计算机硬件接口电路ppt课件.ppt

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1、第二章计算机控制系统设计的硬件基础2.1开关量输入2.2开关量输出2.3模拟量输入2.4模拟量输出2.5计算机控制系统中的电源2.6信号采样与重构2.7数字滤波2.1开关量输入在计算机控制系统中,为了获取系统的运行状态或设定信息,经常需要进行开关量信号的输入。开关量的共同特征是幅值离散，可以用一位或多位二进制码表示。在计算机控制系统中，除了模拟信号外还有一类基本的输入输出信号，即数字量信号。这些信号包括各种开关信号，如开关的闭合与断开、继电器或接触器的吸合与释放、指示灯的亮与灭、电动机的启动与停止、阀门的打开与关闭等

2、，它们都可以用逻辑值“1”和“0”表示。此外，还包括各类数字传感器、控制器产生的编码数据和脉冲量等。因此，计算机控制系统中还应设置数字量输入输出通道。开关量输入信号的类型开关量信号输入通道1.开关量输入信号的类型开关量输入信号有以下基本类型一位的状态信号。如阀门的闭合与开启、电机的启动与停止、触点的接通与断开。成组的开关信号。如用于设定系统参数的拨码开关组等。数字脉冲信号。许多数字式传感器(如转速、位移、流量的数字传感器)将被测物理量值转换为数字脉冲信号，这些信号也可归结为开关量。2.开关量信号输入通道针对不同性质的开

3、关量输入信号，可以采取不同的方法输入计算机进行处理。1)一般的系统设定信息和状态信息可以采用并行接口输入；2)极限报警信号采用中断方式处理；3)数字脉冲信号可以使用系统的定时/计数器来测量其脉冲宽度、周期或脉冲个数。出于安全或抗干扰等方面的考虑，现场的开关量输入至计算机接口前，一般需要进行预处理，然后再送至接口。几种常用的预处理方法图2.1开关量输入通道的典型结构开关量输入的常用预处理方法信号转换处理安全保护措施消除机械抖动影响滤波处理隔离处理光电耦合器件原理与使用信号转换处理从工业现场获取的开关量或数字量，在逻辑上表

4、现为逻辑“1”或逻辑“0”，信号形式则可能是电压、电流信号或开关的通断，其幅值范围也往往不符合数字电路的电平范围要求，因此必须进行转换处理。图2.2电压或电流输入电路图2.3开关触点输入电路安全保护措施在设计一个计算机控制系统时，必须针对可能出现的输入过电压、瞬间尖峰或极性接反的情况，预先采取安全保护措施。图2.4输入保护电路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逻辑0和1之间多次振荡，如不适当处理就会导致计算机的错误控制。图2.5消除

5、开关抖动的电路滤波处理由于长线传输、电路内部干扰影响，使得输入信号带有噪声信号，这有可能导致误读信号而出错。图2.6给出一种用RC滤波电路去除接口噪声的方法，它同样可以消除开关的抖动信号。图2.6RC滤波电路隔离处理从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，即使输入开关量电压本身不高，也有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，以保障计算机系统的安全。常用的隔离措施是采用光电耦合器件实现的。图2.7给出了两种开关量光电耦合输入电路，它们除了实现电气隔离之外，还具有电平转换功能。

6、图2.7开关量光电耦合输入电路光电耦合器件原理与使用光电耦合器件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，被广泛地用于现场设备与计算机系统之间的隔离保护。根据输入级的不同，用于开关量隔离的光电隔离器件可分为三极管型、可控硅型等几种，但其工作原理都是采用光作为传输信号的媒介，实现电气隔离。使用光电隔离器件的注意事项图2.8三极管输出型光电隔离器件原理当输入侧流过一定的电流IF时，发光二极管开始发光，它触发光敏三极管使其导通；当撤去该电流时，发光二极管熄灭、三极管截止。这样，就实现了以光路来传递信号，保证

7、了两侧电路没有电气联系，从而达到了隔离的目的。2.2开关量输出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，某些控制算法也需要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)，这些控制是通过计算机开关量输出通道来实现的。在计算机控制系统中，开关量输出信号用于控制各种现场设备，因此要考虑电平转换、功率放大、抗干扰及安全等问题。针对具体情况，往往采取一些措施。图2.9典型的开关量输出通道结构常用措施隔离处理电平转换和功率放大隔离处理当计算机控制系统的开关量输出信号用于控制较大功率的设备时，为防止现场设

8、备上的强电磁干扰或高电压通过输出控制通道进入计算机系统，一般需要采取光电隔离措施隔离现场设备和计算机系统。图2.10和图2.11(a)均是采用了光电隔离的开关量输出电路。图2.10低压小功率开关量输出电平转换和功率放大计算机通过并行接口电路输出的开关量信号，往往是低压直流信号。一般来说，这种信号无论是电压等级、还是输出功率，均无法