智能儀器輸出通道與接口技術課件

智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術1學習提綱1輸出通道概述2模擬量輸出及接口設計3數字量輸出及接口設計學習提綱1輸出通道概述21輸出通道概述輸出模擬量或數字量特點：小信號輸出，大功率控制D/A轉換輸出通道距干擾源近，干擾大1輸出通道概述輸出模擬量或數字量32模擬量輸出及接口設計模擬量輸出通道結構每個通道有獨立DAC2模擬量輸出及接口設計模擬量輸出通道結構4多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設計多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設計52模擬量輸出及接口設計DAC原理DAC是一種譯碼電路，輸入數字量D，輸出模擬量A，轉換關系：其中，VR為參考模擬量；ai為i位的二進制碼；n是位數。2模擬量輸出及接口設計DAC原理62模擬量輸出及接口設計內部結構2模擬量輸出及接口設計內部結構72模擬量輸出及接口設計DAC技術參數*（朱欣華、趙茂泰、史健芳）靜態(tài)指標分辨率：當輸入數字發(fā)生單位碼變化時所對應的模擬輸出的變化量，即LSB對應的模擬量，分辨率=1/2N模擬輸出滿量程。常用位數來表示，例：8位DAC的分辨率是8位。精度（轉換精度）不考慮DAC的轉換誤差時，精度由分辨率決定轉換誤差增益誤差：輸出與輸入特性曲線的斜率為DAC的轉換增益，實際增益與理想增益之間的偏差失調誤差：數字輸入全為0時，模擬量輸出與理想值（零點）的偏差，也稱為零點誤差。線性誤差：實際輸入輸出特性曲線與理想直線的最大偏差2模擬量輸出及接口設計DAC技術參數*（朱欣華、趙茂泰82模擬量輸出及接口設計動態(tài)指標建立時間：輸入的數字量變化后，輸出模擬量進入與穩(wěn)態(tài)值相差±1/2LSB范圍內所需的時間，決定了D/A轉換的速度。尖峰誤差：輸入數字量發(fā)生變化時，輸出模擬量產生瞬間尖峰造成的誤差。尖峰持續(xù)時間很短，但幅值可能很大造成原因：各開關在切換過程中延遲時間不一致環(huán)境指標溫度系數：環(huán)境溫度變化1℃引起輸出模擬量變化的百分數。包括失調溫度系數、增益溫度系數等。2模擬量輸出及接口設計動態(tài)指標92模擬量輸出及接口設計DAC分類按輸出形式分電流輸出AD7520/7521電壓輸出AD7224、AD667單極性輸出和雙極性輸出按位數來分8位、10位、12位、14位、16位、18位按通道來分二路、四路、八路，串行2模擬量輸出及接口設計DAC分類102模擬量輸出及接口設計DAC的典型應用可編程電壓源和電流源程控放大器（P81）波形發(fā)生器（P82）2模擬量輸出及接口設計DAC的典型應用112模擬量輸出及接口設計MAX515及接口設計內部結構引腳說明2模擬量輸出及接口設計MAX515及接口設計122模擬量輸出及接口設計工作時序2模擬量輸出及接口設計工作時序132模擬量輸出及接口設計接口設計2模擬量輸出及接口設計接口設計142模擬量輸出及接口設計程序設計MOVP1，#01H;端口初始化狀態(tài)CLRP1.0;CS清零MOVA,R1;取高8位數據MOVR3，#8;R3作為計數器,初值=8LOOP:

RLCAMOVP1.1，C;數據位送出SETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP;循環(huán)8次MOVA,R2;取低2位數據2模擬量輸出及接口設計程序設計152模擬量輸出及接口設計ANLA，#0C0H;屏蔽無效位MOVR3，#4;重置計數器為4LOOP1：RLCAMOVP1.1，CSETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP1;循環(huán)2次SETBP1.0;CS上升沿，更新輸出WAIT:SJMPWAITEND2模擬量輸出及接口設計ANLA，#0163數字量輸出及接口設計原理發(fā)出“0”或“1”兩種狀態(tài)控制發(fā)光二極管、光耦、繼電器、開關動作實現聲光報警、閥門開閉、電機啟停等作用電氣隔離光耦驅動三極管（9012、9013、8050、8550）繼電器3數字量輸出及接口設計原理173數字量輸出及接口設計光耦合器及接口發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，構成電-光-電轉換器件內部結構3數字量輸出及接口設計光耦合器及接口183數字量輸出及接口設計輸入特性：與晶體二極管的伏安特性基本一致，差異在于正向管壓降較大，0.9~1.1V反向擊穿電壓很小，僅6V3數字量輸出及接口設計輸入特性：與晶體二極管的伏安特性193數字量輸出及接口設計輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性也分為飽和區(qū)、線性區(qū)和截止區(qū)但以發(fā)光二極管的注入電流If為參變量3數字量輸出及接口設計輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性203數字量輸出及接口設計傳輸特性光耦工作在線性區(qū)域時，輸入電流If與輸出電流Ic成線性對應關系，用傳輸比β來表示：β反映了光耦的電信號傳輸能力，總小于1。3數字量輸出及接口設計傳輸特性213數字量輸出及接口設計光耦接口設計晶體管輸出型3數字量輸出及接口設計光耦接口設計223數字量輸出及接口設計晶閘管輸出型3數字量輸出及接口設計晶閘管輸出型233數字量輸出及接口設計繼電器及接口電磁繼電器結構及原理電路符號3數字量輸出及接口設計繼電器及接口243數字量輸出及接口設計接口電路繼電器動作時，對電源有一定干擾，需光耦進行電氣隔離直流電磁式繼電器一般用功率接口集成電路（SN75466、74451、74LS245）或晶體管（9012、9013、8550）驅動。3數字量輸出及接口設計接口電路253數字量輸出及接口設計固態(tài)繼電器（SSR）利用電子技術實現控制回路與負載回路之間的電隔離和信號耦合，無任何可動部件或觸頭特點：體積小、開關速度快、無機械開關和機械噪聲、開關無電弧、耐沖擊、抗有害氣體、壽命長。內部結構3數字量輸出及接口設計固態(tài)繼電器（SSR）263數字量輸出及接口設計分類直流型：開關元件為功率晶體管交流型：開關元件為雙向晶閘管和兩支反向串聯(lián)單向晶閘管過零型非過零型3數字量輸出及接口設計分類273數字量輸出及接口設計SSR輸入端驅動方式輸入電流在5~10mA時通，小于1mA時斷輸入電壓在不小于3V時通，小于1V時斷觸點控制TTL驅動CMOS驅動3數字量輸出及接口設計SSR輸入端驅動方式觸點控制TT283數字量輸出及接口設計接口設計單片機控制小功率交流電機3數字量輸出及接口設計接口設計單片機控制小功率交流電機293數字量輸出及接口設計單片機控制大功率交流電機3數字量輸出及接口設計單片機控制大功率交流電機303數字量輸出及接口設計應用SSR注意事項直流型SSR，當負載為感性時（直流電磁閥或電磁鐵），應在負載兩端并聯(lián)二極管。二極管電流應等于工作電流，電壓應大于工作電壓的4倍。大功率SSR應加瞬時過壓保護，大功率SSR無RC吸收保護網絡，需采用壓敏電阻保護開關電路（結合圖4-23）由于負載斷路、浪涌電流等易造成SSR損壞，一般按額定電流的10倍以上浪涌電流來選擇SSR。SSR的負載能力受工作環(huán)境溫度影響較大，溫度升高，負載能力下降。故，選用時應留有一定余量，并注意散熱處理。3數字量輸出及接口設計應用SSR注意事項31智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術32學習提綱1輸出通道概述2模擬量輸出及接口設計3數字量輸出及接口設計學習提綱1輸出通道概述331輸出通道概述輸出模擬量或數字量特點：小信號輸出，大功率控制D/A轉換輸出通道距干擾源近，干擾大1輸出通道概述輸出模擬量或數字量342模擬量輸出及接口設計模擬量輸出通道結構每個通道有獨立DAC2模擬量輸出及接口設計模擬量輸出通道結構35多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設計多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設計362模擬量輸出及接口設計DAC原理DAC是一種譯碼電路，輸入數字量D，輸出模擬量A，轉換關系：其中，VR為參考模擬量；ai為i位的二進制碼；n是位數。2模擬量輸出及接口設計DAC原理372模擬量輸出及接口設計內部結構2模擬量輸出及接口設計內部結構382模擬量輸出及接口設計DAC技術參數*（朱欣華、趙茂泰、史健芳）靜態(tài)指標分辨率：當輸入數字發(fā)生單位碼變化時所對應的模擬輸出的變化量，即LSB對應的模擬量，分辨率=1/2N模擬輸出滿量程。常用位數來表示，例：8位DAC的分辨率是8位。精度（轉換精度）不考慮DAC的轉換誤差時，精度由分辨率決定轉換誤差增益誤差：輸出與輸入特性曲線的斜率為DAC的轉換增益，實際增益與理想增益之間的偏差失調誤差：數字輸入全為0時，模擬量輸出與理想值（零點）的偏差，也稱為零點誤差。線性誤差：實際輸入輸出特性曲線與理想直線的最大偏差2模擬量輸出及接口設計DAC技術參數*（朱欣華、趙茂泰392模擬量輸出及接口設計動態(tài)指標建立時間：輸入的數字量變化后，輸出模擬量進入與穩(wěn)態(tài)值相差±1/2LSB范圍內所需的時間，決定了D/A轉換的速度。尖峰誤差：輸入數字量發(fā)生變化時，輸出模擬量產生瞬間尖峰造成的誤差。尖峰持續(xù)時間很短，但幅值可能很大造成原因：各開關在切換過程中延遲時間不一致環(huán)境指標溫度系數：環(huán)境溫度變化1℃引起輸出模擬量變化的百分數。包括失調溫度系數、增益溫度系數等。2模擬量輸出及接口設計動態(tài)指標402模擬量輸出及接口設計DAC分類按輸出形式分電流輸出AD7520/7521電壓輸出AD7224、AD667單極性輸出和雙極性輸出按位數來分8位、10位、12位、14位、16位、18位按通道來分二路、四路、八路，串行2模擬量輸出及接口設計DAC分類412模擬量輸出及接口設計DAC的典型應用可編程電壓源和電流源程控放大器（P81）波形發(fā)生器（P82）2模擬量輸出及接口設計DAC的典型應用422模擬量輸出及接口設計MAX515及接口設計內部結構引腳說明2模擬量輸出及接口設計MAX515及接口設計432模擬量輸出及接口設計工作時序2模擬量輸出及接口設計工作時序442模擬量輸出及接口設計接口設計2模擬量輸出及接口設計接口設計452模擬量輸出及接口設計程序設計MOVP1，#01H;端口初始化狀態(tài)CLRP1.0;CS清零MOVA,R1;取高8位數據MOVR3，#8;R3作為計數器,初值=8LOOP:

RLCAMOVP1.1，C;數據位送出SETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP;循環(huán)8次MOVA,R2;取低2位數據2模擬量輸出及接口設計程序設計462模擬量輸出及接口設計ANLA，#0C0H;屏蔽無效位MOVR3，#4;重置計數器為4LOOP1：RLCAMOVP1.1，CSETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP1;循環(huán)2次SETBP1.0;CS上升沿，更新輸出WAIT:SJMPWAITEND2模擬量輸出及接口設計ANLA，#0473數字量輸出及接口設計原理發(fā)出“0”或“1”兩種狀態(tài)控制發(fā)光二極管、光耦、繼電器、開關動作實現聲光報警、閥門開閉、電機啟停等作用電氣隔離光耦驅動三極管（9012、9013、8050、8550）繼電器3數字量輸出及接口設計原理483數字量輸出及接口設計光耦合器及接口發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，構成電-光-電轉換器件內部結構3數字量輸出及接口設計光耦合器及接口493數字量輸出及接口設計輸入特性：與晶體二極管的伏安特性基本一致，差異在于正向管壓降較大，0.9~1.1V反向擊穿電壓很小，僅6V3數字量輸出及接口設計輸入特性：與晶體二極管的伏安特性503數字量輸出及接口設計輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性也分為飽和區(qū)、線性區(qū)和截止區(qū)但以發(fā)光二極管的注入電流If為參變量3數字量輸出及接口設計輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性513數字量輸出及接口設計傳輸特性光耦工作在線性區(qū)域時，輸入電流If與輸出電流Ic成線性對應關系，用傳輸比β來表示：β反映了光耦的電信號傳輸能力，總小于1。3數字量輸出及接口設計傳輸特性523數字量輸出及接口設計光耦接口設計晶體管輸出型3數字量輸出及接口設計光耦接口設計533數字量輸出及接口設計晶閘管輸出型3數字量輸出及接口設計晶閘管輸出型543數字量輸出及接口設計繼電器及接口電磁繼電器結構及原理電路符號3數字量輸出及接口設計繼電器及接口553數字量輸出及接口設計接口電路繼電器動作時，對電源有一定干擾，需光耦進行電氣隔離直流電磁式繼電器一般用功率接口集成電路（SN75466、74451、74LS245）或晶體管（9012、9013、8550）驅動。3數字量輸出及接口設計接口電路563數字量輸出及接口設計固