微控第6章20121024

1、1课程(kchng)安排授 课 人：贾立新联系方式：微机(wi j)控制系统及其过程通道简介模拟量输入信号的放大与转换A/D与D/A转换器过程通道应用程序设计数据处理程序控制算法的程序设计课件下载：ftp:/wk:wk16:112 共一百一十五页2书 名：微机控制系统(kn zh x tn)及其应用作 者: 薛均义，武自芳 出版社： 西安交通大学出版社书 名 微型(wixng)计算机控制技术作 者: 赖寿宏出版社：机械工业出版社书 名 微型计算机控制技术作 者: 潘新民，王燕芳出版社：电子工业出版社共一百一十五页3第六章 过程(guchng)通道 微机控制系统及其过程通道简介 模拟量输入信号(

2、xnho)的放大与转换 A/D与D/A转换器本章要点共一百一十五页46.1 微机(wi j)控制系统及其过程通道简介共一百一十五页56.1.1 计算机控制的一般概念 通过程序设计，微机原理的学习，大家知道，计算机除了能快速自动进行数字计算外，还具有记忆、判断和比较等逻辑功能。因此，不仅可以进行数据处理，科学计算，也在工业(gngy)自动化领域内得到了广泛应用。(1)何谓计算机控制系统 什么是计算机控制？它和一般控制系统有什么区别？ 共一百一十五页6使被控量 给定(i dn)值无静差负反馈闭环，叫闭环控制系统。达到(d do) 一般自动控制系统，按偏差（e）控制原则， 控制目的在于e 或 e 0

3、， 负反馈就是将系统输出量的一部分或全部经过反馈网络送回输入回路，在叠加点处减负反馈，使得系统性能得以改善。共一百一十五页7控制器执行机构被控对象被控参数+sv测量元件 变送器pv闭环控制系统(xtng)框图 定值系统；随动系统；程序(chngx)控制系统；给定值是恒定不变的给定值不为人所知，但要求系统输出量既能迅速 跟随给定值的变化，又能克服扰动量对系统的影响控制量变化规律为已知函数并被事先确定共一百一十五页8 由框图知：系统通过测量元件对被测参数检测，变送器使pv 和sv具有同一参数、量纲，然后比较误差e，通过控制器调节 驱动被控对象，从而使过程值接近给定值或偏差为0，这是一般(ybn)自

4、动控制系统的基本形式。 执行机构共一百一十五页9 控制系统常见的另一种形式是开环形式无反（回）馈支路(zh l)控制器直接根据给定调节被控对象，如图所示。Ug控制器执行机构被控对象开环控制系统(kn zh x tn)框图被控参数e=U出-U入无法消除。总存在误差，控制性能差。 共一百一十五页10 由开、闭环控制框图知，自控系统的基本功能： 信号的传递、加工和比较。 这些分别由检测变送装置、控制器、执行机构完成。系统中最重要部分(b fen): 控制器从质和量的方面决定了控制系统的性能和应用范围。共一百一十五页11给定+-被控参数控制器D/A执行机构被控对象A/D计算机计算机控制系统基本(jbn

5、)框图 把一般控制系统中控制器与比较器用计算机取代(qdi)，就组成了计算机控制系统，如图所示。共一百一十五页12 引入计算机，可充分利用计算机强大的计算、逻辑判断(pndun)、记忆功能，进行信息的加工和处理。实现(shxin)过程：控制规律（数学模型）程序 对被控对象实施控制指令计算机执行共一百一十五页13可实现各种复杂(fz)的控制规律，如前馈、串级、PID、模糊控制；可靠性高；灵活性好；性价比高；速度高、精度高；可实现整个工厂的全面自动化。(2)计算机控制系统(kn zh x tn)的优点共一百一十五页14共一百一十五页15(3)计算机控制系统的特殊(tsh)问题： 一般需要有A/D和

6、D/A转换器。(4)计算机控制系统的控制过程和步骤 实时(sh sh)数据采集： 对被控参数瞬时值进行检测、输入。实时决策： 对采集到（表征被测参数的）状态量分析，按已定控制规律，决定进一步的控制过程。共一百一十五页16实时控制： 根据决策，适时(shsh)向控制机构发出信号。 上述过程不断重复，使整个系统按照一定的动态品质指标进行工作，并可随时对计算机设备的异常状态及时监督、处理。 上述过程落实计算机只不过是：进行算术逻辑操作（运算）、I/O操作。共一百一十五页17(5)常用的两个术语 “在线和离线”。常听说计算机在线工作，计算机离线工作。 在线（联机）：生产过程设备直接与计算机连接的方式(

7、fngsh)。（计算机直接连在系统中工作，而不必经过其它中间记录介质如：线、盘穿孔带/卡来间接对过程进行I/O及决策。） 离线：生产过程设备不直接受计算机控制，通过中间记录介质，靠人进行联系并作相应操作。所以，离线方式不能实时对系统进行控制。 共一百一十五页18样机功放对象离线在线(zi xin)开发用然后(rnhu)不用在线工作 开发用计算机：调试、汇编，传送程序时用，不直接参与控制（离线）。共一百一十五页19 实时：信号的输入、计算和输出都要在一定的时间范围内完成。 即计算机对输入信息(xnx)要以足够快的速度处理，并在一定时间内做出反应，或进行控制。超出这个时间就失去了控制的时机，控制也

8、失去了意义。每个具体过程对实时要求(yoqi)不一样温度控制系统，2秒之内即为实时。（因为温度不会突变）火炮控制系统，ms内及时控制，否则失去击中目标的机会。共一百一十五页20强调实时性是因为计算机控制系统总存在(cnzi)延时。如一次仪表（传感器）延时，输入/输出延时，数据传送延时，A/D转换延时等。 所以一个在线系统不一定是实时(sh sh)系统，但一个实时(sh sh)系统必定是在线系统。共一百一十五页21(1)操作指导控制系统（也称数据采集系统） 此类系统中，计算机不直接控制生产对象，而仅用来进行巡回检测、数据处理、控制量计算、显示记录，指导操作人员选择操作方案及最佳设定值等，不会对生

9、产过程产生直接影响。 特点：简单(jindn)可靠，对数学模型难以建立场合或复杂系统适用。如火电厂热工参数微机在线监测系统，为控制、决策提供数据。如图所示。6.1.2 计算机控制系统(kn zh x tn)的分类(只简介)共一百一十五页22采样A/D计算机显示打印报警工业(gngy)对象数字(shz)量模拟量操作指导控制系统生产过程中的监视操作指导越限报警执行机构共一百一十五页23直接数字(shz)控制系统(2)直接数字控制系统DDC（Direct Digital Congtrol） 此类系统是工业中应用最普遍的一种(y zhn)形式，微机连在控制回路中（属于实时在线系统）。共一百一十五页24

10、 在DDC系统中的计算机参加闭环控制过程，它不仅能完全取代(qdi)模拟调节器，实现多回路的PID调节，而且不需要改变程序就能实现多种较复杂的控制规律，如串级控制、非线性控制、自适应控制、最优控制等。共一百一十五页25共一百一十五页26共一百一十五页27(3)监督计算机控制系统(kn zh x tn)SCC（supervisory computer control) DDC系统中给定值事先设定，不能根据过程条件和生产工艺信息的变化及时修改，故无法使生产过程处于最优。 SCC系统可根据工艺信息和其它参数，按描述生产过程的数学模型或其它方法，自动改变给定值，使生产过程始终处于最优状态。 共一百一十

11、五页28 SCC系统实际上是一个(y )两级控制系统，如图所示，上位机为SCC用计算机，而面对工业对象的下位机可以是模拟调节器或DDC系统。工业对象模拟调 节器SCC用计算机显示打印记录工艺参数调节测量设定值控制(kngzh)效果主要取决于数学模型的优劣SCC系统SCC+模拟调节器共一百一十五页29SCC系统(xtng)SCC+DDCDDC 计算机SCC用计算机显示打印记录工艺(gngy)参数调节测量设定值工业对象 SCC系统的优点是：不仅可以进行复杂控制规律的控制。而且工作可靠性较高，当SCC出现故障时，下级仍可继续执行控制任务。共一百一十五页30(4)集散控制系统 DCS（Distribu

12、ted Control System） 集散控制系统也叫分散性综合控制系统，分散型微处理机控制系统，分级分布式系统（结构）。该系统以微型机为核心，采样单元组合方式，根据不同需要灵活(ln hu)组合的一个完整的系统。几年前被认为是最先进的一种过程控制系统（4C技术：computer、controller、communication 、CRT）。共一百一十五页31 集散系统与前面的集中式不同，集中式(如DDC)由于把控制任务高度集中于计算机，从而使危险性集中。它的失效会导致整个过程瘫痪，甚至导致破坏性事故。 集散型的优点是：控制分散，从而分散了危险系数；管理(gunl)集中，从而方便了用户对整个

13、系统的监控。 集散型控制目标： 不是解决局部最优（DDC），而是一个整体的总目标函数最优化问题。共一百一十五页32 在化工、石油、电厂中，DCS系统比较常见(chn jin)。实际上DCS可分为三层：生产管理(gunl)级MIS（management information system）控制管理级（SCC）现场控制级（DDC）共一百一十五页33共一百一十五页34共一百一十五页35(5)嵌入式计算机系统（或称嵌入式系统） 嵌入式计算机系统是指以应用为中心，以计算机技术为基础，软件、硬件可剪裁，适应应用系统对功能(gngnng)、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统。它主要由嵌入式微

14、处理器、外围硬件设备、嵌入式操作系统以及用户应用软件等部分组成。 共一百一十五页36 嵌入式系统的处理器可以分为两大类：一类是采用通用的CPU为处理器以及由此演变而来(r li)的嵌入式微处理器；另一类为嵌入式微控制器、DSP和片上系统SOC（system on chip）。 嵌入式实时操作系统典型产品有： Linux、VxWorks、uc/os。共一百一十五页37(6)控制网络系统 随着网络技术向控制领域(ln y)的渗透，产生了控制网络。控制网络的快速发展，使控制系统的结构形式不断进步，从传统的控制结构向着网络化、分散化、开放式、全数字化、智能化的方向发展。共一百一十五页38(1)微机控制

15、系统的组成(z chn)一般由被控制对象（生产设备或生产过程）、过程通道、微型计算机主机及人机联系设备等部分组成，如图所示。 6.1.3 微机(wi j)控制系统的组成及过程通道共一百一十五页39微型(wixng)计算机控制系统组成共一百一十五页40 微型计算机主机 由微机处理器、内存储器及时钟电路组成，是控制系统的核心。微机控制系统必须具有实时控制性能。实时控制包含两方面含义：一是系统正常(zhngchng)运行时的实时控制能力；另一是在发生故障时由紧急处理的能力。 共一百一十五页41 从整个系统结构考虑，主机应具有较完善的中断系统、足够的存储容量，完善的I/O通道和实时时钟。应注意主机的运

16、算(yn sun)速度及数据存储速度，应满足在一个采样周期内完成单路或多路数据采集、处理、运算(yn sun)及将输出量输出到执行机构等所需的时间。其信息处理能力要与控制系统的性能要求相适应。共一百一十五页42 I/O通道(tngdo)过程通道：计算机和生产过程之间信息(xnx)传递和变换的连接通道。 I/O设备输入设备：键盘、输入程序、数据输出设备：打印机、显示器、记录仪、输出控制/过程参数、曲线、数字、字符等。对生产现场的参数检测对生产现场的回控通道模拟量输入通道开关量输入通道开关量输出通道模拟量输出通道输入通道输出通道共一百一十五页43(2)过程通道(tngdo) 过程通道是计算机和被控

17、对象之间交换信息的桥梁，通常由一下几部分组成。 模拟量输入通道 模拟量输入通道完成模拟量的采集并转换成数字量送入计算机的任务。 依据被控参量和控制要求的不同，模拟量输入通道的结构形式不完全相同，但一般都包括以下几个环节： 共一百一十五页44生产现场(xinchng)过程参数传感器信号(xnho)变换采样保持器A/D接口（一次仪表）将电量变为统一的标准连续量时间和量值上均连续多路采样器电动组合单元仪表变送器电子开关程序可控制通断。每次通一路，分时采样。抑制孔径误差把时间上连续的量变为时间离散、幅值连续的量图6.8 模拟量输入通道可以合用量化计算机可在A/D中用共一百一十五页45 量化：把时间上离

18、散(lsn)，幅值上连续的量变为时间上和幅值上都均离散(lsn)的量整量化的过程。共一百一十五页46加采样保持器（S/H）的原因是： 1. 减少A/D转换时误差，提高转换精度(jn d)； 2. 消除开始A/D转换时时间的不确定性； 3. 当要采样各个同一时间参数值是要用S/H。注： 1）S/H有时为采样器，在A/D前加保持器 2）采样保持器在一起芯片LF398 3）S/H与A/D做在一起，A/D带。（既完成了对连续量的离散化，也完成了量化数字量） 由于电子技术、数字技术的发展： 模拟量变送器A/D(S/H) 计算机 简单化，用户只须选相应的器件即可。共一百一十五页47模拟量输出通道 模拟量输

19、出通道主要完成数字(shz)量到模拟量的转换。CPU保持(boch)器驱动D/A接口对象把时间、幅值均离散的数字量时间上离散的量化模拟量时间上连续的量化模拟量阶梯波必须经过滤波电路使阶梯变的光滑，从而变成连续的模拟信号介于主机、通道间的一种缓冲电路共一百一十五页48开关量输入通道 用于将生产(shngchn)现场的各种继电器、限位开关等的状态（通或断）输入计算机。开关量输出通道 控制系统中继电器、接触器的闭合或断开，电机的启动、停止，指示灯和报警信号，都可以用输出“0”和“1”状态来控制。完成这些功能的部件就组成了开关量输出通道。 共一百一十五页49过程通道和接口电路(dinl)是不一样的。

20、接口电路是过程通道的一部分。过程(guchng)通道生产过程参数计算机所能接受的代码计算机控制输出操作机构的控制信号主机 接口 外设计算机 过程通道 生产过程计算机系统可以是一个计算机系统或主机 由上可知，过程通道由各种硬件设备组成，它们起着信息变换和传递的作用，配合吸纳供应的输入、输出控制程序，使主机和被控对象间能进行信息交换，从而实现对生产机械、过程的控制。 共一百一十五页50(3)采样、采样定理(dngl)和量化 如前所述，模拟量采样开关采样信号（时间上不连续），必须经过A/D转换器变为数字信号。一般采用周期采样。 以相同的时间间隔(jin g)进行采样，即tk+1-tk=常量T (k=

21、0,1,2,)。T为采样周期。共一百一十五页51 经采样得到的信号必是以采样周期为周期，以采样时间（开关(kigun)闭合）为脉宽的一串离散信号。 离散信号丢失了采样间隔中断包含的信息，因此，采样的频率越高，离散后的信号越接近原模拟信号，但这样计算机系统会把许多宝贵的时间用于采样，而失去了实时控制的机会，采样周期如何选择才能是离散信号不失真的反应原模拟信号的变化趋势？ 这是采样定理（香农）要回答的问题。共一百一十五页52 采样定理 欲使具有最高频率(pnl) 的连续信号，经过采样后仍可无失真地恢复到原来的信号，则采样频率(pnl)： 实际应用中，采样周期的选择是一个重要的问题，目前从理论上还未

22、找到确定采样周期的切实可行方法，所以采样定理只是指出了方向。 一般，实际(shj)使用中常取 。共一百一十五页53 然而，连续(linx)信号的最高频率很难确定，但可测出其截止频率。A下限即 时对应之fh称之为截止频率实际上， 为系统(xtng)截止频率。 共一百一十五页54采样周期(zhuq)的选择 被控对象的动态特性 调节规律 输入作用 扰动作用 计算机本身的运算速度、容量等T越小，调节过于频繁，调节对象来不及响应，而且(r qi)使计算机不能充分有效；T过长，使干扰得不到及时克服而是控制品质恶化。要根据输入信号最高频率或扰动程度确定T。一般T越大，对计算机速度要求越低，而可控制的回路数目

23、越多 所以，采样周期要综合各方面因素作出折中的选择。共一百一十五页55采样(ci yn)周期的选择经验值物理参数采样周期(s)备注流 量15优先选用12s压 力310优先选用68s液 位68温 度1520成 分1520共一百一十五页56采样信号的量化 量化是指将采样后时间上已经离散(lsn)的模拟信号变换为一系列的数码。 量化过程就是整量化过程，所谓整量化就是小数归整。比如电压：连续(linx)量采样3.5 3.2 2.6 5.4 四舍五入后 4 3 3 5 显然采样值量化后变成以伏（V）为单位，其数字量变化要么增加几个单位，要么减少几个单位，而且最小单位为1伏（四舍五入），最大误差0.5伏。

24、共一百一十五页57 所以量化就是把采样信号用其最小单位物理量（如上述伏）的整数倍表示的这一过程(guchng)。由此可见，采样信号是幅值上连续变化的模拟量，但只要变化不超过量化单位（1伏），则数字量不变，所以量化过程实质是一个“数值分层”过程。 （台阶型） 量化单位（分辨率、量化增量(zn lin)）：最小单位物理量，可表示为：q为量化单位；M为被转换的最大模拟量；n为模/数（或数/模）转换器的位数。共一百一十五页58 计算机中的数以二进制表示，所以任何物理量只能表示成二进制数的整数倍。比如：A/D为8位，电压变化为05伏，则 那么二进制中一个数字量1代表0.02伏。误差为 ，在A/D中表示为

25、1/2LSB。 有了量化单位，在0M范围任意模拟量A，能对应的数量可用下式求得 。如A=3，q=0.02,则D=3/0.02=1501 0 0 1 0 1 1 0 B96H共一百一十五页59 在数字化系统中，无论是A/D(或D/A)转换器，还是计算机，无论其精度有多高，其转换或计算的位数都是有限(yuxin)的，因此量化过程实质上是用一个有限(yuxin)位数的数字无限逼近一个模拟量，无论如何都不能包含模拟量的全部信息，这就出现了误差，这个误差被称为量化误差。 量化误差是量化过程中的固有误差，它与A/D(或D/A)转换器的位数有关。对于一个被转换量，当所用A/D(或D/A)转换器的位数增加时、

26、其量化误差可以减小，但不能被消除。共一百一十五页606.2 模拟量输入信号的放大(fngd)与转换共一百一十五页61 由传感器或检测电路转换的信号一般比较微弱，必须变为A/D所能接受的05V或15V，020mA或420mA,就需要(xyo)对信号进行放大。 常用的放大器由4中类型，即：通用运算放大器、仪用放大器、隔离放大器、可编程放大器。共一百一十五页626.2.1 通用运算放大器(1)理想(lxing)运算放大器 “运放”从电路结构上看是一种高放大倍数、深度反馈的直接耦合放大器。 集成运放符号为：共一百一十五页63 当集成运放始终工作在线性范围时，常把其当作理想运算放大器，即： 开环电压增益

27、： 差模和共模(n m)输入电阻： 输出电阻： 通频带： 共模抑制比： 没有温漂。共一百一十五页64(2) 三种基本运算电路 基于(jy)上述假定，常用“虚短”和“虚断”的概念来分析。 反相比例放大器反相比例(bl)放大器共一百一十五页65 同相比例(bl)放大器同相比例(bl)放大器共一百一十五页66 差分比例放大电路 差分比例放大电路同相端和反相端同时加入Ui1和Ui2，可借助于叠加原理(yunl)分析。差分比例(bl)放大电路共一百一十五页67 6.2.2 仪用放大器 仪用放大器（也叫测量放大器、数据放大器或仪表放大器）具有高输入阻抗，高共模抑制比等特点，常用于热电偶、应变电桥、流量计、

28、生物电测量及其它有较大共模干扰的直流缓冲微弱信号的检测。 其工作原理如图所示，它由两级放大电路组成(z chn)，第一级是两个对称的同相输入放大器，其有较高的输入阻抗，第二级是如上所讲的差分比例放大器。共一百一十五页68测量(cling)放大器原理图共一百一十五页69 然而，电路中的运放及电阻要做到完全对称确实困难，这就影响了其性能的进一步提高。 为此国内外集成(j chn)电路的厂家分别推出了高性能的集成(j chn)测量放大器，如美国AD公司的AD521。其引脚及连接方式如图所示。 共一百一十五页70（a）连接(linji)方式引脚及连接(linji)方式共一百一十五页71 引脚4、6调零

29、电位器（10k）。 引脚10、13接RS，取RS=100K 时可得到(d do)比 较稳定的放大倍数 。 引脚2、14接RG，通过改变RG的值来调整 电压放大倍数： 。 引脚9悬空。 引脚1、3必须与电源地线构成回路。共一百一十五页72（b）引脚AD521是14引脚双排直插式组件(z jin)共一百一十五页73性能指标共模抑制比：120dB 输入阻抗：3109 最大差分输入电压：30V 增益带宽：2MHZ 电压放大(fngd)范围：0.11000 电源电压：（5-18）V 此外，具有过载能力(nngl)强、动态性能好、不需要精密匹配外接电阻等优点。共一百一十五页746.2.3 增益可编程放大器

30、 由仪用放大器可知，通过改变RG，即可调节电压放大倍数(bish)，由于元件的分散性，共模抑制比不可能是理想的。共一百一十五页75 实际(shj)中，用精密电阻系统和多路模拟开关取代RG，通过对多路模拟开关的控制即可达到选择增益的目的。简单(jindn)的程控增益放大器共一百一十五页768选1模拟(mn)开关CD4051的真值表ABCY端000Y0通001Y1通010Y2通111Y7通共一百一十五页77 选中不同回路中的电阻，决定不同放大倍数，（可编程），据此原理组成了“可编程放大器”（程控放大器），国内外已经做成了集成的增益可编程放大器模块电路(dinl)，其中的RG是由“可编程电阻网络”构

31、成，精度高、可调范围高、稳定度好，如AM542/AM543集成可编程放大器，增益选择范围可达 。共一百一十五页786.2.4 隔离放大器 其输出回路与输入回路之间是电绝缘的，没有直接的电耦合，即信号在传输过程中没有公共的接地端。主要用于强电场、强磁场干扰环境中。 在隔离放大器中，信号的耦合方式(fngsh)主要由两种： 一种是通过电磁耦合，即经过变压器传递信号，称为变压器耦合隔离放大器； 另一种是通过光电耦合，称为光电耦合隔离放大器。共一百一十五页79光电耦合器如图所示。光电耦合器（1）光电耦合隔离(gl)放大器共一百一十五页80 传输模拟信号的线性光耦合隔离(gl)放大器组成如图所示：线性光

32、耦合隔离(gl)放大器共一百一十五页81（2）变压器耦合隔离(gl)放大器（略） 已有成熟产品(chnpn)，用户可选用，具体参看产品(chnpn)说明书。共一百一十五页826.2.5 采样保持器(S/H，Sample/Holder) 采样/保持电路又称采样/保持器，是过程通道中不可缺少的元件。它用来“凝固随时间变化(binhu)的快速模拟信号，以减少由于转换时间所引起的转换幅值误差。工作过程如下：共一百一十五页83S/H在模拟量输入(shr)通道中的主要用途：在采样时间，快速跟踪输入的模拟信号，在保持时间内保持采样值不变，为A/D转换器提供恒定的转换信号。在多路采样系统中，跟踪采样信号。当S

33、/H进入保持方式，多路开关又不失时机的进行下一路信号的采样，从而构成高速(o s)的重叠采样方式；在保证精度的条件下提高A/D转换器的频率。共一百一十五页84采样(ci yn)保持器原理图S/H的工作(gngzu)原理如图所示：共一百一十五页85 依上述原理已经做出了许多型号的采样保持器集成芯片(xn pin)，在使用时，可具体查阅其手册，了解其参数、性能及使用方法。大家可看看其说明书。 S/H电路并不是理想的器件，尤其电容的充放电直接影响其响应时间及保持精度。共一百一十五页866.3 A/D与D/A转换器共一百一十五页87 前面已经介绍过，计算机控制系统的特殊问题：一般都有A/D和D/A转换

34、器。A/D用于模拟输入通道；D/A用于模拟输出通道。6.3.1 D/A与A/D转换器的原理(1) D/A转换器的一般工作(gngzu)原理 D/A由两种基本的转换方式，可把数字量转换成各种模拟量。串联(chunlin)D/A：将脉冲序列依次转换并联D/A：一次将各位同时转换，速度高。共一百一十五页88 一般来说，D/A位数越高，分辨率越高，精度也越高。 其功能是把数字量转换为与此数字量成正比的电压或电流(dinli)。 如果二进制数字量代表电压（电流），我们只要把对应“1”的权位上值乘以基准电压（电流），然后相加就得到模拟输出电压（电流）。8 4 2 11 0 1 1权相加8Uo+2Uo+1U

35、o=11Uo如：共一百一十五页89 该电压(diny)(电流)为基准电压(电流)的11倍，由于基准电压(电流)是连续变化的，所以11Uo也是连续变化的，这样数字量就转换成了模拟量。 由此可见，D/A转换器的基本原理：把二进制各位按权转换成相应的模拟输出分量，然后叠加得到与数字量成正比的模拟量。共一百一十五页90D/A转换原理(yunl)的硬件必须包括：电流(dinli)换权分配电路代表二进制系数的开关自动控制-电流开关自动控制各种电流相加 为产生权电流，需一个恒压源（恒流源）、权电阻网络；需电子开关，由“0”、“1”代表开断。因此，其基本组成电路如图所示，包括：电压基准电路；精密电阻网络；二进

36、制系数开关；运算放大器（求和）。共一百一十五页91数据(shj)输入电压(diny) 电流产生权电流基本组成电路共一百一十五页92(2)A/D转换器的工作原理（以逐位比较型为例） A/D转换器把模拟量的大小转成二进制数，以逐位比较型为例，其基本原理像用天平称东西，用不同重量砝码(f m)和重物比，放一个重了，换一个轻的，由重到轻，逐个加上去，直到平衡，是一个不断比较的过程。共一百一十五页93天平(tinpng)组成(z chn)砝码、砝码盘砝码、实物比较量纲相同（十进制）靠“平衡”比较为平衡，靠人调节砝码产生并寄存二进制权值的逐位逼近寄存器SAR输入模拟量，SAR输出数字量（D/A转换）用运算

37、放大器组成比较器靠控制时序及逻辑电路调节由刻度读出共一百一十五页94A/D转换器组成(z chn)框图其框图(kungt)如下所示：共一百一十五页95步骤SAR内容转化后电压Uo（V）Ui和Uo比较该位去留8421110002.664UiUo保留211003.996UiUo保留410113.663UiUo保留结果1011误差3.7V-3.663V=0.037 例子：有四位A/D转换器，满刻度(kd)值5V，若输入3.7V模拟电压，分析其逐次逼近的转换过程。 量化单位(dnwi)：共一百一十五页966.3.2 A/D、D/A与单片机的接口技术 我们用常用(chn yn)的ADC0809和DAC0

38、832说明A/D、D/A与单片机的接口技术及其程序设计。(1) A/D与单片机的接口技术 ADC0809的结构与引脚 ADC0809的结构如下(rxi)图所示，是一个8路8位的28引脚的双列直插式芯片，包括8通道多路模拟开关、8位A/D转换器和一个8位的数据输出锁存器，是采用CMOS工艺的8位逐位比较型A/D转换器。共一百一十五页97ADC0809的结构图共一百一十五页98单片机与ADC0809的接口（连接） 单片机与ADC0809采用(ciyng)何种方式进行数据交换，决定了其硬件连接的不同。 常用的交换方式有： 1）程序查询式：查问EOC信号（高电平）读取结果。 特点是：简单、可靠、实时性

39、差。一般用于实时性要求不太高或控制回路较少。共一百一十五页99 2）定时方式：发出启动转换后，用软件或硬件定时，大于A/D转换时间(shjin)，然后读结果。 特点是：信息传递太慢或占用CTC。不常用。 3）中断方式：利用EOC申请中断，读取A/D结果，CPU、A/D并行工作，效率高。 特点是：用于实时性强或多个参数的数据采集系统中。 在此，主要介绍一下定时方式、中断方式单片机与ADC0809的连接。 共一百一十五页100定时(dn sh)方式单片机与ADC0809的连接定时(dn sh)方式单片机与ADC0809的连接共一百一十五页101ALE：1/6*fosc=1/6*6MHZ=1MHZ，

40、经过D触发器2分频，即500KHZ，连接到CLK；P0.0P0.7：分时，数据(shj)和地址共用 DB8（数据8位）A/D的DB7DB0 ABL（地址位，低3位）8位锁存器74LS373START和ALE相连：即地址选中后启动A/D说明(shumng)：共一百一十五页102软件定时(dn sh)100s：0809转换时间为100s片选线P2.7；通道选择线P0.2、P0.1、P0.0。即：P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 P0.7 P0.6 P0.5 P0.4 P0.3 P0.2 P0.1 P0.0A15 A14 A13 A12 A11 A10

41、A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 取均为1 ，则：IN0:0111111111111000-7FF8HIN1:0111111111111001-7FF9HIN7:0111111111111111-7FFFH.共一百一十五页103A/D转换(zhunhun)的程序设计ASSTA: MOV R1, #30; 存放首址 R1 MOV DPTR, #7FF8H; 存放IN0地址(dzh) DPTR MOV R7, #08H; 存放通道个数R7编程如下: 设A/D转换结果依次存放在地址为30H的RAM中。WR线P0.0P0.2

42、，片选P2.7及 低电平有效LOOP1: MOVX DPTR, A; 启动A/D（利用地址共一百一十五页104 MOV R6, #0AH;DLAY: NOP NOP NOP DJNZ R6, DLAY; MOV A, DPTR; MOV R1, A; INC DPTR; 通道地址+1 INC R1; A/D结果(ji gu)存放地址+1延时100s 可采用执行指令延时法，最好(zu ho)。 也可用查询EOC是为高电平来代替。A/D转换结果（R1）所指单元.将（R7)-1 存放到（R7）R7=0结束；R70转LOOP1，继续转换。 DJNZ R7, LOOP1;共一百一十五页105中断方式(fngsh)单片机与ADC0809的连接中断方式(fngsh)单片机与ADC0809的连接共一百一十五页106将单片机中A0、A1、A2分别与ADDA、B、C相连(xin lin)，