模拟量的输入输出课件.ppt

Ch.8 模拟量的输入输出模拟量的输入输出n本章内容本章内容n模拟量输入输出通道的组成模拟量输入输出通道的组成nD/A转换器转换器n原理及连接使用方法原理及连接使用方法nA/D转换器转换器n原理及连接使用方法原理及连接使用方法拌泡檀希箩悄该孜渭右粘炳蒂滋共锥碘玄拂著柠壳尉葡塑拄屯疙淘矛妇匣模拟量的输入输出接口技术与中断 n模拟量模拟量I/O接口的作用：接口的作用：n实际工业生产环境实际工业生产环境连续变化的模拟量连续变化的模拟量 n例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 n计算机内部计算机内部离散的数字量离散的数字量n二进制数、十进制数二进制数、十进制数n工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制 概述概述 模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机汤寡掐拣禁包熊割蔽馅俯泥谬恨里痰藩躺肠浙棘畦露癌监虫陌槽兄白踢老模拟量的输入输出接口技术与中断 8.1 模拟量模拟量I/O通道的组成通道的组成模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道铆凌赠钠探绢噪钒随保尼且柒掖陵藻域便涕锗成针悔驮贰境担峨捧返步著模拟量的输入输出接口技术与中断模拟量输入通道模拟量输入通道n传感器（传感器（Transducer）n非电量非电量电压、电流电压、电流 n变送器（变送器（Transformer）n转换成标准的电信号转换成标准的电信号n信号处理（信号处理（Signal Processing）n放大、整形、滤波放大、整形、滤波 n多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer）n多选一多选一n采样保持电路（采样保持电路（Sample Holder，S/H）n保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变nA/D变换器（变换器（A/D Converter）n模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量 枯榨瓮迈新炸碗国掷鄙楞邱谈鹅卿入隆垒枢香盘侩厂茬识规阂泥博叫歼缉模拟量的输入输出接口技术与中断模拟量输出通道模拟量输出通道nD/A变换器（变换器（D/A Converter）n数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量n低通滤波低通滤波n平滑输出波形平滑输出波形n放大驱动放大驱动n提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流萎孺抠患趴欲诫屋啡德买涅腻侵郊莉导冰戮茎怔跟捎胶尖俭柠婶冗惯颁指模拟量的输入输出接口技术与中断8.2 数数/模（模（D/A）变换器）变换器n8.2.1 D/A变换器的基本原理及技术指标变换器的基本原理及技术指标nD/A变换器的基本工作原理变换器的基本工作原理n组成：模拟开关、组成：模拟开关、电阻网络电阻网络、运算放大器、运算放大器 n两种电阻网络：权电阻网络、两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络n基本结构如图：基本结构如图：VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量裕肖皖敷博姥手见烤狠紫静石茧斥倍做辟叹男萌猩偏甫胶讳戮浩受控们厦模拟量的输入输出接口技术与中断D/A变换原理变换原理 n运放的放大倍数足够大时，输出电压运放的放大倍数足够大时，输出电压Vo与输与输入电压入电压Vin的关系为：的关系为：式中：式中：Rf 为反馈电阻为反馈电阻 R 为输入电阻为输入电阻 VinRf VoR 膊你配恭乡嫡眺稍蘸另谰梧塑诈狰癌墒久茄跑贝珍躲绥邦识铸昼鲤棒席雕模拟量的输入输出接口技术与中断 n若输入端有若输入端有n个支路个支路,则输出电压则输出电压VO与输入与输入电压电压Vi的关系为：的关系为：VinRf VOR1式中：式中：Ri 为第为第i支路的输支路的输 入电阻入电阻Rn庭展乒秩挽洗骏凝詹倡洪递泌昼密羊厂撰仙锋曳茂风灸剑召玻屈约销即摘模拟量的输入输出接口技术与中断n令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2iRf,并令并令Vin为一为一基准电压基准电压Vref，则有，则有n如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关Si控制，控制，Si=1表示表示Si合上，合上，Si=0表示表示Si断开，则上式变换为断开，则上式变换为 若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献主纯才秆卓工稽铃鹤捞朔啸谩肺识赁计坊嗓践猩儒显塌靴隋咸冷揣薛稿诣模拟量的输入输出接口技术与中断2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8n与上式相对应的电路如下与上式相对应的电路如下(图中图中n=8)：n图中的电阻网络就称为图中的电阻网络就称为权电阻网络权电阻网络载汪伟车和晒骚壶挤少赔茵姿墩贩酮起谐徐粪滞戮携偿绪望彻复腕越霸保模拟量的输入输出接口技术与中断n如果用如果用8位二进制代码来控制图中的位二进制代码来控制图中的S1S8(Di=1时时Si闭合；闭合；Di=0时时Si断开断开)，那么根据，那么根据二进制代码的不同，输出电压二进制代码的不同，输出电压VO也不同，也不同，这就构成了这就构成了8位的位的D/A转换器。

转换器n可以看出，当代码在可以看出，当代码在0FFH之间变化时，之间变化时，VO相应地在相应地在0-(255/256)Vref之间变化之间变化n为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的际的D/A转换器转换器采用采用R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络(见见下页下页)，它只用两种阻值的电阻，它只用两种阻值的电阻(R和和2R)驮穗骇葱阐失乖憋楷秃瞄敖荣蛮泽饲潦呛陆湘蟹袁券妆咬贼翔披排掇前缺模拟量的输入输出接口技术与中断R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络环呻昼鲸健鹿阴颂苫筹蛛揉在艇淡缔慑衙挪釜孙脐己驰蹄熬茶赶生勇敖殖模拟量的输入输出接口技术与中断D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标n分辨率分辨率（Resolution）n输入的二进制数每1个最低有效位个最低有效位(LSB)使输出变化的程度n一般用输入数字量的位数来表示:如8位、10位例：一个满量程为例：一个满量程为5V的的10位位DAC，1 LSB的变化将使输出变化的变化将使输出变化 5/(210-1)=5/1023=0.004888V=4.888mVn转换精度转换精度（误差误差）n实际输出值与理论值之间的最大偏差。

n一般用最小量化阶来度量，如1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量，如0.05%FSRLSB:Least Significant BitFSR:Full Scale Range)异犬簿帐猖淡诡据默救达求睦妥或撑勇匝生婆献龚权红欠洋找长哥孺橇荡模拟量的输入输出接口技术与中断 n转换时间转换时间n从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL0澡后责滓泣捎切菏缠爪贝谅霍货巾惺沥恶涯渔够键佑零貌瘦京丰减洽篇歌模拟量的输入输出接口技术与中断8.2.2 典型典型D/A转换器转换器nDAC0832n特性：n8位电流输出型D/A转换器nT型电阻网络n差动输出n引线图见教材p351 洞丛狡肉备戌油骆霖蜡蛋忱椅砒象翻舱厢刘京泣泉荷像榴躯帅取撮笋裔辕模拟量的输入输出接口技术与中断DAC0832内部结构内部结构册死赎加妇潜掐采肃明坏窿侦七秆阁菜必退忿匹湍蒙连谈恫贰茵广矿篙笺模拟量的输入输出接口技术与中断引脚功能引脚功能nD7D0：输入数据线nILE：输入锁存允许nCS：片选信号 用于把数据写入到输入锁存器用于把数据写入到输入锁存器nWR1：写输入锁存器 nWR2：写DAC寄存器nXFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器 上述二个信号用于启动转换上述二个信号用于启动转换nVREF：参考电压，-10V+10V，一般为+5V或+10VnIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入nRfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出nAGND、DGND：模拟地和数字地 淬但滞谭娘靖忙难臼贮剑衰潜剑步瘤停婚伎抖砒嗣哨境敷拈死鲸皑年颠冻模拟量的输入输出接口技术与中断工作时序工作时序nD/A转换可分为两个阶段：转换可分为两个阶段：nCS=0、WR1=0、ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器；，使输入数据锁存到输入寄存器；nWR2=0、XFER=0，数据传送到，数据传送到DAC寄存器，并开始转换。

寄存器，并开始转换写输入写输入寄存器寄存器写写DAC寄存器寄存器渴奶捂福诲寥娇例携殉线蛊蚀味心大蜗殖初浪饰名赠外擞贮腰垮斧现坐个模拟量的输入输出接口技术与中断工作方式工作方式n单缓冲方式单缓冲方式n使输入锁存器或使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通寄存器二者之一处于直通CPU只需一次写入即开始转换控制比较简单见教材p352图n双缓冲方式双缓冲方式（标准方式）（标准方式）n转换要有两个步骤：n将数据写入输入寄存器nCS=0、WR1=0、ILE=1n将输入寄存器的内容写入DAC寄存器nWR2=0、XFER=0 n优点：数据接收与D/A转换可异步进行；可实现多个DAC同步转换输出分时写入、同步转换n直通方式直通方式n使内部的两个寄存器都处于直通状态模拟输出始终跟随输入变化n不能直接与数据总线连接不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)日曙敬遇团啪泛缅娄藕拉标撤坐瘩锣贺搅祸酵搔故俩霹颧戴龙梦捏瞳滚象模拟量的输入输出接口技术与中断双缓冲方式双缓冲方式同步转换举例同步转换举例A10-A0译码器译码器0832-10832-2port1port2port3择藏债猎台闪淤舰摔茎驮菇绸亚范瑰郝咆丙疤日该集泅配啦喷得社莽激鞠模拟量的输入输出接口技术与中断 输出方式输出方式 DAC0830为电流输出型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需要外接一个运算放大器。

1)单极性模拟电压输出单极性模拟电压输出如果参考电压为+5 V，则当数字量N从00H至FFH变化时，对应的模拟电压VO的输出范围是05 V，如下图所示膝镭冈箍善怎锄始烁房逝纤喻曰血报吵荧舱成缅诊阶吠阵莱踞牌胡探生糜模拟量的输入输出接口技术与中断 (2)双极性模拟电压输出双极性模拟电压输出如果要输出双极性电压，则需在输出端再加一级运算放大器作为偏移电路，如下图所示当数字量N从00H至FFH变化时，对应的模拟电压VO的输出范围是5+5 V攫恤吃弓惰样蛮醇蜕菌损糖赏血央嫌蛊眯霞颗苫辟屹湛讶谴仍已雌官态宦模拟量的输入输出接口技术与中断双缓冲方式的程序段示例双缓冲方式的程序段示例本例中三个端口地址的用途：port1 选择选择0832-1的输入寄存器的输入寄存器 port2 选择选择0832-2的输入寄存器的输入寄存器 port3 选择选择0832-1和和0832-2的的DAC寄存器寄存器MOV AL，data ;要转换的数据送ALMOV DX，port1 ;0832-1的输入寄存器地址送DXOUT DX，AL ;数据送0832-1的输入寄存器MOV DX，port2 ;0832-2输入寄存器地址送DXOUT DX，AL ;数据送0832-2的输入寄存器MOV DX，port3 ;DAC寄存器端口地址送DXOUT DX，AL ;数据送DAC寄存器，并启动同步转换HLT氧秤茬租磅啦津佐瑚宜啸沸赴只蛮蹲枫湃播央歪遁晋拌握信拂岁套荐镶酣模拟量的输入输出接口技术与中断D/A转换器的应用转换器的应用n函数发生器函数发生器n只要往D/A转换器写入按规律变化的数据，即可在输出端获得正弦波、三角波、锯齿波、方波、阶梯波、梯形波等函数波形。

n直流电机的转速控制直流电机的转速控制n用不同的数值产生不同的电压，控制电机的转速n其他需要。