第7章(討論式)

1、2021-9-211本章主要內(nèi)容本章主要內(nèi)容1 1數(shù)字量輸入輸出通道及其設(shè)計(jì)數(shù)字量輸入輸出通道及其設(shè)計(jì)2 2模擬量輸入通道及其設(shè)計(jì)模擬量輸入通道及其設(shè)計(jì) 3 3模擬量輸出通道及其設(shè)計(jì)模擬量輸出通道及其設(shè)計(jì) 第第7 7章章 輸入輸出過(guò)程通道輸入輸出過(guò)程通道2021-9-212教學(xué)目的與要求：教學(xué)目的與要求：重點(diǎn)：重點(diǎn)：（1）理解過(guò)程通道的類(lèi)型和功能）理解過(guò)程通道的類(lèi)型和功能（2）掌握數(shù)字量輸入輸出通道類(lèi)型和設(shè)計(jì)）掌握數(shù)字量輸入輸出通道類(lèi)型和設(shè)計(jì)（3）掌握模擬量輸入通道的組成及設(shè)計(jì)）掌握模擬量輸入通道的組成及設(shè)計(jì)（4 4）掌握模擬量輸出通道的組成及設(shè)計(jì)）掌握模擬量輸出通道的組成及設(shè)計(jì)（1 1）模擬

2、量輸入通道的組成，）模擬量輸入通道的組成，A/DA/D轉(zhuǎn)換器的選轉(zhuǎn)換器的選擇擇（2 2）模擬量輸出通道的組成，）模擬量輸出通道的組成，D/AD/A轉(zhuǎn)換器的選轉(zhuǎn)換器的選擇擇2021-9-213在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間傳遞和變換信息的裝置在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過(guò)程之間傳遞和變換信息的裝置稱(chēng)為稱(chēng)為輸入輸出過(guò)程通道（輸入輸出過(guò)程通道（I/O通道）通道）。7.1 7.1 過(guò)程通道的類(lèi)型和功能過(guò)程通道的類(lèi)型和功能問(wèn)題問(wèn)題1 1：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的三個(gè)工作步驟？：計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中的三個(gè)工作步驟？2021-9-214過(guò)程通道（過(guò)程通道（I/OI/O通道）通道）問(wèn)題問(wèn)題2 2：幾種類(lèi)型的通道？幾種類(lèi)型的通道？ 模擬量輸入

3、通道、模擬量輸出通道、模擬量輸入通道、模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。2021-9-2151 .1 .數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道 數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入通道的任務(wù)是把通道的任務(wù)是把被控對(duì)象的開(kāi)關(guān)被控對(duì)象的開(kāi)關(guān)狀態(tài)信號(hào)（或數(shù)狀態(tài)信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)）傳送給字信號(hào)）傳送給計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)計(jì)算機(jī)，簡(jiǎn)稱(chēng)DIDI通道。通道。 圖圖7 71 1 數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸入通道結(jié)構(gòu) 數(shù)字量輸入通道由數(shù)字量輸入通道由信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路和和輸入接口電路輸入接口電路構(gòu)成。構(gòu)成。 DI接口電路接口電路7.2 7.2 數(shù)字量輸入輸出通道數(shù)字量輸入輸出通道2021-9-2

4、161) 1) 數(shù)字量輸入調(diào)理電路數(shù)字量輸入調(diào)理電路 （轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波和隔離） 小功率輸入調(diào)理電路小功率輸入調(diào)理電路 圖圖7 72 2 小功率輸入調(diào)理電路小功率輸入調(diào)理電路 （a a） 采用采用RCRC濾波電路濾波電路 （b b）采用）采用RSRS觸發(fā)器觸發(fā)器 從開(kāi)關(guān)、繼電器等接點(diǎn)輸入信號(hào)。將接點(diǎn)的接通和斷開(kāi)從開(kāi)關(guān)、繼電器等接點(diǎn)輸入信號(hào)。將接點(diǎn)的接通和斷開(kāi)動(dòng)作，轉(zhuǎn)換成動(dòng)作，轉(zhuǎn)換成TTLTTL電平信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連。為了清除由于接電平信號(hào)與計(jì)算機(jī)相連。為了清除由于接點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)而產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，通常采用點(diǎn)的機(jī)械抖動(dòng)而產(chǎn)生的振蕩信號(hào)，通常采用RCRC濾波電路或?yàn)V波電路或RSRS觸發(fā)電路。觸發(fā)電路。

5、2021-9-217 大功率輸入調(diào)理電路大功率輸入調(diào)理電路 圖圖 7 73 3 大功率輸入調(diào)理電路大功率輸入調(diào)理電路 在大功率系統(tǒng)中，需要在大功率系統(tǒng)中，需要從電磁離合等大功率器從電磁離合等大功率器件的接點(diǎn)輸入信號(hào)。件的接點(diǎn)輸入信號(hào)。 為了使接點(diǎn)工作可靠，接點(diǎn)兩端至少要加為了使接點(diǎn)工作可靠，接點(diǎn)兩端至少要加24V24V或或24V24V以上的直流電壓。因?yàn)橹绷麟娖降捻憫?yīng)快，不易產(chǎn)生干擾，以上的直流電壓。因?yàn)橹绷麟娖降捻憫?yīng)快，不易產(chǎn)生干擾，電路又簡(jiǎn)單，因而被廣泛采用。但是這種電路所帶電壓高，電路又簡(jiǎn)單，因而被廣泛采用。但是這種電路所帶電壓高，容易帶有干擾，通常采用光電耦合器進(jìn)行隔離。容易帶有干擾，

6、通常采用光電耦合器進(jìn)行隔離。 2021-9-2182 2）數(shù)字量輸入接口）數(shù)字量輸入接口 數(shù)字量輸入接口包括數(shù)字量輸入接口包括信號(hào)緩沖電路和接口地址譯信號(hào)緩沖電路和接口地址譯碼。碼。當(dāng)當(dāng)CPUCPU執(zhí)行輸入指令執(zhí)行輸入指令I(lǐng)NIN時(shí)，接口地址譯碼電路產(chǎn)生片時(shí)，接口地址譯碼電路產(chǎn)生片選信號(hào)，將經(jīng)過(guò)輸入調(diào)理電路送來(lái)的過(guò)程狀態(tài)（開(kāi)關(guān)信選信號(hào)，將經(jīng)過(guò)輸入調(diào)理電路送來(lái)的過(guò)程狀態(tài)（開(kāi)關(guān)信號(hào)），通過(guò)輸入緩沖器送到數(shù)據(jù)總線上，再送到號(hào)），通過(guò)輸入緩沖器送到數(shù)據(jù)總線上，再送到CPUCPU中。中。 MOV DX, DI_PORT MOV DX, DI_PORT ；接口地址；接口地址DI_PORTDXDI_PORT

7、DXIN AL, DX IN AL, DX ；過(guò)程狀態(tài)；過(guò)程狀態(tài)ALAL寄存器寄存器設(shè)采用設(shè)采用PCPC總線，接口程序?yàn)椋嚎偩€，接口程序?yàn)椋?021-9-219I/OI/O接口的編址方式接口的編址方式輸入輸出接口有兩種編址方式：輸入輸出接口有兩種編址方式： I I0 0接口與存儲(chǔ)器接口與存儲(chǔ)器獨(dú)立編址獨(dú)立編址方式方式 I I0 0接口與存儲(chǔ)器接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址方式方式 2021-9-2110I/OI/O接口的編址方式接口的編址方式將存儲(chǔ)器地址空間和將存儲(chǔ)器地址空間和I IO O接口地址空間分開(kāi)接口地址空間分開(kāi)設(shè)置，互不影響。設(shè)置，互不影響。（一）（一）I I0 0接口與存儲(chǔ)器接口與存

8、儲(chǔ)器獨(dú)立編址獨(dú)立編址方式方式 獨(dú)立編址方式是用微處理器的專(zhuān)用獨(dú)立編址方式是用微處理器的專(zhuān)用I IO O指令來(lái)指令來(lái)訪問(wèn)外設(shè)的，如訪問(wèn)外設(shè)的，如IN(IN(輸入輸入) )和和OUT(OUT(輸出輸出) )指令來(lái)指令來(lái)實(shí)現(xiàn)的。實(shí)現(xiàn)的。 80868086微處理器的微處理器的I/OI/O接口是屬于獨(dú)立編址的。接口是屬于獨(dú)立編址的。M/IORDWR功能 M/IORDWR功能010000011111讀讀I/OI/O寫(xiě)寫(xiě)I/OI/O讀存儲(chǔ)器讀存儲(chǔ)器寫(xiě)存儲(chǔ)器寫(xiě)存儲(chǔ)器2021-9-2111I/OI/O接口的編址方式接口的編址方式優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：）I IO O端口地址只用端口地址只用A0A0A7A7低低8 8位地位地

9、址總線，可尋址址總線，可尋址256256個(gè)端口，一般系統(tǒng)也已個(gè)端口，一般系統(tǒng)也已夠用，夠用，I IO O指令執(zhí)行時(shí)間比較短，譯碼電路指令執(zhí)行時(shí)間比較短，譯碼電路也比較簡(jiǎn)單，也比較簡(jiǎn)單， 2)2)由于使用專(zhuān)門(mén)的由于使用專(zhuān)門(mén)的I IO O指令，所編的程指令，所編的程序容易區(qū)分，比較清晰，序容易區(qū)分，比較清晰， 3)3)由于由于I IO O端口與存儲(chǔ)器地址彼此分開(kāi)，端口與存儲(chǔ)器地址彼此分開(kāi)，輸入輸出時(shí)容易安排應(yīng)答聯(lián)系信號(hào)，硬件設(shè)輸入輸出時(shí)容易安排應(yīng)答聯(lián)系信號(hào)，硬件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單。計(jì)也比較簡(jiǎn)單。2021-9-2112 不足：不足：（1 1）專(zhuān)門(mén)）專(zhuān)門(mén)I IO O指令的功能有限，輸入輸出數(shù)指令的功能有限

10、，輸入輸出數(shù)據(jù)都必須經(jīng)過(guò)累加器據(jù)都必須經(jīng)過(guò)累加器A A，然后才能進(jìn)行算術(shù)，然后才能進(jìn)行算術(shù)邏輯運(yùn)算，不如訪問(wèn)內(nèi)存指令豐富，邏輯運(yùn)算，不如訪問(wèn)內(nèi)存指令豐富，（2 2）采用了專(zhuān)門(mén)的）采用了專(zhuān)門(mén)的I IO O周期和專(zhuān)門(mén)的周期和專(zhuān)門(mén)的I IO O控控制線，增加了微處理器本身控制邏輯的復(fù)制線，增加了微處理器本身控制邏輯的復(fù)雜性。雜性。I/OI/O接口的編址方式接口的編址方式2021-9-2113把所有的把所有的I I0 0端口都當(dāng)作存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行讀端口都當(dāng)作存儲(chǔ)單元一樣進(jìn)行讀寫(xiě)操作，每個(gè)外圍設(shè)備的端口都給予相應(yīng)的寫(xiě)操作，每個(gè)外圍設(shè)備的端口都給予相應(yīng)的一個(gè)或幾個(gè)一個(gè)或幾個(gè)1616位地址號(hào)。位地址號(hào)。 I

11、/OI/O接口的編址方式接口的編址方式（二）（二）I I0 0接口與存儲(chǔ)器接口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址方式方式 Intel51Intel51系列、系列、9696系列單片機(jī)系列單片機(jī)就是采用就是采用I I0 0接接口與存儲(chǔ)器口與存儲(chǔ)器統(tǒng)一編址統(tǒng)一編址方式方式 2021-9-2114 統(tǒng)一編址方式的統(tǒng)一編址方式的優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：1)1)用于存儲(chǔ)器存取的訪內(nèi)指令，也可以用于用于存儲(chǔ)器存取的訪內(nèi)指令，也可以用于輸入輸出，對(duì)于輸入輸出，對(duì)于I IO O接口寄存器，數(shù)據(jù)處接口寄存器，數(shù)據(jù)處理能力強(qiáng)；理能力強(qiáng)；2)2)輸入輸出部分可以和存儲(chǔ)器部分共用譯碼輸入輸出部分可以和存儲(chǔ)器部分共用譯碼和控制電路；和控制電路；

12、3)CPU3)CPU無(wú)需產(chǎn)生區(qū)分訪內(nèi)操作及訪問(wèn)輸入輸出無(wú)需產(chǎn)生區(qū)分訪內(nèi)操作及訪問(wèn)輸入輸出操作的控制信號(hào)，可以相應(yīng)減少引腳；操作的控制信號(hào)，可以相應(yīng)減少引腳；4)I4)IO O端口數(shù)目幾乎不受限制。端口數(shù)目幾乎不受限制。 I/OI/O接口的編址方式接口的編址方式2021-9-2115 統(tǒng)一編址方式的統(tǒng)一編址方式的缺點(diǎn)缺點(diǎn)：1 1）每個(gè)）每個(gè)I IO O操作需全字長(zhǎng)地址譯碼，整個(gè)指操作需全字長(zhǎng)地址譯碼，整個(gè)指令執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)；令執(zhí)行時(shí)間較長(zhǎng)；2 2）程序中較難區(qū)分）程序中較難區(qū)分I IO O操作；操作； 3 3）I IO O端口占用了存儲(chǔ)空間地址。端口占用了存儲(chǔ)空間地址。I/OI/O接口的編址方式接

13、口的編址方式2021-9-21162 . 2 . 數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道 數(shù)字量輸出通數(shù)字量輸出通道的任務(wù)是把道的任務(wù)是把計(jì)算機(jī)輸出的計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)（或數(shù)字信號(hào)（或開(kāi)關(guān)信號(hào)）傳開(kāi)關(guān)信號(hào)）傳送給開(kāi)關(guān)器件送給開(kāi)關(guān)器件（如繼電器或（如繼電器或指示燈），控指示燈），控制它們的通、制它們的通、斷或亮、滅，斷或亮、滅，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)DODO通道。通道。 圖圖 7 74 4 數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu)數(shù)字量輸出通道結(jié)構(gòu) 數(shù)字量輸出通道主要由數(shù)字量輸出通道主要由輸出接口電輸出接口電路和輸出驅(qū)動(dòng)電路路和輸出驅(qū)動(dòng)電路等組成。等組成。 DO接口電路接口電路2021-9-21171 1）數(shù)字量輸出驅(qū)動(dòng)電路）數(shù)字量輸出驅(qū)

14、動(dòng)電路 輸出驅(qū)動(dòng)電路的功能有兩個(gè)，一是進(jìn)行信號(hào)隔離，輸出驅(qū)動(dòng)電路的功能有兩個(gè)，一是進(jìn)行信號(hào)隔離，二是驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件。二是驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)器件。 低電壓開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出低電壓開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出 圖圖7 75 5 低電壓開(kāi)關(guān)輸出低電壓開(kāi)關(guān)輸出 圖圖7 76 6 三極管輸出驅(qū)動(dòng)三極管輸出驅(qū)動(dòng) 對(duì)于低電壓情況下開(kāi)關(guān)量控制輸出，可采用三極管、對(duì)于低電壓情況下開(kāi)關(guān)量控制輸出，可采用三極管、OCOC門(mén)或運(yùn)放等方式輸出。門(mén)或運(yùn)放等方式輸出。 2021-9-2118 繼電器輸出接口繼電器輸出接口 圖圖7 77 7 繼電器輸出驅(qū)動(dòng)繼電器輸出驅(qū)動(dòng) 一般在驅(qū)動(dòng)大型設(shè)備一般在驅(qū)動(dòng)大型設(shè)備時(shí)，往往利用繼電器作為時(shí)，往往利用繼電器作為控制系統(tǒng)

15、輸出到輸出驅(qū)動(dòng)控制系統(tǒng)輸出到輸出驅(qū)動(dòng)級(jí)之間的第一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，級(jí)之間的第一級(jí)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)第一級(jí)繼電器輸出，通過(guò)第一級(jí)繼電器輸出，可可完成從低電壓直流到高完成從低電壓直流到高電壓交流的過(guò)渡。電壓交流的過(guò)渡。 晶閘管輸出接口技術(shù)晶閘管輸出接口技術(shù) 晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件。在計(jì)算機(jī)控制系晶閘管是一種大功率半導(dǎo)體器件。在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動(dòng)器件，具有用較小功率控制大統(tǒng)中，可作為大功率驅(qū)動(dòng)器件，具有用較小功率控制大功率、開(kāi)關(guān)無(wú)觸點(diǎn)等特點(diǎn)，功率、開(kāi)關(guān)無(wú)觸點(diǎn)等特點(diǎn)，在交直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、在交直流電動(dòng)機(jī)調(diào)速系統(tǒng)、調(diào)功系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。調(diào)功系統(tǒng)、隨動(dòng)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。 2

16、021-9-21192 2）數(shù)字量輸出接口）數(shù)字量輸出接口 數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出(DO)(DO)接口包括輸出鎖存器和接口地址譯接口包括輸出鎖存器和接口地址譯碼。當(dāng)碼。當(dāng)CPUCPU執(zhí)行輸出指令執(zhí)行輸出指令OUTOUT時(shí)，接口地址譯碼電路產(chǎn)生時(shí)，接口地址譯碼電路產(chǎn)生寫(xiě)數(shù)據(jù)信號(hào)，將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)送到鎖存器的輸寫(xiě)數(shù)據(jù)信號(hào)，將計(jì)算機(jī)發(fā)出的控制信號(hào)送到鎖存器的輸出端，再經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路送到開(kāi)關(guān)器件。出端，再經(jīng)輸出驅(qū)動(dòng)電路送到開(kāi)關(guān)器件。 MOV ALMOV AL，DATA DATA ；DODO數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)ALAL寄存器寄存器MOV DXMOV DX，DO_PORT DO_PORT ；接口地址；接口地址DO

17、_PORTDXDO_PORTDXOUT DXOUT DX，AL AL ；DODO數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)鎖存器的輸出端鎖存器的輸出端設(shè)采用設(shè)采用PCPC總線，接口程序?yàn)椋嚎偩€，接口程序?yàn)椋?021-9-21207.3 7.3 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 問(wèn)題問(wèn)題3 3：模擬量輸入通道的作用？模擬量輸入通道的作用？ 問(wèn)題問(wèn)題4 4：模擬量輸入通道的組成？模擬量輸入通道的組成？ 2021-9-2121 1. 1. 模擬量輸入通道的一般組成模擬量輸入通道的一般組成 圖圖7 78 8 模擬量輸入通道的組成結(jié)構(gòu)模擬量輸入通道的組成結(jié)構(gòu) 模擬量輸入通道一般由模擬量輸入通道一般由信號(hào)預(yù)處理信號(hào)預(yù)處理、多路轉(zhuǎn)換器、多路轉(zhuǎn)換

18、器、前置放大器前置放大器、采樣保持器采樣保持器、模模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器和接口邏數(shù)轉(zhuǎn)換器和接口邏輯電路輯電路等組成。其核心是模等組成。其核心是模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器。數(shù)轉(zhuǎn)換器。 7.3 7.3 模擬量輸入通道模擬量輸入通道2021-9-21222. 2. 模擬量輸入通道中常用器件和電路模擬量輸入通道中常用器件和電路 信號(hào)預(yù)處理信號(hào)預(yù)處理 信號(hào)預(yù)處理的功能是對(duì)來(lái)自傳感器或變送器的信號(hào)預(yù)處理的功能是對(duì)來(lái)自傳感器或變送器的信號(hào)進(jìn)行處理。如將信號(hào)進(jìn)行處理。如將4mA4mA20mA20mA或或0 010mA10mA電流信號(hào)電流信號(hào)變?yōu)殡妷盒盘?hào)，將熱電阻變?yōu)殡妷盒盘?hào)，將熱電阻(Pt100(Pt100或或Cu50)Cu

19、50)的電阻信號(hào)的電阻信號(hào)經(jīng)過(guò)橋路變?yōu)殡妷盒盘?hào)等。經(jīng)過(guò)橋路變?yōu)殡妷盒盘?hào)等。 無(wú)源無(wú)源I/VI/V變換變換 圖圖7 79 9 無(wú)源無(wú)源I/V I/V 變換電路變換電路 無(wú)源無(wú)源I/VI/V變換可以利用一變換可以利用一個(gè)的精密電阻，將個(gè)的精密電阻，將0 010mA10mA的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為的電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為0 05V5V的電壓信號(hào)。的電壓信號(hào)。 2021-9-2123 有源有源I/VI/V變換變換 圖圖 7 710 10 有源有源I/VI/V變換電路變換電路 有源有源I/VI/V變換是利變換是利用有源器件運(yùn)算放用有源器件運(yùn)算放大器和電阻組成。大器和電阻組成。 利用利用0 010mA10mA電流在電阻電

20、流在電阻R R上產(chǎn)生的輸入電壓，若上產(chǎn)生的輸入電壓，若取取 ，則，則 時(shí)，產(chǎn)生時(shí)，產(chǎn)生2V2V的輸入電壓。的輸入電壓。該電路的放大倍數(shù)為該電路的放大倍數(shù)為 200RA10mI 1f1RRA 若若 ， ，則，則0 010mA10mA輸入對(duì)輸入對(duì)應(yīng)于應(yīng)于0 05V5V的電壓輸出。的電壓輸出。 kR0011K150f R2021-9-2124 多路轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換器 多路轉(zhuǎn)換器又多路轉(zhuǎn)換器又稱(chēng)多路開(kāi)關(guān)，多稱(chēng)多路開(kāi)關(guān)，多路開(kāi)關(guān)的作用是路開(kāi)關(guān)的作用是用來(lái)將各路被測(cè)用來(lái)將各路被測(cè)信號(hào)依次地或隨信號(hào)依次地或隨機(jī)地切換到公共機(jī)地切換到公共放大器或放大器或A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換上。上。 C B A X接通接通 0

21、0 0 0 X0 0 0 0 1 X1 0 1 1 1 X7 1 全不通全不通INH 圖圖7 711 CD405111 CD4051原理圖原理圖 表表7 71 CD40511 CD4051通道選擇表通道選擇表 2021-9-2125 前置放大器前置放大器 前置放大器前置放大器的任務(wù)是將的任務(wù)是將模擬輸入小模擬輸入小信號(hào)放大到信號(hào)放大到轉(zhuǎn)換的量程轉(zhuǎn)換的量程范圍之內(nèi)。范圍之內(nèi)。 圖圖7 712 12 可變?cè)鲆媲爸梅糯笃骺勺冊(cè)鲆媲爸梅糯笃?2021-9-2126固定增益放大器：固定增益放大器：適用于信號(hào)范圍固定的傳感適用于信號(hào)范圍固定的傳感器。如器。如4 420mA20mA或或0 010mA10mA

22、的壓力、流量變送器。的壓力、流量變送器?？勺?cè)鲆娣糯笃鳎嚎勺冊(cè)鲆娣糯笃鳎哼m用于信號(hào)范圍不固定的適用于信號(hào)范圍不固定的傳感器。如熱電偶可分為傳感器。如熱電偶可分為BEJLRSBEJLRS或或T T等等類(lèi)型，每種熱電勢(shì)范圍不同，相應(yīng)的放大器類(lèi)型，每種熱電勢(shì)范圍不同，相應(yīng)的放大器增益也不一樣。增益也不一樣。2021-9-2127采樣保持器采樣保持器 HC采樣時(shí)，采樣時(shí)，k k 閉合，閉合，V VININ通過(guò)通過(guò)A A1 1對(duì)對(duì)C CH H快快速充電，速充電，V VOUTOUT跟隨跟隨V VININ；保持期間，；保持期間，k k斷開(kāi)，由于斷開(kāi)，由于A A2 2的輸?shù)妮斎胱杩购芨?，理想入阻抗很高，理想?/p>

23、況下情況下V VOUTOUT = =V VC C保持不變，采樣保保持不變，采樣保持器一旦進(jìn)入保持持器一旦進(jìn)入保持期，便應(yīng)立即啟動(dòng)期，便應(yīng)立即啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換器，保證轉(zhuǎn)換器，保證A/DA/D轉(zhuǎn)換期間輸入轉(zhuǎn)換期間輸入恒定。恒定。 圖圖7 714 14 集成采樣保持器集成采樣保持器LF398LF398的原理圖的原理圖 圖圖7 713 13 采樣保持器的組成采樣保持器的組成2021-9-2128問(wèn)題問(wèn)題5 5：為什么要加入采樣保持器？為什么要加入采樣保持器？孔徑時(shí)間（孔徑時(shí)間（A/DA/D轉(zhuǎn)換時(shí)間）：轉(zhuǎn)換時(shí)間）：完成一次完成一次A/DA/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間孔徑時(shí)間決定了每一個(gè)采樣時(shí)刻的

24、最大轉(zhuǎn)換誤差。對(duì)于一孔徑時(shí)間決定了每一個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差。對(duì)于一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，誤差的百分?jǐn)?shù)和信號(hào)頻率成正比。定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，誤差的百分?jǐn)?shù)和信號(hào)頻率成正比。 因此，如果被采樣的模擬信號(hào)的變化頻率相因此，如果被采樣的模擬信號(hào)的變化頻率相對(duì)于對(duì)于A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度來(lái)說(shuō)是較高的話，轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度來(lái)說(shuō)是較高的話，為了保證精度，就要在為了保證精度，就要在A/DA/D轉(zhuǎn)換之前加上采轉(zhuǎn)換之前加上采樣保持器。樣保持器。cos2cosmmduUtfUtdt2mufUtA/D2mUfU tA/D100%2100%mUftU2021-9-2129采樣保持電路的使用場(chǎng)合：采樣保持電路的使用場(chǎng)合：信號(hào)的變

25、化頻率較高而信號(hào)的變化頻率較高而A/DA/D轉(zhuǎn)換速度又不高時(shí)；轉(zhuǎn)換速度又不高時(shí)；要求同時(shí)采樣多個(gè)過(guò)程參量的情況下；要求同時(shí)采樣多個(gè)過(guò)程參量的情況下；對(duì)于石油、化工等變化緩慢的生產(chǎn)過(guò)程，采樣對(duì)于石油、化工等變化緩慢的生產(chǎn)過(guò)程，采樣保持電路是不必要的。保持電路是不必要的。2021-9-2130 A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 A/D A/D轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，它是轉(zhuǎn)換器的作用是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，它是模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)之間的接口。的接口。 分辨率：分辨率：通常用數(shù)字量的位數(shù)通常用數(shù)字量的位數(shù)n n（字長(zhǎng)）來(lái)表示，

26、若（字長(zhǎng)）來(lái)表示，若n n8 8，滿(mǎn)量程輸入為，滿(mǎn)量程輸入為5.12V5.12V，則，則LSBLSB對(duì)應(yīng)于模擬電對(duì)應(yīng)于模擬電壓壓 。轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間：從發(fā)出轉(zhuǎn)換命令信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)有從發(fā)出轉(zhuǎn)換命令信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)有效的時(shí)間間隔，即完成效的時(shí)間間隔，即完成 n n 位轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。位轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。 mV2/V12. 58A 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)2021-9-2131線性誤差：線性誤差：在滿(mǎn)量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性在滿(mǎn)量程輸入范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差常用的最大誤差定義為線性誤差。線性誤差常用LSBLSB的分?jǐn)?shù)的分?jǐn)?shù)

27、表示，如表示，如1/2LSB1/2LSB、1/4LSB1/4LSB等。等。轉(zhuǎn)換量程：轉(zhuǎn)換量程：所能轉(zhuǎn)換的模擬量輸入電壓范圍，如所能轉(zhuǎn)換的模擬量輸入電壓范圍，如0 05V5V，0 010V10V，5V5V十十5V5V等。等。 轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：絕對(duì)精度指滿(mǎn)量程輸出情況下模擬量輸入絕對(duì)精度指滿(mǎn)量程輸出情況下模擬量輸入電壓的實(shí)際值與理想值之間的差值；相對(duì)精度指在滿(mǎn)量電壓的實(shí)際值與理想值之間的差值；相對(duì)精度指在滿(mǎn)量程已校準(zhǔn)的情況下，整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)任一數(shù)字量輸出所程已校準(zhǔn)的情況下，整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)任一數(shù)字量輸出所對(duì)應(yīng)的模擬量輸入電壓的實(shí)際值與理想值之間的最大差對(duì)應(yīng)的模擬量輸入電壓的實(shí)際值與理想值之間的最

28、大差值。轉(zhuǎn)換精度用值。轉(zhuǎn)換精度用LSBLSB的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示。的分?jǐn)?shù)值來(lái)表示。 2021-9-2132A A與與D D的對(duì)應(yīng)關(guān)系的對(duì)應(yīng)關(guān)系nREFREFREFINVVVVB2 對(duì)于對(duì)于n位位A/D轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制數(shù)字量B與與模擬量輸入電壓模擬量輸入電壓VIN、正基準(zhǔn)電壓、正基準(zhǔn)電壓VREF+、負(fù)、負(fù)基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓VREF-的關(guān)系為的關(guān)系為2021-9-2133練習(xí)練習(xí) 用用ADC0808ADC0808測(cè)量某罐溫度，其溫度波動(dòng)范圍測(cè)量某罐溫度，其溫度波動(dòng)范圍30305050，線性溫度變送器輸出，線性溫度變送器輸出0 05V5V，試求，試求測(cè)量該溫度的分辨率。測(cè)量該溫度的

29、分辨率。2021-9-21348 8位位A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 ADC0809 ADC0809 圖圖7 715 ADC080915 ADC0809的原理框圖及引腳的原理框圖及引腳 2021-9-21351212位位A AD D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 AD574A AD574A 圖圖7 716 AD574A16 AD574A的原理框圖及引腳的原理框圖及引腳 2021-9-2136 A AD D轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口 8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口圖圖7 717 ADC080917 ADC0809與與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控

30、制機(jī)接口 設(shè)設(shè)8255A8255A的的A A組和組和B B組都組都工作于方式工作于方式0 0，端口，端口A A為為輸入口，端口輸入口，端口C C上半部上半部分為輸入而下半部分為分為輸入而下半部分為輸出口。輸出口。uADC0809ADC0809的的ALEALE與與STARTSTART引腳相連接，將引腳相連接，將PC0PC0PC2PC2輸出的輸出的3 3位位地址鎖存入地址鎖存入08090809的地的地址鎖存器并啟動(dòng)址鎖存器并啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換；換；u ADC0809ADC0809的的EOCEOC同同OEOE輸入控制端相連接，輸入控制端相連接，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，開(kāi)放數(shù)時(shí)，開(kāi)放數(shù)據(jù)輸出緩沖器

31、；據(jù)輸出緩沖器；uEOCEOC信號(hào)還連接到信號(hào)還連接到8255A8255A的的C C口，口，CPUCPU通過(guò)通過(guò)查詢(xún)查詢(xún)PC7PC7的狀態(tài)而控制數(shù)據(jù)的輸入過(guò)程。的狀態(tài)而控制數(shù)據(jù)的輸入過(guò)程。 2021-9-2137根據(jù)圖根據(jù)圖7 71717接口方接口方法，采用法，采用查詢(xún)方式查詢(xún)方式完完成成8 8路模擬量數(shù)據(jù)采路模擬量數(shù)據(jù)采集的程序框圖集的程序框圖( (假設(shè)假設(shè)在主程序中已完成對(duì)在主程序中已完成對(duì)8255A8255A的初始化編程的初始化編程) )。 圖圖7 718 18 用用ADC0809ADC0809實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)8 8路數(shù)據(jù)采集程序流程圖路數(shù)據(jù)采集程序流程圖2021-9-2138uCECE、 和和

32、 的控制通過(guò)的控制通過(guò)PC2PC0輸出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)實(shí)現(xiàn)。輸出適當(dāng)?shù)目刂菩盘?hào)實(shí)現(xiàn)。1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口 uAD574AD574片內(nèi)有時(shí)鐘，無(wú)片內(nèi)有時(shí)鐘，無(wú)需外加時(shí)鐘信號(hào)需外加時(shí)鐘信號(hào); ;。u該電路采用雙極性輸入該電路采用雙極性輸入方式，可對(duì)方式，可對(duì)5v5v或或10v10v模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換; ;u1212 控制引腳和控制引腳和V VLOGICLOGIC相連相連, ,接接+5v;+5v;8CSCR/圖圖7-19 AD574A7-19 AD574A與與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口 設(shè)設(shè)8255A的的A

33、組和組和B組都組都工作于方式工作于方式0，端口，端口A、B和端口和端口C上半部分規(guī)定上半部分規(guī)定為輸入，端口為輸入，端口C的下半部的下半部分規(guī)定為輸出。分規(guī)定為輸出。uA0接地，使工作于接地，使工作于12位轉(zhuǎn)換和讀出方式位轉(zhuǎn)換和讀出方式;2021-9-2139通過(guò)圖通過(guò)圖7 71919硬件硬件接口，在查詢(xún)方式接口，在查詢(xún)方式下，啟動(dòng)和讀取數(shù)下，啟動(dòng)和讀取數(shù)據(jù)的程序框圖。假據(jù)的程序框圖。假定已完成對(duì)定已完成對(duì)8255A8255A的初始化編程。的初始化編程。 圖圖7 720 20 啟動(dòng)和讀取啟動(dòng)和讀取AD574AAD574A數(shù)據(jù)程序流程圖數(shù)據(jù)程序流程圖 2021-9-2140A/DA/D轉(zhuǎn)換器接口

34、設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng)轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的注意事項(xiàng) 啟動(dòng)啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換的方法。轉(zhuǎn)換的方法。 A/DA/D轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)方式分為自動(dòng)轉(zhuǎn)換和外部使能控轉(zhuǎn)換器的起動(dòng)方式分為自動(dòng)轉(zhuǎn)換和外部使能控制。多數(shù)制。多數(shù)A/DA/D芯片屬于后者，這時(shí)要先給出芯片屬于后者，這時(shí)要先給出A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的片選信號(hào)，再給出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。信號(hào)形式有兩種：的片選信號(hào)，再給出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。信號(hào)形式有兩種：電平啟動(dòng)信號(hào)和脈沖啟動(dòng)信號(hào)。電平啟動(dòng)信號(hào)和脈沖啟動(dòng)信號(hào)。電平啟動(dòng)信號(hào)要求在電平啟動(dòng)信號(hào)要求在整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中都必須保證啟動(dòng)信號(hào)有效。如果中途整個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中都必須保證啟動(dòng)信號(hào)有效。如果中途撤走啟動(dòng)信號(hào)，就會(huì)停止轉(zhuǎn)換而得到錯(cuò)誤結(jié)

35、果。脈沖撤走啟動(dòng)信號(hào)，就會(huì)停止轉(zhuǎn)換而得到錯(cuò)誤結(jié)果。脈沖信號(hào)啟動(dòng)是用其前沿復(fù)位信號(hào)啟動(dòng)是用其前沿復(fù)位ADCADC，后沿用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，對(duì)，后沿用于啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，對(duì)脈沖的寬度也有不同的要求，通常用脈沖的寬度也有不同的要求，通常用CPUCPU執(zhí)行輸出指令執(zhí)行輸出指令時(shí)發(fā)生的片選信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)共同產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖。時(shí)發(fā)生的片選信號(hào)和寫(xiě)信號(hào)共同產(chǎn)生啟動(dòng)脈沖。2021-9-2141 模擬量輸入方式。模擬量輸入方式。 A/DA/D轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓可以是單極性的，也可轉(zhuǎn)換器的輸入模擬電壓可以是單極性的，也可以是差動(dòng)的。差動(dòng)輸入的芯片，如以是差動(dòng)的。差動(dòng)輸入的芯片，如ADC0804ADC0804，常用，常用VIN(+)

36、VIN(+)、VIN(-)VIN(-)或或IN(+)IN(+)、IN(-)IN(-)一類(lèi)標(biāo)號(hào)注明輸一類(lèi)標(biāo)號(hào)注明輸入端。如果用單端輸入的是正向信號(hào)，則把入端。如果用單端輸入的是正向信號(hào)，則把VIN(-)VIN(-)接地，信號(hào)加到接地，信號(hào)加到VIN(+)VIN(+)端；如果用單端輸入的是端；如果用單端輸入的是負(fù)向信號(hào)，則把負(fù)向信號(hào)，則把VIN(+)VIN(+)接地，信號(hào)加在接地，信號(hào)加在VIN(-)VIN(-)端；端；如果用差動(dòng)輸入，則模擬信號(hào)加到如果用差動(dòng)輸入，則模擬信號(hào)加到VIN(-)VIN(-)端和端和VIN(+)VIN(+)端之間。端之間。2021-9-2142 數(shù)據(jù)輸出級(jí)和系統(tǒng)總線的連

37、接。數(shù)據(jù)輸出級(jí)和系統(tǒng)總線的連接。 A/DA/D轉(zhuǎn)換器一般有兩種輸出方式。一種是具有可控的三轉(zhuǎn)換器一般有兩種輸出方式。一種是具有可控的三態(tài)輸出門(mén)，這種芯片的輸出端可以直接和系統(tǒng)總線連接，態(tài)輸出門(mén)，這種芯片的輸出端可以直接和系統(tǒng)總線連接，由讀信號(hào)控制三態(tài)門(mén)，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后，由讀信號(hào)控制三態(tài)門(mén)，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后，CPUCPU通過(guò)執(zhí)行一通過(guò)執(zhí)行一條指令，從而產(chǎn)生讀信號(hào)，將數(shù)據(jù)從條指令，從而產(chǎn)生讀信號(hào)，將數(shù)據(jù)從A/DA/D轉(zhuǎn)換器中取出，轉(zhuǎn)換器中取出，如如ADC0809ADC0809。另一種是內(nèi)部有三態(tài)輸出門(mén)，但其不受外。另一種是內(nèi)部有三態(tài)輸出門(mén)，但其不受外部控制，而是由部控制，而是由A/DA/D轉(zhuǎn)換電路在轉(zhuǎn)換

38、結(jié)束時(shí)自動(dòng)選通。轉(zhuǎn)換電路在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)自動(dòng)選通。此外，還有某些此外，還有某些A/DA/D轉(zhuǎn)換器甚至根本沒(méi)有三態(tài)輸出門(mén)電轉(zhuǎn)換器甚至根本沒(méi)有三態(tài)輸出門(mén)電路。在這種情況下，路。在這種情況下，A/DA/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出線不能直接轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)輸出線不能直接和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連，而是必須通過(guò)和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)總線相連，而是必須通過(guò)I/OI/O接口來(lái)實(shí)現(xiàn)接口來(lái)實(shí)現(xiàn)A/DA/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和CPUCPU之間的數(shù)據(jù)傳輸。之間的數(shù)據(jù)傳輸。 2021-9-2143 ADCADC和和CPUCPU的時(shí)序配合。的時(shí)序配合。 在在A/DA/D轉(zhuǎn)換器和轉(zhuǎn)換器和CPUCPU連接時(shí)，最重要的問(wèn)題是時(shí)連接時(shí)，最重要的問(wèn)題是時(shí)序配合問(wèn)題

39、。序配合問(wèn)題。A/DA/D轉(zhuǎn)換器從接到啟動(dòng)命令到完成轉(zhuǎn)換器從接到啟動(dòng)命令到完成轉(zhuǎn)換給出結(jié)果數(shù)據(jù)總是需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，轉(zhuǎn)換給出結(jié)果數(shù)據(jù)總是需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，一般來(lái)說(shuō)快者幾微秒，慢者幾十甚至幾百毫秒，一般來(lái)說(shuō)快者幾微秒，慢者幾十甚至幾百毫秒，這與這與CPUCPU的指令周期相比長(zhǎng)得多。為了得到正確的指令周期相比長(zhǎng)得多。為了得到正確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取結(jié)果數(shù)的轉(zhuǎn)換結(jié)果，必須解決啟動(dòng)轉(zhuǎn)換和讀取結(jié)果數(shù)據(jù)這兩步操作之間的時(shí)序配合問(wèn)題。據(jù)這兩步操作之間的時(shí)序配合問(wèn)題。2021-9-2144 a. a.延時(shí)等待法。延時(shí)等待法。 CPUCPU產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)后，在軟件上延時(shí)一段產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)后，在軟件

40、上延時(shí)一段時(shí)間后，直接讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。通常軟件延時(shí)的時(shí)間后，直接讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。通常軟件延時(shí)的時(shí)間略大于時(shí)間略大于A/DA/D轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間。這種方法轉(zhuǎn)換所需的轉(zhuǎn)換時(shí)間。這種方法接口簡(jiǎn)單，但等待時(shí)間內(nèi)接口簡(jiǎn)單，但等待時(shí)間內(nèi)CPUCPU不能去做其它的工不能去做其它的工作，浪費(fèi)了作，浪費(fèi)了CPUCPU的資源，因此這種方法比較適用的資源，因此這種方法比較適用于轉(zhuǎn)換快的于轉(zhuǎn)換快的A/DA/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。2021-9-2145b.b.查詢(xún)法。查詢(xún)法。 當(dāng)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不是當(dāng)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性要求不是很高時(shí)，可以采用查詢(xún)的方法。啟動(dòng)很高時(shí)，可以采用查詢(xún)的方法。啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)

41、換后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再去查詢(xún)后，在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候再去查詢(xún)A/DA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的狀態(tài)，以判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。如果轉(zhuǎn)換結(jié)束，的狀態(tài)，以判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。如果轉(zhuǎn)換結(jié)束，對(duì)對(duì)ADCADC執(zhí)行一條輸入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；如執(zhí)行一條輸入指令，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；如果轉(zhuǎn)換沒(méi)有結(jié)束，可以去執(zhí)行其它任務(wù)或等待果轉(zhuǎn)換沒(méi)有結(jié)束，可以去執(zhí)行其它任務(wù)或等待進(jìn)行下一次的查詢(xún)。進(jìn)行下一次的查詢(xún)。 2021-9-2146 c. c.中斷響應(yīng)法。中斷響應(yīng)法。 CPUCPU向向ADCADC發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)后，在等待轉(zhuǎn)換完發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)后，在等待轉(zhuǎn)換完成的時(shí)間內(nèi)，可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)成的時(shí)間內(nèi)，可以繼續(xù)執(zhí)行其它任務(wù)，

42、當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，束時(shí)，ADCADC發(fā)出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)向發(fā)出的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)向CPUCPU申請(qǐng)中斷，申請(qǐng)中斷，CPUCPU響應(yīng)中斷，在中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。響應(yīng)中斷，在中斷服務(wù)程序中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 2021-9-21473. 3. 模擬量輸入通道設(shè)計(jì)模擬量輸入通道設(shè)計(jì) 如果模擬輸入電壓已滿(mǎn)足如果模擬輸入電壓已滿(mǎn)足A/DA/D轉(zhuǎn)換量程要求，就不必再轉(zhuǎn)換量程要求，就不必再 用前置放大器，前置放大器可分為固定增益和可變?cè)鲆鎯捎们爸梅糯笃?，前置放大器可分為固定增益和可變?cè)鲆鎯煞N，前者適用于信號(hào)范圍固定的傳感器，后者適用于信號(hào)種，前者適用于信號(hào)范圍固定的傳感器，后者適用于信號(hào)范圍不固定的傳感器范圍不固定

43、的傳感器 ；如果在如果在A/DA/D轉(zhuǎn)換期間，模擬輸入電壓信號(hào)變化微小，且在轉(zhuǎn)換期間，模擬輸入電壓信號(hào)變化微小，且在A/DA/D轉(zhuǎn)換精度之內(nèi)，也就不必選用轉(zhuǎn)換精度之內(nèi)，也就不必選用采樣保持器采樣保持器。A/DA/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)的選擇轉(zhuǎn)換器位數(shù)的選擇主要取決于系統(tǒng)測(cè)量精度。主要取決于系統(tǒng)測(cè)量精度。A/DA/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間或轉(zhuǎn)換速率的選擇取決于使用對(duì)象?；蜣D(zhuǎn)換速率的選擇取決于使用對(duì)象。采樣保持器采樣保持器(S/H)(S/H)的選用的選用取決于測(cè)量信號(hào)的變化頻率，原取決于測(cè)量信號(hào)的變化頻率，原則上直流信號(hào)或變化緩慢的信號(hào)可以不用采樣保持器。則上直流信號(hào)或變化緩慢的信號(hào)可以不用采樣保

44、持器。 2021-9-2148問(wèn)題問(wèn)題6 6：如何確定如何確定A/DA/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)？轉(zhuǎn)換器位數(shù)？ 輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍設(shè)輸入信號(hào)的最大值和最小值分別為設(shè)輸入信號(hào)的最大值和最小值分別為 (mV) 2 (mV) )12(0minmax xxn式中式中n n為為A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)，轉(zhuǎn)換器的位數(shù)， 為轉(zhuǎn)換當(dāng)量，則動(dòng)態(tài)范圍為為轉(zhuǎn)換當(dāng)量，則動(dòng)態(tài)范圍為 12minmax nxx因此，因此，A/DA/D轉(zhuǎn)換器位數(shù)為轉(zhuǎn)換器位數(shù)為 minmax21logxxn2021-9-2149 輸入信號(hào)的分辨率輸入信號(hào)的分辨率 有時(shí)對(duì)有時(shí)對(duì)A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)要求以分辨率形式給出，其定義為轉(zhuǎn)換器的

45、位數(shù)要求以分辨率形式給出，其定義為 121 nD如果所要求的分辨率為如果所要求的分辨率為D D0 0，則位數(shù)，則位數(shù) 0211logDn例如，某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為例如，某溫度控制系統(tǒng)的溫度范圍為00至至200200，要求分，要求分辨率為辨率為0.0050.005（相當(dāng)于（相當(dāng)于11），可求出），可求出A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù) 65. 7005. 011log11log202 Dn因此，取因此，取A/DA/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n n為為8 8位。位。2021-9-2150 圖圖7 721 821 8通道通道1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換模板轉(zhuǎn)換模板 以以PC總線工業(yè)控制機(jī)的

46、模擬量輸入通道模板設(shè)計(jì)為例?？偩€工業(yè)控制機(jī)的模擬量輸入通道模板設(shè)計(jì)為例。單極性單極性010V12位分辨率位分辨率轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間s25程序查程序查詢(xún)工作詢(xún)工作方式方式2021-9-2151該模板采集一組數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：該模板采集一組數(shù)據(jù)的過(guò)程如下：（1 1）通道選擇）通道選擇將模擬量輸入的通道號(hào)寫(xiě)入將模擬量輸入的通道號(hào)寫(xiě)入8255A8255A的端口的端口C C低低4 4位，使位，使LF398LF398的工作狀態(tài)受的工作狀態(tài)受AD574AAD574A的的STSSTS控制，控制，A/DA/D未轉(zhuǎn)換期間，未轉(zhuǎn)換期間， LF398LF398處于采樣狀態(tài)。處于采樣狀態(tài)。（2 2）啟動(dòng)）啟動(dòng)AD574AA

47、D574A進(jìn)行進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換通過(guò)通過(guò)8255A8255A的端口的端口C C的的PC4PC4PC6PC6輸出控制信號(hào)啟動(dòng)輸出控制信號(hào)啟動(dòng)A/DA/D。在。在A/DA/D轉(zhuǎn)換期間，轉(zhuǎn)換期間， ，LF398LF398處于保持狀態(tài)。處于保持狀態(tài)。（3 3）查詢(xún)）查詢(xún)AD574AAD574A是否轉(zhuǎn)換結(jié)束是否轉(zhuǎn)換結(jié)束讀讀8255A8255A的端口的端口A A，了解，了解STSSTS是否已由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｊ欠褚延筛唠娖阶優(yōu)榈碗娖?。? 4）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果）讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果若查詢(xún)到若查詢(xún)到STSSTS由由1 1變?yōu)樽優(yōu)? 0，則讀，則讀8255A8255A的端口的端口A A和和B B，便可得到轉(zhuǎn)，便可

48、得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。換結(jié)果。 1STS 0STS 2021-9-2152模擬量輸入通道設(shè)計(jì)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)傳感器傳感器傳感器采樣保持器A/D數(shù)字多路開(kāi)關(guān)采樣保持器采樣保持器A/DA/D轉(zhuǎn)換后的二轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)送入計(jì)算送入計(jì)算機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令問(wèn)題問(wèn)題7 7：多路信號(hào)采用多個(gè)多路信號(hào)采用多個(gè)A/DA/D要求同時(shí)采樣同時(shí)轉(zhuǎn)換要求同時(shí)采樣同時(shí)轉(zhuǎn)換2021-9-2153模擬量輸入通道設(shè)計(jì)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)傳感器傳感器傳感器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器模擬多路開(kāi)關(guān)采樣保持器采樣保持器轉(zhuǎn)換后的二轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)送入計(jì)算送入計(jì)算機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令

49、問(wèn)題問(wèn)題8 8：多路信號(hào)要求同時(shí)采樣只用一個(gè)多路信號(hào)要求同時(shí)采樣只用一個(gè)A/DA/D？提問(wèn)：提問(wèn)：與前圖在與前圖在A/D的選擇上的選擇上有何區(qū)別？有何區(qū)別？2021-9-2154模擬量輸入通道設(shè)計(jì)模擬量輸入通道設(shè)計(jì)傳感器傳感器傳感器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器模擬多路開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換后的二轉(zhuǎn)換后的二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)制數(shù)據(jù)送入計(jì)算送入計(jì)算機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)換命令轉(zhuǎn)換命令問(wèn)題問(wèn)題9 9：多路信號(hào)的采集不能同時(shí)進(jìn)行？多路信號(hào)的采集不能同時(shí)進(jìn)行？2021-9-2155功能：功能：把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸把計(jì)算機(jī)的運(yùn)算結(jié)果轉(zhuǎn)換成模擬量，并輸出到被選中的某一控制回路上，完成對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)出到被選中的某一控制回路上，完成對(duì)執(zhí)

50、行機(jī)構(gòu)的控制動(dòng)作。的控制動(dòng)作。組成：組成：D DA A轉(zhuǎn)換器、輸出保持器、轉(zhuǎn)換器、輸出保持器、V/IV/I變換、功變換、功放電路。放電路。輸出保持器的作用：輸出保持器的作用：將前一采樣時(shí)刻的輸出信號(hào)將前一采樣時(shí)刻的輸出信號(hào)保持到下一個(gè)采樣時(shí)刻，重新得到新的輸出信號(hào)。保持到下一個(gè)采樣時(shí)刻，重新得到新的輸出信號(hào)。 輸出保持方案：輸出保持方案：數(shù)字量保持方案；模擬量保持方數(shù)字量保持方案；模擬量保持方案。案。7.4 7.4 模擬量輸出通道模擬量輸出通道2021-9-21567.4 7.4 模擬量輸出通道模擬量輸出通道為什么要用輸出保持器？為什么要用輸出保持器？經(jīng)過(guò)經(jīng)過(guò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器后的信號(hào)是離散的

51、模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換器后的信號(hào)是離散的模擬信號(hào)，而執(zhí)行部件卻要求連續(xù)的模擬信號(hào)，因此，必而執(zhí)行部件卻要求連續(xù)的模擬信號(hào)，因此，必須用保持器將前一時(shí)刻的輸出信號(hào)保持至下一須用保持器將前一時(shí)刻的輸出信號(hào)保持至下一個(gè)采樣時(shí)刻到來(lái)。個(gè)采樣時(shí)刻到來(lái)。0t0T 2T 3T零階保持器( )hu t( )hu t*( )u t*( )u ttT 2T 3T2021-9-21571 1模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式（1 1）多個(gè)通路設(shè)置獨(dú)立）多個(gè)通路設(shè)置獨(dú)立D/AD/A轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式。這是一種數(shù)字轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式。這是一種數(shù)字保持方案。保持方案。（2 2）多個(gè)通路共享）多個(gè)通路共享D/AD/A轉(zhuǎn)換

52、器的結(jié)構(gòu)形式。這種形式采用的是轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式。這種形式采用的是模擬保持方案。模擬保持方案。轉(zhuǎn)換速度快、轉(zhuǎn)換速度快、工作可靠。工作可靠。 只適用于通路數(shù)量多只適用于通路數(shù)量多且速度要求不高的場(chǎng)且速度要求不高的場(chǎng)合，可靠性較差。合，可靠性較差。 2021-9-21582 2 模擬量輸出通道中常用器件和電路模擬量輸出通道中常用器件和電路 D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 D/AD/A轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，它是轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，它是模擬量輸出通道的核心部件，是計(jì)算機(jī)和模擬系統(tǒng)模擬量輸出通道的核心部件，是計(jì)算機(jī)和模擬系統(tǒng)之間的接口。之間的接口。D/AD/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)

53、換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：分辨率： D/AD/A轉(zhuǎn)換器的分辨串定義為基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換器的分辨串定義為基準(zhǔn)電壓 與與 之比值，其中之比值，其中n n為為D/AD/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。REFVn2穩(wěn)定時(shí)間：穩(wěn)定時(shí)間：輸入二進(jìn)制數(shù)變化量是滿(mǎn)刻度時(shí)，輸入二進(jìn)制數(shù)變化量是滿(mǎn)刻度時(shí)，輸出達(dá)到離終值輸出達(dá)到離終值 時(shí)所需的時(shí)間。時(shí)所需的時(shí)間。LSB 2/1 2021-9-2159轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：其中絕對(duì)精度是指輸入滿(mǎn)刻度數(shù)字量時(shí)，其中絕對(duì)精度是指輸入滿(mǎn)刻度數(shù)字量時(shí)，D/AD/A轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出值與理論值之間的最大偏差；轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出值與理論值之間的最大偏差；相對(duì)精度是指在滿(mǎn)刻度己校準(zhǔn)的情況下，整

54、個(gè)轉(zhuǎn)換相對(duì)精度是指在滿(mǎn)刻度己校準(zhǔn)的情況下，整個(gè)轉(zhuǎn)換范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于任一輸入數(shù)據(jù)的實(shí)際輸出值與理論值范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于任一輸入數(shù)據(jù)的實(shí)際輸出值與理論值之間的最大偏差。轉(zhuǎn)換精度用最低有效位之間的最大偏差。轉(zhuǎn)換精度用最低有效位LSBLSB的分?jǐn)?shù)的分?jǐn)?shù)來(lái)表示，如土來(lái)表示，如土1/2 LSB1/2 LSB、土、土1/4 LSB1/4 LSB等。等。 線性度：線性度：理想的理想的D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性應(yīng)是線轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性應(yīng)是線性的。在滿(mǎn)刻度范圍內(nèi)，實(shí)際特性與理想特性的最性的。在滿(mǎn)刻度范圍內(nèi)，實(shí)際特性與理想特性的最大偏移稱(chēng)為非線性度，用大偏移稱(chēng)為非線性度，用LSBLSB的分?jǐn)?shù)來(lái)表示，如土的分?jǐn)?shù)來(lái)表示，

55、如土1/2 LSB1/2 LSB、土、土1/4 LSB1/4 LSB等。等。 2021-9-2160 8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832圖圖7 724 DAC083224 DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 2021-9-2161 圖圖7 725 DAC121025 DAC1210內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 1212位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC1210DAC12102021-9-2162 D/A D/A轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)的接口 8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口 圖圖7 726 DAC083226

56、DAC0832與與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口 uDAC0832DAC0832工作在單緩沖工作在單緩沖寄存器方式；寄存器方式；uDAC0832DAC0832將輸入的數(shù)字將輸入的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成差動(dòng)的電流輸出，量轉(zhuǎn)換成差動(dòng)的電流輸出，經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器A A，將形，將形成單極性電壓輸出成單極性電壓輸出0 05V5V； u若要形成負(fù)電壓輸出，若要形成負(fù)電壓輸出，則需接正的基準(zhǔn)電壓。則需接正的基準(zhǔn)電壓。 u將數(shù)字量轉(zhuǎn)換后得到的將數(shù)字量轉(zhuǎn)換后得到的輸出電流通過(guò)內(nèi)部反饋電輸出電流通過(guò)內(nèi)部反饋電阻流到放大器的輸出端。阻流到放大器的輸出端。2021-9-2163圖圖7 727 27 用用DAC0832DAC0832實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換程序框圖轉(zhuǎn)換程序框圖 配合圖配合圖7 72626硬件接口，硬件接口，8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換程序框圖轉(zhuǎn)換程序框圖如圖。如圖。2021-9-21641212位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口 圖圖 7 728 DAC121028 DAC1210轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與PCPC總線工業(yè)控制機(jī)接口總線工業(yè)控制機(jī)接口 端口地址譯碼端口地址譯碼器譯器譯 、 、 三個(gè)口地三個(gè)口地址，這三個(gè)口址，這三個(gè)口地址用來(lái)控制