計(jì)算機(jī)控制技術(shù)模擬量輸入輸出通道教學(xué)PPT

1、第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 4.2 模擬量輸出通道模擬量輸出通道 習(xí)題習(xí)題 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 模擬量輸入通道根據(jù)應(yīng)用的不同，可以有不同的結(jié)構(gòu)形 式。圖41是多路模擬量輸入通道的一般組成框圖。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-1 模擬量輸入通道的一般組成框圖 接口 過 程 參 數(shù) 檢 測(cè) 信號(hào)處理 信號(hào)處理 信號(hào)處理 多 路 開 關(guān) 放大s/h 微 處 理 機(jī) 控制 輸入通道 a/d 第四章模擬量輸入輸出通道 通常，人們把過程工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量的設(shè)備稱為傳感器 或一次儀表。傳感器的主要任務(wù)

2、是檢測(cè)，在過程控制中，為了 避免低電平模擬信號(hào)傳輸帶來的麻煩，經(jīng)常將測(cè)量元件的輸出 信號(hào)經(jīng)過溫度變送器、壓力變送器和流量變送器等進(jìn)行變換。 它們將溫度、壓力和流量的電信號(hào)變換成010 ma(ddz-型 儀表)或420 ma(ddz-型儀表)的統(tǒng)一信號(hào)，這一部分不屬 于模擬量輸入通道，而常歸屬于工程檢測(cè)技術(shù)和自動(dòng)化儀表； 但現(xiàn)在的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中許多模擬輸入通道中包含了變送器 部分的功能。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.1 4.1.1 輸入信號(hào)的處理輸入信號(hào)的處理 為了保證ad轉(zhuǎn)換的精度，模擬信號(hào)在輸入到ad之前 首先應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)奶幚?。根?jù)需要，信號(hào)處理可選擇小信號(hào) 放大， 大信號(hào)衰減，信號(hào)

3、濾波，阻抗匹配，非線性補(bǔ)償和電 流電壓轉(zhuǎn)換等方法。 第四章模擬量輸入輸出通道 1 1 信號(hào)濾波信號(hào)濾波 由于工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)干擾因素多，來自工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的模擬信號(hào)中常 混雜有干擾信號(hào)，應(yīng)該通過濾波削弱或消除干擾信號(hào)。 濾波 方法有硬件法和軟件法之分，硬件方法常用rc濾波器和有源濾 波器來濾除高于有用信號(hào)頻率的那部分干擾，也有稱之為模擬 預(yù)濾波； 用軟件方法可以濾除與有用信號(hào)頻率重合的那部分 干擾， 如卡爾曼濾波等。 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 統(tǒng)一信號(hào)電平統(tǒng)一信號(hào)電平 輸入信號(hào)可能是毫伏級(jí)電壓或毫安級(jí)電流信號(hào)， 應(yīng)變成 統(tǒng)一的信號(hào)電平。 例如可變成050 mv的統(tǒng)一小信號(hào)電平或 05 v(15 v)

4、的大信號(hào)電平。 即使從變送器來的010 ma 或420 ma的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)一般也要經(jīng)如圖4-2所示的電阻網(wǎng)絡(luò)， 進(jìn)行電流電壓轉(zhuǎn)換，將010 ma的信號(hào)變換成050 mv的 電壓信號(hào)， 其精度達(dá)0.02。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-2 i/v變換網(wǎng)絡(luò) 第四章模擬量輸入輸出通道 3 3 非線性補(bǔ)償非線性補(bǔ)償 大多數(shù)傳感器的輸出信號(hào)與被測(cè)參數(shù)之間呈非線性關(guān)系， 例如： 鉑銠鉑熱電偶在01000間電勢(shì)與溫度關(guān)系的非線 性約為6。非線性的線性化也有硬件和軟件兩種方法，應(yīng)用 硬件方法時(shí)，是利用運(yùn)放構(gòu)成負(fù)反饋來實(shí)現(xiàn)。例如在ddz-型 儀表的變送器中，就加入了非線性校正電路。 除上述幾種處理技術(shù)外，對(duì)不同的

5、模擬信號(hào)還可能要進(jìn)行 其它一些處理。例如熱電偶測(cè)溫時(shí)要進(jìn)行冷端補(bǔ)償；熱電阻測(cè) 溫時(shí)要用橋路法或恒流法實(shí)現(xiàn)電阻電壓變換等等。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.2 4.1.2 多路開關(guān)多路開關(guān) 多路開關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換器，其作用是將各被測(cè)模擬量按某 種方式， 如順序切換方式或隨機(jī)切換方式分時(shí)地輸入到公共 的放大器或ad轉(zhuǎn)換器上。 第四章模擬量輸入輸出通道 1 1 多路開關(guān)的種類多路開關(guān)的種類 多路開關(guān)有機(jī)械觸點(diǎn)式和電子式兩種。 機(jī)械觸點(diǎn)式多路開關(guān)常用的有干簧或濕簧繼電器，原理如 圖4-3所示。當(dāng)線圈通電時(shí)簧片吸合，開關(guān)接通。這類開關(guān)具 有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閉合時(shí)接觸電阻小，斷開時(shí)阻抗高，工作壽命較 長(zhǎng)，不受

6、環(huán)境溫度影響等優(yōu)點(diǎn)，在小信號(hào)中速度的切換場(chǎng)合仍 可使用。由單個(gè)干簧管繼電器組成的多路開關(guān)均采用開關(guān)矩陣 方式，如圖4-4所示的開關(guān)矩陣可對(duì)64個(gè)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)和選通， x軸和y軸的選通電路受cpu控制，其程序框圖如圖4-5所示。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-3 干簧繼電器 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-4 干簧繼電器開關(guān)矩陣 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-5 開關(guān)矩陣控制程序框圖 第四章模擬量輸入輸出通道 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，目前用得最多的是由晶體管、場(chǎng)效 應(yīng)管或光電耦合開關(guān)等組成的電子式無觸點(diǎn)開關(guān)。這類開關(guān)工 作頻率高，體積小，壽命長(zhǎng)。其缺點(diǎn)是導(dǎo)通電阻大，驅(qū)動(dòng)部分 和開關(guān)元件不獨(dú)立而影響

7、了小信號(hào)的測(cè)量精度。 常用的電子開關(guān)有c-mos、fet單片多路開關(guān)，如cd4051、 cd4052、 cd4053(或mc14501、c511)等以及由ttl電路組成的數(shù) 據(jù)選擇器74ls150、 74ls151等； 也有的將多路開關(guān)與ad集 成在一個(gè)芯片內(nèi)， 如adc0808， adc0809， adc1211等。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-6是單端8路開關(guān)cd4051的基本原理圖和管腳圖。 它 有三根二進(jìn)制控制輸入端a、b、c，片內(nèi)有二進(jìn)制譯碼器， 改變a、b、c的數(shù)值可譯出8種狀態(tài)， 分別從8路輸入中選中 一個(gè)開關(guān)接通。 當(dāng)禁止端inh為高電平時(shí)，不論a、b、c為何 值， 8個(gè)通

8、路都不通。 表4-1為cd4051真值表。 cd4051的數(shù) 字或模擬信號(hào)電平為315 v，模擬信號(hào)為upp=15 v，可作為 多路開關(guān)或反多路開關(guān)。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-6 單片8選1開關(guān)cd4051原理圖和管腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 表表4-1 cd4051真值表真值表 inhcba選通 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 x0 x1 x2 x3 x4 x5 x6 x7 無 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-7所示為ttl數(shù)據(jù)選擇器74ls151的原理圖和管腳圖。 其特點(diǎn)是將8位

9、輸入數(shù)據(jù)(1或0)中的某一位選通(8選1)， 輸出 其原碼或反碼。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-7 數(shù)據(jù)選擇器74ls151原理圖和管腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-8所示為光電耦合開關(guān)的一種用法。 光電耦合開關(guān)是 一種以光控制信號(hào)的器件，輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光 敏三極管。當(dāng)pio的某一位為高電平時(shí)，經(jīng)反相為低電平，發(fā) 光二極管導(dǎo)通并發(fā)光，使光敏三極管導(dǎo)通， 經(jīng)倒相輸出高電 平。 光電開關(guān)能使輸入和輸出在電氣上完全隔離，主要用于 抗干擾場(chǎng)合。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-8 光電耦合開關(guān)用法之一 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2多路開關(guān)的連接方式多路開關(guān)的連接方式 多路開

10、關(guān)有單端輸入，差動(dòng)輸入和偽差動(dòng)輸入等基本連 接方式，如圖4-9所示。 圖4-9(a)是單端多路輸入方式，一般用于高電平輸入信 號(hào)。由于一個(gè)通道傳送一路信號(hào)，因此通道利用率高。但這 種方式無法消除共模干擾，所以當(dāng)共模電壓ucm和信號(hào)電平uin 相比幅值較大時(shí)不宜采用。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-9(b)是差動(dòng)多路輸入連接方式，模擬量雙端輸入， 雙端輸出接到運(yùn)算放大器上。由于運(yùn)算放大器的共模抑制比 較高， 故抗共模干擾能力強(qiáng)，一般用于低電平輸入，現(xiàn)場(chǎng)干 擾較嚴(yán)重，信號(hào)源和多路開關(guān)距離較遠(yuǎn)，或者輸入信號(hào)有各 自獨(dú)立的參考電壓的場(chǎng)合(這時(shí)雙端輸入能各成回路)。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-9

11、(c)為偽差動(dòng)輸入。和圖4-9(a)的不同點(diǎn)在于模擬地 和信號(hào)地接成一點(diǎn)，而且應(yīng)該是所有信號(hào)的真正地， 也是各 輸入信號(hào)唯一的參考地(也可以浮置于系統(tǒng)地)。由于模擬地和 信號(hào)地接成一點(diǎn)， 這種方式可抑制信號(hào)源和多路開關(guān)所具有 的共模干擾，如工頻干擾。它適用于信號(hào)源距離較近的場(chǎng)合， 由于在保證全通道使用容量的條件下，提高了對(duì)干擾的抑制能 力， 因此這是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的連接方式。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-9 多路開關(guān)的基本連接方式 (a) 單端多路輸入； (b)差動(dòng)多路輸入； (c)偽差動(dòng)輸入 第四章模擬量輸入輸出通道 在實(shí)際應(yīng)用中，輸入信號(hào)可能很多，電平高低可能相差 很大，這時(shí)應(yīng)將電平分類

12、，對(duì)電平相近的通道歸類選擇切換。 為了減少選擇切換開關(guān)本身的漏電流，可采用干簧開關(guān)作一 次選擇切換， 電子開關(guān)作二次選擇切換的混合系統(tǒng)。 第四章模擬量輸入輸出通道 3 3多路開關(guān)的選擇多路開關(guān)的選擇 選擇多路開關(guān)時(shí)，主要考慮的因素有：通路數(shù)目，單端還 是差動(dòng)輸入，電平高低，對(duì)各通路的尋址方式， 開關(guān)切換時(shí) 需要多少時(shí)間才能穩(wěn)定到要求的精度，最大切換速率是多少， 各通路間允許的最大串?dāng)_誤差等等。通常是根據(jù)數(shù)據(jù)采集的要 求，抓住主要因素，進(jìn)行具體選擇。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.3 4.1.3 放大器放大器 放大器的功能是將小信號(hào)放大或大信號(hào)衰減到適合于ad 輸入電壓要求的范圍。在實(shí)際應(yīng)用

13、中，一次儀表的安裝環(huán)境和 輸出特性是各種各樣和十分復(fù)雜的，選用哪種類型的放大器取 決于應(yīng)用場(chǎng)合。對(duì)于微弱信號(hào)的放大來說，常有以下選擇： (1) 低漂移運(yùn)算放大器：它的特點(diǎn)是溫度漂移極小(如小 于1 v)，適用于一般的弱信號(hào)放大。 這類放大器有美國(guó) ad公司的adop-7和ad517等。 第四章模擬量輸入輸出通道 (2) 儀表放大器：它也稱測(cè)量放大器或數(shù)據(jù)放大器。其主 要特點(diǎn)是具有很高的共模抑制能力，此外還具有高輸入阻抗， 較低的失調(diào)電壓，較少的溫度漂移系數(shù)，低的輸出阻抗，有的 還具有增益可調(diào)功能。 這種放大器是由一組放大器構(gòu)成的。 由于上述優(yōu)點(diǎn)， 這種放大器得到了廣泛的應(yīng)用。 例如用于熱 電偶

14、、應(yīng)變電橋、流量計(jì)量、生物測(cè)量以及那些提供微弱信號(hào) 而有較大共模干擾的場(chǎng)合。這種放大器有ad公司的ad521、 ad522、ad612和增益可調(diào)的am-542、 543等。 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 隔離放大器: 隔離是指切斷控制裝置與工作現(xiàn)場(chǎng)的電 的聯(lián)系。對(duì)數(shù)字量廣泛采用光電隔離器， 而對(duì)于弱模擬信號(hào) 則多采用磁耦合的辦法。這種放大器的符號(hào)如圖4-10所示， 放大器分為輸入(a)和輸出(b)兩個(gè)獨(dú)立供電回路。這種放大器 有ad公司的model 277。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-10 隔離放大器符號(hào)表示 第四章模擬量輸入輸出通道 為了降低成本，多路信號(hào)可公用一個(gè)ad；為保證ad

15、 精度， 對(duì)小信號(hào)要放大而大信號(hào)要衰減?？梢悦恳宦范加?一個(gè)變送器， 但這會(huì)使成本大大增加。為此，可在ad之 前設(shè)置一個(gè)增益可變的放大器，對(duì)不同輸入信號(hào)用程序來設(shè) 置相應(yīng)的放大系數(shù)， 這就是可編程序放大器。 下面介紹兩 種可編程序放大器的實(shí)現(xiàn)方案。 第四章模擬量輸入輸出通道 1 1 采用增益可調(diào)的儀表放大器方案采用增益可調(diào)的儀表放大器方案 儀表放大器除共模抑制能力強(qiáng)，輸入阻抗高，漂移低外， 有的還具有增益可調(diào)功能。如am-542、543，圖4-11是這種增 益可調(diào)的方案框圖。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-11 增益可調(diào)的儀表放大器方案 第四章模擬量輸入輸出通道 通常，由于各路模擬信號(hào)和ad

16、的電壓范圍已知， 故可 算出對(duì)應(yīng)信號(hào)源要求的放大系數(shù)?？深A(yù)先將各路放大倍數(shù)的等 效數(shù)字量存入ram中，當(dāng)cpu要求輸入第n路信號(hào)時(shí)，則由 cpu控制將第n路對(duì)應(yīng)的放大倍數(shù)從ram中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線 送入am-542相應(yīng)端接點(diǎn)，這樣信號(hào)便按預(yù)先設(shè)定的放大倍數(shù) 進(jìn)行放大。 第四章模擬量輸入輸出通道 2 放大器并聯(lián)反饋電阻方案放大器并聯(lián)反饋電阻方案 如圖4-12所示，a1、a2組成同相關(guān)聯(lián)差動(dòng)放大器，a3為起 減法作用的差動(dòng)放大器。電壓跟隨器a4的輸入來自a點(diǎn)即共模 電壓ucm,其輸出作為運(yùn)放a1、a2的電源地端， 以使a1、a2的電 源電壓浮動(dòng)幅度與ucm相同，從而大大削弱共模干擾的影響， 這就是

17、共模自舉技術(shù)。信號(hào)從us1、us2以差動(dòng)方式輸入，放大器 差模閉環(huán)增益a=1+2r1r， r為r0r7中的一個(gè)。r0 r7值可以根據(jù)不同放大倍數(shù)要求，用公式a1+2r1r來選取， 電子開關(guān)cd4051選通哪一路電阻，可以由cpu通過程序進(jìn)行控 制。當(dāng)電阻都不被電子開關(guān)選通時(shí)，放大倍數(shù)為1。當(dāng)信號(hào)源采 用單端輸入時(shí)，運(yùn)放a2的正輸入端通過電阻接地。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-12 實(shí)用可編程序放大器 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.4 4.1.4 采樣保持器采樣保持器( (s sh) h) 1 1 采樣保持器采樣保持器 為了對(duì)變化較快，即工作頻率較高的模擬信號(hào)進(jìn)行采樣， 可以在ad前加入

18、采樣保持器(samplehold)。采樣保持器又 稱采樣保持放大器(sha)，其原理如圖4-13所示。它由模擬開 關(guān)， 儲(chǔ)能元件(電容c)和緩沖放大器組成。當(dāng)施加控制信號(hào)后， s閉合為采樣階段，模擬信號(hào)迅速向電容充電到輸入電壓值(這 個(gè)時(shí)間越短越好)，控制信號(hào)去除，s斷開為保持階段，為讓a d對(duì)保持電容c上的電壓進(jìn)行整量化，希望電容維持穩(wěn)定電壓 的時(shí)間長(zhǎng)一些為好。由于充電時(shí)間遠(yuǎn)小于ad轉(zhuǎn)換時(shí)間，保 持器的電壓下降率又較低， 因此大大減小了誤差。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-13 采樣保持器的基本組成 第四章模擬量輸入輸出通道 采樣保持器的主要性能參數(shù)如下所述： (1) 獲得時(shí)間：它是指給出

19、采樣指令后，跟蹤輸入信號(hào)到 滿量程并穩(wěn)定在終值誤差帶(02%0.005)內(nèi)變化和滯留的 最小時(shí)間。 (2) 孔徑時(shí)間：這是指保持指令給出后到采樣開關(guān)真正斷 開所需的時(shí)間。 (3) 輸出電壓衰減率： 是指保持階段由各種泄漏電壓引 起的放電速度。 (4) 直通饋入： 輸入信號(hào)通過采樣保持開關(guān)的極間電容竄 到保持電容上的現(xiàn)象。 第四章模擬量輸入輸出通道 2. 2. 常用的集成采樣保持電路及選用原則常用的集成采樣保持電路及選用原則 常見的集成采樣保持器芯片有三類： (1) 通用芯片：如ad538k、ad538ks、ad582k、 ad583k、 lf198lf298lf398等。 (2) 高速芯片：如

20、ths-0025、ths-0060、thc-0300和thc- 1500等。 (3) 高分辨芯片： 如sha1144和adc1130等。 第四章模擬量輸入輸出通道 最常見的有l(wèi)f398，如圖4-14所示。它由場(chǎng)效應(yīng)管制成， 其主要技術(shù)指標(biāo)是： 工作電壓: 5 v18 v。 保持時(shí)間小于或等于10 s。 可與ttl、 pmos和cmos兼容。 當(dāng)保持電容c0.001 f時(shí)，保持電壓下降率為3 mv min， 信號(hào)達(dá)到0.01的獲得時(shí)間為25 s。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-14 采樣保持器lf398 (a) 原理圖； (b) 接線圖 第四章模擬量輸入輸出通道 當(dāng)邏輯電壓基準(zhǔn)lr接地時(shí)，控制

21、電平與ttl兼容。保持 電容c的選擇要根據(jù)保持步長(zhǎng)、獲得時(shí)間、輸出電壓下降率等 幾個(gè)參數(shù)折衷考慮。 一般應(yīng)選聚苯乙烯、聚丙烯、 聚四氟 乙烯電容， 這些電容的介質(zhì)吸收特性好，保持誤差小。 選擇采樣保持器時(shí)，主要考慮以下因素：輸入信號(hào)范圍， 輸入信號(hào)變化率和多路開關(guān)的切換速率， 采樣時(shí)間應(yīng)為多少 才不會(huì)超過誤差要求等等。 當(dāng)輸入信號(hào)變化很緩慢，ad轉(zhuǎn)換相對(duì)較快時(shí)，可以不 用采樣保持器。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.5 4.1.5 模數(shù)模數(shù)(a(a d)d)轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用 1 1 a ad d轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類 按位數(shù)，ad轉(zhuǎn)換器可分為8位、10位、12位、16位和30

22、位等。按轉(zhuǎn)換方式，ad轉(zhuǎn)換器可分為： (1) 計(jì)算比較式：構(gòu)造簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，但速度慢，較少 采用。 (2) 雙積分式：又稱為v-t型電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換器。精度高， 抗干擾能力強(qiáng)，但速度慢。常用在信號(hào)變化慢，精度要求高， 干擾嚴(yán)重的場(chǎng)合，如高精度數(shù)字電壓表中。 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 逐次逼近式：轉(zhuǎn)換速度較快，精度也較高，用得最廣 泛。 (4) 并行高速ad：轉(zhuǎn)換時(shí)間很短，其中有三次積分式a d，全并行比較ad，串并行比較ad等。 按輸出編碼形式，ad轉(zhuǎn)換器還可分為二進(jìn)制編碼型和 bcd編碼型。 如5g14433為位，雙積分式，輸出編碼為bcd 碼。 應(yīng)該注意，用da與軟件配合也可實(shí)現(xiàn)ad

23、。另外電壓 頻率變換器vfc也是ad的一種形式。 2 1 3 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 a ad d轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) (1) 分辨力： 指ad最低位所具有的數(shù)值，如8位ad， 則分辨力為。也有以位數(shù)直接來表示分辨力的， 即8 位、10位和12位等ad轉(zhuǎn)換器的分辨力分別為8位、10位和12 位等。 (2) 量程： 指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍， 如5 v和10 v等。 256 1 2 1 8 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 轉(zhuǎn)換時(shí)間：是指從啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換到獲得數(shù)字輸出為止 的時(shí)間。 逐次逼近式ad的轉(zhuǎn)換時(shí)間與位數(shù)有關(guān)， 而雙積分 ad的轉(zhuǎn)換時(shí)間與輸入信號(hào)的幅值有關(guān)。 如a

24、dc0809逐次比較 或ad轉(zhuǎn)換需要比較8次以確定8位數(shù)據(jù)中每一位是0還是1， 每次比較需8個(gè)時(shí)鐘周期，故一次轉(zhuǎn)換需要64個(gè)時(shí)鐘周期。 若 時(shí)鐘頻率為640 khz，則轉(zhuǎn)換時(shí)間為; 若時(shí)鐘 頻率為500 khz， 則轉(zhuǎn)換時(shí)間為 。 s100 10640 64 3 s128 10500 64 3 第四章模擬量輸入輸出通道 (4) 精度：指產(chǎn)生輸出量n的理論輸入電壓與實(shí)際輸入電 壓之差，精度有絕對(duì)精度和相對(duì)精度之分。前者常用數(shù)字的位 數(shù)表示。若滿量程為10 v，則10位ad的絕對(duì)精度為 。相對(duì)精度常用百分?jǐn)?shù)表示， 如10位ad，相對(duì)精度為 。請(qǐng)注意分辨力和精度是兩個(gè)不同的概念， 分辨力是指能 對(duì)轉(zhuǎn)

25、換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量，精度是由誤差決定的。 如ad滿量程為10 v，其分辨力為9.77 mv，但這個(gè)變化可能 由于溫漂，線性不良而引起，故精度未必這么高。 ad轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)還有工作溫度范圍， 是否外接基 準(zhǔn)電壓和輸入邏輯電壓等等。 mv88. 4 2 1010 2 1 lsb 2 1 10 3 %1 . 0 2 1 10 第四章模擬量輸入輸出通道 3 3典型應(yīng)用例子典型應(yīng)用例子 ad轉(zhuǎn)換器是專門用來將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的器件， 使 用時(shí)只要連接供電電源，將模擬信號(hào)加到輸入端， 在控制端加 一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)，ad轉(zhuǎn)換器就會(huì)自動(dòng)工作，轉(zhuǎn)換完成后芯片會(huì) 在一個(gè)輸出引腳給出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，通知cp

26、u此時(shí)可以讀取數(shù)據(jù)。 cpu可通過一條movxa，dptr指令讀入模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，這就是 ad的應(yīng)用過程。 在應(yīng)用ad轉(zhuǎn)換器時(shí)應(yīng)把注意力放在ad轉(zhuǎn)換器與cpu的連 線問題上，具體應(yīng)注意幾點(diǎn)： 第四章模擬量輸入輸出通道 (1) 輸入模擬電壓是單端的還是差動(dòng)的。 (2) 數(shù)據(jù)輸出線與系統(tǒng)總線的連線問題: 如ad轉(zhuǎn)換器 具有可控三態(tài)輸出門(如adc0809)則可直接將ad輸出數(shù)據(jù)線 與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，如果ad轉(zhuǎn)換器有三態(tài)輸出門， 但不 受外部控制(如ad570)或無三態(tài)門，則必須通過io通道或附 加的三態(tài)門電路實(shí)現(xiàn)與cpu相連。8位以上ad轉(zhuǎn)換器與cpu 相連時(shí)還應(yīng)考慮ad位數(shù)與cpu總線位數(shù)匹配問

27、題。 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 啟動(dòng)信號(hào)供給問題：有些ad轉(zhuǎn)換器(如ad570、 ad571和ad572等)要求有電平啟動(dòng)信號(hào)，對(duì)這些芯片在轉(zhuǎn)換全 過程中均要保證啟動(dòng)信號(hào)有效，另外一些芯片(如adc0809和 adc1210等)要求有脈沖啟動(dòng)信號(hào)，此時(shí)可用movx dptr, a指 令發(fā)出的片選信號(hào)或?qū)懶盘?hào)在片內(nèi)產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖。 (4) 數(shù)據(jù)讀取方式：一般有程序查詢方式、cpu等待方式、 固定延時(shí)方式和中斷方式等4種數(shù)據(jù)讀取方式。 第四章模擬量輸入輸出通道 例例4-14-1用不帶可控三態(tài)門的ad轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)ad轉(zhuǎn)換， cpu可分別采用程序查詢方式和等待方式讀取數(shù)據(jù)。 解解如圖4-15，將a

28、d570的15腳接地，則模擬電壓為單極 性輸入。用并行接口8255a作為ad570與系統(tǒng)總線之間的io通 道，其中8255a的端口a連接ad轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)端，工作于輸入 方式；端口b也工作于輸入方式，且pb0接ad570轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) /dr，用程序查詢pb0即可知ad轉(zhuǎn)換是否完成；端口c工作在 輸出方式且pc0接ad570的啟動(dòng)信號(hào)端bc。工作時(shí)置pc0為0， 可啟動(dòng)ad，用程序判斷pb0是否轉(zhuǎn)換完成，如完成了則由端 口a讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果， 否則繼續(xù)查詢。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-15 ad570與cpu連線圖 第四章模擬量輸入輸出通道 readad： mov a， 92h; a、 b口輸入

29、， c口輸出 mov dptr, portcc ; portcc為控制口 movx dptr，a mov a，01h ; pc0為1 mov dptr, portc movx dptr，a mov a，00h ; pc0為0， 啟動(dòng)ad movx dptr，a 第四章模擬量輸入輸出通道 z： mov dptr, portb movx a,dptr anl a,01h cjne a,00h,z ; 如果pb0為l再查詢 mov a，01h ; 撤消啟動(dòng)信號(hào) mov dptr, portc movx dptr，a mov dptr, porta movx a,dptr ;讀取ad數(shù)據(jù) 第四章模擬量

30、輸入輸出通道 圖4-16為cpu工作于固定延時(shí)方式的電路圖。與圖4-15 不同的是：在cpu發(fā)出轉(zhuǎn)換指令后，不用去查詢/dr的狀態(tài)， 只要延時(shí)足夠長(zhǎng)的時(shí)間，保證在a/d轉(zhuǎn)換結(jié)束后再去讀取a/d 轉(zhuǎn)換結(jié)果即可。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-16 cpu固定延時(shí)方式電路圖 第四章模擬量輸入輸出通道 8位a/d轉(zhuǎn)換器adc0808/0809 adc0808/0809是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器，芯 片內(nèi)還包含有8通道多路開關(guān)及與計(jì)算機(jī)兼容的 控制邏輯。 8通道多路模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可通道多路模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可 以在以在8個(gè)輸入通道中任意接通一個(gè)通道的模擬信號(hào)。個(gè)

31、輸入通道中任意接通一個(gè)通道的模擬信號(hào)。 其原理框圖如圖所示。其原理框圖如圖所示。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖 adc0808/0809原理框圖 第四章模擬量輸入輸出通道 引腳結(jié)構(gòu) adc0809采用雙列直插式封裝，共 有28條引腳。其引腳結(jié)構(gòu)如圖示。 圖圖adc0809引腳圖引腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 引腳結(jié)構(gòu) （1）in7in0：8條模擬量輸入通 道 （2）地址輸入和控制線：4條 （3）數(shù)字量輸出及控制線：11條 （4）電源線及其他：5條 第四章模擬量輸入輸出通道 表 被選通道和地址的關(guān)系 返回本節(jié) 第四章模擬量輸入輸出通道 圖 adc0808/0809進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換時(shí)各引腳時(shí)序圖

32、第四章模擬量輸入輸出通道 例例4-24-2用帶可控三態(tài)門輸出的0809來實(shí)現(xiàn)ad轉(zhuǎn)換，分 別采用查詢法、定時(shí)法和中斷法讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 解解0809內(nèi)帶多路開關(guān)和可控三態(tài)門輸出，特別易于與 cpu連接。 (1) 用查詢法讀ad轉(zhuǎn)換數(shù)的接口如圖4-17所示。首先 cpu用movx dptr,a指令產(chǎn)生信號(hào)ale和start，其作用是選通 輸入uin0uin7之一并啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換。然后cpu查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信 號(hào)eoc狀態(tài)，判斷ad是否完成(1表示已完成)。如果轉(zhuǎn)換完成， 則cpu用movx a, dptr指令產(chǎn)生輸出允許信號(hào)oe，同時(shí)讀入數(shù) 據(jù)；如果轉(zhuǎn)換未完成，則繼續(xù)查詢。 其查詢法讀a/d轉(zhuǎn)換數(shù)的 程

33、序如下： 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-17 用查詢法讀a/d轉(zhuǎn)換數(shù)的接口 第四章模擬量輸入輸出通道 adc8： mov r1， 30h; 數(shù)據(jù)區(qū)首址30hr3 mov r2, 08h ; 8路輸入 mov dptr，7f00h ; dptr指向0809 in0通道地址 start：movx dptr,a ; 啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換 reoc: jb p1.0,reoc ; 讀eoc, 判eoc, eoc=1則等待 movx a,dptr ; eoc=0, 讀入數(shù)據(jù) mov r1，a ; 存ad轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) inc r1 ; 數(shù)據(jù)區(qū)地址加1 inc dptr ; a/d通道口地址加1 djnz r2,st

34、art ; 下一通道ad轉(zhuǎn)換 ret 第四章模擬量輸入輸出通道 (2) 用定時(shí)法讀ad轉(zhuǎn)換數(shù)的接口如圖4-18所示。由于 adc0809時(shí)鐘為500 khz，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128 s，因此啟動(dòng)ad 后，再利用程序至少延時(shí)128 s后就可以直接讀入ad 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 因?yàn)椴槐夭樵僥oc，故接口電路較為簡(jiǎn)單。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-18 用定時(shí)法讀a/d轉(zhuǎn)換數(shù)的接口 第四章模擬量輸入輸出通道 設(shè)cpu時(shí)鐘為12 mhz， 那么接口程序清單如下： adc8：mov r1， #30h ； 數(shù)據(jù)區(qū)首地址#30hr3 mov r2, 08h ; 8路輸入 mov dptr，7f00h ; dptr指向

35、0809 in0通道地址 start： movx dptr, a ; 啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換 mov r6, 00h ; 延時(shí)256 s time: djnz r6, time movx a, dptr ; 延時(shí)時(shí)間到，讀入數(shù)據(jù) mov r1，a ; 存ad轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) inc r1 ; 數(shù)據(jù)區(qū)地址加1 inc dptr ; 口地址加1 djnz r2, start ; 下一通道ad轉(zhuǎn)換 ret 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 用中斷法讀ad轉(zhuǎn)換數(shù)的接口如圖4-19所示。 本例 中用eoc向cpu發(fā)中斷請(qǐng)求， 在中斷服務(wù)程序中讀入數(shù)據(jù)。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-19 用中斷法讀ad轉(zhuǎn)換的接口 第四

36、章模擬量輸入輸出通道 其參考程序清單如下： org 0000h ajmpmain org 0003h ; int0中斷矢量 ajmp int0 ; 轉(zhuǎn)int0中斷程序入口 主程序 org 0100h main： mov r0, 30h ; 片內(nèi)ram首地址 mov r2, 08h ; 轉(zhuǎn)換8路a/d setb it0 ; int0邊沿觸發(fā) setb ea ; 開中斷 setb ex0 ; 允許int0中斷 mov dptr, 7f00h; 選in0通道地址 movx dptr, a ; 啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換 wait: sjmp wait ; 等待中斷 第四章模擬量輸入輸出通道 以下為int0中斷服

37、務(wù)程序: org 0200h int0: movx a, dptr ; 讀a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果 mov r0, a ; 存數(shù) inc r0 ; 更新存儲(chǔ)單元地址 inc dptr ; 更新通道地址 movx dptr, a ; 啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換 djnz r2, loop ; 巡回未完繼續(xù) clr ex0 ; 采集完，關(guān)中斷 loop: reti ; 中斷返回 第四章模擬量輸入輸出通道 ad574為28腳雙列直插式封裝，引腳排 列如圖所示。 圖圖 ad574引腳圖引腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 （2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn) ad574內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，參 考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，因此

38、 使用方便，可直接和微機(jī)接口，不 需要外接時(shí)鐘電路。 adc0809的輸入模擬電壓為0 +5v，是單極性的。而ad574的輸入 模擬電壓既可是單極性也可是雙極 性。 ad574的數(shù)字量的位數(shù)可以設(shè)定 為8位，也可設(shè)定為12位。 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-20給出了12位ad轉(zhuǎn)換器ad574與8031單片機(jī)的接口 電路。根據(jù)接線圖，可知：(1) ad574的cs片選端接鎖存器的q7 端，a0端接鎖存器的q1端，rc端接鎖存器的q0端，8031的wr 和rd經(jīng)與非門同ad574的ce端相接，因此，ad574啟動(dòng)12位ad 轉(zhuǎn)換的地址為ff7

39、ch；讀高8位數(shù)據(jù)的地址為ff7dh；讀低4位數(shù) 據(jù)的地址為ff7fh。 (2) 128接地表示8031要分兩次從ad574讀出ad轉(zhuǎn)換 后的12位數(shù)字量。 (3) 圖中，bif off的接法表示10vin或20vin被設(shè)定為雙 極性電壓輸入。若要使10vin或20vin被設(shè)定為單極性電壓輸入， 接線方式需作相應(yīng)改變。 第四章模擬量輸入輸出通道 例4-3在圖4-20中，試編寫程序，使ad574進(jìn)行12位a d轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量存入內(nèi)部20h和21h單元。 設(shè)20h單元存放高8位，21h單元存放低4位。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-20 ad574與8031接口電路 第四章模擬量

40、輸入輸出通道 解解程序清單如下： org 0000h mov r0， 20h ; 數(shù)據(jù)區(qū)首地址 mov dptr, 0ff7ch movx dptr， a ; 啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換 loop： jb p1.0， loop ; 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束， 未結(jié)束， 等待 mov dptr， 0ff7dh movx a， dptr ; 讀高8位數(shù)據(jù) mov r0， a ; 存高8位數(shù)據(jù) inc dptr inc dptr movx a， dptr ; 讀低4位數(shù)據(jù) anl a， ofh ; 屏蔽高4位隨機(jī)數(shù) inc r0 mov r0， a ; 存低4位數(shù)據(jù) end 第四章模擬量輸入輸出通道 此程序是按查詢法來進(jìn)行編

41、程的。若要提高cpu的利用率， 則可改成用中斷的方法。接線上，只需將圖中的sts端接8031 的外中斷端即可。 以上我們用3個(gè)典型例子說明了不同ad轉(zhuǎn)換芯片不同cpu 的連接與應(yīng)用方法。一般來說接口芯片的應(yīng)用都是采用“弄清 管腳功能， 適當(dāng)連線和編制相應(yīng)軟件”的方法進(jìn)行的。 第四章模擬量輸入輸出通道 mc14433是美國(guó)motorola公司推出的單片 3 1/2位a/d轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式 a/d轉(zhuǎn)換器所有的cmos模擬電路和數(shù)字 電路。具有外接元件少，輸入阻抗高， 功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特 點(diǎn)，并且具有自動(dòng)校零和自動(dòng)極性轉(zhuǎn)換 功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成 一個(gè)完整的a/

42、d轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性 如下： 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 精度：讀數(shù)的0.05%1字 模擬電壓輸入量程：1.999v和199.9mv兩檔 轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s 輸入阻抗：大于1000m 電源電壓：4.8v8v 功耗：8mw（5v電源電壓時(shí)，典型值） 采用字位動(dòng)態(tài)掃描bcd碼輸出方式，即千、 百、十、個(gè)位bcd碼分時(shí)在q0q3輪流輸出， 同時(shí)在ds1ds4端輸出同步字位選通脈沖， 很方便實(shí)現(xiàn)led的動(dòng)態(tài)顯示。 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 mc14433的引腳說明： 1. pin1(vag)模擬地，為高科技阻 輸入端，被測(cè)電壓和基準(zhǔn)電壓的接入

43、地。 2. pin2(vr)基準(zhǔn)電壓，此引腳為外 接基準(zhǔn)電壓的輸入端。mc14433只要一 個(gè)正基準(zhǔn)電壓即可測(cè)量正、負(fù)極性的電 壓。此外，vr端只要加上一個(gè)大于5個(gè)時(shí) 鐘周期的負(fù)脈沖(vr)，就能夠復(fù)位至轉(zhuǎn)換 周期的起始點(diǎn)。 第四章模擬量輸入輸出通道 3. pin3(vx)被測(cè)電壓的輸入端，mc14433 屬于雙積分型a/d轉(zhuǎn)換器，因而被測(cè)電壓與基 準(zhǔn)電壓有以下關(guān)系： 因此，滿量程的vx=vr。當(dāng)滿量程選為 1.999v，vr可取2.000v，而當(dāng)滿量程為 199.9mv時(shí)，vr取200.0mv，在實(shí)際的應(yīng)用電 路中，根據(jù)需要，vr值可在200mv2.000v之 間選取。 第四章模擬量輸入輸出

44、通道 4. pin4-pin6(r1/c1，c1)外接積分元件端 次三個(gè)引腳外接積分電阻和電容，積分電容一般選 0.1uf聚脂薄膜電容，如果需每秒轉(zhuǎn)換4次，時(shí)鐘頻率 選為66khz，在2.000v滿量程時(shí)，電阻r1約為470k， 而滿量程為200mv時(shí)，r1取27k。 5. pin7、pin8(c01、c02)外接失調(diào)補(bǔ)償電容端，電 容一般也選0.1uf聚脂薄膜電容即可。 6. pin9(du)更新顯示控制端，此引腳用來控制轉(zhuǎn) 換結(jié)果的輸出。如果在積分器反向積分周期之前，du 端輸入一個(gè)正跳變脈沖，該轉(zhuǎn)換周期所得到的結(jié)果將 被送入輸出鎖存器，經(jīng)多路開關(guān)選擇后輸出。否則繼 續(xù)輸出上一個(gè)轉(zhuǎn)換周期所

45、測(cè)量的數(shù)據(jù)。這個(gè)作用可用 于保存測(cè)量數(shù)據(jù)，若不需要保存數(shù)據(jù)而是直接輸出測(cè) 量數(shù)據(jù)，將du端與eoc引腳直接短接即可。 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 7. pin10、pin11(clk1、clk0)時(shí)鐘外接元件端， mc14433內(nèi)置了時(shí)鐘振蕩電路，對(duì)時(shí)鐘頻率要求不高 的場(chǎng)合，可選擇一個(gè)電阻即可設(shè)定時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻 率為66khz時(shí)，外接電阻取300k即可。 若需要較高的時(shí)鐘頻率穩(wěn)定度，則需采用外接石英 晶體或lc電路，參考附圖。 8. pin12(vee負(fù)電源端。vee是整個(gè)電路的電壓最 低點(diǎn)，此引腳的電流約為0.8ma，驅(qū)動(dòng)電流并不流經(jīng)此 引腳，故對(duì)提供此負(fù)電壓的電源

46、供給電流要求不高。 8. pin13(vss)數(shù)字電路的負(fù)電源引腳。vss工作電 壓范圍為vdd-5vvssvee。除clk0外，所有輸出端 均以vss為低電平基準(zhǔn)。 第四章模擬量輸入輸出通道 9. pin14(eoc)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標(biāo)志位。每個(gè)轉(zhuǎn)換周期 結(jié)束時(shí)，eoc將輸出一個(gè)正脈沖信號(hào)。 10. pin15( )過量程標(biāo)志位，當(dāng)|vx|vref時(shí)， 輸 出為低電平。 11. pin16、17、18、19(ds4、ds3、ds2、ds1) 多路選通脈沖輸出端。ds1、ds2、ds3和ds4分別對(duì) 應(yīng)千位、百位、十位、個(gè)位選通信號(hào)。當(dāng)某一位ds信 號(hào)有效（高電平）時(shí)，所對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)從q0、q1、q

47、2和 q3輸出，兩個(gè)選通脈沖之間的間隔為2個(gè)時(shí)鐘周期，以 保證數(shù)據(jù)有充分的穩(wěn)定時(shí)間。 12. pin20、21、22、23(q0、q1、q2、q3)bcd 碼數(shù)據(jù)輸出端。該a/d轉(zhuǎn)換器以bcd碼的方式輸出， 通過多路開關(guān)分時(shí)選通輸出個(gè)位、十位、百位和千位 的bcd數(shù)據(jù)。同時(shí)在ds1期間輸出的千位bcd碼還包 含過量程、欠量程和極性標(biāo)志信息。 13. pin24(vdd)正電源電壓端。 第四章模擬量輸入輸出通道 串行a/d轉(zhuǎn)換器與單片機(jī)的接口 max176管腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 max176功能模塊圖 第四章模擬量輸入輸出通道 單次方式下的時(shí)序 第四章模擬量輸入輸出通道 連續(xù)轉(zhuǎn)換方式下

48、的時(shí)序 第四章模擬量輸入輸出通道 串行至并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 兩個(gè)移位寄存器74hc595 第四章模擬量輸入輸出通道 max176與單片機(jī)接口 第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)格式 第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采集和處理 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的基本功能 1. 時(shí)鐘. 2. 采集,打印,顯示和超限報(bào)警. 3. 能實(shí)現(xiàn)定時(shí)制表或人工干預(yù)及時(shí)打 印制表. 第四章模擬量輸入輸出通道 設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要考慮的問題 1.分辨率和精度 2.模擬量通道數(shù) 3.采樣頻率的確定 第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展 1.快速,高精度的a/d轉(zhuǎn)換芯片不斷涌 現(xiàn).,通用和專用的數(shù)據(jù)采集卡. 2.數(shù)據(jù)采集和信號(hào)處理緊密結(jié)合,

49、高速 專用信號(hào)處理機(jī). 3.檢測(cè)和傳感技術(shù)的發(fā)展,智能傳感器. 4.分布式數(shù)據(jù)采集以其更好地適應(yīng)不 同地理位置的采集現(xiàn)場(chǎng)的要求,為分散性 過程控制系統(tǒng)提供必要的技術(shù)支持. 第四章模擬量輸入輸出通道 巡回檢測(cè)程序設(shè)計(jì) 概述 巡回檢測(cè)舉例 返回本章首頁 第四章模擬量輸入輸出通道 概述 所謂的巡回檢測(cè)就是對(duì)生產(chǎn)過程中的各個(gè) 參數(shù)按照一定的周期進(jìn)行檢查和測(cè)量，檢測(cè) 的數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)處理后可以進(jìn)行顯示、打 印和報(bào)警等操作。巡回檢測(cè)程序主要由以下 幾個(gè)方面構(gòu)成： 1. 采樣周期t的確定 2. 采樣開關(guān)通道號(hào)的控制 3. a/d轉(zhuǎn)換 4. 數(shù)據(jù)處理 返回本節(jié) 第四章模擬量輸入輸出通道 巡回檢測(cè)舉例 利用8位

50、a/d轉(zhuǎn)換芯片（adc0809） 第四章模擬量輸入輸出通道 圖圖 爐溫巡回檢測(cè)電路原理圖爐溫巡回檢測(cè)電路原理圖 p0.0 0.7 d0 7 q0 q2 q1 adda addb addc ale start 2-7 2-2 isb2-8 msb2-1 2分頻clock enable eoc adc0809 7400 7400 7406 74ls373 8031 . . p2.7 wr rd ale/p int0 in0 in1 in2 in3 in4 in5 in6 in7 第四章模擬量輸入輸出通道 系統(tǒng)的硬件電路介紹： （1）測(cè)量元件和變送 器 （2）a/d轉(zhuǎn)換電路 （3）二分頻電路 第四章

51、模擬量輸入輸出通道 本程序由系統(tǒng)初始化程序和中 斷程序組成。初始化程序完成 中斷向量和定時(shí)器初值的設(shè)定； 中斷程序完成數(shù)據(jù)采樣工作， 實(shí)現(xiàn)對(duì)8個(gè)通道的巡回檢測(cè)。 初始化程序功能：設(shè)置定時(shí)器0、 外部中斷0和外部中斷1的中斷 程序入口；設(shè)置定時(shí)器0的工作 方 式 為 方 式 1 ， 定 時(shí) 時(shí) 間 為 100ms；設(shè)置計(jì)數(shù)單元（30h） 初值。 初始化程序流程框圖如圖所示。 開中斷 中斷初始化 啟動(dòng)定時(shí)器 等待中斷 開始 設(shè)置中斷向量 定時(shí)器初始化 圖圖 初始化程序流程圖初始化程序流程圖 第四章模擬量輸入輸出通道 定時(shí)器中斷程序流程框圖如圖 所示。 圖圖 定時(shí)器中斷程序流定時(shí)器中斷程序流 程框圖

52、程框圖 關(guān)中斷 計(jì)數(shù)單元加1 8s定時(shí) 到否？ 觸發(fā)into 重新加載數(shù)據(jù) 開中斷 否 是 開 始 返 回 第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采樣程序流程框圖如圖所 示。 第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采樣程序程序清單： sample: setb 00h；設(shè)置標(biāo)志位 mov dptr,#0f00h；設(shè)置通道初值 mov r6,#08h；設(shè)置通道數(shù) mov r7,#05h；設(shè)置采樣次數(shù) movr0,#40h；設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)首址 tran_s:movxdptr,a；啟動(dòng)a/d轉(zhuǎn)換 程序流程圖 wait:jb00h,wait；標(biāo)志位為1等待a/d轉(zhuǎn) 換完成中斷 第四章模擬量輸入輸出通道 setb00h；置標(biāo)

53、志位 incdptr；通道號(hào)加1 incr0 incr0 incr0 incr0 incr0；45h為下一通道采樣數(shù)據(jù)存放首址 djnzr6,#tran_s；8個(gè)通道采樣未完，繼續(xù)采樣 movdptr,#0f00h；8個(gè)通道采樣結(jié)束，重置通道初值 incr0；修改采樣數(shù)據(jù)存放地址 djnzr7,tran_s；未完成5次采樣，繼續(xù) ；數(shù)據(jù)處理程序 . reti 第四章模擬量輸入輸出通道 4.2 模擬量輸出通道模擬量輸出通道 模擬量輸出通道是在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)控制輸出的主 要手段，其任務(wù)是把計(jì)算機(jī)(單片機(jī))輸出的數(shù)字形式的控制信 號(hào)變成模擬的電壓、電流信號(hào)，驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行部件，從而完 成計(jì)算機(jī)

54、的控制目標(biāo)。顯然，模擬輸出通道的關(guān)鍵部分是da 轉(zhuǎn)換器(dac)，也就是本節(jié)我們討論的主要內(nèi)容。 第四章模擬量輸入輸出通道 dac(digital analog converter)的基本任務(wù)是根據(jù)輸 入的數(shù)字信號(hào)，輸出相應(yīng)的、不同大小的模擬信號(hào)。 例如有 一個(gè)4位adc(即輸入的數(shù)字信號(hào)共有4位)， 輸出在07.5 v 之間， 當(dāng)輸入是0000時(shí)，輸出為0 v； 當(dāng)輸入是0001時(shí)， 輸出為0.5 v； 當(dāng)輸入是0010時(shí)，輸出為1 v；當(dāng)輸入是0011 時(shí)， 輸出為1.5 v ； 當(dāng)輸入是1111時(shí)， 輸出為7.5 v。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.2.1 dac4.2.1 dac的工作

55、原理的工作原理 1 1 權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)dacdac 權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)dac的結(jié)構(gòu)最為簡(jiǎn)單， 也是易于理解的一 種電路。 圖4-21是一個(gè)4位權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)dac的示意圖， 它包括電 阻網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器。s3、s2、s1、s0是 4個(gè)電子開關(guān)，它們分別受到數(shù)據(jù)d3、d2、d1、d0的控制，例如 數(shù)據(jù)是1011，則s2斷開，其他開關(guān)閉合。由于各個(gè)開關(guān)所接的 電阻阻值不同， 因此對(duì)輸出電壓的貢獻(xiàn)也是不一樣的， 可以寫 出： )2( fcc out i i d r ru u 第四章模擬量輸入輸出通道 如果選取rf=r，則 )2( ccout i i duu 雖然權(quán)電阻求

56、和網(wǎng)絡(luò)dac的結(jié)構(gòu)很簡(jiǎn)單，但是實(shí)際上很少使 用這種電路，原因是它要求電阻的阻值很大，其阻值精度必須 非常高，例如一個(gè)12位的dac，如果阻值最大的電阻是10 k， 其阻值精度至少要達(dá)到2 以內(nèi)，這是很難做到的。 所以實(shí)際 的電路一般是下面介紹的類型。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-21 權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)dac 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 梯形網(wǎng)絡(luò)梯形網(wǎng)絡(luò)dacdac 由于權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)dac的固有缺陷， 因此很少實(shí)際應(yīng)用， 實(shí)際應(yīng)用的基本上是梯形網(wǎng)絡(luò)dac和倒梯形網(wǎng)絡(luò)dac，它們都只 使用阻值為r和2r的兩種電阻，這樣就不需要對(duì)電阻提出高精 度的要求了。 如圖4-22所示，它是梯形網(wǎng)絡(luò)的

57、dac，這種dac也包括電阻 網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、基準(zhǔn)電源和運(yùn)算放大器，但是它的電阻網(wǎng)絡(luò) 與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)是不同的。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-22 梯形電阻網(wǎng)絡(luò)dac 第四章模擬量輸入輸出通道 它的工作原理如下：在電阻網(wǎng)絡(luò)中，有a、b、c等若干個(gè)節(jié) 點(diǎn)，而每個(gè)節(jié)點(diǎn)向左、向下、向右的等效電阻都是2r，假如當(dāng) 前電子開關(guān)s0接基準(zhǔn)電源es，s1、s2、s3接地，由于a點(diǎn)左右兩邊 的等效電阻相當(dāng)于并聯(lián)，因此流過a節(jié)點(diǎn)下面電阻的電流必然是 es(3r)，而流過ab兩端電阻的電流就一定是es(6r)，該電流 在b節(jié)點(diǎn)再次被分流，流過bc兩端電阻的電流就一定是es (12r)，顯然每通過一個(gè)節(jié)點(diǎn)電流就只有

58、原來的二分之一，最終 流過rf的電流是(es3r)16，輸出uout變成-(es*rf3r)16； 若s1接基準(zhǔn)電源es，s0、s2、s3接地，由于分流的環(huán)節(jié)少了一個(gè)， 因此輸出uout變成-(es *rf3r)8，s2、s3單獨(dú)接基準(zhǔn)電源es也 可以分別求出輸出是-(es *rf3r)4和-(es *rf3r)2， 當(dāng)電子開關(guān)有多個(gè)接基準(zhǔn)電源es時(shí)，按照疊加定理，其輸出應(yīng) 是上述電壓值的和， 從而可以很好地實(shí)現(xiàn)da轉(zhuǎn)換。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-23 倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)dac 第四章模擬量輸入輸出通道 3 倒梯形網(wǎng)絡(luò)倒梯形網(wǎng)絡(luò)dac 如圖4-23所示，它是一個(gè)倒梯形的dac示意圖， 它的

59、原理 與梯形dac有類似的地方，也是利用等效電路與分流作用實(shí)現(xiàn) da變換的。具體地說：每個(gè)節(jié)點(diǎn)向下、向左、向右的等效 電阻都是2r，如果s3接到運(yùn)放的輸入端，其他開關(guān)都接地，則 流過rf的電流是es(2r)；如果s2接到運(yùn)放的輸入端，其他開關(guān) 都接地，由于該路電流經(jīng)過一次分流，因此流過rf的電流是es (4r)。 第四章模擬量輸入輸出通道 另外,s1單獨(dú)接運(yùn)放輸入端或s0單獨(dú)接運(yùn)放輸入端，在這兩 種情況下可以算出流過rf的電流分別是es(8r)和es(16r)。 按照疊加定理，還可以算出多個(gè)開關(guān)接運(yùn)放輸入端時(shí)流過rf的 電流，以及最終輸出的電壓。 之所以稱這種電路是“倒梯形”，是對(duì)比梯形電阻網(wǎng)

60、絡(luò)的 電路圖，它把基準(zhǔn)電源es和運(yùn)放的位置進(jìn)行了調(diào)換。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.2.2 4.2.2 多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式 1 1 數(shù)字保持器數(shù)字保持器 如圖4-24所示，每一通道都有一個(gè)da轉(zhuǎn)換器， 數(shù)字量 保持在寄存器中(有的da內(nèi)部具有雙緩沖寄存器機(jī)構(gòu))。 這 種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠， 即使一路da有故障也不會(huì) 影響其他通路的工作；缺點(diǎn)是使用da較多。但隨著大規(guī)模集 成電路技術(shù)的發(fā)展，這個(gè)缺點(diǎn)正逐步得到克服。圖4-24的結(jié)構(gòu) 在高速低噪聲傳輸時(shí)， 從微型機(jī)到各路reg的輸入線要用雙絞 線對(duì)，且數(shù)量隨位數(shù)增加而增加。因此，為減少連線數(shù)量可采 用圖