輸入通道接口技術第1頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

2第2章輸入通道接口技術2.1信號測量與傳感器技術2.2模擬信號輸入通道接口2.3鍵盤接口技術2.4開關量信號輸入接口

本章小結

作業第2頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

32.1信號測量與傳感器技術傳感器是計算機控制系統的“感觸器官”；傳感器能將需要測量的各種參數轉換為電信號，電信號經調理、A/D轉換后變為數字信號，然后送給計算機進行處理。傳感器有很多種類：溫度傳感器，壓力傳感器，流量傳感器，等等。第3頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

42.2模擬信號輸入通道接口一、模擬多路開關二、A/D轉換器三、數據采集與處理方法第4頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

5一、模擬多路開關在實際的計算機控制系統中，往往需要對多路信號進行測量，而計算機在同一時刻只能處理一路信號，因此需要將各路信號分時地送給計算機處理。第5頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

61、模擬多路開關CD4051*CD4051是8通道多路開關*帶有3個通道選擇輸入端A、B、C，用于選擇8個通道之一*一個禁止輸入端INH，高電平時，禁止模擬信號輸入；低電平時允許模擬信號輸入⊥

－

＋

*VDD與VSS的電平差為－0.5~15V第6頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

72、CD4051多路開關的擴展應用在實際應用中，如果被測參數多于8路，可以采用將多個CD4051相連進行擴展。*由D0D1D2D3來選擇16路通道之一*其中D3＝0，選中1＃*其中D3＝1，選中2＃第7頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

8二、A/D轉換器A/D轉換器——能將模擬信號轉換為數字信號的器件，稱為模數轉換器，即A/D轉換器。第8頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

91、8位A/D轉換器ADC0809*芯片內包含有8通道多路開關及計算機兼容的控制邏輯*一個高阻抗斬波穩定比較器*一個帶有模擬開關樹組的256R電阻分壓器*一個逐次逼近型寄存器SARADC0809是8位逐次逼近型AD轉換器第9頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

10ADC0809的引腳功能：*IN7－IN0:8個模擬量輸入端*START：啟動信號。當START為高電平時，A/D轉換開始*EOC：轉換結束信號。當A/D轉換結束后，發出一個正脈沖，表示A/D轉換完畢*OE：輸出允許信號，高電平有效*CLOCK:實時時鐘1、8位A/D轉換器ADC0809第10頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

111、8位A/D轉換器ADC0809*ALE:地址鎖存允許，高電平有效*CBA:選擇通道*D7－D0:數字量輸出端*VREF＋、VREF－:參考電壓端子*VCC:電源端子，接＋5V*GND：接地ADC0809的引腳功能：第11頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

12第12頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

132、ADC0809的應用應用原理圖：轉換結束，EOC變成高電平，作為中斷請求信號計算機發出一個允許命令，OE變高電平，則可讀數據經A/D轉換后的數字量第13頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

142、ADC0809的應用*啟動脈沖START和地址鎖存允許脈沖ALE的上升沿將地址鎖存，將CBA所指定的通道信號送至A/D轉換器t*在START正脈沖下降沿t時刻后，EOC變負，直至轉換結束，EOC變正轉換結束*此時，計算機發出一個允許命令，使OE變高電平，則可讀出數據A/D轉換時序圖：第14頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

153、A/D轉換器與微處理器的連接（1）模擬量輸入通道的連接A/D轉換器接受的模擬量大都為0－5V的標準電壓信號（2）數字量輸出引腳的連接A/D轉換器數字量輸出引腳和微處理器的連接方法與其內部結構有關：*若內部含有數據輸出鎖存器則可以直接與微處理器連接；*若內部無數據輸出鎖存器，一般通過I/O接口與微處理器連接。（3）A/D轉換器啟動方式*脈沖啟動(ADC0809)*電平啟動第15頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

163、A/D轉換器與微處理器的連接（4）結束信號處理方法*中斷方式將轉換結束標志信號接到微處理器系統的中斷申請引腳；*查詢方式把結束信號送到微處理器數據總線或IO接口的某一位；微處理器向AD轉換器發出啟動信號后，就開始查詢AD轉換是否結束。*軟件延時方法微處理器啟動AD轉換后，就根據轉換芯片完成轉換所需要的時間，調用一段延時程序。第16頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

173、A/D轉換器與微處理器的連接（5）參考電源的選擇在AD轉換器中，參考電源的作用是作為標準電源，直接關系到AD轉換的精度。*通常8位AD轉換器由外電源供給；*12位AD轉換器內部設置有精密參考電源。（6）時鐘信號的連接*一種是由芯片內部提供；*一種是由外部時鐘提供，一般由系統時鐘分頻得到。（7）接地將AD轉換器的模擬地和數字地分別與系統的模擬地和數字地相連；整個系統中，模擬地和數字地只在一點接通。第17頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

184、8位A/D轉換器控制程序設計ADC0809與計算機的接口原理圖：AD轉換的結束信號EOC作為狀態信號，經三態門接入數據總線D7位；設各輸入通道地址是200H－207H；（1）8個模擬通道的信號進行AD轉換的程序（通過查詢EOC）：第18頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

194、8位A/D轉換器控制程序設計DATASEGMENTCOUNTEQU8

BUFFERDBCOUNTDUP(0)DATAENDSPROGSEGMENRT

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

;數據段;為系統返回做準備;設置數據段;取測試數據存放區首地址;送通道IN0地址;子程序第19頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

204、8位A/D轉換器控制程序設計(接上頁)START1:SUBAX，AX

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

;啟動AD轉換;AX清零;取EOC的地址;讀入EOC值;比較;為零則返回;為1，取通道IN0地址;讀取AD轉換結果;存入數據區;指向下一存儲單元;指向下一通道;循環程序，取下一通道采樣數據;通道IN0地址入棧第20頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

214、8位A/D轉換器控制程序設計（2）利用延時方法進行8個模擬通道的AD轉換的程序： …… MOVDX，200HSTART1:SUBAX，AX OUTDX，AL CALLDELAY0 INAL，DX MOV[BX]，AL INCBX INCDX LOOPSTART1…… ;送通道IN0地址;啟動AD轉換;延時，等待轉換結束;讀取AD轉換結果;存入指定數據區;程序循環，轉向下一個通道采樣第21頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

22在工業控制和工業測量中，經AD轉換器采樣得到的數據，必須經過計算機的加工處理后才能得到相應的準確結果。這個加工處理的過程可以包括數字濾波、標度變換等步驟。——克服現場干擾2、標度變換1、數字濾波——獲得直觀數據三、數據采集與處理方法第22頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

231、數字濾波數字濾波——為了減小甚至消除疊加在采樣數據中的隨機信號值的影響，利用程序對多次采樣信號所得到的數據進行加工處理，以保證采樣數據的準確性及精度。數字濾波，可以簡化硬件設計，參數調整方便，多通道共用。常用的數字濾波算法（1）程序判斷濾波（2）中值濾波（3）算術平均值濾波（4）加權平均值濾波（5）滑動平均值濾波（6）低通濾波（7）復合數字濾波第23頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

24（1）程序判斷濾波所謂程序判斷濾波，就是根據經驗，確定出兩次采樣之間可能出現的最大偏差ΔE。*如果采樣得到的值與上次采樣值之差超過ΔE，則表明該采樣數據中存在較大的干擾信號，應予以剔除；*如果采樣得到的值與上次采樣值之差小于ΔE，則本次采樣值為正常值。程序判斷濾波分為兩種：限幅濾波、限速濾波第24頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

25（1）程序判斷濾波限幅濾波：把兩次相鄰的采樣值相減，求出其差值(以絕對值表示)，然后與兩次允許的最大差值ΔE進行比較。若小于等于ΔE，則本次采樣值有效；若大于ΔE，則取上一次采樣值。*ΔE的選取非常重要（通常可根據經驗數據獲得）ΔE太大無法剔除各種干擾；ΔE太小又有可能使正常值丟失，影響測量的實時性。*限幅濾波主要用于變化比較緩慢的參數，如溫度等。第25頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

26（1）程序判斷濾波限速濾波：是限幅濾波的一種折中，既考慮了采樣的實時性，又照顧到采樣值變換的連續性。①設按時間順序t1、t2、t3的三個采樣值分別為y1、y2、y3；②當|y2－y1|≤ΔE時，y2有效，取值y2；③當|y2－y1|>ΔE時，如果當|y3－y2|≤ΔE時，則y3有效，取值y3；否則，取值(y3+y2)/2.*ΔE的選取不太靈活，不能反映采樣點數大于3時各采樣值受干擾的情況。

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27（2）中值濾波中值濾波：對某一參數連續采樣N(奇數)次，然后把N次采樣的值從小到大或從大到小排列，再取中間位置上的值作為本次采樣值。*可以克服偶然因素引起的波動干擾，或者采樣器本身不穩定引起的脈動干擾；*只適用物理量變化較慢的工作場合。第27頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

28（3）算術平均值濾波*算術平均值濾波主要用于對壓力、流量等周期脈動參數采樣值進行平滑加工，已使所測數據相對穩定，不適宜于克服隨機性干擾。將作為這個采樣周期內的采樣值。算術平均值濾波的方法是：在一個時間段內，對被測物理量采樣N次，得到N個采樣值y1，y2，……，yN，求這N個數的平均值第28頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

29（4）加權平均值濾波算術平均值濾波中N個采樣值對濾波結果的影響因子是相同的，而加權平均值濾波則對N個采樣值y1，y2，……，yN，考慮不同的加權系數，得A1，A2，……，AN為加權系數，滿足第29頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

30（5）滑動平均值濾波滑動平均值濾波方法是，動態保留N個最近的采樣數據，每采樣一個新數據，便將保留時間最長的采樣數據移走一個，隨后按算術平均值或加權平均值方法計算出有效的采樣值。*對周期性干擾有抑制作用，減少了總的采樣次數，提高了采樣速度。*不適用脈沖干擾比較嚴重的場合。第30頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

31（6）低通濾波在工業控制系統中，大部分被測信號都是低頻信號，比如溫度、流量等等，而脈沖干擾信號屬于高頻信號，因此采用低通濾波的方法，可以消除高頻干擾對測量精度的影響。傳遞函數：其中為RC濾波器的時間常數。將上式離散后得差分方程：為第k次采樣值；為第k次濾波結果的輸出值；為濾波平滑系數；為采樣周期。第31頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

32（7）復合數字濾波復合數字濾波，也稱為多級數字濾波，就是將兩種或以上的數字濾波方法聯合起來使用，其目的是進一步提高濾波效果。*算術平均值濾波與加權平均值濾波能較好地消除脈動干擾，而中值濾波則能較好地消除隨機脈沖干擾。將兩者結合起來的方法是首先把采樣值從小到大排列，去掉最大值和最小值，將余下的采樣值求平均。第32頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

332、標度變換將測量得到的二進制數據轉換成對應的實際數值和單位，這一轉換過程稱為標度變換。（1）線性參數標度變換（2）非線性參數標度變換第33頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

34（1）線性參數標度變換當被測參數值與A/D采樣值成線性關系時，采用線性參數標度變換方法。轉換公式：分別是測量儀表的下限值、上限值和當前測量值；分別是測量儀表對應的A/D采樣器的下限值、上限值和當前測量值。第34頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

35（1）線性參數標度變換例題：某溫度測量儀表，其量程為10°C—50°C，采用的是8位A/D轉換器，在某次測量過程中，A/D采樣值經數字濾波后得到的數值為7BH，試求這次測量的實際溫度值。解：已知測量儀表的8位A/D轉換器的對應值8位A/D轉換器的當前值為：利用公式：所以，這次測量的實際溫度值為29.3°C。第35頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

36（2）非線性參數標度變換有些參數的測量，對于A/D采樣值，除了需要進行線性標度變換外，還需要經特定的公式計算才能得到測量結果。當這些特定的公式是非線性的時候，這樣的計算過程被稱為非線性參數標度變換。第36頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

372.3鍵盤接口技術一、獨立式按鍵二、行列式鍵盤

作業三、軟鍵盤與觸摸屏接口第37頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

38一、獨立式按鍵獨立式按鍵是指直接用輸入端口線構成的單個按鍵電路。設8255A的端口A連接8個按鍵，初始化設置為輸入。*當無鍵按下時，PA0—PA7輸入狀態均為1（高電平）；*當有鍵按下時，則按鍵對應的端口線輸入為0（低電平）。適用于按鍵比較少的系統，按鍵之間互不影響。A第38頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

39二、行列式鍵盤行列式鍵盤(矩陣式鍵盤)由行線和列線組成，按鍵設置在行、列結構的交叉點上，行列線分別連在按鍵開關的兩端。A列線－輸出行線－輸入判斷有無鍵按下：*若C口的低四位全為高電平(即0FH)，則無鍵按下；*若C口低四位不全為高電平，則說明有鍵按下。（先使A口輸出均為低電平）（再定時從PC端口讀入行值）第39頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

401、定時掃描法（1）定時掃描鍵盤，判斷有否按鍵按下？先使A口輸出(列)均為低電平，再定時從PC端口讀入行值，監視有無鍵按下：*若C口的低四位全為高電平(即0FH)，則無鍵按下；*若C口低四位不全為高電平，則說明有鍵按下。第40頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

411、定時掃描法（2）消除按鍵抖動如果有按鍵按下，則延時10－20ms后，再次從C口讀入行值，如果此時仍有鍵按下，則確認鍵盤有鍵按下。第41頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

421、定時掃描法（3）求按鍵鍵值首先對鍵盤逐列掃描(即逐列輸出低電平)。*首先令PA0＝0，然后由C口讀入行值，是否等于0FH？若等于0FH，說明該列無鍵按下；*再令PA1＝0，然后由C口讀入行值，是否等于0FH？若不等于0FH，說明該列有鍵按下，則求按鍵鍵值。假設，列輸出值為0FDH(11111101)，而行讀入值為0EH(00001110)，即所按鍵值為1。第42頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

431、定時掃描法（4）等待按鍵釋放為保證按鍵每閉合一次，計算機只作一次處理，程序需等待按鍵釋放后，才作下一按鍵的處理。第43頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

441、定時掃描法K_CHK PROCNEAR ；檢查有無按鍵子程序 MOVDX,800H ；送A口地址 MOVAL,00H ；列輸出線全為0 OUTDX,AL MOVDX,802H ；送C口地址 INAL,DX ；從C口讀入行值 ANDAL,0FH ；行值與0FH相與 CMPAL,0FH ；相與值再與0FH相減 RET ；返回主程序K_CHKENDP 設8255A的4個口分別為800H－803H，初始化時已設A口為輸出，C口為輸入，則鍵盤掃描程序：(1)檢查有無按鍵子程序(K_CHK）(2)求按鍵鍵值子程序(3)按鍵處理子程序相減為0，則無鍵按下；相減不為0，則有鍵按下。第44頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

451、定時掃描法設8255A的4個口分別為801H－803H，初始化時已設A口為輸出，C口為輸入，則鍵盤掃描程序：(1)檢查有無按鍵子程序(K_CHK）(2)求按鍵鍵值子程序(3)按鍵處理子程序KEY PROCNEAR ；求按鍵鍵值子程序KSCAN: CALLK_CHK ；檢查鍵盤有無按鍵 JNZKS0 ；有鍵按下，轉KS0 RETKS0: CALLDLY10MS ；調用延時程序，防抖動 CALLK_CHK ；再次確認有無按鍵 JNZKS1 ；有鍵按下，轉KS1 RET KS1: MOVAH,0FEH ；第一列掃描值,PA0=0 MOVAL,AH MOVDX,800H ；送A口地址KS2: OUTDX,AL MOVDX,802H ；送C口地址 INAL,DX ；從C口讀入行值 ANDAL,0FH CMPAL,0FH ；讀入的值與0FH比較 JNZKS3 ；不為0即有鍵按下轉KS3 ROLAH,1 ；第二列掃描值 MOVAL,AH MOVDX,800H ；送A口地址 ANDAL,01H ；8列是否已掃描完成？ JNZKS2 ；沒有，繼續檢查下一列 RETKS3: MOVBH,AL ；保存按鍵值到BHKS4: CALLDLY10MS ；調用延時程序 CALLK_CHK ；檢查鍵盤有無按鍵 JNZKS4 ；等待按鍵釋放

CALLKEYP ；調用按鍵處理子程序 RETKEY ENDP*按鍵的行值、列值分別在BH、AH寄存器中第45頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

461、定時掃描法設8255A的4個口分別為801H－803H，初始化時已設A口為輸出，C口為輸入，則鍵盤掃描程序：(1)檢查有無按鍵子程序(K_CHK）(2)求按鍵鍵值子程序（KEY）(3)按鍵處理子程序*按鍵的行值、列值分別在BH、AH寄存器中KEYP PROCNEAR ；按鍵處理 子程序 MOVBL,0 ；KP1: INCBL ； SHRAH,1 ； JCKP1 ； DECBL ；BL得到第幾列

ANDBH,0FH

；取低4位 MOVCL,0 ； KP2:

INCCL ； SHRBH,1 ；

JCKP2 ； DECCL ； MOVBH,CL

；BH得到第幾行 MOVAL,08H MULBH ；行值×8 ADDAL,BL ；得到實際按鍵值

SHLAL,1 ； MOVBX,AX ； JMPK_TAB[BX] ；根據按鍵值轉移K_TAB: JMPSHORTKEY00 ； JMPSHORTKEY01 ； …… ； JMPSHORTKEY31 KEY00: …… ；相應按鍵處理 RET ；KEY01: …… ； RET ； ……KEY31: …… ； RET ；KEYP ENDP第46頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

472、中斷掃描法中斷掃描法與定時掃描法的不同之處在于，沒有按鍵時，鍵盤程序不用執行，這樣就節省了CPU的時間。只有當任一鍵按下時，即IRQ2由低電平轉為高電平時，向CPU申請中斷。CPU響應中斷后，再調用鍵盤程序。第47頁，共54頁，2023年，2月20日，星期日24April2023第2章輸入通道接口技術

482.4開關量信號