输入通道接口技术0803010课件.ppt
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1、December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 1第第2 2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术2.1 信号测量与传感器技术信号测量与传感器技术2.2 模拟信号输入通道接口模拟信号输入通道接口2.3 键盘接口技术键盘接口技术2.4 开关量信号输入接口开关量信号输入接口 本章小结本章小结 作业作业December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 22.1 信号信号测量与传感器技术测量与传感器技术 传感器是计算机控制系统的传感器是计算机控制系统的“感触器官感触器官”;传感器能将需要测量的各种参数转换为电信号,传感器能将需要测量的各种参数转
2、换为电信号,电信号经调理、电信号经调理、A/D转换后变为数字信号,然后送给转换后变为数字信号,然后送给计算机进行处理。计算机进行处理。传感器有很多种类:温度传感器,压力传感器,传感器有很多种类:温度传感器,压力传感器,流量传感器,等等。流量传感器,等等。December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 32.2 模拟信号模拟信号输入通道接口输入通道接口一、一、模拟多路开关模拟多路开关二、二、A/D转换器转换器三、三、数据采集与处理方法数据采集与处理方法December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 4一、模拟多路开关一、模拟多路开关 在
3、实际的计算机控制系统中,往往需要对多路信号进行在实际的计算机控制系统中,往往需要对多路信号进行测量,而计算机在同一时刻只能处理一路信号,因此需要将测量,而计算机在同一时刻只能处理一路信号,因此需要将各路信号分时地送给计算机处理。各路信号分时地送给计算机处理。December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 51 1、模拟多路开关、模拟多路开关CD4051CD4051*CD4051是是8通道多路开关通道多路开关*带有带有3个通道选择输入端个通道选择输入端A、B、C,用于选择,用于选择8个通道个通道之一之一*一个禁止输入端一个禁止输入端INH,高,高电平时,禁止模拟信号
4、输电平时,禁止模拟信号输入;低电平时允许模拟信入;低电平时允许模拟信号输入号输入 *VDD与与VSS的电平差为的电平差为0.5 15VDecember 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 62 2、CD4051CD4051多路开关的扩展应用多路开关的扩展应用 在实际应用中,如果被测参数多于在实际应用中,如果被测参数多于8路,可以采用将多个路,可以采用将多个CD4051 相连进行扩展。相连进行扩展。*由由D0D1D2D3来选择来选择16路路通道之一通道之一*其中其中D30,选中,选中1*其中其中D31,选中,选中2December 13,2022第第2章章 输入通道接口技
5、术输入通道接口技术 7二、二、A/DA/D转换器转换器 A/D转换器转换器 能将模拟信号转换为数字信号的器件,能将模拟信号转换为数字信号的器件,称为模数转换器,即称为模数转换器,即A/D转换器。转换器。December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 81 1、8 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809*芯片内包含有芯片内包含有8通道通道多路开关及计算机兼多路开关及计算机兼容的控制逻辑容的控制逻辑*一个高阻抗斩波稳一个高阻抗斩波稳定比较器定比较器*一个带有模拟开关一个带有模拟开关树组的树组的256R电阻分压电阻分压器器*一个逐次逼近型寄一个逐次逼
6、近型寄存器存器SARADC0809是是8位逐次逼位逐次逼近型近型AD转换器转换器December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 9ADC0809的引脚功能:的引脚功能:*IN7IN0:8个模拟量个模拟量输入端输入端*START:启动信号。:启动信号。当当START为高电平时,为高电平时,A/D转换开始转换开始*EOC:转换结束信:转换结束信号。当号。当A/D转换结束转换结束后,发出一个正脉冲,后,发出一个正脉冲,表示表示A/D转换完毕转换完毕*OE:输出允许信号,:输出允许信号,高电平有效高电平有效*CLOCK:实时时钟实时时钟1、8位位A/D转换器转换器ADC0
7、809December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 101 1、8 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809*ALE:地址锁存允许,地址锁存允许,高电平有效高电平有效*CBA:选择通道选择通道*D7D0:数字量输出数字量输出端端*VREF、VREF:参参考电压端子考电压端子*VCC:电源端子,接电源端子,接5V*GND:接地:接地ADC0809的引脚功能:的引脚功能:December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 11December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 122 2、ADC0
8、809ADC0809的应用的应用应用原理图:应用原理图:转换结束,转换结束,EOC变成高电平,作变成高电平,作为中断请求信号为中断请求信号计算机发出一个允计算机发出一个允许命令,许命令,OE变高变高电平,则可读数据电平,则可读数据经经A/D转换后转换后的数字量的数字量December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 132 2、ADC0809ADC0809的应用的应用*启动脉冲启动脉冲START和地址和地址锁存允许脉冲锁存允许脉冲ALE的上的上升沿将地址锁存,将升沿将地址锁存,将CBA所指定的通道信号所指定的通道信号送至送至A/D转换器转换器t*在在START正脉冲
9、下降沿正脉冲下降沿t时刻后,时刻后,EOC变负,直变负,直至转换结束,至转换结束,EOC变正变正转换结束转换结束*此时,计算机发出一个此时,计算机发出一个允许命令,使允许命令,使OE变高电变高电平,则可读出数据平,则可读出数据A/D转换时序图:转换时序图:December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 143 3、A/DA/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接(1)模拟量输入通道的连接)模拟量输入通道的连接 A/D转换器接受的模拟量大都为转换器接受的模拟量大都为05V的标准电压信号的标准电压信号(2)数字量输出引脚的连接)数字量输出引脚的连接 A/D转换
10、器数字量输出引脚和微处理器的连接方法与其内部转换器数字量输出引脚和微处理器的连接方法与其内部结构有关:结构有关:*若内部含有数据输出锁存器则可以直接与微处理器连接;若内部含有数据输出锁存器则可以直接与微处理器连接;*若内部无数据输出锁存器,一般通过若内部无数据输出锁存器,一般通过I/O接口与微处理器连接口与微处理器连接。接。(3)A/D转换器启动方式转换器启动方式*脉冲启动脉冲启动(ADC0809)*电平启动电平启动December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 153、A/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接(4)结束信号处理方法)结束信号处理方法*中
11、断方式中断方式 将转换结束标志信号接到微处理器系统的中断申请引脚;将转换结束标志信号接到微处理器系统的中断申请引脚;*查询方式查询方式 把结束信号送到微处理器数据总线或把结束信号送到微处理器数据总线或IO接口的某一位;微接口的某一位;微处理器向处理器向AD转换器发出启动信号后,就开始查询转换器发出启动信号后,就开始查询AD转换是否转换是否结束。结束。*软件延时方法软件延时方法 微处理器启动微处理器启动AD转换后,就根据转换芯片完成转换所需转换后,就根据转换芯片完成转换所需要的时间,调用一段延时程序。要的时间,调用一段延时程序。December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道
12、接口技术 163、A/D转换器与微处理器的连接转换器与微处理器的连接(5)参考电源的选择)参考电源的选择 在在AD转换器中,参考电源的作用是作为标准电源,直接转换器中,参考电源的作用是作为标准电源,直接关系到关系到AD转换的精度。转换的精度。*通常通常8位位AD转换器由外电源供给;转换器由外电源供给;*12位位AD转换器内部设置有精密参考电源。转换器内部设置有精密参考电源。(6)时钟信号的连接)时钟信号的连接*一种是由芯片内部提供;一种是由芯片内部提供;*一种是由外部时钟提供,一般由系统时钟分频得到。一种是由外部时钟提供,一般由系统时钟分频得到。(7)接地)接地 将将AD转换器的模拟地和数字地
13、分别与系统的模拟地和数转换器的模拟地和数字地分别与系统的模拟地和数字地相连;字地相连;整个系统中,模拟地和数字地只在一点接通。整个系统中,模拟地和数字地只在一点接通。December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 174、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计ADC0809与计算机的接口原理图:与计算机的接口原理图:AD转换的结束信号转换的结束信号EOC作为状态信号,经作为状态信号,经三态门接入数据总线三态门接入数据总线D7位;位;设各输入通道地址是设各输入通道地址是200H207H;(1)8个模拟通道的信个模拟通道的信号进行号进行AD转换的程序(转换的
14、程序(通过查询通过查询EOC):):December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 184、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计DATA SEGMENT COUNT EQU 8 BUFFER DB COUNT DUP(0)DATA ENDS PROG SEGMENRT MAIN PROC FAR ASSUME CS:PROG,DS:DATA START:PUSH DS PUSH AX PUSH BX MOV AX,DATA MOV DS,AX LEA BX,BUFFER MOV DX,200H(接下页接下页);数据段数据段;为系统返回做准备为系统返回做
15、准备;设置数据段设置数据段;取测试数据存放区首地址取测试数据存放区首地址;送通道送通道IN0地址地址;子程序子程序December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 194、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计(接上页接上页)START1:SUB AX,AX OUT DX,AL PUSH DX MOV DX,220HSTART2:IN AL,DX TEST AL,80H JZ START2 POP DX IN AL,DX MOV BX,AL INC BX INC DX LOOP START1 RET ;启动启动AD转换转换;AX清零清零;取取EOC的地址的
16、地址;读入读入EOC值值;比较比较;为零则返回为零则返回;为为1,取通道,取通道IN0地址地址;读取读取AD转换结果转换结果;存入数据区存入数据区;指向下一存储单元指向下一存储单元;指向下一通道指向下一通道;循环程序,取下一通道采样数据循环程序,取下一通道采样数据;通道通道IN0地址入栈地址入栈December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 204、8位位A/D转换器控制程序设计转换器控制程序设计(2)利用延时方法进行)利用延时方法进行8个模拟通道的个模拟通道的AD转换的程序:转换的程序:MOV DX,200HSTART1:SUB AX,AX OUT DX,AL
17、CALL DELAY0 IN AL,DX MOV BX,AL INC BX INC DX LOOP START1 ;送通道送通道IN0地址地址;启动启动AD转换转换;延时,等待转换结束延时,等待转换结束;读取读取AD转换结果转换结果;存入指定数据区存入指定数据区;程序循环,转向下一个通道采样程序循环,转向下一个通道采样December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 21 在工业控制和工业测量中,经在工业控制和工业测量中,经AD转换器采样得转换器采样得到的数据,必须经过计算机的加工处理后才能得到到的数据,必须经过计算机的加工处理后才能得到相应的准确结果。这个加工处理
18、的过程可以包括数相应的准确结果。这个加工处理的过程可以包括数字滤波、标度变换等步骤。字滤波、标度变换等步骤。克服现场干扰克服现场干扰2、标度变换、标度变换1、数字滤波、数字滤波 获得直观数据获得直观数据三、数据采集与处理方法三、数据采集与处理方法December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 221 1、数字滤波、数字滤波 数字滤波数字滤波为了减小甚至消除叠加在采样数据中的随为了减小甚至消除叠加在采样数据中的随机信号值的影响,利用程序对多次采样信号所得到的数据进机信号值的影响,利用程序对多次采样信号所得到的数据进行加工处理,以保证采样数据的准确性及精度。行加工处理
19、,以保证采样数据的准确性及精度。数字滤波,可以简化硬件设计,参数调整方便,多通道数字滤波,可以简化硬件设计,参数调整方便,多通道共用。共用。常用的数字滤波算法常用的数字滤波算法(1)程序判断滤波)程序判断滤波(2)中值滤波)中值滤波(3)算术平均值滤波)算术平均值滤波(4)加权平均值滤波)加权平均值滤波(5)滑动平均值滤波)滑动平均值滤波(6)低通滤波)低通滤波(7)复合数字滤波)复合数字滤波December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 23(1)程序判断滤波)程序判断滤波 所谓程序判断滤波,就是根据经验,确定出两次所谓程序判断滤波,就是根据经验,确定出两次采样
20、之间可能出现的最大偏差采样之间可能出现的最大偏差E。*如果采样得到的值与上次采样值之差超过如果采样得到的值与上次采样值之差超过E,则表明该采样数据中存在较大的干扰信号,应予以则表明该采样数据中存在较大的干扰信号,应予以剔除;剔除;*如果采样得到的值与上次采样值之差小于如果采样得到的值与上次采样值之差小于E,则本次采样值为正常值。则本次采样值为正常值。程序判断滤波分为两种:限幅滤波、限速滤波程序判断滤波分为两种:限幅滤波、限速滤波December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 24(1)程序判断滤波)程序判断滤波 限幅滤波:把两次相邻的采样值相减,求出其差限幅滤波:
21、把两次相邻的采样值相减,求出其差值值(以绝对值表示以绝对值表示),然后与两次允许的最大差值,然后与两次允许的最大差值E进行比较。进行比较。若小于等于若小于等于E,则本次采样值有效;则本次采样值有效;若大于若大于E,则取上一次采样值。则取上一次采样值。*E的选取非常重要(通常可根据经验数据获得)的选取非常重要(通常可根据经验数据获得)E太大无法剔除各种干扰;太大无法剔除各种干扰;E太小又有可能使正常值丢失,影响测量的实时性。太小又有可能使正常值丢失,影响测量的实时性。*限幅滤波主要用于变化比较缓慢的参数,如温度等。限幅滤波主要用于变化比较缓慢的参数,如温度等。December 13,2022第第
22、2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 25(1)程序判断滤波)程序判断滤波限速滤波:是限幅滤波的一种折中,既考虑了采样限速滤波:是限幅滤波的一种折中,既考虑了采样的实时性,又照顾到采样值变换的连续性。的实时性,又照顾到采样值变换的连续性。设按时间顺序设按时间顺序t1、t2、t3的三个采样值分别为的三个采样值分别为y1、y2、y3;当当|y2y1|E时,时,y2有效,取值有效,取值 y2;当当|y2y1|E时,如果当时,如果当|y3y2|E时,则时,则y3有有效,取值效,取值 y3;否则,取值;否则,取值(y3+y2)/2.*E的选取不太灵活,不能反映采样点数大于的选取不太灵活,不能反映采样
23、点数大于3时各时各采样值受干扰的情况。采样值受干扰的情况。December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 26(2)中值滤波)中值滤波中值滤波:对某一参数连续采样中值滤波:对某一参数连续采样N(奇数奇数)次,然后把次,然后把N次采样的值次采样的值从小到大从小到大或或从大到小从大到小排列,再排列,再取中间位取中间位置上的值作为本次采样值置上的值作为本次采样值。*可以克服偶然因素引起的波动干扰,或者采样器本可以克服偶然因素引起的波动干扰,或者采样器本身不稳定引起的脉动干扰;身不稳定引起的脉动干扰;*只适用物理量变化较慢的工作场合。只适用物理量变化较慢的工作场合。Dec
24、ember 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 27(3)算术平均值滤波)算术平均值滤波*算术平均值滤波主要用于对压力、流量等周期脉动算术平均值滤波主要用于对压力、流量等周期脉动参数采样值进行平滑加工,已使所测数据相对稳定,参数采样值进行平滑加工,已使所测数据相对稳定,不适宜于克服随机性干扰。不适宜于克服随机性干扰。NyyyYN/).(21将将Y作为这个采样周期内的采样值。作为这个采样周期内的采样值。算术平均值滤波的方法是:在一个时间段内,对被测算术平均值滤波的方法是:在一个时间段内,对被测物理量采样物理量采样N次,得到次,得到N个采样值个采样值y1,y2,yN,求这求
25、这N个数的平均值个数的平均值December 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 28(4)加权平均值滤波)加权平均值滤波NyAyAyAYNN/).(2211算术平均值滤波中算术平均值滤波中N个采样值对滤波结果的影响因子个采样值对滤波结果的影响因子是相同的,而加权平均值滤波则对是相同的,而加权平均值滤波则对N个采样值个采样值y1,y2,yN,考虑不同的加权系数,得,考虑不同的加权系数,得A1,A2,AN为加权系数,满足为加权系数,满足1.21NAAADecember 13,2022第第2章章 输入通道接口技术输入通道接口技术 29(5)滑动平均值滤波)滑动平均值滤波滑动
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