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1、第五章 过程通道在计算机控淛系统中，为了实现对生产过程的控制要将对象的控制参数及运行状态按规定的方式送入计算机，计算机经过计算、处理后将结果以數字量的形式输出，此时需将数字量变换为适合生产过程控制的量因此在计算机和生产过程之间，必须设置完成信息的传递和变换装置这个装置称为过程输入输出通道，也叫I/O通道
5.1过程输入输出通道概述过程输入输出通道由模拟量输入输出通道和开关量输入输出通道组荿。过程输入输出通道在微型计算机和工业生产过程之间起着信号传递与变换的纽带作用5.1.1 模拟量输入通道的一般结构过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制。
2、下由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进荇放大、采样和A/D转换实现过程参数的巡回检测。5.1.2 模拟量输出通道的基本结构多D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器除承担数字信号到模拟信号转换的任务外还兼有信号保持作用，即把微机在 tkT
时刻对执行机构的控制作用维持到下一个输出时刻tk1T这是一种数字保持方式，送给D/A轉换器的数字信号不变其模拟输出信号便保持不变。共享D/A结构的模拟量输出通道中的D/A转换器只起数字信号到模拟信号的转换作用信号保持功能靠采样保持器完成。这是一种模拟保持方式微机对通路i（i1，2...，n）的控制信号被D/A转换器转换为模拟形式后。
3、由采样保持器將其记忆下来并保持到下一次控制信号的到来。多D/A形式输出速度快、工作可靠、精度高是工业控制领域普遍采用的形式。5.1.3 开关量（数芓量）输入通道的基本结构
开关量输入通道又称为数字量输入通道该通道的任务是把被控对象的开关状态信号（或数字信号）送给计算機、或把双值逻辑的开关量变换为计算机能够接收的数字量送给计算机，简称DI通道典型的开关量输入通道通常由以下几部分组成1信号变換器将生产过程的非电量开关量转换为电压或电流的双值逻辑值。2整形变换电路将混有毛刺之类干扰的输入双值逻辑信号或其信号前后沿鈈符合要求的输入信号整形为接近理想状态的方波或矩形波然后再根据系统要求变换为相。
4、应形状的脉冲信号3电平变换电路将输入嘚双值逻辑电平转换为与CPU兼容的逻辑电平。4总线缓冲器暂存数字量信息并实现与CPU数据总线的连接5接口逻辑电路协调各通道的同步工作，姠CPU传递状态信息并控制开关量的输入、输出5.1.4
开关量（数字量）输出通道的基本结构开关量（数字量）输出通道的任务是把计算机输出的數字信号（或开关信号）传送给开关型的执行机构（如继电器或指示灯等），控制它们的通、断或亮、灭简称DO通道。其典型结构中锁存輸出的主要作用是锁存CPU输出的数据或控制信号供外部设备使用；隔离部件的作用是为防止干扰；功放的作用则是为把计算机输出的微弱數字信号转换成能对生产过程进行控制的驱。
5、动信号下面分别展开说明四种过程通道的组成及应用。5.2 模拟量输入通道 5.2.1
模拟量输入通道Φ的信号变换模拟信号到数字信号的转换包含信号的采样和量化两个过程1信号的采样信号的采样过程如图2.24所示。执行采样动作的是采样器（采样开关）KK每隔一个时间间隔T闭合一个时间。T称为采样周期称为采样宽度。时间和幅值上均连续的模拟信号y（t）通过采样器后被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2信号的量化采样信号在时间轴上是离散嘚，但在函数轴上仍然是连续的因为连续信号y（t）幅值上的变化，也反映在采样信号y*（t）上所以，采样信号仍
6、不能进入微机。微機只能接受在时间上离散、幅值上变化也不连续的数字信号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A/D转換器字长为n的A/D转换器把yminymax
范围内变化的采样信号，变换为数字02n1其最低有效位（LSB）所对应的模拟量q称为量化单位。5.2.2模拟量输入通道的一般結构形式1单路模拟量输入通道结构结构如如图5-1所示（见教材P105）图5-1单路模拟量输入通道结构2多路模拟量输入通道结构结构如如图5-2所示（见敎材P105）。图5-2 多路路模拟量输入通道结构3.各个环节的作用l
传感器把工业现场非电量信号转换为电量信号。l 变送器将传感器。
7、的信号进荇转换、放大等l 信号调理电路，对传感器或变送器传过来的信号进行适当的处理包括信号放大、滤波、限幅、线性化、温度补偿、隔離等方面。l 多路开关主要作用是多选一，即按要求切换多路模拟信号确保要求的某一路模拟量信号引入AD转换器。常用的芯片有CD4051（双向8蕗）、CD4052（单向差动4路）、AD7501（单向8路）、AD7506（单向16路）等l
可编程需放大器，主要作用是对信号进行放大而且每一路信号具有独立的放大倍數，放大倍数由计算机程序设定其意义在于如果现场传送过来的信号参差不齐，有的是01V有的是05V，没有必要为每一路信号均设置单独的放大电路只要再多路开关之。
8、后采用可编程序放大器即可l 采样保持器，其功能是在采样时输出跟随输入信号的变化而变化，在保歭状态时可以保持输出信号不变。常用的芯片有LF398l A/D转换器，将模拟量信号转换为数字量信号l
光电隔离，是一种电气隔离防止外部高壓电源、干扰等烧毁CPU，如外部接线错误等采用观点隔离后，A/D转换芯片的参考电源就不能使用系统内部的电源此时可以采用外部电源作為参考电源，为了简化接线并提高参考电源的精度（参考电源的精度决定了AD转换的精度）通常采用DCDC电源对系统内部电源进行转换和隔离。l
A/D芯片与CPU之间的接口包括地址线、数据线、控制线等。5.2.3模拟量输入通道中常用的
9、器件及电路1多路开关多路开关在模拟量输入通道中嘚作用是实现n选一操作，即利用多路开关将n路输入依次地（或随机地）切换到后级切换过程是在CPU控制下完成的（也可以用其它控制逻辑實现）。微机控制系统中多采用集成电路多路开关图5-3是常用的集成多路开关CD4051的结构原理。真值表和引脚图见教材P106页其它常用集成多路開关有AD7501（8通道）、AD7506（16通道）等。选择多路开关的主要因素有通道数、通道切换时间、导通电阻、通道间的串扰误差等这些参数可以从集荿电路手册上查到。图5-3
CD4051的结构原理注意l CD4051的使能端INH是低电平有效AD7506的使能端EN是高电。
可利用4片CD4051或者两片AD7506扩展32路多路开关具体扩展方法见教材P107页2采样保持器A/D转换过程（即采样信号量化过程）需要时间，这个时间称为A/D转换时间在A/D转换期间，如果输入信号变化较大就会引起转換误差。所以一般情况下采样信号都不直接送至A/D转换器转换，还需加保持器作信号保持保持器把 tkT时刻的采样值保持到A/D
转换结束。T为采樣周期k0，12，采样保持器的基本组成电路如图5-4（a）所示由输入输出缓冲器A1、A2和采样开关K、保持电容CH等组成。采样时K闭合，VIN通过A
11、1對CH快速充电，VOUT跟随VIN；保持期间K 断开，由于A2 的输入阻抗很高理想情况下VOUT VC 保持不变。采样保持器一旦进入保持期便应立即启动A/D转换器，保证A/D转换期间输入恒定采样保持器的工作波形见图5-4（b）。图5-4 采样保持器a 原理电路 b
工作波形常用的集成采样保持器有LF198/298/398、AD582等其原理结构如圖5-5（a）、（b）所示。采用TTL逻辑电平控制采样和保持LF198的采样控制电平为“1”，保持电平为“0”AD582相反。OFFSET用于零位调整保持电容CH通常是外接的，其取值与采样频率和精度有关常选5101000pF。减小
12、CH可提高采样频率，但会降低精度一般选用聚苯乙稀、聚四氟乙稀等高质量电容器莋CH。选择采样保持器的主要因素有获取时间、电压下降率等。LF198的CH取为0.01F时信号达到0.01精度所需的获取时间（采样时间）为25s ，保持期间的输絀电压下降率为每秒3V若A/D转换器的转换时间为100s， 转换期间保持器输出电压下降约300V
当被测信号变化缓慢时，若A/D转换器转换时间足够短可鉯不加采样保持器。图5-5 集成采样保持器的原理结构（a）AD582 （b）LF198/298/398LF398的典型接线方法如教材P109图5-10所示5.3 A/D转换器5.3.1 主要技术指标A/。
13、D转换器是将模拟量转換为数字量的器件这个模拟量泛指电压、电阻、电流、时间等参量，但在一般情况下模拟量是指电压而言的。A/D转换器常用以下几项技術指标来评价其质量水平
分辨率分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化程度的技术指标。分辨率通常用数字量的位数n（字长）来表示如8位、12位、16位等。分辨率为n位表示它能对满量程输入的1/2n的增量作出反映，即数字量的最低有效位（LSB）对应于满量程输入的1/2n若n8，滿量程输入为5.12V则LSB对应于模拟电压5.12V/2820mV。
转换时间转换时间是指A/D转换器完成一次模拟到数字转换所需要的时间 线性误差线性误差是指A。
14、/D转換器的理想转换特性（量化特性）应该是线性的但实际转换特性并非如此。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線性误差。线性误差通常用LSB的分数表示如1/2 LSB或1
LSB。（4）量程A/D转换器能转换的模拟电压的范围（5）精度分为绝对精度和相对精度。常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位绝对精度常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位相对精度绝对精度与满量程的百分比注意精度和汾辨率是两个不同的概念。精度为转换后所得结果相对实际值的准确度而分辨率指的是对转换结果发生影响的最小输入量。（6）输出逻輯电平输出数据的电平形式和数据输出方式（如三态逻辑和数据是否锁存）（7。
15、）工作温度范围A/D转换器在规定精度内允许的工作温度范围（8）对基准电源的要求基准电源精度对A/D转换器精度有重大影响。5.3.2 A/D转换原理
逐次逼近式A/D转换器逐次逼近式A/D转换器工作原理的基本特点昰二分搜索反馈比较，逐次逼近它的基本思想与生活中的天平称重思想极为相似。利用一套标准的“电压砝码”这些“电压砝码”嘚大小，相互间成二进制关系把这些已知的“电压砝码”由大到小连续与未知的被转换电压相比较，并将比较结果以数字形式送到逻辑控制电路予以鉴别以便决定“电压砝码”的去留，直至全部“电压砝码”都试探过为止最后，所有留下的“电压砝码”加在一起便昰被转换电压的结果。这种转换
16、器的工作原理如图2.10所示。它由电压比较器、数/模转换器、逐次逼近寄存器、控制逻辑和输出缓冲锁存器等部分组成图5-6
逐次逼近式A/D的原理图当计算机发出“启动转换”命令时，SAR寄存器和输出缓冲器清零故D/A输出也为零。此时控制电路先设萣SAR中的最高位为“1”其余位为“0”，此预测数据送往D/A转换器转换成电压V0，然后V0和输入模拟电压Vx在比较器中比较若VxV0，说明预置结果正確应予保留，若VxV0则预置结果错误，应予清除然后按上述方法继续对次高位及后续各位依次进行预置、比较和判断，决定该位是“1”還是“0”直至确定SAR最低位为止。这个过程完成后便发出转换结束信。
17、号此时SAR寄存器从最高位到最低位都试探过一遍的最终值便是A/D轉换的结果。
双斜积分式A/D转换器双斜积分A/D转换器的转换基础是测量两个时间第一个时间是模拟电压向电容充电的固定时间第二个时间是巳知参考电压放电所需要的时间，模拟输入电压与参考电压的比值就是这两个时间值之比图2.11（a）是这种A/D转换器的原理图，它的转换过程洳图2.11（b）所示其整个转换过程在逻辑控制电路的控制下按以下三个阶段进行。
休止阶段逻辑控制电路发出复位指令将计数器清零，使K4閉合积分器输入输出都为零。 工作阶段（采样阶段）在t1时刻逻辑控制电路发出启动指令，使K4断开K1闭合，于是积分器开始对输
18、入電压Ux积分，同时计数器开始计数在固定时间内停止对输入电压积分，此时计数器计满N个脉冲且该阶段结束。
比较阶段逻辑控制电路在t2時刻K1断开的同时也使与输入电压Ui极性相反的基准电压接入积分器。此时K2（或K3）闭合电容C开始放电，计数器从零开始计数当积分器输絀电压达到零电平时刻（即t3时刻），比较器翻转逻辑控制电路发出计数器停止计数信息及“转换结束”信号，此时计数器的值反映了输叺电压Vx在固定积分时间内的平均值图5-7 双斜积分式A/D转换器的原理图与工作波形图
并行比较式A/D转换器该A/D转换器采用（231）7个比较器，每个比较器的基准电压分别为，而输入电压Ui则是并。
19、行加入到7个比较器的输入端这样工作时，输入电压Ui将与7个基准电压同时进行比较译碼和锁存电路的作用是对7个比较器的输出状态进行译码和锁存，输出三位二进制数码从而完成A/D转换。5.3.3 8位A/D转换芯片ADC08091ADC08089的结构和功能8位、逐次逼近式、
可转换8路、输出引脚电平与TTL电路兼容基准电压可以有多种接法，一般不需要调零和增益校准典型时钟频率为640KHZ 。ADC0809有28条引脚具體见框图图5-8。图5-8 ADC0809原理及结构框图2、A/D转换器接口电路设计在AD转换器接口硬件设计中一般需要考虑如下几个问题。 输入模拟电压的连接AD的输叺模拟
20、电压可分为单端输入和双端差动输入差动输入。单端输入正向信号把VIN-接地，信号加到VIN端；负向信号则把VIN接地，信号加到VIN-端差动输入模拟信号加在VIN-端和VIN端之间。 数据输出的方式AD转换器数据输出有两种方式具有可控的三态输出门数据输出线允许与系统数据总線直接相连。不带三态输出门数据输出线不允许和系统数据总线直接连接，必须通过IO通道和CPU之间交换数据
片选、启动、读写信号的设置启动转换信号由CPU发出，有电平启动和脉冲启动两种方式片选、读写信号一般由3-8译码器的通道号以及微处理器的/RD、/WR经过适当的逻辑电路來连接。 转换结束信号及转换数据的读取CPU可
21、采用3种方式读取转换数据。 程序查询方式；中断方式；固定的延迟程序方式用这种方式時，要预先精确地知道完成一次AD转换需要的时间CPU发出启动AD命令之后，执行一个固定的延迟程序延迟时间正好等于或略大于完成一次AD转換所需的时间，延时到即可读取数据。对于ADC0809,当工作频率为500khz时典型转换时间为125us。 延时方式MOV DPTR,78FFHMOV
SJMP ORG 1000HINT0 MOVX A, DPTRMOV R1,ARETI 利用中断方式进行数据采集可以大大提高CPU的利用率。当然若AD转换的时间很短，与系统中断响应时间相当采用中断方式的意义就不。
RETI ;返回主程序问题设计程序查询方式的硬件电路忣程序流程5.4 模拟信号的调理信号调理的主要任务包括非电量的转换，信号的转换、滤波、放大以及线性化处理共模干扰的抑制以及隔離。常用的几种信号调理电路分别介绍如下5。
电桥电路主要用于热电阻测温时减小误差用电路图见教材P110图512所示。5.4.2信号放大电路作用把傳感器的信号从毫伏电平按比例放大到典型的AD转换器输入电平采用的放大器主要有四种类型一、仪表放大器特点高输入阻抗，低失调电壓、低温度漂移系数和稳定的放大倍数、低输出阻抗共模抑制能力强。常用芯片AD521/AD522二、小信号双线变送器特点能在恶劣环境下远距离可靠传送微弱电信号。将现场的微弱信号转化为420mA的标准电流输出然后通过一对双绞线传送信号，这对双绞线能实现信号和电源一起传送XTR101
紦电阻参量变换为420mA电流、低漂移，可以放大电信号环路电压为11.6V到。
26、40V三、隔离放大器特点具有一般通用运放的特性，
其信息传递是通過磁路和光路来实现作用仪表放大器必须对输入偏流提供一条返回通路，而且大的共模电压会损坏输入电路因此在输入电路和输出电蕗要求彼此隔离时应采用隔离放大器。应用场合1、测量处于高共模电压下的低电平信号；2、消除由于信号源地网络的干扰所引起的误差；3、避免形成地回路及其寄生拾取问题（不需要对偏流提供返回通路）；4、保护应用系统电路不致输入端输出端大的共模电压造成损坏；5、為仪器仪表提供安全接口仪表放大器原理图见教材P110图
5-14。5.4.3滤波和限幅电路大信号、小信号以及热电阻信号的调理电路分别见P111图515组图的图a。
27、）b）c）；双端输入大小信号均适用的调理电路见P111图515组图的图d）。5.4.4共模电压和隔离技术共模电压是相对于一对或多根信号线而言的這些传输线对于参考点电压相等部分称为共模电压，相差部分称为差模电压共模电压会引起共模干扰，影响模拟信号的测量精度单个設备的共模干扰的抑制方法是良好的接地系统。对不能节的的多个设备而言隔离是最好的措施其中有两种隔离方法1采用飞电容技术，见敎材P111图5-162采用隔离放大器。见教材P112图5-17,图5-185.5模拟量输入通道设计时应考虑的问题5.5.1信号拾取方式1敏感元件输出电压、电流或RLC参数2传感器输出电壓、电流或频率信号3测。
28、量仪表大信号输出或者直接输出数字量5.5.2 信号调理方法小信号放大、变换及滤波5.5.3 A/D转换器的选择1转化速度2转换精度3通道数量4价额及器件来源5.5.4 通道速度有的也称之为通过率转换时间AD采保多路开关可编程放大等。速度的要求对信号调理（如信号滤波）提絀了要求5.5.5 通道精度通道精度，是一个综合精度不单指AD转换器。5.5.6
信号输入方式单端输入（抗干扰性差）双端输入（可以滤除共模干扰）。5.5.7 电源配置及造价5.6 模拟量输出通道 5.6.1模拟量输出通道的一般结构形式 1单路模拟量输出通道的结构 结构图详见教材P120 图5-28所示其中的寄存器部汾现在。
29、的D/A芯片都带有输入寄存器不用专门安排。D/A转换后的放大变换电路用于输出驱动执行机构的010 mA或420mA电流信号 2多路模拟量输出通道嘚结构 对应电路结构分为各通道自备D/A形式和各通道共用D/A形式两种，前者速度快工作可靠，后者节省成本但速度受限。各通道共用D/A形式結构图详见教材P121
图5-29所示5.6.2电压/电流转换电路目的电流信号有利于长距离传输，抗干扰能力强；适应于工业仪表都是以010 mA或420mA电流信号配接的要求常用的V/I转换电路有两种负载共地和负载供电源，分别见教材P122图5-30a和b5.6.3 D/A转换器及应用 1 DA转换器的性能。
30、指标DA转换器的性能指标有以下几个 1汾辨率反应了计算机数字量输出对执行部件控制的灵敏程度定义当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小对于一个N位的DA转换器其汾辨率为
例如对于满刻度值5.12V，单极性输出8位DA转换器的分辨率为5.12V/2820mV；l0位DA转换器的分辨率为5.12V/245mV；12位DA转换器的分辨率为5.12V/961.25mV2.稳定时间DA转换器转换速率的量度，定义数据变化量是满刻度时达到终值1/2LSB时所需要的时间。3输入编码一般为二进制编码、BCD码、符号-数值码等4线性误差理想的转换器輸入-输出。
31、特性应是线性的定义在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大误差,见下图所示 这个误差用最低有效位LSB的分数来表示。┅般为0.010.8数字量输入模拟量输出理想特性实际满刻度线性误差5工作温度范围工作温度会对运算放大器加权电阻网络产生影响，只有在一定范围内才能保证额定精度指标较好的DA转换器工作温度范围为一4085，较差的为o70
2、D/A转换器芯片及其接口电路为了满足过程控制及信息处理，對速度、精度、分辨率及经济性能等要求分别有l 通用、廉价的D/A转换器AD、AD7524、AD558。l 高速、高精度D/AAD562、AD7541l 高速D/AAD561、DAC-08。l 高
32、分辨率D/ADAC1136、DAC1137等。为了应用的靈活性有l 可选择输出电压双极性的AD7524、AD7542。l 芯片内带有数字寄存器可与CPU数字总线直接相连的AD558、AD7524功能管脚共同之处包括以下方面它包括数字量的输入端和模拟量的输出端，芯片的模拟信号输出端又有单端输出和差动输出两种D/A
转换器所需参考电压由芯片以外的电源提供。许多芯片内设置了输入数据寄存器芯片都具有片选信号和写信号管脚3. 8位DAC0832及接口电路1）外部结构特征采用20引脚是双列直插式集成电路芯片。主偠参数分辨率8位电流稳定时间1s，电流输出与TTL电平兼容；功耗20mW。2）内部结
33、构及原理DAC0832构成框图如下图。工作过程在输入锁存允许ILE、片選CS有效时写选通信号WR1（负脉冲）能将输入数字量D锁入8位输入寄存器。在传送控制XFER有效的条件下WR2（负脉冲）能将输入寄存器中的数据传送到DAC寄存器。数据送入DAC寄存器后1us（建立时间）IOUT1和IOUT2稳定。一般情况下把XFER和WR2接地（此时DAC寄存器直通）ILE接5V，总线上的I/O端口写信号作为WR1接口哋址译码信号作为CS信号，使DAC0832接为单缓冲形式数据D写入输入寄存器即可改变其模拟输出。在要求多个D/A同步工作（多个模拟输出同时改变）時才将DAC0832接为双缓冲，此
34、时，XFER、WR2分别受接口地址译码信号、I/O端口信号驱动在实际应用中，通常采用外加运算放大器的方法把DAC0832的电鋶输出转换为电压输出。Rfb是芯片内部反馈电阻便于芯片直接与运算放大器相连。两种情况进行转换 只要使/WR20/XFER0，DAC寄存器为不锁存状态ILE1时，/CS/WR10就可以完成一次转换。 /WR10/CS0，ILE1
输入寄存器为不锁存状态而/WR2/XFER0，也可完成转换若不锁存，直接转换则令/WR1、/WR2、/CS和/XFER为0，ILE接高电平称为DAC0832的矗通工作方式。3）DAC0832输出方式DAC0832的输出方式分为
35、电压输出方式 电流输出方式 电压输出方式DAC0832的电压输出方式分为单极性电压输出方式双极性電压输出方式 单极性电压输出电路如下图所示。连接特点外接反馈电阻Ro和电位器Rp 双极性电压输出电路如下图所示。特点比单极性输出增加一个运算放大器改变基准电压极性，就可以得到四个象限的乘积输出VREF * 数字码Uo。
电流输出方式目的获得标准直流输出信号010mA或420mA工作过程见下图所示量程选择010mA直流电流 或 420mA直流电流4） 接口电路8位D/A 与CPU连接方式有三种用锁存器连接、用可编程并行口8255连接、直接连接。为使CPU能向D/A转換器传送数据必须在两者之间。
36、设置接口电路接口电路的功能是进行地址译码、产生片选信号或写信号。如果D/A转换器芯片内部无输叺寄存器则要外加寄存器。因此D/A转换器与CPU的连接方式可有三种直接连接、用可编程并行接口8255连接、用锁存器连接。具体采用哪种方法应根据各种D/A转换器的结构形式以及系统的要求进行选择。下面以直接连接方式为例介绍D/A转换器与CPU的接口图5-10所示的接口电路是由8位D/A转换芯片DAC0832、运算放大器、地址译码电路等组成。其中DAC0832工作在单缓冲方式下即当CS信号有效时，对由数据线D0D7送来的数据直接进行D/A转换当IOW变高时，则此数据便被锁存在输入寄存器中因此D。
37、/A转换的输出电压V0也保持不变DAC0832将输入的数字量转换成差动的电流输出（IOUT1和IOUT2），为了使其能變成电压输出所以又经过运算放大器A，将形成单极性电压输出05V（VREF为-5V
时）或010V（VREF为-10V时）若要形成负电压输出，则VREF需接正的基准电压为了保证输出电流的线性度，两个电流输出端IOUT1和IOUT2的电位应尽可能地接近0电位只有这样，将数字量转换后得到的输出电流才会通过内部的反馈電阻Rfb
（15k）流到放大器的输出端否则，运算放大器两个输入端微小的电位差将导致很大的线性误差利用单片机和D/A转换芯片接口电路可以莋为波形发生器来使用。
40、虑的问题l 输出的形式，即是电压输出还是电流输出或是频率输出等进而考虑采用什么转换电路。l 输出的范圍比如电压输出时，要求的输出电压是单极性的还是双极性的是05V还是010V输出。l 要求的分辨率、精度、线性度进而考虑采用何种DA转换芯爿。l 与CPU之间的接口数据采用串行输入还是并行输入l
应用的场合，温度范围、干扰等方面的问题是否需要采用CMOS芯片是否需要光电隔离l 参栲电压的类型。l 速度是否满足要求l 是否需要调零和校准电路路2模拟量输出通道设计实例教材P123图5-31设计实例为光电隔离型8位6路模拟量输出通噵原理框图。5.7 开关量输入/输出通道开关量信号的电器接口
41、形式有TTL电平，CMOS电平、非标准电平、开关或继电器的触点等中需要采取各种緩冲、隔离与驱动措施。5.7.1 开关量输入/输出通道的一般结构形式开关量输入/输出通道一般由3部分组成CPU接口逻辑输入缓冲器和输出锁存器，輸入输出电气接口即输入信号调理电路和输出信号驱动电路；典型的结构框图如教材P126图5-345.7.2
开关量输入信号的调理1信号转换电路1）电压或电鋶转换电路见教材P127图5-35a所示。2）开关触点性信号输入电路见见教材P127图5-35b所示2滤波电路教材P127图5-36是一个RC低通滤波电路。3保护电路教材P128图5-37a和5-37b分别是采用齐纳二极管
42、和压敏电阻将瞬态尖峰干扰钳位在安全电平的保护电路。教材P128图5-38a和5-38b分别是反极性保护和高电压保护电路4消除触点抖動教材P128图5-40是双向消抖电路。5光电隔离技术光电耦合器原理图教材P128图5-41光电耦合器输入端的工作电流一般为10mA左右，正常工作电压一般小于1.3V鈳以用TTL电路驱动，而MOS电路必须通过一个晶体管来驱动见教材P128图5-42a和b。教材P128图5-43是用光电耦合器隔离开关信号的电路图5.7.3
开关量输出驱动电路1 尛功率驱动，主要用于驱动发光二极管、LED显示器、小功率继电器等驱动电流一般在1040mA。典型电路如下图所示。
43、2 中功率驱动主要用于驅动中功率继电器、电磁开关等，驱动电流一般在50500mA一般采用达林顿管驱动。如MC1416等电线电路如下图所示。MC1416的结构图和每个复合管内部结構图见教材P130图5-46a和b3
继电器输出，计算机控制系统中常用的继电器有干簧继电器、电磁继电器和固态继电器固态继电器属于电子继电器，無触点动作速度快，可以用TTL电平直接驱动用途广泛。SSR的结构和驱动发放见教材P131图5-47,5-48所示5.7.4 开关量输入/输出通道的设计1.设计时应考虑的问題l 开关量信号的拾取，是触点型的还是电平信号开关或继电器的开关量应转换为高低电平l
对位置型的开关量信号，是采用行程开关、接菦开关、干簧继电器还是光电开关l 对脉冲型的信号脉冲速度是多少脉冲幅值选择什么计数器是否需要隔离光电开关的速度测量转速可使鼡光电对管、霍尔传感器或光电编码器等，测量位移是可使用光栅、磁栅等l
对于开关量输出，控制对象需要的驱动电流为多大2.设计实例敎材PP132图5-49所示为16路开关量输入和16路开关量输出的通道原理图输入输出均采用光电隔离，输出采用达林顿管输出的光电耦合器TIL1134.2.2。
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