計算機控制技術(shù)第4章

1、第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 4.2 模擬量輸出通道模擬量輸出通道 習題習題 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 模擬量輸入通道根據(jù)應(yīng)用的不同，可以有不同的結(jié)構(gòu)形式。圖41是多路模擬量輸入通道的一般組成框圖。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-1 模擬量輸入通道的一般組成框圖 接口過程參數(shù)檢測信號處理信號處理信號處理多路開關(guān)放大S/H微處理機控制輸入通道A/D第四章模擬量輸入輸出通道 通常，人們把過程工藝參數(shù)轉(zhuǎn)換為電量的設(shè)備稱為傳感器或一次儀表。傳感器的主要任務(wù)是檢測，在過程控制中，為了避免低電平模擬信號傳輸

2、帶來的麻煩，經(jīng)常將測量元件的輸出信號經(jīng)過溫度變送器、壓力變送器和流量變送器等進行變換。 它們將溫度、壓力和流量的電信號變換成010 mA(DDZ-型儀表)或420 mA(DDZ-型儀表)的統(tǒng)一信號，這一部分不屬于模擬量輸入通道，而常歸屬于工程檢測技術(shù)和自動化儀表； 但現(xiàn)在的計算機控制系統(tǒng)中許多模擬輸入通道中包含了變送器部分的功能。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.1 4.1.1 輸入信號的處理輸入信號的處理為了保證AD轉(zhuǎn)換的精度，模擬信號在輸入到AD之前首先應(yīng)進行適當?shù)奶幚?。根?jù)需要，信號處理可選擇小信號放大， 大信號衰減，信號濾波，阻抗匹配，非線性補償和電流電壓轉(zhuǎn)換等方法。 第四章模擬量輸

3、入輸出通道 1 1 信號濾波信號濾波由于工業(yè)現(xiàn)場干擾因素多，來自工業(yè)現(xiàn)場的模擬信號中?；祀s有干擾信號，應(yīng)該通過濾波削弱或消除干擾信號。 濾波方法有硬件法和軟件法之分，硬件方法常用RC濾波器和有源濾波器來濾除高于有用信號頻率的那部分干擾，也有稱之為模擬預濾波； 用軟件方法可以濾除與有用信號頻率重合的那部分干擾， 如卡爾曼濾波等。 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 統(tǒng)一信號電平統(tǒng)一信號電平輸入信號可能是毫伏級電壓或毫安級電流信號， 應(yīng)變成統(tǒng)一的信號電平。 例如可變成050 mV的統(tǒng)一小信號電平或05 V(15 V)的大信號電平。 即使從變送器來的010 mA 或420 mA的標準信號一般也要經(jīng)如圖

4、4-2所示的電阻網(wǎng)絡(luò)，進行電流電壓轉(zhuǎn)換，將010 mA的信號變換成050 mV的電壓信號， 其精度達0.02。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-2 I/V變換網(wǎng)絡(luò) 第四章模擬量輸入輸出通道 3 3 非線性補償非線性補償大多數(shù)傳感器的輸出信號與被測參數(shù)之間呈非線性關(guān)系， 例如： 鉑銠鉑熱電偶在01000間電勢與溫度關(guān)系的非線性約為6。非線性的線性化也有硬件和軟件兩種方法，應(yīng)用硬件方法時，是利用運放構(gòu)成負反饋來實現(xiàn)。例如在DDZ-型儀表的變送器中，就加入了非線性校正電路。 除上述幾種處理技術(shù)外，對不同的模擬信號還可能要進行其它一些處理。例如熱電偶測溫時要進行冷端補償；熱電阻測溫時要用橋路法或恒流法

5、實現(xiàn)電阻電壓變換等等。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.2 4.1.2 多路開關(guān)多路開關(guān)多路開關(guān)又稱多路轉(zhuǎn)換器，其作用是將各被測模擬量按某種方式， 如順序切換方式或隨機切換方式分時地輸入到公共的放大器或AD轉(zhuǎn)換器上。 第四章模擬量輸入輸出通道 1 1 多路開關(guān)的種類多路開關(guān)的種類多路開關(guān)有機械觸點式和電子式兩種。 機械觸點式多路開關(guān)常用的有干簧或濕簧繼電器，原理如圖4-3所示。當線圈通電時簧片吸合，開關(guān)接通。這類開關(guān)具有結(jié)構(gòu)簡單，閉合時接觸電阻小，斷開時阻抗高，工作壽命較長，不受環(huán)境溫度影響等優(yōu)點，在小信號中速度的切換場合仍可使用。由單個干簧管繼電器組成的多路開關(guān)均采用開關(guān)矩陣方式，如圖4-

6、4所示的開關(guān)矩陣可對64個點進行檢測和選通， X軸和Y軸的選通電路受CPU控制，其程序框圖如圖4-5所示。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-3 干簧繼電器第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-4 干簧繼電器開關(guān)矩陣 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-5 開關(guān)矩陣控制程序框圖 第四章模擬量輸入輸出通道 在計算機控制系統(tǒng)中，目前用得最多的是由晶體管、場效應(yīng)管或光電耦合開關(guān)等組成的電子式無觸點開關(guān)。這類開關(guān)工作頻率高，體積小，壽命長。其缺點是導通電阻大，驅(qū)動部分和開關(guān)元件不獨立而影響了小信號的測量精度。 常用的電子開關(guān)有C-MOS、FET單片多路開關(guān)，如CD4051、 CD4052、 CD4053(或MC1

7、4501、C511)等以及由TTL電路組成的數(shù)據(jù)選擇器74LS150、 74LS151等； 也有的將多路開關(guān)與AD集成在一個芯片內(nèi)， 如ADC0808， ADC0809， ADC1211等。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-6是單端8路開關(guān)CD4051的基本原理圖和管腳圖。 它有三根二進制控制輸入端A、B、C，片內(nèi)有二進制譯碼器， 改變A、B、C的數(shù)值可譯出8種狀態(tài)， 分別從8路輸入中選中一個開關(guān)接通。 當禁止端inH為高電平時，不論A、B、C為何值， 8個通路都不通。 表4-1為CD4051真值表。 CD4051的數(shù)字或模擬信號電平為315 V，模擬信號為UPP=15 V，可作為多路開關(guān)或反

8、多路開關(guān)。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-6 單片8選1開關(guān)CD4051原理圖和管腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 表表4-1 CD4051真值表真值表 inHCBA選通000000001000011110011001101010101X0X1X2X3X4X5X6X7無第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-7所示為TTL數(shù)據(jù)選擇器74LS151的原理圖和管腳圖。 其特點是將8位輸入數(shù)據(jù)(1或0)中的某一位選通(8選1)， 輸出其原碼或反碼。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-7 數(shù)據(jù)選擇器74LS151原理圖和管腳圖 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-8所示為光電耦合開關(guān)的一種用法。 光電耦合開關(guān)是一種

9、以光控制信號的器件，輸入端為發(fā)光二極管，輸出端為光敏三極管。當PIO的某一位為高電平時，經(jīng)反相為低電平，發(fā)光二極管導通并發(fā)光，使光敏三極管導通， 經(jīng)倒相輸出高電平。 光電開關(guān)能使輸入和輸出在電氣上完全隔離，主要用于抗干擾場合。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-8 光電耦合開關(guān)用法之一 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2多路開關(guān)的連接方式多路開關(guān)的連接方式多路開關(guān)有單端輸入，差動輸入和偽差動輸入等基本連接方式，如圖4-9所示。 圖4-9(a)是單端多路輸入方式，一般用于高電平輸入信號。由于一個通道傳送一路信號，因此通道利用率高。但這種方式無法消除共模干擾，所以當共模電壓Ucm和信號電平Uin相比幅

10、值較大時不宜采用。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-9(b)是差動多路輸入連接方式，模擬量雙端輸入， 雙端輸出接到運算放大器上。由于運算放大器的共模抑制比較高， 故抗共模干擾能力強，一般用于低電平輸入，現(xiàn)場干擾較嚴重，信號源和多路開關(guān)距離較遠，或者輸入信號有各自獨立的參考電壓的場合(這時雙端輸入能各成回路)。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-9(c)為偽差動輸入。和圖4-9(a)的不同點在于模擬地和信號地接成一點，而且應(yīng)該是所有信號的真正地， 也是各輸入信號唯一的參考地(也可以浮置于系統(tǒng)地)。由于模擬地和信號地接成一點， 這種方式可抑制信號源和多路開關(guān)所具有的共模干擾，如工頻干擾。它適用于信號

11、源距離較近的場合， 由于在保證全通道使用容量的條件下，提高了對干擾的抑制能力， 因此這是一種經(jīng)濟實用的連接方式。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-9 多路開關(guān)的基本連接方式(a) 單端多路輸入； (b)差動多路輸入； (c)偽差動輸入 第四章模擬量輸入輸出通道 在實際應(yīng)用中，輸入信號可能很多，電平高低可能相差很大，這時應(yīng)將電平分類，對電平相近的通道歸類選擇切換。 為了減少選擇切換開關(guān)本身的漏電流，可采用干簧開關(guān)作一次選擇切換， 電子開關(guān)作二次選擇切換的混合系統(tǒng)。 第四章模擬量輸入輸出通道 3 3多路開關(guān)的選擇多路開關(guān)的選擇選擇多路開關(guān)時，主要考慮的因素有：通路數(shù)目，單端還是差動輸入，電平高低，

12、對各通路的尋址方式， 開關(guān)切換時需要多少時間才能穩(wěn)定到要求的精度，最大切換速率是多少，各通路間允許的最大串擾誤差等等。通常是根據(jù)數(shù)據(jù)采集的要求，抓住主要因素，進行具體選擇。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.3 4.1.3 放大器放大器放大器的功能是將小信號放大或大信號衰減到適合于AD輸入電壓要求的范圍。在實際應(yīng)用中，一次儀表的安裝環(huán)境和輸出特性是各種各樣和十分復雜的，選用哪種類型的放大器取決于應(yīng)用場合。對于微弱信號的放大來說，常有以下選擇： (1) 低漂移運算放大器：它的特點是溫度漂移極小(如小于1 V)，適用于一般的弱信號放大。 這類放大器有美國AD公司的ADOP-7和AD517等。 第四

13、章模擬量輸入輸出通道 (2) 儀表放大器：它也稱測量放大器或數(shù)據(jù)放大器。其主要特點是具有很高的共模抑制能力，此外還具有高輸入阻抗， 較低的失調(diào)電壓，較少的溫度漂移系數(shù)，低的輸出阻抗，有的還具有增益可調(diào)功能。 這種放大器是由一組放大器構(gòu)成的。 由于上述優(yōu)點， 這種放大器得到了廣泛的應(yīng)用。 例如用于熱電偶、應(yīng)變電橋、流量計量、生物測量以及那些提供微弱信號而有較大共模干擾的場合。這種放大器有AD公司的AD521、 AD522、AD612和增益可調(diào)的AM-542、 543等。 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 隔離放大器: 隔離是指切斷控制裝置與工作現(xiàn)場的電的聯(lián)系。對數(shù)字量廣泛采用光電隔離器， 而對于

14、弱模擬信號則多采用磁耦合的辦法。這種放大器的符號如圖4-10所示， 放大器分為輸入(A)和輸出(B)兩個獨立供電回路。這種放大器有AD公司的Model 277。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-10 隔離放大器符號表示 第四章模擬量輸入輸出通道 為了降低成本，多路信號可公用一個AD；為保證AD精度， 對小信號要放大而大信號要衰減?？梢悦恳宦范加靡粋€變送器， 但這會使成本大大增加。為此，可在AD之前設(shè)置一個增益可變的放大器，對不同輸入信號用程序來設(shè)置相應(yīng)的放大系數(shù)， 這就是可編程序放大器。 下面介紹兩種可編程序放大器的實現(xiàn)方案。 第四章模擬量輸入輸出通道 1 1 采用增益可調(diào)的儀表放大器方案采用

15、增益可調(diào)的儀表放大器方案儀表放大器除共模抑制能力強，輸入阻抗高，漂移低外， 有的還具有增益可調(diào)功能。如AM-542、543，圖4-11是這種增益可調(diào)的方案框圖。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-11 增益可調(diào)的儀表放大器方案 第四章模擬量輸入輸出通道 通常，由于各路模擬信號和AD的電壓范圍已知， 故可算出對應(yīng)信號源要求的放大系數(shù)?？深A先將各路放大倍數(shù)的等效數(shù)字量存入RAM中，當CPU要求輸入第n路信號時，則由CPU控制將第n路對應(yīng)的放大倍數(shù)從RAM中取出，經(jīng)數(shù)據(jù)總線送入AM-542相應(yīng)端接點，這樣信號便按預先設(shè)定的放大倍數(shù)進行放大。 第四章模擬量輸入輸出通道 2 放大器并聯(lián)反饋電阻方案放大器并

16、聯(lián)反饋電阻方案如圖4-12所示，A1、A2組成同相關(guān)聯(lián)差動放大器，A3為起減法作用的差動放大器。電壓跟隨器A4的輸入來自A點即共模電壓Ucm,其輸出作為運放A1、A2的電源地端， 以使A1、A2的電源電壓浮動幅度與Ucm相同，從而大大削弱共模干擾的影響， 這就是共模自舉技術(shù)。信號從Us1、Us2以差動方式輸入，放大器差模閉環(huán)增益A=1+2R1R， R為R0R7中的一個。R0R7值可以根據(jù)不同放大倍數(shù)要求，用公式A1+2R1R來選取，電子開關(guān)CD4051選通哪一路電阻，可以由CPU通過程序進行控制。當電阻都不被電子開關(guān)選通時，放大倍數(shù)為1。當信號源采用單端輸入時，運放A2的正輸入端通過電阻接地。

17、 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-12 實用可編程序放大器 第四章模擬量輸入輸出通道 4.1.4 4.1.4 采樣保持器采樣保持器( (S SH) H) 1 1 采樣保持器采樣保持器為了對變化較快，即工作頻率較高的模擬信號進行采樣， 可以在AD前加入采樣保持器(SampleHold)。采樣保持器又稱采樣保持放大器(SHA)，其原理如圖4-13所示。它由模擬開關(guān)， 儲能元件(電容C)和緩沖放大器組成。當施加控制信號后， S閉合為采樣階段，模擬信號迅速向電容充電到輸入電壓值(這個時間越短越好)，控制信號去除，S斷開為保持階段，為讓AD對保持電容C上的電壓進行整量化，希望電容維持穩(wěn)定電壓的時間長一些

18、為好。由于充電時間遠小于AD轉(zhuǎn)換時間，保持器的電壓下降率又較低， 因此大大減小了誤差。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-13 采樣保持器的基本組成 第四章模擬量輸入輸出通道 采樣保持器的主要性能參數(shù)如下所述： (1) 獲得時間：它是指給出采樣指令后，跟蹤輸入信號到滿量程并穩(wěn)定在終值誤差帶(02%0.005)內(nèi)變化和滯留的最小時間。 (2) 孔徑時間：這是指保持指令給出后到采樣開關(guān)真正斷開所需的時間。 (3) 輸出電壓衰減率： 是指保持階段由各種泄漏電壓引起的放電速度。 (4) 直通饋入： 輸入信號通過采樣保持開關(guān)的極間電容竄到保持電容上的現(xiàn)象。 第四章模擬量輸入輸出通道 2. 2. 常用的集成

19、采樣保持電路及選用原則常用的集成采樣保持電路及選用原則常見的集成采樣保持器芯片有三類： (1) 通用芯片：如AD538K、AD538KS、AD582K、 AD583K、 LF198LF298LF398等。 (2) 高速芯片：如THS-0025、THS-0060、THC-0300和THC-1500等。 (3) 高分辨芯片： 如SHA1144和ADC1130等。 第四章模擬量輸入輸出通道 最常見的有LF398，如圖4-14所示。它由場效應(yīng)管制成， 其主要技術(shù)指標是： 工作電壓: 5 V18 V。 保持時間小于或等于10 s。 可與TTL、 PMOS和CMOS兼容。 當保持電容C0.001 F時，保

20、持電壓下降率為3 mVmin， 信號達到0.01的獲得時間為25 s。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-14 采樣保持器LF398(a) 原理圖； (b) 接線圖 第四章模擬量輸入輸出通道 當邏輯電壓基準LR接地時，控制電平與TTL兼容。保持電容C的選擇要根據(jù)保持步長、獲得時間、輸出電壓下降率等幾個參數(shù)折衷考慮。 一般應(yīng)選聚苯乙烯、聚丙烯、 聚四氟乙烯電容， 這些電容的介質(zhì)吸收特性好，保持誤差小。 選擇采樣保持器時，主要考慮以下因素：輸入信號范圍， 輸入信號變化率和多路開關(guān)的切換速率， 采樣時間應(yīng)為多少才不會超過誤差要求等等。 當輸入信號變化很緩慢，AD轉(zhuǎn)換相對較快時，可以不用采樣保持器。 第

21、四章模擬量輸入輸出通道 4.1.5 4.1.5 模數(shù)模數(shù)(A(A D)D)轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用轉(zhuǎn)換器及其應(yīng)用1 1 A AD D轉(zhuǎn)換器的分類轉(zhuǎn)換器的分類按位數(shù)，AD轉(zhuǎn)換器可分為8位、10位、12位、16位和30位等。按轉(zhuǎn)換方式，AD轉(zhuǎn)換器可分為： (1) 計算比較式：構(gòu)造簡單，價格便宜，但速度慢，較少采用。 (2) 雙積分式：又稱為V-T型電壓數(shù)字轉(zhuǎn)換器。精度高， 抗干擾能力強，但速度慢。常用在信號變化慢，精度要求高， 干擾嚴重的場合，如高精度數(shù)字電壓表中。 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 逐次逼近式：轉(zhuǎn)換速度較快，精度也較高，用得最廣泛。 (4) 并行高速AD：轉(zhuǎn)換時間很短，其中有三次積分式AD

22、，全并行比較AD，串并行比較AD等。 按輸出編碼形式，AD轉(zhuǎn)換器還可分為二進制編碼型和BCD編碼型。 如5G14433為位，雙積分式，輸出編碼為BCD碼。 應(yīng)該注意，用DA與軟件配合也可實現(xiàn)AD。另外電壓頻率變換器VFC也是AD的一種形式。 213第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 A AD D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(1) 分辨力： 指AD最低位所具有的數(shù)值，如8位AD， 則分辨力為。也有以位數(shù)直接來表示分辨力的， 即8位、10位和12位等AD轉(zhuǎn)換器的分辨力分別為8位、10位和12位等。 (2) 量程： 指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍， 如5 V和10 V等。 2561218第四章模擬量

23、輸入輸出通道 (3) 轉(zhuǎn)換時間：是指從啟動AD轉(zhuǎn)換到獲得數(shù)字輸出為止的時間。 逐次逼近式AD的轉(zhuǎn)換時間與位數(shù)有關(guān)， 而雙積分AD的轉(zhuǎn)換時間與輸入信號的幅值有關(guān)。 如ADC0809逐次比較或AD轉(zhuǎn)換需要比較8次以確定8位數(shù)據(jù)中每一位是0還是1， 每次比較需8個時鐘周期，故一次轉(zhuǎn)換需要64個時鐘周期。 若時鐘頻率為640 kHz，則轉(zhuǎn)換時間為; 若時鐘頻率為500 kHz， 則轉(zhuǎn)換時間為 。 s10010640643s12810500643第四章模擬量輸入輸出通道 (4) 精度：指產(chǎn)生輸出量N的理論輸入電壓與實際輸入電壓之差，精度有絕對精度和相對精度之分。前者常用數(shù)字的位數(shù)表示。若滿量程為10 V

24、，則10位AD的絕對精度為。相對精度常用百分數(shù)表示， 如10位AD，相對精度為。請注意分辨力和精度是兩個不同的概念， 分辨力是指能對轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量，精度是由誤差決定的。 如AD滿量程為10 V，其分辨力為9.77 mV，但這個變化可能由于溫漂，線性不良而引起，故精度未必這么高。AD轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標還有工作溫度范圍， 是否外接基準電壓和輸入邏輯電壓等等。 mV88. 42101021LSB21103%1 . 02110第四章模擬量輸入輸出通道 3 3典型應(yīng)用例子典型應(yīng)用例子AD轉(zhuǎn)換器是專門用來將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量的器件， 使用時只要連接供電電源，將模擬信號加到輸入端， 在控制端加一

25、個啟動信號，AD轉(zhuǎn)換器就會自動工作，轉(zhuǎn)換完成后芯片會在一個輸出引腳給出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，通知CPU此時可以讀取數(shù)據(jù)。 CPU可通過一條MOVXA，DPTR指令讀入模數(shù)轉(zhuǎn)換結(jié)果，這就是AD的應(yīng)用過程。 在應(yīng)用AD轉(zhuǎn)換器時應(yīng)把注意力放在AD轉(zhuǎn)換器與CPU的連線問題上，具體應(yīng)注意幾點： 第四章模擬量輸入輸出通道 (1) 輸入模擬電壓是單端的還是差動的。 (2) 數(shù)據(jù)輸出線與系統(tǒng)總線的連線問題: 如AD轉(zhuǎn)換器具有可控三態(tài)輸出門(如ADC0809)則可直接將AD輸出數(shù)據(jù)線與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線相連，如果AD轉(zhuǎn)換器有三態(tài)輸出門， 但不受外部控制(如AD570)或無三態(tài)門，則必須通過IO通道或附加的三態(tài)門電路實現(xiàn)與CP

26、U相連。8位以上AD轉(zhuǎn)換器與CPU相連時還應(yīng)考慮AD位數(shù)與CPU總線位數(shù)匹配問題。 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 啟動信號供給問題：有些AD轉(zhuǎn)換器(如AD570、 AD571和AD572等)要求有電平啟動信號，對這些芯片在轉(zhuǎn)換全過程中均要保證啟動信號有效，另外一些芯片(如ADC0809和ADC1210等)要求有脈沖啟動信號，此時可用MOVX DPTR, A指令發(fā)出的片選信號或?qū)懶盘栐谄瑑?nèi)產(chǎn)生啟動脈沖。 (4) 數(shù)據(jù)讀取方式：一般有程序查詢方式、CPU等待方式、 固定延時方式和中斷方式等4種數(shù)據(jù)讀取方式。 第四章模擬量輸入輸出通道 例例4-14-1用不帶可控三態(tài)門的AD轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，

27、CPU可分別采用程序查詢方式和等待方式讀取數(shù)據(jù)。 解解如圖4-15，將AD570的15腳接地，則模擬電壓為單極性輸入。用并行接口8255A作為AD570與系統(tǒng)總線之間的IO通道，其中8255A的端口A連接AD轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)端，工作于輸入方式；端口B也工作于輸入方式，且PB0接AD570轉(zhuǎn)換結(jié)束信號/DR，用程序查詢PB0即可知AD轉(zhuǎn)換是否完成；端口C工作在輸出方式且PC0接AD570的啟動信號端BC。工作時置PC0為0， 可啟動AD，用程序判斷PB0是否轉(zhuǎn)換完成，如完成了則由端口A讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果， 否則繼續(xù)查詢。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-15 AD570與CPU連線圖 第四章模擬量輸入輸出

28、通道 READAD： MOV A， 92H; A、 B口輸入， C口輸出 MOV DPTR, PORTCC ; PORTCC為控制口MOVX DPTR，A MOV A，01H ; PC0為1MOV DPTR, PORTC MOVX DPTR，A MOV A，00H ; PC0為0， 啟動ADMOVX DPTR，A 第四章模擬量輸入輸出通道 Z： MOV DPTR, PORTB MOVX A,DPTRANL A,01H CJNE A,00H,Z ; 如果PB0為l再查詢MOV A，01H ; 撤消啟動信號MOV DPTR, PORTC MOVX DPTR，AMOV DPTR, PORTA MOV

29、X A,DPTR ;讀取AD數(shù)據(jù) 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-16為CPU工作于固定延時方式的電路圖。與圖4-15不同的是：在CPU發(fā)出轉(zhuǎn)換指令后，不用去查詢/DR的狀態(tài)， 只要延時足夠長的時間，保證在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后再去讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果即可。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-16 CPU固定延時方式電路圖 第四章模擬量輸入輸出通道 8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808/0809 ADC0808/0809是8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器，芯片內(nèi)還包含有8通道多路開關(guān)及與計算機兼容的控制邏輯。 8通道多路模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可通道多路模擬開關(guān)由地址鎖存器和譯碼器控制，可以在以在8個輸入

30、通道中任意接通一個通道的模擬信號。個輸入通道中任意接通一個通道的模擬信號。其原理框圖如圖所示。其原理框圖如圖所示。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖 ADC0808/0809原理框圖 第四章模擬量輸入輸出通道 引腳結(jié)構(gòu)ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳。其引腳結(jié)構(gòu)如圖示。 圖圖ADC0809引腳圖引腳圖第四章模擬量輸入輸出通道 引腳結(jié)構(gòu) （1）IN7IN0：8條模擬量輸入通道 （2）地址輸入和控制線：4條 （3）數(shù)字量輸出及控制線：11條 （4）電源線及其他：5條 第四章模擬量輸入輸出通道 表 被選通道和地址的關(guān)系返回本節(jié)第四章模擬量輸入輸出通道 圖 ADC0808/0809進行A/

31、D轉(zhuǎn)換時各引腳時序圖 第四章模擬量輸入輸出通道 例例4-24-2用帶可控三態(tài)門輸出的0809來實現(xiàn)AD轉(zhuǎn)換，分別采用查詢法、定時法和中斷法讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 解解0809內(nèi)帶多路開關(guān)和可控三態(tài)門輸出，特別易于與CPU連接。 (1) 用查詢法讀AD轉(zhuǎn)換數(shù)的接口如圖4-17所示。首先CPU用MOVX DPTR,A指令產(chǎn)生信號ALE和START，其作用是選通輸入Uin0Uin7之一并啟動AD轉(zhuǎn)換。然后CPU查詢轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC狀態(tài)，判斷AD是否完成(1表示已完成)。如果轉(zhuǎn)換完成， 則CPU用MOVX A, DPTR指令產(chǎn)生輸出允許信號OE，同時讀入數(shù)據(jù)；如果轉(zhuǎn)換未完成，則繼續(xù)查詢。 其查詢法讀A/D轉(zhuǎn)

32、換數(shù)的程序如下： 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-17 用查詢法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口第四章模擬量輸入輸出通道 ADC8： MOV R1， 30H; 數(shù)據(jù)區(qū)首址30HR3MOV R2, 08H ; 8路輸入MOV DPTR，7F00H ; DPTR指向0809 in0通道地址START：MOVX DPTR,A ; 啟動AD轉(zhuǎn)換REOC: JB P1.0,REOC ; 讀EOC, 判EOC, EOC=1則等待MOVX A,DPTR ; EOC=0, 讀入數(shù)據(jù)MOV R1，A ; 存AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)INC R1 ; 數(shù)據(jù)區(qū)地址加1INC DPTR ; A/D通道口地址加1DJNZ R2,START ;

33、下一通道AD轉(zhuǎn)換RET 第四章模擬量輸入輸出通道 (2) 用定時法讀AD轉(zhuǎn)換數(shù)的接口如圖4-18所示。由于ADC0809時鐘為500 kHz，轉(zhuǎn)換時間為128 s，因此啟動AD后，再利用程序至少延時128 s后就可以直接讀入AD 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 因為不必查詢EOC，故接口電路較為簡單。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-18 用定時法讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)的接口 第四章模擬量輸入輸出通道 設(shè)CPU時鐘為12 MHz， 那么接口程序清單如下： ADC8：MOV R1， #30H ； 數(shù)據(jù)區(qū)首地址#30HR3MOV R2, 08H ; 8路輸入MOV DPTR，7F00H ; DPTR指向0809 in0通道地

34、址START： MOVX DPTR, A ; 啟動AD轉(zhuǎn)換 MOV R6, 00H ; 延時256 sTIME: DJNZ R6, TIME MOVX A, DPTR ; 延時時間到，讀入數(shù)據(jù) MOV R1，A ; 存AD轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) INC R1 ; 數(shù)據(jù)區(qū)地址加1 INC DPTR ; 口地址加1 DJNZ R2, START ; 下一通道AD轉(zhuǎn)換 RET 第四章模擬量輸入輸出通道 (3) 用中斷法讀AD轉(zhuǎn)換數(shù)的接口如圖4-19所示。 本例中用EOC向CPU發(fā)中斷請求， 在中斷服務(wù)程序中讀入數(shù)據(jù)。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-19 用中斷法讀AD轉(zhuǎn)換的接口 第四章模擬量輸入輸出通道 其參考

35、程序清單如下： ORG 0000H AJMPMAINORG 0003H ; INT0中斷矢量AJMP INT0 ; 轉(zhuǎn)INT0中斷程序入口主程序ORG 0100HMAIN： MOV R0, 30H ; 片內(nèi)RAM首地址 MOV R2, 08H ; 轉(zhuǎn)換8路A/D SETB IT0 ; INT0邊沿觸發(fā) SETB EA ; 開中斷 SETB EX0 ; 允許INT0中斷 MOV DPTR, 7F00H; 選IN0通道地址 MOVX DPTR, A ; 啟動A/D轉(zhuǎn)換WAIT: SJMP WAIT ; 等待中斷 第四章模擬量輸入輸出通道 以下為INT0中斷服務(wù)程序: ORG 0200HINT0:

36、MOVX A, DPTR ; 讀A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0, A ; 存數(shù) INC R0 ; 更新存儲單元地址 INC DPTR ; 更新通道地址 MOVX DPTR, A ; 啟動A/D轉(zhuǎn)換 DJNZ R2, LOOP ; 巡回未完繼續(xù) CLR EX0 ; 采集完，關(guān)中斷LOOP: RETI ; 中斷返回 第四章模擬量輸入輸出通道 AD574為28腳雙列直插式封裝，引腳排列如圖所示。圖圖 AD574引腳圖引腳圖第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 （2）結(jié)構(gòu)特點 AD574內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時鐘，參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，因此使用方便，可直接和微機接口，不需要外接時鐘電路。 A

37、DC0809的輸入模擬電壓為0+5V，是單極性的。而AD574的輸入模擬電壓既可是單極性也可是雙極性。 AD574的數(shù)字量的位數(shù)可以設(shè)定為8位，也可設(shè)定為12位。第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-20給出了12位AD轉(zhuǎn)換器AD574與8031單片機的接口電路。根據(jù)接線圖，可知：(1) AD574的CS片選端接鎖存器的Q7端，A0端接鎖存器的Q1端，RC端接鎖存器的Q0端，8031的WR和RD經(jīng)與非門同AD574的CE端相接，因此，AD574啟動12位AD轉(zhuǎn)換的地址為FF7CH；讀高8位數(shù)據(jù)的地址為FF7DH；讀低4位數(shù)據(jù)的地址為FF7FH。 (

38、2) 128接地表示8031要分兩次從AD574讀出AD轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量。 (3) 圖中，BIF OFF的接法表示10Vin或20Vin被設(shè)定為雙極性電壓輸入。若要使10Vin或20Vin被設(shè)定為單極性電壓輸入， 接線方式需作相應(yīng)改變。 第四章模擬量輸入輸出通道 例4-3在圖4-20中，試編寫程序，使AD574進行12位AD轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量存入內(nèi)部20H和21H單元。 設(shè)20H單元存放高8位，21H單元存放低4位。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-20 AD574與8031接口電路 第四章模擬量輸入輸出通道 解解程序清單如下： ORG 0000H MOV R0， 20H ;

39、數(shù)據(jù)區(qū)首地址 MOV DPTR, 0FF7CH MOVX DPTR， A ; 啟動AD轉(zhuǎn)換LOOP： JB P1.0， LOOP ; 轉(zhuǎn)換是否結(jié)束， 未結(jié)束， 等待 MOV DPTR， 0FF7DH MOVX A， DPTR ; 讀高8位數(shù)據(jù) MOV R0， A ; 存高8位數(shù)據(jù) INC DPTR INC DPTR MOVX A， DPTR ; 讀低4位數(shù)據(jù) ANL A， OFH ; 屏蔽高4位隨機數(shù) INC R0 MOV R0， A ; 存低4位數(shù)據(jù) END 第四章模擬量輸入輸出通道 此程序是按查詢法來進行編程的。若要提高CPU的利用率， 則可改成用中斷的方法。接線上，只需將圖中的STS端接

40、8031的外中斷端即可。 以上我們用3個典型例子說明了不同AD轉(zhuǎn)換芯片不同CPU的連接與應(yīng)用方法。一般來說接口芯片的應(yīng)用都是采用“弄清管腳功能， 適當連線和編制相應(yīng)軟件”的方法進行的。 第四章模擬量輸入輸出通道 MC14433是美國Motorola公司推出的單片3 1/2位A/D轉(zhuǎn)換器，其中集成了雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器所有的CMOS模擬電路和數(shù)字電路。具有外接元件少，輸入阻抗高，功耗低，電源電壓范圍寬，精度高等特點，并且具有自動校零和自動極性轉(zhuǎn)換功能，只要外接少量的阻容件即可構(gòu)成一個完整的A/D轉(zhuǎn)換器，其主要功能特性如下：第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 精度：讀數(shù)的0.05%

41、1字 模擬電壓輸入量程：1.999V和199.9mV兩檔 轉(zhuǎn)換速率：2-25次/s 輸入阻抗：大于1000M 電源電壓：4.8V8V 功耗：8mW（5V電源電壓時，典型值） 采用字位動態(tài)掃描BCD碼輸出方式，即千、百、十、個位BCD碼分時在Q0Q3輪流輸出，同時在DS1DS4端輸出同步字位選通脈沖，很方便實現(xiàn)LED的動態(tài)顯示。第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸出通道 MC14433的引腳說明： 1. Pin1(VAG)模擬地，為高科技阻輸入端，被測電壓和基準電壓的接入地。 2. Pin2(VR)基準電壓，此引腳為外接基準電壓的輸入端。MC14433只要一個正基準電壓即可測量正、負極性

42、的電壓。此外，VR端只要加上一個大于5個時鐘周期的負脈沖(VR)，就能夠復位至轉(zhuǎn)換周期的起始點。 第四章模擬量輸入輸出通道 3. Pin3(Vx)被測電壓的輸入端，MC14433屬于雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器，因而被測電壓與基準電壓有以下關(guān)系： 因此，滿量程的Vx=VR。當滿量程選為1.999V，VR可取2.000V，而當滿量程為199.9mV時，VR取200.0mV，在實際的應(yīng)用電路中，根據(jù)需要，VR值可在200mV2.000V之間選取。 第四章模擬量輸入輸出通道 4. Pin4-Pin6(R1/C1，C1)外接積分元件端 次三個引腳外接積分電阻和電容，積分電容一般選0.1uF聚脂薄膜電容，如果需

43、每秒轉(zhuǎn)換4次，時鐘頻率選為66kHz，在2.000V滿量程時，電阻R1約為470k，而滿量程為200mV時，R1取27k。 5. Pin7、Pin8(C01、C02)外接失調(diào)補償電容端，電容一般也選0.1uF聚脂薄膜電容即可。 6. Pin9(DU)更新顯示控制端，此引腳用來控制轉(zhuǎn)換結(jié)果的輸出。如果在積分器反向積分周期之前，DU端輸入一個正跳變脈沖，該轉(zhuǎn)換周期所得到的結(jié)果將被送入輸出鎖存器，經(jīng)多路開關(guān)選擇后輸出。否則繼續(xù)輸出上一個轉(zhuǎn)換周期所測量的數(shù)據(jù)。這個作用可用于保存測量數(shù)據(jù)，若不需要保存數(shù)據(jù)而是直接輸出測量數(shù)據(jù)，將DU端與EOC引腳直接短接即可。第四章模擬量輸入輸出通道 第四章模擬量輸入輸

44、出通道 7. Pin10、Pin11(CLK1、CLK0)時鐘外接元件端，MC14433內(nèi)置了時鐘振蕩電路，對時鐘頻率要求不高的場合，可選擇一個電阻即可設(shè)定時鐘頻率，時鐘頻率為66kHz時，外接電阻取300k即可。 若需要較高的時鐘頻率穩(wěn)定度，則需采用外接石英晶體或LC電路，參考附圖。 8. Pin12(VEE負電源端。VEE是整個電路的電壓最低點，此引腳的電流約為0.8mA，驅(qū)動電流并不流經(jīng)此引腳，故對提供此負電壓的電源供給電流要求不高。 8. Pin13(Vss)數(shù)字電路的負電源引腳。Vss工作電壓范圍為VDD-5VVssVEE。除CLK0外，所有輸出端均以Vss為低電平基準。第四章模擬量

45、輸入輸出通道 9. Pin14(EOC)轉(zhuǎn)換周期結(jié)束標志位。每個轉(zhuǎn)換周期結(jié)束時，EOC將輸出一個正脈沖信號。 10. Pin15( )過量程標志位，當|Vx|VREF時， 輸出為低電平。 11. Pin16、17、18、19(DS4、DS3、DS2、DS1)多路選通脈沖輸出端。DS1、DS2、DS3和DS4分別對應(yīng)千位、百位、十位、個位選通信號。當某一位DS信號有效（高電平）時，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)從Q0、Q1、Q2和Q3輸出，兩個選通脈沖之間的間隔為2個時鐘周期，以保證數(shù)據(jù)有充分的穩(wěn)定時間。 12. Pin20、21、22、23(Q0、Q1、Q2、Q3)BCD碼數(shù)據(jù)輸出端。該A/D轉(zhuǎn)換器以BCD碼的

46、方式輸出，通過多路開關(guān)分時選通輸出個位、十位、百位和千位的BCD數(shù)據(jù)。同時在DS1期間輸出的千位BCD碼還包含過量程、欠量程和極性標志信息。 13. Pin24(VDD)正電源電壓端。第四章模擬量輸入輸出通道 串行A/D轉(zhuǎn)換器與單片機的接口 MAX176管腳圖第四章模擬量輸入輸出通道 MAX176功能模塊圖第四章模擬量輸入輸出通道 單次方式下的時序第四章模擬量輸入輸出通道 連續(xù)轉(zhuǎn)換方式下的時序第四章模擬量輸入輸出通道 串行至并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換兩個移位寄存器74HC595第四章模擬量輸入輸出通道 MAX176與單片機接口第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)格式第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采集和處理 數(shù)據(jù)采

47、集系統(tǒng)的基本功能1. 時鐘.2. 采集,打印,顯示和超限報警.3. 能實現(xiàn)定時制表或人工干預及時打印制表.第四章模擬量輸入輸出通道 設(shè)計數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要考慮的問題1.分辨率和精度2.模擬量通道數(shù)3.采樣頻率的確定第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的發(fā)展1.快速,高精度的A/D轉(zhuǎn)換芯片不斷涌現(xiàn).,通用和專用的數(shù)據(jù)采集卡.2.數(shù)據(jù)采集和信號處理緊密結(jié)合,高速專用信號處理機.3.檢測和傳感技術(shù)的發(fā)展,智能傳感器.4.分布式數(shù)據(jù)采集以其更好地適應(yīng)不同地理位置的采集現(xiàn)場的要求,為分散性過程控制系統(tǒng)提供必要的技術(shù)支持.第四章模擬量輸入輸出通道 巡回檢測程序設(shè)計 概述 巡回檢測舉例 返回本章首頁第四章模

48、擬量輸入輸出通道 概述 所謂的巡回檢測就是對生產(chǎn)過程中的各個參數(shù)按照一定的周期進行檢查和測量，檢測的數(shù)據(jù)通過計算機處理后可以進行顯示、打印和報警等操作。巡回檢測程序主要由以下幾個方面構(gòu)成：1. 采樣周期T的確定 2. 采樣開關(guān)通道號的控制 3. A/D轉(zhuǎn)換 4. 數(shù)據(jù)處理 返回本節(jié)第四章模擬量輸入輸出通道 巡回檢測舉例 利用8位A/D轉(zhuǎn)換芯片（ADC0809） 第四章模擬量輸入輸出通道 圖圖 爐溫巡回檢測電路原理圖爐溫巡回檢測電路原理圖P0.0 0.7D0 7Q0Q2Q1ADDAADDBADDCALESTART2-7 2-2isb2-8msb2-12分頻CLOCKENABLEEOCADC080

49、974007400740674LS3738031.P2.7WRRDALE/PINT0IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7第四章模擬量輸入輸出通道 系統(tǒng)的硬件電路介紹： （1）測量元件和變送器 （2）A/D轉(zhuǎn)換電路 （3）二分頻電路 第四章模擬量輸入輸出通道 本程序由系統(tǒng)初始化程序和中斷程序組成。初始化程序完成中斷向量和定時器初值的設(shè)定；中斷程序完成數(shù)據(jù)采樣工作，實現(xiàn)對8個通道的巡回檢測。 初始化程序功能：設(shè)置定時器0、外部中斷0和外部中斷1的中斷程序入口；設(shè)置定時器0的工作方 式 為 方 式 1 ， 定 時 時 間 為100ms；設(shè)置計數(shù)單元（30H）初值。 初始化程序流程框圖如圖

50、所示。開中斷中斷初始化啟動定時器等待中斷開始設(shè)置中斷向量定時器初始化圖圖 初始化程序流程圖初始化程序流程圖第四章模擬量輸入輸出通道 定時器中斷程序流程框圖如圖所示。圖圖 定時器中斷程序流定時器中斷程序流程框圖程框圖關(guān)中斷計數(shù)單元加18s定時到否？觸發(fā)INTO重新加載數(shù)據(jù)開中斷否是開 始 返 回第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采樣程序流程框圖如圖所示。第四章模擬量輸入輸出通道 數(shù)據(jù)采樣程序程序清單： SAMPLE: SETB 00H；設(shè)置標志位 MOV DPTR,#0F00H；設(shè)置通道初值 MOV R6,#08H；設(shè)置通道數(shù) MOV R7,#05H；設(shè)置采樣次數(shù) MOVR0,#40H；設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)首

51、址 TRAN_S:MOVXDPTR,A；啟動A/D轉(zhuǎn)換程序流程圖 WAIT:JB00H,WAIT；標志位為1等待A/D轉(zhuǎn)換完成中斷 第四章模擬量輸入輸出通道 SETB00H；置標志位INCDPTR；通道號加1INCR0INCR0INCR0INCR0INCR0；45H為下一通道采樣數(shù)據(jù)存放首址DJNZR6,#TRAN_S；8個通道采樣未完，繼續(xù)采樣MOVDPTR,#0F00H；8個通道采樣結(jié)束，重置通道初值INCR0；修改采樣數(shù)據(jù)存放地址DJNZR7,TRAN_S；未完成5次采樣，繼續(xù)；數(shù)據(jù)處理程序.RETI第四章模擬量輸入輸出通道 4.2 模擬量輸出通道模擬量輸出通道 模擬量輸出通道是在計算機

52、控制系統(tǒng)中實現(xiàn)控制輸出的主要手段，其任務(wù)是把計算機(單片機)輸出的數(shù)字形式的控制信號變成模擬的電壓、電流信號，驅(qū)動相應(yīng)的執(zhí)行部件，從而完成計算機的控制目標。顯然，模擬輸出通道的關(guān)鍵部分是DA轉(zhuǎn)換器(DAC)，也就是本節(jié)我們討論的主要內(nèi)容。 第四章模擬量輸入輸出通道 DAC(Digital Analog Converter)的基本任務(wù)是根據(jù)輸入的數(shù)字信號，輸出相應(yīng)的、不同大小的模擬信號。 例如有一個4位ADC(即輸入的數(shù)字信號共有4位)， 輸出在07.5 V之間， 當輸入是0000時，輸出為0 V； 當輸入是0001時， 輸出為0.5 V； 當輸入是0010時，輸出為1 V；當輸入是0011時，

53、 輸出為1.5 V ； 當輸入是1111時， 輸出為7.5 V。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.2.1 DAC4.2.1 DAC的工作原理的工作原理1 1 權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)DACDAC權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)DAC的結(jié)構(gòu)最為簡單， 也是易于理解的一種電路。 圖4-21是一個4位權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)DAC的示意圖， 它包括電阻網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、基準電源和運算放大器。S3、S2、S1、S0是4個電子開關(guān)，它們分別受到數(shù)據(jù)D3、D2、D1、D0的控制，例如數(shù)據(jù)是1011，則S2斷開，其他開關(guān)閉合。由于各個開關(guān)所接的電阻阻值不同， 因此對輸出電壓的貢獻也是不一樣的， 可以寫出： )2(fCCoutiiDRR

54、UU第四章模擬量輸入輸出通道 如果選取Rf=R，則 )2(CCoutiiDUU雖然權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)DAC的結(jié)構(gòu)很簡單，但是實際上很少使用這種電路，原因是它要求電阻的阻值很大，其阻值精度必須非常高，例如一個12位的DAC，如果阻值最大的電阻是10 k， 其阻值精度至少要達到2 以內(nèi)，這是很難做到的。 所以實際的電路一般是下面介紹的類型。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-21 權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)DAC 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 梯形網(wǎng)絡(luò)梯形網(wǎng)絡(luò)DACDAC 由于權(quán)電阻求和網(wǎng)絡(luò)DAC的固有缺陷， 因此很少實際應(yīng)用， 實際應(yīng)用的基本上是梯形網(wǎng)絡(luò)DAC和倒梯形網(wǎng)絡(luò)DAC，它們都只使用阻值為R和2R的兩

55、種電阻，這樣就不需要對電阻提出高精度的要求了。 如圖4-22所示，它是梯形網(wǎng)絡(luò)的DAC，這種DAC也包括電阻網(wǎng)絡(luò)、電子開關(guān)、基準電源和運算放大器，但是它的電阻網(wǎng)絡(luò)與權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)是不同的。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-22 梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 第四章模擬量輸入輸出通道 它的工作原理如下：在電阻網(wǎng)絡(luò)中，有A、B、C等若干個節(jié)點，而每個節(jié)點向左、向下、向右的等效電阻都是2R，假如當前電子開關(guān)S0接基準電源Es，S1、S2、S3接地，由于A點左右兩邊的等效電阻相當于并聯(lián)，因此流過A節(jié)點下面電阻的電流必然是Es(3R)，而流過AB兩端電阻的電流就一定是Es(6R)，該電流在B節(jié)點再次被分流，流過BC兩

56、端電阻的電流就一定是Es(12R)，顯然每通過一個節(jié)點電流就只有原來的二分之一，最終流過Rf的電流是(Es3R)16，輸出Uout變成-(Es*Rf3R)16； 若S1接基準電源Es，S0、S2、S3接地，由于分流的環(huán)節(jié)少了一個， 因此輸出Uout變成-(Es *Rf3R)8，S2、S3單獨接基準電源Es也可以分別求出輸出是-(Es *Rf3R)4和-(Es *Rf3R)2， 當電子開關(guān)有多個接基準電源Es時，按照疊加定理，其輸出應(yīng)是上述電壓值的和， 從而可以很好地實現(xiàn)DA轉(zhuǎn)換。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-23 倒梯形電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 第四章模擬量輸入輸出通道 3 倒梯形網(wǎng)絡(luò)倒梯形網(wǎng)絡(luò)DA

57、C 如圖4-23所示，它是一個倒梯形的DAC示意圖， 它的原理與梯形DAC有類似的地方，也是利用等效電路與分流作用實現(xiàn)DA變換的。具體地說：每個節(jié)點向下、向左、向右的等效電阻都是2R，如果S3接到運放的輸入端，其他開關(guān)都接地，則流過Rf的電流是Es(2R)；如果S2接到運放的輸入端，其他開關(guān)都接地，由于該路電流經(jīng)過一次分流，因此流過Rf的電流是Es(4R)。 第四章模擬量輸入輸出通道 另外,S1單獨接運放輸入端或S0單獨接運放輸入端，在這兩種情況下可以算出流過Rf的電流分別是Es(8R)和Es(16R)。 按照疊加定理，還可以算出多個開關(guān)接運放輸入端時流過Rf的電流，以及最終輸出的電壓。 之所

58、以稱這種電路是“倒梯形”，是對比梯形電阻網(wǎng)絡(luò)的電路圖，它把基準電源Es和運放的位置進行了調(diào)換。 第四章模擬量輸入輸出通道 4.2.2 4.2.2 多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式1 1 數(shù)字保持器數(shù)字保持器如圖4-24所示，每一通道都有一個DA轉(zhuǎn)換器， 數(shù)字量保持在寄存器中(有的DA內(nèi)部具有雙緩沖寄存器機構(gòu))。 這種結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠， 即使一路DA有故障也不會影響其他通路的工作；缺點是使用DA較多。但隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，這個缺點正逐步得到克服。圖4-24的結(jié)構(gòu)在高速低噪聲傳輸時， 從微型機到各路REG的輸入線要用雙絞線對，且數(shù)量隨位數(shù)增加而增加。因此，

59、為減少連線數(shù)量可采用圖4-25所示的數(shù)字量串行輸出的通道結(jié)構(gòu)， 圖中SFR是移位寄存器。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-24 并行輸出的數(shù)字保持器 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-25 串行輸出的數(shù)字保持器 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 模擬保持器模擬保持器 如圖4-26所示，這種結(jié)構(gòu)共用一個DA，計算機必須分時地將各路數(shù)字量輸出到DA中，并且控制多路開關(guān)將模擬量送到某一路采樣保持器上保持。為了使保持器電壓不致下降太多，最好要不斷刷新。這種結(jié)構(gòu)由于分時工作， 因此僅適用于通道數(shù)量多但速度不高的場合， 另外其可靠性也較差。 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-26 模擬保持器輸出通道 第四章模

60、擬量輸入輸出通道 4.2.3 D4.2.3 DA A輸出方式輸出方式1 1 輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出電流轉(zhuǎn)換為電壓大多數(shù)DA輸出信號為電流，所以要外接帶反饋電阻的運算放大器才能獲得單極性電壓信號(盡管有的DA轉(zhuǎn)換器， 如0832內(nèi)已帶有一個反饋電阻Rf，一般仍需外接反饋電阻以便調(diào)節(jié)輸出電壓的大小)。 如圖4-27所示， 其輸出電壓為 Uout=IoutRf 第四章模擬量輸入輸出通道 圖4-27 DA單極性電壓輸出 第四章模擬量輸入輸出通道 2 2 雙極性模擬電壓輸出雙極性模擬電壓輸出 有時執(zhí)行機構(gòu)要求輸入雙極性模擬信號，此時可用圖4-28的電路來獲得雙極性模擬電壓輸出。 圖4-28 DA的雙極性