计利用查询法对模拟通道利用查询法对模拟通道IN3，进行，进行A/D转换，程序段：转换，程序段： OUT 83H,ALWAIT: IN AL,70H TEST AL,01H JZ WAIT

20、IN AL,60H4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 244 4、8 8位位A/DA/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 254、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计ADC0809与计算机的接口原理图与计算机的接口原理图_例例2：AD转换的结束信号转换的结束信号EOC作为状态信号，经作为状态信号，经三态门接入数据总线三态门接入数据总线D7位；位；设各输入通道地址是设各输入通道地址是200H207H；（1）8个模拟通道的信个模拟通道的信号进行号进行AD转换的程序（转换的程序（通过通过查询查询

21、EOC）：）：4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 264、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计DATA SEGMENT COUNT EQU 8 BUFFER DB COUNT DUP(0)DATA ENDS PROG SEGMENRT MAIN PROC FAR ASSUME CS:PROG，DS:DATA START: PUSH DS PUSH AX PUSH BX MOV AX，DATA MOV DS，AX LEA BX，BUFFER MOV DX,200H( (接下页接下页) ) ;数据段数据段;为系统返回做准备为系统返回做准备;设置数据段基址设置

22、数据段基址;取测试数据存放区首地址取测试数据存放区首地址;送通道送通道IN0地址地址;子程序子程序4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 274、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计(接上页接上页)START1: SUB AX，AX OUT DX，AL PUSH DX MOV DX，220HSTART2: IN AL，DX TEST AL，80H JZ START2 POP DX IN AL，DX MOV BX，AL INC BX INC DX LOOP START1 RET ;启动启动AD转换转换;AX清零清零;取取EOC的地址的地址;读入读入EOC值值;

23、比较比较;为零则返回为零则返回;为为1，取通道，取通道IN0地址地址;读取读取AD转换结果转换结果;存入数据区存入数据区;指向下一存储单元指向下一存储单元;指向下一通道指向下一通道 ;循环程序，取下一通道采样数据循环程序，取下一通道采样数据 ;通道通道IN0地址入栈地址入栈4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 284、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计（2）利用延时方法进行）利用延时方法进行8个模拟通道的个模拟通道的AD转换的程序：转换的程序： MOV DX，200HSTART1: SUB AX，AX OUT DX，AL CALL DELAY0 IN A

24、L，DX MOV BX，AL INC BX INC DX LOOP START1 ;送通道送通道IN0地址地址;启动启动AD转换转换;延时，等待转换结束延时，等待转换结束;读取读取AD转换结果转换结果;存入指定数据区存入指定数据区;程序循环，转向下一个通道采样程序循环，转向下一个通道采样4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 29 在工业控制和工业测量中，经在工业控制和工业测量中，经A/D转换器采样得转换器采样得到的数据，必须经过计算机的加工处理后才能得到到的数据，必须经过计算机的加工处理后才能得到相应的准确结果。这个加工处理的过程可以包括数相应的准确结果。这个加工处理

25、的过程可以包括数字滤波、标度变换等步骤。字滤波、标度变换等步骤。 克服现场干扰克服现场干扰标度变换标度变换数字滤波数字滤波 获得直观数据获得直观数据三、数据采集与处理方法三、数据采集与处理方法 获取现场数据获取现场数据采样、量化采样、量化4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 30采样与量化采样与量化模拟信号到数字信号的转换包含采样和量化两个过程。模拟信号到数字信号的转换包含采样和量化两个过程。信号的采样信号的采样 执行采样动作的是采样器执行采样动作的是采样器K，K每隔一个时间间隔每隔一个时间间隔T，闭合一个时间闭合一个时间。T称为采样周期；称为采样周期；称为采样宽度。

26、称为采样宽度。 时间和幅值均连续的模拟信号时间和幅值均连续的模拟信号y(t)通过采样器后，被通过采样器后，被变换为时间上离散的采样信号变换为时间上离散的采样信号y*(t)。模拟信号到采样信号的变换过程称为采样过程或离散过程。模拟信号到采样信号的变换过程称为采样过程或离散过程。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 31采样与量化采样与量化 时间和幅值均连续的模拟信号时间和幅值均连续的模拟信号y(t)通过采样器后，被变换通过采样器后，被变换为时间上离散的采样信号为时间上离散的采样信号y*(t)。信号的采样过程：信号的采样过程：y(t)t0KTy(t)y*(t)t01T2T

27、3T4Ty*(t) 采样信号采样信号y*(t)是否能如实地反映模拟信号是否能如实地反映模拟信号y(t)的所的所有变化与特征呢？有变化与特征呢？ 采样定理：当采样频率采样定理：当采样频率f2fmax (模拟信号的最高模拟信号的最高频率），那么采样信号频率），那么采样信号y*(t)就能唯一地复现就能唯一地复现y(t)。 实际应用中，常取实际应用中，常取 f（510）fmax 。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 32采样与量化采样与量化信号的量化信号的量化 采样信号在时间轴上是离散的，但在函数轴上仍然是连采样信号在时间轴上是离散的，但在函数轴上仍然是连续的，因为连续信号

28、续的，因为连续信号y(t)幅值上的变化，也反映在幅值上的变化，也反映在y*(t)上。上。 而计算机只能接受在时间上离散、幅值上也不连续的数而计算机只能接受在时间上离散、幅值上也不连续的数字信号，所以，采样信号仍不能进入计算机。字信号，所以，采样信号仍不能进入计算机。t01T2T3T4Ty*(t)KTy(t)y*(t)y(t)t04/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 33采样与量化采样与量化 将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是量化动作的装置是A/D转换器。转换器。 字长为字长为n的的A/D转换

29、器把转换器把ymin-ymax范围内变化的采样信范围内变化的采样信号，变换为数字号，变换为数字0-2n-1，其最低有效位（，其最低有效位（LSB）所对应的）所对应的模拟量模拟量q称为量化单位。称为量化单位。12minmaxnyyq 量化过程实际是一个用量化过程实际是一个用q去度量采样幅值高低的去度量采样幅值高低的小数归整过程小数归整过程。 由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误差，量化误差是化误差，量化误差是q/2，或，或q。 当当A/D转换器的字长转换器的字长n足够长，量化误差足够小，足够长，量化误差足够小，可以认为数字信号近似于采样信号。可

30、以认为数字信号近似于采样信号。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 34数字滤波数字滤波 数字滤波数字滤波为了减小甚至消除叠加在采样数据中的随为了减小甚至消除叠加在采样数据中的随机信号值的影响，利用程序对多次采样信号所得到的数据进机信号值的影响，利用程序对多次采样信号所得到的数据进行加工处理，以保证采样数据的准确性及精度。行加工处理，以保证采样数据的准确性及精度。 数字滤波，可以简化硬件设计，参数调整方便，多通道数字滤波，可以简化硬件设计，参数调整方便，多通道共用。共用。 常用的数字滤波算法常用的数字滤波算法（1）程序判断滤波）程序判断滤波（2）中值滤波）中值滤波（3

31、）算术平均值滤波）算术平均值滤波（4）加权平均值滤波）加权平均值滤波（5）滑动平均值滤波）滑动平均值滤波（6）低通滤波）低通滤波（7）复合数字滤波）复合数字滤波4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 35（1）程序判断滤波）程序判断滤波 所谓程序判断滤波，就是根据经验，确定出两次所谓程序判断滤波，就是根据经验，确定出两次采样之间可能出现的最大偏差采样之间可能出现的最大偏差E。 *如果采样得到的值与上次采样值之差超过如果采样得到的值与上次采样值之差超过E，则表明该采样数据中存在较大的干扰信号，应予以则表明该采样数据中存在较大的干扰信号，应予以剔除；剔除； *如果采样得到的

32、值与上次采样值之差小于如果采样得到的值与上次采样值之差小于E，则本次采样值为正常值。则本次采样值为正常值。 程序判断滤波分为两种：限幅滤波、限速滤波程序判断滤波分为两种：限幅滤波、限速滤波4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 36（1）程序判断滤波）程序判断滤波 限幅滤波：把两次相邻的采样值相减，求出其差限幅滤波：把两次相邻的采样值相减，求出其差值值(以绝对值表示以绝对值表示)，然后与两次允许的最大差值，然后与两次允许的最大差值E进行比较。进行比较。 若小于等于若小于等于E，则本次采样值有效；则本次采样值有效； 若大于若大于E，则取上一次采样值。则取上一次采样值。*E

33、的选取非常重要（通常可根据经验数据获得）的选取非常重要（通常可根据经验数据获得）E太大无法剔除各种干扰；太大无法剔除各种干扰；E太小又有可能使正常值丢失，影响测量的实时性。太小又有可能使正常值丢失，影响测量的实时性。*限幅滤波主要用于变化比较缓慢的参数，如温度等。限幅滤波主要用于变化比较缓慢的参数，如温度等。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 37（1）程序判断滤波）程序判断滤波限速滤波：是限幅滤波的一种折中，既考虑了采样限速滤波：是限幅滤波的一种折中，既考虑了采样的实时性，又照顾到采样值变换的连续性。的实时性，又照顾到采样值变换的连续性。 设按时间顺序设按时间顺序

34、t1、 t2、 t3的三个采样值分别为的三个采样值分别为y1、 y2、y3； 当当|y2y1|E时，时，y2有效，取值有效，取值 y2； 当当|y2y1| E时，如果当时，如果当|y3y2|E时，则时，则y3有有效，取值效，取值 y3；否则，取值；否则，取值( y3+y2)/2.*E的选取不太灵活，不能反映采样点数大于的选取不太灵活，不能反映采样点数大于3时各时各采样值受干扰的情况。采样值受干扰的情况。 4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 38（2）中值滤波）中值滤波中值滤波：对某一参数连续采样中值滤波：对某一参数连续采样N(奇数奇数)次，然后把次，然后把N次采样的

35、值次采样的值从小到大从小到大或或从大到小从大到小排列，再排列，再取中间位取中间位置上的值作为本次采样值置上的值作为本次采样值。*可以克服偶然因素引起的波动干扰，或者采样器本可以克服偶然因素引起的波动干扰，或者采样器本身不稳定引起的脉动干扰；身不稳定引起的脉动干扰；*只适用物理量变化较慢的工作场合。只适用物理量变化较慢的工作场合。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 39（3）算术平均值滤波）算术平均值滤波*算术平均值滤波主要用于对压力、流量等周期脉动算术平均值滤波主要用于对压力、流量等周期脉动参数采样值进行平滑加工，已使所测数据相对稳定，参数采样值进行平滑加工，已使所

36、测数据相对稳定，不适宜于克服随机性干扰。不适宜于克服随机性干扰。NyyyYN/ ).(21将将Y作为这个采样周期内的采样值。作为这个采样周期内的采样值。算术平均值滤波的方法是：在一个时间段内，对被测算术平均值滤波的方法是：在一个时间段内，对被测物理量采样物理量采样N次，得到次，得到N个采样值个采样值y1，y2，yN，求这求这N个数的平均值个数的平均值4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 40（4）加权平均值滤波）加权平均值滤波NyAyAyAYNN/ ).(2211 算术平均值滤波中算术平均值滤波中N个采样值对滤波结果的影响个采样值对滤波结果的影响因子是相同的，而加权平

37、均值滤波则对因子是相同的，而加权平均值滤波则对N个采样值个采样值y1，y2，yN，考虑不同的加权系数，得，考虑不同的加权系数，得A1，A2，AN为加权系数，满足为加权系数，满足1.21NAAA4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 41（5）滑动平均值滤波）滑动平均值滤波 滑动平均值滤波方法是，动态保留滑动平均值滤波方法是，动态保留N个最近的采个最近的采样数据，每采样一个新数据，便将保留时间最长的样数据，每采样一个新数据，便将保留时间最长的采样数据移走一个，随后按算术平均值或加权平均采样数据移走一个，随后按算术平均值或加权平均值方法计算出有效的采样值。值方法计算出有效的

38、采样值。 *对周期性干扰有抑制作用，减少了总的采样次对周期性干扰有抑制作用，减少了总的采样次数，提高了采样速度。数，提高了采样速度。 *不适用脉冲干扰比较严重的场合。不适用脉冲干扰比较严重的场合。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 42（6）低通滤波）低通滤波 在工业控制系统中，大部分被测信号都是低频信号，比在工业控制系统中，大部分被测信号都是低频信号，比如温度、流量等等，而脉冲干扰信号属于高频信号，因此采如温度、流量等等，而脉冲干扰信号属于高频信号，因此采用低通滤波的方法，可以消除高频干扰对测量精度的影响。用低通滤波的方法，可以消除高频干扰对测量精度的影响。RCY

39、(s)X(s)传递函数：传递函数：11)()()(ssXsYsG其中其中RC为为RC滤波器的时间常数。滤波器的时间常数。将上式离散后得差分方程：将上式离散后得差分方程：)() 1()1 ()(kxkyky)(kx为第为第k次采样值；次采样值；)(ky为第为第k次滤波结果的输出值；次滤波结果的输出值；/1Te为滤波平滑系数；为滤波平滑系数；T为采样周期。为采样周期。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 43（7）复合数字滤波）复合数字滤波 复合数字滤波，也称为多级数字滤波，就是将两种或以复合数字滤波，也称为多级数字滤波，就是将两种或以上的数字滤波方法联合起来使用，其目的

40、是进一步提高滤波上的数字滤波方法联合起来使用，其目的是进一步提高滤波效果。效果。 *算术平均值滤波与加权平均值滤波能较好地消除脉动干算术平均值滤波与加权平均值滤波能较好地消除脉动干扰，而中值滤波则能较好地消除随机脉冲干扰。扰，而中值滤波则能较好地消除随机脉冲干扰。 将两者结合起来的方法是首先把采样值从小到大排列，将两者结合起来的方法是首先把采样值从小到大排列，去掉最大值和最小值，将余下的采样值求平均。去掉最大值和最小值，将余下的采样值求平均。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 44标度变换标度变换 将测量得到的二进制数据转换成对应的实际数值和单位，将测量得到的二进制

41、数据转换成对应的实际数值和单位，这一转换过程称为标度变换。这一转换过程称为标度变换。（1）线性参数标度变换）线性参数标度变换（2）非线性参数标度变换）非线性参数标度变换4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 45（1 1）线性参数标度变换）线性参数标度变换 当被测参数值与当被测参数值与A/D采样值成线性关系时，采用采样值成线性关系时，采用线性参数标度变换方法。线性参数标度变换方法。转换公式：转换公式：0000)(RSSSSRRRmxmx分别是测量仪表的下限值、上限值和当前测量值；分别是测量仪表的下限值、上限值和当前测量值；xmRRR、0分别是测量仪表对应的分别是测量仪表

42、对应的A/D采样器的下限值、上采样器的下限值、上限值和当前测量值。限值和当前测量值。xmSSS、04/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 46（1 1）线性参数标度变换）线性参数标度变换例题：某温度测量仪表，其量程为例题：某温度测量仪表，其量程为10 C50 C ，采用的，采用的是是8位位A/D转换器，在某次测量过程中，转换器，在某次测量过程中，A/D采样值经数字滤采样值经数字滤波后得到的数值为波后得到的数值为7BH，试求这次测量的实际温度值。，试求这次测量的实际温度值。解：已知测量仪表的解：已知测量仪表的8位位A/D转换器的对应值转换器的对应值，CR100CRm50，

43、00SFFHSm08位位A/D转换器的当前值为：转换器的当前值为：BHSx7利用公式：利用公式：0000)(RSSSSRRRmxmx1002550123)1050(255123C3 .29所以，这次测量的实际温度值为所以，这次测量的实际温度值为29.3 C 。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 47（2 2）非线性参数标度变换）非线性参数标度变换 有些参数的测量，对于有些参数的测量，对于A/D采样值，除了需要进行线性采样值，除了需要进行线性标度变换外，还需要经特定的公式计算才能得到测量结果。标度变换外，还需要经特定的公式计算才能得到测量结果。当这些特定的公式是非线性

44、的时候，这样的计算过程被称为当这些特定的公式是非线性的时候，这样的计算过程被称为非线性参数标度变换。非线性参数标度变换。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 482.3 键盘接口技术键盘接口技术一、独立式按键一、独立式按键二、行列式键盘二、行列式键盘 作业作业三、软键盘与触摸屏接口三、软键盘与触摸屏接口4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 49一、独立式按键一、独立式按键独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路。独立式按键是指直接用输入端口线构成的单个按键电路。设设8255A的端口的端口A连接连接8个按键，初始化设置为输入。个按键，初

45、始化设置为输入。*当无键按下时，当无键按下时，PA0PA7输入状态均为输入状态均为1（高电平）；（高电平）；*当有键按下时，则按键对应的端口线输入为当有键按下时，则按键对应的端口线输入为0（低电平）。（低电平）。适用于按键比较少的系统，按键之间互不影响。适用于按键比较少的系统，按键之间互不影响。A4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 50二、行列式键盘二、行列式键盘 行列式键盘行列式键盘(矩阵式键盘矩阵式键盘)由行线和列线组成，按键设置在由行线和列线组成，按键设置在行、列结构的交叉点上，行列线分别连在按键开关的两端。行、列结构的交叉点上，行列线分别连在按键开关的两端。

46、A列线输出列线输出行线输入行线输入判断有无键按下：判断有无键按下：*若若C口的低四位全为高电平口的低四位全为高电平(即即0FH)，则无键按下；，则无键按下；*若若C口低四位不全为高电平，则说明有键按下。口低四位不全为高电平，则说明有键按下。（先使（先使A口输出均为低电平）口输出均为低电平）（再定时从（再定时从PC端口读入行值）端口读入行值）4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 511 1、定时扫描法、定时扫描法（1）定时扫描键盘，判断有）定时扫描键盘，判断有否按键按下？否按键按下？ 先使先使A口输出口输出(列列)均为低电均为低电平，再定时从平，再定时从PC端口读入行端

47、口读入行值，监视有无键按下：值，监视有无键按下：*若若C口的低四位全为高电平口的低四位全为高电平(即即0FH)，则无键按下；，则无键按下；*若若C口低四位不全为高电平，口低四位不全为高电平，则说明有键按下。则说明有键按下。开始开始扫描整个键盘有键按下吗？延时10ms再次扫描整个键盘有键按下吗？第一列输出低电平此列有键按下吗？下一列输出低电平各列均扫描了吗？返回返回记录列值读取行值键释放了吗？按键处理程序NNYYYYYNNN延时10ms4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 521 1、定时扫描法、定时扫描法（2）消除按键抖动）消除按键抖动开始开始扫描整个键盘有键按下吗？

48、延时10秒再次扫描整个键盘有键按下吗？第一列输出低电平此列有键按下吗？下一列输出低电平各列均扫描了吗？返回返回记录列值读取行值延时10秒键释放了吗？按键处理程序NNYYYYYNNN 如果有按键按下，则延时如果有按键按下，则延时1020ms后，再次从后，再次从C口读入口读入行值，如果此时仍有键按下，行值，如果此时仍有键按下，则确认键盘有键按下。则确认键盘有键按下。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 531 1、定时扫描法、定时扫描法（3）求按键键值）求按键键值开始开始扫描整个键盘有键按下吗？延时10秒再次扫描整个键盘有键按下吗？第一列输出低电平此列有键按下吗？下一列输

49、出低电平各列均扫描了吗？返回返回记录列值读取行值延时10秒键释放了吗？按键处理程序NNYYYYYNNN 首先对键盘逐列扫描首先对键盘逐列扫描(即逐即逐列输出低电平列输出低电平)。*首先令首先令PA00，然后由，然后由C口读口读入行值，是否等于入行值，是否等于0FH？若等？若等于于0FH，说明该列无键按下；，说明该列无键按下；*再令再令PA10，然后由，然后由C口读入口读入行值，是否等于行值，是否等于0FH？若不等？若不等于于0FH，说明该列有键按下，说明该列有键按下，则求按键键值。则求按键键值。 假设，列输出值为假设，列输出值为0FDH(1111 1101)，而行读入值，而行读入值为为0EH(

50、0000 1110)，即所按键，即所按键值为值为1。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 541 1、定时扫描法、定时扫描法（4）等待按键释放）等待按键释放开始开始扫描整个键盘有键按下吗？延时10秒再次扫描整个键盘有键按下吗？第一列输出低电平此列有键按下吗？下一列输出低电平各列均扫描了吗？返回返回记录列值读取行值延时10秒键释放了吗？按键处理程序NNYYYYYNNN 为保证按键每闭合一次，为保证按键每闭合一次，计算机只作一次处理，程序需计算机只作一次处理，程序需等待按键释放后，才作下一按等待按键释放后，才作下一按键的处理。键的处理。4/22/2022第第2章章 输入通

51、道接口技术输入通道接口技术 551 1、定时扫描法、定时扫描法K_CHK PROC NEAR；检查有无按键子程序检查有无按键子程序MOV DX,800H；送；送A口地址口地址MOV AL,00H；列输出线全为；列输出线全为0OUT DX,ALMOV DX,802H；送；送C口地址口地址IN AL,DX；从；从C口读入行值口读入行值AND AL,0FH；行值与；行值与0FH相与相与CMP AL,0FH；相与值再与相与值再与0FH相减相减RET；返回主程序；返回主程序K_CHK ENDP设设8255A的的4个口分个口分别为别为800H803H，初始化时已设初始化时已设A口为口为输出，输出，C口为输

52、入，口为输入，则键盘扫描程序：则键盘扫描程序：(1)检查有无按键子检查有无按键子程序程序(K_CHK）(2)求按键键值子程求按键键值子程序序(3)按键处理子程序按键处理子程序相减为相减为0，则无键按下；，则无键按下；相减不为相减不为0，则有键按下。，则有键按下。4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 561 1、定时扫描法、定时扫描法设设8255A的的4个口分个口分别为别为801H803H，初始化时已设初始化时已设A口为口为输出，输出，C口为输入，口为输入，则键盘扫描程序：则键盘扫描程序：(1)检查有无按键子检查有无按键子程序程序(K_CHK）(2)求按键键值子程求按键

53、键值子程序序(3)按键处理子程序按键处理子程序KEYPROC NEAR；求按键键值子程序求按键键值子程序KSCAN:CALL K_CHK；检查键盘有无按键；检查键盘有无按键JNZ KS0；有键按下，转；有键按下，转KS0RETKS0:CALL DLY10MS；调用延时程序，防抖动；调用延时程序，防抖动CALL K_CHK；再次确认有无按键；再次确认有无按键JNZ KS1；有键按下，转；有键按下，转KS1RETKS1:MOV AH,0FEH；第一列扫描值；第一列扫描值,PA0=0MOV AL,AHMOV DX,800H；送；送A口地址口地址KS2:OUT DX,ALMOV DX,802H；送；送

54、C口地址口地址IN AL,DX；从；从C口读入行值口读入行值AND AL,0FHCMP AL,0FH；读入的值与；读入的值与0FH比较比较JNZ KS3；不为；不为0即有键按下转即有键按下转KS3ROL AH,1；第二列扫描值；第二列扫描值MOV AL,AHMOV DX,800H；送；送A口地址口地址AND AL,01H；8列是否已扫描完成？列是否已扫描完成？JNZ KS2；没有，继续检查下一列；没有，继续检查下一列RETKS3:MOV BH,AL；保存按键值到；保存按键值到BHKS4:CALL DLY10MS；调用延时程序；调用延时程序CALL K_CHK ；检查键盘有无按键；检查键盘有无按

55、键JNZ KS4；等待按键释放；等待按键释放CALL KEYP；调用按键处理子程序；调用按键处理子程序RETKEYENDP*按键的行值、列按键的行值、列值分别在值分别在BH、AH寄存器中寄存器中4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 571 1、定时扫描法、定时扫描法设设8255A的的4个口分别个口分别为为801H803H，初始，初始化时已设化时已设A口为输出，口为输出，C口为输入，则键盘扫口为输入，则键盘扫描程序：描程序：(1)检查有无按键子程检查有无按键子程序序(K_CHK）(2)求按键键值子程序求按键键值子程序（KEY）(3)按键处理子程序按键处理子程序*按键的行

56、值、列按键的行值、列值分别在值分别在BH、AH寄存器中寄存器中KEYPPROC NEAR；按键处理按键处理子程序子程序MOV BL,0；KP1:INC BL；SHR AH,1；JC KP1；DEC BL；BL得到第几列得到第几列 AND BH,0FH ；取低；取低4位位MOV CL,0；KP2: INC CL；SHR BH,1；JC KP2；DEC CL；MOV BH,CL；BH得到第几行得到第几行MOV AL,08HMUL BH；行值；行值8ADD AL,BL；得到实际按键值；得到实际按键值SHL AL,1；MOV BX,AX；JMP K_TABBX；根据按键值转移；根据按键值转移K_TAB

57、:JMP SHORT KEY00；JMP SHORT KEY01；JMP SHORT KEY31KEY00:；相应按键处理；相应按键处理RET；KEY01:；RET ；KEY31:；RET；KEYPENDP4/22/2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 582 2、中断扫描法、中断扫描法 中断扫描法与定时扫描法的不同之处在于，没有按键时，中断扫描法与定时扫描法的不同之处在于，没有按键时，键盘程序不用执行，这样就节省了键盘程序不用执行，这样就节省了CPU的时间。的时间。 只有当任一键按下时，即只有当任一键按下时，即IRQ2由低电平转为高电平时，由低电平转为高电平时，向向CPU申请中断。申请中断。CPU响应中断后，再调用键盘程序。响应中断后，再调用键盘程序。4/22/2022第第2章章