第二章模擬量輸入輸出通道接口技術(shù)2012

第2章模擬量輸入輸出通道接口技術(shù)

◆模擬量輸入（AI）通道：把從控制對象檢測得到的時間連續(xù)模擬信號（如溫度,壓力,流量,液位等）(1-10V,4-20mA)變換成二進制的數(shù)字信號，然后經(jīng)接口送入到計算機(檢測通道)◆模擬量輸出（AO）通道：把從計算機輸出的數(shù)字信號通過接口由它變換成相應(yīng)的模擬量信號輸出給控制對象(控制通道,連續(xù)調(diào)節(jié)閥)

模擬量輸入通道的組成

2.1.2多路開關(guān)8通道多路開關(guān)CD4051采樣定理采樣過程：用采樣開關(guān)將模擬信號按一定時間間隔抽樣成離散模擬信號的過程。2．量化過程

量化過程：是用一組數(shù)碼(如二進制碼)來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。

fmax：轉(zhuǎn)換信號的最大值；fmin：轉(zhuǎn)換信號的最小值；i：轉(zhuǎn)換后二進制數(shù)的位數(shù)。

量化單位為：足夠的采樣率下的采樣結(jié)果

過低采樣率下的采樣結(jié)果

香農(nóng)（Shannon）采樣定量：若信號的最高頻率為fmax，只要采樣頻率f

≥2fmax，采樣信號就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號。采樣保持器采樣保持器構(gòu)成－－輸入輸出緩沖放大器A1、A2和采樣開關(guān)S、保持電容CH。工作過程－采樣期間，開關(guān)S閉合，輸入電壓VIN通過A1對CH快速充電，輸出電壓VOUT跟隨VIN變化；保持期間，開關(guān)S斷開，由于A2的輸入阻抗很高，理想情況下電容CH將保持電壓VC不變，因而輸出電壓VOUT=VC也保持恒定。LF398典型應(yīng)用連接圖模擬量輸入通道逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器邏輯框圖8位A／D轉(zhuǎn)換器芯片ADc080912位A／D轉(zhuǎn)換器芯片AD574A20VINMSBAGND逐位逼近寄存器(SAR)8711115VDD272625242322212019181716三態(tài)輸出鎖存緩沖器D7D6D5D4D3D2D1D0D11D10D9D82345620控制邏輯CS12/8A0R/CSTSECD/A轉(zhuǎn)換器

AD565A10V基準電源10VINREFINREFOUTBIPOFVEEVCCDGND101213149LSB時鐘電路比較器+-10K5K5K8031和AD574的接口注意事項:在選擇和使用A／D轉(zhuǎn)換器芯片時，除滿足轉(zhuǎn)換速度和分辨率要求之外，要注意A／D轉(zhuǎn)換器的連接特性，有以下幾點：（1）A／D轉(zhuǎn)換器芯片的轉(zhuǎn)換啟動信號是用電位啟動還是脈沖沿啟動。(2）A／D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)是否帶有三態(tài)門輸出鎖存器來輸出數(shù)字量。（3）輸出數(shù)字量的形式，是二進制還是BCD碼。

注意事項:（4）A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束的信號處理方法(5）A／D轉(zhuǎn)換器參考電平的連接（6）A／D轉(zhuǎn)換器時鐘的連接。

（7）接地問題2.2模擬量輸出通道參考電源模擬轉(zhuǎn)換數(shù)字開關(guān)控制數(shù)字接口放大器D0……...DnD/A轉(zhuǎn)換器原理框圖電阻解碼網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)若：R0=RR1=R/2R2=R/4R3=R/8…………R7=R/128從而:I0=Vref/RI1=2Vref/RI2=4Vref/RI3=8Vref/R…………I7=128Vref/R+IIoutR0R1R2R3R4R5R6R7開關(guān)控制電路加法器電路D7D6D5D4D3D2D1D0VrefDAC0832DAC0832結(jié)構(gòu)框圖DAC0832的三種工作方式DAC0832的三種工作方式DAC0832的三種工作方式

振幅分辨率時間02010012014040608010.008.757.506.255.003.752.501.250111110100011010001000分辨率：Resolution采樣數(shù)據(jù)最低位所代表的模擬量的值用戶關(guān)心的最小可測電壓值舉例：假如10V的輸入信號用12位數(shù)據(jù)來表示，則最小可分辨的電壓為10/212=0.224mV數(shù)字量輸入模擬量輸出

理想特性實際

線性誤差線性誤差(Linearity)--實際轉(zhuǎn)換曲線和理想轉(zhuǎn)換曲線之間的最大誤差。轉(zhuǎn)換速度(ConversionRate)完成