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(duì)象檢測(cè)得到的時(shí)間連續(xù)模擬信號(hào)（如溫度,壓力,流量,液位等）(1-10V,4-20mA)變換成二進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，然后經(jīng)接口送入到計(jì)算機(jī)(檢測(cè)通道)◆模擬量輸出（AO）通道：把從計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)通過(guò)接口由它變換成相應(yīng)的模擬量信號(hào)輸出給控制對(duì)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(kāi)關(guān)8通道多路開(kāi)關(guān)CD4051采樣定理采樣過(guò)程：用采樣開(kāi)關(guān)將模擬信號(hào)按一定時(shí)間間隔抽樣成離散模擬信號(hào)的過(guò)程。2．量化過(guò)程

量化過(guò)程：是用一組數(shù)碼(如二進(jìn)制碼)來(lái)逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

fmax：轉(zhuǎn)換信號(hào)的最大值；fmin：轉(zhuǎn)換信號(hào)的最小值；i：轉(zhuǎn)換后二進(jìn)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(guò)低采樣率下的采樣結(jié)果

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

≥2fmax，采樣信號(hào)就能唯一復(fù)現(xiàn)原信號(hào)。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(kāi)關(guān)S、保持電容CH。工作過(guò)程－采樣期間，開(kāi)關(guān)S閉合，輸入電壓VIN通過(guò)A1對(duì)CH快速充電，輸出電壓VOUT跟隨VIN變化；保持期間，開(kāi)關(guān)S斷開(kāi)，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(zhǔn)電源10VINREFINREFOUTBIPOFVEEVCCDGND101213149LSB時(shí)鐘電路比較器+-10K5K5K8031和AD574的接口注意事項(xiàng):在選擇和使用A／D轉(zhuǎn)換器芯片時(shí)，除滿(mǎn)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(diǎn)：（1）A／D轉(zhuǎn)換器芯片的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)是用電位啟動(dòng)還是脈沖沿啟動(dòng)。(2）A／D轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)是否帶有三態(tài)門(mén)輸出鎖存器來(lái)輸出數(shù)字量。（3）輸出數(shù)字量的形式，是二進(jìn)制還是BCD碼。

注意事項(xiàng):（4）A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束的信號(hào)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(shí)鐘的連接。

（7）接地問(wèn)題2.2模擬量輸出通道參考電源模擬轉(zhuǎn)換數(shù)字開(kāi)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(kāi)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(shí)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(hù)關(guān)心的最小可測(cè)電壓值舉例：假如10V的輸入信號(hào)用12位數(shù)據(jù)來(lái)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(shí)際

線(xiàn)性誤差線(xiàn)性誤差(Linearity)--實(shí)際轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)和理想轉(zhuǎn)換曲線(xiàn)之間的最大誤差。轉(zhuǎn)換速度(ConversionRate)完成