第2章 输入输出接口与过程通道-2

1、2.1 2.1 总线技术总线技术2.2 2.2 总线扩展技术总线扩展技术2.3 2.3 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道2.4 2.4 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道 2.5 2.5 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道2.6 2.6 基于串行总线的计算机控制系统硬件技术基于串行总线的计算机控制系统硬件技术2.7 2.7 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术2.4 2.4 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道 2.42.4模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道2.4.1 2.4.1 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成 模

2、拟量输入通道的任务是把系统中检测到的模拟模拟量输入通道的任务是把系统中检测到的模拟信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。信号，变成二进制数字信号，经接口送往计算机。 由图可知，模拟量输入通道一般由由图可知，模拟量输入通道一般由I/VI/V变换，多变换，多路转换器，采样保持器，路转换器，采样保持器，A/DA/D转换器，接口及控制转换器，接口及控制逻辑逻辑等组成。等组成。图图2.14 模拟量输入通道的组成结构模拟量输入通道的组成结构2.4.2 2.4.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换1. 信号调理电路信号调理电路 信号调理电路将传感器的非电量或非标准电信号信号调理电路将传感器的非

3、电量或非标准电信号转换成标准电信号。常用的手段有变换、放大、滤波、转换成标准电信号。常用的手段有变换、放大、滤波、线性化、补偿等。线性化、补偿等。1）非电信号检测）非电信号检测-不平衡电桥不平衡电桥激励源接哪里？激励源接哪里？输出从何处得到？输出从何处得到？ R2=R3，R1=100 ， Rpt=100 (0) 电桥处于什么状态，输出是多少？电桥处于什么状态，输出是多少？ 温度变化时，铂电阻阻值温度变化时，铂电阻阻值热电阻测温电桥热电阻测温电桥pt00( )( )R tRt tRR 热电阻连接导线产生测量误差及消除方法热电阻连接导线产生测量误差及消除方法 热电阻的连接导线很热电阻的连接导线很长

4、时，采用两线制则将导长时，采用两线制则将导线电阻计入测量桥臂，引线电阻计入测量桥臂，引起测温误差。起测温误差。 采用三线制接线则会采用三线制接线则会抵消导线电阻的影响。抵消导线电阻的影响。 要求三根线要等长度、要求三根线要等长度、等线经、同质材料。等线经、同质材料。 补偿原理是什么？补偿原理是什么？ 三线制接线，引线三线制接线，引线A和引线和引线B分别分别处于不同的桥臂，导线电阻及其温处于不同的桥臂，导线电阻及其温度变化会相互抵消。度变化会相互抵消。热电阻三线制接线图热电阻三线制接线图R3R2R12 2） 信号放大电路信号放大电路信号放大是最常用的调理电路。传感器输出信号信号放大是最常用的调理

5、电路。传感器输出信号达不到标准电平，必须放大。放大器一般均由运放构成。达不到标准电平，必须放大。放大器一般均由运放构成。运放选择：精度（失调及失调温漂），速度运放选择：精度（失调及失调温漂），速度(带带宽宽)，摆幅（电源电压范围），共模抑制比。，摆幅（电源电压范围），共模抑制比。2 2） 信号放大电路信号放大电路（1） 采用采用ILC7650的前置放大电路的前置放大电路 ILC7650是自校零低失调电压放大器。是自校零低失调电压放大器。失调电压失调电压Vos：0.7uV，失调温漂，失调温漂0.01uV/ ;输入电阻输入电阻106M，单位增益带宽，单位增益带宽2MHz；输出摆幅输出摆幅-4.85

6、V4.95V，增益，增益1-500；CMRR 130dBILC7650ILC7650的前置放大电路的前置放大电路（2 2） AD526AD526可编程仪用放大器可编程仪用放大器 AD526 AD526 一般介绍一般介绍 AD526是单端、单芯片软件可编程增益放大器。有是单端、单芯片软件可编程增益放大器。有1、2、4、8、16五种增益。它含有放大器、电阻网络和五种增益。它含有放大器、电阻网络和TTL兼容的锁存输入，无需外部器件即可工作。兼容的锁存输入，无需外部器件即可工作。 低增益误差和低非线性度使低增益误差和低非线性度使AD526非常适合需要可编非常适合需要可编程增益的精密仪器应用。程增益的精

7、密仪器应用。 增益为增益为16时，小信号带宽为时，小信号带宽为350kHz。FET输入级的偏输入级的偏置电流低至置电流低至50pA。利用激光调整技术，可保证最大输入。利用激光调整技术，可保证最大输入失调电压为失调电压为0.5mV。增益在。增益在1、2、4时，增益误差低至时，增益误差低至0.01%。 (VOF)(VOS)/CLKA0A2 AD526 AD526 引脚引脚DGND 数字地AGND1 模拟地1 AGND2 模拟地2 AD526内部结构图内部结构图 AD526 AD526 工作模式工作模式透明模式透明模式 （CLK接地）接地） 引脚引脚B=1，CS=0，A2A1A0 的值决定放大器增益

8、。增益的值决定放大器增益。增益 随随A2A1A0变化。变化。 锁存模式锁存模式 (CLK 由逻辑控制由逻辑控制) 引脚引脚B=1，CS=0， A2A1A0的值在的值在CLK=1时被锁存；当时被锁存；当CLK=0时，锁存解除。易于与时，锁存解除。易于与CPU接口。接口。 增益控制表增益控制表 AD526 基本接法基本接法DGNDCSAGND2AGND1BVOFVOS2. I/V2. I/V变换变换功能：将变送器输出的标准信号功能：将变送器输出的标准信号0 010mA10mA或或4 420mA20mA，变，变 换成标准换成标准0 05V5V电压信号电压信号。 1. 1. 无源无源I/VI/V变换变

9、换无源无源I IV V变换主要是利用无源器件变换主要是利用无源器件电阻电阻来实现，并加来实现，并加滤波和输出限幅滤波和输出限幅等保护措施。等保护措施。滤波保护输入：输入： 0 010mA10mA输出：输出： 0 05V 5V 电阻值：电阻值：R1=100 R1=100 R2=500( R2=500(精密电阻精密电阻) )输入：输入： 4 420mA20mA输出：输出： 1 15V5V电阻值：电阻值：R1=100R1=100， R2=250(R2=250(精密电阻）精密电阻）2.2.有源有源I/VI/V变换变换有源有源I IV V变换由运算放大器、电阻等组成。同相放大电变换由运算放大器、电阻等组

10、成。同相放大电路，路，把电阻把电阻R R1 1上产生的输入电压变成标准的输出电压上产生的输入电压变成标准的输出电压。输入：输入：0 010mA10mA，输出：，输出：0 05V5V电阻值：电阻值：R1=200R1=200, R3=100K, R4=150K, A=2.5 R3=100K, R4=150K, A=2.5输入：输入：4 420mA20mA，输出：，输出：1 15V 5V 电阻值：电阻值： R1=200R1=200, R3=100K, R4=25K, A=1.25 R3=100K, R4=25K, A=1.25341RRA 同相放大电路的同相放大电路的放大倍数为放大倍数为输入电流输入

11、电流I I在取样电阻在取样电阻R R2 2上产生电压，就是运放上产生电压，就是运放1 1的输的输出，出，V VO1O1= -IR= -IR2 2。运放运放2 2将将V VO1O1反相，并给予一定的增益。反相，并给予一定的增益。V=-VV=-VO1O1* *R Rf f/R/R3 3=I=I（R R2 2/R/R3 3）* *R Rf f令令 R2=250R2=250，R3=1kR3=1k，Rf=4.7kRf=4.7k可调可调I=0I=010mA10mA，R Rf f=2K=2K，V=05V。I=4I=420mA20mA，R Rf f=1K=1K，V=15V。 2.4.32.4.3 多路转换器多

12、路转换器 功能：将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放功能：将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或大器或A/DA/D转换器上。转换器上。 要求：开路电阻无穷大、导通电阻无穷小、切换速度快、要求：开路电阻无穷大、导通电阻无穷小、切换速度快、噪音小、寿命长、工作可靠。噪音小、寿命长、工作可靠。 常用的多路开关都采用电子开关，如常用的多路开关都采用电子开关，如CD4051CD4051，AD7501AD7501。 导通电阻：导通电阻：VDD-VEE=15V，输入幅值，输入幅值15Vp-p，导通电阻为，导通电阻为80 。漏电流：漏电流： VDD-VEE=10V，漏电流为，漏电流为10pA，2.

13、4.4 2.4.4 采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器1.1.信号的采样信号的采样按一定的时间间隔按一定的时间间隔T T，把时间上连续和幅值上也连续的，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻模拟信号，转变成在时刻0 0，T T，2T2T，kTkT的一连串脉的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程冲输出信号的过程称为采样过程. .采样信号是一个离散的模拟信号采样信号是一个离散的模拟信号. .采样周期采样周期: T : T 采样宽度采样宽度: : 香农采样定理香农采样定理: : f2f f2fmaxmax实际应用实际应用:f(5:f(510)f10)fmaxmax图2.22 信

14、号的采样过程2、量化、量化 所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散所谓量化，就是采用一组数码（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。模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是执行量化动作的装置是A/DA/D转换器。转换器。字长为字长为n n的的A/DA/D转换器把转换器把YminYminYmaxYmax范围内变化的采样信号，范围内变化的采样信号，变换为数字变换为数字0 02 2n n -1-1，其最低有效位（，其最低有效位（LSBLSB）所对应的模拟量）所对应的

15、模拟量q q称为量化单位。称为量化单位。2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道例例:12位位A/D转换器转换器,V=10.24V,V=10.24Vmvq25.112224.10量化误差量化误差: 213.3.采样保持器采样保持器(1)(1)孔径时间和孔径误差的消除孔径时间和孔径误差的消除在模拟量通道中，在模拟量通道中，A/DA/D转换器将模拟信号转换成数字转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次量总需要一定的时间，完成一次A/DA/D转换所需要的转换所需要的时间称之为孔径时间。对于模拟信号来说，孔径时间称之为孔径时间。对于模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即

16、时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即为孔径误差。为孔径误差。 孔径误差的百分数和信号频率成正比，为了确保孔径误差的百分数和信号频率成正比，为了确保A/DA/D转换精转换精度，使它不低于度，使它不低于0.1%0.1%，限制信号频率范围，限制信号频率范围3.3.采样保持器采样保持器(2)(2)采样保持原理采样保持原理 A/DA/D转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为这个时间称为A/DA/D转换时间。在采样期间，如果输转换时间。在采样期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。所以在一般入信号变化较大，就会引起转换误差。所以在一般情

17、况下采样信号都不直接送到情况下采样信号都不直接送到A/DA/D转换器，还需加转换器，还需加保持器作信号保持。保持器作信号保持。 采样保持器的基本组成采样保持器的基本组成: :由输入输出缓冲器由输入输出缓冲器A1A1，A2A2和和采样开关采样开关K K，保持电容，保持电容CHCH等组成。等组成。3.3.采样保持器采样保持器（3 3）常用的采样保持器）常用的采样保持器 常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有LF398LF398、AD582AD582等，等，LF398LF398的采样控制电平为的采样控制电平为“1 1”，保持电平为，保持电平为“0 0”，AD582AD582相反。相反。2.4.

18、52.4.5 模拟量输入通道模板应用举例模拟量输入通道模板应用举例PCL-813BPCL-813B是研华公司的是研华公司的ISAISA总线数据采集卡。总线数据采集卡。 主要特点：主要特点： 32路单端模拟量输入路单端模拟量输入 500V DC 隔离保护隔离保护 12位逐次比较式位逐次比较式A/D转换器转换器ADC574A/1674 程序控制程序控制A/D触发及数据传输触发及数据传输 双极性输入：双极性输入： 5V, 2.5V,1.25V,0.625V 单极性输入：单极性输入： 0-10V, 0-5V, 0-2.5V, 0-1.25V 1 1模板组成框图模板组成框图总线接口：总线接口：A A9

19、9-A-A0 0经总线驱动到译码器。经总线驱动到译码器。D D7 7-D-D0 0用总线收发器驱动。用总线收发器驱动。译码电路输出译码电路输出“启动启动STARTSTART”，“读结果低字节读结果低字节RDLRDL”，“读结果读结果高字节高字节RDHRDH”2 2寄存器地址寄存器地址1 1）寄存器地址分配）寄存器地址分配基地址基地址+04+04：A/DA/D转换结果低字节（只读）转换结果低字节（只读）基地址基地址+05+05：A/DA/D转换结果高字节（只读）转换结果高字节（只读）基地址基地址+09+09：增益控制（只写）：增益控制（只写）基地址基地址+10+10：多路转换控制（只写）：多路转

20、换控制（只写）基地址基地址+12+12：A/DA/D转换软件触发转换软件触发2 2）寄存器格式）寄存器格式（1 1） A/DA/D转换结果转换结果DRDYDRDY：数据准备，：数据准备，“0 0”准备好准备好(2) 增益控制增益控制（3 3）通道选择）通道选择C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=00000=00000，选通道，选通道0 0C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=11111=11111，选通道，选通道3131（4 4）软件触发）软件触发写入任意内容均可。写入任意内容均可。3.3.程序设计举例程序设计举例软件触发启动软件触发启动A/D

21、A/D转换，查询转换，查询DRDYDRDY，DRDY=0DRDY=0时读结果。时读结果。编程步骤：编程步骤： 设置增益设置增益 base+09base+09 设置通道加延时（设置通道加延时（5us5us以上）以上）base+10 base+10 软件触发软件触发加延时（加延时（20us20us以上）以上）base+12base+12 查询查询DRDY base+05DRDY base+05 读结果读结果 base+04base+05base+04base+05C程序程序：int i, adch, adcl, chno;outportb(0 x229,0 x01);/增益增益2：0-5V输入输入

22、for(i=0;i20;i+);/延时延时outportb(0 x22a,chno);/写通道号写通道号for(i=0;i50;i+);/延时延时outportb(0 x22c,0); /启动启动A/Ddo adch=inportb(0 x225);/读读DRDY所在寄存所在寄存器器 while (adch&0 x10)=0 x10); /DRDY=1，继，继续查询续查询adch=inportb(0 x225);/读高位结果读高位结果adcl=inportb(0 x224);/读低位结果读低位结果i=(adch&0 x0f)*256+adcl /计算计算A/D的数值的数值汇编程

23、序：汇编程序：MOV DX,0229H ;置增益寄存器地址置增益寄存器地址MOV AL,01H;增益增益2：0-5V输入输入OUT DX,ALCALL L1;调延时调延时5usMOV DX,022AH ;置通道选择寄存器地址置通道选择寄存器地址MOV AL,00H;写通道号写通道号OUT DX,ALCALL L2; 调延时调延时20usMOV DX,022CH ;置软件触发寄存器地址置软件触发寄存器地址MOV AL,00H;启动启动A/DOUT DX,ALMOV DX,0225H ;置状态寄存器地址置状态寄存器地址POLLING:INAL,DX;读状态数据读状态数据TEST AL,000100

24、00B ;测试状态位测试状态位JNZPOLLING;DRDY=1，继续查询，继续查询MOV DX,0225H ;置高位结果寄存器地置高位结果寄存器地址址INAL,DX;读结果高位读结果高位AND AL,0FH;屏蔽出高屏蔽出高4位结果位结果MOV BH,AL;存入存入BHMOV DX,0224H ;置低位结果寄存器地置低位结果寄存器地址址INAL,DX;读结果低位读结果低位MOV BL,AL;存入存入BL2.4.2 2.4.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换1.1.信号调理电路信号调理电路信号调理电路主要通过信号调理电路主要通过非电量的转换、信号的变换、非电量的转换、信号的变换、放大

25、、滤波、线性化、共模抑制及隔离放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。信号调电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。信号调理电路是传感器和理电路是传感器和A/DA/D之间以及之间以及D/AD/A和执行机构之间的和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。2.4.2 2.4.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换1.1.信号调理电路信号调理电路（1 1）非电信号的检测）非电信号的检测- -不平衡电桥不平衡电桥将电阻、电感、电容等参数的变化变换为电压或电流输出的一种将电阻、电感、电容等参数的

26、变化变换为电压或电流输出的一种测量电路。测量电路。图图2.15 2.15 热电阻测量电桥电路热电阻测量电桥电路00()().ptR tRt t RR图图2.16 2.16 热电阻三线制接线图热电阻三线制接线图2.4.2 2.4.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换（2 2）信号放大电路）信号放大电路( (略略) ) 1)1)基于基于ILC7650ILC7650的前置放大电路的前置放大电路2.4.2 2.4.2 信号调理和信号调理和I/VI/V变换变换1.1.信号调理电路信号调理电路( (略略) )2 2）AD526AD526可编程仪用放大器可编程仪用放大器AD526AD526是可通过软

27、件对增益是可通过软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器，器件本身所提供的增进行编程的单端输入的仪用放大器，器件本身所提供的增益是益是x lx l、x 2x 2、x 4x 4、x 8x 8、x16x16等五挡。它是一个完整的等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和包括放大器、电阻网络和TTLTTL数字逻辑电路的器件，使用数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。时不需外加任何元件就可工作。 A/DA/D转换器的作用是将模拟量转换为数字量，它转换器的作用是将模拟量转换为数字量，它是模拟量输入通道的核心部件，是模拟系统和计算是模拟量输入通道的核心部件，是模拟系统和计算机之间的接口。机

28、之间的接口。 uLSBLSB：数字量的最低有效位，对应于满量程输入的：数字量的最低有效位，对应于满量程输入的1/21/2n n。u分辨率：分辨率：通常用数字量的位数通常用数字量的位数n n（字长）来表示，若（字长）来表示，若n n8 8，满量程输入为满量程输入为5.12V5.12V，则，则LSBLSB对应于模拟电压对应于模拟电压 u转换时间：转换时间：从发出转换命令信号到转换结束信号有效的时从发出转换命令信号到转换结束信号有效的时间间隔，即完成间间隔，即完成 n 位转换所需要的时间。位转换所需要的时间。 mV2/V12. 58A AD D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标2.4.5 A/

29、D2.4.5 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术u线性误差：线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用的最大误差定义为线性误差。线性误差常用LSBLSB的分数的分数表示，如表示，如1/2LSB1/2LSB、1/4LSB1/4LSB等。等。u转换量程：转换量程：所能转换的模拟量输入电压范围，如所能转换的模拟量输入电压范围，如0 05V5V，010V010V，5V5V十十5V5V等。等。u转换精度：转换精度：绝对精度指满量程输出情况下模拟量输入绝对精度指满量程输出情况下模拟量输入电压的实际值与理想值之间的差值；相

30、对精度指在满量电压的实际值与理想值之间的差值；相对精度指在满量程已校准的情况下，整个转换范围内任一数字量输出所程已校准的情况下，整个转换范围内任一数字量输出所对应的模拟量输入电压的实际值与理想值之间的最大差对应的模拟量输入电压的实际值与理想值之间的最大差值。转换精度用值。转换精度用LSBLSB的分数值来表示。的分数值来表示。 u逐次逼近式：转换速度快、精度高逐次逼近式：转换速度快、精度高u双斜积分式：抗干扰能力强双斜积分式：抗干扰能力强常用的常用的A/D转换方式转换方式将电压转换为将电压转换为时间或频率时间或频率每一位输入每一位输入电压与内置电压与内置D/A进行比较进行比较2.4.5 A/D2

31、.4.5 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术1. 81. 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809 (1) 8 (1) 8通道模拟开关及通道选择逻辑通道模拟开关及通道选择逻辑 (2) 8(2) 8位位A/DA/D转换器转换器 (3) (3) 三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器2 21212位位A/DA/D转换器转换器AD574AAD574A (1)12 (1)12位位A/DA/D转换器转换器 (2)(2)三态输出锁存缓冲器三态输出锁存缓冲器 (3)(3)控制逻辑控制逻辑3. AD574A/16743. AD574A/1674与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制

32、机接口1.81.8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC08098 8路路ADC0809ADC0809的内部逻辑结构和引脚的内部逻辑结构和引脚 2.4.5 A/D转换器及其接口技术图图2.26 ADC08092.26 ADC0809的逻辑结构框图的逻辑结构框图ADC0809ADC0809是是一种带有一种带有8 8通道模拟开关的通道模拟开关的8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D转换器转换器，转换时间为，转换时间为100us100us左右，线性误差为左右，线性误差为1/2LSB1/2LSB。ADC0809由：由： 8通道模拟开关、通道模拟开关、 通道选择逻辑（通道选择逻辑（地址锁存

33、与译码地址锁存与译码）、）、8位位A/D转换器及三态输出锁存缓冲器组成转换器及三态输出锁存缓冲器组成2.4.5 A/D转换器及其接口技术（1）8通道模拟开关及通道选择逻辑通道模拟开关及通道选择逻辑该部分的功能是实现该部分的功能是实现8选选1的操作，通道选择信号的操作，通道选择信号C、B、A与所选通道之间的关系如下：与所选通道之间的关系如下：2.4.5 A/D转换器及其接口技术（2）8位位A/D转换器转换器 8位位A/D转换器对选送到输入端的信号转换器对选送到输入端的信号Vin进行转换，转换的进行转换，转换的结果结果D存入三态输出锁存缓冲器存入三态输出锁存缓冲器 2.4.5 A/D转换器及其接口

34、技术 在在STARTSTART引脚发一个启动转换命令引脚发一个启动转换命令( (正脉冲正脉冲) )后开始转换，经后开始转换，经100us100us左右转换结束左右转换结束(CLK(CLK为为640kHz)640kHz)。转换结束时，。转换结束时，EOCEOC信号由低信号由低电平变为高电平，通知电平变为高电平，通知CPUCPU读结果。读结果。ADC0809的转换时序图的转换时序图（3）三态输出锁存缓冲器）三态输出锁存缓冲器该部分用于存放转换结果该部分用于存放转换结果D，输出允许信号输出允许信号OE为高电平时为高电平时，D由由DO7DO0上输出；上输出；OE为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时

35、，数据输出线DO7DO0为高阻态。为高阻态。ADC0809的转换时序图的转换时序图2.4.5 A/D转换器及其接口技术1、ADC0809与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口8255A的的A组和组和B组都工作于方式组都工作于方式0，ADC0809与与PC机接口机接口2.4.5 A/D2.4.5 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术A A口口 输入输入( (端口端口A为输入口为输入口) )C C口口( (上半部分为输入上半部分为输入PCPC4 4PCPC7 7输入输入 下半部分为输出口下半部分为输出口PCPC0 0PCPC3 3输出输出) )PCPC3 3-START,ALE -ST

36、ART,ALE EOC-OE,PCEOC-OE,PC7 7PCPC2 2-C-CPCPC1 1-B-BPCPC0 0-A-A1、ADC0809与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口ADC0809的的ALE与与START引脚相连接，引脚相连接，将将PC0PC2输出的输出的3位地址锁存入位地址锁存入ADC0809的地址锁存器并启动的地址锁存器并启动A/D转换。转换。ADC0809的的EOC输出信号端同输出信号端同OE输入输入控制端相连接，当转换结束时，开放数控制端相连接，当转换结束时，开放数据缓冲器据缓冲器EOC信号还连接到信号还连接到PC7，CPU通过查询通过查询PC7的状态而控制数据的输

37、入过程的状态而控制数据的输入过程ADC0809与与PC机接口机接口2.4.5 A/D2.4.5 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术程序设计程序设计 8 8路模拟量采集的程序设计。假定在主程序中已完成对路模拟量采集的程序设计。假定在主程序中已完成对8255A8255A的初始化编程，并已装填了的初始化编程，并已装填了ESES和和DSDS，使它们有相同的段，使它们有相同的段基值。基值。8255A8255A的端口地址：的端口地址：2C0H-A2C0H-A口，口，2C1H-B2C1H-B口口 2C2H-C2C2H-C口口, 2C3H-, 2C3H-控制口控制口采集子程序：采集子程序：ADC080

38、9 PROC NEARADC0809 PROC NEAR MOV CX MOV CX，8 8；8 8路计数器初值路计数器初值 CLDCLD；清方向位；清方向位 MOV BLMOV BL，00H 00H ；模拟通道初值地址存；模拟通道初值地址存BLBL LEA DI LEA DI，DATABUFDATABUFNEXTANEXTA： MOV DXMOV DX，02C2H02C2H ；C C口地址口地址 MOV ALMOV AL，BLBL OUT DX OUT DX，ALAL；送通道地址；送通道地址 INC DXINC DX；控制口地址；控制口地址 MOV MOVALAL，00000111B 000

39、00111B ；输出启动信号上沿；输出启动信号上沿 OUTOUTDXDX，ALAL NOP NOP NOP NOP NOP NOP MOV MOVALAL，00000110B 00000110B ；输出启动信号下沿；输出启动信号下沿 OUTOUTDXDX，ALAL DEC DECDXDX；回；回C C口地址口地址NOSCNOSC： ININALAL，DXDX；读状态；读状态 TESTTEST ALAL，80H80H；测试；测试PC7PC7 JNZ JNZNOSCNOSC；EOCEOC1 1，则等待，则等待NOEOCNOEOC：ININ AL AL，DXDXEOCPC3resetPC3setTE

40、STTESTALAL，80H80H；测试；测试PC7PC7JZJZNOEOCNOEOC；EOCEOC0 0，等待，等待MOVMOVDXDX，02C0H02C0H；A A口地址口地址ININALAL，DX DX ；读转换结果；读转换结果STOSSTOSDATABUFDATABUF；存结果；存结果INCINCBLBL；修改模拟通道地址；修改模拟通道地址LOOPLOOPNEXTANEXTA；CX-10,CX-10,返回返回RETRETADC0809ADC0809ENDPENDPEOC2. 12位位A/D转换器转换器AD574A AD574A是一种高性能的是一种高性能的12位逐次逼近式位逐次逼近式A/

41、D转换器转换器 图图2.12 AD574A的原理结构的原理结构2.4.5 A/D转换器及其接口技术AD574AAD574A引脚排列图引脚排列图 AD574A AD574A是高性能的是高性能的1212位逐次逼近式位逐次逼近式A AD D转换器，转转换器，转换时间约为换时间约为25us25us，线性误差为，线性误差为 1/2LSB1/2LSB。 AD574AAD574A内部集成有时钟源，基准电压源和三态输出内部集成有时钟源，基准电压源和三态输出锁存器，因此使用方便，可直接和微机接口，不需锁存器，因此使用方便，可直接和微机接口，不需要外接时钟电路。要外接时钟电路。 AD574AAD574A的输入模拟

42、电压既可是单极性也可是双极性。的输入模拟电压既可是单极性也可是双极性。 AD574AAD574A的数字量的位数可以设定为的数字量的位数可以设定为8 8位，也可设定为位，也可设定为1212位。位。结构特点结构特点12位位A/D转换器的模拟输入可以是单极性的也可以是双极转换器的模拟输入可以是单极性的也可以是双极性的。性的。模拟输入信号的编程如下模拟输入信号的编程如下（1）12位位A/D转换器转换器2.4.5 A/D转换器及其接口技术单极性时单极性时: BIPOFF: BIPOFF接接0V0V，双极性时，双极性时: BIPOFF: BIPOFF接接10V10V。量程量程: 10V(-5V: 10V(

43、-5V5V)5V)， 输入信号接至输入信号接至10V10VININ；20V(-10V20V(-10V+10V), +10V), 输入信号接至输入信号接至20V20VININ。量化单位量化单位: 10V: 10V时时, 10V, 10V2 212122.44mV2.44mV 20V 20V时时, 20V, 20V2 212124.88mV4.88mV。图图2.28是是AD574A的单、双极性应用时的线路连接方法，的单、双极性应用时的线路连接方法，以及零点和满度调整方法。以及零点和满度调整方法。 （a）单极性）单极性 （b）双极性）双极性图图2.28 AD574A的输入信号连接方法的输入信号连接方

44、法2.4.5 A/D转换器及其接口技术REF INREF OUT10V（2）三态输出锁存缓冲器）三态输出锁存缓冲器该缓冲器用于存放该缓冲器用于存放12位转换结果位转换结果D。D的输出方式有两种，引脚的输出方式有两种，引脚12/8=1时，时，D的的D11D0并行输出，并行输出，12/8=0时时D的高的高8位位D11D4与低与低4位位D3D0分时输出分时输出 （3）控制逻辑）控制逻辑 控制逻辑的任务包含：启动转换、控制转换过程和控制逻辑的任务包含：启动转换、控制转换过程和 控制转换结果控制转换结果D的输出。控制信号的作用如下表的输出。控制信号的作用如下表2.4.5 A/D转换器及其接口技术+5V接

45、地片选D3D2D1D0D11D10-D5D4启动与读操作时序如图：启动与读操作时序如图：STS为为AD574A的状态输出信号。的状态输出信号。启动后，启动后，STS为高电平表示正在转换；为高电平表示正在转换；25us后转换结束，后转换结束，STS为低电平。为低电平。CPU可用查询方式或中断方式可用查询方式或中断方式了解转换过程是否结束。了解转换过程是否结束。AD574A的工作时序的工作时序2.4.5 A/D转换器及其接口技术STS=1,STS=1,正在转换正在转换启动启动: : CS=0, CE=1, R/C=0CS=0, CE=1, R/C=0然后然后 CS=1, CE=0CS=1, CE=

46、0 读结果：读结果：CS=0, CE=1, R/C=1CS=0, CE=1, R/C=1然后然后 CS=1, CE=0CS=1, CE=0 8 80 A A0 0接地工作于接地工作于1212位转换方式，位转换方式，12/812/8控制引脚和控制引脚和+5V+5V相连相连接，为接，为1212位读出方式。单极性模拟输入。位读出方式。单极性模拟输入。3. AD574A3. AD574A与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口 8255A8255A的的A A口和口和B B口都工作于方式口都工作于方式0 0（输入）（输入） 7 7（1 1）经）经82558255与与PCPC机连接机连接软件设计软

47、件设计 下面给出上述接口启动和读取下面给出上述接口启动和读取AD574AAD574A数据的程序段，仍数据的程序段，仍假定已完成对假定已完成对8255A8255A的初始化编程，的初始化编程，8255A8255A地址为地址为2C0H2C0H2C3H2C3H。转换结果存放与转换结果存放与BXBX中中,12,12位数右对齐。位数右对齐。 MOV DXMOV DX，02C2H02C2H ;C;C口地址口地址MOV ALMOV AL，00H00H; ;使使CE, CE, 为低电平为低电平OUT DXOUT DX，ALALNOPNOPNOPNOPMOV ALMOV AL，04H04H; ;使使CE=1,CE

48、=1,启动转换启动转换OUT DXOUT DX，ALALNOPNOPNOPNOPMOV ALMOV AL，03H03H；使；使CECE0 0，OUT DXOUT DX，ALALCRSC/,1/, 1CRSCPOLLINGPOLLING：IN ALIN AL，DXDX；查询；查询STSSTS状态状态TEST ALTEST AL，80H80HJNZ POLLINGJNZ POLLING；STSSTS1 1，则等待，则等待MOV ALMOV AL，01H01H；使；使 ,CE=0,CE=0OUTOUTDXDX，ALALNOPNOPMOVMOVALAL，05H05H；使；使CECE1 1，允许读出，允

49、许读出OUTOUTDXDX，ALALMOVMOVDXDX，02C0H02C0H；指向；指向A A口地址口地址ININALAL，DXDX；读；读A A口口ANDANDALAL，0FH0FH; ; 屏蔽出屏蔽出DBDBllllDBDB8 8( (结果高结果高4 4位位) )MOVMOVBHBH，ALALINCINCDXDX; B; B口地址口地址ININALAL，DXDX；读；读DBDB7 7DBDB0 0( (结果低结果低8 8位位) )MOVMOVBLBL，ALALINCINCDXDX; C; C口地址口地址MOVMOVALAL，03H03H；使；使CE=0CE=0，OUTOUTDXDX，AL

50、AL；结束读出操作；结束读出操作1/, 0CRSC1/, 1CRSC（2 2）直接与）直接与PCPC连接连接12/8接地：接地：8位，位，4位分时输出。位分时输出。Y0接接CS：地址选通（基：地址选通（基地址）。地址）。SA1接接R/C：读写选择，：读写选择，SA0接接A0 ：12位启动与读取高低位结位启动与读取高低位结果果IOR和和/IOW 控制控制CE。STS 经反相接经反相接中断请求。中断请求。 60 端口地址：端口地址：启动启动 BASE+0，(R/C=0，A0=0)读高读高8 8位位BASE+2，(R/C=1，A0=0)读低读低4 4位位BASE+3，(R/C=1，A0=1)（1）启

51、动子程序）启动子程序 ADSTART: MOV DX，BASE+0；12位转换位转换 OUT DX，AL；启动转换；启动转换 NOP RET（2）读数子程序）读数子程序 ADREAD: MOV DX，BASE+2 ；读高；读高8位地址位地址 IN AL，DX ；读到；读到AL中中 MOV AH，AL ；转存；转存AH MOV DX，BASE+3；读低；读低4位地址位地址 IN AL，DX ；读到；读到AL中中 RET结果在哪里结果在哪里?2.4.6 2.4.6 模拟量输入通道模板举例模拟量输入通道模板举例图2.30 PCL-813B数据采集卡组成框图 2.4.52.4.5 模拟量输入通道模板应

52、用举例模拟量输入通道模板应用举例PCL-813BPCL-813B是研华公司的是研华公司的ISAISA总线数据采集卡。总线数据采集卡。 主要特点：主要特点： 32路单端模拟量输入路单端模拟量输入 500V DC 隔离保护隔离保护 12位逐次比较式位逐次比较式A/D转换器转换器ADC574A/1674 程序控制程序控制A/D触发及数据传输触发及数据传输 双极性输入：双极性输入： 5V, 2.5V,1.25V,0.625V 单极性输入：单极性输入： 0-10V, 0-5V, 0-2.5V, 0-1.25V 2.4.6 2.4.6 模拟量输入通道模板举例模拟量输入通道模板举例PCL-813B PCL-

53、813B 的寄存器地址的寄存器地址(p46)(p46)程序设计举例程序设计举例 PCL-813B A/D PCL-813B A/D 转换基于查询方式，由软件触发。转换基于查询方式，由软件触发。A/D A/D 转转换器被触发后，利用程序检查换器被触发后，利用程序检查A/DA/D状态寄存器的数据准备位状态寄存器的数据准备位（DRDY DRDY ）。如果检测到该位为）。如果检测到该位为“1 1”，则，则A/D A/D 转换正在进行。转换正在进行。当当A/D A/D 转换完成后；该位变为低电平，此时转换数据可由程转换完成后；该位变为低电平，此时转换数据可由程序读出。序读出。 1 1模板组成框图模板组成

54、框图总线接口：总线接口：A A9 9-A-A0 0经总线驱动到译码器。经总线驱动到译码器。D D7 7-D-D0 0用总线收发器驱动。用总线收发器驱动。译码电路输出译码电路输出“启动启动STARTSTART”，“读结果低字节读结果低字节RDLRDL”，“读结果读结果高字节高字节RDHRDH”2 2寄存器地址寄存器地址1 1）寄存器地址分配）寄存器地址分配基地址基地址+04+04：A/DA/D转换结果低字节（只读）转换结果低字节（只读）基地址基地址+05+05：A/DA/D转换结果高字节（只读）转换结果高字节（只读）基地址基地址+09+09：增益控制（只写）：增益控制（只写）基地址基地址+10+

55、10：多路转换控制（只写）：多路转换控制（只写）基地址基地址+12+12：A/DA/D转换软件触发转换软件触发2 2）寄存器格式）寄存器格式（1 1） A/DA/D转换结果转换结果DRDYDRDY：数据准备，：数据准备，“0 0”准备好准备好(2) 增益控制增益控制（3 3）通道选择）通道选择C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=00000=00000，选通道，选通道0 0C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=11111=11111，选通道，选通道3131（4 4）软件触发）软件触发写入任意内容均可。写入任意内容均可。3.3.程序设计举例程序设计

56、举例软件触发启动软件触发启动A/DA/D转换，查询转换，查询DRDYDRDY，DRDY=0DRDY=0时读结果。时读结果。编程步骤：编程步骤： 设置增益设置增益 base+09base+09 设置通道加延时（设置通道加延时（5us5us以上）以上）base+10 base+10 软件触发软件触发加延时（加延时（20us20us以上）以上）base+12base+12 查询查询DRDY base+05DRDY base+05 读结果读结果 base+04base+05base+04base+05C程序程序：int i, adch, adcl, chno;outportb(0 x229,0 x01

57、);/增益增益2：0-5V输入输入for(i=0;i20;i+);/延时延时outportb(0 x22a,chno);/写通道号写通道号for(i=0;i50;i+);/延时延时outportb(0 x22c,0); /启动启动A/Ddo adch=inportb(0 x225);/读读DRDY所在寄存器所在寄存器 while (adch&0 x10)=0 x10); /DRDY=1，继续查询，继续查询adch=inportb(0 x225);/读高位结果读高位结果adcl=inportb(0 x224);/读低位结果读低位结果i=(adch&0 x0f)*256+adcl

58、/计算计算A/D的数值的数值汇编程序：汇编程序：MOV DX,0229H ;置增益寄存器地址置增益寄存器地址MOV AL,01H;增益增益2：0-5V输入输入OUT DX,ALCALL L1;调延时调延时5usMOV DX,022AH ;置通道选择寄存器地址置通道选择寄存器地址MOV AL,00H;写通道号写通道号OUT DX,ALCALL L2; 调延时调延时20usMOV DX,022CH ;置软件触发寄存器地址置软件触发寄存器地址MOV AL,00H;启动启动A/DOUT DX,ALMOV DX,0225H ;置状态寄存器地址置状态寄存器地址POLLING:INAL,DX;读状态数据读状

59、态数据TEST AL,00010000B ;测试状态位测试状态位JNZPOLLING;DRDY=1，继续查询，继续查询MOV DX,0225H ;置高位结果寄存器地置高位结果寄存器地址址INAL,DX;读结果高位读结果高位AND AL,0FH;屏蔽出高屏蔽出高4位结果位结果MOV BH,AL;存入存入BHMOV DX,0224H ;置低位结果寄存器地置低位结果寄存器地址址INAL,DX;读结果低位读结果低位MOV BL,AL;存入存入BL2.5 2.5 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道2.5.1 2.5.1 模拟量输出通道的结构型式模拟量输出通道的结构型式 1.1.一个通道设置

60、一个数一个通道设置一个数/ /模转换器的形式模转换器的形式 2.2.多个通道共用一个数多个通道共用一个数/ /模转换器的形式模转换器的形式D/AD/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术D/AD/A转换器转换器定义定义 D/AD/A转换器是指将数字量转换成模拟量的器件或装置。转换器是指将数字量转换成模拟量的器件或装置。 D/AD/A转换器的种类转换器的种类按数字量输入方式：按数字量输入方式：并行输入和串行输入并行输入和串行输入按模拟量输出方式：按模拟量输出方式：电流输出和电压输出电流输出和电压输出按按D/AD/A转换的分辩率：转换的分辩率：低分辩率、中分辩率和高分辩率低分辩率、中分辩率和高分辩率D/AD/A转换器性能指标转