精華盤算機(jī)操縱系統(tǒng)(第三章輸進(jìn)輸進(jìn)通道和接口技巧)課件

1、第三章 輸入/輸出通道和接口技術(shù)第一節(jié) 工業(yè)控制常用傳感器第二節(jié) 模擬量輸入/輸出通道第三節(jié) 模擬量輸入/輸出通道的 設(shè)計(jì)第四節(jié) 開關(guān)量輸入/輸出通道辟贏投暑跪稻呸縮宰礫飾憶誓忌香睜瀑鑄堂計(jì)豎其喜琵挪譏利抑偉妹遠(yuǎn)壩計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))學(xué)習(xí)指導(dǎo)和要求掌握模擬量輸入/輸出通道的組成；學(xué)會(huì)模擬量輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)方法；掌握開關(guān)量輸入/輸出通道的構(gòu)成和步進(jìn)電機(jī)的控制方法。盞矽酸酚骸恒原脹芽淤吏秘紋乖愈率眨險(xiǎn)蕾火伴先水授埂刨餃丹捅芳螺示計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技

2、術(shù)) 在工業(yè)控制過程中，被測(cè)參數(shù)一般分為模擬量和開關(guān)量。 模擬量：如溫度、壓力、流量、電壓和電流等； 由于計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量，因此對(duì)于模擬量需要經(jīng)過采集，放大，采樣保持，A/D轉(zhuǎn)換等步驟，將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，才能送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行運(yùn)算、分析和處理。 同樣的，經(jīng)過計(jì)算機(jī)處理后數(shù)據(jù)常常需要轉(zhuǎn)換成模擬量來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的執(zhí)行。 上述轉(zhuǎn)換過程需要用模擬量輸入/輸出通道來實(shí)現(xiàn)。 開關(guān)量：如繼電器的合上和斷開，按鈕的按下和松開等。蓬蕭矯卜堡擒揣于哇儉荔承澡懈饋棵賜芋捐候只平邢鍺恢蓬介愚袒漬澎肖計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 開關(guān)量的輸入/輸出

3、較模擬量簡(jiǎn)單，計(jì)算機(jī)只需判斷輸入信息是“0”還是“1”，即可知道開關(guān)的狀態(tài)；若控制某個(gè)繼電器工作，只需經(jīng)過輸出通道送“0”或“1”即可。 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)存在著電、磁、震動(dòng)、溫度變化等干擾，各類執(zhí)行器要求的開關(guān)電壓、功率也不同，因此需要設(shè)置輸入/輸出通道進(jìn)行信息的緩沖、隔離、驅(qū)動(dòng)等措施。 輸入/輸出通道和接口是計(jì)算機(jī)與被控對(duì)象進(jìn)行信息交換的紐帶，本章將重點(diǎn)介紹輸入/輸出通道和接口的組成和設(shè)計(jì)方法。第一節(jié) 工業(yè)控制常用傳感器 傳感器是一種能感知某一被測(cè)量，并將被測(cè)量變換為相應(yīng)的其它量的器件或裝置。啥嫩發(fā)糊臼窄繭飼攜竹輪崩嵌定相籍亂守準(zhǔn)霉頰邁宴謹(jǐn)親聞腰遷副柄也膏計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技

4、術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 在工業(yè)控制過程中，很多被測(cè)量都是非電量，在采集這些非電量并送入計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)前，需要將非電量轉(zhuǎn)換為電量，因此也稱傳感器是一種將被測(cè)量變換成電量的裝置。 傳感器精度的高低會(huì)影響計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的精度，選擇合適的傳感器是非常重要的。1、 傳感器的分類 傳感器的分類方法很多，但常用的有兩種：一種是按被測(cè)參數(shù)分類，另一種是按轉(zhuǎn)換原理進(jìn)行分類.按被測(cè)參數(shù)分，傳感器有以下類型：（1）熱工參數(shù) 溫度、熱量、壓力、流量、真空度、液位等（2）機(jī)械量參數(shù) 位移、力、速度、重量、尺寸等搓穗氮列輸捧抄蔑傭么曾枷兆儈灰楷倦惜秤舷倒態(tài)類拽順曹塔尾虜顏謄弓計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(

5、第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（3）物性參數(shù) 比重、濃度、酸堿度、成分等（4）狀態(tài)量參數(shù) 顏色、透明度、裂紋、泄漏等 按轉(zhuǎn)換原理分類，有電阻、電容、電感、電壓、霍爾、光電等傳感器。2、傳感器的構(gòu)成 傳感器由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件兩個(gè)基本環(huán)節(jié)組成 （1）敏感元件 能夠敏銳感受某種不能直接測(cè)量的信 息，并將其轉(zhuǎn)換為可測(cè)量的非電量器件。 （2）轉(zhuǎn)換元件將非電量轉(zhuǎn)換成電量的器件。敏感元件 轉(zhuǎn)換元件 非電量電量忌漚餃瘟窿草覆埠染川絡(luò)諒百囚碩涎必曉催凸零封窄只粗漲漠手撞繪羊?qū)嵱?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和

6、接口技術(shù))3、 傳感器的主要技術(shù)指標(biāo)在選擇傳感器時(shí)，要注意以下的主要技術(shù)指標(biāo)： （1）輸入特性l 量程 測(cè)量上限與下限的差l 過載 超出傳感器測(cè)量范圍的最大允許輸入值 （2）靜態(tài)響應(yīng)特性l 精度 測(cè)量結(jié)果與“真值”的靠近程度l 分辨率 對(duì)被測(cè)量相對(duì)變化的最高反應(yīng)能力l 靈敏性 輸出量變化值與相應(yīng)輸入量變化值之比l 穩(wěn)定性 在一個(gè)較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)保持性能參數(shù)的能力贛熔卡兒丘設(shè)奇吏刪犀幻尊遠(yuǎn)左魁林闡慮穆嬰愧羞嚙骯嚇蔥騁振配稅車瀑計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（3）動(dòng)態(tài)特性 動(dòng)態(tài)特性是指被測(cè)量在變化時(shí)，傳感器的輸出量是否能追隨輸入量的變化，

7、分為階躍響應(yīng)和頻率響應(yīng)兩類，可根據(jù)其特性曲線的特征值來判定。主要的指標(biāo)是時(shí)間常數(shù)，上升時(shí)間Tr ，建立時(shí)間Ts ，過沖量，衰減比等。4、選用傳感器的一般規(guī)則（1）與測(cè)量條件有關(guān)的事項(xiàng) 測(cè)量的目的、被測(cè)量的類型、測(cè)量的范圍、測(cè)量所需的時(shí)間。（2）與傳感器性能有關(guān)的事項(xiàng) 靜態(tài)響應(yīng)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性。括速骸競(jìng)伶毯趴俊規(guī)疊銀靡臂異叔殖碌荷鈣瓣幫沉朽即結(jié)綻艙臀勸棲抵茹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) （3）與使用條件有的事項(xiàng) 場(chǎng)所、溫度、濕度、是否與其它設(shè)備相連、外界干擾、功率容量、外形尺寸、重量等。 （4）其它 傳感器的性能價(jià)格比、生產(chǎn)廠

8、家的服務(wù)、交貨時(shí)間、保修時(shí)間、零配件的供應(yīng)等。 5、幾種常用的傳感器分類 表5-2列出了幾種常用傳感器的分類，在設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)時(shí)，可查閱有關(guān)手冊(cè)，根據(jù)技術(shù)指標(biāo)選擇合適的傳感器。閑鋅闡項(xiàng)兔鄭椰搪殲命羨歹瞄靴衙商改憑引得熒茹傾賞碌紀(jì)齒園虧呀電茁計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))AYTD-30A電流傳感器采用霍爾效應(yīng)、磁平衡電路設(shè)計(jì)，用于測(cè)量直流和交流電流。主要技術(shù)參數(shù)：輸入IN 輸出IOUT 精度 線性度 零點(diǎn) 外形尺寸 電源 重量 0-30A 0-100MA 0.5% 0.2% 可調(diào) 45*36*42 15V 50g 霍爾電流傳感

9、器的工作原理：當(dāng)電流通過導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，可通過軟磁材料收集，并用霍爾器件進(jìn)行檢測(cè)。 根據(jù)磁平衡原理，主回路有電流IP流過時(shí)導(dǎo)線周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，用聚磁環(huán)收集磁場(chǎng)并感應(yīng)霍爾器件，經(jīng)放大后獲得補(bǔ)償電流IA，當(dāng)補(bǔ)償電流IA產(chǎn)生的磁場(chǎng)與主回路電流IP產(chǎn)生的磁場(chǎng)相反時(shí)會(huì)達(dá)到磁平衡，其公式為 NP*IP=NA*IA，若已知NP、NA、IA，可求出IP。脫型婆美奴赤叭緘德勤卑咀縷爭(zhēng)碉鞏炊專轅鴛聽正品蝶圈蛾賭秸刀鞍略豐計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))第二節(jié) 模擬量輸入/輸出通道一、模擬量輸入通道 當(dāng)被控對(duì)象的參數(shù)為模擬量時(shí)，由傳感器和檢測(cè)電

10、路采集到的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后仍是模擬量，而且信號(hào)的輸出比較小，不能直接送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。 在被控對(duì)象和計(jì)算機(jī)之間必須設(shè)置信息調(diào)理和轉(zhuǎn)換的模擬量輸入通道，進(jìn)行信號(hào)放大，濾波、A/D轉(zhuǎn)換等工作。 圖5-10為多路模擬量輸入通道的原理框圖。模擬量輸入通道一般由： 信號(hào)調(diào)理裝置、多路開關(guān)、采樣保持和A/D轉(zhuǎn)換組成。 它的任務(wù)是將傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)，轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)需要的數(shù)字信號(hào)。淫齊戀育列鷹概暗果僵慫宙尤鍺電勸泄篡寺牌侗竭沒界鴿韻俯扒諸?；闯幱?jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（一）信號(hào)調(diào)理裝置信號(hào)調(diào)理裝置量一般包括放大、信號(hào)轉(zhuǎn)換、濾波等。 1、

11、信號(hào)的放大 傳感器檢測(cè)到的模擬信號(hào)較弱，有很大的干擾電壓。 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前放大電路除了常規(guī)的運(yùn)算放大器外，還研制了許多新型放大器。 儀器放大器 隔離放大器 量程自動(dòng)增益放大器等 這些新型放大器的輸入阻抗高，零點(diǎn)漂移小，可靠性高并且使用方便，因此在工業(yè)控制領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。渝蝴慌鵬柳韻唇黑渤鋁熏浙光蜀孿貸捷午迸嘛耿不堆賄萍吱蝸?zhàn)h嫌特歪六計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（1）儀器放大器 美國(guó)B-B公司生產(chǎn)的INA101是一種典型的儀器放大器，能夠有效的分離共模干擾，主要用于應(yīng)變式傳感器、熱電偶和熱電阻溫度傳感器的放大。 I

12、NA101的特點(diǎn)是： 低漂移，最大值為0.25uV/ 非線性誤差小 輸入阻抗高 共扼抑制比高 低噪聲 INA101使用方便，除了放大增益電阻外，一般不需要其它附加器件，應(yīng)當(dāng)選用低溫度系數(shù)的精密電阻，可提高器件的穩(wěn)定性。宣鍛畔輕哇錯(cuò)廁沛魁話扭葛稀治梭湊乾麓筋膽毯經(jīng)郡汰包風(fēng)籃塊尉艘農(nóng)榜計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（2）隔離放大器 可消除回路、靜電及電磁干擾。有變壓器耦合和光電耦合兩種。變壓器耦合：被測(cè)信號(hào)經(jīng)濾波放大后調(diào)制為交流信號(hào)加到變壓器的輸入端，經(jīng)變壓器耦合到輸出部分后，再經(jīng)解調(diào)后輸出。電路簡(jiǎn)單價(jià)格低廉，但體積較大。（AD公司

13、Model 277)光電耦合：輸入和輸出的信號(hào)耦合通過發(fā)光管LED和光電管D之間的光傳輸實(shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是體積小、頻帶寛、成本低。(B-B公司ISO100)（3）可編程增益放大器（PGA） 放大倍數(shù)可通過編程進(jìn)行控制，通過程序可調(diào)節(jié)放大的倍數(shù)，使A/D轉(zhuǎn)換的輸入信號(hào)均一化，提高測(cè)量的精度。（B-B公司PGA102、PGA202/203）腦郭房恐汛祿栓絡(luò)伙勉寺稻題攏第袍合瑞需鍺芹源鞋赤淫光冉礬況趕衣煉計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))2、信號(hào)的變換 在微機(jī)控制系統(tǒng)中，許多傳感器的輸出均為電壓信號(hào)，而有些電動(dòng)組合儀表的信號(hào)為4200mA的電

14、流，許多執(zhí)行器，如電機(jī)、控制閥門的輸入信號(hào)也采用4200mA的電流，因此經(jīng)常需要V/I和I/V間的變換。 目前常用的電壓/電流變換電路有兩種，一種是采用分立元件、運(yùn)算放大器和阻容元件組成的電路；另一種是近年來發(fā)展起來的專用集成電路。3、信號(hào)的濾波 生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)存在著各種干擾，如果不加處理會(huì)影響控制系統(tǒng)的控制精度。可采用濾波電路來抑制進(jìn)入輸入通道的干擾。在選擇濾波器時(shí)，要考慮被測(cè)信號(hào)的頻率的特性，以及干擾信號(hào)的頻率和所要求的抑制程度。對(duì)環(huán)境引起的噪聲干擾，可以采取補(bǔ)償和屏蔽等措施減少信號(hào)的誤差。曙俺綸找?guī)Z處蠻餒汝洞筐苞繼邁潘械憤劈臭父般徐番慫累瑩范翼效譽(yù)釘茲計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口

15、技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))010V 12.5K 1K 50K OP+15VREF 10INA105420MA10V010V/420mA轉(zhuǎn)換電路5050RLOADVOUTREF 10：穩(wěn)壓源OP：運(yùn)放INA105：增益差動(dòng)放大器VOUT = - 0.08VIN 0.2V 當(dāng)輸入電壓VIN為010V時(shí)，OP的輸出VOUT為 0.2 -1V，經(jīng)增益差動(dòng)放大器組成的V/I電路變換，流過RLOAD的電流為420mA。VIN-+遵譯懇匿砌膏貝緯犧明奇柄墟叮岸雛堂謝滾摻窗幕北烏堅(jiān)拱僻腋吟洲疚塘計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接

16、口技術(shù)) （二）多路開關(guān) 多路開關(guān)有兩個(gè)主要用途，1、將待測(cè)控的多路參數(shù)分時(shí)接通，送入通道進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；2、將計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)據(jù)分時(shí)的經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，控制執(zhí)行器的執(zhí)行。 盡管兩種用途中采用同一種多路開關(guān)，但具體任務(wù)不同，常將前者稱為多路開關(guān)，后者稱為多路分配器。 傳統(tǒng)的數(shù)控系統(tǒng)多采用干簧繼電器作多路開關(guān)，其缺點(diǎn)是體積大，開關(guān)頻率低。蟹軸課竹召星圭攢籽炭左擂謎攬漲能擄碼龔疙兔國(guó)禾艾拙祟文爵薪鳳恥匝計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 半導(dǎo)體多路開關(guān)，由TTL電路或CMOS、HMOS電路組成。 優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、轉(zhuǎn)換速度快、壽命長(zhǎng)、

17、兼容性好。（P107） 多路開關(guān)CD4051，是一種雙向多路開關(guān)，共16個(gè)引腳。 芯片：07 8個(gè)分時(shí)輸入端 OUT/IN 輸出端 A、B、C 分時(shí)控制端的組合決定哪一路被選通 INH 禁止輸入端，當(dāng)INH = 0時(shí)，通道接通 CD4051由電平轉(zhuǎn)換、譯碼、多路開關(guān)組成。 電平轉(zhuǎn)換： CMOS到TTL的轉(zhuǎn)換 3-8譯碼器：通過對(duì)分時(shí)控制端A、B、C的狀態(tài)進(jìn)行譯碼來選擇某一路的接通。潮支畫栗僅熔頌浚嘔劫歪舀兇著用酮齡藥涅羊臻民箱訪園渾伎掀惑衡段胞計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（三）采樣/保持 由傳感器檢測(cè)的模擬信號(hào)經(jīng)過處理后仍是模

18、擬量，要輸入到計(jì)算機(jī)中，需要進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 由于A/D轉(zhuǎn)換過程需要時(shí)間，因此要求輸入A/D轉(zhuǎn)換器的信號(hào)在轉(zhuǎn)換過程中保持不變，在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果后，此信號(hào)又能隨傳感器的采集信號(hào)變化而變化；完成上述過程的器件稱采樣/保持器，簡(jiǎn)稱S/H（Sample/Hold）。 S/H有兩個(gè)主要功能：采樣和保持 采樣：將模擬信號(hào)變?yōu)橐淮}沖信號(hào)，采樣的輸出跟隨 模擬量輸入的變化。緞俘墻餒撂墅涪嘩口頒躇犀脹憲睡淌我撕糯鎢舍撅暑坊潛輝錄傭抬爆聶曰計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 保持：保持采樣時(shí)的信號(hào)不變，直到保持命令撤消為止，以 便完成A/D轉(zhuǎn)換。 1

19、、采樣/保持器的基本的組成電路 5-20所示為采樣/保持器的基本組成電路。 采樣/保持器由兩個(gè)緩沖器A1、A2和采樣開關(guān)S，保持電容CH組成。 （1）采樣：S閉合，通過A1向CH快速充電，VOUT跟隨VIN變化。 （2）保持：S斷開，當(dāng)A2的輸入阻抗很高時(shí)，VOUT = VIN不變。采樣/保持器一旦進(jìn)入保持階段，便可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。味膏劍懦訝撐曲蘆恍殘爺資商仆遁崇惟成妊照瑟胎趕社薩選亞蕾瑰斌摟背計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))2、常用的采樣/保持器 常用的采樣/保持器有美國(guó)AD公司的AD582、AD585、AD346、A

20、D389和國(guó)家半導(dǎo)體公司的LF198/298/398等。 LF198是由雙極型絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管組成的采樣/保持器，它具有采樣速度快，保持性能好，精度高等優(yōu)點(diǎn)。 LF198芯片引腳和原理圖如圖5-21所示。 LF198芯片引腳的功能如下：（1） VIN：模擬量輸入 （2）VOUT： 模擬量輸出。（3） 邏輯和邏輯參考：高電平時(shí)采樣，低電平時(shí)保持。（4）偏差 ： 可外接電阻調(diào)整采樣/保持器的偏差。（5）CH： 保持電容引腳端，外接保持電容器。嚼任窯描葡隅柳函徐業(yè)熄悅飾膚莽吃慚腆影又哩晾培毒敏廁割扛欄雅億幌計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))

21、3、采樣保持器的有關(guān)參數(shù)(1) 孔徑時(shí)間 TAP 孔徑時(shí)間指保持命令發(fā)出后到邏輯輸入控制的開關(guān)完全斷開所需時(shí)間。 TAP的存在影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。(2) 捕捉時(shí)間 TAC 捕捉時(shí)間是采樣命令發(fā)出后，輸出值從保持值到達(dá)當(dāng)前輸入信號(hào)值所需時(shí)間。 TAC影響采樣頻率的提高。 覽鎖改恨戰(zhàn)箱芍妖襟蕾吧痙刺論轎田囂粘狀唱惹汪貶瑞里昌羔命茲戌暫際計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（四）A/D轉(zhuǎn)換器 完成模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器，簡(jiǎn)稱A/D轉(zhuǎn)換器。 1、A/D轉(zhuǎn)換器的分類 A/D轉(zhuǎn)換器的種類很多，通常有以下3種分類方法：（1） 按

22、位數(shù) 有8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越多，分辨率 越高，但價(jià)格也越貴。（2）按結(jié)構(gòu) 有單一的A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)含多路開關(guān)的A/D轉(zhuǎn)換器、 多功能A/D轉(zhuǎn)換器（含多路開關(guān)、放大器和采樣保持器）。（3）按轉(zhuǎn)換方式 有逐次逼近型、雙積分型、V/F變換器。其中逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器具有精度高，轉(zhuǎn)換速度快等優(yōu)點(diǎn)， 得到了廣泛的應(yīng)用。 蛆遭奢矮轄字燙飛役趕厘色蔓岡苛符臣華西擱漾孵挑貉古蛹令膀柬貫撈淌計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 2、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 在選用A/D轉(zhuǎn)換器時(shí)要考慮以下主要技術(shù)指標(biāo)。 （1）分辨率 輸入量達(dá)到滿量

23、程時(shí)，能識(shí)別的最小的輸入增量稱為分辨率。即能夠轉(zhuǎn)換的數(shù)字量的最低有效位（LSB），對(duì)應(yīng)于滿量程輸入時(shí)的1/2n 。例如，當(dāng)n=8，滿量程輸入為5.12V， LSB=20mA。 （2）轉(zhuǎn)換時(shí)間 完成一次模擬量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。 （3）線性誤差 實(shí)際轉(zhuǎn)換結(jié)果與理想線性轉(zhuǎn)換結(jié)果的誤差，常用LSB表示。 （4）轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度。其誤差一般由溫度、環(huán)境等因素引起。儲(chǔ)那訂束郎釋沛樂蒜弧劉暮簧銷搜灸硅廂狂警帖堯?qū)﹄A肋揍躲壯枚靛間輥計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 3、常用的A/D轉(zhuǎn)換器 （1）普通型A/D轉(zhuǎn)換器AD7

24、574。 AD7574如圖5-22所示。采用CMOS工藝，單片型，含有內(nèi)部時(shí)鐘振蕩器，芯片內(nèi)部設(shè)有比較器和控制邏輯，采用R-2R T型解碼網(wǎng)絡(luò)，采用逐次逼近方式進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。 該芯片功耗低（30mW），轉(zhuǎn)換速度快（15s），易于和微機(jī)連接，在過程控制和智能化儀表中得到廣泛的應(yīng)用。 （2）帶儀器放大器的A/D轉(zhuǎn)換器AD670。 AD670的結(jié)構(gòu)如圖5-23所示。片內(nèi)集成有前級(jí)儀器放大器，A/D轉(zhuǎn)換器，比較器和逐次逼近型寄存器（SAR）。 放大器配有輸入電阻，可適應(yīng)較大的輸入范圍。信號(hào)可以單極或雙極輸入，有較好的抗干擾能力并且使用方便。郴歸咒奉疆晃毖存吹濘嫩敢沃釩哇隱帖陣頰柔冒浚列俘雌嫂販克測(cè)芭

25、擰充計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（3）多通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC 0808/0809 ADC 0808/0809的結(jié)構(gòu)原理圖如圖5-24所示。 由8位D/A轉(zhuǎn)換器、8路多路開關(guān)、高阻抗比較器、模擬開關(guān)樹組的256電阻分壓器、逐次逼近型寄存器等組成。 轉(zhuǎn)換時(shí)間128uS（CLOCK為500KHZ），線性誤差1/2LSB（ADC 0808）、 1LSB（ADC 0809），功耗15mW，溫度范圍-40+85。 具有較高的轉(zhuǎn)換速度和精度，受溫度影響小，功耗低并帶有8路模擬開關(guān)，是過程控制中比較理想的A/D轉(zhuǎn)換器。 （4）12位高精度A

26、/D轉(zhuǎn)換器AD574 若想提高模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換精度，可采用10位、12位、16位的高精度A/D轉(zhuǎn)換器，或采用雙積分原理的高精度A/D轉(zhuǎn)換器。換圍嵌澇邱穆共垂砍怖拌型峭洶哦滴策彤酮荔拽每蹋閣晴拙珠桃錄錨漓懊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) AD574是一種12位高精度A/D轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部含與系統(tǒng)總線直接連接的接口邏輯和有三態(tài)緩沖電路，可與各種微處理器直接連接；配置高精度電壓源和時(shí)鐘電路，不需要外接任何電路就能完成A/D轉(zhuǎn)換，應(yīng)用方便。 AD574的原理圖如圖5-25。 AD574由模擬芯片和數(shù)字芯片兩部分組成。模擬芯片由高性能12

27、位D/A轉(zhuǎn)換器AD565和參考電壓組成。數(shù)字芯片由控制邏輯電路，逐次逼近型寄存器和三態(tài)輸出緩沖器組成。 AD574的分辨率為12位，非線性誤差1/2LSB，模擬輸入可采用雙極性（5V或10V）或單極性（0+10V或0+20V）。內(nèi)部參考電平10001V，轉(zhuǎn)換時(shí)間1535S，存放溫度-6515。踏恢蔓募媳絕合握葫半鬼漚值聳冉鹵鉑柔洼儡廣抨貍狐坯淹洗掉凝確花氏計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（五）A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù) A/D轉(zhuǎn)換器與微型計(jì)算機(jī)連接時(shí)會(huì)遇到許多的實(shí)際技術(shù)問題，如連接的方法，A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)方式，參考電源的連接等。 1、

28、模擬量輸入信號(hào)的連接 許多A/D轉(zhuǎn)換器要求的輸入模擬量為05V的標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，有些A/D轉(zhuǎn)換器，如AD574有單極性輸入和雙極性輸入兩種工作方式，使用時(shí)可根據(jù)模擬信號(hào)的性質(zhì)選定。 （1）單極性輸入。 AD574單極性模擬量輸入有兩種量程，010V和020V。其電路如圖5-28（a）所示,調(diào)整R1和R2可進(jìn)行零位和滿量程的調(diào)整。灘耶瑩雄吶埔虹影帚遭漫狂揍瘋安疆飽捕摘乘車制少如乘鶴餌卞稀動(dòng)纓搶計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) （2）雙極性輸入 如圖5-28 (b)所示，模擬量輸入為5V和10V。 2、A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)方式。 任何一個(gè)

29、A/D轉(zhuǎn)換器在開始轉(zhuǎn)換前，都必須加一個(gè)啟動(dòng)信號(hào)才能開始工作，啟動(dòng)信號(hào)分為脈沖啟動(dòng)和電平啟動(dòng)兩種。 （1）脈沖啟動(dòng) 在啟動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入引腳加一個(gè)脈沖啟動(dòng)信號(hào)，即可啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器工作，如ADC0809、AD574等。 （2）電平啟動(dòng) 在A/D轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)引腳上加上要求的電平；一旦電平加上以后，A/D轉(zhuǎn)換器即刻開始工作，如AD570，AD572等轉(zhuǎn)換電路。在用電平啟動(dòng)方式時(shí)，A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換過程中必須保持此電平不變，否則將停止轉(zhuǎn)換。鄙玫訴柜人欠炳鈣慈手蚤枝傲柳柱皮哨醬雌踩溉咒儈遂鄉(xiāng)蓖浚粱律噶咕贓計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 3、轉(zhuǎn)換

30、結(jié)束信號(hào)的處理。 A/D轉(zhuǎn)換器在轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)會(huì)輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，CPU可根據(jù)此信號(hào)讀取轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)。 判斷A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束大致有以下三種方法，各方法示例程序見P116。 （1）中斷方式 將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)接到CPU的中斷申請(qǐng)端，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)作中斷的申請(qǐng)信號(hào)，CPU響應(yīng)中斷后在中斷服務(wù)程序中讀取數(shù)據(jù)。此種方式適合于實(shí)時(shí)性強(qiáng)并且多參數(shù)的控制系統(tǒng)。 （2）查詢方式 編寫查詢軟件，使CPU不斷的查詢A/D轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，一旦查詢到A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，則讀取數(shù)據(jù)。這種方法硬件簡(jiǎn)單，但占用CPU的機(jī)時(shí)較多。誘熱傘匯靖鞠細(xì)說受黨淵少閥蕪峰孵慕許飯墮呂串束貿(mào)妄速躲霧浴怪觀能計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))

31、計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（3）軟件延時(shí)方式（無條件方式） 根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器完成轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間，調(diào)用一段軟件延時(shí)程序（延時(shí)時(shí)間應(yīng)大于A/D轉(zhuǎn)換過程所需時(shí)間），延時(shí)程序執(zhí)行完畢后，A/D轉(zhuǎn)換也已結(jié)束，立即讀取數(shù)據(jù)。這種方法用在CPU處理任務(wù)較少的控制系統(tǒng)中。4、A/D轉(zhuǎn)換器與采樣/保持器的連接 采樣/保持器LF398的工作狀態(tài)由A/D轉(zhuǎn)換器AD574的STS端控制：當(dāng)AD574正在轉(zhuǎn)換時(shí)STS為高電平，經(jīng)反向器反向后輸入到LF398的控制端，使LF398呈保持狀態(tài)，以保證AD574的輸入信號(hào)穩(wěn)定；當(dāng)AD574轉(zhuǎn)換結(jié)束后STS變?yōu)榈碗娖剑?jīng)反向后使LF398呈采樣狀態(tài)。由于

32、無需控制器對(duì)LF398進(jìn)行控制，所以系統(tǒng)的速度加快，也保證了實(shí)時(shí)性，減小了誤差。蔡滋餾逼履駝窒嶄欽沾必晚擰硬柏念形吵筑悟旨惦殖胰昌鄒嘆翹捅丈嘴礦計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))二、模擬量輸出通道 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，大多數(shù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)：如電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)等只能接收模擬量；需要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量（簡(jiǎn)稱D/A轉(zhuǎn)換），由模擬量輸出通道完成。 圖5-32為模擬量輸出通道的原理框圖。模擬量輸出通道一般由D/A轉(zhuǎn)換器、信號(hào)調(diào)理、多路開關(guān)和執(zhí)行器等部分組成。 （一） D/A轉(zhuǎn)換器 1、轉(zhuǎn)換原理 如圖5-33所示（P119），D

33、/A轉(zhuǎn)換器由標(biāo)準(zhǔn)電源、數(shù)字開關(guān)電路、模擬轉(zhuǎn)換、數(shù)字接口、放大器等部分組成。 待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量經(jīng)數(shù)字接口控制各位相應(yīng)的數(shù)字開關(guān)，接通或斷開與開關(guān)配合的解碼電阻，從而改變標(biāo)準(zhǔn)電源經(jīng)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的電流I；該電流經(jīng)放大器放大后，輸出與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬電壓V。癢屯梨回夕圭饅伊低搐蕊敵盂瑪怖熒愿柵履翱似虞拆辦假恍土虎隙請(qǐng)貉盤計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 標(biāo)準(zhǔn)電源要求使用穩(wěn)定度高并且漂移小的電源。 數(shù)字開關(guān)由晶體管或場(chǎng)效應(yīng)管組成。 轉(zhuǎn)換器主要由解碼網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，主要有權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)和T 型解碼網(wǎng)絡(luò)。 2、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)（1）靜

34、態(tài)誤差零位誤差：輸入數(shù)字量為0時(shí)，產(chǎn)生的非零模擬電壓。增益誤差：輸入數(shù)字量為滿刻度時(shí)，實(shí)際輸出模擬電壓與理想模擬電壓之差。非線性誤差：任意輸入數(shù)字量的輸出模擬電壓與理想輸出模擬電壓之差。懂汛組娛瑪醬脹隸冗濾迸局著茍械脖胰螟半行萄柄拽簿弦頓暴籬魏功妻址計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（2）分辨率 單位數(shù)字量變化所引起的模擬輸出值的變化。R = 量化單位 / 滿刻度電壓值（3）轉(zhuǎn)換時(shí)間 規(guī)定誤差范圍內(nèi)，輸出信號(hào)達(dá)到要求值所需的時(shí)間。3、幾種常用的D/A轉(zhuǎn)換器（1）普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC 0832。 原理結(jié)構(gòu)圖如圖5-34。（P120

35、） 由一個(gè)8位輸入鎖存器，一個(gè)8位DAC寄存器，一個(gè)以權(quán)電阻梯型網(wǎng)路為基礎(chǔ)的8位D/A轉(zhuǎn)換器及控制邏輯電路組成。其中，8位輸入鎖存器和8位DAC寄存器在邏輯電路控制下，起著雙輸入數(shù)據(jù)緩沖鎖存器的功能。 癱窖孜鱉飲鴕舊啟吟梁蔡撮頒舵畦咋齊割駝膠昧通錦覽肆忿糕泛弊墓窘嘩計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))圖5-35是D/A轉(zhuǎn)換器DAC 0832的引腳圖，各引腳功能如下：數(shù)據(jù)信號(hào) D7-D0 ： 待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，輸入?？刂菩盘?hào) ILE： 輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效。 CS： 片選信號(hào)，低電平有效。 WR1：寫1信號(hào)，低電平有效。 WR1與

36、ILE、CS配合使用，構(gòu)成 第一級(jí)緩沖鎖存的功能。 WR2： 寫2信號(hào)，低電平有效。 XFER：傳送控制信號(hào)，低電平有效。 XFER與WR2 配合使用， 構(gòu)成第二級(jí)緩沖鎖存的功能。 邏輯控制電路的控制原理及其控制信號(hào)的功能是通過編寫相應(yīng)的控制程序?qū)崿F(xiàn)的。 編終哥督前香踏廓堿背坪羊鰓襲抱員廁編振碟孵撥醞啤度忠酣盆勛指癥閡計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 編程：（1）首先使WR1=0、ILE=1、CS=0，輸入數(shù)據(jù)DI7DI0從數(shù)據(jù)總線進(jìn)入到輸入到鎖存器中去。（2）令WR1=1、ILE=1，CS=0，輸入數(shù)據(jù)DI7DI0便被鎖存在輸入

37、鎖存中。（3）令WR2=0、XFER=0，使被鎖存在輸入鎖存器中的數(shù)據(jù)從鎖存器中輸出，進(jìn)入DAC寄存器，且在WR2=1、XFER=1時(shí)，數(shù)據(jù)從DAC寄存器輸出，進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換。 WR1、ILE、CS三個(gè)控制信號(hào)聯(lián)合構(gòu)成第一級(jí)輸入鎖功能，只有這三個(gè)信號(hào)同時(shí)有效時(shí)，才能更新輸入鎖存器的內(nèi)容。WR2、XFER兩個(gè)控制信號(hào)聯(lián)合構(gòu)成第二級(jí)輸入鎖存，擔(dān)負(fù)著數(shù)據(jù)傳遞功能。冠喪足誹拴斑戈脂塊棕雌札椿秧郁莊捎屑研扒瓜馴豺鈕訛汛陛里踢珍月旗計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 其它引腳信號(hào)：IOUT1：DAC 0832的電流輸出1，當(dāng)輸入

38、數(shù)據(jù)D0D7全為“1“時(shí)， IOUT1為最大值；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)D0D7全為”0“時(shí)，為近似于0的最小值。IOUT2：DAC 0832的電流輸出2，在數(shù)值上IOUT2 = 常數(shù)-IOUT1。即IOUT2 + IOUT1 =常數(shù)。因此，在控制系統(tǒng)中，常常采用直接接地方式。RFB：片內(nèi)設(shè)置的反饋電阻輸入端。它與外部運(yùn)算放大器輸出端連接，為運(yùn)算放大器提供一個(gè)反饋電壓。VREF：參考電壓輸入端，它常被接至一精密電壓源正極性端或負(fù)極性端。當(dāng)為10V或5V時(shí)，可獲得滿量程的操作。瘩貶謅霍巫扣奇嶄挽失標(biāo)諜待前墻捏柵泊瘍澄批了弘畸襪轉(zhuǎn)訟衛(wèi)胎訖超妓計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章

39、 輸入輸出通道和接口技術(shù))AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。 系統(tǒng)器件連接時(shí)，分別先將AGND、DGND端各自接至系統(tǒng)的模擬地、數(shù)字地，然后才將系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地接在一起，以提高系統(tǒng)的抗干擾能力。（2）12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667 為了提高D/A轉(zhuǎn)換器精度，可以采10位、12位、14位和16位轉(zhuǎn)換器，它們的原理與前述的8位轉(zhuǎn)換器基本上相同，不同的只是在與微機(jī)進(jìn)行接口時(shí)，需要分二次或三次輸送數(shù)據(jù)。 殘搜輸荔灘農(nóng)結(jié)炭僳劉記飛繪藐嘩狼繩胯磋肌邯啃粥埃椒惶飼顛礁鍋管芹計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 圖5-36是12位D/A轉(zhuǎn)換器AD

40、667的引腳圖，圖5-37是它的原理電路圖。（P121） AD667的總線接口邏輯由四位獨(dú)立尋址寄存器組成，分成兩級(jí)。第一級(jí)包括三個(gè)4位寄存器，第二級(jí)包括12位D/A寄存器和12位高速D/A轉(zhuǎn)換器。兩級(jí)寄存器通過四位獨(dú)立尋址寄存器，分別由AD667的地址總線及片選信號(hào)控制，所有控制信號(hào)均為低電平有效，表5-6 是 AD667的真值表。汐晾見給忌實(shí)班淪吞婁軒潭憶榴拿羨盆婉慣搪奧倒西賒憲歌堆敘康淪琶歷計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) AD667真值表 CS A3 A2 A1 A0 操 作 1 無操作 1 1 1 1無操作 0 1 1

41、1 0選通第一級(jí)低四位寄存器 0 1 1 0 1選通第一級(jí)中四位寄存器 0 1 0 1 1選通第一級(jí)高四位寄存器 0 0 1 1 1從第一級(jí)向第二級(jí)置數(shù) 0 0 0 0 0所有鎖存器均選通 AD667允許同時(shí)有兩個(gè)以上的鎖存器被選通, 一旦12位數(shù)據(jù)字先后被裝入第一級(jí)三個(gè)4位寄存器，在CS=0和A3A2A1A0=0111條件下，12位數(shù)據(jù)便被裝入第二級(jí)12位寄存器和12高速D/A轉(zhuǎn)換器，開始數(shù)/模轉(zhuǎn)換。這種雙緩沖鎖存結(jié)構(gòu)型式，避免了產(chǎn)生虛假的模擬量的輸出值。桑斯遮咖為彼咸蠻查攙盯立陣隆帆休詹儒鼓癱涵哀旅兵斡盆揮憲沁濺的臆計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸

42、入輸出通道和接口技術(shù)) 4、D/A轉(zhuǎn)換器輸出方式 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式是指其模擬量輸出端的型式，通常有電流輸出型和電壓輸出型兩種。因負(fù)載的性質(zhì)和要求不同，又可以將它連接成為“單極性輸出”和“雙極性輸出”兩種方式。（1）單極性輸出 在電壓輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器中，因其片內(nèi)含有一級(jí)運(yùn)算放大器，已經(jīng)將模擬電流量轉(zhuǎn)換為模擬電壓量輸出，因而屬于單極性輸出類型。而電流輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器中，常常將電流輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器的電流輸出端與一個(gè)電壓放大器相連接，而構(gòu)成單極性的電壓輸出方式。 對(duì)于8位單極性連接輸出方式，其輸入數(shù)字量與輸出電壓之間的關(guān)系為：VOUT= VREF D/256 其中，D為輸入數(shù)字量，應(yīng)

43、取絕對(duì)值。黃內(nèi)彥提蟬齲澳浦巖哼鉛酒魁抵草瀕耗惜焉常揚(yáng)似澡紗寸港創(chuàng)鋇鮑格黔扇計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（2）雙極性輸出 在隨動(dòng)系統(tǒng)中，例如伺服電機(jī)控制系統(tǒng)中，要求D/A轉(zhuǎn)換器為負(fù)載提供雙極性電壓， 因此D/A轉(zhuǎn)換器應(yīng)處于雙極性輸出方式。雙極性輸出轉(zhuǎn)換器的連接方式是在單極性輸出的基礎(chǔ)上，再加一級(jí)電壓放大器，如圖5-39所示，就構(gòu)成了D/A轉(zhuǎn)換器的雙極性輸出的連接方式。 雙極性輸出時(shí)，8位D/A轉(zhuǎn)換器的電壓為:VOUT2 = -(R1/R2)VOUT1+(R3/R1)VREF) 若R1= R3 = R2，所以有：VOUT2 = -

44、(VOUT1+VREF) 對(duì)于8位D/A轉(zhuǎn)換器按雙極性輸出連接時(shí)，其輸入數(shù)字量D與輸出電壓之間的關(guān)系應(yīng)為：VOUT2 = -2(+VREFD/256)+ VREF 益污俏頹煉宴菌冪均陸狼桅階板付玲負(fù)瘧啊紹表孵炯雪勺妮死八肘箕漫返計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))5、D/A轉(zhuǎn)換器與單片微機(jī)的接口 單片微機(jī)控制系統(tǒng)上，擴(kuò)展D/A轉(zhuǎn)換器時(shí)，主要考慮的問題是數(shù)字量輸入端的連接和外部控制信號(hào)的連接兩方面。 D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸入端與CPU連接時(shí)，對(duì)于在8位CPU與8位D/A轉(zhuǎn)換器的控制系統(tǒng)中，只需要將單片微機(jī)的數(shù)據(jù)總線與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入

45、端對(duì)應(yīng)連接即可。 采用10位、12位、14位或16位D/A轉(zhuǎn)換器，與8位CPU接口，如圖5-40所示，常采用“向右對(duì)齊數(shù)據(jù)”或“向左對(duì)齊數(shù)據(jù)”的雙字節(jié)方法，將數(shù)據(jù)“分步”進(jìn)行傳送的。 “向右對(duì)齊數(shù)據(jù)”時(shí)，除了將單片微機(jī)的數(shù)據(jù)總線與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端對(duì)應(yīng)連接外，還必須將單片微機(jī)的數(shù)據(jù)總線中D3D0與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D11 D8對(duì)應(yīng)連接起來。襲弄讕陜柬嘿跪摔網(wǎng)摧屜膀酣方謄釘甥炊頑式寨津財(cái)釜骯閡釉摸滇牙蠢舍計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) D11 D10 D9 D8D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5 D4 D7

46、D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 D3 D2 D1 D0 （a）向右對(duì)齊數(shù)據(jù)格式 （b）向左對(duì)齊數(shù)據(jù)格式 “向左對(duì)齊數(shù)據(jù)”時(shí)，除了將單片微機(jī)的數(shù)據(jù)總線與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D11 D4對(duì)應(yīng)連接外，還必須將單片微機(jī)的數(shù)據(jù)總線中D7 D4與D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸入端D3 D0對(duì)應(yīng)連接起來。 這樣，才能按雙字節(jié)、“分步”方法，通過編程對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確傳送的。也可以根據(jù)具體情況，采取其它方法進(jìn)行連接，此處不作介紹。煞趾翁積紅討顱序藥凰據(jù)膽陋腸鑰焚霓割六皆趾憨養(yǎng)擰愈茫背肌臭羞慷鏟計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 外部控制信號(hào)主要指片

47、選信號(hào)、寫信號(hào)和起動(dòng)信號(hào)。片選信號(hào)一般選擇由地址譯碼器控制，寫信號(hào)由單片機(jī)的寫選通信號(hào)控制，并且常用片選信號(hào)和寫信號(hào)的合成信號(hào)作起動(dòng)信號(hào)；對(duì)于一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器，其控制方式即可以用雙緩沖器方式，也可用單緩沖器方式。但是，對(duì)于一個(gè)高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器，一般都采用雙緩沖器控制方式。（二）執(zhí)行器 執(zhí)行器是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的重要組成部件。執(zhí)行器接受CPU發(fā)來的控制命令，按生產(chǎn)過程的要求完成規(guī)定的控制動(dòng)作。選擇和使用合理的執(zhí)行器可以提高控制質(zhì)量和生產(chǎn)效率。泉察札流捂茅駿褂僻符野憑降逃掂舵縛面渝初惱航痰去珊辰豹乘沛籮忽熄計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道

48、和接口技術(shù)) 常用的執(zhí)行器有以下幾種： 1、電動(dòng)執(zhí)行器。 分為電機(jī)式和電磁式兩類。 電機(jī)式包括伺服電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等。 電磁式包括繼電器、接觸器、電磁閥、電磁離合器等。 電動(dòng)執(zhí)行器具有響應(yīng)速度快，與計(jì)算機(jī)接口容易等優(yōu)點(diǎn)， 成為計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的主要執(zhí)行機(jī)構(gòu)。 其中步進(jìn)電機(jī)由于可以直接接受數(shù)字量，并且執(zhí)行速度快 、精度高，在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。 奇纓菩曙旨錄庸痊揉玉球霜工腑呵少尾忘皆卯裙借呻坪盜匙鎊勉標(biāo)延家普計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))2、氣動(dòng)執(zhí)行器。 氣動(dòng)執(zhí)行器分為薄膜式和活塞式兩種。 氣動(dòng)執(zhí)行器由接收器、噴嘴擋板

49、結(jié)構(gòu)、氣馬達(dá)或作動(dòng)筒等部分組成。接收器接受計(jì)算機(jī)發(fā)來的控制命令，將電量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮盒盘?hào)，驅(qū)動(dòng)氣馬達(dá)或作動(dòng)筒運(yùn)轉(zhuǎn)，開啟或關(guān)閉閥門，完成執(zhí)行功能。 氣動(dòng)執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、輸出推力大、價(jià)格低廉、防火防爆，常用于石油、化工、冶金、電力等部門。3、液壓執(zhí)行器。 液壓執(zhí)行器由控制部分（節(jié)流閥、射流噴管、可調(diào)泵）和執(zhí)行部分（液壓馬達(dá)、動(dòng)力作動(dòng)簡(jiǎn)）組成，可將油液壓力轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)負(fù)載直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。蜀你跑夕哥咕霹率螟鎊濺丘耍雜貼雪碎措吼拖?？顾睎|狡裁霓關(guān)亨把談焦計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 液壓執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)是能進(jìn)行無級(jí)變速、輸出功

50、率大、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修方便，常用于傳送大扭矩和推力的場(chǎng)所。表5-13 列出了上述三種執(zhí)行器的優(yōu)缺點(diǎn),選用執(zhí)行器時(shí)可作為參考。表5-13 三種執(zhí)行器優(yōu)缺點(diǎn)比較 種類 構(gòu)造 體積 配管線 推力 動(dòng)作滯后 維護(hù) 場(chǎng)合 價(jià)格 氣動(dòng) 執(zhí)行器 簡(jiǎn)單 中 復(fù)雜 大大 簡(jiǎn)單 防火防爆好 低 電動(dòng) 執(zhí)行器 復(fù)雜 小簡(jiǎn)單小小 復(fù)雜 防火防爆差 高 液壓 執(zhí)行器 簡(jiǎn)單 大復(fù)雜大小 簡(jiǎn)單 防火差 高轅辱堰盾沸窘司堆翼縛猶釬叛餒訓(xùn)霞爽揭魄亨谷丁圾扎南術(shù)雹舅譜咕抵宵計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))第三節(jié) 模擬量輸入/輸出通道的設(shè)計(jì)一、A/D通道的幾種結(jié)構(gòu)形式1

51、、 不帶采樣保持器的單通道A/D轉(zhuǎn)換 對(duì)于直流或者低頻信號(hào)，通?？梢圆挥貌蓸颖３制?，這時(shí)模擬輸入電壓的最大變化率與轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速率有如下關(guān)系：轉(zhuǎn)換時(shí)間TCONV、轉(zhuǎn)換器的滿刻度值VFS、分辨率（位數(shù)）n。 例如，n=11，TCONV=0.1s，則輸入電壓最大變化率為1/20（V/s），當(dāng)實(shí)際電壓V的 時(shí)，可不用采樣保持器。通日周炙龐懲恢鎢戎沉企灌王鑄氟胚沙淮攪最糯狙掙二雄陶檬鯉養(yǎng)效它賀計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))2、 帶有采樣保持器的單通道A/D轉(zhuǎn)換模擬輸入信號(hào)變化率較大的通道需要用采樣保持器，這時(shí)輸入模擬信號(hào)最大變化率取決于

52、采樣保持器的孔徑時(shí)間TAP，其輸入模擬信號(hào)的最大變化率為： VFS/TAP如果將保持命令提前發(fā)出，提前的時(shí)間與孔徑時(shí)間相等時(shí)，則輸入模擬信號(hào)的最大變化率僅取決于孔徑時(shí)間的不穩(wěn)定性tap（即TAP），并可由下式?jīng)Q定： VFS/tap例如，采樣頻率fs=100KHZ VFS=10V tap=3ns n=11,此fs是否太高？因， 故此fs不高。濁雪徽汗塹忻沛宛望對(duì)裹凡仙科碰氛臻南缽坦舅止嗓緝符戒袖劍狠或敷襪計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 但是，當(dāng)增大到200kHz時(shí)，若其它值都不變，則太高，整個(gè)D/A轉(zhuǎn)換不能正常進(jìn)行。所以并不是只要

53、有采樣保持電路，采樣頻率就不受限制，此時(shí)仍然存在一個(gè)最高采樣頻率。3、 多路A/D通道 每通道有獨(dú)自的采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器，這種形式通常用于高速系統(tǒng)，如需要同時(shí)給出描述系統(tǒng)性能的各項(xiàng)數(shù)據(jù)時(shí)，各通道可以同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。S/H A/D I/O S/HA/D I/O CPU S/HA/D I/O模擬信號(hào)輸入案凌父相忽馮鎊歧椿鋼俏痛料骨物懲圖鼓日淫忿脈惱襖吃熙石秤畝藉懊勻計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))4、 多路共享A/D轉(zhuǎn)換器 多路共享A/D轉(zhuǎn)換器較多路A/D通道轉(zhuǎn)換器速度慢，因?yàn)槊柯忿D(zhuǎn)換是以串行方式進(jìn)行的，由于采用多個(gè)采樣保持器（S

54、/H），故捕捉時(shí)間可以忽略不計(jì)。 S/H S/H S/H多路開關(guān) A/D CPU唁層吮翟籃盔憋蓑脈級(jí)巢兄封夷弓枕危躊媒述看悶偉倪盤憨編捷暈獰奸薊計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))5、多通道共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器 這種電路與以上兩種多通道形式相比，速度慢，但節(jié)省硬件。由于采用了公用的采樣保持器，因此在啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換電路前，必須考慮采樣保持器的捕捉時(shí)間。只有當(dāng)保持電容器充放電的過渡過程結(jié)束后才允許啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換電路。多路開關(guān) S/H A/D CPU模擬信號(hào)階貳誤堪呵洋唐校反驗(yàn)茵圍聳印廂溶映渤孜贓暢演淹昭訟溪趙勞歇伎琢恐計(jì)算機(jī)控制系

55、統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))D/A通道的幾種結(jié)構(gòu)形式1、多通道D/A轉(zhuǎn)換器 每個(gè)通道有獨(dú)自的數(shù)字寄存器及D/A轉(zhuǎn)換器,這種形式是由數(shù)字寄存器起保持作用，多用于高速系統(tǒng)。2、多通道共享D/A轉(zhuǎn)換器寄存器 D/A寄存器 D/A CPU模擬信號(hào)輸出CPU I/O D/A 模擬信號(hào)輸出 保持器保持器多路開關(guān)銑孜節(jié)編槐歲艾傅拿冀友湯腺眶墳輸毯艷蒙法蘆戌役騾營(yíng)熊報(bào)嘶冪體鞏免計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 兩種保持器電路： 圖5-46（a）采用了通用采樣保持集成芯片，通路較多時(shí)，它的造價(jià)

56、較高。圖3-31（b）的保持器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低廉，它是由運(yùn)算放大器和多路開關(guān)組成，但各通道之間相互干擾及漏電較大。 不論采用哪種形式，保持器都依賴電容記憶的功能，兩者都不能長(zhǎng)久保持模擬信息不變，而必須由軟件定時(shí)刷新數(shù)據(jù)。 3、多通道系統(tǒng) 各通道有獨(dú)自的緩沖寄存器、輸入寄存器及D/A轉(zhuǎn)換器。 圖5-47是這種形式的框圖。在這種結(jié)構(gòu)中，各通道數(shù)字量依次送入相應(yīng)的緩沖寄存器，然后同時(shí)輸入各自的輸入寄存器，各D/A通道同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它用于對(duì)系統(tǒng)性能的各項(xiàng)數(shù)據(jù)描述需要同時(shí)給出的場(chǎng)合。獰叉恢艇販驗(yàn)鐵擄掂藹韋瘦欽娥趟丫色輥棋瀾劇領(lǐng)輥竊對(duì)日茨脹既典吏懼計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制

57、系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))三、A/D、D/A通道設(shè)計(jì)原則電路設(shè)計(jì)原則：（1）電路性能上達(dá)到或超過預(yù)期的性能指標(biāo) （2）設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性 能夠?qū)崿F(xiàn)A/D、D/A轉(zhuǎn)換、采樣保持以及多路開關(guān)等功能的芯片種類眾多，僅美國(guó)AD公司生產(chǎn)的A/D轉(zhuǎn)換芯片就有19個(gè)系列，40多種芯片，D/A芯片有32個(gè)系列，100多種芯片，并且還在發(fā)展。 在芯片選擇及電路設(shè)計(jì)時(shí)就要綜合考慮：轉(zhuǎn)換速度、轉(zhuǎn)換精度、使用的環(huán)境溫度以及經(jīng)濟(jì)性等各因素。 芯片的管腳封裝大致可分為兩種：一種是塑料封裝，適用于070；另一種是陶瓷封裝，一般適用于-25+85（或-55+125），陶瓷的價(jià)格要比塑料的高出一倍以上。酪蒂套惹恒停球棱仲

58、拾壹犯瘋錢氫游夸楞錫沿殖蝗術(shù)由八晚賦熒襟礫咨兄計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù)) 選擇芯片時(shí)還應(yīng)考慮精度與造價(jià)的相對(duì)關(guān)系，例如10位精度A/D轉(zhuǎn)換芯片AD571要比8位芯片AD570價(jià)高出一倍。 設(shè)計(jì)時(shí)不能單純追求超出性能要求的高速、高精度、高性能，對(duì)于系統(tǒng)的軟硬件配置也要統(tǒng)一權(quán)衡。 軟件與硬件的功能是可以互相補(bǔ)充，互相轉(zhuǎn)化的。 例如實(shí)時(shí)控制與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理中，常需用到定時(shí)控制，定時(shí)的功能可用硬件實(shí)現(xiàn)，如選用一片可編程定時(shí)器，也可編寫一段延時(shí)程序來完成定時(shí)要求。 因此設(shè)計(jì)時(shí)既要考慮CPU處理數(shù)據(jù)的速度，又要考慮存儲(chǔ)器容量，在兩者都允許

59、時(shí)，就要充分利用微機(jī)的軟件資源。由軟件代替硬件的功能以節(jié)約硬件開支，這是設(shè)計(jì)中的經(jīng)常遇到的問題，需要靈活處理。蟹沈籮政唯皋祖腔野喘乍撼鴉礦契認(rèn)夸僑海摯蔫伯狀叢畫岔結(jié)如質(zhì)北譏禮計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（一）芯片的選擇 A/D和D/A轉(zhuǎn)換器、采樣保持器及多路開關(guān)等電路的集成芯片種類繁多。用戶必需對(duì)自己的系統(tǒng)要求及芯片的特性有充分了解后才能選擇好滿足要求的芯片。系統(tǒng)應(yīng)對(duì)如下幾方面提出明確要求： 1、信號(hào)（1）模擬量輸入、輸出范圍，信號(hào)源與負(fù)載阻抗是多少，輸入輸出電壓的極性。（2）數(shù)字量碼制，弄清楚是二進(jìn)制，還是二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式。

60、（3）系統(tǒng)的邏輯電平是多大，系統(tǒng)電路類型是TTL，高壓CMOS，還是低壓CMOS。落緩凡榜馮炔礙港訛鞘央奪仇令詛疤匠撕震驚吹捎采宛骨巴慢邊曝防統(tǒng)遺計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)(第三章 輸入輸出通道和接口技術(shù))（4）系統(tǒng)允許的漏碼。（5）輸入信號(hào)的特性，是否為采樣信號(hào)，是否經(jīng)過濾波，以及信號(hào)的有限帶寬頻率是多少。（6）系統(tǒng)環(huán)境條件，如溫度范圍，供電電源的可靠性，穩(wěn)定性，期望的轉(zhuǎn)換精度；有無特殊的環(huán)境限制，如高濕度、高功率、振動(dòng)及空間的限制。除以上一般考慮外，對(duì)每一部件還要專門考慮。2、D/A轉(zhuǎn)換電路（1）需要的分辨率，精度，線性度各是多少。（2）邏輯電平及數(shù)碼形