方彦军 第8章 输入输出接口设计.ppt

8.3.2 开关量输入输出单元电路 开关量输入电路 开关量按表示电平的不同分为通断型开关量和电平型开关量两种。 通断型开关量一般是指按钮、手动开关、键盘等触点直接输出的高、低电平信号。通常开关触点闭合时，输出高电平（电源电压＋5V）；触点断开时，输出低电平（0V）。 电平型开关量不同于通断型开关量，其开关电平与TTL完全兼容，极输出高电平为3.5V～5V，低电平为0.7V以下的开关量。 8.3.2 开关量输入输出单元电路 输入输出光电隔离 在开关量输入输出通道中，为防止现场强电磁干扰或工频电压通过输入输出通道反串到系统中，一般需采用通道隔离技术。 用于输入输出通道隔离的光电隔离器根据其输出级不同可分为三极管型、单向可控硅型、双向可控硅型等几种，但从其隔离方法这一角度来看，都是一样的，即都通过电—光—电这种转换，利用“光”这一环节完成隔离功能。 8.3.2 开关量输入输出单元电路 图8.15 三极管输出光电隔离器 利用光隔实现输入输出端的通道隔离时，需注意的是被隔离的通道两侧必须单独使用各自的电源，即用于驱动发光二极管的电源与驱动光敏管的电源不应是共地的电源，对于隔离后的通道必须单独供电，否则，如果使用同一种电源，外部干扰信号可能通过电源窜到系统中，这就失去了隔离的意义。 8.3.2 开关量输入输出单元电路 继电器输出接口 继电器方式的开关量输出是目前最常用的一种输出方式。一般在驱动大型设备时，往往利用继电器作为测控系统输出到输出驱动级之间的第一执行机构。 如图8.16所示经光隔后，直流部分给继电器供电，其输出部分则可直接与220V交流电相接。当然，继电器输出也用于低电压场合，与晶体管等低压输出驱动器相比，继电器输出时输入端、输出端有一定的隔离功能。 8.16 继电器输出接口 8.3.3 开关量输入去抖动 如图8.17所示，在开关量的输入过程中，由于各种继电器和开关的质量和特性的不同，一个开关在闭合时不会马上稳定的接通，在断开时也不会一下子稳定的断开，而是在瞬间伴随有一连串的抖动。抖动的时间长短由其电气、弹性等特性决定的，一般为5～10ms。 图8.17 开关量输入的抖动 8.3.3 开关量输入去抖动 为了防止开关量的抖动引起系统的多次误读，确保CPU对开关量的一次改变仅做一次处理，必须在开关量的输入通道添加去除抖动的措施。根据不同的场合，开关量的抖动可通过硬件和软件的途径来解决，包括以下方法: 1）硬件去开关量抖动。通常在开关量较少时，可以采用硬件方法消除按开关量输入抖动，如图8.18所示的RS触发器为常用的硬件去抖动电路。 （a）去抖动电路 （b）去抖动波形 图8.18 硬件去抖动电路 8.3.3 开关量输入去抖动 图8.18中用两个与非门构成一个RS触发器，K为一个单刀双掷开关，其A、B端接到RS触发器上，利用触发器的记忆作用，其输出可得到没有抖动的理想波形。 2）软件延时去开关量抖动 。软件延时去抖动即检测出开关闭合后执行一个延时程序产生20ms的延时，等前沿抖动消失后再检测一次开关的状态，如果仍保持闭合状态则确认为开关真正的闭合，则转向闭合处理的CLOSE子程序。当检测到开关断开后，也要给20ms的延时，待后沿抖动消失后才能转入开关的处理程序，其判断的流程图如图8.19所示。 8.3.3 开关量输入去抖动 图8.19 软件延时去抖动流程 8.3.3 开关量输入去抖动 3）软件计数去开关量抖动。简单的软件延时设计简单，但占用CPU时间比较多，当输入的开关量太多时严重影响仪器对信号进行检测的实时性，针对此情况，可将单一的延时改为计数的判断。 在实际应用中对程序做如下处理： 在程序初始化部分对n个计数单元A(1)，A(2)，…，A(n)清零 在每毫秒定时中断程序中对各计数单元增1，为防止溢出，当增至Tm时，就停止加1 当开关动作发生时，程序首先计算出动作信号所处的序号 8.3.3 开关量输入去抖动 假设该开关序号为J，则首先判断该序号所对应的计数单元是否已达到了要求的延时计数，未达到时，则认为该开关动作为抖动，否则动作状态有效。当确认该开关动作状态有效时即对计数单元清零，其流程如图8.20所示 这种方法占用CPU时间少，只需要在程序中加入少量语句即可。克服了硬件、软件延时方法的不足，而且针对不同的输入对象，可独立设置和修改各通道的延时时间，灵活方便、易于修改。 8.2.1 D/A转换器概述 非线性误差 D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并用该偏差相对满量程的百分数度量。 理想的D/A转换器是线性的，但实际上有误差。除上述几项指标外，还有建立时间、电源抑制比、动静态