计算机控制技术ComputerControlledSystem第二章输入输出接口与过程通道概述输入通道又称为检测通道。一般，反映生产过程状态的各种参数(如压力、流量、温度、速度、位置等)都是随时间变化的模拟量，它们通过检测元件和变送器转换成相应的模拟电流或电压信号后，必须通过模拟量输入通道转换成相应的数字信号后才能送入计算机。而生产过程中的一些开关量、电平信号、脉冲量，以及一些数字传感器等产生的数字信号等，则可直接通过数字量输入通道送入计算机。输出通道又称为控制通道。由于计算机输出的控制信号是数字量，而很多生产过程的执行机构却要求提供模拟电压或电流，这就必须采用模拟量输出通道，将数字量转换成模拟电压或电流。如果执行机构只要求提供数字量(如开关量、脉冲量或其他形式的数字量)，则应采用数字量输出通道。输入输出接口和过程通道是计算机控制系统的重要组成部分。1、过程通道的组成框图如图2.1所示。2、通道与接口通道：信号变换电路；接口：主机与外设的连接电路（信号传输控制电路）。3、显示、报警、时钟的作用显示：指示运行状态；报警：报告故障状态；时钟：提供系统时钟。图2.1计算机控制系统的过程通道2.1数字量输入输出通道2.1.1数字量输入输出接口技术按电源分有有源和无源两种有源即直接提供高、低电平;无源即提供物理触点，或感应器件。常见的数字信号有：编码数字（二进制或十进制）：如成组拔码开关设置控制给定值或控制参数，用绝对编码的编码器检测位置等。开关量：如按钮或转换开关的启/停、阀门的开/闭，指示灯亮/灭等。数字脉冲列信号：如光电脉冲编码器检测速度、晶闸管的脉冲触发器等。特点：幅值离散，可用一位或多位二进制码表示。2、数字量输入接口缓冲器－防止外设数据干扰数据总线。三态门缓冲器74LS244，用来取得设备的输入状态信息，可同时输入8个开关状态。数字量输入接口实现：可用如下指令完成8个开关量的状态采集：MOVDX,portINAL,DX其中port为片选端口的地址，在初始化程序中分配。三态门缓冲器74LS244用来隔离输入和输出线路，起缓冲作用。3、数字量输出接口—锁存器用74LS273作为8位输出锁存口，对状态输出信号进行锁存。保持到下次给出新的状态输出信号。返回2.1.2数字量输入通道74LS244(2)安全保护措施对可能出现的输入过电压（稳压管）、瞬间尖峰（稳压管、压敏电阻）或极性接反（二极管）的情况，采取安全保护措施。(3)消除机械抖动影响操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在通/断时会产生机械抖动，体现在计算机输入上是输入信号在0、1间多次振荡，可能导致错误控制。方法：积分电路或R-S触发器消除消除（P21图2.4所示）。消除抖动电路双稳态消抖电路工作原理：该电路主要由两个RS触发器构成，当开关S处于常闭位置时，1端为低电平，输出端A则为高电平；此时3、4端均为高电平，输出端B则为低电平，2端被锁定。这样，开关触头即使在常闭端产生振颤，但只要不和常开端连接，B端(2端)电位不变，则输出端A始终处于高电平。同理，开关处于常开位置时也是如此。因此，该电路在开关闭合或断开时只产生一个脉冲，触点抖动现象被消除。(4)滤波处理长线传输、电路内外部干扰，使输入信号中带有干扰信号，造成计算机的误读出错。方法：RC滤波电路等。(5)隔离处理用于现场输入设备与计算机系统间的隔离保护，保障计算机系统安全。使测控装置与现场仅保持信号联系，但不直接发生电的联系。价格低廉，可靠性好。方法：光电耦合器件隔离、变压器磁隔离。光电耦合器又称光隔离器，能实现输入与输出之间隔离。它通过光传输信号，输入端为发光二极管，输出端为光敏三极管。当输入端有电流输入时，发光二极管会发光，输出端由于光敏效应三极管导通，产生相应的电信号。因为器件的输入和输出在电气上是绝缘的，故可以起到隔离干扰的作用。原理：光的有/无→光敏管的通/断→电位的高/低。光电隔离及电平转换电路当开关S闭合时，发光二极管导通发光，光耦合作用使光敏三极管导通，对应“1”状态输入；反之，开关S打开，则发光二极管不发光，光敏三极管截止，对应“0”状态输入。光电耦合器的种类：一般隔离用光耦，交流用光耦，高速光耦(6N137系列)，PhotoMOS继电器(输出为MOSFET)。(6)应用实例小功率输入调理电路：如图2.4（P21）所示。大功率输入调理电路：如图2.5（P21）所示。2.1.3数字量输出通道74LS273实现：(1)中小功率直流驱动电路这类电路一般用于驱动发光二极管、LED显示器、小功率继电器等元件或装置，要求电路的驱动能力为10~40mA或50~500mA。一般采用功率晶体管输出驱动继电器的电路，如P22图2.7所示。