1、第3章 過程通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.1 概述概述3.2 模擬量輸入通道模擬量輸入通道3.3 D/A與與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)轉(zhuǎn)換技術(shù)3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.6 模擬量輸出通道模擬量輸出通道3.7 過程通道的抗干擾能力過程通道的抗干擾能力3.1 概述 在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，I/O通道是連接計(jì)算機(jī)和工業(yè)對(duì)象(生產(chǎn)過程或生產(chǎn)機(jī)械等)的必不可少的重要部分。I/O通道的主要任務(wù)是將由檢測(cè)器件測(cè)取的各種參量變換成計(jì)算機(jī)所能接收的信息形式送入計(jì)算機(jī)，并把控制信號(hào)轉(zhuǎn)換成被控對(duì)象所能接收的信息形式傳輸給被控對(duì)象。因此，I/O通道起到了CPU和

2、被控對(duì)象之間的信息傳送和變換的橋梁作用。 I/O通道分為模擬量輸入通道模擬量輸入通道、模擬量輸出通道模擬量輸出通道、數(shù)字量輸入通道數(shù)字量輸入通道和數(shù)字量輸出通道數(shù)字量輸出通道四種，如下圖。3.1.1 過程通道的組成和功用過程通道的組成和功用3.1 概述圖3-1 I/O通道組成 本章重點(diǎn)講述模擬量輸入通道和模擬量輸出通道。3.1 概述3.1.2 信號(hào)轉(zhuǎn)換中的采樣、量化和編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換中的采樣、量化和編碼 外部被控對(duì)象的測(cè)量參數(shù)經(jīng)測(cè)量裝置測(cè)得的模擬電信號(hào)，首先要經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣、量化和編碼后，變成計(jì)算機(jī)內(nèi)通用的數(shù)字信號(hào)，才能正確的被計(jì)算機(jī)接收和處理。1、采樣過程 所謂采樣過程(簡稱采樣)是用

3、采樣開關(guān)(或采樣單元)將模擬信號(hào)按一定時(shí)間間隔抽樣成離散模擬信號(hào)的過程。見圖3-23.1 概述圖3-2 模擬信號(hào)采樣過程 采樣信號(hào)在時(shí)間軸上是離散的，但在函數(shù)軸上仍然是連續(xù)的。 采樣信號(hào)若要正確的恢復(fù)出原始信號(hào)需要滿足香農(nóng)采樣定理。3.1 概述2、量化過程 量化過程就是用一組數(shù)碼來逼近離散模擬信號(hào)的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。見圖3-3圖3-3 量化過程3.1 概述3、編碼 不同計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識(shí)別的數(shù)值編碼可能不同，需要對(duì)A/D轉(zhuǎn)換的信息正確進(jìn)行編碼。如：雙極性編碼、偏移二進(jìn)制碼、補(bǔ)碼等。3.2 模擬量輸入通道 模擬量輸入通道完成模擬量的采集并轉(zhuǎn)換成數(shù)字量送入計(jì)算機(jī)的任務(wù)。依據(jù)被控參量和控制要求的不

4、同，模擬量輸入通道的結(jié)構(gòu)形式不完全相同。目前普遍采用的是公用運(yùn)算放大器和AD轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)形式，其組成方框圖如圖3-4所示。圖3-4 模擬量輸入通道3.2 模擬量輸入通道3.2.1 模擬量輸入通道的一般組成 由圖3-4可知模擬量輸入通道主要由信號(hào)處理信號(hào)處理、采采樣單元樣單元、采樣保持器采樣保持器、放大器放大器及A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器等組成。1、信號(hào)處理單元 信號(hào)預(yù)處理裝置一般包括標(biāo)度變換器、濾波電路、線性化處理及電參量間的轉(zhuǎn)換電路等。2、采樣單元 采樣單元也稱為多路轉(zhuǎn)換器或多路切換開關(guān)，它的作用是把已變換成統(tǒng)一電壓信號(hào)(040mV)的測(cè)量信號(hào)按序或隨機(jī)的接到采樣保持器或直接接到數(shù)據(jù)放大器上。3.2

5、 模擬量輸入通道 采樣單元一般由開關(guān)矩陣及其邏輯控制電路組成。邏輯控制電路是在軟件或通道控制電路的控制下，保證以一定的速度和所要求的次序一個(gè)一個(gè)的選擇被測(cè)模擬信號(hào)的輸入。開關(guān)矩陣是由稱為模擬開關(guān)的開關(guān)構(gòu)成的，模擬開關(guān)是指以某種方式接通或斷開模擬信號(hào)的元件或電路。 模擬開關(guān)分兩類，一類為機(jī)械式觸點(diǎn)或開關(guān)，如干簧(或濕簧)繼電器、水銀繼電器等。 另一類模擬開關(guān)是晶體管開關(guān)、場(chǎng)效應(yīng)管開關(guān)和光電耦合開關(guān)。3.2 模擬量輸入通道3、采樣保持電路 采樣保持電路有兩個(gè)工作狀態(tài)，一是采樣狀態(tài)，二是保持狀態(tài)。4、放大器 采樣單元或經(jīng)采樣保持電路后的被測(cè)電壓信號(hào)通常是040mV的弱信號(hào)，需經(jīng)過運(yùn)算放大器放大，從而

6、提高輸出電平，實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，或經(jīng)差分放大提高共模抑制比，然后才能送A/D轉(zhuǎn)換器。5、A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器是模擬量輸入通道的核心部分。3.2 模擬量輸入通道3.2.2 多路轉(zhuǎn)換開關(guān) 理想多路開關(guān)性能：開路電阻無窮大，接通電阻等于零，切換速度快，噪聲小，壽命長，工作可靠。 機(jī)械觸電式（如干簧繼電器、機(jī)械振子式繼電器），目前較少使用。 電子式開關(guān)（晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管及集成電路開關(guān)）等，較為常用。如CD4051、CD4052等。3.2 模擬量輸入通道3.2.3 可編程放大器 可編程放大器是一種通用性強(qiáng)的高級(jí)放大器，可以根據(jù)需要用程序來改變它的放大倍數(shù)，而采用一般放大器則對(duì)不同信號(hào)放大時(shí)存在不足，對(duì)

7、小信號(hào)放大不夠，對(duì)大信號(hào)放大可能超過其范圍。 目前儀表行業(yè)中較常用的是儀表放大器，精度高，共模抑制能力強(qiáng)、漂移小等優(yōu)點(diǎn)。3.2.4 采樣與保持器 為了消除模擬采樣信號(hào)連續(xù)變化引起的A/D轉(zhuǎn)換誤差，一般需要在A/D轉(zhuǎn)換前設(shè)計(jì)采樣保持器。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)3.3.1 D/A轉(zhuǎn)換的原理 D/A轉(zhuǎn)換器是把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的器件，它是模擬量輸出通道的重要組成部分。同時(shí)也是許多種A/D轉(zhuǎn)換器中的重要組成部分。 D/A轉(zhuǎn)換器按其工作方式可分成并行并行和串行串行兩種。并行D/A轉(zhuǎn)換器又可分成電流相加型和電壓相加型。還有并行數(shù)據(jù)是二進(jìn)制數(shù)或二一十進(jìn)制數(shù)之別。并行DA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速度快，應(yīng)用較多。串行

8、DA轉(zhuǎn)換有特殊用途，在某些情況下必須采用它，如步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的控制。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)1、并行D/A轉(zhuǎn)換器的原理 數(shù)字量是由一位一位的數(shù)位構(gòu)成的，每個(gè)數(shù)位都代表一定的權(quán)。為了把一個(gè)數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，必須把每一位上的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，再把代表各位的模擬量相加，這樣，得到的總的模擬量就與數(shù)字量成正比的模擬量，實(shí)現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換。按上述原理構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器主要由電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器兩部分組成。 常用的電阻網(wǎng)路有兩種：權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)（P46圖3-11）和T型電阻網(wǎng)絡(luò)（P46圖3-12）3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)10101010VREFRI3I3I2I2I1I1I0I0I0R

9、RRR2R2R2R2Rb3b2b1b0四位DAC寄存器.RfIRfIout1Iout2Vout.AOA+-S3S2S1S03.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)2、串行D/A轉(zhuǎn)換器的原理 串行DA轉(zhuǎn)換器的基本工作原理是先把數(shù)字量轉(zhuǎn)換成一系列的脈沖，一個(gè)脈沖相當(dāng)于數(shù)字量的一個(gè)單位，再把每一個(gè)脈沖變成單位模擬量，然后將所有單位模擬量相加，從而得到和數(shù)字量成正比的總的模擬量輸出。 采用步進(jìn)電動(dòng)機(jī)的DA轉(zhuǎn)換器的原理框圖如圖。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)3.3.2 A/D轉(zhuǎn)換原理 微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中常采用中、低速的A/D轉(zhuǎn)換器，目前用的主要分為計(jì)數(shù)式、雙積分式和逐次逼近式三種。第一種基本淘汰，第二種精度較高

10、，第三種精度和轉(zhuǎn)換速度較好，采用較多。1、計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換器 計(jì)數(shù)器式A/D轉(zhuǎn)換器由計(jì)數(shù)器、D/A轉(zhuǎn)換器及比較器組成。其原理框圖如圖。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)2、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器 如圖所示，雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的主要部件有積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和標(biāo)準(zhǔn)電壓源。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)3、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器 逐次次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器電路原理框圖如圖下所示。它主要由N位逐次逼近寄存器SAR、D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、置數(shù)選擇邏輯電路等部分所組成。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)3.3.3 A/D與D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)一、一、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)

11、轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率 分辨率通常用轉(zhuǎn)換后數(shù)字量的位數(shù)表示。分辨率是指能使轉(zhuǎn)換后數(shù)字量變化1的最小模擬輸入量。2.量程 量程是指所能轉(zhuǎn)換的電壓范圍。3.轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度是指轉(zhuǎn)換后所得結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的準(zhǔn)確度。有絕對(duì)精度和相對(duì)精度兩種表示法。3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)4轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指啟動(dòng)A/D到轉(zhuǎn)換結(jié)束所需的時(shí)間。不同型號(hào)、不同分辨率的器件，轉(zhuǎn)換時(shí)間相差很大。5工作溫度范圍 較好的A/D轉(zhuǎn)換器的工作溫度為一4085，較差的為070。二、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1分辨率3.3 D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù) D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率表示當(dāng)輸入數(shù)字量變化1時(shí)，輸出模擬量變化的大小。對(duì)于一

12、個(gè)N位的D/A轉(zhuǎn)換器其分辨率為：分辨率=滿刻度值2N2穩(wěn)定時(shí)間 穩(wěn)定時(shí)間是D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換速率的量度，是指D/A轉(zhuǎn)換器代碼有滿刻度值變化時(shí)，其輸出達(dá)到并保持在所給定的百分?jǐn)?shù)誤差范圍內(nèi)所需要的時(shí)間。一般為幾十納秒到幾微秒。3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口3.4.1 8位A/D轉(zhuǎn)換器 ACD08080809是單片雙列直插式集成電路芯片，是8通路8位AD轉(zhuǎn)換器。1、電路組成及轉(zhuǎn)換原理-+OA模擬輸入Vx數(shù)字輸出啟動(dòng)CKDONE控制邏輯N位寄存器N位D/A轉(zhuǎn)換器Vc比較器 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器是一種采用對(duì)分搜索原理來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法，邏輯框圖如圖所示。3.4

13、 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口其原理框圖如圖3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口2、ADC0808/0809的引腳及功能 ADC0809采用雙列直插式封裝，共有28條引腳。其引腳結(jié)構(gòu)如圖所示。IN5D7D6D0D1D2D3D4D5Vref(+)OEGNDVccADDCADC08091109876543220141516171819131211IN3IN4IN7IN6STARTEOCCLOCKVref(-)ALEADDAADDBIN0IN1IN22827262524232221引腳結(jié)構(gòu)： （1）IN7IN0：8條模擬量輸入通道

14、（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 3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口表表 被選通道和地址的關(guān)系被選通道和地址的關(guān)系3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口3.4.2 12位A/D轉(zhuǎn)換器 AD574是一個(gè)完整的12位逐次逼近式帶三態(tài)緩沖器的A/D轉(zhuǎn)換器，它可以直接與8位或6位微型機(jī)總線進(jìn)行接口。AD574是由兩個(gè)大規(guī)模集成電路組成的。1AD574的電路組成 AD574的原理框圖如下圖所示。由圖下可見，AD574由模擬芯片和數(shù)字芯片兩部分組成。3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微

15、處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口2.引腳功能 AD574為28腳雙列直插式封裝，引腳排列如圖所示。結(jié)構(gòu)特點(diǎn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn) AD574內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，參考電內(nèi)部集成有轉(zhuǎn)換時(shí)鐘，參考電壓源和三態(tài)輸出鎖存器，因此使用方便，壓源和三態(tài)輸出鎖存器，因此使用方便，可直接和微機(jī)接口，不需要外接時(shí)鐘電路。可直接和微機(jī)接口，不需要外接時(shí)鐘電路。 ADC0809的輸入模擬電壓為的輸入模擬電壓為0+5V，是單極性的。而，是單極性的。而AD574的輸入模的輸入模擬電壓既可是單極性也可是雙極性。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)定為的數(shù)字量的位數(shù)可以設(shè)定為8位，也可設(shè)定為位，也可設(shè)定為1

16、2位。位。3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口3.4.3 A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接及舉例1、與系統(tǒng)的連接信號(hào) A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)外的連接信號(hào)，有下列幾類：模擬輸入信號(hào)、數(shù)據(jù)輸出信號(hào)、啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)及數(shù)據(jù)的讀取。A/D轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)連接時(shí)，就要考慮這些信號(hào)的連接問題：（1）輸入模擬電壓的連接；（2）數(shù)據(jù)輸出和系統(tǒng)總線的連接；（3）A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器是在CPU控制下工作的，即由CPU發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)。啟動(dòng)信號(hào)有電平啟動(dòng)和脈沖啟動(dòng)兩種方式。3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口 CPU一般可以采用3種方式和A/D轉(zhuǎn)

17、換器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)對(duì)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。第一種是程序查詢方式。第二種是中斷方式。第三種是固定的延遲程序方式。2、A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)連接舉例（1） 8位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808/0809和CPU的連接地址鎖存.8031ADC0809ALEP0.7P0.0P2.7WRRDINTCKDQQA0A1A2D0D7ABCCLKSTARTALEOEEOC.IN0IN1IN7IN6IN5IN4IN3IN2+ 如圖所示，試用查詢和中斷兩種方式編寫程序，對(duì)IN5通道上的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入內(nèi)部RAM20H單元。3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口解：中斷方式程序清單：解：

18、中斷方式程序清單：ORG0000HMOVDPTR，#7FF5HMOVX DPTR，A；啟動(dòng)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換SETBEASETBEX1；開外中；開外中斷斷1SETBIT1；外中斷；外中斷請(qǐng)求信號(hào)為下跳沿觸發(fā)方式請(qǐng)求信號(hào)為下跳沿觸發(fā)方式LOOP：SJMPLOOP；等待中斷等待中斷END中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序：ORG0013H ；外中斷；外中斷1的入口的入口地址地址LJMP1000H ；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序的入口地址的入口地址ORG1000HMOVX A，DPTR；讀??；讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOV20H，A；存儲(chǔ)數(shù)；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)據(jù)RETI；中斷返回；中斷返回3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)

19、換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口查詢方式程序清單：查詢方式程序清單：ORG 0000HMOV DPTR，#7FF5HMOVXDPTR，A ；啟動(dòng)；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換LOOP：JBP3.3，LOOP；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束MOVXA，DPTR ；讀??；讀取A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOV 20H，A；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；存儲(chǔ)數(shù)據(jù)END3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口例如圖所示，試編程對(duì)例如圖所示，試編程對(duì)8個(gè)模擬通道上的模擬電壓個(gè)模擬通道上的模擬電壓進(jìn)行一遍數(shù)字采集，并將采集結(jié)果送入內(nèi)部進(jìn)行一遍數(shù)字采集，并將采集結(jié)果送入內(nèi)部RAM以以30H單元為始地址的

20、輸入緩沖區(qū)。單元為始地址的輸入緩沖區(qū)。8031EAALEP0.7 P0.0WR地址鎖存器譯碼器EOCADDAALEOESTARTCLOCK29-1ADC0809INT1RDADDCADDB2-8P0.0P0.2P0.1622710M1M21F0H.IN0IN1IN7IN6IN5IN4IN3IN2.2+3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口解：從圖中可以看出，接線方式為中斷方式ADDA、ADDB和ADDC三端接8031的P0.0 、P0.1 和P0.2，故通道號(hào)是通過數(shù)據(jù)線來選擇。程序清單：程序清單：ORG0000HMOVR0，#30H；數(shù)據(jù)區(qū)始地；數(shù)據(jù)區(qū)始地址送

21、址送R0MOVR7，#08H；通道數(shù)送；通道數(shù)送R7MOVR6，#00H；IN0地址送地址送R6MOVIE，#84H；開中斷；開中斷SETBIT1；外中斷請(qǐng)求信號(hào)為下；外中斷請(qǐng)求信號(hào)為下跳沿觸發(fā)方式跳沿觸發(fā)方式MOVR1，#0F0H；送端口地址；送端口地址到到R1MOVA，R6；IN0地址送地址送AMOVXR1，A ；啟動(dòng)；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換LOOP： SJMPLOOP；等待中斷；等待中斷END中斷服務(wù)程序：中斷服務(wù)程序：ORG0013H；外中斷；外中斷1的入口地址的入口地址AJMP1000H；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序的入口；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序的入口地址地址ORG1000HMOVXA，R1 ；讀入；讀入A/

22、D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)MOVR0，A ；將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入數(shù)；將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)區(qū)據(jù)區(qū)INCR0；數(shù)據(jù)區(qū)指針加；數(shù)據(jù)區(qū)指針加1INCR6；模擬通道號(hào)加；模擬通道號(hào)加1MOVA，R6；新的模擬通道號(hào)送；新的模擬通道號(hào)送AMOVXR1，A ；啟動(dòng)下一通道的；啟動(dòng)下一通道的A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換DJNZR7，LOOP1；8路采樣未結(jié)路采樣未結(jié)束，則轉(zhuǎn)向束，則轉(zhuǎn)向LOOP1CLREX1；8路采樣結(jié)束，關(guān)中斷路采樣結(jié)束，關(guān)中斷LOOP1：RETI；中斷返；中斷返回回3.4 單片單片A/D轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接轉(zhuǎn)換器及其微處理器的接口口（2）12位A/D與微機(jī)連接下圖表示出了下圖表示出了AD574與與8031單片

23、機(jī)的接口電路。單片機(jī)的接口電路。.P0.7P0.0EAALEWRRDP1.03239313016171803174LS373D7D0Q0Q774LS00&123181714131516191282569347333435363738111115121013271426252021222324191617281826543978-15V+15V 模擬輸入+5V增益補(bǔ)償100 100D10D9D8D0D1D2D3D4D5D6D7D11CESTS12/8A0CSR/C10VINBIF OFFREF OUTREFINAGNDDGNDVssVcc20VINVL.AD574.例例2.7 在右圖中，

24、試編在右圖中，試編寫程序，使寫程序，使AD 574進(jìn)進(jìn)行行12位位A/D轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換，并把轉(zhuǎn)換后的轉(zhuǎn)換后的12位數(shù)字量存位數(shù)字量存入內(nèi)部入內(nèi)部20H和和21H單元。單元。設(shè)設(shè)20H單元存放高單元存放高8位，位，21H單元存放低單元存放低4位。位。作業(yè)1：編寫程序3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.5.1 多路模擬開關(guān)1. CD4051 CD4051是單邊8通道多路調(diào)制器/多路解調(diào)器。其引腳結(jié)構(gòu)如圖所示。圖中，C、B、A為二進(jìn)制控制輸入端，改變C、B、A的數(shù)值，可以譯出8種狀態(tài)，并選中其中之一，使輸入輸出接通。當(dāng)INH=1時(shí)，通道斷開；當(dāng)INH=0時(shí)，通道接通。改變圖中IN/OUT07及OUT/IN的傳遞

25、方向，則可用作多路開關(guān)或反多路開關(guān)。其真值表如表所示。IN/OUT19876543210111413121516 IN/OUTIN/OUT12304567OUT/ININHVssVccVDDABC3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)2. 多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的擴(kuò)展 當(dāng)采樣的通道比較多，可以將兩個(gè)或兩個(gè)以上的多路開關(guān)并聯(lián)起來，組成82或162的多路開關(guān)。下面以CD4051為例說明多路開關(guān)的擴(kuò)展方法。兩個(gè)8路開關(guān)擴(kuò)展成16路的多路開關(guān)的方法，如圖所示。OUTOUTCCABBAD0D1D2D3CD4051CD4051INHINHS1S8S1S8ININININ模擬輸入（1 8）模擬輸入（9 16）模擬輸出.用CD4051多

26、路開關(guān)組成的16路模擬開關(guān)接線圖3.5 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)3.5.2 采樣保持器 隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，已生產(chǎn)出各種各樣的采樣/保持器。如用于一般目的有AD582、AD583、LF198/398等；用于高速的有THS-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500等；用于高分辨率的有SHA1144、ADC1130等。3.6 模擬量輸出通道3.6.1典型的典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換器芯片DAC0832 1. DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu) DAC0832內(nèi)部由三部分電路組成，如圖所示。內(nèi)部由三部分電路組成，如圖所示。D7D6D0D1D2D3D4D58位輸入寄存器8位DAC寄存器8位

27、D/A轉(zhuǎn)換電路RfVREFIout2Iout1RfILECSWR1WR2XFERDAC0832AGNDVCCDGNDLE1LE2M1M3M23.6 模擬量輸出通道2. 引腳功能引腳功能CSWR1AGNDD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC08321109876543220141516171819131211 DAC0832芯片為20引腳，雙列直插式封裝。其引腳排列如圖 所示。（1）數(shù)字量輸入線D7D0 （8條） （2）控制線（5條） （3）輸出線（3條） （4）電源線（4條）3.6 模擬量輸出通道3. DAC0832的技術(shù)指標(biāo)

28、的技術(shù)指標(biāo)（1）分辨率）分辨率8位位（2）電流建立時(shí)間）電流建立時(shí)間1S（3）增益溫度系數(shù)）增益溫度系數(shù)00002 FS/（4）低功耗）低功耗20mW（5）單一電源）單一電源+5 +15V 因因DAC0832是電流輸出型是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換芯片，為了取得電壓輸出，需在電流換芯片，為了取得電壓輸出，需在電流輸出端接運(yùn)算放大器，輸出端接運(yùn)算放大器，Rf為運(yùn)算放大為運(yùn)算放大器的反饋電阻端。運(yùn)算放大器的接法如器的反饋電阻端。運(yùn)算放大器的接法如圖所示。圖所示。-+OA.VoutRfIout1Iout23.6 模擬量輸出通道3.6.2 MCS-51和和D/A轉(zhuǎn)換器的接口轉(zhuǎn)換器的接口 一一、 DAC08

29、32的應(yīng)用的應(yīng)用 1. 單極性輸出單極性輸出 在需要單極性輸在需要單極性輸出的情況下，可以采出的情況下，可以采用圖所示接線。用圖所示接線。-+OAVoutRfIout1Iout2.VREFDAC0832.3.6 模擬量輸出通道I1I3I2OA1OA2+_2R2RRVout1VoutAVREF8031VREFRfIout1Iout2.2. 雙極性輸出雙極性輸出 在 需 要 雙 極性輸出的情況下，可以采用如圖所示接線。VVout+VREF-VREF00HFFH80HB 運(yùn)算放大器OA2的作用是將運(yùn)算放大器OA的單向輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向輸出，用右圖來表示其雙向輸出狀態(tài)。3.6 模擬量輸出通道二、二、 MC

30、S-51和和8位位DAC的接口的接口 1、直通方式3.6 模擬量輸出通道2. 單緩沖方式單緩沖方式 所謂的單緩沖方式就是使DAC0832的兩個(gè)輸入寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式。在實(shí)際應(yīng)用中，如果只有一路模擬量輸出。單緩沖方式接線如圖所示。-+OAVout.P0P2.7WR8051D7D0DAC0832+5VVCCILEVREFRfIout1Iout2AGNDDGNDCSXFERWR1WR23.6 模擬量輸出通道例：例： DAC0832用作波形發(fā)生器。試根據(jù)上圖接用作波形發(fā)生器。試根據(jù)上圖接線，分別寫出產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波的程序，線，分別寫出產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波

31、的程序，產(chǎn)生的波形如下圖所示。產(chǎn)生的波形如下圖所示。3.6 模擬量輸出通道解：由圖可以看出，解：由圖可以看出，DAC0832采采用的是單緩沖單極性的接線方式，用的是單緩沖單極性的接線方式，它的選通地址為它的選通地址為7FFFH。鋸齒波程序：鋸齒波程序：ORG0000HMOVDPTR，#7FFFH；輸入寄存器地址輸入寄存器地址CLRA；轉(zhuǎn)換初值；轉(zhuǎn)換初值LOOP： MOVX DPTR，A ； D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換INCA ； 轉(zhuǎn)換值增量轉(zhuǎn)換值增量NOP ；延時(shí)；延時(shí)NOPNOPSJMPLOOP END三角波程序：三角波程序：ORG0100HCLRAMOVDPTR，#7FFFHDOWN： MOVXDPT

32、R，A；線性下降段；線性下降段INCA JNZDOWN MOVA，#0FEH；置上升階段初值；置上升階段初值UP：MOVXDPTR，A；線性上升段；線性上升段DECAJNZUPSJMPDOWN END方波程序：方波程序：ORG0200HMOVDPTR，#7FFFHLOOP： MOVA，#33H ；置上限電平置上限電平MOVXDPTR，A ACALLDELAY；形成方波；形成方波 頂寬頂寬MOVA，#0FFH；置下限電平置下限電平MOVXDPTR，AACALLDELAY；形成方波；形成方波 底寬底寬SJMPLOOPEND3.6 模擬量輸出通道3. 雙緩沖方式雙緩沖方式 所謂雙緩沖方式，就是把所謂

33、雙緩沖方式，就是把DAC0832的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。的兩個(gè)鎖存器都接成受控鎖存方式。雙緩沖方式雙緩沖方式DAC0832的連接如圖所示。的連接如圖所示。AO1AO2+_2R2RVout.+5VILEVccVREFRfIout1Iout2WR1DI0WR2XFERCSDI7P0.0P0.7ALEEA8031WR鎖存器譯碼器FFHFEH.DAC0832R.3.6 模擬量輸出通道例： DAC0832用作波形發(fā)生器。試根據(jù)上圖接線，分別寫出產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波的程序，產(chǎn)生的波形如圖所示。作業(yè)2：編寫該題目程序例： X-Y繪圖儀與雙片DAC0832接線如下圖所示。設(shè)8031內(nèi)部RAM中有兩

34、個(gè)長度為30H的數(shù)據(jù)塊，其起始地址分別為20H和60H，請(qǐng)根據(jù)圖編出能把20H和60H中的數(shù)據(jù)分別從1#和2#DAC0832輸出，并根據(jù)所給數(shù)據(jù)繪制出一條曲線。8031鎖存器譯碼器1 DAC0832#2 DAC0832#-+OA1VX-+OA2VY.FDHFFHFEHCSXFERWR1WR1WR2WR2Iout1Iout1Iout2Iout2RfbRfbALEWRP0.7P0.0DI7DI7DI0DI0CSXFER作業(yè)3：編寫對(duì)應(yīng)程序3.6 模擬量輸出通道CSWR1AGNDDI9DI8DI2DI3DI4DI5DI6DI7VREFRfbDGNDVccBYTE1/BYTE2WR2XFERIout2Iout1DAC1208110987654322014151617181913121124232221(LSB)DI0DI1DI11(MSB)DI10三、三、 MCS-51和和12位位DAC的接口的接口 4位輸入寄存器8位輸入寄存器12位DAC寄存器12位D/A轉(zhuǎn)換器Iout1Iout2VREFRfbDI11DI4DI3DI0BYTE1/BYTE2CSWR1WR2XFERLE1LE2LE