計算機控制題

1結合圖2-3,分析說明DAC0832的內部結構組成及其作用。(MSB)Idi7DI6DI5DI4di3di：ILE(MSB)Idi7DI6DI5DI4di3di：ILE8位

輸入

寄存器8位

DAC

寄存器8位

DAC

轉換器LRfbIIIOUT1IOUT23十AXFER—WR2-CS

WR]LE1■LJLE2當LE=1時，輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化。當LE=0時，輸出數(shù)」據(jù)被鎖存。\—AGNDII VREFDGNDVCC組成：DAC0832主要由8位輸入寄存器3-8位Daa寄存器、原位/A轉換器以及輸入控制電路四部分組成。作用：8位輸入寄存器用于存放主機送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由LE1加以控制；8位DAC寄存器用于存放待轉換的數(shù)字量，由LE2加以控制；8位D/A轉換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門、非與門組成的輸入控制電路來控制2個寄存器的選通或鎖存狀態(tài)。2?畫圖說明模擬量輸入通道的功能、各組成部分及其作用？過程參數(shù)傳感變送器信號調理多路模擬開關前置放大器采樣保持器A/D轉

換

器接口邏輯電路圖3-1模擬量輸入通道的結構組成過程參數(shù)傳感變送器信號調理多路模擬開關前置放大器采樣保持器A/D轉

換

器接口邏輯電路圖3-1模擬量輸入通道的結構組成功能：是把被控對象的過程參數(shù)如溫度、壓力、流量、液位、重量等模擬量信號轉換成計算機可以接收的數(shù)字量信號。結構組成如圖3-1所示。作用：來自于工業(yè)現(xiàn)場傳感器或變送器的多個模擬量信號首先需要進行信號調理，然后經(jīng)多路模擬開關，分時切換到后級進行前置放大、采樣保持和模/數(shù)轉換，通過接口電路以數(shù)字量信號進入主機系統(tǒng)，從而完成對過程參數(shù)的巡回檢測任務。3.試分析圖3-15、圖3-16ADC0809接口電路的啟動、轉換、査詢或定時讀入數(shù)據(jù)的工作過程。比較說明這兩種接口電路在硬軟件上的異同點。答：圖3-15(1)查詢方式讀A/D轉換數(shù)圖3-15為采用程序查詢方式的8路8位A/D轉換接口電路，由PC總線、ADC0809以及138譯碼器、74LS02非與門(即或非門)與74LS126三態(tài)緩沖器組成。圖中，啟動轉換的地址PA=01000000，每一路的口址分別為000-111,故8路轉換地址為40H-47H。

ADC0809接口程序如下： 圖3-15查詢方式讀A/D轉換數(shù)MOVBX,BUFF；置采樣數(shù)據(jù)區(qū)首址MOVCX，08H ；8路輸入START：OUTPA,AL ；啟動A/D轉換REOC：IN AL，PB^EOCRCRAL，01；判斷EOCJNCREOC；若EOC=0，繼續(xù)査詢INAL，PA；若EOC=1,讀A/D轉換數(shù)MOV[BX]，AL；存八/。轉換數(shù)INCBX；#A/D轉換數(shù)地址加1INCPA；接口地址加1LOOPSTART；循環(huán)現(xiàn)說明啟動轉換過程：首先主機執(zhí)行一條啟動轉換第1路的輸出指令，即是把AL中的數(shù)據(jù)送到地址為PA的接口電路中，此時AL中的內容無關緊要，而地址PA=40H使138譯碼器的輸出一個低電平，連同OUT輸出指令造成的低電平，從而使非與門02(3)產(chǎn)生脈沖信號到引腳ALE和START,ALE的上升沿將通道地址代碼000鎖存并進行譯碼，選通模擬開關中的第一路VIN0,使該路模擬量進入到A/D轉換器中；同時START的上升沿將ADC0809中的逐位逼近寄存器SAR清零，下降沿啟動A/D轉換，即在時鐘的作用下，逐位逼近的模數(shù)轉換過程開始。接著，主機査詢轉換結束信號EOC的狀態(tài)，通過執(zhí)行輸入指令，即是把地址為PB的轉換接口電路的數(shù)據(jù)讀入AL中，此時地址PB=01001000(48H)，使138譯碼器的輸出一個低電平，連同IN輸入指令造成的低電平，從而使非與門02(1)產(chǎn)生脈沖信號并選通126三態(tài)緩沖器，使EOC電平狀態(tài)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線D0上。然后將讀入的8位數(shù)據(jù)進行帶進位循環(huán)右移，以判斷EOC的電平狀態(tài)。如果EOC為“0”，表示A/D轉換正在進行，程序再跳回REOC,反復査詢；當EOC為“1”，表示A/D轉換結束。然后，主機便執(zhí)行一條輸入指令，把接口地址為PA的轉換數(shù)據(jù)讀入AL中，即是輸出一個低電平，連同IN輸入指令造成的低電平，從而使非與門02（2）產(chǎn)生脈沖信號，即產(chǎn)生輸出允許信號到OE,使ADC0809內部的三態(tài)輸出鎖存器釋放轉換數(shù)據(jù)到數(shù)據(jù)線上，并被讀入到AL中。接下來，把A/D轉換數(shù)據(jù)存入寄存器BX所指的數(shù)據(jù)區(qū)首地址0000H中，數(shù)據(jù)區(qū)地址加1,為第2路A/D轉換數(shù)據(jù)的存放作準備；接口地址加1,準備接通第2路模擬量信號；計數(shù)器減1,不為0則返回到START,繼續(xù)進行下一路的A/D轉換。如此循環(huán)，直至完成8路A/D轉換（2）定時方式讀A/D轉換數(shù)定時方式讀A/D轉換數(shù)的電路組成如圖3-16所示，它與査詢方式不同的僅僅在于啟動A/D轉換后，無需査詢EOC引腳狀態(tài)而只需等待轉換時間，然后讀取A/D轉換數(shù)。因此，硬件電路可以取消126三態(tài)緩沖器及其控制電路，軟件上也相應地去掉査詢EOC電平的REOC程序段，而換之以調用定時子程序（CALLDELAY）即可。這里定時時間應略大于ADC0809的實際轉換時間。圖中，ADC0809的CLOCK引腳（輸入時鐘頻率）為640KHZ,因此轉換時間為8X8個時鐘周期，相當于100屬。ADC0809顯然，定時方式比査詢方式簡單，但前提是必須預先精確地知道A/D轉換芯片完成一次A/D轉換所需的時間。這兩種方法的共同點是硬軟件接口簡單，但在轉換期間獨占了CPU時間，好在這種逐位逼近式A/D轉換的時間只在微秒數(shù)量級。當選用雙積分式A/D轉換器時，因其轉換時間在毫秒級，因此采用中斷法讀A/D轉換數(shù)的方式更為適宜。因此，在設計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)時，究竟采用何種接口方式要根據(jù)A/D轉換器芯片而定。8位A/D轉換器的分辨率約為0.0039，轉換精度在0.4%以下，這對一些精度要求比較高的控制系統(tǒng)而言是不夠的，因此要采用更多位的A/D轉換器，如10位、12位、14位等A/D轉換器。下面以AD574A為例介紹12位A/D轉換器及其接口電路。4結合圖4-4,簡述信號調理電路的構成及其各元器件的作用。圖4-4開關量輸入信號調理電路凡在電路中起到通、斷作用的各種按鈕、觸點、開關，其端子引出均統(tǒng)稱為開關信號。在開關輸入電路中,主要是考慮信號調理技術，如電平轉換，RC濾波，過電壓保護，反電壓保護，光電隔離等。（1） 電平轉換是用電阻分壓法把現(xiàn)場的電流信號轉換為電壓信號。（2）RC濾波是用 濾波器濾出高頻干擾。（3） 過電壓保護是用穩(wěn)壓管和限流電阻作過電壓保護；用穩(wěn)壓管或壓敏電阻把瞬態(tài)尖峰電壓箝位在安全電平上。（4） 反電壓保護是串聯(lián)一個二極管防止反極性電壓輸入。（5） 光電隔離用光耦隔離器實現(xiàn)計算機與外部的完全電隔離。典型的開關量輸入信號調理電路如圖所示。點劃線右邊是由開關S與電源組成的外部電路，（a）44是直流輸入電路，（b）是交流輸入電路。交流輸入電路比直流輸入電路多一個降壓電容和整流橋塊，可把高壓交流（如380VAC）變換為低壓直流（如5VDC）。開關。的狀態(tài)經(jīng)濾波、穩(wěn)壓管箝位保護、電阻限流、二極管"防止反極性電壓輸入以及光耦隔離等措施處理后送至輸入緩沖器，主R2 D2機通過執(zhí)行輸入指令便可讀取開關S的狀態(tài)。比如，當開關$閉合時，輸入回路有電流流過，光耦中的發(fā)光管發(fā)光，光敏管導通，數(shù)據(jù)線上為低電平，即輸入信號為“0”對應外電路開關S的閉合；反之，開關S斷開，光耦中的發(fā)光管無電流流過，光敏管截止，數(shù)據(jù)線上為高電平，即輸入信號為“1”對應外電路開關S的斷開。簡述數(shù)字量輸出通道的功能及其常用的輸出驅動電路。答：（1）數(shù)字量輸入通道（DI通道）的功能一是把生產(chǎn)過程中的數(shù)字信號轉換成計算機易于接受的形式。（2）脈沖計數(shù)電路，有些用于檢測流量、轉速的傳感器發(fā)出的是脈沖頻率信號，對于大量程可以設計一種定時計數(shù)輸入接口電路，即在一定的采樣時間內統(tǒng)計輸入的脈沖個數(shù)，然后根據(jù)傳感器的比例系數(shù)可換算出所檢測的物理量。開關輸入電路凡在電路中起到通、斷作用的各種按鈕、觸點、開關，其端子引出均統(tǒng)稱為開關信號。在開關輸入電路中，主要是考慮信號調理技術，如電平轉換，RC濾波，過電壓保護，反電壓保護，光電隔離等。結合圖5-6，分析說明矩陣式鍵盤電路的逐行零掃描法的工作過程。行輸出電路由行掃描鎖存器74LS273、反相器與行線X0?X7連接組成，列輸入電路由三態(tài)緩沖器

74LS244與列線Y0?丫7以及上拉電阻組成。X、Y線的每一個交叉處跨接一個鍵，其鍵值分別是十進制數(shù)的01,02,……，64。該鍵盤的接口地址為PORT］。當鍵盤中無任何鍵按下時，所有的行線和列線被斷開且相互獨立，輸入線Y?Y列都為高電平；當有任意0 7一鍵按下時，則該鍵所在的行線與列線接通，因此，該列線的電平取決于該鍵所在的行線?；诖?，產(chǎn)生了“行掃描法”與“線反轉法”兩種識別方法。行掃描法又稱逐行零掃描査詢法，即逐行輸出行掃描信號“0”，使各行依次為低電平，然后分別讀入列數(shù)據(jù)，檢査此（低電平）行中是否有鍵按下。如果讀得某列線為低電平，則表示此（低電平）行線與此列線的交叉處有鍵按下，再對該鍵進行譯碼計算出鍵值，然后轉入該鍵的功能子程序入口地址；如果沒有任何一根列線為低電平，則說明此（低電平）行沒有鍵按下。接著進行下一行的“0”行掃描與列讀入，直到8行全部査完為止，若無鍵按下則返回。有時為了快速判斷鍵盤中是否有鍵按下，也可先將全部行線同時置為低電平，然后檢測列線的電平狀態(tài)，若所有列線均為高電平，貝U說明鍵盤中無鍵按下，立即返回；若要有一列的電平為低，則表示鍵盤中有鍵被控下，然后再如上那樣進行逐行掃描。DoDiD2D3D4D5D6D7IOW4ORD0DDoDiD2D3D4D5D6D7IOW4ORD0DiD2D3D4D5D6D774LS273ToTuTuYTnYTurn.GnaddLMU圖5-7矩陣式鍵盤接口電路7?分析說明圖5-8二進制編碼鍵盤接口電路的工作原理。圖5-8是一種采用兩片CD4532B構成的16個按鍵的二進制編碼接口電路。其中由于U1的Eo作為U2的Ei,所以按鍵S0的優(yōu)先級最高，S15的優(yōu)先級最低。U1和U2的輸出02~0。經(jīng)或門A3~A1輸出，以形成低3位編碼D2~D0。而最高位D3則由U2的GS產(chǎn)生。當按鍵S8~S15中有一個閉合時，其輸出為“1”。從而S0~S15中任意一個鍵被按下，由編碼位D3~D0均可輸出相應的4位二進制碼。為了消除鍵盤按下時產(chǎn)生的抖動干擾，該接口電路還設置了由與非門B1、B2、電阻R2、電容C2組成的單穩(wěn)電路和由或門A4、電阻R1、電容C1組成的延時電路，電路中E、F、G、H和I這五點的波形如圖5-9所示。由于U1和U2的GS接或門A4的輸入端，所以當按下某鍵時，A4為高電平，其輸出經(jīng)R1和C1延時后使G點也為高電位，作為與非門B3的輸入之一。同時，U2的輸出信號Eo觸發(fā)單穩(wěn)（B1和B2）,在暫穩(wěn)態(tài)持續(xù)時間AT內，其輸出F點為低電位，也作為與非門B3的輸入之一由于暫穩(wěn)態(tài)期間（AT）E點電位的變化（即按鍵的抖動）對其輸出F點電位無影響，所以此時不論G點電位如何，與非門B3輸出（H點）均為高電位。當暫穩(wěn)延時結束，F(xiàn)點變?yōu)楦唠娢?，而G點仍為高電位（即按鍵仍閉合），使得H點變?yōu)榈碗娢?，并保持到G點變?yōu)榈碗娢粸橹梗窗存I斷開）。也就是說，按下S0~S15中任意一個按鍵，就會在暫穩(wěn)態(tài)期間AT之后（恰好避開抖動時間）產(chǎn)生選通脈沖（H點）或STB（I點），作為向CPU申請中斷的信號，以便通知CPU讀取穩(wěn)定的按鍵編碼D3~D0。8■結合圖6-5,簡述LED靜態(tài)顯示硬件譯碼電路的工作過程。O1YY83s74ABC01234567234DDDDDDDDAAAO1YY83s74ABC01234567234DDDDDDDDAAAABdpgfedcbaLED1dpgfedcbaLED2dpgfedcbaLED3dpgfedcbaLED4COM COM COM COM圖6-5LED靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路圖6-5中有CD4511B的引腳分配，它的真值表見表6-2o(BLanking)為空白(全滅)信號，低電平有效；(LampTest)為全亮試驗信號，低電平有效；這兩個引腳只用來測試與之連接的LED,在LED正常工作時，要把、均接接成高電平。鎖存允許信號(LatchEnable)為低電平有效，作為允許BCD碼輸入的片選信號，片選端一般是與接口地址譯碼信號相連。一旦片選有效即=0,則數(shù)據(jù)輸入端A、B、C、D所接收的4位BCD碼就會被內部邏輯電路自動譯為輸出端a~g的段選信號，從而驅動點亮7段LED顯示出相應的字符。圖6-5為4個LED組成的靜態(tài)顯示硬件譯碼接口電路，是在圖6-3LED靜態(tài)顯示方式的基礎上，增加4片集BCD碼鎖存、譯碼和驅動為一體的CD4511B(U1~U4)與1片譯碼器74LS138，它能夠直接顯示出4位十進制數(shù)。圖中，4片CD4511B分別對應連接4片7段共陰極LED顯示器，74LS138譯碼器譯出片選信號PORT、PORT,分01別作為Ul、U2和U3、U4的鎖存允許信號。CPU通過輸出指令把要顯示字符的BCD碼數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線D~D輸出到U1~U4的數(shù)據(jù)輸入端D、C、B、A,其中每2片(U1和U2,U3和U4)共用一個字節(jié)及一個7 0片選信號。若要顯示帶小數(shù)點的十進制數(shù)，則只要在LED顯示器的dp端另加驅動控制即可(讀者可自行考慮)9?結合圖6-6，簡述LED動態(tài)顯示軟件譯碼電路的工作過程。圖6-6給出4個LED組成的動態(tài)顯示軟件譯碼接口電路，4個共陰極LED顯示器的段選線對應并接，由一片8D觸發(fā)器74LS374(U1)進行段選控制，其間串有8個三極管以正向驅動LED的陽極，此可稱為段選通道o4個LED的COM端由另一片74LS374(U2)進行位選控制，其間接有達林頓陣列驅動器MC1413(內含7對復合三極管)以對LED的陰極進行反向驅動，此構成了位選通道。段碼鎖存器U1和位碼鎖存器U2均連在數(shù)據(jù)總線。~D上,CPU通過數(shù)據(jù)總線送出的數(shù)據(jù)是到U1還是U2,這要7 0由74LS138對地址譯碼后的輸出信號和決定。當=0時，U1端口地址PORT被選中，U1選通并鎖存住CPU輸出0的段選碼；當=0時,U2端口地址PORT被選中，U2鎖存住CPU輸出的位選碼。7設該接口電路從左到右(即從LED1到LED4)進行動態(tài)掃描，其顯示過程如下：首先CPU把LED1要顯示的字符段碼送入段碼鎖存器U1,接著就往位碼鎖存器U2送入點亮LED1的位選碼，即僅使LED1的COM端為低電平。雖然段選碼通過驅動電路同時送到各位LED,但這時只有LED1的相應段被導通點亮，而其

余LED并不顯示。然后CPU把LED2要顯示的字符段碼再送入段碼鎖存器U1,接著往位碼鎖存器U2送入點亮LED2的位選碼?！绱艘来畏謩e送出掃描代碼，一一分別點亮各個LED。只要刷新時間不太長，就會給人以同時顯示的穩(wěn)定的視覺效果。?+5VDoDiD3D4D5D7DoQoD1QiD2Q2D3U1Q3D4374QDoDiD3D4D5D7DoQoD1QiD2Q2D3U1Q3D4374Q4D5Q5D6Q6D7-—Q7K■W'CLA2 A3 A4IOWA5：A61PORT7COMCOMdpgfedebadpgfedcba■COMCOMD1D3012DDD0123QQQQCOM1B 1C1413圖6-6LED動態(tài)顯示軟件譯碼接口電路簡述數(shù)字濾波及其特點。數(shù)字濾波，就是計算機系統(tǒng)對輸入信號采樣多次，然后用某種計算方法進行數(shù)字處理，以削弱或濾除干擾噪聲造成的隨機誤差，從而獲得一個真實信號的過程。這種濾波方法只是根據(jù)預定的濾波算法編制相應的程序，實質上是一種程序濾波。因而可靠性高，穩(wěn)定性好，修改濾波參數(shù)也容易，而且一種濾波子程序可以被