CS ：片选信号
R / C ：读/转换信号
12 / 8 ：数据格式选择端
A0：转换和读字节选择信号。 STS：转换状态信号。转换开始STS=1；转换结束STS=0。 10VIN：模拟信号输入。单极性0～10V，双极性±5V 20VIN：模拟信号输入。单极性0～20V，双极性±10V REF IN：参考输入 REF OUT：参考输出 BIP OFF：双极性偏置
⒉数字量输出接口
对生产过程进行控制时，控制状态需要保持，直到下次给出新 值为止，这时输出就要锁存。可用锁存器74LS273作8位输出 口，对输出信号状态进行锁存。 计算机的I/O端口写总线周期时序关系中，总线数据D0~D7比
IOW 前沿（下降沿）稍晚，因此在图3.2的电路中，利用 IOW
的后沿产生的上升沿锁存数据。 经过端口地址译码，得到片选信号 CS ，当在执行OUT指令周期 时，产生 IOW 信号，使 IOW CS 0
图3.5 大功率信号输入电路
3.1.3 数字量输出通道 ⒈数字量输出通道的结构
数字量输出通道主要由输出锁存器，输出驱动电路、输出地 址译码电路等组成。
图3.6 数字量输出通道结构
⒉输出驱动电路
⑴小功率直流驱动电路 驱动直流电磁阀、直流继电器、发光二极管、小型直流电动 机等低压电器，开关量控制输出可采用三极管、OC门、达林 顿管或运放等方式输出。
常用的逐次逼近式A/D转换器有8位分辨率的ADC0801，
ADC0809等，12位分辨率的AD574A等； 常用的双积分式A/D转换器有3位半（相当于2进制11位分辨率） 的MC14433，4位半（相当于2进制14位分辨率）的ICL7135等。
⒈8位A/D转换器ADC0809
ADC0809是美国国家半导体公司生产的带有8通道模拟开关的8 位逐次逼近式A/D转换器，采用28脚双列直插式封装。
⑷阀门的打开与关闭；
数字量信号的共同特征： ⑴信号只有两个状态，“导通”和“截止”；
⑵需要经过电路变换将两个状态用二进制的逻辑“1”和“0”
代表。
1.数字量输入接口
对生产过程进行控制，要收集生产过程的各种状态信息，根据 状态信息，再输出控制量。 采用三态门缓冲器74LS244可取得状态信息，与PC机的接口 电路如图3.1所示，经过端口地址译码，得到片选信号。 当CPU执行IN指令时，产生信号
⒉ 12位A/D转换器AD574A
AD574A/1764是AD公司生产的12位逐次逼近型ADC。 ⑴AD574A的技术指标 分辨率为12位； 转换时间15～35μs； 内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，可以和 计算机直接接口； 数字量输出位数可设定为8位，也可设定为12位； 输入模拟电压既可以单极性也可以双极性； 单极性输入时：0V～+10V或0V～+20V；双极性输入时： 5V～10V。
3.2.5 采样保持器
在A/D转换期间，如果输入信号变化较大，就会引起误差。 一般情况下采样信号都不直接送至A/D转换器转换，要求输入 到A/D转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之 后，又要求A/D转换器的输入信号能够跟随模拟量变化，能够 完成上述任务的器件叫采样保持器(Sample/Ho1d)，简称S/H。 采样保持器有两种工作方式，一种是采样方式，另一种是保持 方式。


3.2.7 A/D转换器接口设计
3.2.8 模拟量输入通道设计
3.2.1 模拟量输入通道的组成
模拟量输入通道根据应用要求不同，可以有不同的结构形式。 模拟量输入通道一般由信号调理电路、多路转换器、前置放 大器、采样保持器、A/D转换器、接口及控制逻辑等组成。 其核心是A/D转换器。
传 感 器 或 变 送 器
程 控 地 址 端
Vout
R2
+5V -5V
⒉集成PGA202／203放大器
PGA202／203放大器是一个单片增益可控的双端输入仪用放大 器。 主要由前端与逻辑电路、基本差分放大电路和高通滤波电路等 组成，具有失调电压调整、滤波器输出端、反馈输出和参考输 出端，能够灵活组成各类放大电路。 由于采用激光修正技术，使增益失调无需用外接元件调整。该 器件具有可控增益范围宽（1，2，4和8）、非线性误差小（不 大于0.012％）、偏置电流小（不大于50PA）、完全兼容 CMOS／TTL逻辑电平等优点，因而得到了广泛应用。
(1)小功率输入调理电路 将开关、继电器的接通和断开动作转换成TTL电平信号与计算 机相连。为了清除由于接点的机械抖动而产生的振荡信号，通 常采用积分电路和R-S触发器电路来消除这种振荡。
（a）采用积分电路
（b）采用R-S触发器
图3.4小功率输入调理电路
(2)大功率输入调理电路 大功率系统中，需要从电磁离合等大功率器件的触点输入信号。 为了使触点工作可靠，触点两端要加24V以上的直流电压。 由于这种电路所带电压高，又来自工业现场，有可能带有干扰 信号，因而通常采用光电耦合器进行隔离。
(2)有源I/V变换
有源I/V变换主要是利用有源器件运算放大器、电阻组成。
当I为0～10mA输入电流信号，
取R1=100Ω，R2=500Ω，
输出电压V为0～5V； 当I为4～20mA输入电流信号， 取R1=100Ω，R2=250Ω， 输出电压U为1～5V。
图3.10 无源I/V变换
R4 A V =1+ R3
IOR IOR CS 0
74LS244直通，被测的状态信息可通过三态门送到计算机 的数据总线。 三态门缓冲器74LS244隔离输入和输出线路，在两者之间 起缓冲作用。有八个通道,可同时输入8个开关状态。
图3.1 数字量输入接口
设片选地址为PORT，读取输入状态变量的程序如下： MOV DX, PORT ； IN AL, DX；
过 程 参 数
信 号 调 理
多 路 开 关
前 置 放 大
采 样 保 持 器
A/D 转 换 器
接 口 与 控 制
P C 总 线
…
…
模拟量输入通道
…
图3.9 模拟量输入通道组成结构图
3.2.2 信号调理 ⒈I/V变换
变送器输出的信号为0～10mA或4～20mA的统一信号，电流信 号经过长距离传输到计算机接口电路，需要经过I/V变换成电 压信号后才能进行A/D转换进而被计算机处理。 (1) 无源I/V变换 无源I/V变换主要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。
多路转换器（多路开关），是用来进行模拟电压信号切换的关 键元件。 利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到前置放 大器或A/D转换器上。
为了提高过程参数的测量精度，对多路开关的要求较高。理想
的多路开关其开路电阻为无穷大，接通时的接通电阻为零，切 换速度快，噪音小、寿命长、工作可靠 。 常用的多路开关有CD4051、AD7501、MAX355、LF13508等
_______
____
图3.2 数字量输出接口
设片选端口地址为PORT，数据输出控制的程序如下 MOV AL，DATA MOV DX，PORT OUT DX，AL
3.1.2 数字量输入通道 ⒈数字量输入通道的结构
数字量输入通道主要由缓冲器、输入调理电路、输入地址译码 电路等组成。
图3.3 数字量输入通道结构
3.2.7 A/D 转换器接口设计
A/D转换器接口的设计包括硬件连接设计和软件程序设计两部 分。 硬件设计主要完成模拟量输入信号的连接、数字量输出引脚的 连接、参考电平的连接、控制信号的连接等。 软件设计主要完成对控制信号的编程，如：启动信号、转换结 束信号以及转换结果的读出等。
3.11 有源I/V变换
当I为0～10mA输入电流信号，取R1=100Ω，R3=10KΩ，R4 为47KΩ的精密电位器，调整R4的阻值为40KΩ。 输出电压V为0～5V； 当I为4～20mA输入电流信号，取R1=100Ω，R3=10KΩ，R4 为47KΩ的精密电位器，调整R4的阻值为15KΩ。 输出电压V1～5V。
CD4051是单端8通道多路模拟开关，带有二进制3-8译码器， 可双向工作。 CD4051输入电平范围较大，数字控制信号逻辑“1”的电平可 选为3～15V，模拟量可达15V P-P
CD4051的真值表 图3.13 CD4051的原理电路图
3.2.4 前置放大器
前置放大器的功能是将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程 范围之内。 为了能适应多种小信号的放大需求，因而需要设计可变增益放 大器。可编程增益放大器有组合PGA和集成PGA两种。
图3.7 继电器驱动电路
(2)大功率驱动电路
大功率驱动场合可以采用固态继电器(SSR)、大功率晶体管 IGBT、MOSFET等实现。固态继电器是一种四端有源器件， 根据输出的控制信号分为直流固态继电器和交流固态继电器。
图3.8固态继电器的驱动电路
3.2 模拟量输入通道
3.2.1 模拟量输入通道的组成 3.2.2 信号调理 3.2.3 多路转换器 3.2.4 采样保持器 3.2.5 前置放大器 3.2.6 A/D转换器
采样保持器的主要作用是： (1)保持采样信号不变，以便完成A/D转换； (2)同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量； (3)减少D/A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩
短稳定输出值的建立时间；
常用的集成采样保持器有LF198/298/398、AD582/585/346/389 等。
第3章 输入输出接口与信息通道技术
3.1 数字量输入输出通道 3.2 模拟量输入通道 3.3 模拟量输出通道 3.4人机交互通道
3.1 数字量输入输出通道

3.1.1 数字量输入输出接口技术 3.1.2 数字量输入通道 3.1.3 数字量输出通道