计算机数控技术 教学课件 作者 彭美武 主编 教案第二章 输入输出过程通道.doc

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1、第二章输入输出过程通道按信息传递的方向来分，过程通道可分为输入过程通道和输出过程通道；按所传递和交换的信息来分，过程通道又可分为数字量过程通道和模拟量过程通道。第一节数字量过程通道数字量过程通道需处理的信息包括开关量、脉冲量和数码。其中开关量是指一位的状态信号：如阀门的闭合与开启、电机的起与停、触点的接通与断开、指示灯的亮与关等；脉冲量是指许多数字式传感器将被测物理量值转换为脉冲信号，如转速、位移、流量的数字传感器产生的数字脉冲信号；数码是指成组的二进制码，如用于设定系统参数的拨码开关等。它们的共同特征是幅

2、值离散，可以用一位或多位二进制码表示。一、数字量输入通道1.数字量输入通道的结构典型的数字量输入通道结构如图2.1所示。图2.1开关量输入通道的典型结构示意图2.数字量输入通道的信号调理数字量输入通道的基本功能就是接收外部装置或生产过程的状态信号。这些状态信号的形式可能是电压、电流、开关的触点，因此容易引起瞬时高压、过电压、接触抖动等现象。为了将外部开关量信号输入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，完成这些功能的电路称为信号调理电路。（1）消除机械

3、抖动影响操作按钮、继电器触点、行程开关等机械装置在接通或断开时均要产生机械抖动，体现在计算机的输入上就是输入信号在变化瞬间在0和1之间多次振荡，对其如不进行适当处理就会导致计算机的误动作。图2.2所示为消除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，并转换成TTL电平信号与计算机相连。图2.5(a)所示为一种简单的采用积分电路消除开关抖动的方法。图2.2(b)所示为R-S触发器消除开关两次反跳抖动的方法。图2.2机械消抖电路图(2)隔离处理在工业现场获取的开关量或数字量的信号电平往往高于计算机系统的逻辑电平，即使输

4、入数字量电压本身不高，也可能从现场引入意外的高压信号，因此必须采取电隔离措施，以保障系统安全。光电耦合器就是一种常用且非常有效的电隔离手段，由于它价格低廉，可靠性好，被广泛地应用于现场输入设备与计算机系统之间的隔离保护。光电耦合器由封装在一个管壳内的发光二极管和光敏三极管组成，如图2.3所示。此外，利用光电耦合器还可以起到电平转换的作用，如图2.4所示。图2.3光电耦合器电路图图2.4适于非TTL电路输入的隔离电路图二、数字量输出通道在计算机控制系统中，经常需要控制执行机构的开/关或启/停，某些控制算法(如

5、PWM脉宽调制方法)还要求控制执行机构在一定时间T内的全负荷工作时间t(0≤t≤T)，这些控制均是通过计算机控制系统的数字量输出通道实现的。1.数字量输出通道的结构一般数字量输出通道都带有输出锁存器，所以在需要的时候直接输出至相应的并行输出接口就可以了。有时系统需要数字脉冲输出，如果脉冲定时精度要求不高，而且CPU时间允许，则可采用软件延时控制脉冲周期与占空比，再通过并行输出接口形成脉冲输出；反之，就需要采用硬件定时器实现。图2.5给出了典型的数字量输出通道的结构。图2.5典型的数字量输出通道结构示意图2.

6、数字量输出的信号调理数字量输出的信号调理主要是进行功率放大，使控制信号具有足够的功率去驱动执行机构或其它负载。(1)小功率直流驱动电路对于低压小功率开关量输出，可采用晶体管、OC门或运算放大器等方式输出，如图2.6给出的几种电路一般仅能够提供几十毫安级的输出驱动电流，可以驱动低压电磁阀、指示灯等。图2.6低压小功率开关量输出电路图(2)继电器输出技术继电器经常用于计算机控制系统中的开关量输出功率放大，即利用继电器作为计算机输出的第一级执行机构，通过继电器的触点控制大功率接触器的通断，从而完成从直流低压到交流

7、高压，从小功率到大功率的转换。图2.7给出了两种继电器式开关量输出电路。图2.7继电器式开关量输出电路图(3)大功率交流驱动电路对于交流供电的负载，其开关量的输出控制可用固态继电器来实现。固态继电器(SolidStateRelay，简称SSR)，是一种无触点通断型功率电子开关，如图2.8所示。图2.8固态继电器内部结构示意图图2.9给出固态继电器的两种应用电路。其中图(a)为TTL驱动，图(b)为CMOS驱动。图2.9固态继电器的两种应用电路图第二节模拟量输入通道一、模拟量输入通道的结构模拟量输入通道的一般

8、结构如图2.10所示。图2.10模拟量输入通道的组成结构示意图二、模拟量输入通道的组成模拟量输入通道一般由I/V变换、多路转换器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑电路组成。1．I/V变换图2.11所示的无源I/V变换主要是利用无源器件电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施。图2.11无源I/V变换电路图对于0～10mA输入信号，可取R1=100Ω，R2=500Ω，且R2为精密电阻，这样当输入的电流为0～