《计算机控制技术输出通道接口技术ppt培训课件》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制技术输出通道接口技术ppt培训课件（52页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第3章 输出通道接口技术,输出通道接口技术,3.1 模拟信号输出通道接口 3.1.1 D/A转换器 3.1.2 PWM技术 3.2 LED显示器及其接口技术 3.2.1 动态LED显示器接口技术 3.2.2 静态LED显示器接口技术 3.3 LCD显示器接口技术 3.3.1 LCD显示器的显示原理 3.3.2 LCD器件的驱动方式 3.3.3 点阵式LCD显示器的接口,输出通道接口技术,3.4 开关量输出接口技术 3.4.1 输出接口光电隔离技术 3.4.2 继电器输出接口 3.4.3 大功率输出接口 3.5 电动机控制接口技术 3.5.1 小功率直流电动机调速原理及控制接口 3.5.2 步
2、进电机工作原理及控制接口,3.1 模拟信号输出通道接口,3.1.1 D/A转换器 18位D/A转换器DAC0832,图3-1 DAC0832引脚与原理框图,DAC0832有如下3种工作方式： 单缓冲方式单缓冲方式是只用DAC寄存器而把数据寄存器接成直通方式，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。此方式适用只有一路模拟量输出或几路模拟量异步输出的情形。 双缓冲方式双缓冲方式是先使输入寄存器接收数据，再控制输入寄存器的输出数据到DAC寄存器，即分两次锁存输入数据。此方式适用于多个D/A转换同步输出的情况。 直通方式直通方式是数据不经两级锁存器锁存，即WR1，WR2，XFER，CS均接地，
3、ILE接高电平。此方式适用于连续反馈控制线路，不过在使用时，必须通过另加I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A转换。,3.1 模拟信号输出通道接口,2DAC0832输出接口与控制程序,图3-2 DAC0832单极性输出时的接口原理图,3.1 模拟信号输出通道接口,输入数字量与输出模拟量之间的对应关系如表3-1所示。,图3-2 DAC0832双极性输出时的接口原理图,3.1 模拟信号输出通道接口,3.1.2 PWM技术 PWM（Pulse Width Modulation）也就是脉冲宽度调制，在频率不变的情况下，通过改变输出脉冲的宽度（就是脉冲的占空比）从而使输出信号的平均值（即直流成分）
4、发生改变，达到控制外部对象的目的。 图3-3中，设置8253的定时/计数器0为工作方式3，产生周期信号输出； 定时/计数器1为工作方式1，产生单拍信号输出； 图3-4所示为OUT0、OUT1输出的波形。,3.1 模拟信号输出通道接口,图3-3 8253作为PWM输出原理图,图3-4 8253输出波形图,3.1 模拟信号输出通道接口,T0为定时/计数器0的时钟计数周期， T1为定时/计数器1的时钟计数时间， OUT1输出信号占空比D的计算方法如下：,3.2 LED显示器及其接口技术,LED（发光二极管）显示器件是计算机控制系统中的廉价输出设备，它由多个发光二极管组成，能显示许多种字符。 图3-5
5、所示为7段LED显示器件的结构及外形图。,图3-5 7段LED显示器件的结构及外形图,3.2 LED显示器及其接口技术,表3-2 显示字符与7段控制显示代码的对应关系,3.2 LED显示器及其接口技术,3.2.1 动态LED显示器接口技术 动态显示，就是微处理器定时地对显示器件所显示的内容进行扫描。,图3-6 6位动态显示电路,3.2 LED显示器及其接口技术,到底哪一位数码管显示，主要取决于位选码。只有位选信号PB端口对应的线经驱动器后变为低电平时，对应的位才会发光显示。 根据图3-6，写出动态扫描显示子程序。设8255端口PA、PB的地址分别为800H、801H，并且PA、PB已初始化为输
6、出方式，则子程序的流程图如图3-7所示。,图3-7 动态扫描显示子程序流程图,3.2 LED显示器及其接口技术,3.2.2 静态LED显示器接口技术 静态显示是当显示器件显示某个字符时，相应的显示段（发光二极管）恒定地导通或截止，直到显示另一个字符为止。 占用机时少，而且显示稳定可靠。其缺点是使用元器件相对较多，且线路比较复杂，相对而言成本较高。 图3-8所示为6位静态显示电路原理图。,3.2 LED显示器及其接口技术,图3-8 6位静态显示电路原理图,3.3 LCD显示器接口技术,3.3.1 LCD显示器的显示原理 在许多的LCD显示装置上，都有背光光源。LCD显示器的基本结构如图3-9所示
7、。,图3-9 LCD显示器基本结构,3.3 LCD显示器接口技术,3.3.2 LCD器件的驱动方式 LCD显示器的驱动方式一般分两种：静态驱动方式和时分隔驱动方式。 1静态驱动方式 图3-10（a）所示为一位LCD数码显示电路图。 当某字段上两个电极的电压相位相同时，两极间的相对电压为0，该字段不显示。当字段上两个电极的电压相位相反时，两个电极的相对电压为两倍幅值电压，字段呈黑色显示。,3.3 LCD显示器接口技术,图3-10 一位LCD数码显示电路图及驱动波形图,3.3 LCD显示器接口技术,对于LED，只要在其两端加上恒定的电压，便可控制其亮、暗状态。而LCD必须采用交流驱动方式，以避免液
8、晶材料在直流电压长时间的作用下产生电解，影响其使用寿命。 2时分隔驱动方式 当显示字符较多时，驱动电路将会变得非常复杂。在这种情况下，一般采用时分隔驱动方式。,图3-11 在时分隔驱动方式下的电极引线方式图,3.3 LCD显示器接口技术,从图中的驱动波形可以看出：a，e段上所加的驱动波形是峰值为UO的选择状态，而g段上所加的驱动波形是峰值为1/3UO的非选择状态。,图3-12 工作电压波形图,3.3 LCD显示器接口技术,3.3.3 点阵式LCD显示器的接口 当数码位段式显示器的位段缩变为一个点，许多的点按一定的规则均匀地排列在一起时，便构成了点阵式LCD显示器。,图3-13 采用MCS51系
9、列单片机8051的接口原理图,3.4 开关量输出接口技术,在计算机控制系统中，不仅要将测量结果输出显示，还需要输出控制信息，以控制现场设备的动作。 计算机控制系统输出的开关量大都输出功率较小，不能直接用来驱动这些外部设备启动或停止。需要对这一类开关量的输出采取一些必要的措施。,3.4 开关量输出接口技术,3.4.1 输出接口光电隔离技术 为了保证输入端与输出端在电气上是隔离的，两端的电源也必须是独立的。,图3-14 带光电隔离的输出接口,3.4 开关量输出接口技术,3.4.2 继电器输出接口 1触点式继电器的控制 当线圈通电时，使开关触点闭合（或断开）；当线圈不通电时，则开关触点断开（或闭合）
10、。,图3-15 继电器接口电路,3.4 开关量输出接口技术,实际选用继电器时应考虑下列因素： 继电器额定工作电压（或电流）； 触点负荷； 触点的数量或种类（动断或动通）； 继电器的体积、封装形式、工作环境、触点吸合或释放时间等。 2固态继电器的输出接口 固态继电器（Solid State Relay，SSR），它是用晶体管或可控硅代替常规继电器的触点开关，再把光电隔离器作为前级构成一个整体。,3.4 开关量输出接口技术,固态继电器有体积小、重量轻、无机械噪声、无抖动和回跳、开关速度快、工作可靠等优点。,图3-16 直流型SSR的电路原理图,3.4 开关量输出接口技术,步进电机的A、B、C三相，
11、每相由一个直流型SSR控制，可分别由8255的端口PA0PA2来控制。,图3-17 三相步进电机控制电路原理图,3.4 开关量输出接口技术,3.4.3 大功率输出接口 场效应管输入阻抗高，关断漏电流小，响应速度快，体积较小，价格便宜。,图3-18 大功率场效应管的表示符号,图3-19 采用大功率场效应管的步进电机控制电路原理图,3.4 开关量输出接口技术,可控硅（Silicon Controlled Rectifier，SCR）也常作为大功率输出中的开关元件使用，它具有体积小、效率高、寿命长等优点。,图3-20 两种形式可控硅的图形符号,3.5 电动机控制接口技术,3.5.1 小功率直流电动机
12、调速原理及控制接口 1小功率直流电动机的调速原理 对于励磁式直流电动机，其转速n可以近似地表示为：式中，Ua为电枢两端的电压，为励磁磁通，Ce为电动机综合参数。 小功率直流电动机的调速可以通过改变电枢电压Ua来实现。在对直流电动机电枢的控制和驱动中，有线性驱动方式和开关驱动方式两种。,3.5 电动机控制接口技术,2脉宽调制PWM调速方法改变PA0控制端输出信号的占空比就可以改变电动机的转速，这就是PWM调速原理。,图3-21 利用固态继电器对直流电动机进行PWM调速控制原理图,3.5 电动机控制接口技术,改变占空比的方法有以下3种： 定宽调频法 调频调宽法 定频调宽法,图3-22 输入电压信号
13、与电动机 电枢电流、转速的对应关系,3.5 电动机控制接口技术,3脉宽调速PWM系统的设计 当开关S1、S4闭合时，电动机全速正转； 当开关S2、S3闭合时，电动机全速反转； 当S2、S4（或者S1、S3）闭合时，电动机绕组被短路，电动机处于刹车状态； 如果4个开关全部断开，电动机将自由滑行。,图3-23 可逆PWM调速系统原理图,3.5 电动机控制接口技术,图3-24 双向电动机控制接口电路图,3.5 电动机控制接口技术,3.5.2 步进电机工作原理及控制接口 步进电机是纯粹的数字控制电动机，它将电脉冲信号转换成角位移。 步进电机具有快速启停、精确步进及直接接收数字信号控制的特点，因此，它在
14、需要精确定位控制的场合中得到了广泛的应用。 1步进电机的工作原理,图3-25 步进电机的结构原理图,3.5 电动机控制接口技术,2步进电机的控制方法下面以三相步进电机为例介绍其工作方式。 1）单三拍工作方式 为了使步进电机正向旋转，对于图3-27来说，就是顺时针步进，各相磁极的通电顺序如下：,图3-26 计算机控制步进电机典型原理框图,3.5 电动机控制接口技术,图3-27 错齿情况,3.5 电动机控制接口技术,按顺时针步进方式工作时，各相磁极齿与转子之间的差角参见表3-3。,表3-3 单三拍时的各相差角,图3-28 单三拍工作时各相的脉冲电压、电流波形,3.5 电动机控制接口技术,2）双三拍
15、工作方式 每次都是两相通电，控制电流切换3次，磁场旋转一周，转子移动一个齿距位置，则称为双三拍工作方式。采用双三拍工作方式时，各相磁极的通电顺序和转换情况如下：,图3-29 双三拍工作时各相的脉冲电压、电流波形,3.5 电动机控制接口技术,双三拍工作方式中，要求电源所提供的功率比较大。 双三拍工作方式的特点是不容易失步。 3）六拍工作方式 六拍工作方式就是把单三拍和双三拍结合起来的一种工作方式。采用六拍工作方式时，各相磁极的通电顺序和转换情况如下：六拍工作方式比单三拍或双三拍的步进精度高出一倍。,3.5 电动机控制接口技术,图3-30 六拍工作方式时各相的脉冲电压、电流波形,表3-4 步时电动机3种工作方式的比较,3.5 电动机控制接口技术,3步进电机控制接口及程序设计,图3-31 计算机控制三相步进电机的接口原理图,3.5 电动机控制接口技术,图3-32 带光电隔离器的步进电机控制接口原理图,3.5 电动机控制接口技术,4步进电机的转速控制 步进电机的转速控制方法就是改变每一拍的持续时间。 启动时，一次将速度升到给定速度，步进电机就会发生失步现象，到达终点时突然停下，步进电机会发生过冲现象，如果非常缓慢地启动、停止，会影响执行机构的工作效率。要保证在不失步和过冲的前提下，用最快的速度移动到指定的位置。,
