計(jì)算機(jī)控制技術(shù)2課件

2022/12/2第二章過程通道1第二章模擬量輸入/輸出通道接口的設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容：

1采樣周期的選擇

2模擬量輸入通道原理和設(shè)計(jì)方法：A/D3模擬量輸出通道原理和設(shè)計(jì)方法：D/A4開關(guān)量輸入、輸出通道的原理和設(shè)計(jì)方法：電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)2022/12/1第二章過程通道1第二章模擬量輸入/2022/12/2第二章過程通道22.1多路開關(guān)及采樣保持器（1）為什么要使用多路開關(guān)？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，有時(shí)需要對(duì)多路或多種參數(shù)進(jìn)行采集和控制，由于計(jì)算機(jī)的工作速度很快，而被測(cè)參數(shù)的變化較慢，因此，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可供多個(gè)回路使用。然而，計(jì)算機(jī)在某一個(gè)時(shí)刻只能接收一個(gè)通道的信號(hào)，因此，必須通過多路模擬開關(guān)進(jìn)行切換，使各路被測(cè)參數(shù)分時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)。（2）為什么在過程通道中要加入采樣保持器？ 模擬量必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，為了保證轉(zhuǎn)換精度，必須保證在轉(zhuǎn)換時(shí)保持轉(zhuǎn)換值不變，同時(shí)，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后轉(zhuǎn)換值又能跟蹤模擬量的變化。在多路模擬量輸出時(shí)，為了使各個(gè)通道得到一個(gè)平滑的模擬量輸出，在分時(shí)輸出期間，必須保持一個(gè)恒定值。2022/12/1第二章過程通道22.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道32.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣定理2.1.1采樣定理

Shannon采樣定理：

一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)函數(shù)，它的頻帶為：對(duì)進(jìn)行采樣，僅當(dāng)采樣頻率，采樣函數(shù)才能不失真地恢復(fù)原函數(shù)。x(t)t0連續(xù)函數(shù)x(t)tT2T3T4TnT離散序列2022/12/1第二章過程通道32.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道42.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣定理采樣周期的選擇

<1>采樣周期的選擇與下列因素有關(guān)：（1）生產(chǎn)過程的擾動(dòng)程度；（2）被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；（3）采用的控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型；（4）被控對(duì)象所要求的控制品質(zhì)指標(biāo).<2>采樣周期的選擇流量：1~5s(優(yōu)選1~2s）；壓力：3~10s(優(yōu)選6~8s）；液位：6~8s；溫度：15~20s；成分：15~20s；

2022/12/1第二章過程通道42.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道52.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)2.1.2多路開關(guān) 多路開關(guān)的作用：把多個(gè)模擬量參數(shù)分時(shí)地接入A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換；或者把計(jì)算機(jī)處理后的控制量，由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量按一定的順序輸出到不同的控制回路中，實(shí)現(xiàn)一到多的轉(zhuǎn)換。 一、多路開關(guān)的特性（1）斷開（開路）電阻無窮大；（2）導(dǎo)通電阻為0；（3）頻帶寬度無窮大，功耗為0；（4）通斷過渡時(shí)間為0；（5）導(dǎo)通時(shí)，只允許有用的電信號(hào)通過，而無其他信號(hào)耦合到回路中。2022/12/1第二章過程通道52.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道62.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)二、常用模擬開關(guān)：機(jī)械式：干簧、濕簧繼電器及機(jī)械振子組成。特點(diǎn)：近似理想的靜態(tài)特性。采樣速度低，觸點(diǎn)壽命短。使用：高精度、低速采樣。電子式：集成電路，晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、CMOS

特點(diǎn)：采樣速度高，體積小、壽命長。對(duì)溫度敏感使用：高速采樣。2022/12/1第二章過程通道62.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道72.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)三、常用多路開關(guān)集成電路芯片（半導(dǎo)體多路開關(guān)）公司型號(hào)規(guī)格種類CDCD40518路雙向CD4052雙4路雙向CD40533重2通道雙向CD406716路雙向CD4097雙8路雙向ADAD75018路單向AD7502雙4路單向AD75038路單向AD750616路單向AD7507雙8路單向MAXMAX3088路雙向MAX309雙4路雙向MAX3068路雙向MAX307雙8路雙向2022/12/1第二章過程通道72.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道82.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)CD4051—八選一多路開關(guān)電路的工作原理VDD：+5~+15V，X0~X7模擬電壓的范圍。VEE，VSS：模擬電壓及數(shù)字信號(hào)允許輸入的下限值。

模擬信號(hào)的峰－峰值：15V;數(shù)字信號(hào)：3～15V

電平轉(zhuǎn)換VDDVSSVEEINHABCX0X1X7X譯碼器（1）組成：邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼和8個(gè)模擬開關(guān)組成。2022/12/1第二章過程通道82.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道92.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)

（2）工作原理：

INH＝1，禁止工作，INH＝0，允許工作；

INH＝0時(shí)，由A、B、C指定通道，000～111，通過譯碼器可以譯出8種狀態(tài)，選中一個(gè)通道工作。

CD4051可以雙向工作，改變IN/OUT和OUT/IN接法，可以實(shí)現(xiàn)8入1出、8出1入。2022/12/1第二章過程通道92.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道102.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)的擴(kuò)展四、多路開關(guān)的擴(kuò)展（1）16選1路開關(guān)的擴(kuò)展INHINHA3A2A1A0A2A1A0A2A1A0輸出0~7路輸入8~15路輸入CD40511#CD40512#A3=0，選中1#，則1#CD4051的8個(gè)通道0~7的地址編碼（A3A2A1A0）為0000-0111。A3=1，選中2#，則2#CD4051的8個(gè)通道0~7的地址編碼（A3A2A1A0）為1000-1111。因此，每一時(shí)刻只有唯一的通道與輸出接通。2022/12/1第二章過程通道102.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道112.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)的擴(kuò)展（2）16路差動(dòng)輸入開關(guān)電路X1X2X3X7ABINHCXX1X2X3X7ABINHCXX1X2X3X7ABINHCXX1X2X3X7ABINHCXQ0Q2Q3Q1D0D1D2D3選通通道編碼信息Vs1Vs2模擬信號(hào)輸入CD4051CD4051CD4051CD4051Vs1(0~7)Vs2(0~7)Vs1(8~15)Vs2(8~15)#0#1#2#3D3=0，#0，#1工作D3=1，#2，#3工作2022/12/1第二章過程通道112.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道122.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)的選擇1）考慮通道數(shù)、尋址方式、是否需要擴(kuò)展、單端輸入還是差動(dòng)輸入；

2）對(duì)傳輸信號(hào)電平較低的場(chǎng)合，可選用低壓型多路開關(guān)，但在電路中必須考慮抗干擾措施。

3）對(duì)傳輸精度較高而信號(hào)變化較慢的場(chǎng)合，可選用機(jī)械式多路開關(guān)以減小導(dǎo)通電阻。

4）對(duì)切換速度較高、且通道路數(shù)較多的場(chǎng)合，選用集成電路多路模擬開關(guān)。盡可能采用單片實(shí)現(xiàn)，以保證各路的特性參數(shù)一致；若采用多片組合，盡可能選用同一類芯片。

5）對(duì)模擬開關(guān)的速度選擇應(yīng)高于采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換電路的工作速度。

6）考慮多路開關(guān)的傳輸精度，漂移特性，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。2022/12/1第二章過程通道122.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道132.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器2.1.3采樣保持器（Sample/Hold,S/H）

由A/D轉(zhuǎn)換理解加入采樣保持器的作用。變化較快的模擬信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換的過程期間，會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差： 設(shè)模擬信號(hào)：u=Umsin2ft

信號(hào)隨時(shí)間的變化率：du/dt=2fUmcos2ft 顯然，t=0,存在最大轉(zhuǎn)換誤差：u=2fUmt

。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間t一定時(shí)，u

與信號(hào)的頻率f成正比，所以，在保證一定轉(zhuǎn)換精度（u(f)<)的前提下，可以使用采樣保持器。

結(jié)論：

在A/D轉(zhuǎn)換期間（很短的一段時(shí)間內(nèi)），讓信號(hào)保持不變，不受信號(hào)本身變化的影響，待轉(zhuǎn)換結(jié)束后，再引入新的信號(hào)，進(jìn)行下一次采樣，可以保證轉(zhuǎn)換精度。2022/12/1第二章過程通道132.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道142.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器一、采樣保持器的工作方式：

S/H有2種工作方式：采樣方式和保持方式。采樣方式時(shí)，S/H輸出隨輸入信號(hào)變化。保持方式時(shí)，S/H的輸出將保持在命令發(fā)出時(shí)刻的輸入信號(hào)值，直到保持命令結(jié)束。2022/12/1第二章過程通道142.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道152.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器二、采樣保持器在A/D轉(zhuǎn)換中的作用： （1）在采樣時(shí)間內(nèi)，快速跟蹤輸入信號(hào)的變化，在保持時(shí)間內(nèi)，保持采樣值不變，為A/D轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換信號(hào)。（2）在多路采樣系統(tǒng)中，跟蹤采樣信號(hào)，當(dāng)采樣/保持器進(jìn)入保持方式時(shí)，多路開關(guān)進(jìn)行下一路信號(hào)的采樣，從而構(gòu)成高速的重疊采樣的模式。（3)在保證精度的前提下，提高A/D轉(zhuǎn)換器的頻率。A/D轉(zhuǎn)換需要時(shí)間，在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持一個(gè)恒定的值，否則無法得到精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，只能犧牲被轉(zhuǎn)換信號(hào)的頻率來達(dá)到高精度轉(zhuǎn)換。2022/12/1第二章過程通道152.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道162.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器三、采樣/保持器在D/A轉(zhuǎn)換中的作用： （1）把D/A轉(zhuǎn)換器輸出的時(shí)間上離散模擬量變換為時(shí)間上連續(xù)的模擬量，即將前一個(gè)時(shí)刻D/A轉(zhuǎn)換器的輸出值保持到下一個(gè)時(shí)刻新的輸出值到來之前。 （2）減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出毛刺，從而消除輸出信號(hào)的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時(shí)間。 （3）把一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個(gè)輸出通道，以保持輸出的穩(wěn)定性。2022/12/1第二章過程通道162.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道172.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器四、采樣保持器的工作原理+-A1+-A2UiUoKC方式控制

當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，K閉合，Ui通過放大器A1向C充電，可經(jīng)放大器A2輸出——采樣階段。充電時(shí)間越小越好，使C很快達(dá)到輸入電壓值。1

當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，K斷開，C保持K斷開前的一瞬間的輸入信號(hào)，經(jīng)放大器A2輸出——保持階段。C上的電壓穩(wěn)定時(shí)間越長越好。+-A1+-A2UiUoKC方式控制02022/12/1第二章過程通道172.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道182.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器五、常用采樣保持器芯片：

LF198、LF298、LF398、AD582

特點(diǎn)：采樣速度高，保持電壓下降時(shí)間長，精度高。+-A1+-A2UinUoutKC（外接電容）R2R1OFFSET偏置控制邏輯參考電平LR238765V+——1V-——4控制=0，保持控制=1，采樣LF198/LF298/LF398A32022/12/1第二章過程通道182.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道192.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器六、采樣保持器的應(yīng)用（1）LF3983814576VinVoutC0+5V控制V+V-采樣保持器電路holdSample2022/12/1第二章過程通道192.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道202.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器六、采樣保持器的應(yīng)用（2）393＋－＋5V采樣脈沖LF3983814576VinC1150pFV+V-RVout接A/D大于1小于0tf(t)11000AA峰值檢測(cè)電路2022/12/1第二章過程通道202.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道212.2模擬量輸出通道接口技術(shù)模擬量輸出通道的作用：完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。2.2.1模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式 （1）一個(gè)通道配置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器(多路D/A輸出形式）CPUI/O接口D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器通道通道CPU與各個(gè)模擬量通道之間通過獨(dú)立的接口傳遞信息；速度快、可靠性高；成本較高2022/12/1第二章過程通道212.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道222.2模擬量輸出通道接口技術(shù)—模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式（2)多個(gè)通道共享一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器CPU多路開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器保持電路I/O接口保持電路通道通道

各個(gè)通道分時(shí)工作；輸出保持器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出的離散模擬量轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠接受的連續(xù)信號(hào)，將D/A本時(shí)刻的輸出值保持到下一個(gè)時(shí)刻；速度較慢，可靠性較差。2022/12/1第二章過程通道222.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道232.2模擬量輸出通道接口技術(shù)—模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式（3）多個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換（同步方式）緩沖寄存器緩沖寄存器D/A緩沖寄存器緩沖寄存器D/A緩沖寄存器緩沖寄存器D/A地址譯碼器模擬量輸出CPUDBAB2022/12/1第二章過程通道232.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道242.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A轉(zhuǎn)換原理2.2.2D/A轉(zhuǎn)換原理

轉(zhuǎn)換的數(shù)字量經(jīng)接口控制各位相應(yīng)的開關(guān)，以接通或斷開各自的解碼電阻，從而改變標(biāo)準(zhǔn)參考電源經(jīng)解碼電阻網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的總電流，然后經(jīng)放大器輸出與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬量。（1）D/A轉(zhuǎn)換原理2022/12/1第二章過程通道242.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道252.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A轉(zhuǎn)換原理（2）R-2RT型解碼網(wǎng)絡(luò)工作原理數(shù)字量anan-1…a1，模擬量輸出為：2022/12/1第二章過程通道252.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道26數(shù)字量為：a4a3a2a1=00012022/12/1第二章過程通道26數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道27數(shù)字量為：a4a3a2a1=00102022/12/1第二章過程通道27數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道28數(shù)字量為：a4a3a2a1=01002022/12/1第二章過程通道28數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道29數(shù)字量為：a4a3a2a1=1000對(duì)于任意的數(shù)字量a4a3a2a1，輸出為：2022/12/1第二章過程通道29數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道302.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)1普通型A/D轉(zhuǎn)換器——DAC08322022/12/1第二章過程通道302.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道312.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)2電壓型輸出D/A轉(zhuǎn)換器——AD558（1——補(bǔ)充）2022/12/1第二章過程通道312.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道322.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)2電壓型輸出D/A轉(zhuǎn)換器——AD558（2——補(bǔ)充） （1）內(nèi)部含有運(yùn)算放大器； （2）內(nèi)部含有高精度的參考電源。 （3）電壓輸出范圍有2種：0～2.56V，0～10V?？梢酝ㄟ^改變輸出電路的連接方式實(shí)現(xiàn)輸出量程的選擇。0～2.56V0～10V2022/12/1第二章過程通道322.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道332.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)34通道D/A轉(zhuǎn)換器——AD7226（1——補(bǔ)充）2022/12/1第二章過程通道332.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道342.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A的輸出方式4D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式

D/A轉(zhuǎn)換器的輸出有電流和電壓兩種方式，電壓型輸出可分為單極性電壓輸出和雙極性電壓輸出。

D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式與D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)沒有關(guān)系，只與模擬量輸出端的電路連接方式有關(guān)。

（1）單極性電壓輸出 電流輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器，外接一級(jí)運(yùn)放，且Iout2接地。運(yùn)放的電壓輸出范圍和極性與VREF有關(guān)。IOUT1RfbIOUT2VOUT+-A0832單極性電壓2022/12/1第二章過程通道342.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道352.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A的輸出方式（2）雙極性電壓輸出 對(duì)于電流型輸出的D/A轉(zhuǎn)換器采用2級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)雙向電壓輸出。VREF15KIOUT1RfbIOUT2+-A10832+-A215K7.5K+5VVOUT雙極性電壓0~-5VR1R2R3VO2022/12/1第二章過程通道352.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道362.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)58位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì)（1） （1）芯片內(nèi)部不含鎖存器 方法一：在CPU與D/A轉(zhuǎn)換器之間增加數(shù)據(jù)鎖存器或I/O接口芯片。 IOUT1IOUT2+-A0808803174373WREAP0P2ALEGA0~A7A8~A15CLK＋A0~A7CLR5V74273VOUT2022/12/1第二章過程通道362.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道372.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)58位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì)（2） （1）芯片內(nèi)部不含鎖存器 方法二：直接利用單片機(jī)I/O口作為數(shù)據(jù)鎖存器。8031IOUT1IOUT2+-A0808EAP1P2A0~A7VOUT2022/12/1第二章過程通道372.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道382.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)58位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì)（3） （2）芯片內(nèi)部含鎖存器IOUT1RfbIOUT2+-A083274373WREAP0P2ALEGA0~A7A8~A15CSXFERWR1WR2D0~D7VOUTP2.02022/12/1第二章過程通道382.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道392.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)6大于8位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì) 由于MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線為8位，因此，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)需要多次輸入D/A轉(zhuǎn)換器中。

（1）AD667——12位D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計(jì)

12位D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)含有2級(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存器。2022/12/1第二章過程通道392.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道402.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)AD667與單片機(jī)的接口MOVR0,#DATA；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)MOVDPTR,#PORTL；D/A口MOVA,@R0;取低八位數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,A;送低八位到D/AMOVDPTR,#PORTH；D/A口INCR0MOVA,@R0;取高4位數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,A;送高4位到D/A，并啟動(dòng)D/A高4低82022/12/1第二章過程通道402.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道412.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)（2）12D/A轉(zhuǎn)換器——DAC1210(補(bǔ)充)IOUT1RfbIOUT2+-ADAC121074373WREAP0P2.5ALEGA0~A7CSXFERWR1WR2D4~D11VOUTD0~D3P2.6P2.774138CBA4000H6000HA0BYTE1/BYTE280312022/12/1第二章過程通道412.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道422.3模擬量輸入通道接口技術(shù)

輸入輸出通道在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和變換的連接裝置。 輸入輸出通道是計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信息交換的橋梁。 用戶可以根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)，在控制系統(tǒng)中配置相應(yīng)的過程通道。2022/12/1第二章過程通道422.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道432.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)1輸入通道的結(jié)構(gòu) （1）一般結(jié)構(gòu)AS/HI/OA/D多路模擬量時(shí)序控制邏輯地址鎖存BUS多路轉(zhuǎn)換器采樣保持器放大器A/D轉(zhuǎn)換器I/O口多路開關(guān)：分時(shí)將各路模擬量信號(hào)按順序或隨機(jī)地接入；放大器：將傳感器傳送的弱信號(hào)按比例地放大到A/D轉(zhuǎn)換器所需的輸入電平；采樣保持器：用來對(duì)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行快速采樣，并在轉(zhuǎn)換的過程中保持該信號(hào)不變；A/D轉(zhuǎn)換器：將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；輸入輸出接口：鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量。控制部分：向多路轉(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)送通道選通控制信號(hào)；控制放大器增益；控制采樣保持器的工作；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。2022/12/1第二章過程通道432.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道442.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)（2）一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器CPU輸入信號(hào)輸入信號(hào)2022/12/1第二章過程通道442.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道452.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)（3）多個(gè)通道共享一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)CPU多個(gè)通道共享一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)輸入信號(hào)2022/12/1第二章過程通道452.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道462.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)（4）多個(gè)通道共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器多個(gè)通道共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口A/D轉(zhuǎn)換器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)CPU輸入信號(hào)輸入信號(hào)采樣保持器2022/12/1第二章過程通道462.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道472.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——A/D轉(zhuǎn)換器2.3.1A/D轉(zhuǎn)換器原理 （1）直接比較型：待轉(zhuǎn)換的模擬信號(hào)直接與一個(gè)特定的基準(zhǔn)源比較，獲得數(shù)字信號(hào)。連續(xù)比較、逐次比較、斜波電壓比較。 （2）間接比較型：模擬信號(hào)不直接與基準(zhǔn)源比較，而是將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)中間物理量。然后再轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。積分型電壓/頻率、電壓/時(shí)間轉(zhuǎn)換器。查閱資料了解各種A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換原理2022/12/1第二章過程通道472.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道482.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——A/D轉(zhuǎn)換器常見芯片：

8位：ADC0801~ADC0805， 多通道：ADC0808/ADC0809,ADC0816\0817 10位：AD7570,AD573,AD575,AD579 12位：ADC1210/1211,ADC574,AD578,AD7582,ADC679BCD碼：5G14433(3位半）、ICL7135(4位半）查閱資料了解各種A/D轉(zhuǎn)換器的功能和特點(diǎn)2022/12/1第二章過程通道482.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道492.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——8位A/D轉(zhuǎn)換器2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器

1、普通型A/D轉(zhuǎn)換器AD7574

單片型、內(nèi)含時(shí)鐘振蕩器、＋5V供電、內(nèi)設(shè)比較器和控制邏輯的逐次比較A/D轉(zhuǎn)換器。

2、含儀用放大器的A/D轉(zhuǎn)換器AD670

片內(nèi)集成了儀用放大器，放大器輸入端配有定標(biāo)電阻以適應(yīng)輸入范圍的變化：0～2.55mV,0～2.55V,信號(hào)可以是單極性或雙極性輸入。差分輸入，具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

3、多通道A/D轉(zhuǎn)換器AD0808/0809

片內(nèi)含有8個(gè)通道，單極性信號(hào)輸入。2022/12/1第二章過程通道492.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道502.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——8位A/D接口技術(shù)2.3.38位A/D接口技術(shù)

1、數(shù)據(jù)線的連接： （1）芯片含有輸出鎖存器和三態(tài)輸出控制時(shí)，直接與CPU數(shù)據(jù)總線連接。（2）芯片無輸出鎖存器和三態(tài)輸出控制時(shí)，必須通過I/O接口與數(shù)據(jù)總線連接。

2、選通信號(hào)、啟動(dòng)信號(hào)和讀出控制信號(hào)的連接片選信號(hào)選通芯片、啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換、檢測(cè)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)、讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。

3、電源和地線的處理 數(shù)字地、模擬地、信號(hào)地應(yīng)一點(diǎn)接地，已避免形成環(huán)流。2022/12/1第二章過程通道502.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道512.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——8位A/D接口技術(shù) 4、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的處理方法

（1）程序查詢式：檢測(cè)到“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號(hào)有效后，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 （2）等待方式：A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，等待足夠的時(shí)間后，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 （3）定時(shí)采樣方式：采用定時(shí)器定時(shí)足夠的時(shí)間后，讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 （4）中斷方式：通過A/D轉(zhuǎn)換器的“轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)”觸發(fā)中斷，進(jìn)而讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。2022/12/1第二章過程通道512.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道522.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——程序設(shè)計(jì)2.3.48位A/D轉(zhuǎn)換器的程序設(shè)計(jì) 程序設(shè)計(jì)步驟： 設(shè)計(jì)程序時(shí)，必須與硬件電路結(jié)合起來，按下列步驟編寫程序： （1）啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換； （2）查詢或等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束； （3）讀出A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果。2022/12/1第二章過程通道522.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道532.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——程序設(shè)計(jì)AD7574與8031的接口設(shè)計(jì)2022/12/1第二章過程通道532.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道542.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——程序設(shè)計(jì)ADC0816與8031的接口設(shè)計(jì)COMIN/COM——比較器的輸入輸出端2022/12/1第二章過程通道542.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道552.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——程序設(shè)計(jì)12位A/D轉(zhuǎn)換器控制方式1010A011100000001地地＋5V低四位為0有效輸出格式為并行8位輸出格式為并行12位啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換禁止禁止操作111110CE2022/12/1第二章過程通道552.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道562.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——程序設(shè)計(jì)AD574與8031的接口設(shè)計(jì)1010A011100000001地地＋5V低四位為0有效輸出格式為并行8位輸出格式為并行12位啟動(dòng)8位轉(zhuǎn)換啟動(dòng)12位轉(zhuǎn)換禁止禁止操作111110CE2022/12/1第二章過程通道562.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道572.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——程序設(shè)計(jì)8031P1.0STSCEDB11~DB4P074373AD754DB3~DB0WRRDALEA0R/CQ1Q20CSDGND+5V12/8P2.7EAG2022/12/1第二章過程通道572.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道58

本章完！2022/12/1第二章過程通道58本章完！2022/12/2第二章過程通道59第二章模擬量輸入/輸出通道接口的設(shè)計(jì)本章主要內(nèi)容：

1采樣周期的選擇

2模擬量輸入通道原理和設(shè)計(jì)方法：A/D3模擬量輸出通道原理和設(shè)計(jì)方法：D/A4開關(guān)量輸入、輸出通道的原理和設(shè)計(jì)方法：電平轉(zhuǎn)換和驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì)2022/12/1第二章過程通道1第二章模擬量輸入/2022/12/2第二章過程通道602.1多路開關(guān)及采樣保持器（1）為什么要使用多路開關(guān)？計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，有時(shí)需要對(duì)多路或多種參數(shù)進(jìn)行采集和控制，由于計(jì)算機(jī)的工作速度很快，而被測(cè)參數(shù)的變化較慢，因此，一臺(tái)計(jì)算機(jī)可供多個(gè)回路使用。然而，計(jì)算機(jī)在某一個(gè)時(shí)刻只能接收一個(gè)通道的信號(hào)，因此，必須通過多路模擬開關(guān)進(jìn)行切換，使各路被測(cè)參數(shù)分時(shí)進(jìn)入計(jì)算機(jī)。（2）為什么在過程通道中要加入采樣保持器？ 模擬量必須轉(zhuǎn)換為數(shù)字量才能進(jìn)入計(jì)算機(jī)，由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間，為了保證轉(zhuǎn)換精度，必須保證在轉(zhuǎn)換時(shí)保持轉(zhuǎn)換值不變，同時(shí)，在轉(zhuǎn)換結(jié)束后轉(zhuǎn)換值又能跟蹤模擬量的變化。在多路模擬量輸出時(shí)，為了使各個(gè)通道得到一個(gè)平滑的模擬量輸出，在分時(shí)輸出期間，必須保持一個(gè)恒定值。2022/12/1第二章過程通道22.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道612.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣定理2.1.1采樣定理

Shannon采樣定理：

一個(gè)具有有限頻譜的連續(xù)函數(shù)，它的頻帶為：對(duì)進(jìn)行采樣，僅當(dāng)采樣頻率，采樣函數(shù)才能不失真地恢復(fù)原函數(shù)。x(t)t0連續(xù)函數(shù)x(t)tT2T3T4TnT離散序列2022/12/1第二章過程通道32.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道622.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣定理采樣周期的選擇

<1>采樣周期的選擇與下列因素有關(guān)：（1）生產(chǎn)過程的擾動(dòng)程度；（2）被控對(duì)象的動(dòng)態(tài)特性；（3）采用的控制方式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類型；（4）被控對(duì)象所要求的控制品質(zhì)指標(biāo).<2>采樣周期的選擇流量：1~5s(優(yōu)選1~2s）；壓力：3~10s(優(yōu)選6~8s）；液位：6~8s；溫度：15~20s；成分：15~20s；

2022/12/1第二章過程通道42.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道632.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)2.1.2多路開關(guān) 多路開關(guān)的作用：把多個(gè)模擬量參數(shù)分時(shí)地接入A/D轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換；或者把計(jì)算機(jī)處理后的控制量，由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量按一定的順序輸出到不同的控制回路中，實(shí)現(xiàn)一到多的轉(zhuǎn)換。 一、多路開關(guān)的特性（1）斷開（開路）電阻無窮大；（2）導(dǎo)通電阻為0；（3）頻帶寬度無窮大，功耗為0；（4）通斷過渡時(shí)間為0；（5）導(dǎo)通時(shí)，只允許有用的電信號(hào)通過，而無其他信號(hào)耦合到回路中。2022/12/1第二章過程通道52.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道642.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)二、常用模擬開關(guān)：機(jī)械式：干簧、濕簧繼電器及機(jī)械振子組成。特點(diǎn)：近似理想的靜態(tài)特性。采樣速度低，觸點(diǎn)壽命短。使用：高精度、低速采樣。電子式：集成電路，晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管、CMOS

特點(diǎn)：采樣速度高，體積小、壽命長。對(duì)溫度敏感使用：高速采樣。2022/12/1第二章過程通道62.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道652.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)三、常用多路開關(guān)集成電路芯片（半導(dǎo)體多路開關(guān)）公司型號(hào)規(guī)格種類CDCD40518路雙向CD4052雙4路雙向CD40533重2通道雙向CD406716路雙向CD4097雙8路雙向ADAD75018路單向AD7502雙4路單向AD75038路單向AD750616路單向AD7507雙8路單向MAXMAX3088路雙向MAX309雙4路雙向MAX3068路雙向MAX307雙8路雙向2022/12/1第二章過程通道72.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道662.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)CD4051—八選一多路開關(guān)電路的工作原理VDD：+5~+15V，X0~X7模擬電壓的范圍。VEE，VSS：模擬電壓及數(shù)字信號(hào)允許輸入的下限值。

模擬信號(hào)的峰－峰值：15V;數(shù)字信號(hào)：3～15V

電平轉(zhuǎn)換VDDVSSVEEINHABCX0X1X7X譯碼器（1）組成：邏輯電平轉(zhuǎn)換、二進(jìn)制譯碼和8個(gè)模擬開關(guān)組成。2022/12/1第二章過程通道82.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道672.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)

（2）工作原理：

INH＝1，禁止工作，INH＝0，允許工作；

INH＝0時(shí)，由A、B、C指定通道，000～111，通過譯碼器可以譯出8種狀態(tài)，選中一個(gè)通道工作。

CD4051可以雙向工作，改變IN/OUT和OUT/IN接法，可以實(shí)現(xiàn)8入1出、8出1入。2022/12/1第二章過程通道92.1多路開關(guān)及采樣2022/12/2第二章過程通道682.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)的擴(kuò)展四、多路開關(guān)的擴(kuò)展（1）16選1路開關(guān)的擴(kuò)展INHINHA3A2A1A0A2A1A0A2A1A0輸出0~7路輸入8~15路輸入CD40511#CD40512#A3=0，選中1#，則1#CD4051的8個(gè)通道0~7的地址編碼（A3A2A1A0）為0000-0111。A3=1，選中2#，則2#CD4051的8個(gè)通道0~7的地址編碼（A3A2A1A0）為1000-1111。因此，每一時(shí)刻只有唯一的通道與輸出接通。2022/12/1第二章過程通道102.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道692.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)的擴(kuò)展（2）16路差動(dòng)輸入開關(guān)電路X1X2X3X7ABINHCXX1X2X3X7ABINHCXX1X2X3X7ABINHCXX1X2X3X7ABINHCXQ0Q2Q3Q1D0D1D2D3選通通道編碼信息Vs1Vs2模擬信號(hào)輸入CD4051CD4051CD4051CD4051Vs1(0~7)Vs2(0~7)Vs1(8~15)Vs2(8~15)#0#1#2#3D3=0，#0，#1工作D3=1，#2，#3工作2022/12/1第二章過程通道112.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道702.1多路開關(guān)及采樣保持器——多路開關(guān)的選擇1）考慮通道數(shù)、尋址方式、是否需要擴(kuò)展、單端輸入還是差動(dòng)輸入；

2）對(duì)傳輸信號(hào)電平較低的場(chǎng)合，可選用低壓型多路開關(guān)，但在電路中必須考慮抗干擾措施。

3）對(duì)傳輸精度較高而信號(hào)變化較慢的場(chǎng)合，可選用機(jī)械式多路開關(guān)以減小導(dǎo)通電阻。

4）對(duì)切換速度較高、且通道路數(shù)較多的場(chǎng)合，選用集成電路多路模擬開關(guān)。盡可能采用單片實(shí)現(xiàn)，以保證各路的特性參數(shù)一致；若采用多片組合，盡可能選用同一類芯片。

5）對(duì)模擬開關(guān)的速度選擇應(yīng)高于采樣保持電路和A/D轉(zhuǎn)換電路的工作速度。

6）考慮多路開關(guān)的傳輸精度，漂移特性，保證系統(tǒng)穩(wěn)定。2022/12/1第二章過程通道122.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道712.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器2.1.3采樣保持器（Sample/Hold,S/H）

由A/D轉(zhuǎn)換理解加入采樣保持器的作用。變化較快的模擬信號(hào)在A/D轉(zhuǎn)換的過程期間，會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差： 設(shè)模擬信號(hào)：u=Umsin2ft

信號(hào)隨時(shí)間的變化率：du/dt=2fUmcos2ft 顯然，t=0,存在最大轉(zhuǎn)換誤差：u=2fUmt

。當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間t一定時(shí)，u

與信號(hào)的頻率f成正比，所以，在保證一定轉(zhuǎn)換精度（u(f)<)的前提下，可以使用采樣保持器。

結(jié)論：

在A/D轉(zhuǎn)換期間（很短的一段時(shí)間內(nèi)），讓信號(hào)保持不變，不受信號(hào)本身變化的影響，待轉(zhuǎn)換結(jié)束后，再引入新的信號(hào)，進(jìn)行下一次采樣，可以保證轉(zhuǎn)換精度。2022/12/1第二章過程通道132.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道722.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器一、采樣保持器的工作方式：

S/H有2種工作方式：采樣方式和保持方式。采樣方式時(shí)，S/H輸出隨輸入信號(hào)變化。保持方式時(shí)，S/H的輸出將保持在命令發(fā)出時(shí)刻的輸入信號(hào)值，直到保持命令結(jié)束。2022/12/1第二章過程通道142.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道732.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器二、采樣保持器在A/D轉(zhuǎn)換中的作用： （1）在采樣時(shí)間內(nèi)，快速跟蹤輸入信號(hào)的變化，在保持時(shí)間內(nèi)，保持采樣值不變，為A/D轉(zhuǎn)換提供穩(wěn)定的轉(zhuǎn)換信號(hào)。（2）在多路采樣系統(tǒng)中，跟蹤采樣信號(hào)，當(dāng)采樣/保持器進(jìn)入保持方式時(shí)，多路開關(guān)進(jìn)行下一路信號(hào)的采樣，從而構(gòu)成高速的重疊采樣的模式。（3)在保證精度的前提下，提高A/D轉(zhuǎn)換器的頻率。A/D轉(zhuǎn)換需要時(shí)間，在轉(zhuǎn)換過程中應(yīng)保持一個(gè)恒定的值，否則無法得到精確的轉(zhuǎn)換結(jié)果，只能犧牲被轉(zhuǎn)換信號(hào)的頻率來達(dá)到高精度轉(zhuǎn)換。2022/12/1第二章過程通道152.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道742.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器三、采樣/保持器在D/A轉(zhuǎn)換中的作用： （1）把D/A轉(zhuǎn)換器輸出的時(shí)間上離散模擬量變換為時(shí)間上連續(xù)的模擬量，即將前一個(gè)時(shí)刻D/A轉(zhuǎn)換器的輸出值保持到下一個(gè)時(shí)刻新的輸出值到來之前。 （2）減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出毛刺，從而消除輸出信號(hào)的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時(shí)間。 （3）把一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個(gè)輸出通道，以保持輸出的穩(wěn)定性。2022/12/1第二章過程通道162.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道752.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器四、采樣保持器的工作原理+-A1+-A2UiUoKC方式控制

當(dāng)控制信號(hào)為高電平時(shí)，K閉合，Ui通過放大器A1向C充電，可經(jīng)放大器A2輸出——采樣階段。充電時(shí)間越小越好，使C很快達(dá)到輸入電壓值。1

當(dāng)控制信號(hào)為低電平時(shí)，K斷開，C保持K斷開前的一瞬間的輸入信號(hào)，經(jīng)放大器A2輸出——保持階段。C上的電壓穩(wěn)定時(shí)間越長越好。+-A1+-A2UiUoKC方式控制02022/12/1第二章過程通道172.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道762.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器五、常用采樣保持器芯片：

LF198、LF298、LF398、AD582

特點(diǎn)：采樣速度高，保持電壓下降時(shí)間長，精度高。+-A1+-A2UinUoutKC（外接電容）R2R1OFFSET偏置控制邏輯參考電平LR238765V+——1V-——4控制=0，保持控制=1，采樣LF198/LF298/LF398A32022/12/1第二章過程通道182.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道772.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器六、采樣保持器的應(yīng)用（1）LF3983814576VinVoutC0+5V控制V+V-采樣保持器電路holdSample2022/12/1第二章過程通道192.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道782.1多路開關(guān)及采樣保持器——采樣保持器六、采樣保持器的應(yīng)用（2）393＋－＋5V采樣脈沖LF3983814576VinC1150pFV+V-RVout接A/D大于1小于0tf(t)11000AA峰值檢測(cè)電路2022/12/1第二章過程通道202.1多路開關(guān)及采2022/12/2第二章過程通道792.2模擬量輸出通道接口技術(shù)模擬量輸出通道的作用：完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。2.2.1模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式 （1）一個(gè)通道配置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器(多路D/A輸出形式）CPUI/O接口D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器通道通道CPU與各個(gè)模擬量通道之間通過獨(dú)立的接口傳遞信息；速度快、可靠性高；成本較高2022/12/1第二章過程通道212.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道802.2模擬量輸出通道接口技術(shù)—模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式（2)多個(gè)通道共享一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器CPU多路開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器保持電路I/O接口保持電路通道通道

各個(gè)通道分時(shí)工作；輸出保持器將D/A轉(zhuǎn)換器輸出的離散模擬量轉(zhuǎn)換成執(zhí)行機(jī)構(gòu)能夠接受的連續(xù)信號(hào)，將D/A本時(shí)刻的輸出值保持到下一個(gè)時(shí)刻；速度較慢，可靠性較差。2022/12/1第二章過程通道222.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道812.2模擬量輸出通道接口技術(shù)—模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)形式（3）多個(gè)通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換（同步方式）緩沖寄存器緩沖寄存器D/A緩沖寄存器緩沖寄存器D/A緩沖寄存器緩沖寄存器D/A地址譯碼器模擬量輸出CPUDBAB2022/12/1第二章過程通道232.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道822.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A轉(zhuǎn)換原理2.2.2D/A轉(zhuǎn)換原理

轉(zhuǎn)換的數(shù)字量經(jīng)接口控制各位相應(yīng)的開關(guān)，以接通或斷開各自的解碼電阻，從而改變標(biāo)準(zhǔn)參考電源經(jīng)解碼電阻網(wǎng)絡(luò)所產(chǎn)生的總電流，然后經(jīng)放大器輸出與數(shù)字量相對(duì)應(yīng)的模擬量。（1）D/A轉(zhuǎn)換原理2022/12/1第二章過程通道242.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道832.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A轉(zhuǎn)換原理（2）R-2RT型解碼網(wǎng)絡(luò)工作原理數(shù)字量anan-1…a1，模擬量輸出為：2022/12/1第二章過程通道252.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道84數(shù)字量為：a4a3a2a1=00012022/12/1第二章過程通道26數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道85數(shù)字量為：a4a3a2a1=00102022/12/1第二章過程通道27數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道86數(shù)字量為：a4a3a2a1=01002022/12/1第二章過程通道28數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道87數(shù)字量為：a4a3a2a1=1000對(duì)于任意的數(shù)字量a4a3a2a1，輸出為：2022/12/1第二章過程通道29數(shù)字量為：a4a3a22022/12/2第二章過程通道882.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)1普通型A/D轉(zhuǎn)換器——DAC08322022/12/1第二章過程通道302.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道892.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)2電壓型輸出D/A轉(zhuǎn)換器——AD558（1——補(bǔ)充）2022/12/1第二章過程通道312.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道902.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)2電壓型輸出D/A轉(zhuǎn)換器——AD558（2——補(bǔ)充） （1）內(nèi)部含有運(yùn)算放大器； （2）內(nèi)部含有高精度的參考電源。 （3）電壓輸出范圍有2種：0～2.56V，0～10V?？梢酝ㄟ^改變輸出電路的連接方式實(shí)現(xiàn)輸出量程的選擇。0～2.56V0～10V2022/12/1第二章過程通道322.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道912.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——8位D/A接口技術(shù)34通道D/A轉(zhuǎn)換器——AD7226（1——補(bǔ)充）2022/12/1第二章過程通道332.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道922.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A的輸出方式4D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式

D/A轉(zhuǎn)換器的輸出有電流和電壓兩種方式，電壓型輸出可分為單極性電壓輸出和雙極性電壓輸出。

D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式與D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)沒有關(guān)系，只與模擬量輸出端的電路連接方式有關(guān)。

（1）單極性電壓輸出 電流輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器，外接一級(jí)運(yùn)放，且Iout2接地。運(yùn)放的電壓輸出范圍和極性與VREF有關(guān)。IOUT1RfbIOUT2VOUT+-A0832單極性電壓2022/12/1第二章過程通道342.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道932.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——D/A的輸出方式（2）雙極性電壓輸出 對(duì)于電流型輸出的D/A轉(zhuǎn)換器采用2級(jí)運(yùn)放實(shí)現(xiàn)雙向電壓輸出。VREF15KIOUT1RfbIOUT2+-A10832+-A215K7.5K+5VVOUT雙極性電壓0~-5VR1R2R3VO2022/12/1第二章過程通道352.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道942.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)58位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì)（1） （1）芯片內(nèi)部不含鎖存器 方法一：在CPU與D/A轉(zhuǎn)換器之間增加數(shù)據(jù)鎖存器或I/O接口芯片。 IOUT1IOUT2+-A0808803174373WREAP0P2ALEGA0~A7A8~A15CLK＋A0~A7CLR5V74273VOUT2022/12/1第二章過程通道362.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道952.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)58位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì)（2） （1）芯片內(nèi)部不含鎖存器 方法二：直接利用單片機(jī)I/O口作為數(shù)據(jù)鎖存器。8031IOUT1IOUT2+-A0808EAP1P2A0~A7VOUT2022/12/1第二章過程通道372.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道962.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)58位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì)（3） （2）芯片內(nèi)部含鎖存器IOUT1RfbIOUT2+-A083274373WREAP0P2ALEGA0~A7A8~A15CSXFERWR1WR2D0~D7VOUTP2.02022/12/1第二章過程通道382.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道972.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)6大于8位D/A轉(zhuǎn)換器的接口與程序設(shè)計(jì) 由于MCS-51單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線為8位，因此，轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)需要多次輸入D/A轉(zhuǎn)換器中。

（1）AD667——12位D/A轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計(jì)

12位D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)含有2級(jí)數(shù)據(jù)輸入鎖存器。2022/12/1第二章過程通道392.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道982.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)AD667與單片機(jī)的接口MOVR0,#DATA；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)MOVDPTR,#PORTL；D/A口MOVA,@R0;取低八位數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,A;送低八位到D/AMOVDPTR,#PORTH；D/A口INCR0MOVA,@R0;取高4位數(shù)據(jù)MOVX@DPTR,A;送高4位到D/A，并啟動(dòng)D/A高4低82022/12/1第二章過程通道402.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道992.2模擬量輸出通道接口技術(shù)——接口及程序設(shè)計(jì)（2）12D/A轉(zhuǎn)換器——DAC1210(補(bǔ)充)IOUT1RfbIOUT2+-ADAC121074373WREAP0P2.5ALEGA0~A7CSXFERWR1WR2D4~D11VOUTD0~D3P2.6P2.774138CBA4000H6000HA0BYTE1/BYTE280312022/12/1第二章過程通道412.2模擬量輸出通道2022/12/2第二章過程通道1002.3模擬量輸入通道接口技術(shù)

輸入輸出通道在計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間，實(shí)現(xiàn)信息的傳遞和變換的連接裝置。 輸入輸出通道是計(jì)算機(jī)和生產(chǎn)過程之間進(jìn)行信息交換的橋梁。 用戶可以根據(jù)信號(hào)的性質(zhì)，在控制系統(tǒng)中配置相應(yīng)的過程通道。2022/12/1第二章過程通道422.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道1012.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)1輸入通道的結(jié)構(gòu) （1）一般結(jié)構(gòu)AS/HI/OA/D多路模擬量時(shí)序控制邏輯地址鎖存BUS多路轉(zhuǎn)換器采樣保持器放大器A/D轉(zhuǎn)換器I/O口多路開關(guān)：分時(shí)將各路模擬量信號(hào)按順序或隨機(jī)地接入；放大器：將傳感器傳送的弱信號(hào)按比例地放大到A/D轉(zhuǎn)換器所需的輸入電平；采樣保持器：用來對(duì)變化的模擬信號(hào)進(jìn)行快速采樣，并在轉(zhuǎn)換的過程中保持該信號(hào)不變；A/D轉(zhuǎn)換器：將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量；輸入輸出接口：鎖存A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量?？刂撇糠郑合蚨嗦忿D(zhuǎn)換開關(guān)發(fā)送通道選通控制信號(hào)；控制放大器增益；控制采樣保持器的工作；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器。2022/12/1第二章過程通道432.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道1022.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)（2）一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器一個(gè)通道設(shè)置一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器CPU輸入信號(hào)輸入信號(hào)2022/12/1第二章過程通道442.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道1032.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)（3）多個(gè)通道共享一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口采樣保持器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器多路轉(zhuǎn)換開關(guān)CPU多個(gè)通道共享一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器輸入信號(hào)輸入信號(hào)2022/12/1第二章過程通道452.3模擬量輸入通道2022/12/2第二章過程通道1042.3模擬量輸入通道接口技術(shù)——通道結(jié)構(gòu)（4）多個(gè)通道共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器多個(gè)通道共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器I/O接口A/