计算机控制题

1结合图2-3,分析说明DAC0832的内部结构组成及其作用。(MSB)Idi7DI6DI5DI4di3di：ILE(MSB)Idi7DI6DI5DI4di3di：ILE8位

输入

寄存器8位

DAC

寄存器8位

DAC

转换器LRfbIIIOUT1IOUT23十AXFER—WR2-CS

WR]LE1■LJLE2当LE=1时，输出数据随输入变化。当LE=0时，输出数」据被锁存。\—AGNDII VREFDGNDVCC组成：DAC0832主要由8位输入寄存器3-8位Daa寄存器、原位/A转换器以及输入控制电路四部分组成。作用：8位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1加以控制；8位DAC寄存器用于存放待转换的数字量，由LE2加以控制；8位D/A转换器输出与数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制2个寄存器的选通或锁存状态。2•画图说明模拟量输入通道的功能、各组成部分及其作用？过程参数传感变送器信号调理多路模拟开关前置放大器采样保持器A/D转

换

器接口逻辑电路图3-1模拟量输入通道的结构组成过程参数传感变送器信号调理多路模拟开关前置放大器采样保持器A/D转

换

器接口逻辑电路图3-1模拟量输入通道的结构组成功能：是把被控对象的过程参数如温度、压力、流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机可以接收的数字量信号。结构组成如图3-1所示。作用：来自于工业现场传感器或变送器的多个模拟量信号首先需要进行信号调理，然后经多路模拟开关，分时切换到后级进行前置放大、采样保持和模/数转换，通过接口电路以数字量信号进入主机系统，从而完成对过程参数的巡回检测任务。3.试分析图3-15、图3-16ADC0809接口电路的启动、转换、査询或定时读入数据的工作过程。比较说明这两种接口电路在硬软件上的异同点。答：图3-15(1)查询方式读A/D转换数图3-15为采用程序查询方式的8路8位A/D转换接口电路，由PC总线、ADC0809以及138译码器、74LS02非与门(即或非门)与74LS126三态缓冲器组成。图中，启动转换的地址PA=01000000，每一路的口址分别为000-111,故8路转换地址为40H-47H。

ADC0809接口程序如下： 图3-15查询方式读A/D转换数MOVBX,BUFF；置采样数据区首址MOVCX，08H ；8路输入START：OUTPA,AL ；启动A/D转换REOC：IN AL，PB^EOCRCRAL，01；判断EOCJNCREOC；若EOC=0，继续査询INAL，PA；若EOC=1,读A/D转换数MOV[BX]，AL；存八/。转换数INCBX；#A/D转换数地址加1INCPA；接口地址加1LOOPSTART；循环现说明启动转换过程：首先主机执行一条启动转换第1路的输出指令，即是把AL中的数据送到地址为PA的接口电路中，此时AL中的内容无关紧要，而地址PA=40H使138译码器的输出一个低电平，连同OUT输出指令造成的低电平，从而使非与门02(3)产生脉冲信号到引脚ALE和START,ALE的上升沿将通道地址代码000锁存并进行译码，选通模拟开关中的第一路VIN0,使该路模拟量进入到A/D转换器中；同时START的上升沿将ADC0809中的逐位逼近寄存器SAR清零，下降沿启动A/D转换，即在时钟的作用下，逐位逼近的模数转换过程开始。接着，主机査询转换结束信号EOC的状态，通过执行输入指令，即是把地址为PB的转换接口电路的数据读入AL中，此时地址PB=01001000(48H)，使138译码器的输出一个低电平，连同IN输入指令造成的低电平，从而使非与门02(1)产生脉冲信号并选通126三态缓冲器，使EOC电平状态出现在数据线D0上。然后将读入的8位数据进行带进位循环右移，以判断EOC的电平状态。如果EOC为“0”，表示A/D转换正在进行，程序再跳回REOC,反复査询；当EOC为“1”，表示A/D转换结束。然后，主机便执行一条输入指令，把接口地址为PA的转换数据读入AL中，即是输出一个低电平，连同IN输入指令造成的低电平，从而使非与门02（2）产生脉冲信号，即产生输出允许信号到OE,使ADC0809内部的三态输出锁存器释放转换数据到数据线上，并被读入到AL中。接下来，把A/D转换数据存入寄存器BX所指的数据区首地址0000H中，数据区地址加1,为第2路A/D转换数据的存放作准备；接口地址加1,准备接通第2路模拟量信号；计数器减1,不为0则返回到START,继续进行下一路的A/D转换。如此循环，直至完成8路A/D转换（2）定时方式读A/D转换数定时方式读A/D转换数的电路组成如图3-16所示，它与査询方式不同的仅仅在于启动A/D转换后，无需査询EOC引脚状态而只需等待转换时间，然后读取A/D转换数。因此，硬件电路可以取消126三态缓冲器及其控制电路，软件上也相应地去掉査询EOC电平的REOC程序段，而换之以调用定时子程序（CALLDELAY）即可。这里定时时间应略大于ADC0809的实际转换时间。图中，ADC0809的CLOCK引脚（输入时钟频率）为640KHZ,因此转换时间为8X8个时钟周期，相当于100属。ADC0809显然，定时方式比査询方式简单，但前提是必须预先精确地知道A/D转换芯片完成一次A/D转换所需的时间。这两种方法的共同点是硬软件接口简单，但在转换期间独占了CPU时间，好在这种逐位逼近式A/D转换的时间只在微秒数量级。当选用双积分式A/D转换器时，因其转换时间在毫秒级，因此采用中断法读A/D转换数的方式更为适宜。因此，在设计数据采集系统时，究竟采用何种接口方式要根据A/D转换器芯片而定。8位A/D转换器的分辨率约为0.0039，转换精度在0.4%以下，这对一些精度要求比较高的控制系统而言是不够的，因此要采用更多位的A/D转换器，如10位、12位、14位等A/D转换器。下面以AD574A为例介绍12位A/D转换器及其接口电路。4结合图4-4,简述信号调理电路的构成及其各元器件的作用。图4-4开关量输入信号调理电路凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中,主要是考虑信号调理技术，如电平转换，RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。（1） 电平转换是用电阻分压法把现场的电流信号转换为电压信号。（2）RC滤波是用 滤波器滤出高频干扰。（3） 过电压保护是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。（4） 反电压保护是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。典型的开关量输入信号调理电路如图所示。点划线右边是由开关S与电源组成的外部电路，（a）44是直流输入电路，（b）是交流输入电路。交流输入电路比直流输入电路多一个降压电容和整流桥块，可把高压交流（如380VAC）变换为低压直流（如5VDC）。开关。的状态经滤波、稳压管箝位保护、电阻限流、二极管"防止反极性电压输入以及光耦隔离等措施处理后送至输入缓冲器，主R2 D2机通过执行输入指令便可读取开关S的状态。比如，当开关$闭合时，输入回路有电流流过，光耦中的发光管发光，光敏管导通，数据线上为低电平，即输入信号为“0”对应外电路开关S的闭合；反之，开关S断开，光耦中的发光管无电流流过，光敏管截止，数据线上为高电平，即输入信号为“1”对应外电路开关S的断开。简述数字量输出通道的功能及其常用的输出驱动电路。答：（1）数字量输入通道（DI通道）的功能一是把生产过程中的数字信号转换成计算机易于接受的形式。（2）脉冲计数电路，有些用于检测流量、转速的传感器发出的是脉冲频率信号，对于大量程可以设计一种定时计数输入接口电路，即在一定的采样时间内统计输入的脉冲个数，然后根据传感器的比例系数可换算出所检测的物理量。开关输入电路凡在电路中起到通、断作用的各种按钮、触点、开关，其端子引出均统称为开关信号。在开关输入电路中，主要是考虑信号调理技术，如电平转换，RC滤波，过电压保护，反电压保护，光电隔离等。结合图5-6，分析说明矩阵式键盘电路的逐行零扫描法的工作过程。行输出电路由行扫描锁存器74LS273、反相器与行线X0〜X7连接组成，列输入电路由三态缓冲器

74LS244与列线Y0〜丫7以及上拉电阻组成。X、Y线的每一个交叉处跨接一个键，其键值分别是十进制数的01,02,……，64。该键盘的接口地址为PORT］。当键盘中无任何键按下时，所有的行线和列线被断开且相互独立，输入线Y〜Y列都为高电平；当有任意0 7一键按下时，则该键所在的行线与列线接通，因此，该列线的电平取决于该键所在的行线。基于此，产生了“行扫描法”与“线反转法”两种识别方法。行扫描法又称逐行零扫描査询法，即逐行输出行扫描信号“0”，使各行依次为低电平，然后分别读入列数据，检査此（低电平）行中是否有键按下。如果读得某列线为低电平，则表示此（低电平）行线与此列线的交叉处有键按下，再对该键进行译码计算出键值，然后转入该键的功能子程序入口地址；如果没有任何一根列线为低电平，则说明此（低电平）行没有键按下。接着进行下一行的“0”行扫描与列读入，直到8行全部査完为止，若无键按下则返回。有时为了快速判断键盘中是否有键按下，也可先将全部行线同时置为低电平，然后检测列线的电平状态，若所有列线均为高电平，贝U说明键盘中无键按下，立即返回；若要有一列的电平为低，则表示键盘中有键被控下，然后再如上那样进行逐行扫描。DoDiD2D3D4D5D6D7IOW4ORD0DDoDiD2D3D4D5D6D7IOW4ORD0DiD2D3D4D5D6D774LS273ToTuTuYTnYTurn.GnaddLMU图5-7矩阵式键盘接口电路7•分析说明图5-8二进制编码键盘接口电路的工作原理。图5-8是一种采用两片CD4532B构成的16个按键的二进制编码接口电路。其中由于U1的Eo作为U2的Ei,所以按键S0的优先级最高，S15的优先级最低。U1和U2的输出02~0。经或门A3~A1输出，以形成低3位编码D2~D0。而最高位D3则由U2的GS产生。当按键S8~S15中有一个闭合时，其输出为“1”。从而S0~S15中任意一个键被按下，由编码位D3~D0均可输出相应的4位二进制码。为了消除键盘按下时产生的抖动干扰，该接口电路还设置了由与非门B1、B2、电阻R2、电容C2组成的单稳电路和由或门A4、电阻R1、电容C1组成的延时电路，电路中E、F、G、H和I这五点的波形如图5-9所示。由于U1和U2的GS接或门A4的输入端，所以当按下某键时，A4为高电平，其输出经R1和C1延时后使G点也为高电位，作为与非门B3的输入之一。同时，U2的输出信号Eo触发单稳（B1和B2）,在暂稳态持续时间AT内，其输出F点为低电位，也作为与非门B3的输入之一由于暂稳态期间（AT）E点电位的变化（即按键的抖动）对其输出F点电位无影响，所以此时不论G点电位如何，与非门B3输出（H点）均为高电位。当暂稳延时结束，F点变为高电位，而G点仍为高电位（即按键仍闭合），使得H点变为低电位，并保持到G点变为低电位为止（即按键断开）。也就是说，按下S0~S15中任意一个按键，就会在暂稳态期间AT之后（恰好避开抖动时间）产生选通脉冲（H点）或STB（I点），作为向CPU申请中断的信号，以便通知CPU读取稳定的按键编码D3~D0。8■结合图6-5,简述LED静态显示硬件译码电路的工作过程。O1YY83s74ABC01234567234DDDDDDDDAAAO1YY83s74ABC01234567234DDDDDDDDAAAABdpgfedcbaLED1dpgfedcbaLED2dpgfedcbaLED3dpgfedcbaLED4COM COM COM COM图6-5LED静态显示硬件译码接口电路图6-5中有CD4511B的引脚分配，它的真值表见表6-2o(BLanking)为空白(全灭)信号，低电平有效；(LampTest)为全亮试验信号，低电平有效；这两个引脚只用来测试与之连接的LED,在LED正常工作时，要把、均接接成高电平。锁存允许信号(LatchEnable)为低电平有效，作为允许BCD码输入的片选信号，片选端一般是与接口地址译码信号相连。一旦片选有效即=0,则数据输入端A、B、C、D所接收的4位BCD码就会被内部逻辑电路自动译为输出端a~g的段选信号，从而驱动点亮7段LED显示出相应的字符。图6-5为4个LED组成的静态显示硬件译码接口电路，是在图6-3LED静态显示方式的基础上，增加4片集BCD码锁存、译码和驱动为一体的CD4511B(U1~U4)与1片译码器74LS138，它能够直接显示出4位十进制数。图中，4片CD4511B分别对应连接4片7段共阴极LED显示器，74LS138译码器译出片选信号PORT、PORT,分01别作为Ul、U2和U3、U4的锁存允许信号。CPU通过输出指令把要显示字符的BCD码数据通过数据总线D~D输出到U1~U4的数据输入端D、C、B、A,其中每2片(U1和U2,U3和U4)共用一个字节及一个7 0片选信号。若要显示带小数点的十进制数，则只要在LED显示器的dp端另加驱动控制即可(读者可自行考虑)9•结合图6-6，简述LED动态显示软件译码电路的工作过程。图6-6给出4个LED组成的动态显示软件译码接口电路，4个共阴极LED显示器的段选线对应并接，由一片8D触发器74LS374(U1)进行段选控制，其间串有8个三极管以正向驱动LED的阳极，此可称为段选通道o4个LED的COM端由另一片74LS374(U2)进行位选控制，其间接有达林顿阵列驱动器MC1413(内含7对复合三极管)以对LED的阴极进行反向驱动，此构成了位选通道。段码锁存器U1和位码锁存器U2均连在数据总线。~D上,CPU通过数据总线送出的数据是到U1还是U2,这要7 0由74LS138对地址译码后的输出信号和决定。当=0时，U1端口地址PORT被选中，U1选通并锁存住CPU输出0的段选码；当=0时,U2端口地址PORT被选中，U2锁存住CPU输出的位选码。7设该接口电路从左到右(即从LED1到LED4)进行动态扫描，其显示过程如下：首先CPU把LED1要显示的字符段码送入段码锁存器U1,接着就往位码锁存器U2送入点亮LED1的位选码，即仅使LED1的COM端为低电平。虽然段选码通过驱动电路同时送到各位LED,但这时只有LED1的相应段被导通点亮，而其

余LED并不显示。然后CPU把LED2要显示的字符段码再送入段码锁存器U1,接着往位码锁存器U2送入点亮LED2的位选码。……如此依次分别送出扫描代码，一一分别点亮各个LED。只要刷新时间不太长，就会给人以同时显示的稳定的视觉效果。?+5VDoDiD3D4D5D7DoQoD1QiD2Q2D3U1Q3D4374QDoDiD3D4D5D7DoQoD1QiD2Q2D3U1Q3D4374Q4D5Q5D6Q6D7-—Q7K■W'CLA2 A3 A4IOWA5：A61PORT7COMCOMdpgfedebadpgfedcba■COMCOMD1D3012DDD0123QQQQCOM1B 1C1413图6-6LED动态显示软件译码接口电路简述数字滤波及其特点。数字滤波，就是计算机系统对输入信号采样多次，然后用某种计算方法进行数字处理，以削弱或滤除干扰噪声造成的随机误差，从而获得一个真实信号的过程。这种滤波方法只是根据预定的滤波算法编制相应的程序，实质上是一种程序滤波。因而可靠性高，稳定性好，修改滤波参数也容易，而且一种滤波子程序可以被