安大模板--第2章-计控--第3次4次课

1、微型计算机控制技术微型计算机控制技术张媛媛张媛媛第二章第二章 输入输出接口技术输入输出接口技术 和输入输出通道和输入输出通道第2页 第一节第一节 概述概述 第二节第二节 I/O控制方式控制方式 第三节第三节 I/O接口设计接口设计 第四节第四节 I/O通道通道 第五节第五节 D/A转换器转换器 第六节第六节 A/D转换器转换器 第七节第七节 I/O通道的抗干扰措施通道的抗干扰措施 第3页I/O通道的主要任务：将由检测器件测取的各种参量变换为计算机可接受的信息形式送入计算机。计算机按控制算法计算后，再将结果以数字量形式或转换为模拟量的形式输出至被控对象，以控制执行机构动作。I/O通道分为： 1）

2、模拟量输入通道； 2）模拟量输出通道； 3）数字量输入通道； 4）数字量输出通道。图图4-1 接口通道示意图接口通道示意图第4页 作用：采集模拟量，转换为数字量，输入给计算机。CPUI/O接口电路A/D控制电路采样保持和放大器采样单元信号处理单元1信号处理单元2信号处理单元n工业装置将信号转换成统一标准的电参量将模拟信号转换为离散信号图图4-2 模拟量输入通道方框图模拟量输入通道方框图第5页 信号处理装置包括标度变换器、滤波电路、线性化处理、电参量间的转换电路等。 标度变换器：把由各种传感器得到的不同种类和不同电平的被测模拟信号变换为统一的标准信号。标度变换器一般包含在变送器中，通常由电阻网络

3、或电桥构成。将传感器输出的直流电流（或电压）变换为统一规格的信号(05V,010V,010mA,020mA,420mA )第6页 滤波电路：工业现场采集的许多模拟信号(通常是1HZ下)，却包含干扰信号（通常是高频噪声，例如50HZ的电源干扰），必须进行信号滤波。 线性化处理及电参量间的转换电路：有些转换后的电信号与被测参量呈现非线性，需要使之线性化。线性化的方式（1）在硬件上采用加负反馈放大器或采用线性化处理电路；（2）通过软件进行分段线性化或非线性校正的方式实现。第7页 采样单元。也称多路转换器或多路切换开关，作用是把已变换成统一电压信号的测量信号按一定的顺序或随机的接到采样保持器上，（在某

4、些不需要采样保持器的场合）或接到数据放大器上。 为什么要用采样单元？因为在模拟量输入通道中多路模拟量输入只采用一个A/D转换器，借助采样单元可以把多路模拟量分时接到A/D转换器进行转换。实现CPU对各路模拟量分时采样的目的。 采样单元一般由开关矩阵及其逻辑控制电路组成。开关矩阵是由被称为模拟开关的开关构成。逻辑控制电路是在软件或通道控制电路的控制下工作的，保证以一定的速度和所要求的次序一个个的选择被测模拟信号的输入。第8页 模拟开关：指以某种方式接通或断开模拟信号的元件或电路。 要求：接通时接触电阻小，减少开关压降；断开时，截止电阻大，可靠断开电路的连接；动作速度快，驱动功率小；使用寿命长。

5、模拟开关分两种： 1、机械触点或开关，如干簧（湿簧）继电器，水银继电器等。这类开关的优点是：导电电阻小，开路电阻大，但响应速度慢，且触点不易清洗，容易产生误动作。多用于100200点/s一下的系统。 2、晶体管开关、场效应管开关、光电耦合开关。优点是速度快，寿命长，无机械磨损，接触电阻低，断开电阻高。第9页 将模拟开关、开关矩阵、逻辑控制电路集成在一起，例如CD4051，单端8通道模拟开关。 CD4051由逻辑电平转换、二进制译码器、8个开关电路组成。 INH为允许输入控制端，当INH 1时，通道断开， INH 0时，允许其中一个通道接通。C、B、A为二进制 控制输入端，改变他们的值二进制译码

6、器可以译出8种状态，并选中其中的一个通道（通道0通道7），使输入与输出接通。第10页第11页改变OUT/IN的接法，可完成“多到一”或“一到多”的转换，分别叫做多路开关或反多路开关。第12页 A/D转换器将模拟信号转换为数字量需转换器将模拟信号转换为数字量需要一定的时间，完成一次要一定的时间，完成一次A/D转换需要转换需要的时间叫做的时间叫做孔径时间孔径时间。对于模拟信号来对于模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差最大转换误差。如果孔径时间一定，。如果孔径时间一定，最最大可能的误差发生在信号过大可能的误差发生在信号过0的时刻的时刻。因。因为此

7、时为此时dU/dt最大，孔径时间最大，孔径时间tA/D一定，一定，则此时的则此时的U U最大。最大。第13页孔径时间孔径时间tA/D第14页 在模拟量输入通道中，有两种情况需要使用采样保持电路： 1.当信号变化频率较高而A/D转换器的转换速度又不快时，会由于孔径误差影响精度。 2.要求采样多个过程参量，且他们的间隔时间非常小。 对于一些慢变的信号，（在1HZ内）只需要采样单元，不需要保持电路。第15页 采样单元或经采样保持电路后的被测采样单元或经采样保持电路后的被测信号通常较弱（信号通常较弱（040mV），需要经），需要经过过运放放大运放放大，从而提高输出电平，实，从而提高输出电平，实现现阻抗

8、匹配阻抗匹配，或经差分放大提高，或经差分放大提高共模共模抑制比抑制比，然后才能送入，然后才能送入A/D转换器。转换器。第16页 阻抗是阻抗是电阻电阻与与电抗电抗在向量上的和。在向量上的和。 电抗包括：容抗和感抗。电抗包括：容抗和感抗。 在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用在直流电的世界中，物体对电流阻碍的作用叫做电阻。叫做电阻。 在交流电的领域中，电容及电感也会阻碍电在交流电的领域中，电容及电感也会阻碍电流的流动，称之为容抗和感抗。它们的计量流的流动，称之为容抗和感抗。它们的计量单位也是欧姆，而其值的大小则和交流电的单位也是欧姆，而其值的大小则和交流电的频率频率有关系，频率愈高则容抗愈小、感

9、抗愈有关系，频率愈高则容抗愈小、感抗愈大，大， 第17页 阻抗匹配是指信号传输过程中阻抗匹配是指信号传输过程中负载阻抗负载阻抗和和信信源内阻抗源内阻抗之间的特定配合关系。之间的特定配合关系。 对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。对于不同特性的电路，匹配条件是不一样的。 例如：负载阻抗的模与辐角和信号源内阻抗例如：负载阻抗的模与辐角和信号源内阻抗相等时，可在负载阻抗上可以得到无失真的相等时，可在负载阻抗上可以得到无失真的电压传输。电压传输。 例如：负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，例如：负载阻抗等于信源内阻抗的共轭值，即它们的模相等而辐角之和为零。这时在负即它们的模相等而辐角之和为零。这时在负

10、载阻抗上可以得到最大功率。载阻抗上可以得到最大功率。 第18页 共模抑制比：放大器对差模信号的共模抑制比：放大器对差模信号的电压放大电压放大倍数倍数与对共模信号的电压放大倍数之比。与对共模信号的电压放大倍数之比。 被用来说明差动放大电路抑制共模信号的能被用来说明差动放大电路抑制共模信号的能力。力。 共模抑制比越大，放大器的性能越好。共模抑制比越大，放大器的性能越好。第19页 因为采样后的信号是一系列的近似平顶的脉冲波，既含因为采样后的信号是一系列的近似平顶的脉冲波，既含有直流成分，又含有交流成分。有直流成分，又含有交流成分。最重要的是平顶部分，最重要的是平顶部分，平顶下降会显著影响测量精度。平

11、顶下降会显著影响测量精度。因此，数据放大器都采因此，数据放大器都采用直流放大器。用直流放大器。要求：高增益，低零漂，宽频带，低噪要求：高增益，低零漂，宽频带，低噪声，高输入阻抗，低输出阻抗。声，高输入阻抗，低输出阻抗。 当多路输入信号电平相差较大时，当多路输入信号电平相差较大时，同一增益的放大器就同一增益的放大器就不合适了不合适了。则采用。则采用可编程放大器可编程放大器（PGA:Pmgrammable Gain Amplifier ），使，使各信号满量程，从而提高多路采样数据的精度。各信号满量程，从而提高多路采样数据的精度。第20页编程实现不同的放大倍数第21页仪用放大器仪用放大器INA128

12、第22页 采样过程是用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。模拟信号f(t),在时间和幅值上都连续用采样开关采样时间上离散幅值上连续的离散离散模拟信号模拟信号离散模拟信号是一连串的脉冲信号，又称为采样信号。离散模拟信号是一连串的脉冲信号，又称为采样信号。采样周期：采样开关两次闭合的时间间隔采样周期：采样开关两次闭合的时间间隔T。采样时间：采样开关闭合的时间。采样时间：采样开关闭合的时间。第23页 一个计控系统中的模拟输入量可能有多个。计算机利用采样开关对各输入量逐个采样，依次处理，再逐个输出，实现对多个通道和控制回路的分时控制。 按照分时控制的特点，在一个周期内，计算机对全

13、部通道进行一次按顺序的或随机的采样，得到一组不同通道的输入信号。对于每个通道来说，只是在采样时间内向计算机输入信号。A/D转换器从每个通道得到的是一串以采样周期为周期，以采样时间为脉宽，以采样时刻的信号幅值为幅值的脉冲信号脉冲信号。第24页 采样得到的离散模拟信号采样得到的离散模拟信号f*(t)00*)()()()()(nnnTttfnTtnTftfT的选择很重要的选择很重要，T过大会丢失信息，过大会丢失信息，T过过小则导致过多的数据存储和计算量。因此小则导致过多的数据存储和计算量。因此在选择采样间隔时必须满足采样定理。此在选择采样间隔时必须满足采样定理。此时采样后的信号可以通过理想低通滤波器

14、时采样后的信号可以通过理想低通滤波器恢复出原信号，说明信息没有丢失。恢复出原信号，说明信息没有丢失。采样频率要满足香农采样定理。采样频率要满足香农采样定理。过程惯性越大，倍数可以取得越大。过程惯性越大，倍数可以取得越大。工程上一般取工程上一般取max)104(smax2s第25页 采样后的信号（采样信号），时间上离散、幅值上任意。它本质上仍然是模拟信号，不能直接送入计算机进行处理。必须要经过量化处理才能变为数字信号。 量化过程：是用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号，是有误差的。第26页第27页第28页功能：把计算机的计算结果（数字量）转换为模拟量，并输功能：把

15、计算机的计算结果（数字量）转换为模拟量，并输出到被选中的某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。出到被选中的某一控制回路上，完成对执行机构的控制动作。通常通常由由D/A转换器、输出保持器、反多路开关、低通滤波电路、转换器、输出保持器、反多路开关、低通滤波电路、功放电路组成。功放电路组成。第29页因为计算机控制是分时的，每个输出回路只能周期地在一个时间片上得到输出信号，所以此时执行机构得到的实际上是时间上离散的时间上离散的模拟信号，而不是执行机构所要求的连续的模拟信号。因此，就必须有输出保持器，将前一采样时刻的输出信号保持下一个采样时刻到来。输出保持有两个方案：数字量保持方案；模拟量保持方案。

16、第30页每个通路的输出数据由独立I/O接口或D/A转换器的数据寄存器保持。前一采样时刻的输出值一直可以供D/A转换器使用，直到下一采样时刻的到来。优点：速度快，精度高，工作可靠，节省多路开关。缺点： 需要多个D/A转换器，增加成本和电路的复杂度。微机I/O接口电路D/A转换器D/A转换器.通路1通路n第31页在CPU控制下， D/A转换器分时工作，利用反多路开关依次把D/A转换器转换成的离散模拟信号传送给各路模拟量输出保持器。通常都采用零阶保持器。输出保持器之后的信号变成连续的模拟信号，但仍然是阶梯状的，必须经过滤波电路使其变得平滑。微机I/O接口电路D/A转换器多路开关输出保持器输出保持器通

17、路1通路n第32页模拟量输入通道的过程就是采样和量化的过程。模拟量输出通道的过程是模拟量输入通道的逆过程。对照书57页图2-46和图2-47分析。信号A是模拟信号，经过采样之后的B信号为采样信号（幅值连续，时间断续），经过A/D转换为C信号是数字信号，数字信号D经过D/A转换为时间上断续的模拟信号E，再经过保持器转换为模拟信号F。此后，信号F还需要滤波。第33页 数字信号类型不同，则数字量输入通道数字信号类型不同，则数字量输入通道的结构不同。的结构不同。 （1 1）TTLTTL电平的编码数字。电平的编码数字。 （2 2）脉冲列。）脉冲列。 （3 3）操作台、转换操作台、转换开关开关、现场行程、

18、现场行程开关开关等的触点等的触点接通或断开的信号接通或断开的信号。第34页（1 1）TTLTTL电平的编码数字。电平的编码数字。可将其直接连到并行接可将其直接连到并行接口电路的输入端口上；有时也可以再加一个光电隔口电路的输入端口上；有时也可以再加一个光电隔离电路抗干扰。离电路抗干扰。 光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、光电耦合隔离器按其输出级不同可分为三极管型、单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如下图所示。它单向晶闸管型、双向晶闸管型等几种，如下图所示。它们的原理是相同的，即都是通过电们的原理是相同的，即都是通过电光光电这种信号转电这种信号转换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成

19、隔离功换，利用光信号的传送不受电磁场的干扰而完成隔离功能的。能的。图图2-5-1 光耦器件光耦器件第35页 光电耦合隔离器的输入输出类似普通三极管的输入输出特性，即存在着截止区、饱和区与线性区三部分。 利用光耦隔离器的开关特性（即光敏三极管工作在截止区、饱和区），可传送数字信号而隔离电磁干扰，简称对数字信号进行隔离。 用光耦的这种线性区对模拟信号进行隔离。 第36页（2 2）脉冲列。）脉冲列。若脉冲频率不高，可用软件计数的方若脉冲频率不高，可用软件计数的方法，将脉冲信号加到并行接口的一个输入端，用查法，将脉冲信号加到并行接口的一个输入端，用查询方法或中断方法对输入脉冲计数。若频率较高，询方法或

20、中断方法对输入脉冲计数。若频率较高，则可在接口电路中加入硬件计数器（例如计数器则可在接口电路中加入硬件计数器（例如计数器/ /定定时器时器82538253）。）。图图2-5-2 8253芯片的功能框图芯片的功能框图第37页（3）操作台、转换操作台、转换开关开关、现场行程现场行程开关开关等的触点等的触点接通或断开的信号接通或断开的信号。图图2-5-3 各类开关各类开关需要进行需要进行电平转换、滤电平转换、滤波、消抖、光电隔离、波、消抖、光电隔离、继电器隔离继电器隔离等措施。等措施。第38页 输出的数字信号分三类： （1）编码数字。可以直接从I/O接口电路的输出端送出，一般来说数据需要锁存。 （2

21、）“1”或“0”的开关信号。输出通道中一般加入电路，功率放大电路。 （3）脉冲信号。应该在输出通道加入第39页 （1）模拟量输入通道中的信号处理装置所包括的基本部分，及其作用？ （2）模拟量输入通道包括的基本部分？ （3）孔径时间定义？A/D转换误差的百分数与谁成正比？ （4）数字量输入通道需要考虑什么问题？第40页 作用：把数字量转换成模拟量。作用：把数字量转换成模拟量。 分类：分类：并行和串行。并行和串行。并行并行D/A转换器，较常转换器，较常用，分为用，分为电流相加型和电压相加型电流相加型和电压相加型。转换。转换速度较快。串行速度较快。串行D/A转换器有特殊的用途，转换器有特殊的用途，如

22、步进电动机的控制就必须用串行如步进电动机的控制就必须用串行D/A转换转换器。器。 原理：原理：“按权展开，然后相加按权展开，然后相加”。D/A转换转换器内部有一个解码网络，以实现按权值分器内部有一个解码网络，以实现按权值分别进行别进行D/A转换。转换。第41页 数字量的表示方法：由有限个数位组成，每个数位代表一定的权。位权表示所得到的模拟量与数字量成正比，实现了D/A转换。 D/A转换器主要由两部分组成。电阻网络实现数字量向模拟电流的转换，运放则完成模拟电流相加并变为模拟电压输出。D/A转换器还需要切换开关和基准电压。 常用的电阻网络：权电阻网络和T型电阻网络。第42页MSBLSBS1.sn,

23、有两种接法，向左则接地，向右接高电平有两种接法，向左则接地，向右接高电平UR。接地，则相应的接地，则相应的Di为为0；接高电平，则相应的；接高电平，则相应的Di为为1。T型网络只用两种数值型网络只用两种数值的电阻：的电阻：R和和2R。特点。特点是任何一个节点的三个是任何一个节点的三个分支的等效电阻相等，分支的等效电阻相等，为线性网络。为线性网络。第43页输出端电压输出端电压Uo与输入的与输入的二进制数、反馈电阻二进制数、反馈电阻Rf、标准电压标准电压Ur有关。有关。第44页 工作原理：先把数字量转换为一系列的脉冲，一个脉冲相当于数字量的一个单位，再把每个脉冲变成单位模拟量，然后将所有单位模拟量

24、相加，从而得到和数字量成正比的总的模拟量输出。 特点：速度慢。用于一些特殊的场合。例如：步进电机的控制。第45页脉冲发生器控制电路环形分配器功率放大步进电动机计数器D脉冲输出数字量数字量D被置入计数器中，开放被置入计数器中，开放脉冲控制电路脉冲控制电路。环形分配器将控制信号脉。环形分配器将控制信号脉冲按一定规律循环分配给步进电机的每个绕组。冲按一定规律循环分配给步进电机的每个绕组。调节调节多圈电位器上的多圈电位器上的电电压输出压输出。同时计数器减法计数。当数字为同时计数器减法计数。当数字为0时，控制门关闭。脉冲输出被封锁。时，控制门关闭。脉冲输出被封锁。输出的脉冲数目正好是输出的脉冲数目正好是

25、D。步进电机的转角和多圈电位器的输出电压正比。步进电机的转角和多圈电位器的输出电压正比于数字量于数字量D，实现了串行，实现了串行D/A转换。转换。多圈电位器第46页N2满刻度值分辨率第47页 DAC0832芯片为芯片为20引引脚，双列直插式封装。脚，双列直插式封装。 （1）数字量输入线）数字量输入线D7D0（8条）条） （2）控制线（）控制线（5条）条） （3）输出线（）输出线（3条）条） （4）电源线（）电源线（4条）条） CSWR1AGNDD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC083211098765432201415161

26、71819131211第48页 ILE：（input latch enable)允许输入锁存。 (chip select)片选信号。它与ILE结合起来用以控制 是否起作用。 ：写信号1。在片选和ILE有效下，用它将数字输入并锁存于输入寄存器中。 ；写信号 2。其有效时，用它将输入寄存器中的数字传送到8位 DA寄存器中锁存。 ：(transfer)传送控制信号。用它来控制 是否起作用。CS1WR2WRXFER1WR2WRCSWR1AGNDD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC0832110987654322014151617181

27、9131211第49页 DI0DI7：8位数字输入。DI0为最低位。 IOUT1：模拟电流输出1。当DAC寄存器中全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0 IOUT2：模拟电流输出 2。 IOUT1的互补输出。 IOUT1+ IOUT2常数 Rfb：反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈电阻。该端可以直接接到运放输出端，相当于在运放输入输出间接一个反馈电阻。 VR E F：基准电压输入。可以选择在10V-10V范围。 VCC：电源电压。5V15V，最佳用十15V。 AGND：模拟地。芯片模拟电路接地点。 DGND：数字地。芯片数字电路接地点。CSWR1AGN

28、DD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC08321109876543220141516171819131211第50页 两级锁存器：8位输入寄存器和8位DAC寄存器。 第一级的锁存信号是ILE。第二级的锁存信号是/XFER。 DAC0832可工作在双缓冲器工作方式，有效的提高了转换速度；还可使多个D/A转换器同步输出。第51页 工作原理：当ILE为高电平， 和 为低电平时，输入寄存器的锁存使能端 为1，此时，8位数字量通过DI引脚输入寄存器，这是数据输入的过程；然后使 由低变高， 变为低电平，输入的数据被锁存。 DAC0823具

29、有两级8位锁存器，可以工作在单缓冲方式下。也可以工作在双缓冲器模式。 /WR2=0 ，/XFER =0，DAC寄存器为不锁存状态。 /WR1=0，/CS=0，ILE=1 ，输入寄存器为不锁存状态。 故，若不锁存，直接转换，称为直通工作方式。CS1WR1WR1LE1LE第52页 技术指标技术指标（1）分辨率：当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小。对于一个N位的DA转换器其分辨率为： （2）电流建立时间：1S，指从输入数字信号起，到输出电压或电流到达稳定值所需时间，称为建立时间。 （3）满量程误差：1LSB（最低有效位） （4）基准电压范围：+10-10V （5）低功耗20mW （6）单一电

30、源+5 +15VN2满刻度值分辨率 第53页 直通方式：直通方式：输入寄存器和输入寄存器和DAC寄存器都工作于直通寄存器都工作于直通状态状态。8位数字信号一到达输入端位数字信号一到达输入端立即立即加到加到D/A转换转换器，被转换为模拟量。在用器，被转换为模拟量。在用DAC0832构成波形发生构成波形发生器时，把要产生的基本波形数据存在器时，把要产生的基本波形数据存在ROM中，然后中，然后连续取出送到连续取出送到DAC0832去转换为电压信号。这种情去转换为电压信号。这种情况下况下不需要任何外部控制信号不需要任何外部控制信号，于是可以采用直通，于是可以采用直通方式。方式。第54页 单缓冲方式单缓

31、冲方式：把两个寄存器中的：把两个寄存器中的一个设为直通方式一个设为直通方式，用另一个完成锁存。用另一个完成锁存。一般将一般将 ， 接地，接地，DAC处处于直通状态。把于直通状态。把ILE接到高电平，接到高电平， 接端口译码。接端口译码。 接接CPU系统总线的系统总线的 信号。这样可以通过执行一信号。这样可以通过执行一条条OUT指令，选中该端口，使指令，选中该端口，使 和和 有效，启有效，启动动D/A转换，输入寄存器为受控锁存状态。转换，输入寄存器为受控锁存状态。CSCSXFER1WR1WRWR2WR第55页 双缓存方式:主要用于以下两种情况。 第一种：在将某个数据转换为模拟信号输出的同时可以采

32、集下一个数字，将其先存在第一级锁存中。这样可以提高转换速度。 在需要同步进行D/A转换的多路DAC系统中，需要采用双缓冲方式。可以在不同的时刻把要转换的数据分别打入各个0832的输入寄存器，然后由一个转换命令同时启动多个DAC寄存器，同时开始D/A转换。第56页 DAC0832是电流输出的，有两个互补的输出端IOUT1 和IOUT2 。但是通常要求D/A转换的输出应该是电压，因此，需要在DAC0832的输出端接一个运放，将电流信号变为电压。 可以接成单极性电压输出或双极性电压输出。第57页 可以将Uout与Rfb短接， 。 或如图连接，反馈电阻R0，电位器RP。 UoutIout* R0 模拟

33、量Vref与数字量的关系。图图2-5-6 单极性单极性DAC的接法的接法第58页 在需要双极性输出的情况下，可以采用下图所示接线。此时。所以此时的数字量实际上是用补码形式表示的。图图2-57 双极性双极性DAC的接法的接法第59页 8位二进制代码的最高位是符号位。位二进制代码的最高位是符号位。 原码：正数的符号位是原码：正数的符号位是0，负数的符号位是，负数的符号位是1。 反码：符号位不变，其余各位是原码的相反反码：符号位不变，其余各位是原码的相反数。数。 补码：反码加补码：反码加1。 偏移二进制码：补码的最高位取反。偏移二进制码：补码的最高位取反。第60页第61页第62页 单缓冲方式单缓冲方

34、式 启动语句：启动语句： START：MOV AL，DATA； 取取8位数据位数据 OUT PORT，AL； 数据送到数据送到DAC0832输入寄存器锁输入寄存器锁 存，开始转换存，开始转换第63页 技术指标：分辨率12位。电流建立时间为1S，供电电源+5+15V，基准电压-10+10V。 特点：可以进行零位和满量程调节；与通用微机直接接口；三种工作方式；四象限输出。 特殊引脚： 字节顺序控制。高电平时，输入锁存中的12个单元都被使能。低电平时，只使能锁存器中低4位。2/1 ByteByte第64页12位D/A转换器DAC1210 12位电流输出型D/A转换器 第65页 双极性和单极性输出方式

35、。 分辨率（最低位对应的电压大小不同）高于DAC 0832，高16倍。例如Vref=10V,若单极性输出，0000 0001，输出电压约为39.06mV;DAC1210, 0000 0000 0001约为2.44mV. D/A转换器也可以接成电流输出方式：可以有010mA或420mA两种输出电流。第66页 DAC1210有12位数据输入线，当与8位的数据总线相连时，因CPU输出数据是按照字节操作的，故需要用两条输出指令方可。 为避免两次输出指令间在D/A输出端出现扰动，必须使数据的低8位和高4位同时送入DAC1210的12位输入寄存器。往往加入两级数据缓冲器来解决该问题。由于DAC1210内部

36、就有两级缓冲结构，也可以将它直接和CPU相连。 MOV AL,DATAL; 低8位数据送入第一级缓冲器 OUT U2PORT,AL; MOV AL,DATAH; 高4位数据送入第一级缓冲器 OUT U1PORT,AL; OUT PORT,AL; 12位数据打入第二级缓冲器第67页DACl210DACl210与与CPUCPU的连接的连接光电隔离的作用：是使微机部分和模拟输出通道的模拟部分光电隔离的作用：是使微机部分和模拟输出通道的模拟部分在电气上隔开，避免干扰在电气上隔开，避免干扰。第68页 电流输出方式电流输出方式 量程选择：量程选择：010mA直流电流，当选择开关直流电流，当选择开关“S”的

37、的1、2短接。短接。 当选择开关当选择开关“S”的的1、3短接，短接，420mA直流电流直流电流D/A转换器也可以接成电流输出方式第69页 分辨率：表示当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小。反应数字量输出对执行部件控制的灵敏程度。分辨率高则成本和复杂度高。 稳定时间：输出达到并保持在所给定的百分数误差范围内所需要的时间。 输入编码：二进制码、BCD码等。 线性误差：应该是1LSB。 输出方式和极性选择：电压或电流输出，单极性或双极性输出。 温度范围：-4085或070度。 使用调整：零位调整、满刻度较准、线性度测量。第70页图图6-1-1 A/D转换器功能转换器功能第71页 结构：由计数

38、器、D/A转换器、比较器组成。 原理即工作过程：计数器先清零，启动后对时钟计数，计数器输出经过D/A转换后输出的电压U0与模拟输入电压Ui进行比较。边计数边比较，直到U0=Ui，则比较器送出转换结束信号，停止计数。此时计数器的输出即为转换的模拟电压信号Ui对应的数字量。 特点：结构简单，价格便宜，但是速度慢。图图6-1-2 计数器式计数器式A/D转换器工作原理转换器工作原理第72页 首先对未知模拟量进行固定时间的积分，得到一个与未知电压成正比的积分值。 然后积分器与一个标准电压相连，对它进行反向积分，直到返回积分起始值。同时用计数器对反向积分的时间计数。当积分结束时得到计数器的值，这是一个数字

39、量。 反向积分的时间与输入的未知模拟量成正比。故计数器的值也与该模拟量成正比。即实现了A/D转换。图图6-1-3 双积分式双积分式A/D转换器工作原理转换器工作原理第73页图图6-1-4 电路工作原理电路工作原理图图6-1-5 双积分原理双积分原理第74页 逐次逼近式A/D转换器是一种反馈比较型A/D转换器。 基本工作原理是： (1)取一个数字量加到D/A转换器，于是得到一个输出模拟电压。 (2)将这个模拟电压与输入的模拟电压信号比较。如果两者不等，则调整所取的数字量，直到两个模拟电压相等为止，最后所取的数字量就是所求的转换结果。 第75页图图6-1-6 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理框图

40、转换原理框图第76页第77页 分辨率：通常用转换后数字量的位数表示。如8位，表示它可以对满量程的 的增量作出反应。 n位二进制数最低位具有的权值就是它的分辨率。 量程：所能转换的电压范围，如5V,10V。81/21/256第78页 转换精度：转换后的结果相对于实际值的准确度。绝对精度绝对精度和相对精度相对精度两种。绝对精度用数字量的位数表示。相对精度用相对于满量程的百分比表示。 如 8 位AD转换器，满量程为10V。 绝对精度为: ，即 相对精度为l281000.39 。 转换时间:转换时间是指启动AD到转换结束所需的时间，几us几百ms。 工作温度范围：较好的转换器件工作温度为-40 85，

41、 差的只有0 70。0.5LSB8111019.52 2VmV 第79页三、常用三、常用A AD D转换器转换器（一）（一）A AD D转换器转换器ADC0808ADC0808 ADC0809ADC0809 采用逐次逼近方式，采用逐次逼近方式，8通路通路8位位AD转换芯片，采用转换芯片，采用CMOS工艺，双列直插式封装器件。工艺，双列直插式封装器件。 主要特点：主要特点： 分辨率分辨率 8 8 位；位； 转换时间转换时间100100 s s； 温度范围温度范围-40 -40 +85 +85 ； 可使用单一的可使用单一的 +5V+5V电源；电源； 可直接与可直接与CPUCPU连接；连接； 输出带

42、锁存器；输出带锁存器； 逻辑电平与逻辑电平与TTLTTL兼容。兼容。第80页1) 1) 电路组成及引脚功能电路组成及引脚功能 ADC0809有有28条引脚。条引脚。OE1、8通道多路模拟开通道多路模拟开关由地址锁存器和译关由地址锁存器和译码器控制，可以在码器控制，可以在8个输入通道中任意接个输入通道中任意接通一个通道的模拟信通一个通道的模拟信号。号。2、无需调零和满量、无需调零和满量程调整。程调整。3、有锁存器，易于、有锁存器，易于和和CPU接口。接口。 图图6-1-6 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换原理框图转换原理框图第81页2) 2) 工作原理工作原理OE逐次逼近A/D转换器（1 1）控制

43、逻辑用来控制逐次控制逻辑用来控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取取“1”1”。（2 2）然后把数字量送到开关然后把数字量送到开关树组，用来控制树组，用来控制8 8位开关与位开关与参考电平相连。参考电平相连。（3 3）参考电平经过参考电平经过256R256R电阻电阻分压器得到分压器得到UoUo，UiUi与与UoUo在比较器中比较。当前者大在比较器中比较。当前者大时，该位为时，该位为1 1。逐次逼近，。逐次逼近，得到与得到与UiUi相当的数字量。相当的数字量。（4 4）经过缓冲锁存器输出，经过缓冲锁存器输出，并发送转换结束脉冲。并发送转换结束脉冲。第82页 2. 引脚结构

44、。双列直插式封装，共有引脚结构。双列直插式封装，共有28条引脚。条引脚。 IN5D7D6D0D1D2D3D4D5Vref(+)OEGNDVccADDCADC08091109876543220141516171819131211IN3IN4IN7IN6STARTEOCCLOCKVref(-)ALEADDAADDBIN0IN1IN22827262524232221ADC0809引脚图引脚图START：启动转换，高电平时开始：启动转换，高电平时开始A/D转换。转换。EOC:转换结束信号。转换结束后，从该引脚发出一转换结束信号。转换结束后，从该引脚发出一个正脉冲，表示转换结束。可用作个正脉冲，表示转换

45、结束。可用作A/D转换结束的检转换结束的检测信号或中断请求信号。测信号或中断请求信号。OE：输出允许信号。允许从：输出允许信号。允许从A/D转换器锁存器中读取转换器锁存器中读取数字量。数字量。ALE：高电平时，允许：高电平时，允许C、B、A表示的某个通道的模表示的某个通道的模拟电压被接入转换器。拟电压被接入转换器。ADDA，ADDB，ADDC：通道选择端。：通道选择端。 ADDC为最为最高位。若它们全为高位。若它们全为1，即，即111，表示，表示IN7通道被接入。通道被接入。VREF(+),VREF(-):参考电压端子。用来提供参考电压端子。用来提供D/A转换转换器权电阻的标准电平。器权电阻的

46、标准电平。第83页3) A/D3) A/D转换器接口转换器接口 A/D转换器的接口设计转换器的接口设计 输入模拟电压的连接输入模拟电压的连接AD的输入模拟电压的输入模拟电压单端输入单端输入双端差动输入双端差动输入正向信号：把正向信号：把VIN(-)接地，信号加到接地，信号加到VIN(+)端；端；负向信号：把负向信号：把VIN(+)接地，信号加到接地，信号加到VIN(-)端。端。单端输入单端输入差动输入差动输入: 模拟信号加在模拟信号加在VIN(-)端和端和VIN(+)端之间。端之间。ADC0804第84页ADC0808/0809单端、单极性输入：单端、单极性输入：VREF(+)= 5v, VR

47、EF(-)= 0v 双极性输入：双极性输入： VREF(+) 和和 VREF(-) 接接+、- 极性参考电源极性参考电源 数据输出的方式数据输出的方式AD转换器转换器数据输出方式数据输出方式 具有可控的三态输出门具有可控的三态输出门不带三态输出门，或虽有三态输出门，但不带三态输出门，或虽有三态输出门，但它不受外部信号控制。它不受外部信号控制。第85页 1、输入模拟电压的连接方式：单端输入、双端差动输入（双极性输入）。 2、数据输出和系统总线的连接：若芯片内部有三态输出门，则数据输出线可以直接和系统数据线相连。如ADC0809和AD574；若芯片内部没有三态输出门，或虽有三态门，但不受外部信号控

48、制，而是在转换结束时自动打开输出门，此时应外加输入缓冲器或通过并行I/O接口和CPU数据总线相连。第86页 3、A/D转换启动信号：启动信号分为电平启动和脉冲启动。电平启动的转换器在转换全过程中，有效电平不能撤销。脉冲启动则只需要提供一个足够宽度的有效脉冲就可以了。 4、转换结束信号及转换数据读取：转换结束信号也分为电平信号和脉冲信号。CPU检测到有效的转换结束信号后，才可以读取数据。CPU可以用三种方式和A/D转换器进行数据传送。 4.1 程序查询方式:用程序不断读取转换结束信号。 4.2 中断方式:把转换结束信号接到CPU中断请求输入端。适用于A/D转换时间较长的情况。 4.3 固定的延迟

49、程序方式：必须预先精确知道完成一次A/D转换需要的时间。在CPU发出启动转换命令后执行一个固定时间的延迟程序，延时到后，开始读数据。第87页 ( (二二) ) 举例举例第88页LS7402用一条输出指令启动某一通道的转换，如下程序所示。用一条输出指令启动某一通道的转换，如下程序所示。转换结束后，转换结束后，8259A向向CPU发出中断请求，发出中断请求，CPU响应中断后，转去执行中断服务程响应中断后，转去执行中断服务程序。在中断服务程序中，用一条输入指令即可将转换后的某一通道数据，读入序。在中断服务程序中，用一条输入指令即可将转换后的某一通道数据，读入AL中。中。第89页芯片性能芯片性能1、采

50、用原理、采用原理 逐次逼近式逐次逼近式2、误差、误差 0.5/1LBS3、转换时间转换时间 25 S4、内部结构内部结构 三态缓冲器、时钟脉冲源和基准电源三态缓冲器、时钟脉冲源和基准电源5、电源电压、电源电压 +-15V，5V6、模拟电压范围、模拟电压范围 010V,020V,0+-5V,0+-10V7、分辨率分辨率 12位位8、时钟、时钟内部时钟内部时钟 9、工作方式、工作方式全速工作方式，单一工作方式全速工作方式，单一工作方式 （二）（二） 12位位A/D转换器转换器AD574第90页第91页第92页CSC8第93页2) 芯片各引脚功能芯片各引脚功能两种两种不同不同量程量程模拟量模拟量输入

51、输入供选择供选择uiuo精度为精度为0.25LSB第94页 单极性输入电路单极性输入电路第95页 双极性输入电路双极性输入电路第96页A0：转换和读字节选择信号。：转换和读字节选择信号。转换有效时若转换有效时若 A0 =0，启动，启动12位转换；位转换； A0 =1，启动，启动8位转换；位转换；读信号有效时，读信号有效时， A0 =0，读取转换后的高，读取转换后的高8位数据，位数据，A0 =1时，读取转换后的低时，读取转换后的低4位数据。位数据。(低低4位位+0000) 转换结果输出：转换结果输出： 引脚引脚12/ =1：D11-D0并行输出；并行输出； 引脚引脚12/ =0：D11-D8和和D7-D0分时输出；分时输出； 88第97页第98页第99页AD574使用时需要注意的问题使用时需要注意的问题第100页第101页12位位A/D转换器转换器AD574与与CPU连接。查询方式。连接。查询方式。输入电压为双极性，输入电压为双极性，page81 图图2-75第102页运算放大器741芯片是双电源供电电压跟随器第103页第104页开开 始始置置A口为输入方式口为输入方式送转换结束送转换结束信号信号读入读入PA2线线使使A/D复位复位C P U 读 数读 数据据结束结束转换结束吗？转换结束吗？Y N第105页第106页第107页第第7节节 I/O通道的抗干扰措施通道