输入通道接口技术

输入通道接口技术第1页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

2第2章输入通道接口技术2.1信号测量与传感器技术2.2模拟信号输入通道接口2.3键盘接口技术2.4开关量信号输入接口

本章小结

作业第2页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

32.1信号测量与传感器技术传感器是计算机控制系统的“感触器官”；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、A/D转换后变为数字信号，然后送给计算机进行处理。传感器有很多种类：温度传感器，压力传感器，流量传感器，等等。第3页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

42.2模拟信号输入通道接口一、模拟多路开关二、A/D转换器三、数据采集与处理方法第4页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

5一、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。第5页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

61、模拟多路开关CD4051*CD4051是8通道多路开关*带有3个通道选择输入端A、B、C，用于选择8个通道之一*一个禁止输入端INH，高电平时，禁止模拟信号输入；低电平时允许模拟信号输入⊥

－

＋

*VDD与VSS的电平差为－0.5~15V第6页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

72、CD4051多路开关的扩展应用在实际应用中，如果被测参数多于8路，可以采用将多个CD4051相连进行扩展。*由D0D1D2D3来选择16路通道之一*其中D3＝0，选中1＃*其中D3＝1，选中2＃第7页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

8二、A/D转换器A/D转换器——能将模拟信号转换为数字信号的器件，称为模数转换器，即A/D转换器。第8页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

91、8位A/D转换器ADC0809*芯片内包含有8通道多路开关及计算机兼容的控制逻辑*一个高阻抗斩波稳定比较器*一个带有模拟开关树组的256R电阻分压器*一个逐次逼近型寄存器SARADC0809是8位逐次逼近型AD转换器第9页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

10ADC0809的引脚功能：*IN7－IN0:8个模拟量输入端*START：启动信号。当START为高电平时，A/D转换开始*EOC：转换结束信号。当A/D转换结束后，发出一个正脉冲，表示A/D转换完毕*OE：输出允许信号，高电平有效*CLOCK:实时时钟1、8位A/D转换器ADC0809第10页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

111、8位A/D转换器ADC0809*ALE:地址锁存允许，高电平有效*CBA:选择通道*D7－D0:数字量输出端*VREF＋、VREF－:参考电压端子*VCC:电源端子，接＋5V*GND：接地ADC0809的引脚功能：第11页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

12第12页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

132、ADC0809的应用应用原理图：转换结束，EOC变成高电平，作为中断请求信号计算机发出一个允许命令，OE变高电平，则可读数据经A/D转换后的数字量第13页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

142、ADC0809的应用*启动脉冲START和地址锁存允许脉冲ALE的上升沿将地址锁存，将CBA所指定的通道信号送至A/D转换器t*在START正脉冲下降沿t时刻后，EOC变负，直至转换结束，EOC变正转换结束*此时，计算机发出一个允许命令，使OE变高电平，则可读出数据A/D转换时序图：第14页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

153、A/D转换器与微处理器的连接（1）模拟量输入通道的连接A/D转换器接受的模拟量大都为0－5V的标准电压信号（2）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结构有关：*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I/O接口与微处理器连接。（3）A/D转换器启动方式*脉冲启动(ADC0809)*电平启动第15页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

163、A/D转换器与微处理器的连接（4）结束信号处理方法*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；*查询方式把结束信号送到微处理器数据总线或IO接口的某一位；微处理器向AD转换器发出启动信号后，就开始查询AD转换是否结束。*软件延时方法微处理器启动AD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。第16页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

173、A/D转换器与微处理器的连接（5）参考电源的选择在AD转换器中，参考电源的作用是作为标准电源，直接关系到AD转换的精度。*通常8位AD转换器由外电源供给；*12位AD转换器内部设置有精密参考电源。（6）时钟信号的连接*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。（7）接地将AD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；整个系统中，模拟地和数字地只在一点接通。第17页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

184、8位A/D转换器控制程序设计ADC0809与计算机的接口原理图：AD转换的结束信号EOC作为状态信号，经三态门接入数据总线D7位；设各输入通道地址是200H－207H；（1）8个模拟通道的信号进行AD转换的程序（通过查询EOC）：第18页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

194、8位A/D转换器控制程序设计DATASEGMENTCOUNTEQU8

BUFFERDBCOUNTDUP(0)DATAENDSPROGSEGMENRT

MAINPROCFARASSUMECS:PROG，DS:DATASTART:PUSHDS PUSHAXPUSHBX MOVAX，DATA MOVDS，AX LEABX，BUFFER MOVDX,200H(接下页)

;数据段;为系统返回做准备;设置数据段;取测试数据存放区首地址;送通道IN0地址;子程序第19页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

204、8位A/D转换器控制程序设计(接上页)START1:SUBAX，AX

OUTDX，AL PUSHDX MOVDX，220HSTART2:INAL，DX TESTAL，80H JZSTART2 POPDX INAL，DX MOV[BX]，AL INCBX INCDX LOOPSTART1 RET……

;启动AD转换;AX清零;取EOC的地址;读入EOC值;比较;为零则返回;为1，取通道IN0地址;读取AD转换结果;存入数据区;指向下一存储单元;指向下一通道;循环程序，取下一通道采样数据;通道IN0地址入栈第20页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

214、8位A/D转换器控制程序设计（2）利用延时方法进行8个模拟通道的AD转换的程序： …… MOVDX，200HSTART1:SUBAX，AX OUTDX，AL CALLDELAY0 INAL，DX MOV[BX]，AL INCBX INCDX LOOPSTART1…… ;送通道IN0地址;启动AD转换;延时，等待转换结束;读取AD转换结果;存入指定数据区;程序循环，转向下一个通道采样第21页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

22在工业控制和工业测量中，经AD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相应的准确结果。这个加工处理的过程可以包括数字滤波、标度变换等步骤。——克服现场干扰2、标度变换1、数字滤波——获得直观数据三、数据采集与处理方法第22页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

231、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。数字滤波，可以简化硬件设计，参数调整方便，多通道共用。常用的数字滤波算法（1）程序判断滤波（2）中值滤波（3）算术平均值滤波（4）加权平均值滤波（5）滑动平均值滤波（6）低通滤波（7）复合数字滤波第23页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

24（1）程序判断滤波所谓程序判断滤波，就是根据经验，确定出两次采样之间可能出现的最大偏差ΔE。*如果采样得到的值与上次采样值之差超过ΔE，则表明该采样数据中存在较大的干扰信号，应予以剔除；*如果采样得到的值与上次采样值之差小于ΔE，则本次采样值为正常值。程序判断滤波分为两种：限幅滤波、限速滤波第24页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

25（1）程序判断滤波限幅滤波：把两次相邻的采样值相减，求出其差值(以绝对值表示)，然后与两次允许的最大差值ΔE进行比较。若小于等于ΔE，则本次采样值有效；若大于ΔE，则取上一次采样值。*ΔE的选取非常重要（通常可根据经验数据获得）ΔE太大无法剔除各种干扰；ΔE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。第25页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

26（1）程序判断滤波限速滤波：是限幅滤波的一种折中，既考虑了采样的实时性，又照顾到采样值变换的连续性。①设按时间顺序t1、t2、t3的三个采样值分别为y1、y2、y3；②当|y2－y1|≤ΔE时，y2有效，取值y2；③当|y2－y1|>ΔE时，如果当|y3－y2|≤ΔE时，则y3有效，取值y3；否则，取值(y3+y2)/2.*ΔE的选取不太灵活，不能反映采样点数大于3时各采样值受干扰的情况。

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27（2）中值滤波中值滤波：对某一参数连续采样N(奇数)次，然后把N次采样的值从小到大或从大到小排列，再取中间位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。第27页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

28（3）算术平均值滤波*算术平均值滤波主要用于对压力、流量等周期脉动参数采样值进行平滑加工，已使所测数据相对稳定，不适宜于克服随机性干扰。将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，对被测物理量采样N次，得到N个采样值y1，y2，……，yN，求这N个数的平均值第28页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

29（4）加权平均值滤波算术平均值滤波中N个采样值对滤波结果的影响因子是相同的，而加权平均值滤波则对N个采样值y1，y2，……，yN，考虑不同的加权系数，得A1，A2，……，AN为加权系数，满足第29页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

30（5）滑动平均值滤波滑动平均值滤波方法是，动态保留N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。*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。*不适用脉冲干扰比较严重的场合。第30页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

31（6）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。传递函数：其中为RC滤波器的时间常数。将上式离散后得差分方程：为第k次采样值；为第k次滤波结果的输出值；为滤波平滑系数；为采样周期。第31页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

32（7）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。*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。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。第32页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

332、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，这一转换过程称为标度变换。（1）线性参数标度变换（2）非线性参数标度变换第33页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

34（1）线性参数标度变换当被测参数值与A/D采样值成线性关系时，采用线性参数标度变换方法。转换公式：分别是测量仪表的下限值、上限值和当前测量值；分别是测量仪表对应的A/D采样器的下限值、上限值和当前测量值。第34页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

35（1）线性参数标度变换例题：某温度测量仪表，其量程为10°C—50°C，采用的是8位A/D转换器，在某次测量过程中，A/D采样值经数字滤波后得到的数值为7BH，试求这次测量的实际温度值。解：已知测量仪表的8位A/D转换器的对应值8位A/D转换器的当前值为：利用公式：所以，这次测量的实际温度值为29.3°C。第35页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

36（2）非线性参数标度变换有些参数的测量，对于A/D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。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。第36页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

372.3键盘接口技术一、独立式按键二、行列式键盘

作业三、软键盘与触摸屏接口第37页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

38一、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。设8255A的端口A连接8个按键，初始化设置为输入。*当无键按下时，PA0—PA7输入状态均为1（高电平）；*当有键按下时，则按键对应的端口线输入为0（低电平）。适用于按键比较少的系统，按键之间互不影响。A第38页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

39二、行列式键盘行列式键盘(矩阵式键盘)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。A列线－输出行线－输入判断有无键按下：*若C口的低四位全为高电平(即0FH)，则无键按下；*若C口低四位不全为高电平，则说明有键按下。（先使A口输出均为低电平）（再定时从PC端口读入行值）第39页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

401、定时扫描法（1）定时扫描键盘，判断有否按键按下？先使A口输出(列)均为低电平，再定时从PC端口读入行值，监视有无键按下：*若C口的低四位全为高电平(即0FH)，则无键按下；*若C口低四位不全为高电平，则说明有键按下。第40页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

411、定时扫描法（2）消除按键抖动如果有按键按下，则延时10－20ms后，再次从C口读入行值，如果此时仍有键按下，则确认键盘有键按下。第41页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

421、定时扫描法（3）求按键键值首先对键盘逐列扫描(即逐列输出低电平)。*首先令PA0＝0，然后由C口读入行值，是否等于0FH？若等于0FH，说明该列无键按下；*再令PA1＝0，然后由C口读入行值，是否等于0FH？若不等于0FH，说明该列有键按下，则求按键键值。假设，列输出值为0FDH(11111101)，而行读入值为0EH(00001110)，即所按键值为1。第42页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

431、定时扫描法（4）等待按键释放为保证按键每闭合一次，计算机只作一次处理，程序需等待按键释放后，才作下一按键的处理。第43页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

441、定时扫描法K_CHK PROCNEAR ；检查有无按键子程序 MOVDX,800H ；送A口地址 MOVAL,00H ；列输出线全为0 OUTDX,AL MOVDX,802H ；送C口地址 INAL,DX ；从C口读入行值 ANDAL,0FH ；行值与0FH相与 CMPAL,0FH ；相与值再与0FH相减 RET ；返回主程序K_CHKENDP 设8255A的4个口分别为800H－803H，初始化时已设A口为输出，C口为输入，则键盘扫描程序：(1)检查有无按键子程序(K_CHK）(2)求按键键值子程序(3)按键处理子程序相减为0，则无键按下；相减不为0，则有键按下。第44页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

451、定时扫描法设8255A的4个口分别为801H－803H，初始化时已设A口为输出，C口为输入，则键盘扫描程序：(1)检查有无按键子程序(K_CHK）(2)求按键键值子程序(3)按键处理子程序KEY PROCNEAR ；求按键键值子程序KSCAN: CALLK_CHK ；检查键盘有无按键 JNZKS0 ；有键按下，转KS0 RETKS0: CALLDLY10MS ；调用延时程序，防抖动 CALLK_CHK ；再次确认有无按键 JNZKS1 ；有键按下，转KS1 RET KS1: MOVAH,0FEH ；第一列扫描值,PA0=0 MOVAL,AH MOVDX,800H ；送A口地址KS2: OUTDX,AL MOVDX,802H ；送C口地址 INAL,DX ；从C口读入行值 ANDAL,0FH CMPAL,0FH ；读入的值与0FH比较 JNZKS3 ；不为0即有键按下转KS3 ROLAH,1 ；第二列扫描值 MOVAL,AH MOVDX,800H ；送A口地址 ANDAL,01H ；8列是否已扫描完成？ JNZKS2 ；没有，继续检查下一列 RETKS3: MOVBH,AL ；保存按键值到BHKS4: CALLDLY10MS ；调用延时程序 CALLK_CHK ；检查键盘有无按键 JNZKS4 ；等待按键释放

CALLKEYP ；调用按键处理子程序 RETKEY ENDP*按键的行值、列值分别在BH、AH寄存器中第45页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

461、定时扫描法设8255A的4个口分别为801H－803H，初始化时已设A口为输出，C口为输入，则键盘扫描程序：(1)检查有无按键子程序(K_CHK）(2)求按键键值子程序（KEY）(3)按键处理子程序*按键的行值、列值分别在BH、AH寄存器中KEYP PROCNEAR ；按键处理 子程序 MOVBL,0 ；KP1: INCBL ； SHRAH,1 ； JCKP1 ； DECBL ；BL得到第几列

ANDBH,0FH

；取低4位 MOVCL,0 ； KP2:

INCCL ； SHRBH,1 ；

JCKP2 ； DECCL ； MOVBH,CL

；BH得到第几行 MOVAL,08H MULBH ；行值×8 ADDAL,BL ；得到实际按键值

SHLAL,1 ； MOVBX,AX ； JMPK_TAB[BX] ；根据按键值转移K_TAB: JMPSHORTKEY00 ； JMPSHORTKEY01 ； …… ； JMPSHORTKEY31 KEY00: …… ；相应按键处理 RET ；KEY01: …… ； RET ； ……KEY31: …… ； RET ；KEYP ENDP第46页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

472、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，键盘程序不用执行，这样就节省了CPU的时间。只有当任一键按下时，即IRQ2由低电平转为高电平时，向CPU申请中断。CPU响应中断后，再调用键盘程序。第47页，课件共54页，创作于2023年2月28July2023第2章输入通道接口技术

482.4