第04章 过程通道与人机接口

1、2022-6-51 2022-6-52过程通道过程通道2022-6-53人机接口人机接口 计算机和操作人员之间常常需要互通信息计算机和操作人员之间常常需要互通信息 ，为此计算机和操作人员之间应设置显示器为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。设备简称为人机接口。 作用：显示生产过程的状况；供操作人员作用：显示生产过程的状况；供操作人员操作；显示操作结果。操作；显示

2、操作结果。2022-6-54本章主要内容2022-6-554.1数字量输入输出通道2022-6-564.1.1 数字量的概念及种类(1) 数字量（开关量）的概念数字量（开关量）的概念 开关的闭合与断开开关的闭合与断开 指示灯的亮与灭指示灯的亮与灭 继电器或接触器的吸合与释继电器或接触器的吸合与释放放 电机的启动与停止电机的启动与停止 设备的安全状况等。设备的安全状况等。2022-6-574.1.1 数字量的概念及种类(1)Zelio Relay可插拔式中间继电器 2022-6-582022-6-594.1.1 数字量的概念及种类(2) 数字量（开关量）的种类数字量（开关量）的种类 按类型分有按

3、类型分有电平式电平式和和触点式触点式两种两种p电平式为高电平或低电平电平式为高电平或低电平p触点式为触点闭合或触点断开触点式为触点闭合或触点断开，一般分两类：一般分两类：机械机械触点触点：按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点 电子触点电子触点：晶体管输出型的接近开关和光电触点等：晶体管输出型的接近开关和光电触点等 2022-6-5104.1.2 数字量输入通道(1) DIDI的任务的任务: : 把外界被控对象的开关状态信号、把外界被控对象的开关状态信号、或数字信号送至计算机或微处理器。或数字信号送至计算机或微处理器。 2022-6-5114.1.2 数字量输入通

4、道(2)图4.1 . 数字量输入通道结构2022-6-5124.1.2 数字量输入通道(3) 外部装置或生产过程的状态信号，可能是外部装置或生产过程的状态信号，可能是电压、电流、开关的触点等，会引起瞬时电压、电流、开关的触点等，会引起瞬时的的高压、过低压、接触抖动高压、过低压、接触抖动等现象等现象 为了将外部开关量引入到计算机，必须将为了将外部开关量引入到计算机，必须将现场输入的状态信号经现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、转换、保护、滤波、隔离隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。信号，这些功能称为信号调理。 2022-6-5134

5、.1.2 数字量输入通道(4) 消除由于触点机械扰动而产生的震荡信号图 4.2 小功率输入调理电路(消除抖动)010111002022-6-5144.1.2 数字量输入通道(5)2022-6-5154.1.2 数字量输入通道(6)2022-6-5164.1.2 数字量输入通道(7) 图 4.4 漏极输入的数字量输入接线原理框图2022-6-5174.1.2 数字量输入通道(8) 图 4.5 源极输入的数字量输入接线原理框图2022-6-5184.1.3 数字量输出通道(1) DODO的任务：的任务： 把计算机送出的数字信号（或开关信号）把计算机送出的数字信号（或开关信号）传送给开关器件，如指示

6、灯、继电器，控传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它们的通断、闭合或亮、灭等。制它们的通断、闭合或亮、灭等。2022-6-5194.1.3 数字量输出通道(2)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:24-Jul-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表20060601.ddbDrawn By:输出锁存器输出驱动电路地址译码及控制电路PC总线送去生产过程2022-6-5204.1.3 数字量输出通道(3)晶体管输出驱动电路晶体管输出驱动电路继电器输出驱动电路继电器输出驱动电路固态继电器输出驱动电路固态继电

7、器输出驱动电路2022-6-5214.1.3 数字量输出通道(4)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:31-May-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表MyDesign.ddbDrawn By:R1 +5V R2 DC5-30V保险丝控制器内部控制器外部输出锁存器负载 2022-6-5224.1.3 数字量输出通道(5)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:31-May-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表

8、MyDesign.ddbDrawn By:R1 +5V R2 DC5-30V控制器内部控制器外部输出锁存器 继电器线圈RL 电源 2022-6-5234.1.3 数字量输出通道(6)123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeCDate:31-May-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表MyDesign.ddbDrawn By:R1 +5V输出锁存器零交叉电压触发电路SCRR2 C1 RL 交流电源 2022-6-524l零交叉电路是指，当加入控制信号，交流电零交叉电路是指，当加入控制信号，交流电压过零时，压过零时，S

9、SRSSR才会变为通态；而当断开控制才会变为通态；而当断开控制信号后，信号后，SSRSSR要等待交流电的正半周与负半周要等待交流电的正半周与负半周的交界点的交界点( (零电位零电位) ) 时，时，SSRSSR才会变为断态。才会变为断态。l这种设计能防止产生高次谐波干扰和对电网这种设计能防止产生高次谐波干扰和对电网的污染。所以的污染。所以只有在交流电压的零电位点只有在交流电压的零电位点，AC SSRAC SSR才会导通（有控制电压信号）或关断才会导通（有控制电压信号）或关断（无控制电压信号）。当（无控制电压信号）。当AC AC 电压为零时，没电压为零时，没有电流流过，这就使得继电器中的半导体设备

10、有电流流过，这就使得继电器中的半导体设备安全、容易的通断。安全、容易的通断。 2022-6-5254.1.4 数字量输入输出通道的标准化设计(1) 在计算机控制系统中，开关量的输入输出在计算机控制系统中，开关量的输入输出接口极其普遍。在设计上，一般都将开关接口极其普遍。在设计上，一般都将开关量的输入输出接口做在同一块模板上，这量的输入输出接口做在同一块模板上，这样可以节省硬件成本，充分利用计算机的样可以节省硬件成本，充分利用计算机的有限资源，方便用户使用。有限资源，方便用户使用。 图图4.104.10给出了给出了PCPC总线的总线的DIODIO模板原理图模板原理图2022-6-52612345

11、6ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Jan-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表MyDesign.ddbDrawn By:OE19DIR1A12B118A23B217A34B316A45B415A56B514A67B613A78B712A89B811U1SN74LS245NA1B2C3OE2A4OE2B5OE16Y77Y69Y510Y411Y312Y213Y114Y015U2SN74LS138NOE1P02Q03P14Q15P26Q27P38Q39P411Q412P513Q514P615Q616P717

12、Q718P=Q19U5SN74LS688N1OE11A121A241A361A481Y4121Y3141Y2161Y1182Y432Y352Y272Y192A1112A2132A3152A4172OE19U3SN74LS244ND0D1D2D3D4D5D6D7D0D1D2D3D4D5D6D7CLR1CLK11D13Q12D24Q25D37Q36D48Q49D513Q512D614Q615D717Q716D818Q819U4SN74LS273NRESETK1K2K8J1J4L1L4J2J3L2L3K3K4K5K6K7D0D1D2D3D4D5D6D7DATA0DATA1DATA2DATA3DATA

13、4DATA5DATA6DATA7CSIORVCCA0A1A2AENA9A8A7A6A5A4A312345678161514131211109SW1SW-DIP8VCC输入调理电路输出驱动电路 Y0Y0图 4. 10 PC总线的数字量输入输出模板原理图2022-6-5272022-6-528本节主要内容2022-6-5294.2 4.2 模拟量输出通道2022-6-5304.2.1 D/A转换器原理（1）2022-6-5314.2.1 D/A转换器原理（2） D/AD/A转换器的主要组成转换器的主要组成 基准电压基准电压V VREFREF T T型（型（R-2RR-2R）电阻网络）电阻网络 位切

14、换开关位切换开关BSBSi i （i i=0=0，1 1，n-1n-1） 运算放大器运算放大器A A 输出电压输出电压V VOUTOUT与输入二进制数与输入二进制数D D0 0 D Dn-1n-1的关系的关系 V VOUT OUT = = V VREFREF（D D0 02 20 0+ D+ D1 12 21 1+ D+ D2 22 22 2+ + D+ + Dn-1n-12 2n-1n-1）/ 2/ 2n n2022-6-5324.2.1 D/A转换器原理（3） T T型网络组成的型网络组成的D/AD/A转换器原理图转换器原理图图4 .11 D/A转换的原理框图123456ABCD65432

15、1DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:22-Jan-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表MyDesign.ddbDrawn By:ABSn-12RRBSn-22RBS12RRBS02R2RVREFRDn-1Dn-2D1D010101010VoutII1I1I2In-1In2022-6-5334.2.1 D/A转换器原理（4） 分辨率：分辨率： 基准电压与2 的比值=Vref/2 =1LSB 最低有效位(Least Significant Bit ) 稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间） 输入二进制数变化量是满量程时，D

16、/A转换器输出达到离终值1/2LSB时所需时间 绝对精度绝对精度 全量程范围内，D/A转换器实际输出值与理论值之间的最大偏差nn2022-6-5344.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（1） D/AD/A转换器的种类转换器的种类 按数字量输入方式，有按数字量输入方式，有 并行输入和串行输入并行输入和串行输入 按模拟量输出方式按模拟量输出方式 电流输出和电压输出电流输出和电压输出 按按D/AD/A转换的分辩率转换的分辩率 低分辩率、中分辩率和高分辩率低分辩率、中分辩率和高分辩率2022-6-5354.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（2）DAC0832是8位数/模转换芯片，DAC0832具有

17、以下主要特点： 与TTL电平兼容； 分辨率为8位； 建立时间为1s； 功耗为20mW； 电流输出型D/A转换器。2022-6-5364.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（3）图4.12 DAC0832的结构框图和引脚2022-6-5374.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（4）2022-6-5384.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（5） 双缓冲方式双缓冲方式 单缓冲方式单缓冲方式 直通方式直通方式2022-6-5394.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（6）图4.13 DAC0832接口电路2022-6-5404.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（7）与与8 8位位DAC0832D

18、AC0832的的2 2点区别点区别 分 辨 率 为分 辨 率 为 1 21 2 位位 ， 有， 有 1 21 2 条 数 据 输 入 线条 数 据 输 入 线（DIDI0 0DIDI1111），采用），采用2424脚双立直插式封装。脚双立直插式封装。 可用可用字节控制信号字节控制信号BYTE1/2BYTE1/2控制数据的输入控制数据的输入该 信 号 为 高 电 平 时 ，该 信 号 为 高 电 平 时 ， 1 21 2 位 数 据位 数 据（DI0DI11DI0DI11）同时存入第一级的两个输入）同时存入第一级的两个输入寄存器；寄存器；当该信号为低电平时，只将低当该信号为低电平时，只将低4 4

19、位数据位数据（DI0DI3DI0DI3）存入低）存入低4 4位输入寄存器。位输入寄存器。2022-6-5414.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（8）图4.14 DAC1210原理框图2022-6-5424.2.2 D/A转换器芯片及接口电路（9）图4.15 DAC1210接口电路2022-6-5434.2.3 D/A转换器的输出（1） 在计算机过程控制中，外部执行机构有电流控制的，也有电压控制的，因此根据不同的情况，使用不同的输出方式。 D/A转换的结果若是与输入二进制码成比例的电流，称为电流DAC，若是与输入二进制码成比例的电压，称为电压DAC。2022-6-5444.2.3 D/A转换

20、器的输出（2）图4.16 单极性电压输出原理图2022-6-5454.2.3 D/A转换器的输出（3）图4.17 双极性电压输出原理图2022-6-5464.2.3 D/A转换器的输出（4）图4.18 D/A转换器的电流输出2022-6-5474.2.4 D/A转换器接口的隔离技术（1） 由于由于D/A转换器输出直接与被控对象相连，容易转换器输出直接与被控对象相连，容易通过公共地线引入干扰，因此要采取通过公共地线引入干扰，因此要采取隔离措施隔离措施。通常采用光电耦合器，使控制器和被控对象只有通常采用光电耦合器，使控制器和被控对象只有光的联系，达到隔离的目的。光的联系，达到隔离的目的。 光电耦合

21、器光电耦合器由发光二极管和光敏三极管封装在同由发光二极管和光敏三极管封装在同一管壳内组成，发光二极管的输入和光敏三极管一管壳内组成，发光二极管的输入和光敏三极管的输出具有类似于普通三极管的输入的输出具有类似于普通三极管的输入-输出特性输出特性 两种隔离方式：两种隔离方式：模拟信号隔离模拟信号隔离和和数字信号隔离数字信号隔离。2022-6-5484.2.4 D/A转换器接口的隔离技术（2）图4.19 模拟信号隔离输出电路2022-6-5494.2.4 D/A转换器接口的隔离技术（3）2022-6-5504.2.4 D/A转换器接口的隔离技术（4）图4.20 数字信号隔离输出电路2022-6-55

22、14.2.4 D/A转换器接口的隔离技术（5）2022-6-5524.2.5 D/A转换器模板的标准化设计(1) 合理地选择合理地选择D/A转换芯片及相关外围电路转换芯片及相关外围电路，掌握各类集成电路性能指标及引脚功能，掌握各类集成电路性能指标及引脚功能，以及与以及与D/A转换模板连接的转换模板连接的CPU或计算机总或计算机总线的功能、接口及其特点；线的功能、接口及其特点； 软硬件设计相结合软硬件设计相结合，不增加硬件成本就能，不增加硬件成本就能实现的功能应由硬件来实现，需要增加硬实现的功能应由硬件来实现，需要增加硬件成本才能实现的功能，同时软件也能实件成本才能实现的功能，同时软件也能实现的

23、功能由软件实现。现的功能由软件实现。2022-6-5534.2.5 D/A转换器模板的标准化设计(2)此外还需注意：此外还需注意：（1）安全可靠：尽量选用性能好的元器件，并采）安全可靠：尽量选用性能好的元器件，并采用光电隔离技术；用光电隔离技术；（2）性能与经济的统一：一个好的设计不仅体现）性能与经济的统一：一个好的设计不仅体现在性能上应达到预定的指标，还必须考虑设计的在性能上应达到预定的指标，还必须考虑设计的经济性，在选择集成电路芯片时，应综合考虑速经济性，在选择集成电路芯片时，应综合考虑速度、精度、工作环境和经济性等因素。度、精度、工作环境和经济性等因素。（3）通用性：从通用性出发，在设计

24、）通用性：从通用性出发，在设计D/A转换器模转换器模板时应考虑以下三个方面：符合总线标准、用户板时应考虑以下三个方面：符合总线标准、用户可以任意选择口地址和输入方式。可以任意选择口地址和输入方式。2022-6-5544.2.5 D/A转换器模板的标准化设计(3) ：2022-6-5552022-6-5562022-6-557本节主要内容2022-6-558 4.3 模拟量输入通道 模拟量输入通道（又称为模拟量输入通道（又称为A/DA/D接口）接口） 把被控对象的模拟信号转换成计算机可以接收的数字信号把被控对象的模拟信号转换成计算机可以接收的数字信号 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成多路

25、模拟切换开关多路模拟切换开关前置放大器前置放大器采样保持器采样保持器控制电路等控制电路等2022-6-5594.3.1 A/D转换器原理(1) A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。转变为数字量。 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在电信号。但在A/D转换前，输入到转换前，输入到A/D转换转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。理量转换成电压信号。 A/D转换后，输出的数

26、字信号可以有转换后，输出的数字信号可以有8位、位、10位、位、12位和位和16位等。位等。2022-6-5604.3.1 A/D转换器原理(2) 主要介绍以下三种方法：主要介绍以下三种方法： 逐次逼近法逐次逼近法 双积分法双积分法 电压频率转换法电压频率转换法2022-6-5614.3.1 A/D转换器原理(3)2022-6-5624.3.1 A/D转换器原理(4)图4.21 逐次逼近式A/D转换器原理框图2022-6-5634.3.1 A/D转换器原理(5)2022-6-5644.3.1 A/D转换器原理(6) 2022-6-5654.3.1 A/D转换器原理(7)图4.22 双积分式A/D

27、转换的原理框图2022-6-5664.3.1 A/D转换器原理(8)2022-6-5674.3.1 A/D转换器原理(9)2022-6-5684.3.1 A/D转换器原理(10)图4.23 电压频率式A/D转换原理框图2022-6-5694.3.1 A/D转换器原理(11)。 2022-6-5704.3.1 A/D转换器原理(12) 分辨率：分辨率：能分辨的最小模拟输入量能分辨的最小模拟输入量 转换时间：转换时间：完成一次转换所需时间完成一次转换所需时间 量程：量程：能转换的输入电压范围能转换的输入电压范围 精度：精度：数字输出量与对应模拟输入量的实际值数字输出量与对应模拟输入量的实际值 与理

28、论值的差值与理论值的差值2022-6-5714.3.2A/D转换器芯片及接口电路(1)2022-6-5724.3.2A/D转换器芯片及接口电路(2)2022-6-5734.3.2A/D转换器芯片及接口电路(2)图4.24 ADC0809的结构框图和引脚2022-6-5744.3.2A/D转换器芯片及接口电路(3)2022-6-5754.3.2A/D转换器芯片及接口电路(4)对ADC0809的控制过程是： 首先确定ADDA、ADDB、ADDC三位地址，决定选择哪一路模拟信号； 使ALE端接受一正脉冲信号，使该路模拟信号经选择开关到达比较器的输入端； 使START端接受一正脉冲信号，START的上

29、升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换； EOC输出信号变低，指示转换正在进行。 A/D转换结束，EOC变为高电平，指示A/D转换结束。此时，数据已保存到8位三态输出锁存器中。此时CPU就可以通过使OE信号为高电平，打开ADC0809三态输出，由ADC0809输出的数字量传送到CPU。2022-6-5764.3.2A/D转换器芯片及接口电路(5) 。2022-6-5774.3.2A/D转换器芯片及接口电路(5)2022-6-5784.3.2A/D转换器芯片及接口电路(6)2022-6-5794.3.2A/D转换器芯片及接口电路(7)图 4. 25 ADC0809接口电路123456AB

30、CD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:23-Jan-2006Sheet of File:D:教师工作资料计算机控制技术图表MyDesign.ddbDrawn By:IN026IN127IN228IN31IN42IN53IN64IN752-8172-7142-6152-582-4182-3192-2202-121ADDC23ADDB24ADDA25CLOCK10 11REF(+)12REF(-)16 13OE9START6ALE22EOC7J?ADC0809D0D1D2D3D4D5D6D7VCC74LS3932QA1A8MHzIN0IN1IN2IN3I

31、N4IN5IN6IN7EOC231 ASN74LS28D564 BSN74LS28D译码器YiIORIOW2022-6-5804.3.2A/D转换器芯片及接口电路(8) 例例4.1利用图利用图4.25，采用无条件传送方式，编写一，采用无条件传送方式，编写一段轮流从段轮流从IN0IN7采集采集8路模拟信号，并把采集到路模拟信号，并把采集到的数字量存入的数字量存入0100开始的开始的8个单元内的程序。个单元内的程序。 程序如下：程序如下： MOV DI, 0100H；设置存放数据的首址；设置存放数据的首址 MOV BL, 08H；采集；采集8次计数器次计数器 MOV AH, 00H；选；选0通道通

32、道 AA1 MOV AL, AH MOV DX, ADPORT；设置；设置ADC0809芯片地址芯片地址 OUT DX, AL；使；使ALE、START有效有效,选择模拟通道选择模拟通道2022-6-5814.3.2A/D转换器芯片及接口电路(9) MOV CX, 0050H WAIT LOOP WAIT；延时，等待A/D转换 IN AL,DX；使OUTPUTENABLE有效 MOVDI,AL；保存数据 INC AH；换下一个模拟通道 INC DI；修改数据区指针 DEC BL JNZ AA1 2022-6-5824.3.2A/D转换器芯片及接口电路(10) AD574是美国模拟器件公司的产品

33、，是较是美国模拟器件公司的产品，是较先进的高集成度、低价格的逐次逼近式转先进的高集成度、低价格的逐次逼近式转换器。换器。 AD574由两片大规模集成电路构成。一片由两片大规模集成电路构成。一片为为D/A转换器转换器AD565，另一片集成了逐次逼，另一片集成了逐次逼近寄存器近寄存器SAR、转换控制电路、时钟电路、转换控制电路、时钟电路、总线接口电路和高分辨比较器电路总线接口电路和高分辨比较器电路。2022-6-5834.3.2A/D转换器芯片及接口电路(11)图 4. 26 AD574的结构框图2022-6-5844.3.2A/D转换器芯片及接口电路(12)2022-6-5854.3.2A/D转

34、换器芯片及接口电路(13) 2022-6-5864.3.2A/D转换器芯片及接口电路(14) 图4.27 12位AD574与8088CPU的接口电路图2022-6-5874.3.2A/D转换器芯片及接口电路(15) 启动A/D转换并采用查询方式，采集数据的程序如下： MOV DX,278H OUT DX,AL； 启动转换，0、0、CE1，A00 MOV DX,27AH； 设置三态门地址 AA1 IN AL,DX； 读取STS状态 TEST AL,80H； 测试STS电平 JNE AA1；STS1 等待，STS0向下执行 MOV DX,278H IN AL,DX； 读高8位数据，1，0，CE1，

35、A01，CE=1 MOV AH,AL； 保存高8位数据 MOV DX,279H IN AL,DX； 读低4位数据，=1, =0,A0=1,CE=12022-6-5884.3.3A/D转换器的外围电路(1)2022-6-5894.3.3A/D转换器的外围电路(2)2022-6-5904.3.3A/D转换器的外围电路(3) 无源无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施，如现，并加滤波和输出限幅等保护措施，如图图4.28所示。所示。 2022-6-5914.3.3A/D转换器的外围电路(4) 对于对于010mA输入信号，可取输入信号，可取

36、R1=100，R2=500，且，且R2为精密电阻，这样当为精密电阻，这样当I为为010mA电流时，输出的电流时，输出的V为为05V；对于；对于420mA输入信号，可取输入信号，可取R1=100，R2=250，且且R2为精密电阻，这样当输入的电流为为精密电阻，这样当输入的电流为420mA时，输出的时，输出的V为为15V。2022-6-5924.3.3A/D转换器的外围电路(5) 有源有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻来实现，如图器、电阻来实现，如图4.29所示。所示。 图4.29 有源I/V变换电路2022-6-5934.3.3A/D转换器的外围电路(

37、6) 该同相放大电路的放大倍数为： A=1+R4/R3 若取R3=100K，R4=150K，R1=200，则010mA输入对应于05V的电压输出。若取R3=100K，R4=25K，R1=200，则420mA输入对应于15V的电压输出。 2022-6-5944.3.3A/D转换器的外围电路(7)图4.30 CD4501的结构和引脚图2022-6-5954.3.3A/D转换器的外围电路(8)2022-6-5964.3.4A/D转换器接口的隔离技术 隔离方式同D/A转换器接口隔离技术，主要采用光电耦合器2022-6-5974.3.3A/D转换器模板的标准化设计2022-6-5982022-6-599

38、本节主要内容2022-6-51004.4 人-机接口 人人- -机接口是操作人员与计算机之间相互机接口是操作人员与计算机之间相互交换信息的接口，通过这些接口，操作交换信息的接口，通过这些接口，操作人员可以对计算机进行操作，并能实时人员可以对计算机进行操作，并能实时了解到计算机控制的有关内容。了解到计算机控制的有关内容。 人机接口包括键盘、打印机、显示器等人机接口包括键盘、打印机、显示器等2022-6-51014.4.1 键盘接口（1）2022-6-51024.4.1 键盘接口（1） 键盘是一组按键或开关的集合，键盘接口向计键盘是一组按键或开关的集合，键盘接口向计算机提供被按键的代码。算机提供被

39、按键的代码。 常用的键盘有两种常用的键盘有两种 : : 编码键盘编码键盘:能够自动提供被按键的编码（比能够自动提供被按键的编码（比如如ASII码或二进制编码）。码或二进制编码）。 特点：使用方便、结构复杂、成本高。特点：使用方便、结构复杂、成本高。 非编码键盘：仅仅简单地提供按键的通或断非编码键盘：仅仅简单地提供按键的通或断状态（状态（“0”或或“1”），而按键的扫描和识别），而按键的扫描和识别则由用户的键盘程序来实现。则由用户的键盘程序来实现。 特点：结构简单、便于用户自行设计。特点：结构简单、便于用户自行设计。2022-6-5103 图4.31 独立连接式键盘电路示例2022-6-5104

40、4.4.1 键盘接口（3） 硬件方法：一般采用单稳态触发器或滤波器来硬件方法：一般采用单稳态触发器或滤波器来消除抖动干扰。消除抖动干扰。 软件方法：一般采用软件延时或重复扫描的方软件方法：一般采用软件延时或重复扫描的方法，即多次扫描的状态皆相同，则认为此按键法，即多次扫描的状态皆相同，则认为此按键状态已稳定。状态已稳定。 优点：电路简单，适用于按键数较少的情况。优点：电路简单，适用于按键数较少的情况。 缺点：是浪费电路，对于按键数较多的情况，缺点：是浪费电路，对于按键数较多的情况，应采用矩阵连接式键盘。应采用矩阵连接式键盘。 2022-6-5105图4.32 矩阵连接式键盘电路示例2022-6

41、-51064.4.1 键盘接口（5）(1)输出输出0000到到4根行线，再输入根行线，再输入4根列线的状态。如果列根列线的状态。如果列输入为输入为1111，则无一键被按下；否则，则有键被按下。，则无一键被按下；否则，则有键被按下。这一步通常称为键扫描。这一步通常称为键扫描。 (2)在确定了有键被按下后，接下来的就是要确定哪只键在确定了有键被按下后，接下来的就是要确定哪只键被按下。为此采用行扫描法，即逐行输出行扫描信号被按下。为此采用行扫描法，即逐行输出行扫描信号“0”，再根据输入的列线状态，判定那只键被按下。，再根据输入的列线状态，判定那只键被按下。这一步通常称为键识别。这一步通常称为键识别。

42、(3)确定被按键后，再根据该键的功能进行相应的处理，确定被按键后，再根据该键的功能进行相应的处理，这一步通常称为键处理。这一步通常称为键处理。 2022-6-51074.4.1 键盘接口（6） 2022-6-51084.4.1 键盘接口（7）2022-6-51094.4.2 显示器接口(1) 常用的显示方式常用的显示方式 指示灯指示灯 LEDLED、LCDLCD（液晶显示）（液晶显示） 模拟屏显示模拟屏显示 图文显示图文显示 新型薄膜晶体管新型薄膜晶体管TFTTFT等等2022-6-51104.4.2 显示器接口(2) 图形显示器图形显示器CRTCRT 由一个图形监视器和相应的控制电路组成由一

43、个图形监视器和相应的控制电路组成 是目前在工业控制计算机系统应用最多，技术是目前在工业控制计算机系统应用最多，技术最成熟的图形显示技术最成熟的图形显示技术 最常用的方式是插入一块最常用的方式是插入一块TVGATVGA图形控制卡来图形控制卡来实现很强的图形显示功能实现很强的图形显示功能 特点是技术成熟、支持软件丰富、价格低廉，特点是技术成熟、支持软件丰富、价格低廉，可以满足大部分工业控制现场的一般性需要可以满足大部分工业控制现场的一般性需要2022-6-51114.4.2 显示器接口(3) 特殊的高标准要求特殊的高标准要求 高性能的智能图形控制卡，加上高分辨率的高性能的智能图形控制卡，加上高分辨

44、率的显示器满足特殊用户对分辨率的高要求显示器满足特殊用户对分辨率的高要求 智能图形卡含有图形显示控制器，接收处理机送智能图形卡含有图形显示控制器，接收处理机送来的图形命令并利用硬件完成作图任务来的图形命令并利用硬件完成作图任务 智能图形卡一般可直接插入智能图形卡一般可直接插入PCPC扩展槽中使用扩展槽中使用 工业的智能图形终端一般设计指标很高，价工业的智能图形终端一般设计指标很高，价格也较高，一般用于专门的应用场合格也较高，一般用于专门的应用场合。2022-6-51124.4.2显示器接口（4） CRTCRT显示技术具有如下特点显示技术具有如下特点 屏幕显示尺寸大屏幕显示尺寸大 图像分辨率高图像分辨率高 显示颜色丰富、逼真显示颜色丰富、逼真 显示和刷新速度快显示和刷新速度快 图像清晰且亮度高图像清晰且亮度高 允许工作温度范围广（允许工作温度范围广（-10-10 +90 +90） 缺点是体积与功耗较大，易受振动和冲击，缺点是体积与功耗较大，易受振动和冲击，容易受辐射线、磁场干扰容易受辐射线、磁