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8.4 数字量输入输出通道 生产过程中的一些开关量、电平信号、脉冲量，以及一些数字传感器等产生的数字信号等，通过数字量输入通道送入计算机。 如果执行机构只要求提供数字量(如开关量、脉冲量或其他形式的数字量)，则应采用数字量输出通道。 数字量（开关量）输入输出通道主要由I/O缓冲和I/O电气两部分构成。 图8-17 数字量输入输出通道构成 输入缓冲器的作用是对外部输入信号进行缓冲、加强和选通。 输出锁存器将CPU输出的数据或控制信号进行锁存，以便放大驱功执行机构作用于被控对象。 I/O缓冲功能可以用可编程接口电路（如Intel8255A）构成，也可用简单接口电路（如74LS240、244、373等）实现。 I/O缓冲 I/O电气转换部分的功能主要是： 滤波、隔离、功率驱动等。 I/O电气 8.4.1 数字量输入调理 来自控制装置或生产过程的各种开关量，首先要进行电平转换，将其通断状态转换成相应的高、低电平，同时还要考虑对信号进行滤波、保护、消除触点抖动，以及进行信号隔离等措施,转换成计算机能够接收的逻辑信号，完成这些功能的电路称为信号调理电路。所采用的一般方法为： 1、用齐纳二极管或压敏电阻将瞬态尖峰嵌位在安全电平上； 2、串联一个二极管来防止反电压输入； 3、用限流电阻和齐纳二极管构成稳压电路作过电压保护； 4、用光电隔离器实现信号完全隔离； 5、用RC滤波器抑制干扰。 图示的输入信号调理电路，可以用于过电压、过电流和反压保护，还可进行RC抗干扰滤波。稳压管VD2 把过电压和瞬态尖峰电压钳位在安全电平上，串联二极管VD1 防止反向电压输入，电阻R1和电容C构成抗干扰的RC滤波器，电阻R1是输入限流电阻，R2为过流熔断保护保险丝。 下图示的输入电路采用了光电隔离器，其输入、输出之间通过光耦合。当开关S闭合时，发光二极管导通发光，光耦合作用使光敏三极管导通，对应“0”状态输入；反之，开关S打开，则发光二极管不发光，光敏三极管截止，对应“1”状态输入。 8.4.2 数字量输出调理 由输出锁存器、光电隔离器、输出驱动器、地址译码器等组成。其中输出锁存器用于锁存CPU输出的数据；光电隔离器是为保证计算机安全、可靠地工作，将CPU与驱动电路的强电及干扰信号隔离；输出驱动器是用以驱动继电器或执行机构的功率放大器。 图8-23 典型的数字量输出通道结构示意图 8.5 信号的标度变换 在微型计算机控制系统中，生产中的各个参数都有着不同的数值和量纲，为进一步进行显示、记录、打印以及报警等操作，必须把这些数字量转换成不同的单位，以便操作人员对生产过程进行监视和管理，这就是所谓的标度变换。标度变换有许多不同类型，取决于被测参数测量传感器的类型，设计时应根据实际情况选择适当的标度变换类型。 另一个方面，如果传感器和显示器的分辨率一定，而仪表的测量范围很宽时，为了提高测量精度，智能化测量仪表应能自动转换量程。 8.5.1 量程自动转换 随着微型机的应用，为了减少硬件设备，现在已经研制出一种可编程增益放大器（Programmable Gain Amplifier，PGA）。它是一种通用性很强的放大器，其放大倍数可根据需要用程序进行控制。采用这种放大器，可通过程序调节放大倍数，使A/D转换器量程信号达到均一化，因而大大提高测量精度。这就是所谓的量程自动转换。 可编程增益放大器有两种：一种是由其他放大器外加一些控制电路组成，称为组合型PGA；另一种是专门设计的PGA电路，即集成PGA。 * * 8.5.2 线性参数标度转换 线性参数标度变换是最常用的标度变换方法，其前提条件是被测参数值与A/D转换结果为线性关系。线性标度变换的公式为： 式中， -----测量仪表量程的下限； -----测量仪表量程的上限； -----实际测量值（工程量）； -----仪表下限所对应的数字量； -----仪表上限所对应的数字量； -----测量值所对应的数字量。 * * 8.5.3 非线性参数标度变换 必须指出，前面讲的标度变换公式，只适用于线性变化的参量。如果被测测量为非线性，上述的3个公式不再适用，需要新建立标度变换公式。 一般而言，非线性参数的变化规律各不相同，故标度变换公式亦需要根据各自的具体情况建立。 * * 8.6 数字滤波技术 数字滤波的必要性及优点: 与RC滤波器结合使