第2章 輸入輸出接口與過程通道-2

1、2.1 2.1 總線技術總線技術2.2 2.2 總線擴展技術總線擴展技術2.3 2.3 數字量輸入輸出接口與過程通道數字量輸入輸出接口與過程通道2.4 2.4 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道 2.5 2.5 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道2.6 2.6 基于串行總線的計算機控制系統(tǒng)硬件技術基于串行總線的計算機控制系統(tǒng)硬件技術2.7 2.7 硬件抗干擾技術硬件抗干擾技術2.4 2.4 模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道 2.42.4模擬量輸入接口與過程通道模擬量輸入接口與過程通道2.4.1 2.4.1 模擬量輸入通道的組成模擬量輸入通道的組成 模

2、擬量輸入通道的任務是把系統(tǒng)中檢測到的模擬模擬量輸入通道的任務是把系統(tǒng)中檢測到的模擬信號，變成二進制數字信號，經接口送往計算機。信號，變成二進制數字信號，經接口送往計算機。 由圖可知，模擬量輸入通道一般由由圖可知，模擬量輸入通道一般由I/VI/V變換，多變換，多路轉換器，采樣保持器，路轉換器，采樣保持器，A/DA/D轉換器，接口及控制轉換器，接口及控制邏輯邏輯等組成。等組成。圖圖2.14 模擬量輸入通道的組成結構模擬量輸入通道的組成結構2.4.2 2.4.2 信號調理和信號調理和I/VI/V變換變換1. 信號調理電路信號調理電路 信號調理電路將傳感器的非電量或非標準電信號信號調理電路將傳感器的非

3、電量或非標準電信號轉換成標準電信號。常用的手段有變換、放大、濾波、轉換成標準電信號。常用的手段有變換、放大、濾波、線性化、補償等。線性化、補償等。1）非電信號檢測）非電信號檢測-不平衡電橋不平衡電橋激勵源接哪里？激勵源接哪里？輸出從何處得到？輸出從何處得到？ R2=R3，R1=100 ， Rpt=100 (0) 電橋處于什么狀態(tài)，輸出是多少？電橋處于什么狀態(tài)，輸出是多少？ 溫度變化時，鉑電阻阻值溫度變化時，鉑電阻阻值熱電阻測溫電橋熱電阻測溫電橋pt00( )( )R tRt tRR 熱電阻連接導線產生測量誤差及消除方法熱電阻連接導線產生測量誤差及消除方法 熱電阻的連接導線很熱電阻的連接導線很長

4、時，采用兩線制則將導長時，采用兩線制則將導線電阻計入測量橋臂，引線電阻計入測量橋臂，引起測溫誤差。起測溫誤差。 采用三線制接線則會采用三線制接線則會抵消導線電阻的影響。抵消導線電阻的影響。 要求三根線要等長度、要求三根線要等長度、等線經、同質材料。等線經、同質材料。 補償原理是什么？補償原理是什么？ 三線制接線，引線三線制接線，引線A和引線和引線B分別分別處于不同的橋臂，導線電阻及其溫處于不同的橋臂，導線電阻及其溫度變化會相互抵消。度變化會相互抵消。熱電阻三線制接線圖熱電阻三線制接線圖R3R2R12 2） 信號放大電路信號放大電路信號放大是最常用的調理電路。傳感器輸出信號信號放大是最常用的調理

5、電路。傳感器輸出信號達不到標準電平，必須放大。放大器一般均由運放構成。達不到標準電平，必須放大。放大器一般均由運放構成。運放選擇：精度（失調及失調溫漂），速度運放選擇：精度（失調及失調溫漂），速度(帶帶寬寬)，擺幅（電源電壓范圍），共模抑制比。，擺幅（電源電壓范圍），共模抑制比。2 2） 信號放大電路信號放大電路（1） 采用采用ILC7650的前置放大電路的前置放大電路 ILC7650是自校零低失調電壓放大器。是自校零低失調電壓放大器。失調電壓失調電壓Vos：0.7uV，失調溫漂，失調溫漂0.01uV/ ;輸入電阻輸入電阻106M，單位增益帶寬，單位增益帶寬2MHz；輸出擺幅輸出擺幅-4.85

6、V4.95V，增益，增益1-500；CMRR 130dBILC7650ILC7650的前置放大電路的前置放大電路（2 2） AD526AD526可編程儀用放大器可編程儀用放大器 AD526 AD526 一般介紹一般介紹 AD526是單端、單芯片軟件可編程增益放大器。有是單端、單芯片軟件可編程增益放大器。有1、2、4、8、16五種增益。它含有放大器、電阻網絡和五種增益。它含有放大器、電阻網絡和TTL兼容的鎖存輸入，無需外部器件即可工作。兼容的鎖存輸入，無需外部器件即可工作。 低增益誤差和低非線性度使低增益誤差和低非線性度使AD526非常適合需要可編非常適合需要可編程增益的精密儀器應用。程增益的精

7、密儀器應用。 增益為增益為16時，小信號帶寬為時，小信號帶寬為350kHz。FET輸入級的偏輸入級的偏置電流低至置電流低至50pA。利用激光調整技術，可保證最大輸入。利用激光調整技術，可保證最大輸入失調電壓為失調電壓為0.5mV。增益在。增益在1、2、4時，增益誤差低至時，增益誤差低至0.01%。 (VOF)(VOS)/CLKA0A2 AD526 AD526 引腳引腳DGND 數字地AGND1 模擬地1 AGND2 模擬地2 AD526內部結構圖內部結構圖 AD526 AD526 工作模式工作模式透明模式透明模式 （CLK接地）接地） 引腳引腳B=1，CS=0，A2A1A0 的值決定放大器增益

8、。增益的值決定放大器增益。增益 隨隨A2A1A0變化。變化。 鎖存模式鎖存模式 (CLK 由邏輯控制由邏輯控制) 引腳引腳B=1，CS=0， A2A1A0的值在的值在CLK=1時被鎖存；當時被鎖存；當CLK=0時，鎖存解除。易于與時，鎖存解除。易于與CPU接口。接口。 增益控制表增益控制表 AD526 基本接法基本接法DGNDCSAGND2AGND1BVOFVOS2. I/V2. I/V變換變換功能：將變送器輸出的標準信號功能：將變送器輸出的標準信號0 010mA10mA或或4 420mA20mA，變，變 換成標準換成標準0 05V5V電壓信號電壓信號。 1. 1. 無源無源I/VI/V變換變

9、換無源無源I IV V變換主要是利用無源器件變換主要是利用無源器件電阻電阻來實現(xiàn)，并加來實現(xiàn)，并加濾波和輸出限幅濾波和輸出限幅等保護措施。等保護措施。濾波保護輸入：輸入： 0 010mA10mA輸出：輸出： 0 05V 5V 電阻值：電阻值：R1=100 R1=100 R2=500( R2=500(精密電阻精密電阻) )輸入：輸入： 4 420mA20mA輸出：輸出： 1 15V5V電阻值：電阻值：R1=100R1=100， R2=250(R2=250(精密電阻）精密電阻）2.2.有源有源I/VI/V變換變換有源有源I IV V變換由運算放大器、電阻等組成。同相放大電變換由運算放大器、電阻等組

10、成。同相放大電路，路，把電阻把電阻R R1 1上產生的輸入電壓變成標準的輸出電壓上產生的輸入電壓變成標準的輸出電壓。輸入：輸入：0 010mA10mA，輸出：，輸出：0 05V5V電阻值：電阻值：R1=200R1=200, R3=100K, R4=150K, A=2.5 R3=100K, R4=150K, A=2.5輸入：輸入：4 420mA20mA，輸出：，輸出：1 15V 5V 電阻值：電阻值： R1=200R1=200, R3=100K, R4=25K, A=1.25 R3=100K, R4=25K, A=1.25341RRA 同相放大電路的同相放大電路的放大倍數為放大倍數為輸入電流輸入

11、電流I I在取樣電阻在取樣電阻R R2 2上產生電壓，就是運放上產生電壓，就是運放1 1的輸的輸出，出，V VO1O1= -IR= -IR2 2。運放運放2 2將將V VO1O1反相，并給予一定的增益。反相，并給予一定的增益。V=-VV=-VO1O1* *R Rf f/R/R3 3=I=I（R R2 2/R/R3 3）* *R Rf f令令 R2=250R2=250，R3=1kR3=1k，Rf=4.7kRf=4.7k可調可調I=0I=010mA10mA，R Rf f=2K=2K，V=05V。I=4I=420mA20mA，R Rf f=1K=1K，V=15V。 2.4.32.4.3 多路轉換器多

12、路轉換器 功能：將各個輸入信號依次地或隨機地連接到公用放功能：將各個輸入信號依次地或隨機地連接到公用放大器或大器或A/DA/D轉換器上。轉換器上。 要求：開路電阻無窮大、導通電阻無窮小、切換速度快、要求：開路電阻無窮大、導通電阻無窮小、切換速度快、噪音小、壽命長、工作可靠。噪音小、壽命長、工作可靠。 常用的多路開關都采用電子開關，如常用的多路開關都采用電子開關，如CD4051CD4051，AD7501AD7501。 導通電阻：導通電阻：VDD-VEE=15V，輸入幅值，輸入幅值15Vp-p，導通電阻為，導通電阻為80 。漏電流：漏電流： VDD-VEE=10V，漏電流為，漏電流為10pA，2.

13、4.4 2.4.4 采樣、量化及采樣保持器采樣、量化及采樣保持器1.1.信號的采樣信號的采樣按一定的時間間隔按一定的時間間隔T T，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的，把時間上連續(xù)和幅值上也連續(xù)的模擬信號，轉變成在時刻模擬信號，轉變成在時刻0 0，T T，2T2T，kTkT的一連串脈的一連串脈沖輸出信號的過程稱為采樣過程沖輸出信號的過程稱為采樣過程. .采樣信號是一個離散的模擬信號采樣信號是一個離散的模擬信號. .采樣周期采樣周期: T : T 采樣寬度采樣寬度: : 香農采樣定理香農采樣定理: : f2f f2fmaxmax實際應用實際應用:f(5:f(510)f10)fmaxmax圖2.22 信

14、號的采樣過程2、量化、量化 所謂量化，就是采用一組數碼（如二進制碼）來逼近離散所謂量化，就是采用一組數碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉換為數字信號。模擬信號的幅值，將其轉換為數字信號。將采樣信號轉換為數字信號的過程稱為量化過程，將采樣信號轉換為數字信號的過程稱為量化過程，執(zhí)行量化動作的裝置是執(zhí)行量化動作的裝置是A/DA/D轉換器。轉換器。字長為字長為n n的的A/DA/D轉換器把轉換器把YminYminYmaxYmax范圍內變化的采樣信號，范圍內變化的采樣信號，變換為數字變換為數字0 02 2n n -1-1，其最低有效位（，其最低有效位（LSBLSB）所對應的模擬量）所對應的

15、模擬量q q稱為量化單位。稱為量化單位。2.3 模擬量輸入通道模擬量輸入通道例例:12位位A/D轉換器轉換器,V=10.24V,V=10.24Vmvq25.112224.10量化誤差量化誤差: 213.3.采樣保持器采樣保持器(1)(1)孔徑時間和孔徑誤差的消除孔徑時間和孔徑誤差的消除在模擬量通道中，在模擬量通道中，A/DA/D轉換器將模擬信號轉換成數字轉換器將模擬信號轉換成數字量總需要一定的時間，完成一次量總需要一定的時間，完成一次A/DA/D轉換所需要的轉換所需要的時間稱之為孔徑時間。對于模擬信號來說，孔徑時間稱之為孔徑時間。對于模擬信號來說，孔徑時間決定了每一個采樣時刻的最大轉換誤差，即

16、時間決定了每一個采樣時刻的最大轉換誤差，即為孔徑誤差。為孔徑誤差。 孔徑誤差的百分數和信號頻率成正比，為了確?？讖秸`差的百分數和信號頻率成正比，為了確保A/DA/D轉換精轉換精度，使它不低于度，使它不低于0.1%0.1%，限制信號頻率范圍，限制信號頻率范圍3.3.采樣保持器采樣保持器(2)(2)采樣保持原理采樣保持原理 A/DA/D轉換過程（即采樣信號的量化過程）需要時間，轉換過程（即采樣信號的量化過程）需要時間，這個時間稱為這個時間稱為A/DA/D轉換時間。在采樣期間，如果輸轉換時間。在采樣期間，如果輸入信號變化較大，就會引起轉換誤差。所以在一般入信號變化較大，就會引起轉換誤差。所以在一般情

17、況下采樣信號都不直接送到情況下采樣信號都不直接送到A/DA/D轉換器，還需加轉換器，還需加保持器作信號保持。保持器作信號保持。 采樣保持器的基本組成采樣保持器的基本組成: :由輸入輸出緩沖器由輸入輸出緩沖器A1A1，A2A2和和采樣開關采樣開關K K，保持電容，保持電容CHCH等組成。等組成。3.3.采樣保持器采樣保持器（3 3）常用的采樣保持器）常用的采樣保持器 常用的集成采樣保持器有常用的集成采樣保持器有LF398LF398、AD582AD582等，等，LF398LF398的采樣控制電平為的采樣控制電平為“1 1”，保持電平為，保持電平為“0 0”，AD582AD582相反。相反。2.4.

18、52.4.5 模擬量輸入通道模板應用舉例模擬量輸入通道模板應用舉例PCL-813BPCL-813B是研華公司的是研華公司的ISAISA總線數據采集卡?？偩€數據采集卡。 主要特點：主要特點： 32路單端模擬量輸入路單端模擬量輸入 500V DC 隔離保護隔離保護 12位逐次比較式位逐次比較式A/D轉換器轉換器ADC574A/1674 程序控制程序控制A/D觸發(fā)及數據傳輸觸發(fā)及數據傳輸 雙極性輸入：雙極性輸入： 5V, 2.5V,1.25V,0.625V 單極性輸入：單極性輸入： 0-10V, 0-5V, 0-2.5V, 0-1.25V 1 1模板組成框圖模板組成框圖總線接口：總線接口：A A9

19、9-A-A0 0經總線驅動到譯碼器。經總線驅動到譯碼器。D D7 7-D-D0 0用總線收發(fā)器驅動。用總線收發(fā)器驅動。譯碼電路輸出譯碼電路輸出“啟動啟動STARTSTART”，“讀結果低字節(jié)讀結果低字節(jié)RDLRDL”，“讀結果讀結果高字節(jié)高字節(jié)RDHRDH”2 2寄存器地址寄存器地址1 1）寄存器地址分配）寄存器地址分配基地址基地址+04+04：A/DA/D轉換結果低字節(jié)（只讀）轉換結果低字節(jié)（只讀）基地址基地址+05+05：A/DA/D轉換結果高字節(jié)（只讀）轉換結果高字節(jié)（只讀）基地址基地址+09+09：增益控制（只寫）：增益控制（只寫）基地址基地址+10+10：多路轉換控制（只寫）：多路轉

20、換控制（只寫）基地址基地址+12+12：A/DA/D轉換軟件觸發(fā)轉換軟件觸發(fā)2 2）寄存器格式）寄存器格式（1 1） A/DA/D轉換結果轉換結果DRDYDRDY：數據準備，：數據準備，“0 0”準備好準備好(2) 增益控制增益控制（3 3）通道選擇）通道選擇C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=00000=00000，選通道，選通道0 0C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=11111=11111，選通道，選通道3131（4 4）軟件觸發(fā)）軟件觸發(fā)寫入任意內容均可。寫入任意內容均可。3.3.程序設計舉例程序設計舉例軟件觸發(fā)啟動軟件觸發(fā)啟動A/D

21、A/D轉換，查詢轉換，查詢DRDYDRDY，DRDY=0DRDY=0時讀結果。時讀結果。編程步驟：編程步驟： 設置增益設置增益 base+09base+09 設置通道加延時（設置通道加延時（5us5us以上）以上）base+10 base+10 軟件觸發(fā)軟件觸發(fā)加延時（加延時（20us20us以上）以上）base+12base+12 查詢查詢DRDY base+05DRDY base+05 讀結果讀結果 base+04base+05base+04base+05C程序程序：int i, adch, adcl, chno;outportb(0 x229,0 x01);/增益增益2：0-5V輸入輸入

22、for(i=0;i20;i+);/延時延時outportb(0 x22a,chno);/寫通道號寫通道號for(i=0;i50;i+);/延時延時outportb(0 x22c,0); /啟動啟動A/Ddo adch=inportb(0 x225);/讀讀DRDY所在寄存所在寄存器器 while (adch&0 x10)=0 x10); /DRDY=1，繼，繼續(xù)查詢續(xù)查詢adch=inportb(0 x225);/讀高位結果讀高位結果adcl=inportb(0 x224);/讀低位結果讀低位結果i=(adch&0 x0f)*256+adcl /計算計算A/D的數值的數值匯編程

23、序：匯編程序：MOV DX,0229H ;置增益寄存器地址置增益寄存器地址MOV AL,01H;增益增益2：0-5V輸入輸入OUT DX,ALCALL L1;調延時調延時5usMOV DX,022AH ;置通道選擇寄存器地址置通道選擇寄存器地址MOV AL,00H;寫通道號寫通道號OUT DX,ALCALL L2; 調延時調延時20usMOV DX,022CH ;置軟件觸發(fā)寄存器地址置軟件觸發(fā)寄存器地址MOV AL,00H;啟動啟動A/DOUT DX,ALMOV DX,0225H ;置狀態(tài)寄存器地址置狀態(tài)寄存器地址POLLING:INAL,DX;讀狀態(tài)數據讀狀態(tài)數據TEST AL,000100

24、00B ;測試狀態(tài)位測試狀態(tài)位JNZPOLLING;DRDY=1，繼續(xù)查詢，繼續(xù)查詢MOV DX,0225H ;置高位結果寄存器地置高位結果寄存器地址址INAL,DX;讀結果高位讀結果高位AND AL,0FH;屏蔽出高屏蔽出高4位結果位結果MOV BH,AL;存入存入BHMOV DX,0224H ;置低位結果寄存器地置低位結果寄存器地址址INAL,DX;讀結果低位讀結果低位MOV BL,AL;存入存入BL2.4.2 2.4.2 信號調理和信號調理和I/VI/V變換變換1.1.信號調理電路信號調理電路信號調理電路主要通過信號調理電路主要通過非電量的轉換、信號的變換、非電量的轉換、信號的變換、放大

25、、濾波、線性化、共模抑制及隔離放大、濾波、線性化、共模抑制及隔離等方法，將非等方法，將非電量和非標準的電信號轉換成標準的電信號。信號調電量和非標準的電信號轉換成標準的電信號。信號調理電路是傳感器和理電路是傳感器和A/DA/D之間以及之間以及D/AD/A和執(zhí)行機構之間的和執(zhí)行機構之間的橋梁，也是測控系統(tǒng)中重要的組成部分。橋梁，也是測控系統(tǒng)中重要的組成部分。2.4.2 2.4.2 信號調理和信號調理和I/VI/V變換變換1.1.信號調理電路信號調理電路（1 1）非電信號的檢測）非電信號的檢測- -不平衡電橋不平衡電橋將電阻、電感、電容等參數的變化變換為電壓或電流輸出的一種將電阻、電感、電容等參數的

26、變化變換為電壓或電流輸出的一種測量電路。測量電路。圖圖2.15 2.15 熱電阻測量電橋電路熱電阻測量電橋電路00()().ptR tRt t RR圖圖2.16 2.16 熱電阻三線制接線圖熱電阻三線制接線圖2.4.2 2.4.2 信號調理和信號調理和I/VI/V變換變換（2 2）信號放大電路）信號放大電路( (略略) ) 1)1)基于基于ILC7650ILC7650的前置放大電路的前置放大電路2.4.2 2.4.2 信號調理和信號調理和I/VI/V變換變換1.1.信號調理電路信號調理電路( (略略) )2 2）AD526AD526可編程儀用放大器可編程儀用放大器AD526AD526是可通過軟

27、件對增益是可通過軟件對增益進行編程的單端輸入的儀用放大器，器件本身所提供的增進行編程的單端輸入的儀用放大器，器件本身所提供的增益是益是x lx l、x 2x 2、x 4x 4、x 8x 8、x16x16等五擋。它是一個完整的等五擋。它是一個完整的包括放大器、電阻網絡和包括放大器、電阻網絡和TTLTTL數字邏輯電路的器件，使用數字邏輯電路的器件，使用時不需外加任何元件就可工作。時不需外加任何元件就可工作。 A/DA/D轉換器的作用是將模擬量轉換為數字量，它轉換器的作用是將模擬量轉換為數字量，它是模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統(tǒng)和計算是模擬量輸入通道的核心部件，是模擬系統(tǒng)和計算機之間的接口。機

28、之間的接口。 uLSBLSB：數字量的最低有效位，對應于滿量程輸入的：數字量的最低有效位，對應于滿量程輸入的1/21/2n n。u分辨率：分辨率：通常用數字量的位數通常用數字量的位數n n（字長）來表示，若（字長）來表示，若n n8 8，滿量程輸入為滿量程輸入為5.12V5.12V，則，則LSBLSB對應于模擬電壓對應于模擬電壓 u轉換時間：轉換時間：從發(fā)出轉換命令信號到轉換結束信號有效的時從發(fā)出轉換命令信號到轉換結束信號有效的時間間隔，即完成間間隔，即完成 n 位轉換所需要的時間。位轉換所需要的時間。 mV2/V12. 58A AD D轉換器的主要技術指標轉換器的主要技術指標2.4.5 A/

29、D2.4.5 A/D轉換器及其接口技術轉換器及其接口技術u線性誤差：線性誤差：在滿量程輸入范圍內，偏離理想轉換特性在滿量程輸入范圍內，偏離理想轉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的分數的分數表示，如表示，如1/2LSB1/2LSB、1/4LSB1/4LSB等。等。u轉換量程：轉換量程：所能轉換的模擬量輸入電壓范圍，如所能轉換的模擬量輸入電壓范圍，如0 05V5V，010V010V，5V5V十十5V5V等。等。u轉換精度：轉換精度：絕對精度指滿量程輸出情況下模擬量輸入絕對精度指滿量程輸出情況下模擬量輸入電壓的實際值與理想值之間的差值；相

30、對精度指在滿量電壓的實際值與理想值之間的差值；相對精度指在滿量程已校準的情況下，整個轉換范圍內任一數字量輸出所程已校準的情況下，整個轉換范圍內任一數字量輸出所對應的模擬量輸入電壓的實際值與理想值之間的最大差對應的模擬量輸入電壓的實際值與理想值之間的最大差值。轉換精度用值。轉換精度用LSBLSB的分數值來表示。的分數值來表示。 u逐次逼近式：轉換速度快、精度高逐次逼近式：轉換速度快、精度高u雙斜積分式：抗干擾能力強雙斜積分式：抗干擾能力強常用的常用的A/D轉換方式轉換方式將電壓轉換為將電壓轉換為時間或頻率時間或頻率每一位輸入每一位輸入電壓與內置電壓與內置D/A進行比較進行比較2.4.5 A/D2

31、.4.5 A/D轉換器及其接口技術轉換器及其接口技術1. 81. 8位位A/DA/D轉換器轉換器ADC0809ADC0809 (1) 8 (1) 8通道模擬開關及通道選擇邏輯通道模擬開關及通道選擇邏輯 (2) 8(2) 8位位A/DA/D轉換器轉換器 (3) (3) 三態(tài)輸出鎖存緩沖器三態(tài)輸出鎖存緩沖器2 21212位位A/DA/D轉換器轉換器AD574AAD574A (1)12 (1)12位位A/DA/D轉換器轉換器 (2)(2)三態(tài)輸出鎖存緩沖器三態(tài)輸出鎖存緩沖器 (3)(3)控制邏輯控制邏輯3. AD574A/16743. AD574A/1674與與PCPC總線工業(yè)控制機接口總線工業(yè)控制

32、機接口1.81.8位位A/DA/D轉換器轉換器ADC0809ADC08098 8路路ADC0809ADC0809的內部邏輯結構和引腳的內部邏輯結構和引腳 2.4.5 A/D轉換器及其接口技術圖圖2.26 ADC08092.26 ADC0809的邏輯結構框圖的邏輯結構框圖ADC0809ADC0809是是一種帶有一種帶有8 8通道模擬開關的通道模擬開關的8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D轉換器轉換器，轉換時間為，轉換時間為100us100us左右，線性誤差為左右，線性誤差為1/2LSB1/2LSB。ADC0809由：由： 8通道模擬開關、通道模擬開關、 通道選擇邏輯（通道選擇邏輯（地址鎖存

33、與譯碼地址鎖存與譯碼）、）、8位位A/D轉換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成轉換器及三態(tài)輸出鎖存緩沖器組成2.4.5 A/D轉換器及其接口技術（1）8通道模擬開關及通道選擇邏輯通道模擬開關及通道選擇邏輯該部分的功能是實現(xiàn)該部分的功能是實現(xiàn)8選選1的操作，通道選擇信號的操作，通道選擇信號C、B、A與所選通道之間的關系如下：與所選通道之間的關系如下：2.4.5 A/D轉換器及其接口技術（2）8位位A/D轉換器轉換器 8位位A/D轉換器對選送到輸入端的信號轉換器對選送到輸入端的信號Vin進行轉換，轉換的進行轉換，轉換的結果結果D存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器 2.4.5 A/D轉換器及其接口

34、技術 在在STARTSTART引腳發(fā)一個啟動轉換命令引腳發(fā)一個啟動轉換命令( (正脈沖正脈沖) )后開始轉換，經后開始轉換，經100us100us左右轉換結束左右轉換結束(CLK(CLK為為640kHz)640kHz)。轉換結束時，。轉換結束時，EOCEOC信號由低信號由低電平變?yōu)楦唠娖?，通知電平變?yōu)楦唠娖?，通知CPUCPU讀結果。讀結果。ADC0809的轉換時序圖的轉換時序圖（3）三態(tài)輸出鎖存緩沖器）三態(tài)輸出鎖存緩沖器該部分用于存放轉換結果該部分用于存放轉換結果D，輸出允許信號輸出允許信號OE為高電平時為高電平時，D由由DO7DO0上輸出；上輸出；OE為低電平輸入時，數據輸出線為低電平輸入時

35、，數據輸出線DO7DO0為高阻態(tài)。為高阻態(tài)。ADC0809的轉換時序圖的轉換時序圖2.4.5 A/D轉換器及其接口技術1、ADC0809與與PC總線工業(yè)控制機接口總線工業(yè)控制機接口8255A的的A組和組和B組都工作于方式組都工作于方式0，ADC0809與與PC機接口機接口2.4.5 A/D2.4.5 A/D轉換器及其接口技術轉換器及其接口技術A A口口 輸入輸入( (端口端口A為輸入口為輸入口) )C C口口( (上半部分為輸入上半部分為輸入PCPC4 4PCPC7 7輸入輸入 下半部分為輸出口下半部分為輸出口PCPC0 0PCPC3 3輸出輸出) )PCPC3 3-START,ALE -ST

36、ART,ALE EOC-OE,PCEOC-OE,PC7 7PCPC2 2-C-CPCPC1 1-B-BPCPC0 0-A-A1、ADC0809與與PC總線工業(yè)控制機接口總線工業(yè)控制機接口ADC0809的的ALE與與START引腳相連接，引腳相連接，將將PC0PC2輸出的輸出的3位地址鎖存入位地址鎖存入ADC0809的地址鎖存器并啟動的地址鎖存器并啟動A/D轉換。轉換。ADC0809的的EOC輸出信號端同輸出信號端同OE輸入輸入控制端相連接，當轉換結束時，開放數控制端相連接，當轉換結束時，開放數據緩沖器據緩沖器EOC信號還連接到信號還連接到PC7，CPU通過查詢通過查詢PC7的狀態(tài)而控制數據的輸

37、入過程的狀態(tài)而控制數據的輸入過程ADC0809與與PC機接口機接口2.4.5 A/D2.4.5 A/D轉換器及其接口技術轉換器及其接口技術程序設計程序設計 8 8路模擬量采集的程序設計。假定在主程序中已完成對路模擬量采集的程序設計。假定在主程序中已完成對8255A8255A的初始化編程，并已裝填了的初始化編程，并已裝填了ESES和和DSDS，使它們有相同的段，使它們有相同的段基值。基值。8255A8255A的端口地址：的端口地址：2C0H-A2C0H-A口，口，2C1H-B2C1H-B口口 2C2H-C2C2H-C口口, 2C3H-, 2C3H-控制口控制口采集子程序：采集子程序：ADC080

38、9 PROC NEARADC0809 PROC NEAR MOV CX MOV CX，8 8；8 8路計數器初值路計數器初值 CLDCLD；清方向位；清方向位 MOV BLMOV BL，00H 00H ；模擬通道初值地址存；模擬通道初值地址存BLBL LEA DI LEA DI，DATABUFDATABUFNEXTANEXTA： MOV DXMOV DX，02C2H02C2H ；C C口地址口地址 MOV ALMOV AL，BLBL OUT DX OUT DX，ALAL；送通道地址；送通道地址 INC DXINC DX；控制口地址；控制口地址 MOV MOVALAL，00000111B 000

39、00111B ；輸出啟動信號上沿；輸出啟動信號上沿 OUTOUTDXDX，ALAL NOP NOP NOP NOP NOP NOP MOV MOVALAL，00000110B 00000110B ；輸出啟動信號下沿；輸出啟動信號下沿 OUTOUTDXDX，ALAL DEC DECDXDX；回；回C C口地址口地址NOSCNOSC： ININALAL，DXDX；讀狀態(tài)；讀狀態(tài) TESTTEST ALAL，80H80H；測試；測試PC7PC7 JNZ JNZNOSCNOSC；EOCEOC1 1，則等待，則等待NOEOCNOEOC：ININ AL AL，DXDXEOCPC3resetPC3setTE

40、STTESTALAL，80H80H；測試；測試PC7PC7JZJZNOEOCNOEOC；EOCEOC0 0，等待，等待MOVMOVDXDX，02C0H02C0H；A A口地址口地址ININALAL，DX DX ；讀轉換結果；讀轉換結果STOSSTOSDATABUFDATABUF；存結果；存結果INCINCBLBL；修改模擬通道地址；修改模擬通道地址LOOPLOOPNEXTANEXTA；CX-10,CX-10,返回返回RETRETADC0809ADC0809ENDPENDPEOC2. 12位位A/D轉換器轉換器AD574A AD574A是一種高性能的是一種高性能的12位逐次逼近式位逐次逼近式A/

41、D轉換器轉換器 圖圖2.12 AD574A的原理結構的原理結構2.4.5 A/D轉換器及其接口技術AD574AAD574A引腳排列圖引腳排列圖 AD574A AD574A是高性能的是高性能的1212位逐次逼近式位逐次逼近式A AD D轉換器，轉轉換器，轉換時間約為換時間約為25us25us，線性誤差為，線性誤差為 1/2LSB1/2LSB。 AD574AAD574A內部集成有時鐘源，基準電壓源和三態(tài)輸出內部集成有時鐘源，基準電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，因此使用方便，可直接和微機接口，不需鎖存器，因此使用方便，可直接和微機接口，不需要外接時鐘電路。要外接時鐘電路。 AD574AAD574A的輸入模擬

42、電壓既可是單極性也可是雙極性。的輸入模擬電壓既可是單極性也可是雙極性。 AD574AAD574A的數字量的位數可以設定為的數字量的位數可以設定為8 8位，也可設定為位，也可設定為1212位。位。結構特點結構特點12位位A/D轉換器的模擬輸入可以是單極性的也可以是雙極轉換器的模擬輸入可以是單極性的也可以是雙極性的。性的。模擬輸入信號的編程如下模擬輸入信號的編程如下（1）12位位A/D轉換器轉換器2.4.5 A/D轉換器及其接口技術單極性時單極性時: BIPOFF: BIPOFF接接0V0V，雙極性時，雙極性時: BIPOFF: BIPOFF接接10V10V。量程量程: 10V(-5V: 10V(

43、-5V5V)5V)， 輸入信號接至輸入信號接至10V10VININ；20V(-10V20V(-10V+10V), +10V), 輸入信號接至輸入信號接至20V20VININ。量化單位量化單位: 10V: 10V時時, 10V, 10V2 212122.44mV2.44mV 20V 20V時時, 20V, 20V2 212124.88mV4.88mV。圖圖2.28是是AD574A的單、雙極性應用時的線路連接方法，的單、雙極性應用時的線路連接方法，以及零點和滿度調整方法。以及零點和滿度調整方法。 （a）單極性）單極性 （b）雙極性）雙極性圖圖2.28 AD574A的輸入信號連接方法的輸入信號連接方

44、法2.4.5 A/D轉換器及其接口技術REF INREF OUT10V（2）三態(tài)輸出鎖存緩沖器）三態(tài)輸出鎖存緩沖器該緩沖器用于存放該緩沖器用于存放12位轉換結果位轉換結果D。D的輸出方式有兩種，引腳的輸出方式有兩種，引腳12/8=1時，時，D的的D11D0并行輸出，并行輸出，12/8=0時時D的高的高8位位D11D4與低與低4位位D3D0分時輸出分時輸出 （3）控制邏輯）控制邏輯 控制邏輯的任務包含：啟動轉換、控制轉換過程和控制邏輯的任務包含：啟動轉換、控制轉換過程和 控制轉換結果控制轉換結果D的輸出。控制信號的作用如下表的輸出。控制信號的作用如下表2.4.5 A/D轉換器及其接口技術+5V接

45、地片選D3D2D1D0D11D10-D5D4啟動與讀操作時序如圖：啟動與讀操作時序如圖：STS為為AD574A的狀態(tài)輸出信號。的狀態(tài)輸出信號。啟動后，啟動后，STS為高電平表示正在轉換；為高電平表示正在轉換；25us后轉換結束，后轉換結束，STS為低電平。為低電平。CPU可用查詢方式或中斷方式可用查詢方式或中斷方式了解轉換過程是否結束。了解轉換過程是否結束。AD574A的工作時序的工作時序2.4.5 A/D轉換器及其接口技術STS=1,STS=1,正在轉換正在轉換啟動啟動: : CS=0, CE=1, R/C=0CS=0, CE=1, R/C=0然后然后 CS=1, CE=0CS=1, CE=

46、0 讀結果：讀結果：CS=0, CE=1, R/C=1CS=0, CE=1, R/C=1然后然后 CS=1, CE=0CS=1, CE=0 8 80 A A0 0接地工作于接地工作于1212位轉換方式，位轉換方式，12/812/8控制引腳和控制引腳和+5V+5V相連相連接，為接，為1212位讀出方式。單極性模擬輸入。位讀出方式。單極性模擬輸入。3. AD574A3. AD574A與與PCPC總線工業(yè)控制機接口總線工業(yè)控制機接口 8255A8255A的的A A口和口和B B口都工作于方式口都工作于方式0 0（輸入）（輸入） 7 7（1 1）經）經82558255與與PCPC機連接機連接軟件設計軟

47、件設計 下面給出上述接口啟動和讀取下面給出上述接口啟動和讀取AD574AAD574A數據的程序段，仍數據的程序段，仍假定已完成對假定已完成對8255A8255A的初始化編程，的初始化編程，8255A8255A地址為地址為2C0H2C0H2C3H2C3H。轉換結果存放與轉換結果存放與BXBX中中,12,12位數右對齊。位數右對齊。 MOV DXMOV DX，02C2H02C2H ;C;C口地址口地址MOV ALMOV AL，00H00H; ;使使CE, CE, 為低電平為低電平OUT DXOUT DX，ALALNOPNOPNOPNOPMOV ALMOV AL，04H04H; ;使使CE=1,CE

48、=1,啟動轉換啟動轉換OUT DXOUT DX，ALALNOPNOPNOPNOPMOV ALMOV AL，03H03H；使；使CECE0 0，OUT DXOUT DX，ALALCRSC/,1/, 1CRSCPOLLINGPOLLING：IN ALIN AL，DXDX；查詢；查詢STSSTS狀態(tài)狀態(tài)TEST ALTEST AL，80H80HJNZ POLLINGJNZ POLLING；STSSTS1 1，則等待，則等待MOV ALMOV AL，01H01H；使；使 ,CE=0,CE=0OUTOUTDXDX，ALALNOPNOPMOVMOVALAL，05H05H；使；使CECE1 1，允許讀出，允

49、許讀出OUTOUTDXDX，ALALMOVMOVDXDX，02C0H02C0H；指向；指向A A口地址口地址ININALAL，DXDX；讀；讀A A口口ANDANDALAL，0FH0FH; ; 屏蔽出屏蔽出DBDBllllDBDB8 8( (結果高結果高4 4位位) )MOVMOVBHBH，ALALINCINCDXDX; B; B口地址口地址ININALAL，DXDX；讀；讀DBDB7 7DBDB0 0( (結果低結果低8 8位位) )MOVMOVBLBL，ALALINCINCDXDX; C; C口地址口地址MOVMOVALAL，03H03H；使；使CE=0CE=0，OUTOUTDXDX，AL

50、AL；結束讀出操作；結束讀出操作1/, 0CRSC1/, 1CRSC（2 2）直接與）直接與PCPC連接連接12/8接地：接地：8位，位，4位分時輸出。位分時輸出。Y0接接CS：地址選通（基：地址選通（基地址）。地址）。SA1接接R/C：讀寫選擇，：讀寫選擇，SA0接接A0 ：12位啟動與讀取高低位結位啟動與讀取高低位結果果IOR和和/IOW 控制控制CE。STS 經反相接經反相接中斷請求。中斷請求。 60 端口地址：端口地址：啟動啟動 BASE+0，(R/C=0，A0=0)讀高讀高8 8位位BASE+2，(R/C=1，A0=0)讀低讀低4 4位位BASE+3，(R/C=1，A0=1)（1）啟

51、動子程序）啟動子程序 ADSTART: MOV DX，BASE+0；12位轉換位轉換 OUT DX，AL；啟動轉換；啟動轉換 NOP RET（2）讀數子程序）讀數子程序 ADREAD: MOV DX，BASE+2 ；讀高；讀高8位地址位地址 IN AL，DX ；讀到；讀到AL中中 MOV AH，AL ；轉存；轉存AH MOV DX，BASE+3；讀低；讀低4位地址位地址 IN AL，DX ；讀到；讀到AL中中 RET結果在哪里結果在哪里?2.4.6 2.4.6 模擬量輸入通道模板舉例模擬量輸入通道模板舉例圖2.30 PCL-813B數據采集卡組成框圖 2.4.52.4.5 模擬量輸入通道模板應

52、用舉例模擬量輸入通道模板應用舉例PCL-813BPCL-813B是研華公司的是研華公司的ISAISA總線數據采集卡。總線數據采集卡。 主要特點：主要特點： 32路單端模擬量輸入路單端模擬量輸入 500V DC 隔離保護隔離保護 12位逐次比較式位逐次比較式A/D轉換器轉換器ADC574A/1674 程序控制程序控制A/D觸發(fā)及數據傳輸觸發(fā)及數據傳輸 雙極性輸入：雙極性輸入： 5V, 2.5V,1.25V,0.625V 單極性輸入：單極性輸入： 0-10V, 0-5V, 0-2.5V, 0-1.25V 2.4.6 2.4.6 模擬量輸入通道模板舉例模擬量輸入通道模板舉例PCL-813B PCL-

53、813B 的寄存器地址的寄存器地址(p46)(p46)程序設計舉例程序設計舉例 PCL-813B A/D PCL-813B A/D 轉換基于查詢方式，由軟件觸發(fā)。轉換基于查詢方式，由軟件觸發(fā)。A/D A/D 轉轉換器被觸發(fā)后，利用程序檢查換器被觸發(fā)后，利用程序檢查A/DA/D狀態(tài)寄存器的數據準備位狀態(tài)寄存器的數據準備位（DRDY DRDY ）。如果檢測到該位為）。如果檢測到該位為“1 1”，則，則A/D A/D 轉換正在進行。轉換正在進行。當當A/D A/D 轉換完成后；該位變?yōu)榈碗娖剑藭r轉換數據可由程轉換完成后；該位變?yōu)榈碗娖?，此時轉換數據可由程序讀出。序讀出。 1 1模板組成框圖模板組成

54、框圖總線接口：總線接口：A A9 9-A-A0 0經總線驅動到譯碼器。經總線驅動到譯碼器。D D7 7-D-D0 0用總線收發(fā)器驅動。用總線收發(fā)器驅動。譯碼電路輸出譯碼電路輸出“啟動啟動STARTSTART”，“讀結果低字節(jié)讀結果低字節(jié)RDLRDL”，“讀結果讀結果高字節(jié)高字節(jié)RDHRDH”2 2寄存器地址寄存器地址1 1）寄存器地址分配）寄存器地址分配基地址基地址+04+04：A/DA/D轉換結果低字節(jié)（只讀）轉換結果低字節(jié)（只讀）基地址基地址+05+05：A/DA/D轉換結果高字節(jié)（只讀）轉換結果高字節(jié)（只讀）基地址基地址+09+09：增益控制（只寫）：增益控制（只寫）基地址基地址+10+

55、10：多路轉換控制（只寫）：多路轉換控制（只寫）基地址基地址+12+12：A/DA/D轉換軟件觸發(fā)轉換軟件觸發(fā)2 2）寄存器格式）寄存器格式（1 1） A/DA/D轉換結果轉換結果DRDYDRDY：數據準備，：數據準備，“0 0”準備好準備好(2) 增益控制增益控制（3 3）通道選擇）通道選擇C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=00000=00000，選通道，選通道0 0C C4 4C C3 3C C2 2C C1 1C C0 0=11111=11111，選通道，選通道3131（4 4）軟件觸發(fā)）軟件觸發(fā)寫入任意內容均可。寫入任意內容均可。3.3.程序設計舉例程序設計

56、舉例軟件觸發(fā)啟動軟件觸發(fā)啟動A/DA/D轉換，查詢轉換，查詢DRDYDRDY，DRDY=0DRDY=0時讀結果。時讀結果。編程步驟：編程步驟： 設置增益設置增益 base+09base+09 設置通道加延時（設置通道加延時（5us5us以上）以上）base+10 base+10 軟件觸發(fā)軟件觸發(fā)加延時（加延時（20us20us以上）以上）base+12base+12 查詢查詢DRDY base+05DRDY base+05 讀結果讀結果 base+04base+05base+04base+05C程序程序：int i, adch, adcl, chno;outportb(0 x229,0 x01

57、);/增益增益2：0-5V輸入輸入for(i=0;i20;i+);/延時延時outportb(0 x22a,chno);/寫通道號寫通道號for(i=0;i50;i+);/延時延時outportb(0 x22c,0); /啟動啟動A/Ddo adch=inportb(0 x225);/讀讀DRDY所在寄存器所在寄存器 while (adch&0 x10)=0 x10); /DRDY=1，繼續(xù)查詢，繼續(xù)查詢adch=inportb(0 x225);/讀高位結果讀高位結果adcl=inportb(0 x224);/讀低位結果讀低位結果i=(adch&0 x0f)*256+adcl

58、/計算計算A/D的數值的數值匯編程序：匯編程序：MOV DX,0229H ;置增益寄存器地址置增益寄存器地址MOV AL,01H;增益增益2：0-5V輸入輸入OUT DX,ALCALL L1;調延時調延時5usMOV DX,022AH ;置通道選擇寄存器地址置通道選擇寄存器地址MOV AL,00H;寫通道號寫通道號OUT DX,ALCALL L2; 調延時調延時20usMOV DX,022CH ;置軟件觸發(fā)寄存器地址置軟件觸發(fā)寄存器地址MOV AL,00H;啟動啟動A/DOUT DX,ALMOV DX,0225H ;置狀態(tài)寄存器地址置狀態(tài)寄存器地址POLLING:INAL,DX;讀狀態(tài)數據讀狀

59、態(tài)數據TEST AL,00010000B ;測試狀態(tài)位測試狀態(tài)位JNZPOLLING;DRDY=1，繼續(xù)查詢，繼續(xù)查詢MOV DX,0225H ;置高位結果寄存器地置高位結果寄存器地址址INAL,DX;讀結果高位讀結果高位AND AL,0FH;屏蔽出高屏蔽出高4位結果位結果MOV BH,AL;存入存入BHMOV DX,0224H ;置低位結果寄存器地置低位結果寄存器地址址INAL,DX;讀結果低位讀結果低位MOV BL,AL;存入存入BL2.5 2.5 模擬量輸出接口與過程通道模擬量輸出接口與過程通道2.5.1 2.5.1 模擬量輸出通道的結構型式模擬量輸出通道的結構型式 1.1.一個通道設置

60、一個數一個通道設置一個數/ /模轉換器的形式模轉換器的形式 2.2.多個通道共用一個數多個通道共用一個數/ /模轉換器的形式模轉換器的形式D/AD/A轉換器及其接口技術轉換器及其接口技術D/AD/A轉換器轉換器定義定義 D/AD/A轉換器是指將數字量轉換成模擬量的器件或裝置。轉換器是指將數字量轉換成模擬量的器件或裝置。 D/AD/A轉換器的種類轉換器的種類按數字量輸入方式：按數字量輸入方式：并行輸入和串行輸入并行輸入和串行輸入按模擬量輸出方式：按模擬量輸出方式：電流輸出和電壓輸出電流輸出和電壓輸出按按D/AD/A轉換的分辯率：轉換的分辯率：低分辯率、中分辯率和高分辯率低分辯率、中分辯率和高分辯率D/AD/A轉換器性能指標轉