第3章-过程通道数据采集6

第三章

过程通道和数据采集系统之五熊远生2010年9月内容提要概述模拟量输入通道:采样,多路转换器D/A与A/D转换技术A/D转换器及其与微处理器的接口数据采集系统D/A转换器及其与微处理器的接口过程通道的抗干扰措施小结模拟量输出通道任务：把微型计算机输出的数字量转换成模拟量核心部件：D/A转换器要求：◆牢靠性高，满足确定的精度◆具有保持功能模拟量输出通道（2）多路模拟量输出通道的结构形式◆主要取决于输出保持器的构成方式—输出保持器的作用：在新的限制信号到来之前，使本次限制信号维持不变◆两种基本结构形式：一个通路设置一个D/A转换器多个通路共用一个D/A转换器模拟量输出通道（3/）◆一个通路设置一个D/A转换器—优点：转换速度快，工作牢靠—缺点：运用较多的D/A转换器模拟量输出通道（4）◆多个通路共用一个D/A转换器—优点：节约了D/A转换器—缺点：微机分时工作，工作牢靠性差D/A转换器及其与微处理器的接口8位D/A转换器DAC083212位D/A转换器DAC1208PCI-1720

8位D/A转换器DAC0832(5)8位D/A转换器DAC0832：电流输出型◆主要特点：—可与各种微处理器干脆接口—输入为8位二进制码，全部引脚(20个)与TTL兼容—具有双缓冲、单缓冲和直通数据输入3种工作方式—电流稳定时间1µS，满量程误差为±1LSB—＋5V～＋15V单一电源，低功耗20mW—参考电压为－10V～＋10VD/A转换器及与微处理器接口(5+)D/A有两种类型1.内部有数据寄存器,带有片选与写信号引脚;作为I/O扩展槽与微处理器连接.2.内部无寄存器,必需外加锁存器才能与微处理器接口8位D/A转换器DAC0832(5++)3种工作方式1.双缓存方式:用于同时输出多个模拟信号的多个DAC0832系统.WR1CS先有效,限制输入数据锁存到8位输入寄存器;WRXfer(传递限制有效),数据锁存入8位DAC寄存器,并同时输出多个模拟信号.2.单缓存方式:只用输入寄存器锁存数据,另一级DAC接成直通方式,即Wr2和Xfer接地,或者两个寄存器同时锁存,wr1和wr2接在一起,而把Xfer接地.3.直通方式:cs,wr1,wr2,xfer接地,ILE接+5vDAC0832与微处理器接口(6)◆内部结构8位D/A转换器DAC0832(7)◆引脚结构：20引脚，双列直插式封装—数字量输入线D7~D0（8条）—限制线（5条）—输出线（3条）Iout1,Iout2,Rf—电源线（4条）8位D/A转换器DAC0832(8/）◆引脚功能说明：★输入信号D7~D0★输出信号IOUT1，且IOUT1＋IOUT2为常量，Rfb为反馈信号输入端，反馈电阻在片内★限制信号：为允许输入锁存信号，和分别为输入寄存器和DAC寄存器的写信号，为传送限制信号，为片选信号★电源信号：VCC为主电源，VREF为基准电压，AGND和DGND分别为模拟地和数字地汇总（8+/）◆DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。ILE：数据锁存允许限制信号输入线，高电平有效。CS：片选信号输入线，低电平有效。WR1：为输入寄存器的写选通信号。XFER：数据传送限制信号输入线，低电平有效。WR2：为DAC寄存器写选通输入线。Iout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。Iout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。Rfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.Vcc:电源输入线(+5v~+15v)Vref:基准电压输入线(-10v~+10v)AGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.DGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.DAC0832与微处理器接口(8++/)DAC0832是接受CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：由上式可见，输出的模拟量与输入的数字量（D）成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。

DAC0832与微处理器接口(9/)◆因为DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如下图所示：DAC0832与微处理器接口(10/)◆单极性输出方式DAC0832与微处理器接口(10+/)◆单极性输出方式试验线路如图所示◆双极性输出方式DAC0832与微处理器接口(11/)◆双极性输出方式DAC0832与微处理器接口(11+)★运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA１的单向输出转变为双向输出，用图形表示如下：DAC0832与微处理器接口(12/)★用偏移二进制码方法，实现D/A转换器的双极性输出比较简洁实现(?)，而且与微型计算机输出兼容，只要把最高位取反，就可以将2的补码转换成偏移二进制码双极性时,LSB=?(2*1/2^n),负极性是全1码:-|Vref|+LSBDAC0832与微处理器接口(13/)注记：常用的双极性编码/1-2数正基准富基准符号-数值码2的补码偏移2进制码+7+7/8-7/8011101111111+6+6/8-6/8011001101110+5+5/8-5/8010101011101+4+4/8-4/8010001001100+3+3/8-3/8001100111011+2+2/8-2/8001000101010+1+1/8-1/8000100011001+0+0-0000000001000-0-0+01000（0000）（1000）-1-1/8+1/8100111110111-2-2/8+2/8101011100110-3-3/8+3/8101111010101-4-4/8+4/8110011000100-5-5/8+5/8110110110011-6-6/8+6/8111010100010-7-7/8+7/8111110010001-8-8/8+8/810000000★在双极性接法时，假如再变更基准电源的极性，就可实现完整的4个象限的乘积输出。实现正负两组基准电源的切换有如下两种接法：D/A转换器及与微处理器接口(14/)DAC0832与MCS-51的接口◆直通方式：—指DAC0832内部的两个寄存器都处于不锁存状态，数据一旦到达输入端就干脆被送到D/A转换器转换成模拟量—全部限制信号都接成有效形式，，，和接地，接+5V电源DAC0832与微处理器接口(15/)◆

单缓冲方式：指DAC0832的两个寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式；或者两级寄存器同时锁存(图示)DAC0832与微处理器接口(16/)◆上述DAC0832接受的是单缓冲单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH实现D/A转换的程序如下：MOV DPTR，#7FFFH ；输入0832口地址MOV A，#data ；读取数据MOVX@DPTR，A；执行D/A转换SJMP $MOVX:片外64KB的数据存储区，与16位数据指针DPTR搭配运用7FFFH=0111111111111111DAC0832与微处理器接口(17/)◆

双缓冲方式：把DAC0832的两个寄存器都接成受控锁存方式DAC0832与微处理器接口(18/)◆上述DAC0832接受的是双缓冲双极性的接线方式，输入寄存器的地址为FEH，DAC寄存器的地址为FFH实现D/A转换的程序如下：MOV R0，#0FEH ；输入寄存器地址MOVX@R0，A ；转换数据送输入寄存器INC R0 ；产生DAC寄存器地址MOVX@R0，A；数据送入DAC寄存器并进行D/A转换SJMP $；等待中断DAC0832与微处理器接口(19/)12位D/A转换器DAC120812位D/A转换器DAC1208(20/)◆12位电流输出型D/A转换器◆内部有两个输入锁存器（一个8位，一个4位），和12位DAC锁存器，分别由限制。◆BYTE1/BYTE2输入限制端 —高电平：DI4-DI11同时锁存到输入寄存器 —低电平：DI0-DI3锁存到4位输入寄存器◆DAC寄存器的锁存限制端 —高电平：Q＝D，输入寄存器与DAC寄存器直通 —低电平：DAC寄存器锁存12位D/A转换器DAC1208(21/)◆引脚结构24引脚，双列直插式封装—数字量输入线DI11~DI0（12条）—限制线（5条）—输出线（3条）—电源线（4条）12位D/A转换器DAC1208(22/)DAC1208与MCS-51的接口12位D/A转换器DAC1208(23/)◆DAC1208接受的是单极性的输出方式，8位输入寄存器的地址为FFH，4位输入寄存器的地址为FEH。设内部RAM的20H和21H单元内存放一个12位数字量（20H单元中为低4位，21H单元中为高8位），实现D/A转换的程序为：ORG 0000H ；程序执行起先地址MOV R0，#0FFH ；8位输入寄存器地址MOV R1，#21HMOV A，@R1 ；高8位数字量送AMOVX @R0，A ；高8位数字量送8位输入寄存器DEC R0DEC R1MOV A，@R1 ；低4位数字量送ASWAP A ；A中凹凸4位互换MOVX @R0，A ；低4位数字量送4位输入寄存器DEC R0MOVX @R0，A ；启动D/A转换END12位D/A转换器DAC1208(24/)PCI-1720（25）◆PCI-1720是一款PCI总线的4路12位隔离数据量-到-模拟量的输出卡.它能够在输出和PCI总