1、微機控制技術微機控制技術項目項目2 輸入輸出通道的接口技術輸入輸出通道的接口技術u反映現(xiàn)場工況的信號類型反映現(xiàn)場工況的信號類型 1.模擬量：連續(xù)變化的物理量；模擬量：連續(xù)變化的物理量； 2.數(shù)字量數(shù)字量 （開關量）（開關量） 以二進制或ASCII碼形式 兩個狀態(tài)的量，通?？捎靡晃欢M制數(shù)表示 脈沖量u計算機能夠接收的信號類型計算機能夠接收的信號類型u 數(shù)字量數(shù)字量微機控制技術微機控制技術輸入輸出通道輸入輸出通道( (含義含義) ) 即I/O通道，指在計算機和工業(yè)對象(過程)之間所設置的信息傳遞和轉(zhuǎn)換的連接裝置。輸入/輸出通道由模擬量輸入/輸出通道和數(shù)字量（開關量）輸入/輸出通道組成。I/O通道

2、的分類通道的分類 檢測通道檢測通道 模擬量輸入通道（模擬量輸入通道（AI) 數(shù)字量輸入通道（數(shù)字量輸入通道（DI) 控制通道控制通道 模擬量輸出通道（模擬量輸出通道（AO) 數(shù)字量輸出通道（數(shù)字量輸出通道（DO)微機控制技術微機控制技術第第2章章 輸入輸入/輸出通道及接口技術輸出通道及接口技術任務任務1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 任務任務2 模擬量輸入通道接口技術模擬量輸入通道接口技術任務任務3 模擬量輸出通道模擬量輸出通道微機控制技術微機控制技術任務任務1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道2.1.1、AI（Analog Input）通道的一般結(jié)構）通道的一般結(jié)構 AI通道的一般結(jié)構如圖2.1

3、所示。一、組成：一、組成：由信號檢測單元、信號處理單元、多路開關、放大器、S/H、AD轉(zhuǎn)換器以及控制電路組成。二、工作過程：二、工作過程： 過程參數(shù)由傳感元件和變送器測量并轉(zhuǎn)換為電壓（或電流）形式后送至多路開關；在微機的控制下，由多路開關將各個過程參數(shù)依次地切換到后級，進行放大、采樣和A/D轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)過程參數(shù)的巡回檢測。三、三、AI（Analog Input）通道的作用）通道的作用 A/D轉(zhuǎn)換 傳感器 放大器 S/H A/D CPU 傳感器 傳感器 傳感器 多路開關 MUX 多通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構 微機控制技術微機控制技術1 離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng) 連續(xù)系統(tǒng)處理連續(xù)性的信號，采用

4、連續(xù)信號進行控制。（模擬儀表） 離散系統(tǒng)把連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散量，依據(jù)離散量進行控制（計算機控制系統(tǒng)） 連續(xù)信號轉(zhuǎn)換成離散量的手段和方法：采樣和量化2 信號的采樣信號的采樣 按照一定的時間間隔T，把時間上和幅值上連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成在時刻0、T、2T、 kT上在時間上離散的脈沖序列信號的過程稱采樣。 工具：采樣開關；結(jié)果：采樣信號3 信號的量化信號的量化 采用一組數(shù)碼（如二進制碼）來逼近離散模擬信號的幅值，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。將采樣信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。 工具：A/D轉(zhuǎn)換器；結(jié)果：離散化的數(shù)字信號微機控制技術微機控制技術任務任務1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道2.1.2、AI通道中的信號變換通道中

5、的信號變換 模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換包含信號采樣和量化兩個過程。一、信號的采樣一、信號的采樣1、采樣過程、采樣過程：模擬信號到采樣信號的變換過程， 也稱為離散過程。微機控制技術微機控制技術2.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道 信號的采樣過程如圖2.3所示，由采樣-保持器（S/H)完成。 圖2.3(a) 模擬信號y(t) ：時間，幅值均連續(xù)的信號 圖2.3(b) 采樣開關（采樣器）：每隔一定時間閉合一次 圖2.3(c) 離散模擬信號y *(t)（采樣信號）： 時間上離散，幅值上連續(xù)的信號微機控制技術微機控制技術采樣過程采樣過程按照一定的時間間隔將連續(xù)信號變換為在時間上離散的脈沖序列的過程稱為采樣

6、過程采樣過程。用來實現(xiàn)采樣過程的裝置稱為采樣器或采樣開關用來實現(xiàn)采樣過程的裝置稱為采樣器或采樣開關。將連續(xù)信號e(t)加到采樣開關的輸入端，采樣開關以周期T依次閉合，閉合持續(xù)時間為，則采樣開關的輸出端得到寬度為的脈沖序列e*(t)。e*(t)可近似為一系列寬度為，高度為e(kT)的矩形脈沖。理想的采樣開關等效于一個理想的單位脈沖序列發(fā)生器，由于很小因此產(chǎn)生單位脈沖序列T(t)。 微機控制技術微機控制技術2.1 模擬量輸入通道模擬量輸入通道采樣周期：k兩次采樣的時間間隔（T）采樣時間/寬度：k每次采樣/閉合持續(xù)的時間（ ）采樣時刻：一系列的時間點（0, T, 2T, 3T）微機控制技術微機控制技

7、術3、 Shannon采樣定理采樣定理 若隨時間連續(xù)變化的模擬信號的最高頻率為fmax ，那么只要按照采樣頻率 進行采樣，采樣信號y*(t)就能唯一地復現(xiàn)y(t)。 工程實際中，一般選取工程實際中，一般選取max2 ffsmax)105(ffs微機控制技術微機控制技術二、量化過程二、量化過程 量化過程中的信號變換如圖2.3所示。 離散模擬信號離散模擬信號y*(t) ADC 數(shù)字信號數(shù)字信號y(nT) 1、量化原理、量化原理 用最基本的度量單位去度量某個用最基本的度量單位去度量某個采樣時刻幅值的大小，然后進行小數(shù)采樣時刻幅值的大小，然后進行小數(shù)歸整，并且用一組二進制碼表示的過程。歸整，并且用一組

8、二進制碼表示的過程。 ty*(t)02T4T24 (a) 離散模擬信號離散模擬信號y(nT)02T4T42(b) 數(shù)字信號數(shù)字信號t圖圖2.3 信號的量化過程信號的量化過程微機控制技術微機控制技術2、量化單位量化單位 指量化后二進制數(shù)的最低位(LSB)所對應的模擬量。ymax , ymin 要轉(zhuǎn)換的采樣信號的最大值、最小值；n：ADC的字長。的字長。 若轉(zhuǎn)換范圍相同，n，q，則精確度，但量化誤差不可避免 nyyq2)(minmax微機控制技術微機控制技術3、量化誤差（、量化誤差（） 指某個采樣時刻的幅值與其量化后所對應的數(shù)字量之間的差值。四舍五入四舍五入 截尾截尾 222qqq，即q0微機控制

9、技術微機控制技術(a) 模擬信號模擬信號(b) 離散模擬信號離散模擬信號 AI通道中的信號變換過程如圖通道中的信號變換過程如圖2.4所示。所示。圖2.4 AI通道中的信號變換y(t)y*(t)t0t02T4T24y(nT)02T4T42(c) 數(shù)字信號數(shù)字信號t微機控制技術微機控制技術2.1.3 多路開關：多路轉(zhuǎn)換器多路開關：多路轉(zhuǎn)換器 一、一、 使用原因使用原因 一臺微機可供十幾到幾十回使用，參數(shù)需要分時采樣和控制。 二、二、 作用作用 將各輸入信號依次或隨機地連接到公用放大器，實現(xiàn)n選1操作；或者把經(jīng)計算機處理，且由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬信號按一定的順序輸出到不同的控制回路（或外部設備）

10、中，即完成一到多的轉(zhuǎn)換。三、三、 特點特點 斷開電阻高；接通電阻低；切換速度快,噪音??；壽命長，無機械磨損；尺寸小，便于安裝；使用方便，工作可靠。微機控制技術微機控制技術2.1.2 多路轉(zhuǎn)換開關多路轉(zhuǎn)換開關 多路開關的分類：多路開關的分類：從用途上分從用途上分 雙向：既能實現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換，也能實現(xiàn)一到多的轉(zhuǎn)換雙向：既能實現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換，也能實現(xiàn)一到多的轉(zhuǎn)換單向：只能實現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換單向：只能實現(xiàn)多到一的轉(zhuǎn)換從輸入信號的連接方式上分從輸入信號的連接方式上分 單端輸入單端輸入雙端輸入（或差動輸入）雙端輸入（或差動輸入） 微機控制技術微機控制技術1 1、CD4051CD4051 CD4051 CD4

11、051是單端雙向是單端雙向8 8通道多路開關，其引腳結(jié)構如下圖所示。通道多路開關，其引腳結(jié)構如下圖所示。 圖中第圖中第6 6腳腳INHINH為禁止輸入端。為禁止輸入端。 當當INH=1INH=1時，通道斷開；當時，通道斷開；當INH=0INH=0時，通道接通時，通道接通 C C、B B、A A為二進制控制輸入端，改變?yōu)槎M制控制輸入端，改變C C、B B、A A的數(shù)值，可的數(shù)值，可以譯出以譯出8 8種狀態(tài)，并選中其中之一，使輸入輸出接通。其真值種狀態(tài)，并選中其中之一，使輸入輸出接通。其真值表如下表所示。表如下表所示。 改變圖中改變圖中IN/OUT0IN/OUT07 7及及OUT/INOUT/I

12、N的傳遞方向，則可用作多的傳遞方向，則可用作多路開關或反多路開關。路開關或反多路開關。CD4051CD4051引腳圖引腳圖微機控制技術微機控制技術多路轉(zhuǎn)換開關（多到一的轉(zhuǎn)換）：多路轉(zhuǎn)換開關（多到一的轉(zhuǎn)換）： ININ：1 1、2 2、4 4、5 5、1212、1313、1414、1515 OUT OUT：3 3反多路轉(zhuǎn)換開關（一到多的轉(zhuǎn)換）：反多路轉(zhuǎn)換開關（一到多的轉(zhuǎn)換）： ININ：3 3 OUT OUT： 1 1、2 2、4 4、5 5、1212、1313、1414、1515微機控制技術微機控制技術 模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量后才能進入計算機系統(tǒng)，模擬量轉(zhuǎn)變成數(shù)字量后才能進入計算機系統(tǒng)，A/D轉(zhuǎn)換

13、過程需轉(zhuǎn)換過程需要一定的時間，為了保證要一定的時間，為了保證A/D轉(zhuǎn)換的精度，必須在轉(zhuǎn)換的精度，必須在A/D轉(zhuǎn)換進行時轉(zhuǎn)換進行時保持待轉(zhuǎn)換值不變，在保持待轉(zhuǎn)換值不變，在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號的變化。轉(zhuǎn)換結(jié)束后又能跟蹤輸入信號的變化。同時，在模擬量輸出通道中，為了使各輸出通道得到一個平滑的同時，在模擬量輸出通道中，為了使各輸出通道得到一個平滑的模擬量輸出，也必須保持有一個恒定的值，能夠完成這兩項任務模擬量輸出，也必須保持有一個恒定的值，能夠完成這兩項任務的器件叫做采樣的器件叫做采樣保持器，也叫做保持器，也叫做S/H。2.1.2 采樣采樣保持器保持器 微機控制技術微機控制技術1、工作方式

14、、工作方式 采樣方式：采樣方式： 采樣保持器的輸出跟隨模擬量輸入變化，即輸出跟隨采樣保持器的輸出跟隨模擬量輸入變化，即輸出跟隨輸入。輸入。 保持方式：保持方式： 輸出保持在進入保持方式這一時刻的輸入不變。輸出保持在進入保持方式這一時刻的輸入不變。微機控制技術微機控制技術2 2、工作原理、工作原理 最簡單的采樣最簡單的采樣/保持器是由開關和電容組成，保持器是由開關和電容組成，如下圖所示。如下圖所示。K K閉合時：閉合時：V VX X經(jīng)限流電阻經(jīng)限流電阻R R向電容充電，使輸出向電容充電，使輸出 VoutVout跟隨輸入跟隨輸入V VX X變化變化采樣狀態(tài)采樣狀態(tài)K K斷開時：由于電容具有一定的容

15、量，仍能使斷開時：由于電容具有一定的容量，仍能使 輸出輸出VoutVout保持不變保持不變保持狀態(tài)保持狀態(tài)微機控制技術微機控制技術2 2、工作原理、工作原理 圖圖2.6所示的采樣所示的采樣保持器保持器LF198/LF298/LF398工工作原理：作原理：引腳引腳8為高電平時，開關為高電平時，開關S閉合，輸出跟隨輸入閉合，輸出跟隨輸入引腳引腳8為低電平時，開關為低電平時，開關S斷開，輸出保持不變斷開，輸出保持不變采樣方式采樣方式保持方式保持方式微機控制技術微機控制技術3、輸入輸出特性、輸入輸出特性微機控制技術微機控制技術3、輸入輸出特性、輸入輸出特性微機控制技術微機控制技術4 4、作用、作用 保

16、持模擬量信號不變，以便完成保持模擬量信號不變，以便完成A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 同時采樣幾個模擬信號，以便進行數(shù)據(jù)處理同時采樣幾個模擬信號，以便進行數(shù)據(jù)處理和測量和測量 減少減少D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸出轉(zhuǎn)換器的輸出“毛刺毛刺” 保證輸出電壓的穩(wěn)定性保證輸出電壓的穩(wěn)定性返回微機控制技術微機控制技術 模擬量輸出通道主要完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)模擬量輸出通道主要完成數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換，也就是換，也就是D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。D/A轉(zhuǎn)換器的分類：轉(zhuǎn)換器的分類：1、按輸入數(shù)字量位數(shù)來分：、按輸入數(shù)字量位數(shù)來分：8位、位、10位、位、12位、位、16位等位等2、按輸出形式分：、按輸出形式分： 2.2 模擬量輸出通道

17、的接口技術模擬量輸出通道的接口技術 單極性輸出單極性輸出雙極性輸出雙極性輸出電流輸出型電流輸出型電壓輸出型電壓輸出型微機控制技術微機控制技術D/A轉(zhuǎn)換器的原理轉(zhuǎn)換器的原理 D/A轉(zhuǎn)換器的原理轉(zhuǎn)換器的原理 “按權展開，然后相加按權展開，然后相加”：D/A轉(zhuǎn)換器把輸入數(shù)字量中的每位都按其權值分別轉(zhuǎn)換器把輸入數(shù)字量中的每位都按其權值分別轉(zhuǎn)換成模擬量，并通過運算放大器求和相加。轉(zhuǎn)換成模擬量，并通過運算放大器求和相加。 因此，因此，D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部必須要有一個解碼網(wǎng)絡，轉(zhuǎn)換器內(nèi)部必須要有一個解碼網(wǎng)絡，以實現(xiàn)按權值分別進行以實現(xiàn)按權值分別進行D/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 解碼網(wǎng)絡通常有兩種：二進制加權電阻網(wǎng)絡和解碼

18、網(wǎng)絡通常有兩種：二進制加權電阻網(wǎng)絡和T型電阻解碼網(wǎng)絡。型電阻解碼網(wǎng)絡。 微機控制技術微機控制技術 AD轉(zhuǎn)換器(ADC) 一、一、A/D轉(zhuǎn)換的常用方法轉(zhuǎn)換的常用方法1、計數(shù)式、計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換(轉(zhuǎn)換線路簡單、轉(zhuǎn)換速度慢，淘汰轉(zhuǎn)換線路簡單、轉(zhuǎn)換速度慢，淘汰)2、逐次逼近型、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換速度快，精度高）轉(zhuǎn)換（轉(zhuǎn)換速度快，精度高）3、雙積分式、雙積分式A/D轉(zhuǎn)換（精度高、轉(zhuǎn)換速度慢）轉(zhuǎn)換（精度高、轉(zhuǎn)換速度慢）4、V/F變換型變換型A/D轉(zhuǎn)換（遠距離串行傳送）轉(zhuǎn)換（遠距離串行傳送）5、并行、并行A/D轉(zhuǎn)換（電路復雜成本高、轉(zhuǎn)換速度要求高的場合）轉(zhuǎn)換（電路復雜成本高、轉(zhuǎn)換速度要求高的場合

19、）微機控制技術微機控制技術二、逐次逼近型二、逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理1、原理框圖、原理框圖 由逐次逼近寄存器SAR、DAC、比較器、控制邏輯及時鐘等組成2、工作過程、工作過程啟動信號start為高電平（上升沿）SAR清零； start下降沿 ，轉(zhuǎn)換開始，在第一個時鐘脈沖，置SAR最高位MSB=1，其余位為0；將該DA( Vf) ，并送入比較器與Vx比較，若Vx Vf則保留該位，反之則清除；依次將次高位到最低位進行置位、轉(zhuǎn)換、判斷和決定，即可得Vx對應數(shù)字量轉(zhuǎn)換結(jié)束后，控制電路送出結(jié)束信號，將SAR中數(shù)字量送入緩沖寄存器。 SARDACLOGIC數(shù)字量數(shù)字量模擬輸入模擬輸入Vx Vf 比

20、較器比較器微機控制技術微機控制技術STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V VREFREF. . . .D D7 7D D0 0輸入的輸入的模擬量模擬量微機控制技術微機控制技術STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V1000 00001000 0

21、0002.5V2.5V微機控制技術微機控制技術STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時1000 00001000 0000D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V2.5V2.5V低低1100 00001100 00003.75V3.75V微機控制技術微機控制技術STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時1100 00001100 0000D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V V

22、REFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V3.75V3.75V高高3.125V3.125V1010 00001010 0000微機控制技術微機控制技術STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時1010 00001010 0000D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V3.125V3.125V低低3.4375V3.4375V1011 00001011 0000微機控制技術微機控制技術S

23、TARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時1011 00001011 0000D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V3.4375V3.4375V相等相等微機控制技術微機控制技術STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制與定時控制與定時1011 00001011 0000D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸輸出出緩緩沖沖器器比較器比較器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.

24、4375V3.4375V3.4375V相等相等1011011 1 0000000 0微機控制技術微機控制技術三、三、ADC的主要技術指標的主要技術指標 1.轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間 完成一次A/D轉(zhuǎn)換的時間，典型值為0200s ；2. 分辨率分辨率 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的位數(shù)，n; 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量的最低位LSB所對應的模擬量q。3.線性誤差線性誤差在滿量程輸入 范圍內(nèi)，偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差4.量程量程 ADC轉(zhuǎn)換的電壓范圍，如5v，10v微機控制技術微機控制技術5.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度絕對精度絕對精度 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量相對于輸入模擬量間的差值；相對精度相對精度 相對于滿量程輸入的百分比。區(qū)別：區(qū)別： 精度：

25、精度：轉(zhuǎn)換后結(jié)果相對實際值的準確度； 分辨率：分辨率：對轉(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量。四、四、8位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器微機控制技術微機控制技術1、多通道、多通道A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0808/0809(1) 組成組成 8路模擬開關、路模擬開關、通道選擇邏輯、通道選擇邏輯、8位位ADC，三態(tài)輸出鎖存緩沖器。三態(tài)輸出鎖存緩沖器。8路模擬開關路模擬開關 地址地址 鎖存與鎖存與譯碼譯碼8位位逐次逐次逼近式逼近式ADC三態(tài)三態(tài)輸出輸出鎖存鎖存緩沖器緩沖器VIN0 VIN7 A B CALEEOCDO0DO7 OE VCC GND VREF+ VREF- START CLOCK微機控制技術微機控制技術V

26、IN0 VIN7：8路模擬量輸入通道DO0 DO7：8位輸出數(shù)據(jù)線A、B、C：3位地址線ALE(address latch enable)： 允許地址鎖存信號，高電平有效START：啟動信號，高電平有效（脈沖信號上升沿SAR清零，下降沿開始A/D轉(zhuǎn)換）EOC(end of conversion)： 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，高電平有效。 EOC=0 表示正在進行A/D轉(zhuǎn)換；EOC=1 表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束OE(output enable)： 允許輸出信號，高電平有效 A/D轉(zhuǎn)換過程中呈高阻狀態(tài)；A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后若OE 1，則表示可輸出DO0 DO7 (2) 引腳功能引腳功能 (8位，位，100s， 28腳腳

27、)微機控制技術微機控制技術(3) 工作過程工作過程 A、B、C選擇輸入通道，并將其送到ADC輸入端 START=1（上升沿SAR清零，下降沿經(jīng)延遲時間t后正式開始A/D轉(zhuǎn)換） 經(jīng)100s的轉(zhuǎn)換時間后，轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)果存入三態(tài)輸出鎖存緩沖器 （注：在A/D轉(zhuǎn)換過程中EOC0） 轉(zhuǎn)換結(jié)束后EOC1，通知CPU，經(jīng)CPU響應后置OE=1，即可輸出DO0 DO7 。微機控制技術微機控制技術(4) (4) 時序圖（如圖時序圖（如圖2.122.12所示）所示）(5) )特點：具有較高的轉(zhuǎn)換速度和精度，受溫度影響較小，能較長時間保證精度，重現(xiàn)性好，功耗較特點：具有較高的轉(zhuǎn)換速度和精度，受溫度影響較小，能較長

28、時間保證精度，重現(xiàn)性好，功耗較低，且具有低，且具有8路模擬開關。路模擬開關。五、五、8位位A/D轉(zhuǎn)換器的接口技術轉(zhuǎn)換器的接口技術 1、模擬輸入信號的連接 輸入信號的大小，輸入信號的極性，輸入信號的通道 2、數(shù)字量輸出引腳的連接（數(shù)字量輸出引腳和計算機的連接方法） A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部是否含有輸出鎖存器 3、A/D轉(zhuǎn)換器的啟動方式 （1）脈沖啟動：在啟動轉(zhuǎn)換輸入引腳加上一個脈沖 （2）電平啟動：在A/D轉(zhuǎn)換器的期間，啟動轉(zhuǎn)換輸入引腳加上一個脈沖 4、轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的處理方法 （1）中斷方式 （2) 查詢方式 （3）軟件延時方式 微機控制技術微機控制技術5、參考電平的連接、參考電平的連接：參考電平的作用

29、是供給其內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器的標準電源。6、時鐘的連接時鐘的連接 時鐘的頻率是決定芯片轉(zhuǎn)換速度的基準。7、接地問題、接地問題(如圖如圖2.10所示所示)六、六、8位位A/D轉(zhuǎn)換器的程序設計轉(zhuǎn)換器的程序設計 A/D轉(zhuǎn)換器的程序設計與具體的芯片的轉(zhuǎn)換時間，系統(tǒng)參數(shù)的多少及參數(shù)變換的速度有關。1、設計步驟、設計步驟 （1）啟動A/D轉(zhuǎn)換； （2）查詢或等待A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束； （3）讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果。2、 讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法讀出轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法 （1）采用中斷方式（P26） （2）采用查詢方式（P26） （3）采用延時方式：軟件延時七、高于七、高于8位位A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1、AD574的結(jié)構的結(jié)構（如圖2.14所

30、示） 由12位DAC 、控制邏輯、三態(tài)輸出鎖存緩沖器、SAR、10v基準電源等組成。2、AD574A的引腳及其工作原理的引腳及其工作原理(12位，位，25 s， 28腳腳)微機控制技術微機控制技術BIP OFF：決定AD574A的模擬輸入是單極性還是雙極性；BIP OFF0，單極性；1，雙極性10VIN、20VIN：量程為10V接10VIN， 量程為20V 接20VINDO0 DO11：12位輸出數(shù)據(jù)線CE：片能用信號，高電平有效CS：片選信號，低電平有效R/C：讀/轉(zhuǎn)換信號，高電平為讀A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為啟動A/D 轉(zhuǎn)換 12/8：輸出方式選擇信號，高電平為輸出12位數(shù)據(jù)， 低電平時與A

31、0配合使用A0：字節(jié)信號 轉(zhuǎn)換期間：A00，進行12位轉(zhuǎn)換 A01，進行8位轉(zhuǎn)換 讀數(shù)期間：12/81，則A0無效 12/80時，A00，輸出高8位， A01，輸出低四位 STS：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，低電平有效 STS=1表示正在轉(zhuǎn)換； STS=0表示轉(zhuǎn)換結(jié)束 BIP OFF DO0 10 VIN 20 VIN CE . CS . R/C . A0 12/8 VLOGIC VCC VEE VREF IN DO11 AGND STS DGND VREF OUTAD574A引腳圖引腳圖微機控制技術微機控制技術AD574A有關控制信號的作用微機控制技術微機控制技術六、高于六、高于8位位A/D轉(zhuǎn)換器的接口技

32、術及程序設計轉(zhuǎn)換器的接口技術及程序設計 1、AD574A與與8031的接口電路（如圖的接口電路（如圖2.16所示）所示） 2、查詢方式、查詢方式A/D轉(zhuǎn)換程序的設計轉(zhuǎn)換程序的設計(P29)3、AD574A轉(zhuǎn)換時序圖（如圖2.15所示）微機控制技術微機控制技術任務3 模擬量輸出通道 功能：功能： DA，即把計算機輸出的控制量轉(zhuǎn)化為模擬量，并，即把計算機輸出的控制量轉(zhuǎn)化為模擬量，并輸出到控制回路中，完成對執(zhí)行機構的控制。主要由輸出到控制回路中，完成對執(zhí)行機構的控制。主要由DAC完成。完成。 要求：要求：可靠性高，具有一定精度，且具有保持作用。可靠性高，具有一定精度，且具有保持作用。微機控制技術微機

33、控制技術1. AO的基本結(jié)構 主要由DAC和輸出保持器組成。 輸出保持器的作用：輸出保持器的作用： 在新的控制信號到來之前，使本次控制信號保持不變，從而使執(zhí)行部件得到連在新的控制信號到來之前，使本次控制信號保持不變，從而使執(zhí)行部件得到連續(xù)的輸出控制信號。續(xù)的輸出控制信號。微機控制技術微機控制技術由輸出保持器的構成方式?jīng)Q定了AO的兩種基本結(jié)構形式：一、多一、多DAC（一個通路設置一個（一個通路設置一個DAC;各通道自備各通道自備D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 換器形式）（如圖換器形式）（如圖2.17所示）所示） 工作過程：工作過程：每個通路的輸出數(shù)據(jù)由獨立的每個通路的輸出數(shù)據(jù)由獨立的I/O接口的數(shù)據(jù)寄存器或接口的數(shù)

34、據(jù)寄存器或DAC的數(shù)據(jù)寄存器保持，即的數(shù)據(jù)寄存器保持，即 t = kT時刻的控制作用可以一直供給時刻的控制作用可以一直供給DAC，直到，直到t = (k+1)T時刻到來。時刻到來。 特點：特點： 1. 數(shù)字保持方式；數(shù)字保持方式； 2. DAC兼具兼具D/A轉(zhuǎn)換和保持作用。轉(zhuǎn)換和保持作用。 優(yōu)點：優(yōu)點：速度快；精度高；工作可靠；獨立性強。速度快；精度高；工作可靠；獨立性強。 缺點缺點：硬件投資高。硬件投資高。微機控制技術微機控制技術工作過程：工作過程： 在在CPU作用下，作用下，DAC分時工作，通過分時工作，通過多路開關將轉(zhuǎn)換后的模擬量送給輸出保持器多路開關將轉(zhuǎn)換后的模擬量送給輸出保持器，保，

35、保持器將其保持到下一次控制信號的到來。持器將其保持到下一次控制信號的到來。 特點：特點： 1. 模擬保持方式；模擬保持方式； 2. DAC只有只有D/A轉(zhuǎn)換作用。轉(zhuǎn)換作用。 優(yōu)點：優(yōu)點：節(jié)省節(jié)省DAC。 缺點：缺點： 因因DAC分時工作，只適合于通路不多，速度要求不高的場合。分時工作，只適合于通路不多，速度要求不高的場合。二、共用DAC（多個通路共用DAC）（如圖如圖2.18所示）所示）微機控制技術微機控制技術2 DAC轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理一、組成一、組成 D/A轉(zhuǎn)換器由參考電源、數(shù)字開關控制，模擬轉(zhuǎn)換、數(shù)字接口及放大器組成，其原理框圖如圖如圖2.19所示所示。二、工作過程二、工作過程三、電阻解碼

36、網(wǎng)絡結(jié)構種類三、電阻解碼網(wǎng)絡結(jié)構種類1、權電阻解碼網(wǎng)絡2、 R-2R T型解碼網(wǎng)絡（1) 特點（2）工作原理（如圖（如圖2.20所示）所示）微機控制技術微機控制技術標準電壓標準電壓（模擬輸入）（模擬輸入）數(shù)字接口數(shù)字接口數(shù)字開關數(shù)字開關控制控制放大器放大器模擬轉(zhuǎn)換模擬轉(zhuǎn)換.D D0 0D Dn nD D2 2D D1 1電流電流IIi i電壓電壓 D/A轉(zhuǎn)換器原理框圖轉(zhuǎn)換器原理框圖微機控制技術微機控制技術R-2R T型解碼網(wǎng)絡原理圖 各位的雙向開關是由輸入代碼的對應位控制的各位的雙向開關是由輸入代碼的對應位控制的 無論開關在哪一側(cè)，網(wǎng)絡中各支路的電流是不變的無論開關在哪一側(cè)，網(wǎng)絡中各支路的電流

37、是不變的 各節(jié)點向右和向下的等效電阻都是各節(jié)點向右和向下的等效電阻都是2R，網(wǎng)絡是一個按二進制規(guī)律分配的分流，網(wǎng)絡是一個按二進制規(guī)律分配的分流器器 從電壓角度看，各節(jié)點的電壓依次遞減從電壓角度看，各節(jié)點的電壓依次遞減 網(wǎng)絡的等效電阻為網(wǎng)絡的等效電阻為R， VREF提供的電流為提供的電流為I=VREF/R返回本節(jié)RR2R2R2R2R2RRfbVOUTIOUT1IOUT2(MSB)BITnBIT(N-1)BIT2BIT1(LSB)S-1S-2S-(n-1)S-n“1”“0”A-+VREFRI In nI In-1n-1I I2 2I I1 1I n=（1/21） II n-1=（1/22） II

38、2=（1/2n-1） II 1=（1/2n） I 求和點電流I OUT1=an I n+ an-1 I n-1+ +a2 I 2+ a1 I 1REFFBniiiFBOUTOUTFFBOUTOUTVRRaRIVIRVI1112微機控制技術微機控制技術 設設b3、b2、b1、b0全為全為“1”，即，即S3、S2、S1、S0全部和全部和“1”端相連端相連 則根據(jù)電流定律，有：則根據(jù)電流定律，有：微機控制技術微機控制技術 由于由于S3S0的狀態(tài)是受的狀態(tài)是受b3b0控制的，并不一定控制的，并不一定全是全是“1”。若它們中有些位為。若它們中有些位為“0”，S3S0中相應中相應開關會因和開關會因和“0”

39、端相連而無電流流過，所以端相連而無電流流過，所以Iout1還與還與b3b0的狀態(tài)有關。的狀態(tài)有關。 則則 A點虛地點虛地 則則微機控制技術微機控制技術所以對于所以對于n位位T型電阻網(wǎng)絡型電阻網(wǎng)絡其中其中微機控制技術微機控制技術例題：對于一個例題：對于一個8位位D/A轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器， 已知已知VREF=10V，數(shù)字量輸入為，數(shù)字量輸入為10011101，求模擬量，求模擬量輸出？輸出？解：解：微機控制技術微機控制技術四、四、 DAC的主要技術指標的主要技術指標1.分辨率：分辨率： 通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8 8位表示它可以對滿量程的位表示它可以對滿量程的1/21/2

40、8 8=1/256=1/256的的增量做出反應。分辨率為增量做出反應。分辨率為n n位，表示位，表示D/AD/A轉(zhuǎn)換器輸入二進制數(shù)的最低有效位與滿轉(zhuǎn)換器輸入二進制數(shù)的最低有效位與滿量程輸出的量程輸出的1/21/2n n相對應。相對應。例如例如8 8位位D/AD/A，在，在V VREFREF為為10V10V時，輸出模擬電壓的最小變化為時，輸出模擬電壓的最小變化為10V 10V 1/2 1/28 8=0.039V=0.039V。在在V VREFREF為為10V10V時，輸出模擬電壓的最小變化為時，輸出模擬電壓的最小變化為5V 5V 1/2 1/28 8=0.019V=0.019V。穩(wěn)定時間（建立時

41、間）穩(wěn)定時間（建立時間） 輸入數(shù)字信號滿量程時，輸出模擬信號達到終值輸入數(shù)字信號滿量程時，輸出模擬信號達到終值 1/2LSB所需時間。一般為幾所需時間。一般為幾s。線性誤差：線性誤差：滿量程輸入范圍內(nèi)，偏移理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。滿量程輸入范圍內(nèi)，偏移理想轉(zhuǎn)換特性的最大誤差。精度精度 絕對精度：絕對精度：輸入滿刻度數(shù)字量時，輸入滿刻度數(shù)字量時，DAC實際輸出值與理論值之間的偏差實際輸出值與理論值之間的偏差 相對精度：相對精度：滿刻度已校準的情況下，對應于任意一個數(shù)碼的實際輸出值滿刻度已校準的情況下，對應于任意一個數(shù)碼的實際輸出值 與理論值之間的最大偏差。與理論值之間的最大偏差。微機控制技術微機

42、控制技術8位位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計（1）數(shù)字量輸入端的連接）數(shù)字量輸入端的連接（2）模擬輸出端的連接）模擬輸出端的連接（3）參考電壓源）參考電壓源（2）外部控制信號的連接）外部控制信號的連接微機控制技術微機控制技術因因DAC0832是電流輸出型是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換芯片，轉(zhuǎn)換芯片，為了取得電壓輸出，需在電流輸出端為了取得電壓輸出，需在電流輸出端接運算放大器，接運算放大器，Rf為運算放大器的反為運算放大器的反饋電阻端。饋電阻端。微機控制技術微機控制技術（1）. 單極性輸出單極性輸出（輸出只需改變電壓大小不改（輸出只需改變電壓大小不改變極性）變極性）

43、DAC（0830）（0831）（0832）WR1WR2XFERCS+5VVCCVREFILERFBW21K1MAIOUT1IOUT2AGND8位數(shù)據(jù)總線VOUT-+Iout1接至運算放大器的反相輸入端；Iout2接地；Vout1與Vref極性相反微機控制技術微機控制技術（2）. 雙極性輸出雙極性輸出（輸出需改變電壓大小不（輸出需改變電壓大小不極性）極性） D DA AC C（0 08 83 30 0）（0 08 83 31 1）（0 08 83 32 2）A A2 2- -+ +A A1 1- -+ +I IO OU UT T1 1I IO OU UT T2 2A AG GN ND DV VO

44、 OU UT T2 2R R3 3= =2 2R RR R4 4R R1 1= =2 2R RR R2 2= =R RV VR RE EF FR Rf fb bV VO OU UT T1 1 I I1 1I I2 2在單極性電壓輸出的基礎上再加一級電壓放大器；微機控制技術微機控制技術 8位位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術轉(zhuǎn)換器及其接口技術 1、普通型、普通型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器DAC0832（電流輸出型）（電流輸出型）1）DAC0832的結(jié)構及原理的結(jié)構及原理&微機控制技術微機控制技術 DAC0832芯片為芯片為20引腳，引腳，雙列直插式封裝。其引腳排雙列直插式封裝。其引腳排列如圖所示。列如圖所示。（

45、1）數(shù)字量輸入線）數(shù)字量輸入線D7D0（8條）條） （2）控制線（）控制線（5條）條） （3）輸出線（）輸出線（3條）條） （4）電源線（）電源線（4條）條） CSWR1AGNDD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC08321109876543220141516171819131211微機控制技術微機控制技術（1）數(shù)字量輸入線）數(shù)字量輸入線D7D0： D7D0常和常和CPU數(shù)據(jù)總線相連，用于數(shù)據(jù)總線相連，用于輸入輸入CPU送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量。送來的待轉(zhuǎn)換數(shù)字量。（2）控制線）控制線 /CS片選線片選線 ILE 數(shù)據(jù)鎖存允許信號數(shù)

46、據(jù)鎖存允許信號 /XFER 數(shù)據(jù)傳送控制信號數(shù)據(jù)傳送控制信號 /WR1和和/WR2 寫信號輸入線寫信號輸入線（3）輸出線）輸出線 Rf 反饋電阻端，接到運算放大器輸出端反饋電阻端，接到運算放大器輸出端 Io u t 1和和Io u t 2 模擬電流輸出線，接到運算放大器模擬電流輸出線，接到運算放大器 輸入端輸入端 （4）電源線）電源線 VCC 電源輸入線電源輸入線 VREF 參考電壓參考電壓 DGND 數(shù)字量地線數(shù)字量地線 AGND 模擬量地線模擬量地線微機控制技術微機控制技術DAC0832內(nèi)部由三部分電路組成內(nèi)部由三部分電路組成8位輸入寄存器：用來存放位輸入寄存器：用來存放CPU送來的數(shù)字量

47、，使輸入數(shù)字量送來的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存。由得到緩沖和鎖存。由/LE1加以控制。加以控制。 ILE=1且且/CS=0且且/WR1=0M1=1/LE1=1 8位輸入寄存器接收信號位輸入寄存器接收信號 否則否則8位輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)位輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù)100&11微機控制技術微機控制技術DAC0832內(nèi)部由三部分電路組成內(nèi)部由三部分電路組成8位位DAC寄存器：用來存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。由寄存器：用來存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。由LE2加以控制。加以控制。/WR2=0且且/XFER=0M3=1LE2=1 8位位DAC寄存器輸出跟隨輸入寄存器輸出跟隨輸入 否則否則8位位DAC寄存器鎖存數(shù)據(jù)寄存器鎖

48、存數(shù)據(jù)&001微機控制技術微機控制技術DAC0832內(nèi)部由三部分電路組成內(nèi)部由三部分電路組成8位位D/A轉(zhuǎn)換電路：由轉(zhuǎn)換電路：由8位位T型電阻網(wǎng)絡和電子開關組成。型電阻網(wǎng)絡和電子開關組成。T型電阻網(wǎng)絡：輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流型電阻網(wǎng)絡：輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流電子開關：受電子開關：受8位位DAC寄存器輸出控制寄存器輸出控制&微機控制技術微機控制技術 因因DAC0832是電流輸出型是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換芯片，為轉(zhuǎn)換芯片，為了取得電壓輸出，需在電流輸出端接運算放大了取得電壓輸出，需在電流輸出端接運算放大器，器，Rf為運算放大器的反饋電阻端。運算放大為運算放大器的反饋電阻端。運算放大器的接

49、法如下圖所示。器的接法如下圖所示。微機控制技術微機控制技術3、8位位D/A轉(zhuǎn)換器與轉(zhuǎn)換器與MCS-51的接口方法的接口方法 數(shù)字量輸入數(shù)字量輸入 模擬量輸出模擬量輸出 外部控制信號的連接外部控制信號的連接微機控制技術微機控制技術 數(shù)字量輸入端的連接數(shù)字量輸入端的連接 考慮兩方面考慮兩方面D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構：轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部結(jié)構：D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒有轉(zhuǎn)換器內(nèi)部沒有輸入鎖存器時，必須在輸入鎖存器時，必須在CPU與與D/A轉(zhuǎn)換器之轉(zhuǎn)換器之間增設鎖存器或間增設鎖存器或I/O口；若有輸入鎖存器時，口；若有輸入鎖存器時，則可直接連接。則可直接連接。 最常用的最常用的DAC08

50、32與單片機的接口連接時，與單片機的接口連接時，只需要將只需要將P0口的口的8位口線與位口線與D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換器的8位數(shù)位數(shù)字輸入端一一對應連接即可。字輸入端一一對應連接即可。微機控制技術微機控制技術 模擬量輸出模擬量輸出電流輸出電流輸出電壓輸出電壓輸出微機控制技術微機控制技術外部控制信號的連接外部控制信號的連接 外部控制信號主要是片選信號、寫信號外部控制信號主要是片選信號、寫信號及啟動信號，此外還有電源及參考電平。及啟動信號，此外還有電源及參考電平。片選信號片選信號由地址線或地址譯碼器提供由地址線或地址譯碼器提供寫信號寫信號由單片機的由單片機的/WR信號提供信號提供啟動信號啟動信號一般為片

51、選信號及寫信號的合成一般為片選信號及寫信號的合成 連接方式有三種：直通方式、單緩沖方連接方式有三種：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。式和雙緩沖方式。微機控制技術微機控制技術1. 直通方式直通方式 所謂的直通方式就是所謂的直通方式就是DAC0832的兩個內(nèi)部寄的兩個內(nèi)部寄存器（存器（“8位輸入寄存器位輸入寄存器”和和“8位位DAC寄存器寄存器”）始終處于直通的狀態(tài)。始終處于直通的狀態(tài)。 ILE接接+5V，/CS、/XFER、/WR1、/WR2接地接地 即即 ILE=1 /CS=0 /XFER=0 /WR1=0 /WR2=0DAC0832在直通方式下工作在直通方式下工作微機控制技術微機控制技術2

52、. 單緩沖方式單緩沖方式 所謂的單緩沖方式就是使所謂的單緩沖方式就是使DAC0832的兩個內(nèi)部的兩個內(nèi)部寄存器中有一個處于直通方式，而另一個處于受控寄存器中有一個處于直通方式，而另一個處于受控的鎖存方式；或者兩個內(nèi)部寄存器同時處在選通及的鎖存方式；或者兩個內(nèi)部寄存器同時處在選通及鎖存工作狀態(tài)。鎖存工作狀態(tài)。微機控制技術微機控制技術接法接法 8位輸入寄存器處于直通狀態(tài)，位輸入寄存器處于直通狀態(tài)，8位位DAC寄存器處于受寄存器處于受控鎖存狀態(tài)控鎖存狀態(tài) ILE接高電平，接高電平，/WR1和和/CS接地接地 8位位DAC寄存器處于直通狀態(tài)，寄存器處于直通狀態(tài)， 8位輸入寄存器處于受位輸入寄存器處于受

53、控鎖存狀態(tài)控鎖存狀態(tài) ILE接高電平，接高電平， /WR2和和/XFER接地接地 兩個寄存器同時處在選通及鎖存工作狀態(tài)兩個寄存器同時處在選通及鎖存工作狀態(tài) ILE接高電平接高電平 /CS和和/XFER同時接芯片選中信號同時接芯片選中信號 /WR1和和/WR2同時接寫操作控制信號同時接寫操作控制信號 微機控制技術微機控制技術 在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出。在實際應用中，如果只有一路模擬量輸出。單緩沖方式接線如下圖所示。單緩沖方式接線如下圖所示。 微機控制技術微機控制技術3. 雙緩沖方式雙緩沖方式 所謂雙緩沖方式，就是把所謂雙緩沖方式，就是把DAC0832的兩個的兩個鎖存器都接成受控鎖存方式。雙緩沖方式鎖存器都接成受控鎖存方式。雙緩沖方式DAC0832的連接如下圖所示。的連接如下圖所示。微機控制技術微機控制技術注意：由于兩個鎖存器分別占據(jù)兩個地址，因此在程序中需要使用兩條傳送指令，才能完稱注意：由于兩個鎖存器分別占據(jù)兩個地址，因此在程序中需要使用兩條傳送指令，才能完稱一個數(shù)字量的模擬轉(zhuǎn)換。