单片机原理及接口技术课件：过程通道.pptx

过程通道单片机原理及接口技术

单片机原理及接口技术目录7.1输入输出通道结构7.2多路开关及采样量化保持7.3模拟量输出通道接口技术7.4模拟量输入通道接口技术7.5压频转换器和频压转换器7.6开关量输入输出通道

单片机原理及接口技术概述在计算机控制系统中，为了实现对生产设备或过程的有效控制，必须把现场生产设备的运转状态或生产过程的各种现场参数，如温度、流量、压力、液位、速度、成份等连续变化的物理量或开关量，取出并转换为计算机可接收和识别的数字量输入到计算机进行数据处理。处理结果又必须转换为电压或电流信号，推动执行机构工作，实现对现场参数的控制。因此在计算机和生产过程之间，必须设置信息传递和变换装置，这个装置称为过程输入/输出通道或前向/后向通道。一个典型的单片机测控系统硬件组成框图如图7-1所示。

单片机原理及接口技术图7-1单片机测控系统硬件组成框图

单片机原理及接口技术7.1输入输出通道结构输入/输出信号一般有两种类型：一种是随时间连续变化的物理量，称为模拟信号；一种是只有开和关（或1和0）两种状态的量，称为开关量。因此在计算机控制系统中，输入/输出通道分为模拟量通道和开关量通道两类。7.1.1输入通道结构单片机用于测控系统时，总要有对被控对象原始参量信号的采集、状态的测试以及对控制条件的监测通道，这就是输入通道，其结构形式取决于被测对象的环境、输出信号的类型、数量、大小等。1.模拟量输入通道模拟量输入通道主要由A/D转换器组成，它的作用是把采集来的标准模拟电信号，如0～5V电压或4～20mA电流，转换成数字信号后送到计算机中进行处理。不同的单片机测控系统，

单片机原理及接口技术多路模拟量输入通道可以有不同的结构形式。（1）多路模拟量并行转换结构如图7-2所示，每个通道都有独立的采样保持器和A/D转换器，这种形式通常用于高速数据采集系统。如果需要同时采集描述系统性能的各项数据时，各通道可同时进行转换，单片机分时进行读取。图7-2多路模拟量并行转换结构

单片机原理及接口技术（2）多路模拟量共享转换结构如图7-3所示，这种电路与并行转换结构相比，具有结构简单、节省硬件的优点，但转换速度较慢。另外，由于采用了公共的采样/保持器，因此在启动A/D转换之前，必须考虑采样保持器捕捉信号的时间，即只有当保持电容的充放电过渡过程结束后，才能启动A/D转换。图7-3多路模拟量共享转换结构

单片机原理及接口技术7.1输入输出通道结构事实上，对于直流或低频信号，通常可以不采用采样保持器，这时模拟输入电压的变化率与A/D转换器的转换速率满足如下关系：(7-1)式中，为A/D转换器的分辨率，为A/D转换时间。2.开关量输入通道在单片机控制系统中，被控对象的一些状态可以用一位二进制数码来表示，如按键、行程开关、继电器触点的接通或断开，电机的启动或停止，阀门的开启或关闭等，都可以用“0”或“1”表示。这些状态参数通过开关量输入通道输入到单片机中进行处理。开关量输入通道完成电平转换任务，同时为了保证系统的安全、可靠，还需考虑信号的消抖、滤波及隔离等问题。

单片机原理及接口技术7.1输入输出通道结构有的单片机控制系统中还设置有脉冲量输入通道。现场仪表中转速计、涡轮流量计等一些机械计数装置输出的测量信号多为脉冲信号，脉冲量输入通道就是为这类输入设备而设置的。输入的脉冲信号经过处理后进入计算机，根据不同的电路连接和编程方式，可进行计数、脉冲间隔时间和脉冲频率的测量。在此将其归为开关量输入通道中。7.1.2输出通道结构输出通道是对控制对象实现控制操作的通道，它的结构与特点和控制对象与控制任务密切相关。

单片机原理及接口技术1.模拟量输出通道模拟量输出通道主要由D/A转换器组成，它的作用是把单片机的处理结果（数字量）转换成模拟量信号（电压或电流）输出到执行机构。多路模拟量输出通道的结构有两种基本形式。（1）多通道独立D/A转换结构图7-4多通道独立D/A转换结构

单片机原理及接口技术7.1输入输出通道结构如图7-4所示，采用这种结构形式，每个通道输出的数据由独立的I/O接口的数据寄存器或