微機(jī)原理課件4p122輸入輸出接口與過程通道

1、微機(jī)原理與控制技術(shù)微機(jī)原理與控制技術(shù) 盧曉紅盧曉紅 1第四章：輸入輸出接口與過程通道第四章：輸入輸出接口與過程通道2 2第四章：輸入輸出接口與過程通道第四章：輸入輸出接口與過程通道4.0 4.0 接口與過程通道的概念接口與過程通道的概念4.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道4.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道4.4 4.4 抗干擾技術(shù)抗干擾技術(shù)4.5 4.5 傳感器與測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)傳感器與測(cè)量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)3 34.0 4.0 接口與過程通道的概念接口與過程通道的概

2、念4.0.1 4.0.1 接口與過程通道的概念接口與過程通道的概念u接口接口：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的端口；：計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息的端口；包括輸入接口和輸出接口。接口技術(shù)是研究計(jì)包括輸入接口和輸出接口。接口技術(shù)是研究計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備如何交換信息的技術(shù)算機(jī)與外部設(shè)備如何交換信息的技術(shù)u過程通道：過程通道：計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間信息傳遞計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間信息傳遞和交換的連接通道。過程通道不能直接由主機(jī)和交換的連接通道。過程通道不能直接由主機(jī)控制，必須由接口傳送相應(yīng)的信息和命令?？刂疲仨氂山涌趥魉拖鄳?yīng)的信息和命令。u過程通道包括模擬量輸入通道、模擬量輸出過程通道包括模擬量輸入通道、模擬量輸出

3、通道、數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。通道、數(shù)字量輸入通道、數(shù)字量輸出通道。4 44.0 4.0 接口與過程通道的概念接口與過程通道的概念u延遲：從延遲：從I/OI/O設(shè)備請(qǐng)求服務(wù)到服務(wù)開始的時(shí)間間隔設(shè)備請(qǐng)求服務(wù)到服務(wù)開始的時(shí)間間隔數(shù)字門電路硬件延時(shí)數(shù)字門電路硬件延時(shí)計(jì)算機(jī)硬件延時(shí)計(jì)算機(jī)硬件延時(shí)軟件延時(shí)軟件延時(shí)u帶寬或吞吐量：系統(tǒng)可以處理的最大流量帶寬或吞吐量：系統(tǒng)可以處理的最大流量( (字節(jié)字節(jié)/ /秒秒) )I/OI/O設(shè)備限制設(shè)備限制計(jì)算機(jī)軟件限制計(jì)算機(jī)軟件限制u優(yōu)先級(jí)：服務(wù)響應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生的多個(gè)請(qǐng)求的先后順序優(yōu)先級(jí)：服務(wù)響應(yīng)同時(shí)產(chǎn)生的多個(gè)請(qǐng)求的先后順序高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求可否打斷對(duì)低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求的服

4、務(wù)高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求可否打斷對(duì)低優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求的服務(wù)4.0.2 I/O4.0.2 I/O接口的性能接口的性能5 54.0 4.0 接口與過程通道的概念接口與過程通道的概念4.0.3 I/O4.0.3 I/O設(shè)備的狀態(tài)設(shè)備的狀態(tài)u空閑態(tài)：設(shè)備被禁止或未激活；空閑態(tài)：設(shè)備被禁止或未激活；空閑狀態(tài)不發(fā)生空閑狀態(tài)不發(fā)生I/OI/Ou忙狀態(tài)：設(shè)備工作；忙狀態(tài)：設(shè)備工作；I/OI/O傳輸進(jìn)行中傳輸進(jìn)行中u完成態(tài)：設(shè)備就緒；完成態(tài)：設(shè)備就緒；I/OI/O傳輸已完成傳輸已完成6 64.0 4.0 接口與過程通道的概念接口與過程通道的概念4.0.4 4.0.4 微機(jī)與微機(jī)與I/OI/O設(shè)備的同步設(shè)備的同步u盲周期法：軟件

5、簡單等待一段固定的時(shí)間；盲周期法：軟件簡單等待一段固定的時(shí)間；u忙等待法：軟件循環(huán)檢查忙等待法：軟件循環(huán)檢查I/OI/O的狀態(tài)；的狀態(tài)；u中斷法：使用硬件觸發(fā)特定的軟件執(zhí)行；中斷法：使用硬件觸發(fā)特定的軟件執(zhí)行；u周期輪詢法：使用時(shí)鐘中斷周期檢查周期輪詢法：使用時(shí)鐘中斷周期檢查I/OI/O狀態(tài)；狀態(tài)；uDMADMA法：將數(shù)據(jù)直接傳出或傳入存儲(chǔ)器。法：將數(shù)據(jù)直接傳出或傳入存儲(chǔ)器。7 74.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n數(shù)字?jǐn)?shù)字I/OI/O信號(hào)信號(hào)u開關(guān)的閉合與斷開開關(guān)的閉合與斷開u繼電器或接觸器的吸合與釋放繼電器或接觸器的吸合與釋放u指示燈的亮與滅指示燈的亮

6、與滅u電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)與停止u閥門的打開與關(guān)閉等閥門的打開與關(guān)閉等u數(shù)字傳感器、控制器產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)和脈沖量數(shù)字傳感器、控制器產(chǎn)生的編碼數(shù)據(jù)和脈沖量4.1.1 4.1.1 數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)數(shù)字量輸入輸出接口技術(shù)8 84.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n數(shù)字量輸入接口數(shù)字量輸入接口u對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，往往要收集生產(chǎn)過程的狀態(tài)信息，再給出對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，往往要收集生產(chǎn)過程的狀態(tài)信息，再給出控制量，因此，可以用三態(tài)門緩沖器控制量，因此，可以用三態(tài)門緩沖器74LS24474LS244取得狀態(tài)信息。取得狀態(tài)信息。u經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選

7、信號(hào)經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選信號(hào)-CS-CS，當(dāng)在執(zhí)行，當(dāng)在執(zhí)行ININ指令時(shí)，產(chǎn)指令時(shí)，產(chǎn)生生-IOR-IOR信號(hào)，則被測(cè)的狀態(tài)信息可通過信號(hào)，則被測(cè)的狀態(tài)信息可通過74LS24474LS244送到送到PCPC總線工業(yè)總線工業(yè)控制機(jī)的數(shù)據(jù)總線，然后裝入控制機(jī)的數(shù)據(jù)總線，然后裝入ALAL寄存器。寄存器。u作用：隔離輸入輸出線作用：隔離輸入輸出線 路，輸入緩沖。路，輸入緩沖。u假設(shè)片選端口地址為假設(shè)片選端口地址為portport，可通過如下指令完，可通過如下指令完成取數(shù)。成取數(shù)。MOV DX , PORTMOV DX , PORTIN AL , DXIN AL , DXD0D1D2D3D4D5

8、D6D7輸輸入入信信號(hào)號(hào)-CS-IORPC總線總線數(shù)字量輸入接口數(shù)字量輸入接口74LS24474LS244有有8 8個(gè)通道可輸入個(gè)通道可輸入8 8個(gè)開關(guān)狀態(tài)。個(gè)開關(guān)狀態(tài)。9 94.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n數(shù)字量輸出接口數(shù)字量輸出接口 MOV AL , DATA MOV AL , DATAMOV DX , PORTMOV DX , PORTOUT DX , ALOUT DX , ALu對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，一般控制狀態(tài)需要保持，直到下次出現(xiàn)新對(duì)生產(chǎn)過程進(jìn)行控制，一般控制狀態(tài)需要保持，直到下次出現(xiàn)新值為止，這時(shí)就需要對(duì)輸出進(jìn)行鎖存，可以用值為止，這時(shí)就需

9、要對(duì)輸出進(jìn)行鎖存，可以用74LS27374LS273作為作為8 8位的位的輸出鎖存口，對(duì)狀態(tài)輸出信號(hào)進(jìn)行鎖存。輸出鎖存口，對(duì)狀態(tài)輸出信號(hào)進(jìn)行鎖存。u經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選信號(hào)經(jīng)過端口地址譯碼，得到片選信號(hào)-CS-CS，當(dāng)在執(zhí)行，當(dāng)在執(zhí)行OUTOUT指令時(shí)，指令時(shí)，產(chǎn)生產(chǎn)生-IOW-IOW信號(hào)，假設(shè)片選端口地址為信號(hào)，假設(shè)片選端口地址為portport，可通過如下指令完成，可通過如下指令完成數(shù)據(jù)輸出控制數(shù)據(jù)輸出控制 。PC總線總線輸輸出出信信號(hào)號(hào)74LS27374LS273有有8 8個(gè)通道，個(gè)通道，可輸出可輸出8 8個(gè)開關(guān)狀態(tài)。個(gè)開關(guān)狀態(tài)。4.1.2 4.1.2 數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道

10、n數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸數(shù)字量輸入通道主要由輸入緩沖器、輸入調(diào)理電路、輸入口地址譯碼電路等組成。入口地址譯碼電路等組成。10104.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n數(shù)字量輸入通道的基本功能就是接收外部裝置或生產(chǎn)過數(shù)字量輸入通道的基本功能就是接收外部裝置或生產(chǎn)過程的狀態(tài)信號(hào)。狀態(tài)信號(hào)的形式可以是電壓、電流、開關(guān)程的狀態(tài)信號(hào)。狀態(tài)信號(hào)的形式可以是電壓、電流、開關(guān)的觸點(diǎn)，因此，引起瞬時(shí)高壓、接觸抖動(dòng)等現(xiàn)象。的觸點(diǎn)，因此，引起瞬時(shí)高壓、接觸抖動(dòng)等現(xiàn)象。4.1.2 4.1.2 數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道n輸入調(diào)理電路：輸入調(diào)理電路：為了將

11、外部開關(guān)量信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)為了將外部開關(guān)量信號(hào)輸入到計(jì)算機(jī)，必須將現(xiàn)場輸入的狀態(tài)信號(hào)經(jīng)過信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離轉(zhuǎn)換、保護(hù)、濾波、隔離等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接等措施轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)能夠接收的邏輯信號(hào)，這些功能稱為收的邏輯信號(hào)，這些功能稱為信號(hào)調(diào)理。信號(hào)調(diào)理。11114.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n信號(hào)調(diào)理技術(shù)信號(hào)調(diào)理技術(shù)- -雙穩(wěn)態(tài)消抖電路雙穩(wěn)態(tài)消抖電路用用R-SR-S觸觸發(fā)器消除發(fā)器消除開關(guān)反跳開關(guān)反跳由于鍵的按下與釋放是通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開來實(shí)現(xiàn)的，因機(jī)械觸點(diǎn)的彈由于鍵的按下與釋放是通過機(jī)械觸點(diǎn)的閉合與斷開來實(shí)現(xiàn)的，因機(jī)

12、械觸點(diǎn)的彈性作用，在閉合與斷開的瞬間均有一個(gè)抖動(dòng)過程，所以鍵閉合與斷開會(huì)產(chǎn)生電性作用，在閉合與斷開的瞬間均有一個(gè)抖動(dòng)過程，所以鍵閉合與斷開會(huì)產(chǎn)生電壓波形，這個(gè)抖動(dòng)對(duì)判斷鍵是否按下或釋放有較大影響，因此必需消除鍵的抖壓波形，這個(gè)抖動(dòng)對(duì)判斷鍵是否按下或釋放有較大影響，因此必需消除鍵的抖動(dòng)，只有這樣，才能可靠地判斷鍵的狀態(tài)。動(dòng)，只有這樣，才能可靠地判斷鍵的狀態(tài)。4.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道R3去去CPUR2R1現(xiàn)場開關(guān)現(xiàn)場開關(guān)UCCRSUDD(5V)n光電隔離及電平轉(zhuǎn)換電路光電隔離及電平轉(zhuǎn)換電路在大功率系統(tǒng)中，需要從在大功率系統(tǒng)中，需要從電磁離合等大功率器

13、件的電磁離合等大功率器件的接點(diǎn)輸入信號(hào)。這種情況接點(diǎn)輸入信號(hào)。這種情況下，為了使接點(diǎn)工作可靠，下，為了使接點(diǎn)工作可靠，接點(diǎn)兩端至少要加接點(diǎn)兩端至少要加24V24V以以上的直流電壓（上的直流電壓（U UCCCC）（因?yàn)橹绷麟娖降捻憫?yīng)快，（因?yàn)橹绷麟娖降捻憫?yīng)快，不容易產(chǎn)生干擾，電路又不容易產(chǎn)生干擾，電路又簡單，因此，廣泛采用）。簡單，因此，廣泛采用）。但是這種電路，由于所帶但是這種電路，由于所帶電壓高，所以電壓高，所以高壓與低壓高壓與低壓之間，用光電耦合器進(jìn)行之間，用光電耦合器進(jìn)行隔離隔離。光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電一光一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)的一種電一光

14、一電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。彼此間用透明絕緣體隔離。 光電耦光電耦合器合器13134.1.3 4.1.3 數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道n輸出通道結(jié)構(gòu)輸出通道結(jié)構(gòu)輸 出鎖存器光 電隔離器輸 出驅(qū)動(dòng)器生產(chǎn)過程地址譯碼器PC總線4.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道14144.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路功率晶體管輸出驅(qū)動(dòng)繼電器電路18J功率晶體管功率晶體

15、管RVD24V因?yàn)樨?fù)載呈電感性，所以輸出必須加裝克服反電動(dòng)勢(shì)的保護(hù)二極管，J為繼電器的線圈。輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路小功率直流驅(qū)動(dòng)電路小功率直流驅(qū)動(dòng)電路非門增加非門增加驅(qū)動(dòng)能力驅(qū)動(dòng)能力15154.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道n固態(tài)繼電器及用法固態(tài)繼電器及用法固態(tài)繼電器是一種四端有源器件。輸出和輸入之間采用光電耦合器進(jìn)行隔離。零交叉電路可以使交流電壓變化到0伏附近時(shí)讓電路接通，從而減少干擾。電路接通后，由觸發(fā)電路給出晶閘管器件的觸發(fā)信號(hào)。輸出驅(qū)動(dòng)電路輸出驅(qū)動(dòng)電路大功率交流驅(qū)動(dòng)電路大功率交流驅(qū)動(dòng)電路光電耦合器光電耦合器16164.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接

16、口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道4.1.4 4.1.4 通用數(shù)字通用數(shù)字I/OI/O接口擴(kuò)展接口擴(kuò)展u8255A-可編程并行通信接口芯片可編程并行通信接口芯片8255A8255A的讀寫操作控制的讀寫操作控制8255A8255A是可編程的并行輸入輸是可編程的并行輸入輸出接口芯片，出接口芯片，它具有三個(gè)它具有三個(gè)8 8位位并行端口并行端口(A(A口、口、B B口和口和C C口口) )，具有具有4040個(gè)引腳，雙列直插式個(gè)引腳，雙列直插式封裝，由封裝，由+5V+5V供電（供電（VCCVCC）。）。17174.1 4.1 數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道數(shù)字量輸入輸出接口與過程通道8255A825

17、5A初始化：初始化：PA=mode0,outPA=mode0,out PB=mode0,in PB=mode0,in PCH=outPCH=out PCL=in PCL=inMOV DX , PortCTRLMOV DX , PortCTRLMOV AL , 83HMOV AL , 83HOUT DX , ALOUT DX , ALPortAPortA輸出數(shù)據(jù)：輸出數(shù)據(jù)：MOV DX , PortAMOV DX , PortAMOV AL , DATAMOV AL , DATAOUT DX , ALOUT DX , ALPortBPortB輸入數(shù)據(jù)：輸入數(shù)據(jù)：MOV DX , PortBMOV

18、 DX , PortBIN AL , DXIN AL , DX82558255控制字控制字100110004.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道18184.2.1 4.2.1 信號(hào)的采樣和量化信號(hào)的采樣和量化n信號(hào)采樣信號(hào)采樣u采樣過程：信號(hào)采樣就是將時(shí)間上連續(xù)幅值采樣過程：信號(hào)采樣就是將時(shí)間上連續(xù)幅值上也連續(xù)的模擬信號(hào)，通過采樣開關(guān)按一定時(shí)上也連續(xù)的模擬信號(hào)，通過采樣開關(guān)按一定時(shí)間間隔的閉合和斷開，將其抽樣成一連串離散間間隔的閉合和斷開，將其抽樣成一連串離散脈沖信號(hào)的過程脈沖信號(hào)的過程f (t)tOf (t)Sf * (t)f * (t)t0T 2T4T6T(a)

19、被采樣信號(hào)被采樣信號(hào)(b) 采樣開關(guān)采樣開關(guān)(c) 采樣信號(hào)采樣信號(hào)19194.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道f f ( (t t) )t tO Of f ( (t t) )S Sf f * * ( (t t) )f f * * ( (t t) )t t0 0T T 2 2T T4 4T T6 6T T(a) (a) 被采樣信號(hào)被采樣信號(hào)(b) (b) 采樣開關(guān)采樣開關(guān)(c) (c) 采樣信號(hào)采樣信號(hào)u采樣周期采樣周期：采樣開關(guān)兩次采樣：采樣開關(guān)兩次采樣( (閉合閉合) )的間隔時(shí)間的間隔時(shí)間T T；u采樣時(shí)間采樣時(shí)間/ /采樣寬度：采樣寬度：采樣開關(guān)的閉合時(shí)間采

20、樣開關(guān)的閉合時(shí)間 ，代表采樣開，代表采樣開關(guān)閉合的時(shí)間；關(guān)閉合的時(shí)間；u采樣時(shí)刻：采樣時(shí)刻：0 0、T T、2T2T各時(shí)間點(diǎn)；各時(shí)間點(diǎn)；20204.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道s ：采樣角頻率，：采樣角頻率，s=2fs=2/T(t-nT)：t=nT處的單位脈沖函數(shù)處的單位脈沖函數(shù)(函數(shù)函數(shù))n采樣定理采樣定理21214.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道2222u香農(nóng)香農(nóng)(S(Sh ha annnno on n) )采樣定理：為了使采樣信號(hào)采樣定理：為了使采樣信號(hào)f f* *( (t t) )能反映連續(xù)能反映連續(xù)信號(hào)信號(hào)f f( (t

21、t) )的變化規(guī)律，采樣頻率的變化規(guī)律，采樣頻率s s(s s=2=2f fs s=2/=2/T T) )至少應(yīng)至少應(yīng)該是信號(hào)該是信號(hào)f f( (t t) )頻譜最高頻率頻譜最高頻率mamax x 的兩倍，即的兩倍，即s s22mamax x 。u當(dāng)采樣周期滿足采樣定理時(shí)，采樣信號(hào)頻譜就不會(huì)發(fā)生重疊當(dāng)采樣周期滿足采樣定理時(shí)，采樣信號(hào)頻譜就不會(huì)發(fā)生重疊效應(yīng)，從而可以通過理想的低通濾波器從采樣信號(hào)效應(yīng)，從而可以通過理想的低通濾波器從采樣信號(hào)f f* *( (t t) )中完全中完全恢復(fù)出恢復(fù)出f f( (t t) )來。由于理想濾波器不存在，所以要完全恢復(fù)出原來。由于理想濾波器不存在，所以要完全恢

22、復(fù)出原來的信號(hào)是不可能的，工程上只要滿足一定的要求即可。實(shí)際來的信號(hào)是不可能的，工程上只要滿足一定的要求即可。實(shí)際應(yīng)用中，常取應(yīng)用中，常取s s(5(510)10)mamax x ，甚至更高。甚至更高。4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道23234.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道n量化量化u量化：量化：用一組數(shù)碼用一組數(shù)碼( (如二進(jìn)制碼如二進(jìn)制碼) )逼近離散模擬信號(hào)的幅逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；值，將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；u量化過程：量化過程：將離散采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程；將離散采樣信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的過程；u模

23、模/ /數(shù)數(shù)(A/D)(A/D)轉(zhuǎn)換器：轉(zhuǎn)換器：執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置；執(zhí)行量化動(dòng)作的裝置；u量化單位：量化單位：量化采樣信號(hào)所用數(shù)碼最低有效位所對(duì)應(yīng)的量化采樣信號(hào)所用數(shù)碼最低有效位所對(duì)應(yīng)的模擬量；字長為模擬量；字長為n n的的A/DA/D轉(zhuǎn)換器把轉(zhuǎn)換器把ymin-ymax范圍內(nèi)變化的采樣范圍內(nèi)變化的采樣信號(hào)，變換為數(shù)字信號(hào)，變換為數(shù)字0-20-2n-1-1，其最低有效位（，其最低有效位（Least Least Significant BitSignificant Bit）所對(duì)應(yīng)的模擬量）所對(duì)應(yīng)的模擬量q q稱為量化單位稱為量化單位u量化誤差：量化誤差：量化過程中用量化單位量化過程中用量化單位q

24、q去度量采樣值幅值大去度量采樣值幅值大小時(shí)由于小數(shù)歸整小時(shí)由于小數(shù)歸整( (四舍五入四舍五入) )而引入的誤差，其最大值為而引入的誤差，其最大值為q/2q/2；12minmaxnyyq24244.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道在在A A/D/D轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)轉(zhuǎn)換器的輸出位數(shù)n n足夠多時(shí)，可以使量化誤差足夠多時(shí)，可以使量化誤差達(dá)到足夠小，就可以認(rèn)為數(shù)字信號(hào)近似于采樣信號(hào)。如達(dá)到足夠小，就可以認(rèn)為數(shù)字信號(hào)近似于采樣信號(hào)。如果在采樣過程中，采樣頻率也足夠高，就可以用采樣、果在采樣過程中，采樣頻率也足夠高，就可以用采樣、量化后得到的一系列離散的二進(jìn)制數(shù)字量來表示某一時(shí)

25、量化后得到的一系列離散的二進(jìn)制數(shù)字量來表示某一時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)，從而可以由計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制計(jì)間上連續(xù)的模擬信號(hào)，從而可以由計(jì)算機(jī)來進(jìn)行控制計(jì)算和處理。算和處理。例如：模擬信號(hào)例如：模擬信號(hào)y ymamax x 10V, 10V, y ym min in 0V0V，取，取n n8 8量化單位量化單位q q=10V/(2=10V/(28 8-1)40mV-1)40mV量化誤差最大值量化誤差最大值e emamax x q q/2/220mV20mV12minmaxnyyq25254.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道過程參數(shù)由傳感元件和變送器測(cè)量并轉(zhuǎn)換為電流或電壓形式后

26、再過程參數(shù)由傳感元件和變送器測(cè)量并轉(zhuǎn)換為電流或電壓形式后再送到多路開關(guān)；送到多路開關(guān)；變送器通常輸出變送器通常輸出0 0 10mA10mA或或4 4 20mA20mA的統(tǒng)一信號(hào)；的統(tǒng)一信號(hào)；在微機(jī)控制下，由多路開關(guān)將各個(gè)過程參數(shù)依次切換到后級(jí)，進(jìn)在微機(jī)控制下，由多路開關(guān)將各個(gè)過程參數(shù)依次切換到后級(jí)，進(jìn)行采樣和行采樣和A/DA/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的檢測(cè)。轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)過程參數(shù)的檢測(cè)。n一般結(jié)構(gòu)一般結(jié)構(gòu)4.2.2 4.2.2 模擬量輸入通道組成模擬量輸入通道組成傳感器或變送器信號(hào)調(diào)理或I/V變換多路開關(guān)采樣保持電路A/D轉(zhuǎn)換器接口邏輯CPU過過程程參參數(shù)數(shù)模擬輸入通道模擬輸入通道n信號(hào)調(diào)理信號(hào)調(diào)理u

27、信號(hào)調(diào)理裝置主要是對(duì)來自現(xiàn)場的多路模擬信號(hào)信號(hào)調(diào)理裝置主要是對(duì)來自現(xiàn)場的多路模擬信號(hào)進(jìn)行：進(jìn)行：非電量的轉(zhuǎn)換非電量的轉(zhuǎn)換小信號(hào)放大小信號(hào)放大濾波濾波隔離隔離電平轉(zhuǎn)換電平轉(zhuǎn)換阻抗匹配阻抗匹配非線性補(bǔ)償非線性補(bǔ)償電流電流/ /電壓轉(zhuǎn)換電壓轉(zhuǎn)換4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道262627274.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nI/VI/V變換變換無源無源I/VI/V變換變換輸入輸入0 0 10mA10mA選選R2=500R2=500對(duì)應(yīng)輸出對(duì)應(yīng)輸出0 0 5V5V輸入輸入4 4 20mA20mA選選R2=250R2=250對(duì)應(yīng)輸出對(duì)應(yīng)輸出

28、1 1 5V5V無源I/V變換主要利用無源器件電阻實(shí)現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅等保護(hù)措施。28284.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nI/V變換變換有源有源I/VI/V變換變換輸入輸入0 0 10mA10mA選選R4=150kR4=150k對(duì)應(yīng)輸出對(duì)應(yīng)輸出0 0 5V5V輸入輸入4 4 20mA20mA選選R4=25kR4=25k對(duì)應(yīng)輸出對(duì)應(yīng)輸出1 1 5V5V有源有源I/VI/V變換主要利變換主要利用有源器件運(yùn)算放大用有源器件運(yùn)算放大器、電阻組成。器、電阻組成。29294.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道n多路轉(zhuǎn)換開關(guān)多路轉(zhuǎn)換開關(guān)u多路轉(zhuǎn)

29、換開關(guān)也稱為多路轉(zhuǎn)換器，是用來切換模多路轉(zhuǎn)換開關(guān)也稱為多路轉(zhuǎn)換器，是用來切換模擬電壓的關(guān)鍵元件；擬電壓的關(guān)鍵元件；u將多路輸入信號(hào)按一定順序或隨機(jī)地接到公用放將多路輸入信號(hào)按一定順序或隨機(jī)地接到公用放大器或大器或A/DA/D轉(zhuǎn)換器；轉(zhuǎn)換器；u理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大，其導(dǎo)通時(shí)理想的多路開關(guān)其開路電阻為無窮大，其導(dǎo)通時(shí)的電阻為零；的電阻為零；u其它要求：切換速度其它要求：切換速度( (快快) )，噪音，噪音( (小小) )，壽命，壽命( (長長) )，可靠性可靠性( (高高) )等；等；常用的多路開關(guān)有：常用的多路開關(guān)有：CD4051(CD4051(或或MC14051)MC14051)、

30、AD7501AD7501、LF13508LF13508等等30304.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nCD4051:CD4051:單端的單端的8 8通道開關(guān)，通道開關(guān)，有三個(gè)控制輸入端有三個(gè)控制輸入端A A，B B，C C和一個(gè)禁止輸入端和一個(gè)禁止輸入端INHINH31314.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道片上有二進(jìn)制譯碼器，可由片上有二進(jìn)制譯碼器，可由A A，B B，C C三個(gè)控制輸入端在三個(gè)控制輸入端在8 8個(gè)通道中選個(gè)通道中選擇一個(gè)，使輸入和輸出接通。擇一個(gè)，使輸入和輸出接通。INH INH 高電平時(shí)，高電平時(shí)，8 8個(gè)通道均不

31、通。個(gè)通道均不通。禁止輸入禁止輸入端端INHINH控制輸控制輸入端入端A A，B B，C Cn采樣保持采樣保持u孔徑時(shí)間：孔徑時(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；u孔徑誤差：孔徑誤差：由孔徑時(shí)間決定的對(duì)隨時(shí)間變化的由孔徑時(shí)間決定的對(duì)隨時(shí)間變化的模擬信號(hào)的每個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差；模擬信號(hào)的每個(gè)采樣時(shí)刻的最大轉(zhuǎn)換誤差；4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道如圖所示的正弦模擬信號(hào)，如圖所示的正弦模擬信號(hào)，如果從如果從t t0 0時(shí)刻開始進(jìn)行時(shí)刻開始進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)候時(shí)已轉(zhuǎn)換，但轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)候時(shí)已為為t t1 1，模擬信號(hào)已發(fā)

32、生，模擬信號(hào)已發(fā)生 的的變化。變化。U令令U U= =U Um msinsint t，則：，則： 在坐標(biāo)的原點(diǎn)有：在坐標(biāo)的原點(diǎn)有：取取t t= =t t A A/D /D ，則誤，則誤差的百分?jǐn)?shù)為：差的百分?jǐn)?shù)為：對(duì)對(duì)1010位位A A/D/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度0.1%0.1%，孔徑，孔徑時(shí)間時(shí)間1010s s，允許正弦，允許正弦波信號(hào)最大頻率為：波信號(hào)最大頻率為：u如果被采樣的模擬信號(hào)的變化頻率相對(duì)于如果被采樣的模擬信號(hào)的變化頻率相對(duì)于A/DA/D轉(zhuǎn)換器的速度轉(zhuǎn)換器的速度來說比較高，為保證轉(zhuǎn)換精度，需要在來說比較高，為保證轉(zhuǎn)換精度，需要在A/DA/D轉(zhuǎn)換之前加上采樣轉(zhuǎn)換之前加上采

33、樣保持電路，使得在保持電路，使得在A/DA/D轉(zhuǎn)換期間保持輸入模擬信號(hào)不變。轉(zhuǎn)換期間保持輸入模擬信號(hào)不變。4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道33333434n采樣保持電路采樣保持電路uA/DA/D轉(zhuǎn)換過程需要時(shí)間，在轉(zhuǎn)換過程需要時(shí)間，在A/DA/D轉(zhuǎn)換期間，如果輸入信號(hào)變化較大，轉(zhuǎn)換期間，如果輸入信號(hào)變化較大，就會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。所以，采樣信號(hào)通常不直接送到就會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。所以，采樣信號(hào)通常不直接送到A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，需要加需要加采樣保持器采樣保持器作信號(hào)保持。作信號(hào)保持。u采樣狀態(tài)：采樣狀態(tài)：模擬開關(guān)模擬開關(guān)S S閉合，輸入放大器的輸出端給電容

34、閉合，輸入放大器的輸出端給電容C CH H 快速充電，快速充電，為使電容電壓跟隨輸入電壓精確到為使電容電壓跟隨輸入電壓精確到0.05%0.05%之內(nèi)，采樣狀態(tài)持續(xù)時(shí)間值應(yīng)之內(nèi)，采樣狀態(tài)持續(xù)時(shí)間值應(yīng)大于大于7 7 8 8倍倍RCRCHH值。值。u保持狀態(tài)：保持狀態(tài)：模擬開關(guān)模擬開關(guān)S S斷開，由于斷開，由于A A2 2的輸入阻抗很大，的輸入阻抗很大，C CH H可以保持開可以保持開關(guān)關(guān)S S斷開瞬間輸入的電壓值，使輸出端斷開瞬間輸入的電壓值，使輸出端u uo o的電壓值保持不變。的電壓值保持不變。4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道3535u在模擬量輸入通道中，只有在

35、信號(hào)變化頻率較在模擬量輸入通道中，只有在信號(hào)變化頻率較高而高而A/DA/D轉(zhuǎn)換速度又不高，以致孔徑誤差影響轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換速度又不高，以致孔徑誤差影響轉(zhuǎn)換精度時(shí)，或者要求同時(shí)進(jìn)行多路采樣的情況下，換精度時(shí)，或者要求同時(shí)進(jìn)行多路采樣的情況下，才需要設(shè)置采樣保持電路，對(duì)于一些變化緩慢的才需要設(shè)置采樣保持電路，對(duì)于一些變化緩慢的生產(chǎn)過程生產(chǎn)過程( (如石油、化工等如石油、化工等) )可以不設(shè)置保持電路；可以不設(shè)置保持電路；A A1 1u ui iu uc c控制信號(hào)控制信號(hào)A A2 2C CH Hu uo oS S4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道36364.2 4.2 模擬量輸

36、入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道4.2.3 A/D4.2.3 A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)nA/DA/D轉(zhuǎn)換器：將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。轉(zhuǎn)換器：將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件。u技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)分辨率：分辨率：A/DA/D轉(zhuǎn)換器的分辨能力，通常用轉(zhuǎn)換后數(shù)字量轉(zhuǎn)換器的分辨能力，通常用轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的位數(shù)表示，如的位數(shù)表示，如8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等。分辨率越高，位等。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入模擬信號(hào)的反應(yīng)就越靈敏。分辨率為轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入模擬信號(hào)的反應(yīng)就越靈敏。分辨率為8 8位表示位表示可以對(duì)滿量程的可以對(duì)滿量程的1/21/28 81/2561/

37、256的增量作出反應(yīng)；的增量作出反應(yīng)；量程：量程：所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如0 0 5V5V、-5V-5V +5V+5V等等; ;轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：A/DA/D轉(zhuǎn)換結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度轉(zhuǎn)換結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度; ;絕對(duì)精度：絕對(duì)精度：常用數(shù)字量的位數(shù)表示，如常用數(shù)字量的位數(shù)表示，如(1/2)LSB(1/2)LSB相對(duì)精度：相對(duì)精度：用相對(duì)于滿量程的百分比表示，例如滿量程用相對(duì)于滿量程的百分比表示，例如滿量程為為10V10V的的8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器，其絕對(duì)精度為轉(zhuǎn)換器，其絕對(duì)精度為1/21/210/210/28 819.5mV19.5mV， 相對(duì)精度為相對(duì)精度

38、為1/21/28 81001000.390.39。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；37374.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nA/DA/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方法轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)方法u計(jì)數(shù)比較法：計(jì)數(shù)比較法：器件簡單、價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換速器件簡單、價(jià)格便宜，轉(zhuǎn)換速度慢，較少采用；度慢，較少采用；u雙斜率積分法：雙斜率積分法：器件轉(zhuǎn)換速度較慢，但精度器件轉(zhuǎn)換速度較慢，但精度高，時(shí)有采用；高，時(shí)有采用；u逐次逼近法：逐次逼近法：對(duì)速度和精度兼顧性好，在對(duì)速度和精度兼顧性好，在1616位以下位以下A A/D/D轉(zhuǎn)換器中廣泛使用；轉(zhuǎn)換器中廣泛使用；

39、3838地址鎖存地址鎖存與譯碼器與譯碼器8 8路模擬路模擬開開 關(guān)關(guān)8 8位逐位逐次逼近次逼近A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器EOCEOCSTART CLOCKSTART CLOCKOEOED D0 0D D1 1D D7 7三態(tài)鎖存三態(tài)鎖存輸出緩沖器輸出緩沖器V VREF(REF() )V VREF(REF() )ADDAADDAADDBADDBADDCADDCALEALEININ7 7ININ6 6ININ0 0ADC0809ADC0809：8 8位逐次比較式位逐次比較式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器，具有，具有8 8個(gè)通道的模擬量輸入線，可在程序控制下對(duì)任意個(gè)通道的模擬量輸入線，可在程序控制下對(duì)任意通

40、道進(jìn)行通道進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換，得到轉(zhuǎn)換，得到8 8位二進(jìn)制數(shù)字量。位二進(jìn)制數(shù)字量。4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入模擬量輸入數(shù)字?jǐn)?shù)字量輸量輸出出u8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器對(duì)選送到換器對(duì)選送到輸入端的信號(hào)輸入端的信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換 結(jié)果換 結(jié)果 DD（02028 8-1-1）存入三態(tài)輸出存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器。鎖存緩沖器。在在STARTSTART上上收到一個(gè)啟動(dòng)收到一個(gè)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令后開轉(zhuǎn)換命令后開始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換始轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換時(shí)間時(shí)間100s100s左左右信號(hào)后轉(zhuǎn)換右信號(hào)后轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)束后，束后，EOCEOC由低變高，通由低

41、變高，通知知CPUCPU讀結(jié)果。讀結(jié)果。39394.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0809ADC0809uADC0809ADC0809的量化單位：的量化單位：128)()(REFREFVVq通常基準(zhǔn)電壓 =5.12V， =0V，此時(shí)q=20mv，則轉(zhuǎn)換結(jié)果為：)(REFV)(REFV)()(mVqmVVDIN如 =2.5V時(shí)，D=125。INVu主要性能主要性能分辨率為分辨率為8 8位；線性誤差位；線性誤差(1 /2)(1 /2)L LSBSB。轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換時(shí)間為100100s s左右。左右。模擬輸入電壓范圍為模擬輸入電壓

42、范圍為0 05V5V，對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)A A/D/D轉(zhuǎn)換值為轉(zhuǎn)換值為0000H HFFFFHH。內(nèi)部帶內(nèi)部帶8 8路模擬開關(guān)，可以輸入路模擬開關(guān)，可以輸入8 8 路模擬信號(hào)；有輸出鎖存功能。路模擬信號(hào)；有輸出鎖存功能。40404.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道u主要性能主要性能分辨率為分辨率為12 位；位；12位轉(zhuǎn)換結(jié)果可以一次位轉(zhuǎn)換結(jié)果可以一次或兩次分時(shí)讀出；線或兩次分時(shí)讀出；線性性 誤誤 差差 為為(1/2)LSB；一一 次次 A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換換 時(shí)時(shí) 間約為間約為25s；采用單采用單通道單極性通道單極性或雙極性模擬電壓輸或雙極性模擬電壓輸入入，單極性電壓輸入，單極

43、性電壓輸入為為0 10V 或或0 20V,雙 極 性 電 壓 輸 入 為雙 極 性 電 壓 輸 入 為5V或或10V。nAD574A:12AD574A:12位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器4141nAD574A:AD574A:真值表真值表1234567891011121314VCCREF OUTAGNDREF INVEEBIP OFF10VIN20VINVLOGIC12 / 8CSA 0R / CCEAD574A2827262524232221201918171615STSDO11DO10DO9DO8DO7DO6DO5DO4DO3DO2DO1DO0DGND4.2 4.2 模擬量

44、輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道AD574AAD574A控制邏輯的任務(wù)包括：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、控制邏輯的任務(wù)包括：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換、控制轉(zhuǎn)換過程和控制轉(zhuǎn)換結(jié)果控制轉(zhuǎn)換過程和控制轉(zhuǎn)換結(jié)果DD的輸出。的輸出。CECE和和-CS-CS均為片選信號(hào)，均為片選信號(hào)，R/-CR/-C為讀為讀/ /啟動(dòng)啟動(dòng)控制信號(hào)?？刂菩盘?hào)的作用如下：控制信號(hào)。控制信號(hào)的作用如下：42424.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nAD574AAD574A的單極性輸入的單極性輸入/ /雙極性輸入雙極性輸入這個(gè)這個(gè)1212位的位的A/DA/D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入可以是單極性的，也可以是雙極性轉(zhuǎn)換器的模擬輸入可以是

45、單極性的，也可以是雙極性的。單極性時(shí)，將的。單極性時(shí)，將BIP OFFBIP OFF接接0V0V，雙極性時(shí)接，雙極性時(shí)接10V10V。量程可以是。量程可以是10V10V，也可以是也可以是20V20V，分別接入，分別接入10V10VIN和和20V20VIN，相應(yīng)的量化單位分別是，相應(yīng)的量化單位分別是10V/10V/（2 212-1）和和20V/20V/（2 212-1）。）。43434.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nA/DA/D轉(zhuǎn)換器到微機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器到微機(jī)的接口uADC0809與系統(tǒng)總線的連接與系統(tǒng)總線的連接模擬量輸入接基準(zhǔn)電壓數(shù)據(jù)總線IN0IN1IN7VREF

46、(+)VREF(-)GNDCLOCKALESTARTOUTPUTENABLEEOCADDAADDBADDC2-12-8分頻CLOCK&WRM/IORD譯碼器通道地址線通道地址線ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC分別接到數(shù)據(jù)總線低三位上。分別接到數(shù)據(jù)總線低三位上。ADC0809ADC0809的時(shí)的時(shí)鐘頻率為鐘頻率為640KHz640KHz，微機(jī)的時(shí)鐘頻率為，微機(jī)的時(shí)鐘頻率為5MHz5MHz或更高，需要分頻?；蚋撸枰诸l。地址總線地址線通過譯碼器地址線通過譯碼器輸出端作為片選信輸出端作為片選信號(hào)。以號(hào)。以M/-IOM/-IO、- -WRWR以及地址譯碼以及地址譯碼輸出信號(hào)作為

47、啟動(dòng)輸出信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)信號(hào)STARTSTART和地址和地址鎖存信號(hào)鎖存信號(hào)ALEALE。以。以M/-IOM/-IO、-RD-RD以及以及地址譯碼輸出信號(hào)地址譯碼輸出信號(hào)作為作為OUTPUT OUTPUT ENABLEENABLE信號(hào)信號(hào)接8259A4.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nA/DA/D轉(zhuǎn)換器到微機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器到微機(jī)的接口n例如：例如：假設(shè)假設(shè)ADC0809ADC0809的端口地址為的端口地址為PORTCTPORTCT，要把，要把3 3通道的通道的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送到ALAL寄存器，程序如下：寄存器，程序如下：STARTSTART

48、： MOV ALMOV AL，03H03H OUT PORTCT OUT PORTCT，AL AL ；送通道地址送通道地址 CALL DELAY CALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序調(diào)用延時(shí)子程序 IN AL IN AL， PROTCT PROTCT ；讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字量讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)字量45454.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nADC0809ADC0809通過通過82558255連接到連接到80868086ADC0809ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)果送入轉(zhuǎn)換結(jié)果送入8255A8255A的端口的端口A A；通道地址線；通道地址線ADDAADDA、ADDBADDB、ADDC

49、ADDC分別接到分別接到PCPC0，PCPC1，PCPC2；PCPC3作為啟動(dòng)信號(hào)作為啟動(dòng)信號(hào)STARTSTART和地址鎖存和地址鎖存信號(hào)信號(hào)ALEALE；PCPC7作為轉(zhuǎn)換結(jié)束作為轉(zhuǎn)換結(jié)束EOCEOC信號(hào)和信號(hào)和OUTPUT ENABLEOUTPUT ENABLE信號(hào)信號(hào)46464.2 4.2 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道nA/DA/D轉(zhuǎn)換器到微機(jī)的接口轉(zhuǎn)換器到微機(jī)的接口uAD574AAD574A與與8086 8086 的連接示意圖（一般了解）的連接示意圖（一般了解）47474.3.1 4.3.1 模擬量輸出通道的組成模擬量輸出通道的組成u計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量，對(duì)外界模擬

50、量計(jì)算機(jī)經(jīng)計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量，對(duì)外界模擬量計(jì)算機(jī)經(jīng)A/DA/D轉(zhuǎn)換輸入轉(zhuǎn)換輸入并處理后，在需要時(shí)再經(jīng)并處理后，在需要時(shí)再經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換輸出至外界。也就是說，模擬轉(zhuǎn)換輸出至外界。也就是說，模擬量輸出通道的作用是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或模量輸出通道的作用是將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電壓或模擬電流，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制目的。擬電流，以便驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，達(dá)到控制目的。是實(shí)現(xiàn)控制是實(shí)現(xiàn)控制輸出的關(guān)鍵。輸出的關(guān)鍵。4.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道48484.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道n模擬量輸出通道的結(jié)

51、構(gòu)形式模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式u輸出保持器輸出保持器由于計(jì)算機(jī)是分時(shí)工作的，輸出的數(shù)據(jù)在時(shí)間上離散，由于計(jì)算機(jī)是分時(shí)工作的，輸出的數(shù)據(jù)在時(shí)間上離散，因此因此D/AD/A轉(zhuǎn)換后的信號(hào)是離散的模擬信號(hào)。由于實(shí)際上轉(zhuǎn)換后的信號(hào)是離散的模擬信號(hào)。由于實(shí)際上的執(zhí)行部件往往要求連續(xù)的模擬信號(hào)，這樣就需要有輸?shù)膱?zhí)行部件往往要求連續(xù)的模擬信號(hào)，這樣就需要有輸出保持器。輸出保持器可以使本次輸出的控制信號(hào)在新出保持器。輸出保持器可以使本次輸出的控制信號(hào)在新的控制信號(hào)來到之前維持不變，從而將離散的模擬信號(hào)的控制信號(hào)來到之前維持不變，從而將離散的模擬信號(hào)變?yōu)檫B續(xù)的模擬信號(hào)。變?yōu)檫B續(xù)的模擬信號(hào)。模擬量輸出通道依據(jù)輸出保

52、持器的構(gòu)成方式分為數(shù)字模擬量輸出通道依據(jù)輸出保持器的構(gòu)成方式分為數(shù)字保持和模擬保持兩種基本結(jié)構(gòu)形式。保持和模擬保持兩種基本結(jié)構(gòu)形式。4949u轉(zhuǎn)換速度快轉(zhuǎn)換速度快u精度高精度高u通路間互不影通路間互不影響，工作可靠響，工作可靠u易于實(shí)現(xiàn)易于實(shí)現(xiàn)u輸出通路數(shù)多輸出通路數(shù)多時(shí) 使 用 較 多 的時(shí) 使 用 較 多 的D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器多通路獨(dú)立多通路獨(dú)立D/AD/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)4.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道u輸出保持器輸出保持器5050多通路共享多通路共享D/AD/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)uD/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器分時(shí)工作分時(shí)工作u需要使用多路需要使用

53、多路開關(guān)開關(guān)u適用于通路數(shù)適用于通路數(shù)多且速度要求不多且速度要求不高的場合高的場合u要求輸出保持要求輸出保持器的保持時(shí)間與器的保持時(shí)間與采樣時(shí)間值比較采樣時(shí)間值比較大大u可靠性較差可靠性較差4.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道u輸出保持器輸出保持器51514.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道nD/AD/A轉(zhuǎn)換的工作原理轉(zhuǎn)換的工作原理并行并行D/AD/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與輸入數(shù)碼的位數(shù)相同，對(duì)應(yīng)輸入數(shù)碼的每一位轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與輸入數(shù)碼的位數(shù)相同，對(duì)應(yīng)輸入數(shù)碼的每一位都設(shè)有信號(hào)輸入端，用來控制相應(yīng)的模擬切換開關(guān)，如果都設(shè)有信號(hào)輸入端，用來控制相應(yīng)的

54、模擬切換開關(guān)，如果a ai i為為1 1，基準(zhǔn)電，基準(zhǔn)電壓通過模擬切換開關(guān)加到電阻網(wǎng)絡(luò)上。電阻網(wǎng)絡(luò)將基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)壓通過模擬切換開關(guān)加到電阻網(wǎng)絡(luò)上。電阻網(wǎng)絡(luò)將基準(zhǔn)電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓的電壓/ /電流，在運(yùn)算放大器輸入端進(jìn)行加和。放大器的輸出反映了輸入電流，在運(yùn)算放大器輸入端進(jìn)行加和。放大器的輸出反映了輸入數(shù)碼的大小。數(shù)碼的大小。電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)S1S2SiSn基準(zhǔn)電基準(zhǔn)電壓壓U UN Na12-1a22-2ai2-ian2-n-+U Uo oR)222(2211nnNoaaaUU52524.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道4.3.2 D/A4.3.2 D/A轉(zhuǎn)換

55、器及其接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)nD/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器uD/AD/A轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置，轉(zhuǎn)換器是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的裝置，是模擬量輸出通道的重要組成部分；是模擬量輸出通道的重要組成部分；uD/AD/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸出模擬量的形式分為電壓型轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸出模擬量的形式分為電壓型和電流型兩種；和電流型兩種；u技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、建立時(shí)間、分辨率、轉(zhuǎn)換精度、建立時(shí)間、線性誤差等線性誤差等53534.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道nD/AD/A轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器技術(shù)指標(biāo)u分辨率分辨率：1)1) 用用D/AD/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)

56、來表示轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示，如，如8 8位、位、1010位、位、1212位等。分辨率為位等。分辨率為n n位，表示位，表示D/AD/A轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的最低有效轉(zhuǎn)換器輸入二進(jìn)制數(shù)的最低有效位位LSBLSB與滿量程輸出的與滿量程輸出的1/21/2n n相對(duì)應(yīng)；相對(duì)應(yīng)；2)2)用最小輸出電壓用最小輸出電壓( (對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量只有最低位為字量只有最低位為”1”)”1”)和最大輸出電壓和最大輸出電壓( (對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量所有有效對(duì)應(yīng)的輸入數(shù)字量所有有效位全為位全為”1”)”1”)之比表示之比表示。例如，。例如，N N位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為轉(zhuǎn)換器，其分辨率為1/21

57、/2N N-1-1u穩(wěn)定時(shí)間：穩(wěn)定時(shí)間：指輸入數(shù)字信號(hào)的變化為滿量程時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)定指輸入數(shù)字信號(hào)的變化為滿量程時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)定( (一一般穩(wěn)定到與終值相差般穩(wěn)定到與終值相差0.5LSB0.5LSB的模擬量范圍的模擬量范圍) )所需的時(shí)間，也稱轉(zhuǎn)換時(shí)所需的時(shí)間，也稱轉(zhuǎn)換時(shí)間或建立時(shí)間，一般為幾個(gè)間或建立時(shí)間，一般為幾個(gè)ss；u輸出方式：輸出方式：電平輸出電平輸出(510V(510V之間之間) )；電流輸出；電流輸出(20mA3A(20mA3A之間之間) )；u線性誤差：線性誤差：在滿量程范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差；在滿量程范圍內(nèi)轉(zhuǎn)換結(jié)果偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差；常用常用LS

58、BLSB的分?jǐn)?shù)表示，如的分?jǐn)?shù)表示，如0.5LSB 0.5LSB 。54544.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道兩個(gè)輸入鎖存器；兩個(gè)輸入鎖存器；可直接與計(jì)算機(jī)總線可直接與計(jì)算機(jī)總線連接；連接；分辨率為分辨率為8 8位；位；單一電源供電單一電源供電(5(515V)15V)；基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓V VREFREF工作范工作范圍圍-10-10+10V+10V；電流穩(wěn)定時(shí)間電流穩(wěn)定時(shí)間1s1s。nDAC0832DAC0832u美國數(shù)據(jù)公司的美國數(shù)據(jù)公司的8 8位雙緩沖位雙緩沖D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832的引腳圖的引腳圖55554.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬

59、量輸出接口與過程通道nDAC0832DAC0832u美國數(shù)據(jù)公司的美國數(shù)據(jù)公司的8 8位雙緩沖位雙緩沖D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832的邏輯圖的邏輯圖：DIDI0 0-DI-DI7 7為數(shù)據(jù)輸入線；為數(shù)據(jù)輸入線；ILEILE為數(shù)據(jù)允許信號(hào)。為數(shù)據(jù)允許信號(hào)。- -CSCS輸入寄存器片選信號(hào)，低電平有效；輸入寄存器片選信號(hào)，低電平有效；-WR-WR1 1為輸入寄存器寫選通信號(hào)，為輸入寄存器寫選通信號(hào)，低有效；低有效；-WR-WR2 2為為DACDAC寄存器寫選通信號(hào)，低有效；寄存器寫選通信號(hào)，低有效；-XFER-XFER為數(shù)據(jù)傳送為數(shù)據(jù)傳送信號(hào)，信號(hào)，I IOUT1OUT1和和

60、I IOUT2OUT2為電流輸出線。為電流輸出線。V VCCCC為電源輸入線；為電源輸入線；R RFBFB為反饋信號(hào)為反饋信號(hào)輸入線。輸入線。數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)輸輸入入線線ILE=1ILE=1，-CS=0-CS=0，- -WRWR1 1=0=0時(shí)，在時(shí)，在-LE-LE1 1產(chǎn)產(chǎn)生正脈沖，負(fù)跳變將數(shù)生正脈沖，負(fù)跳變將數(shù)據(jù)線上的信息存入輸入據(jù)線上的信息存入輸入寄存器寄存器-XFE=0-XFE=0，-WR-WR2 2=0=0時(shí)，時(shí)，在在-LE-LE2 2產(chǎn)生正脈沖，負(fù)產(chǎn)生正脈沖，負(fù)跳變將輸入寄存器內(nèi)容跳變將輸入寄存器內(nèi)容存入存入DACDAC寄存器寄存器56564.3 4.3 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出