2025/4/171第4章過程通道與人機接口數字量輸入/輸出通道模擬量輸出通道模擬量輸入通道人機接口2025/4/172過程通道過程通道是在計算機和生產過程之間設置的信息傳送和轉換的連接通道。四種：模擬量輸入通道模擬量輸出通道數字量（開關量）輸入通道數字量（開關量）輸出通道2025/4/173人機接口功能：計算機和操作人員之間互通信息。類型：顯示器和操作器一種是液晶顯示器和鍵盤另一種是針對某個生產過程控制的特點而設計的操作控制臺等作用：顯示生產過程的狀況；供操作人員操作；顯示操作結果。2025/4/174數字量信號的分類數字量輸入通道數字量輸出通道數字量輸入輸出通道的標準化設計4.1數字量輸入/輸出通道2025/4/1754.1.1數字量信號的分類(1)數字量（開關量）的概念開關的閉合與斷開

指示燈的亮與滅

繼電器或接觸器的吸合與釋放電機的啟動與停止

設備的安全狀況等這些信號的共同特征是以二進制的邏輯“1”和邏輯“0”出現的2025/4/176繼電器原理圖4.1.1數字量信號的分類(2)2025/4/1774.1.1數字量信號的分類(3)繼電器結構圖2025/4/1784.1.1數字量信號的分類(4)數字量（開關量）的分類電平式：高電平或低電平觸點式：觸點閉合或觸點斷開，一般分兩類：機械觸點：按鈕、旋鈕、行程開關、繼電器等觸點電子觸點：晶體管輸出型的接近開關和光電開關等

2025/4/1794.1.2數字量輸入通道(1)數字量輸入（DI）的任務:

把外界被控對象的開關狀態信號、或數字信號送至計算機。

接近開關旋轉編碼器2025/4/17104.1.2數字量輸入通道(2)1．數字量輸入通道的結構圖4.1數字量輸入通道結構2025/4/17114.1.2數字量輸入通道(3)2．輸入調理電路原因：外部裝置或生產過程的狀態信號，可能是電壓、電流、開關的觸點等，會引起瞬時的高壓、過低壓、接觸抖動等現象。措施：為了將外部開關量引入到計算機，必須將現場輸入的狀態信號經轉換、保護、濾波、隔離等措施轉換成計算機能夠接收的邏輯信號，這些功能稱為信號調理。

2025/4/17124.1.2數字量輸入通道(4)(1)．小功率輸入調理電路

消除由于觸點機械擾動而產生的震蕩信號圖4.2小功率輸入調理電路(消除抖動)010111002025/4/17134.1.2數字量輸入通道(5)(2)．大功率輸入調理電路為使接點工作可靠，接點兩端使用24V直流電壓電容濾波，采用光耦隔離，克服干擾并達到安全目的2025/4/17144.1.2數字量輸入通道(6)3．常用的幾種數字量輸入的接線方式

●在工業現場中，經常用到的數字量輸入有：按鈕、行程開關、接近開關、光電開關、旋轉編碼器等。●按鈕是無源接點，晶體管輸出型的接近開關、光電開關和旋轉編碼器等的輸出有NPN和PNP兩種方式。●下面分別以源極和漏極輸入為例，來介紹工業中常見的幾種數字量輸入的接線方法。2025/4/17154.1.2數字量輸入通道(7)(1)．漏極輸入

圖4.4

漏極輸入的數字量輸入接線原理框圖2025/4/17164.1.2數字量輸入通道(8)(2)．源極輸入

圖4.5

源極輸入的數字量輸入接線原理框圖2025/4/17174.1.3數字量輸出通道(1)數字量輸出（DO）的任務：把計算機送出的數字信號（或開關信號）傳送給開關器件，如指示燈、繼電器，控制它們的通斷、閉合或亮、滅等。2025/4/17184.1.3數字量輸出通道(2)1．數字量輸出通道的結構2025/4/17194.1.3數字量輸出通道(3)2．輸出驅動電路●晶體管輸出驅動電路●繼電器輸出驅動電路●固態繼電器輸出驅動電路2025/4/17204.1.3數字量輸出通道(4)(1)．晶體管輸出驅動電路光耦加晶體管，適合小功率直流驅動，動作快，可頻繁動作2025/4/17214.1.3數字量輸出通道(5)(2)．繼電器輸出驅動電路光耦加晶體管加繼電器，適合交直流驅動，動作慢，壽命有限2025/4/17224.1.3數字量輸出通道(6)(3)．固態繼電器輸出驅動電路光耦加SSR，適合交流驅動，可頻繁動作，抗干擾能力強2025/4/17234.1.4數字量輸入輸出通道的標準化設計在設計上，一般都將開關量的輸入輸出接口做在同一塊模板上節省硬件成本利用有限資源，方便用戶使用圖4.10給出了PC總線的DIO模板原理圖2025/4/17242025/4/17254.2

模擬量輸出通道D/A轉換器分類及特點D/A轉換器原理及主要性能參數D/A轉換器芯片及接口電路D/A轉換器的輸出D/A轉換器接口的隔離技術D/A轉換模板的標準化設計2025/4/1726模擬量輸出（AO）任務：將計算機輸出的數字信號轉換成模擬電壓或電流信號，以控制調節閥或驅動相應的執行機構，達到計算機控制的目的。模擬量輸出通道一般由接口電路、控制電路、數/模轉換器和電壓/電流（V/I）變換器構成，其核心是數/模轉換器，簡稱D/A或DAC。4.2

模擬量輸出通道2025/4/17274.2.1D/A轉換器分類及特點（1）按照解碼網絡結構，D/A轉換器可分為：T型電阻網絡D/A轉換器：電阻取值只有兩種，易于集成，但電阻網絡各支路存在傳輸時間差異，易造成動態誤差，對轉換精度和轉換速度有較大影響倒T型電阻網絡D/A轉換器：既有T型網絡的優點，又避免了它的缺點，轉換精度和轉換速度都得到提高權電流D/A轉換器：引入了恒流源，減少了由模擬開關導通電阻、導通壓降引起的非線性誤差，轉換速度快，但其電路較復雜。2025/4/17284.2.1D/A轉換器分類及特點（2）按模擬開關電路的類型，D/A轉換器可分為：雙極型D/A轉換器：采用雙極型模擬開關及驅動電路，轉換速度高，其建立時間（穩定時間）可縮短到數十至數百納秒。CMOS型D/A轉換器：采用CMOS模擬開關及驅動電路，雖然這種電路有制造容易、造價低的優點，但轉換速度目前尚不如雙極型的高。2025/4/17294.2.1D/A轉換器分類及特點（3）按數字量輸入方式：并行輸入和串行輸入D/A轉換器按模擬量輸出方式：電流輸出和電壓輸出D/A轉換器按轉換的分辨率：低分辨率、中分辨率和高分辨率D/A轉換器按輸出通道的數量：單路輸出型和多路輸出型D/A轉換器2025/4/17304.2.2D/A轉換器原理（1）1.D/A轉換器工作原理D/A轉換器輸入的數字量表達式

DATA=D020+D121+D222+……+Dn-12n-1Di=0或1(i=0,1…n-1)；20，21，…2n-1分別為對應數位的權。基本原理:在D/A轉換中，要將數字量轉換成模擬量，必須先把每一位代碼按其“權”的大小轉換成相應的模擬量，然后將各分量相加，其總和就是與數字量相應的模擬量，這就是D/A轉換的基本原理。2025/4/17314.2.2D/A轉換器原理（2）T型網絡組成的D/A轉換器原理圖2025/4/17324.2.2D/A轉換器原理（3）D/A轉換器的主要組成基準電壓VREFT型（R-2R）電阻網絡位切換開關BSi

（i=0，1，…，n-1）運算放大器A輸出電壓VOUT與輸入二進制數D0~Dn-1的關系VOUT=－VREF（D020+D121+D222+…+Dn-12n-1）/2n2025/4/17334.2.2D/A轉換器原理（4）2.D/A轉換器性能指標分辨率：基準電壓與2n的比值=Vref/2n=1LSB

最低有效位(LeastSignificantBit)穩定時間（又稱轉換時間）輸入二進制數變化量是滿量程時，D/A轉換器輸出達到離終值1/2LSB時所需時間絕對誤差全量程范圍內，D/A轉換器實際輸出值與理論值之間的最大偏差2025/4/17344.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（1）1.8位D/A轉換器芯片DAC0832DAC0832是8位數/模轉換芯片，具有以下主要特點：●與TTL電平兼容；●分辨率為8位；●建立時間為1μs；●功耗為20mW；●電流輸出型D/A轉換器。2025/4/17354.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（2）(1)DAC0832結構框圖及引腳說明圖4.12DAC0832的結構框圖和引腳2025/4/17364.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（3）(2)DAC0832工作過程①CPU執行輸出指令，輸出8位數據給DAC0832；②在CPU執行輸出指令的同時，使ILE、/CS、/WR1三個控制信號端都有效，8位數據鎖存在8位輸入寄存器中；③當/WR2、/XFER兩個控制信號端都有效時，8位數據再次被鎖存到8位DAC寄存器，這時8位D/A轉換器開始工作，8位數據轉換為相對應的模擬電流，從Iout1和Iout2輸出。2025/4/17374.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（4）雙緩沖方式單緩沖方式直通方式(3)DAC0832的工作方式2025/4/17384.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（5）(4)DAC0832接口電路圖4.13DAC0832接口電路2025/4/17394.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（6）2.12位D/A轉換器芯片DAC1210與8位DAC0832的2點區別分辨率為12位，有12條數據輸入線（DI0~DI11），采用24腳雙立直插式封裝。可用字節控制信號BYTE1/2控制數據的輸入高電平時，12位數據（DI0~DI11）同時存入第一級的兩個輸入寄存器；低電平時，只將低4位數據（DI0~DI3）存入低4位輸入寄存器。2025/4/17404.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（7）(1)DAC1210結構框圖及引腳說明圖4.14DAC1210原理框圖00111002025/4/17414.2.3D/A轉換器芯片及接口電路（8）(2)DAC1210接口電路圖4.15DAC1210接口電路2025/4/17424.2.4D/A轉換器的輸出（1）在計算機過程控制中，外部執行機構有電流控制的，也有電壓控制的，因此根據不同的情況，使用不同的輸出方式。D/A轉換的結果若是與輸入二進制碼成比例的電流，稱為電流DAC，若是與輸入二進制碼成比例的電壓，稱為電壓DAC。2025/4/17434.2.4D/A轉換器的輸出（2）1.電壓輸出(1)單極性電壓輸出圖4.16單極性電壓輸出原理圖2025/4/17444.2.4D/A轉換器的輸出（3）(2)雙極性電壓輸出2025/4/17454.2.4D/A轉換器的輸出（4）2.電流輸出圖4.18D/A轉換器的電流輸出2025/4/17464.2.5D/A轉換器接口的隔離技術（1）由于D/A轉換器輸出直接與被控對象相連，容易通過公共地線引入干擾。通常采用光電耦合器，使控制器和被控對象只有光的聯系，達到隔離的目的。光電耦合器由發光二極管和光敏三極管封裝在同一管殼內組成，發光二極管的輸入和光敏三極管的輸出具有類似于普通三極管的輸入-輸出特性兩種隔離方式：模擬信號隔離和數字信號隔離。2025/4/17474.2.5D/A轉換器接口的隔離技術（2）1.模擬量隔離圖4.19模擬信號隔離輸出電路Vout1Vout2ILIwV_2025/4/17484.2.4D/A轉換器接口的隔離技術（3）模擬信號隔離方法的優點是：只使用少量的光電耦合器，成本低；缺點是調試困難，如果光電耦合器挑選不合適，將會影響變換的精度和線性度。2025/4/17494.2.5D/A轉換器接口的隔離技術（4）2.數字量隔離圖4.20數字信號隔離輸出電路2025/4/17504.2.5D/A轉換器接口的隔離技術（5）數字信號隔離的優點是調試簡單，不影響轉換的精度和線性度；缺點是使用較多的光電耦合器，成本高。2025/4/17514.2.6D/A轉換器模板的標準化設計(1)1.D/A轉換器模板的設計原則合理地選擇D/A轉換芯片及相關外圍電路，掌握各類集成電路性能指標及引腳功能，以及與D/A轉換模板連接的CPU或計算機總線的功能、接口及其特點；軟硬件設計相結合，不增加硬件成本就能實現的功能應由硬件來實現，需要增加硬件成本才能實現的功能，同時軟件也能實現的功能由軟件實現。2025/4/17524.2.6D/A轉換器模板的標準化設計(2)此外還需注意：（1）安全可靠：

元器件性能好、光電隔離技術；（2）性能與經濟的統一：

綜合速度、精度、工作環境和經濟性等。（3）通用性：

符合總線標準、用戶可以任意選擇口地址和輸入方式。2025/4/17534.2.7D/A轉換器模板的標準化設計(3)2.D/A轉換模板的設計●確定性能指標●設計電路原理圖●設計和制造電路板●焊接和調試電路板2025/4/17544.3模擬量輸入通道A/D轉換器分類及特點A/D轉換器原理及主要性能參數A/D轉換器芯片及接口電路A/D轉換器的外圍電路A/D轉換器接口的隔離技術A/D轉換器模板的標準化設計2025/4/1755模擬量輸入通道的任務：把被控對象的模擬信號轉換成計算機可以接收的數字信號模擬量輸入通道的組成多路模擬切換開關前置放大器采樣保持器模／數轉換器（A/D）控制電路等4.3模擬量輸入通道2025/4/17564.3.1A/D轉換器分類及特點(1)A/D轉換器的類型很多，也各有特點，主要有逐次逼近法、雙積分法、電壓頻率轉換法、Σ-Δ法、并行A/D轉換和流水線型A/D轉換等。逐次逼近型ADC逐次逼近型ADC是一種常見的ADC類型，它的基本原理是它使用數字電路控制DAC輸出一個變化的電壓，并用此電壓和輸入電壓比較，經過多次比較逐漸使DAC輸出接近輸入電壓，從而得出數字輸出。逐次逼近型ADC的特點速度較高、功耗低，在低分辨率(<12位)時成本較低，但高分辨率(>12位)時成本較高。2025/4/17574.3.1A/D轉換器分類及特點(2)雙積分型ADC雙積分型ADC，它先對輸入采樣電壓和基準電壓進行兩次積分，以獲得與采樣電壓平均值成正比的時間間隔，同時在這個時間間隔內，用計數器對標準時鐘脈沖（CP）計數，計數器輸出的計數結果就是對應的數字量。雙積分型ADC輸入端采用了積分器，對交流噪聲的干擾有很強的抑制能力，因此其突出的優點是抗干擾能力強，穩定性好，可實現高精度模/數轉換；主要缺點是轉換速度低，因此這種轉換器大多應用于要求精度較高而轉換速度要求不高的儀器儀表中，例如用于多位高精度數字直流電壓表中。2025/4/17584.3.1A/D轉換器分類及特點(3)并聯比較型ADC并聯比較型ADC采用各量級同時并行比較，各位輸出碼也是同時并行產生。轉換速度快是它的突出優點，同時轉換速度與輸出碼位的多少無關。并聯比較型ADC的缺點是成本高、功耗大。因為n位輸出的ADC需要2n個電阻、(2n-1）個比較器和D觸發器，以及復雜的編碼網絡，其元件數量隨位數的增加，以幾何級數上升。所以這種ADC適用于要求高速、低分辨率的場合。2025/4/17594.3.1A/D轉換器分類及特點(4)Σ-Δ型ADCΣ-Δ型ADC由積分器、比較器、1位D/A轉換器和數字濾波器等組成。原理上近似于積分型，將輸入電壓轉換成時間（脈沖寬度）信號，用數字濾波器處理后得到數字值。優點是轉換精度極高，達到16～24位的分辨率，價格低廉，弱點是轉換速度比較慢，比較適合于對檢測精度要求很高但對速度要求不是太高的檢驗設備。2025/4/17604.3.1A/D轉換器分類及特點(5)電壓頻率變換型ADC電壓頻率變換型ADC（Voltage-FrequencyConverter）首先將輸入的模擬信號轉換成頻率，然后用計數器將頻率轉換成數字量。優點是分辨率高、功耗低、電路簡單、對環境適應能力強、價格低廉，但是需要外部計數電路共同完成A/D轉換。2025/4/17614.3.1A/D轉換器分類及特點(6)流水線模數轉換ADC流水線模數轉換ADC已成為最流行的ADC架構，采樣速率從每秒幾兆采樣（MSPS）到100MSPS以上。分辨率范圍從較高采樣率的16位到較低采樣率的2位。這些分辨率和采樣率涵蓋了廣泛的應用，包括CCD成像、超聲醫學成像、數字接收器、基站、數字視頻（例如HDTV）、xDSL、電纜調制解調器和快速以太網。2025/4/17624.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(1)模擬量:電壓、電流等電信號壓力、溫度、濕度、位移、聲音等在A/D轉換前，輸入到A/D轉換器的輸入信號必須經各種傳感器把各種物理量轉換成電壓信號。A/D轉換后，輸出的數字信號可以有8位、10位、12位和16位等。2025/4/17631.A/D轉換器的工作原理主要介紹以下三種方法：逐次逼近法雙積分法電壓頻率轉換法4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(2)2025/4/1764(1).逐次逼近法比較常見，轉換的時間為微秒級。組成：一個比較器、D/A轉換器、緩沖寄存器、控制邏輯電路組成。基本原理是從高位到低位逐位試探比較，好像用天平稱物體，從重到輕逐級增減砝碼進行試探。4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(3)2025/4/1765逐次逼近法圖4.21逐次逼近式A/D轉換器原理框圖4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(4)2025/4/1766逐次逼近法轉換過程：初始化時將逐次逼近寄存器各位清零；最高位置1，送入D/A轉換器經D/A后Ｖo。若Ｖo<Ｖi，該位1被保留否則Ｖo>Ｖi，被清除。次高位置1，若Ｖo<Ｖi，該位1被保留否則Ｖo>Ｖi，被清除。重復此過程，直至逼近寄存器最低位。轉換結束后，將逐次逼近寄存器中的數字量送入緩沖寄存器。4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(5)2025/4/1767(2)雙積分法組成：電子開關、積分器、比較器、控制邏輯組成。基本原理是將輸入電壓變換成與其平均值成正比的時間間隔，再把此時間間隔轉換成數字量，屬于間接轉換。

4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(6)2025/4/1768雙積分法圖4.22雙積分式A/D轉換的原理框圖4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(7)2025/4/1769雙積分法A/D轉換的過程是：先將開關接通待轉換的模擬量Ｖi積分器從零開始進行固定時間Ｔ的正向積分開關再接通與Ｖi極性相反的基準電壓ＶＲＥF輸入到積分器，進行反向積分，直到輸出為0V時停止積分。Ｖi越大，積分器輸出電壓越大，反向積分時間也越長。計數器在反向積分時間內所計的數值，就是輸入模擬電壓Ｖi所對應的數字量。4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(8)2025/4/1770(3)電壓頻率轉換法組成：由計數器、控制門、一個具有恒定時間的時鐘門控制信號。它的工作原理是Ｖ/F轉換電路把輸入的模擬電壓轉換成與模擬電壓成正比的脈沖信號。4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(9)2025/4/17712.A/D轉換器性能指標分辨率：能分辨的最小模擬輸入量，通常用能轉換成的數字量的位數來表示，如8位、10位、12位、16位轉換時間：完成一次轉換所需時間量程：能轉換的輸入電壓范圍精度：數字輸出量與對應模擬輸入量的實際值與理論值的差值4.3.2A/D轉換器原理及主要性能參數(10)2025/4/17724.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(11)1．8位A/D轉換器芯片ADC0809ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，ADC0809的主要特性：●它是具有8路模擬量輸入、8位數字量輸出功能的A/D轉換器。●轉換時間為100μs。●模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，不需零點和滿刻度校準。●低功耗，約15mW。2025/4/17734.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(1)1．8位A/D轉換器芯片ADC0809（1）ADC0809的主要特性ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A/D轉換器，ADC0809的主要特性如下：它是具有8路模擬量輸入、8位數字量輸出功能的A/D轉換器。轉換時間為100μs。模擬輸入電壓范圍為0～5V，不需零點和滿刻度校準。低功耗，約15mW。2025/4/17744.3.2A/D轉換器芯片及接口電路(2)(2)ADC0809結構框圖及引腳說明圖4.24ADC0809的結構框圖和引腳2025/4/17754.3.2A/D轉換器芯片及接口電路(3)（3）ADC0809的工作過程對ADC0809的控制過程是：①首先確定ADDA、ADDB、ADDC三位地址，決定選擇哪一路模擬信號；②使ALE端接受一正脈沖信號，使該路模擬信號經選擇開關到達比較器的輸入端；③使START端接受一正脈沖信號，START的上升沿將逐次逼近寄存器復位，下降沿啟動A/D轉換；④EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。⑤A/D轉換結束，EOC變為高電平，指示A/D轉換結束。此時，數據已保存到8位三態輸出鎖存器中。此時CPU就可以通過使OE信號為高電平，打開ADC0809三態輸出，由ADC0809輸出的數字量傳送到CPU。2025/4/17764.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(4)（4）CPU讀取A/D轉換器數據的方法①查詢法

CPU啟動AD轉換后，不斷查詢EOC的狀態，若為0則正在進行，若為1在轉換結束，CPU立即執行輸入指令，產生輸出允許信號OE，讀取AD轉換數據。優點：接口電路設計簡單。缺點：A/D轉換期間獨占CPU，致使CPU運行效率降低。2025/4/17774.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(4)（4）CPU讀取A/D轉換器數據的方法②定時法：若已知AD轉換時間為T0,則在CPU啟動AD轉換后，延時等待T0后即可讀取AD轉換數據。優點:接口電路設計比查詢法簡單，不必讀取EOC的狀態。缺點：A/D轉換期間獨占CPU，致使CPU運行效率降低；另外還必須知道A/D轉換器的轉換時間。2025/4/17784.3.2A/D轉換器芯片及接口電路(5)（4）CPU讀取A/D轉換器數據的方法③中斷法

CPU啟動AD轉換后，去執行別的程序，AD轉換結束后EOC變為高電平，作為中斷申請信號，通知CPU轉換結束，可以讀入AD轉換數據。優點：A/D轉換期間CPU可以處理其它的程序，提高CPU的運行效率。缺點：接口電路復雜。2025/4/17794.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(6)（5）ADC0809接口電路2025/4/17804.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(7)[例4.1]利用圖4.25，采用無條件傳送方式，編寫一段輪流從IN0～IN7采集8路模擬信號，并把采集到的數字量存入0100Ｈ開始的8個單元內的程序。程序如下：

MOVDI,0100H；設置存放數據的首址

MOVBL,08H；采集8次計數器

MOVAH,00H；選0通道

AA1∶MOVAL,AHMOVDX,ADPORT；設置ADC0809芯片地址

OUTDX,AL；使ALE、START有效,選擇模擬通道2025/4/17814.3.2A/D轉換器芯片及接口電路(8)MOVCX,0050HWAIT∶LOOPWAIT；延時，等待A/D轉換

INAL,DX；使OUTPUTENABLE有效

MOV[DI],AL；保存數據

INCAH；換下一個模擬通道

INCDI；修改數據區指針

DECBL；計數器減1JNZAA12025/4/17824.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(10)2．12位A/D轉換器AD574AD574是美國模擬器件公司的產品，是較先進的高集成度、低價格的逐次逼近式轉換器。AD574由兩片大規模集成電路構成。一片為D/A轉換器AD565另一片集成了逐次逼近寄存器SAR、轉換控制電路、時鐘電路、總線接口電路和高分辨比較器電路。2025/4/17834.3.2A/D轉換器芯片及接口電路(11)（1）AD574結構框圖及引腳說明2025/4/17844.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(11)(2)AD574的工作過程啟動轉換CE=1、/CS=0A0：0（12位）或為1（8位）R/C＝0，啟動轉換。STS由高電平變為低電平，轉換結束，查詢法：讀入STS線端的狀態，判斷轉換是否結束。2025/4/17854.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(12)(2)AD574的工作過程輸出數據輸出方式選擇:接+5V或數字地為1時：12位輸出，A0不起作用；為0時：兩次輸出，與A0配合；CE=1、/CS=0、R/C=1A0：為1時：低4位；為0時：高8位。由于AD574輸出端有三態緩沖器，所以D0～D11數據輸出線可直接接在CPU數據總線上。2025/4/17864.3.3A/D轉換器芯片及接口電路(13)(3)AD574接口電路

圖4.2712位AD574與8088CPU的接口電路圖2025/4/17874.3.4A/D轉換器的外圍電路(1)I/V轉換多路模擬開關前置放大器采樣保持電路2025/4/17884.3.4A/D轉換器的外圍電路(2)I/V變換變送器的輸出信號為0～10mA或4～20mA由于A/D轉換器的輸入信號只能是電壓信號需要I/V變換電路2025/4/17894.3.4A/D轉換器的外圍電路(3)(1)無源I/V變換無源器件電阻、濾波、輸出限幅。

0～10mA輸入信號，可取R1=100，R2=500（精密電阻）4～20mA輸入信號，可取R1=100，R2=250（精密電阻）2025/4/17904.3.4A/D轉換器的外圍電路(5)(2)有源I/V轉換運算放大器、電阻、濾波A=1+R4/R30～10mA：R3=100KΩ，R4=150KΩ，R1=200Ω4～20mA：R3=100KΩ，R4=25KΩ，R1=200Ω圖4.29有源I/V變換電路2025/4/17914.3.4A/D轉換器的外圍電路(7)2．多路模擬開關圖4.30CD4501的結構和引腳圖2025/4/17924.3.4A/D轉換器的外圍電路(8)3.前置放大器任務：是將模擬輸入的小信號放大到A/D轉換的量程范圍之內可以設計可變增益放大器。變送器的輸出為標準的電壓信號或標準的電流信號，前置放大器在A/D轉換電路中不常用。2025/4/17934.3.4A/D轉換器的外圍電路(9)4.采樣保持電路A/D轉換時間A/D轉換期間，如果輸入信號變化較大，就會引起轉換誤差采樣保持器把采樣值保持到A/D轉換結束主要應用于逐次逼近式A/D轉換器，雙積分的A/D轉換器可以不加采樣保持器。兩種工作狀態采樣狀態：輸出隨輸入而變化保持狀態：輸出保持不變2025/4/17944.3.5A/D轉換器接口的隔離技術單通道輸入：隔離方式同D/A轉換器接口隔離技術，主要采用光電耦合器多通道輸入：與上同通道與通道之間：每個通道使用一個獨立的A/D轉換器件選用特殊的切換開關：光電隔離器件（半導體繼電器）2025/4/17954.3.5A/D轉換器接口的隔離技術特殊的切換開關松下AQW2142025/4/17964.3.6A/D轉換器模板的標準化設計1.采樣保持器2.輸入跟隨或信號放大處理3.多路模擬信號的切換技術4.隔離技術5.A/D的轉換精度和速度6.參考基準電壓2025/4/17974.4人—機接口鍵盤鼠標觸摸屏顯示器打印機2025/4/1798人-機接口是操作人員與計算機之間相互交換信息的接口操作、獲取信息。人機接口包括鍵盤、打印機、顯示器等4.4人—機接口2025/4/17994.4.1鍵盤（1）鍵盤是一組按鍵或開關的集合，鍵盤接口向計算機提供被按鍵的代碼。常用的鍵盤有兩種:編碼鍵盤:能夠自動提供被按鍵的編碼（比如ASII碼或二進制編碼）。特點：使用方便、結構復雜、成本高。非編碼鍵盤：僅僅簡單地提供按鍵的通或斷狀態（“0”或“1”），而按鍵的掃描和識別則由用戶的鍵盤程序來實現。特點：結構簡單、便于用戶自行設計。2025/4/171001.獨立連接式鍵盤

圖4.31獨立連接式鍵盤電路示例2025/4/171014.4.1鍵盤（3）按鍵抖動干擾的消除方法:硬件方法：一般采用單穩態觸發器或濾波器來消除抖動干擾。軟件方法：一般采用軟件延時或重復掃描的方法，即多次掃描的狀態皆相同，則認為此按鍵狀態已穩定。獨立連接式鍵盤的優缺點:優點：電路簡單，適用于按鍵數較少的情況。缺點：是浪費電路，對于按鍵數較多的情況，應采用矩陣連接式鍵盤。2025/4/17102圖4.32矩陣連接式鍵盤電路示例2.矩陣式鍵盤2025/4/171034.4.1鍵盤（5）由鍵盤掃描程序的行輸出和列輸入來識別按鍵的狀態，具體工作過程如下:(1)輸出0000到4根行線，再輸入4根列線的狀態。如果列輸入為1111，則無一鍵被按下；否則，則有鍵被按下。這一步通常稱為鍵掃描。(2)在確定了有鍵被按下后，接下來的就是要確定哪只鍵被按下。為此采用行掃描法，即逐行輸出行掃描信號“0”，再根據輸入的列線狀態，判定那只鍵被按下。這一步通常稱為鍵識別。(3)確定被按鍵后，再根據該鍵的功能進行相應的處理，這一步通常稱為鍵處理。2025/4/171044.4.1鍵盤（6）按鍵抖動干擾的消除方法

可采用軟件延時法來消除。在鍵盤掃描周期，每行重復掃描n次，如果n次的列輸入狀態相同，則表示按鍵已穩定。

2025/4/171054.4.1鍵盤（7）3.二進制編碼鍵盤二進制編碼鍵盤是編碼鍵盤的一種，二進制編碼鍵盤的按鍵狀態對應二進制數。二進制編碼鍵盤可以通過優先級編碼器來完成。4.智能式鍵盤鍵盤的內部裝有專門的微處理器如Inter8048等，由這些微處理器來完成鍵盤開關矩陣的掃描、鍵盤掃描值的讀取和鍵盤掃描值的發送。這樣，鍵盤作為一個獨立的輸入設備就可以和主機脫離，僅僅依靠傳輸線（一般采用5芯電纜）和主機進行通信。2025/4/171064.4.2鼠標在計算機控制系統中，鼠標作為一種常見的輸入設備，廣泛用于人機交互界面（HMI）中。高精度、可靠性和人體工程學設計是鼠標在這些領域中應用的關鍵要求。隨著技術的進步，鼠標在智能化、AR/VR交互和多模態輸入方面的發展，將進一步提升其在計算機控制系統中的作用和應用潛力。2025/4/171074.4.3觸摸屏（1）觸摸屏輸入技術是近年來發展起來的一種新技術。它是用戶利用手指或其他介質直接與屏幕接觸，進行相應的信息選擇，并向計算機輸入信息的一種輸入設備。目前的主要產品可分為監視器與觸摸屏一體式和分離式兩種類型。系統由觸摸檢測裝置和觸摸屏控制卡兩部分組成。觸摸控制卡上有自己的CPU及固化的監控程序，它將觸摸檢測裝置送來的位置信息轉換成相關的坐標信息并傳送給計算機，接收和執行計算機的指令。2025/4/171084.4.3觸摸屏（2）1．分類：從工作原理來分，觸摸屏有5類產品：1）電阻式觸摸屏：觸摸屏表面是一層膠，底層是玻璃，當中是兩片導體，導體之間填滿絕緣物。當電阻式觸摸屏受到觸碰時，其間的絕緣物被壓力推開而導電。由于觸碰點的電阻值發生了變化，使感測信號的電壓值也隨之變化，并將電壓值轉換成接觸點的坐標值，使計算機能根據坐標來確定用戶輸入的信息是何種信息。這類觸摸屏的優點是承受環境干擾能力強，缺點是透光性和手感較差。2025/4/171094.4.3觸摸屏（3）2）電容式觸摸屏：它是在一片玻璃表面貼上一層透明的特殊金屬導電物質，當有導體觸碰時就改變了四周的電容值，從而檢測出觸摸點的位置。這種觸摸屏要求觸碰介質必須是導電物質。由于電容量會隨著接地、絕緣率的變化而變化，這類觸摸屏的穩定性較差。2025/4/171104.4.3觸摸屏（4）3）紅外線式觸摸屏：這類觸摸屏的外框四周是紅外線發射的接收感測元件，形成一個小型紅外線探測網。任何物體伸入網區內都將使接觸點的紅外線特性發生改變，從而探測出觸點的位置。這種觸摸屏的