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1、第2章过程输入输出通道2022/9/172022/9/17第1页，共150页，编辑于2022年，星期一内容提要概述信号的采样和多路开关模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入输出通道过程通道的抗干扰措施数字滤波技术2022/9/172022/9/17第2页，共150页，编辑于2022年，星期一概述概述过程通道：计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道。（AI、AO、DI、DO）微机控制系统组成框图2022/9/172022/9/17第3页，共150页，编辑于2022年，星期一概述概述控制系统中信号的分类控制系统中信号的分类模拟信号：信号是时间的连续函数模拟信号：信号是时间的连续函数离散
2、信号：信号是时间上的离散序列离散信号：信号是时间上的离散序列数字信号：信号是时间上、辐值上的离散序列数字信号：信号是时间上、辐值上的离散序列 根据信号的控制系统的分类：根据信号的控制系统的分类：模拟控制系统模拟控制系统/连续控制系统连续控制系统离散控制系统离散控制系统/采样控制系统采样控制系统:以数字信号为基以数字信号为基础础2022/9/172022/9/17第4页，共150页，编辑于2022年，星期一计算机控制系统简化方框图y(t)控制规律D(Z)D/A被控对象反馈装置A/Du(t)u*(t)b(t)b*(t)r(nT)A/D：模数转换器，将模拟信号转换为数字信号：模数转换器，将模拟信号转
3、换为数字信号D/A：数模转换器，将数字信号转换为模拟信号：数模转换器，将数字信号转换为模拟信号b*(t):对模拟信号对模拟信号b(t)进行采样所得到的数字信号进行采样所得到的数字信号u*(t):计算机控制输出的数字信号被连续化为计算机控制输出的数字信号被连续化为u(t)2022/9/172022/9/17第5页，共150页，编辑于2022年，星期一信号的采样和多路开关 离散信号的采样形式 周期采样：以相同的时间间隔进行采样，即采样周期常量（T）（k0，1，2.）。T为采样周期。多阶采样：在这种形式下，是周期性的重复。随机采样：这种采样形式没有固定的采样周期，是根据需要选择采样时刻的。2022/
4、9/172022/9/17第6页，共150页，编辑于2022年，星期一信号的采样和多路开关 信号的采样 把时间连续的信号转换为一连串时间不连续的脉冲信号，这个过程称为“采样”，又称为“抽样”、“取样”2022/9/172022/9/17第7页，共150页，编辑于2022年，星期一信号的采样和多路开关 采样后的脉冲信号称为采样信号，采样信号在时间轴上是离散的，但在函数轴上仍是连续的 香农（Shannon）采样定量：若信号的最高频率为fmax，只要采样频率f 2 fmax，采样信号就能唯一复现原信号。2022/9/172022/9/17第8页，共150页，编辑于2022年，星期一信号的采样和多路开
5、关 量化 采样信号经过整量化成为数字信号的过程称为整量化过程。2022/9/172022/9/17第9页，共150页，编辑于2022年，星期一信号的采样和多路开关整量化过程是一个数值分层过程。四舍五入过程量化单位 q 是A/D转换器最低位二进制位（LSB）所代表的物理量，量化误差为1/2q采样信号与数字信号的区别实际应用中,f=(510)fmax2022/9/172022/9/17第10页，共150页，编辑于2022年，星期一信号的采样和多路开关 编码 把量化信号转换为二进制代码的过程称为编码 编码的任务由A/D转换器完成 双极性(正负)信息的 3种表示方法 符号数值码 偏移二进制码 补码表示
6、法2022/9/172022/9/17第11页，共150页，编辑于2022年，星期一注记：常用的双极性编码数正基准富基准符号-数值码2的补码偏移2进制码+7+7/8-7/8011101111111+6+6/8-6/8011001101110+5+5/8-5/8010101011101+4+4/8-4/8010001001100+3+3/8-3/8001100111011+2+2/8-2/8001000101010+1+1/8-1/8000100011001+0+0-0000000001000-0-0+01000（0000）（1000）-1-1/8+1/8100111110111-2-2/8+2
7、/8101011100110-3-3/8+3/8101111010101-4-4/8+4/8110011000100-5-5/8+5/8110110110011-6-6/8+6/8111010100010-7-7/8+7/8111110010001-8-8/8+8/8100000002022/9/172022/9/17第12页，共150页，编辑于2022年，星期一注记：常用的双极性编码关系将右边码转变为下面码符号-数值码2的补码偏移2进制码符号-数值码不变最高位为1,则其余各位取反,再加0001最高位取反,若取反后最高位为1,则其余各位取反,再加00012的补码最高位为1,则其余各位取反,再加
8、0001不变最高位取反偏移2进制码最高位取反,若取反后最高位为0,则其余各位取反,再加0001最高位取反不变2022/9/172022/9/17第13页，共150页，编辑于2022年，星期一 多路开关CD4051CD4051介绍：单边8通道多路调制器/多路解调器。其引脚结构如图所示。2022/9/172022/9/17第14页，共150页，编辑于2022年，星期一 CD4051的内部结构图2022/9/172022/9/17第15页，共150页，编辑于2022年，星期一多路开关CD4051C、B、A为二进制控制输入端，INH为禁止输入端（高电平禁止）。改变IN/OUT07及OUT/IN的传递方
9、向，则可用作多路开关或反多路开关。其真值表如下所示：2022/9/172022/9/17第16页，共150页，编辑于2022年，星期一多路开关CD4051使用CD4051的四点要求:1、使用单电源时，CD4051的VEE可以和GND相连。2、强烈建议A，B，C三路片选端要加上拉电阻。3、CD4051的公共输出端不要加滤波电容（并联到地），否则不同通道转换后的电压经电容冲放电后会引起极大的误差。4、禁止输出端（INH）为高电平时，所有输出切断，所以在应用时此端接地。作音频信号切换时，最好在输入输出端串入隔直电容。2022/9/172022/9/17第17页，共150页，编辑于2022年，星期一多
10、路开关CD4051的单端扩展当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来。两个8路开关扩展成16路的多路开关的方法如图所示。2022/9/172022/9/17第18页，共150页，编辑于2022年，星期一多路开关CD4051的差动扩展2022/9/172022/9/17第19页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入通道模拟量输入通道的一般组成 一般由信号处理、多路转换器、放大器、采样/保持器和A/D转换器组成。2022/9/172022/9/17第20页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 检测：把非电量的工艺参数（如温度、压力、流量等）通过传
11、感器转换为电量（一般为直流电压或电流）信号处理：包括敏感元件、传感器、滤波电路、线性化处理及电参量间的转换电路等 2022/9/172022/9/17第21页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 多路转换器 当多个信号共用一个A/D转换器时，就需要这个器件 理想工作状态：开路电阻无穷大，导通电阻为0。要求切换速度快。两大类：机械触点式,干簧继电器,机械振子继电器 电子开关式,晶体管开关,集成电路开关,场效应管 选择要求2022/9/172022/9/17第22页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 选择要求 机械触点式,干簧继电器 接触电阻小,断开电
12、阻大;寿命长106107;工作频率400Hz;小信号中速度(10400点/s)电子开关式 工作频率高达1000点/s,体积小,寿命长.缺点导通电阻大,小信号测量精度受影响选择考虑因数:通路多少;电平高低;单端/差动输入方式?;寻址方式;切换速率;切换时要多长时间才能稳定到要求精度 2022/9/172022/9/17第23页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 放大器 A/D转换器的输入电压一般都有一定范围，而变送器过来的信号一般都是 MA 级的，所以必须经过放大(一般的A/D满度电压10V)可编程序放大器是一种通用性强的高级放大器，可以根据需要用程序来改变它的放大倍数
13、当多路输入的信号源电平相差较大时,用同一增益放大器去放大高/低电平信号,可能使得低电平信号测量精度降低,而高电平信号有可能超出A/D转换器的输入范围.采用编程序放大器,使A/D转换器满量程达到均一化,提高多路采集的精度.2022/9/172022/9/17第24页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 采样/保持器 作用：在采样时，其输出能够跟随输入变化；而在保持状态时，能使输出值不变。最简单的采样/保持器是由开关和电容组成：2022/9/172022/9/17第25页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 采样中问题 A/D转换器完成一次转换过程的时间
14、称为转换时间;转换期间将引起误差;误差估计:Vf=5V;12位的A/D;基准电压10.24V;量化误差为最低位的一半;转换时间0.1ms.则信号最高频率为2022/9/172022/9/17第26页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 采样/保持器工作机理 LF198的原理图及工作原理。2022/9/172022/9/17第27页，共150页，编辑于2022年，星期一 模拟量输入输出通道 转换(孔径)时间tA/D：完成一次A/D转换需要的时间。转换(孔径)误差：采样时刻的最大转换误差。转换(孔径)误差的消除：采用采样保持器2022/9/172022/9/17第28页，共1
15、50页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 D/A转换器（Digital to Analog Converter，DAC）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件A/D转换器（Analog to Digital Converter，ADC）则相反，它能把模拟量转换成相应的数字量。2022/9/172022/9/17第29页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术-A/D转换 常用A/D转换方式：逐次逼近式：转换时间短，抗扰性差（电压比较）ADC0809（8位），AD574（12位）双斜率积分式：转换时间长，抗扰性好（积分）MC14433（11位），ICL713
16、5（14位）计数比较式：转换速度慢，抗扰性差，较少采用2022/9/172022/9/17第30页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 逐次逼近式A/D转换原理图2022/9/172022/9/17第31页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 采用对分搜索原理来实现A/D转换 主要由逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、电压比较器、时序及控制逻辑等部分组成 工作过程：逐次把设定在SAR中的数字量所对应的D/A转换器输出的电压，与要被转换的模拟电压进行比较，比较时从SAR中的最高位开始，逐次确定各数码位是“1”还是“0”，最后，SAR中的内容就是
17、与输入的模拟电压对应的二进制数字代码2022/9/172022/9/17第32页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 以4位A/D转换器为例，说明其逐次逼近过程的原理：LSB所代表的信号电压为0.25v(满量程,4/24)，模拟输入电压为1.8v 这里误差为0.05v。SAR位数越多，越逼近 ，但转换时间也越长2022/9/172022/9/17第33页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 双斜率积分式A/D转换原理图2022/9/172022/9/17第34页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 工作原理:固定时间
18、 T 内对模拟输入电压 积分 对基准电源反向积分，直到电容放电完毕，记录反向积分时间 T1 模拟输入电压与参考电压的比值就等于上述两个时间值之比2022/9/172022/9/17第35页，共150页，编辑于2022年，星期一计数器式A/D转换器 2022/9/172022/9/17第36页，共150页，编辑于2022年，星期一二进制计数器从零开始对时钟进行计数，与此同时，对计数器输出的值进行D/A转换，转换后的模拟电压与模拟输入电压进行比较，若偏小，则比较器输出为低电平，计数器继续计数，也呈阶梯形上升，直到相等时，比较器输出高电平，通过控制逻辑电路，使计数器停止计数，将所得计数值送列输出锁存
19、器，该计数值便是转换的结果。计数器式A/D转换器2022/9/172022/9/17第37页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 A/D转换器的主要技术指标 分辨率 能对转换结果发生影响的最小输入量，通常用数字量的位数来表示(如:8位或1/28,LSB)分辨率越高，转换时对输入模拟信号的变化反应就越灵敏 量程(与/全一值区别)所能转换的电压范围2022/9/172022/9/17第38页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 精度 转换后所得结果相对于实际值的准确度 有绝对精度和相对精度之分 常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位，1/2LSB
20、 用百分比表示相对精度 转换时间 积分型 毫秒级，逐次比较 微秒级(1200)2022/9/172022/9/17第39页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 输出逻辑电平 多数与TTL电平配合(电平规范,0-2.2v)应注意是否要用三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存 工作温度 较好的-4085;，差的070;对基准电源的要求 电源精度2022/9/172022/9/17第40页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A与A/D转换技术 A/D转换器的调整 调零：将输入电压精确地置于使“开关均关闭”的输入状态对应的输入值高于1/2LSB的电平上，然后调节调零电路，使
21、转换器恰好切换到最低位导通的状态 增益校准：将输入电压精确地置于使“开关均导通”的输出状态对应的输入值低3/2LSB的电平上，然后调节增益校准电路，使输出位于最后一位恰好变成导通之处2022/9/172022/9/17第41页，共150页，编辑于2022年，星期一A/D转换器与微处理器的接口8位AD转换器ADC0809 带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器 转换时间100us,总的不可调误差为1/2LSB和1LSB 可直接与微机相连，不需另加接口逻辑 输入、输出引脚电平与TTL电路兼容 当模拟电压范围为05v时可使用单一的5v电源 一般不需要调零和增益校准2022/9/172022/9/
22、17第42页，共150页，编辑于2022年，星期一 ADC0809引脚结构：采用双列直插式封装，共有28条引脚 8条模拟量输入通道 地址输入和控制线4条 数字量输出及控制线11条 电源线及其他：5条 A/D转换器与微处理器的接口2022/9/172022/9/17第43页，共150页，编辑于2022年，星期一 D0D7是转换后的二进制输出端，它们受输出允许信号OE的控制：OE0，D0D7呈高阻态；OE1，输出转换后的数据 A、B、C是三个采样地址输入端，它们的8种组合用来选择8个模拟量输入通道 IN0IN7 中的一个通道并进行转换A/D转换器与微处理器的接口2022/9/172022/9/17
23、第44页，共150页，编辑于2022年，星期一 输入通道选通地址表A/D转换器与微处理器的接口2022/9/172022/9/17第45页，共150页，编辑于2022年，星期一 ALE是地址锁存选通信号，该信号上升沿把地址状态选通入地址锁存器。也可以作为开始转换的启动信号 START为启动转换脉冲输入端，其上跳变复位转换器，下降沿启动转换。它可由程序或外部设备产生。当START与EOC端短接时，实现自动连续转换A/D转换器与微处理器的接口2022/9/172022/9/17第46页，共150页，编辑于2022年，星期一 EOC为转换结束信号，从START信号上升沿开始经8个时钟周期后由高电平变
24、为低电平。该信号也可作为中断请求信号 CLK为时钟信号输入端，最高可达1280kHz REF(+)和REF()为基准电压输入端，它们决定了输入模拟电压的最大值和最小值。通常REF(+)和电源Vcc一起接基准电压，REF()接地端GNDA/D转换器与微处理器的接口2022/9/172022/9/17第47页，共150页，编辑于2022年，星期一 转换时序A/D转换器与微处理器的接口2022/9/172022/9/17第48页，共150页，编辑于2022年，星期一MCS-51系列单片机和ADC0809的接口单片机与ADC0809的接口2022/9/172022/9/17第49页，共150页，编辑于
25、2022年，星期一单片机的端口0作为复用数据总线，与ADC0809的数据输出端D0D7相连单片机的低3位数据线(选通abc)用于选择8路模拟量输入 ADC0809的时钟信号CLK由单片机的ALE信号提供转换的启动信号START和8路模拟输入开关的地址锁存允许信号ALE由单片机的写信号WR及地址译码输出信号逻辑提供。本接口用P2.7作I/O地址选择信号，相当于用ADC0809的片选信号作启动信号，其地址为7FFFH单片机与ADC0809的接口2022/9/172022/9/17第50页，共150页，编辑于2022年，星期一 转换开始时，EOC端降为低电平，当转换结束后，EOC升为高电平。本电路用
26、中断方式通知单片机转换已经结束。也可采用查询方式和等待方式，但这两种方式单片机的利用率低。对本接口电路可编出相应的程序。在主程序中要对 外部中断进行预置，然后启动ADC0809进行A/D转换。设由IN0路开始，8路模拟量轮流输入。转换结束后，转入中断服务子程序，把转换结果读入8031的累加器，并存入相应缓冲存储单元50H57H，再由主程序进行处理。单片机与ADC0809的接口2022/9/172022/9/17第51页，共150页，编辑于2022年，星期一 转换程序如下：ORG2000H SETBIT0；外中断请求信号为下跳沿触发方式 SETBEA；总中断开放 SETBEX0；开外中断0 MO
27、VDPTR，#7FFFH ；ADC0809口地址 MOVR0，#50H ；R0作存数缓冲器指针 MOVR1，#00H ；R1作通道数指针 MOVA，R1 ；从IN0路开始 MOVXDPTR，A；启动A/D转换 ；继续主程序，等待中断 单片机与ADC0809的接口2022/9/172022/9/17第52页，共150页，编辑于2022年，星期一 中断子程序：ORG0003H ；外中断0的入口地址 AJMPRDDAT；转移至读入数据处RDDAT：MOVXA，DPTR；读取A/D转换数据 MOV R0，A；存入缓冲器 INC R0；增量缓冲器指针 INC R1；指向下一通道REP：MOV A，R1；
28、MOVXDPTR，A；启动下一路转换 CJNE A，#07H，RMP0；所有路都转换过吗？MOV R1，#00H；是，重新从IN0路开始 SJMP REPREMP0：RETi ；否，中断返回单片机与ADC0809的接口2022/9/172022/9/17第53页，共150页，编辑于2022年，星期一例 题编程对IN0IN7上的模拟电压采集一遍数字量，并送入内部RAM以30H为始址的存储区中。2022/9/172022/9/17第54页，共150页，编辑于2022年，星期一AD57412位A/D转换器AD574分辨率：12位非线性误差：小于1/2LBS或1LBS 转换速率：25us 模拟电压输入
29、范围：010V和020V，05V和010V两档四种 电源电压：15V和5V 数据输出格式：12位/8位 芯片工作模式：全速工作模式和单一工作模式2022/9/172022/9/17第55页，共150页，编辑于2022年，星期一AD574引脚结构：28脚双列直插式封装AD574的引脚2022/9/172022/9/17第56页，共150页，编辑于2022年，星期一1.Pin1(+V)+5V电源输入端。7.Pin7(V+)正电源输入端，输入+15V 电源。11.Pin(V-)负电源输入端，输入-15V 电源。AD574的引脚2022/9/172022/9/17第57页，共150页，编辑于2022年
30、，星期一 控制逻辑CECSR/C12/8A0操作功能100X0启动12位转换10001启动8位转换1011X输出12位数字10100输出高8位数字10101输出低4位数字0XXXX无操作X1XXX无操作AD574的引脚2022/9/172022/9/17第58页，共150页，编辑于2022年，星期一 单、双极性应用：单极性时BIP OFF接0V，双极性时BIP OFF接10VAD574 2022/9/172022/9/17第59页，共150页，编辑于2022年，星期一 转换结果输出：引脚12/8=1：D11-D0并行输出；引脚12/8=0：D11-D8和D7-D0分时输出；转换进行：STS为高
31、电平 转换结束：STS从高电平转为低电平AD574 2022/9/172022/9/17第60页，共150页，编辑于2022年，星期一 转换时序：启动AD574 2022/9/172022/9/17第61页，共150页，编辑于2022年，星期一 转换时序：读AD574 2022/9/172022/9/17第62页，共150页，编辑于2022年，星期一8031与AD574的接口单片机与AD574 的接口2022/9/172022/9/17第63页，共150页，编辑于2022年，星期一 、的状态由地址锁存器74LS373锁存 单片机的读写信号 、相与非后送入CE 直接接地，使输出变换结果格式采用分
32、高8位低4位两次读取的方法 STS接单片机的一条静态端口线，单片机采用查询的方法，待STS为低后再读A/D变换结果 编写程序，使AD574进行12位A/D转换，并把转换后的12位数字量存入内部20H和21H单元。设20H单元存放高8位，21H单元存放低4位单片机与AD574 的接口2022/9/172022/9/17第64页，共150页，编辑于2022年，星期一 程序如下：ORG 0000H MOV R0，#20H ；数据区首址 MOV DPTR，#0FF7CH MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 LOOP：JBP1.0，LOOP ；转换是否结束，未结束，等待 MOV DPTR，#0FF
33、7DH MOVX A，DPTR ；读高8位数据 MOV R0，A ；存高8位数据 INC DPTR INC DPTR MOVX A，DPTR ；读低4位数据 ANL A，#0FH ；屏蔽高4位随机数 INC R0 MOV R0，A ；存低4位数据 END单片机与AD574 的接口2022/9/172022/9/17第65页，共150页，编辑于2022年，星期一例题2022/9/172022/9/17第66页，共150页，编辑于2022年，星期一请编写程序令AD574工作，并把A/D转换后的12位数字量存入内部RAM的20H和21H单元，设21H单元低4位存放12位的数字量的低4位2022/9/
34、172022/9/17第67页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统数据采集系统的结构方案2022/9/172022/9/17第68页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 任务：把生产现场的工艺参数采集后以数字量的形 式进行存储、处理、传送、显示或打印。核心部件：A/D转换器 考虑因素：分辨率和精度，要采集的模拟量通路数，每个通路的采样速度、数据显示、打印或 绘图的输出速率以及成本等 2022/9/172022/9/17第69页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 典型的结构方案：（1）单通道结构 采集现场单一信号，只需考虑是否要对信号进行滤 波、变换，
35、是否要进行前置放大，是否要用采样保持器等 选择分辨率满足要求的A/D转换器来实现2022/9/172022/9/17第70页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 （2）多通道结构：采用单通道结构方案，各个模拟信号分别转换，然后把各通路A/D转换器的输出直接挂在微处理器的总线上，再用译码器进行选择，实现多路转换 对采样保持器的输入进行多路转换，共用采样保持器和A/D转换器，各模拟信号可以分别进行信号处理 对放大器的输入进行多路转换，各通路共用放大器、采样保持器和A/D转换器2022/9/172022/9/17第71页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 数据采集系统实
36、例：64路温度测量系统2022/9/172022/9/17第72页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 采用共用采样保持器和A/D转换器的方案 系统组成 温度传感器采用Pt100快速响应薄膜铂电阻 变送器电路可并行或串行 并行：可同时对多点温度进行测量，但由于需要多个变送器，整个系统成本高，整机所耗功率较大 串行：多个铂电阻共用一个变送器，整机成本低，功耗小，但系统响应时间长 2022/9/172022/9/17第73页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 多路转换器采用8片CD4051，用8位锁存器和74LS138译码器进行地址锁存和译码，选通64路开关 采样保持
37、器选用LF398 A/D转换器选用ADC1211，通过两片8212与微处理器接口 口地址分配：8位锁存器地址为01H，A/D转换器地址为02H，接口片8212（1）地址为03H，8212（2）地址为04H，采样保持器地址为05H2022/9/172022/9/17第74页，共150页，编辑于2022年，星期一数据采集系统 软件程序 由主程序和中断服务程序组成 从功能上分包括数据采集、显示程序、打印程序等2022/9/172022/9/17第75页，共150页，编辑于2022年，星期一模拟量输出通道任务：把微型计算机输出的数字量转换成模拟量核心部件：D/A转换器要求：可靠性高，满足一定的精度 具
38、有保持功能2022/9/172022/9/17第76页，共150页，编辑于2022年，星期一模拟量输出通道 多路模拟量输出通道的结构形式 主要取决于输出保持器的构成方式 输出保持器的作用：在新的控制信号到来之 前，使本次控制信号维持不变 两种基本结构形式：一个通路设置一个D/A转换器 多个通路共用一个D/A转换器2022/9/172022/9/17第77页，共150页，编辑于2022年，星期一模拟量输出通道 一个通路设置一个D/A转换器 优点：转换速度快，工作可靠 缺点：使用较多的D/A转换器2022/9/172022/9/17第78页，共150页，编辑于2022年，星期一模拟量输出通道 多个
39、通路共用一个D/A转换器 优点：节省了D/A转换器 缺点：微机分时工作，工作可靠性差2022/9/172022/9/17第79页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 D/A转换器的组成 基准电压（电流）模拟二进制数的位切换开关 产生二进制权电流（电压）的精密电阻网络 提供电流（电压）相加输出的运算放大器 2022/9/172022/9/17第80页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 D/A转换器的原理转换原理可以归纳为“按权展开，然后相加”。因此，D/A转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。解码网络通常有两种：二进
40、制加权电阻网络和T型电阻网络。2022/9/172022/9/17第81页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 4位权电阻网络D/A转换器原理图2022/9/172022/9/17第82页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 E为基准电压 S1S4为晶体管位切换开关，受二进制各位状态控制。相应位为“0”，开关接地；相应位为“1”，开关接E。2nR为权电阻网络，其阻值与各位权相对应，权越大，电 阻越大（电流越小），以保证一定权的数字信号产生相应 的模拟电流。运算放大器的虚地按二进制权的大小和各位开关的状态对 电流求和2022/9/172022/
41、9/17第83页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 设输入数字量为D，采用定点二进制小数编码，D可表示为：当ai=1时，开关接基准电压E，相应支路产生的电流为 当ai=0时，开关接地，相应支路中没有电流。因此，各支路电流可以表示为：这里2022/9/172022/9/17第84页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 运算放大器输出的模拟电压为可见，D/A转换器的输出电压 U 正比于输入数字量 D 缺点：位数越多，阻值差异越大2022/9/172022/9/17第85页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 4位T型电
42、阻网络（R-2R）D/A转换器原理图2022/9/172022/9/17第86页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 从节点a,b,c,d向右向上看，其等效电阻均为2R。位切换开关受相应的二进制码控制，相应码位为“1”，开关接运算放大器虚地，相应码位为“0”，开关接地。流经各切换开关的支路电流分别为1/2IREF，1/4IREF，1/8IREF，1/16IREF 各支路电流在运算放大器的虚地相加。2022/9/172022/9/17第87页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 运算放大器的满度输出为 这里满度输出电压(流)比基准电压(流)少了
43、1/16，是因端电阻常接地造成的，没有端电阻会引起译码错误 对 n 位D/A转换器而言，其输出电压为2022/9/172022/9/17第88页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 D/A转换器的主要技术参数 分辨率：同A/D 稳定时间 输入数字信号的变化是满量程时，输出信号达到稳定（离终值 1/2LSB）所需的时间,ns 或ms 输出电平 不同型号其输出电平相差很大,510v;2430v或者20mA,3A 输入编码：二进制码、BCD码、双极性时的各种码等2022/9/172022/9/17第89页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 调零和
44、增益校准 大多数转换器都要进行调零和增益校准 一般先调零，然后校准增益，这样零点调节和增益调整 之间就不会相互影响。调整步骤：首先在“开关均关闭”的状态下调零，然后 再在“开关均导通”的状态下进行增益校准2022/9/172022/9/17第90页，共150页，编辑于2022年，星期一 D/A与A/D转换技术 D/A转换器的调整 调零：设置一定的代码，使开关均关闭，然后调节调 零电路，直至输出信号为零或落入适当的读数（1/10LSB范围内）为止 增益校准：设置一定的代码，使开关均导通，然后调 节增益校准电路，直至输出信号读数与满度值减去一个 LSB 之差小于1/10LSB为止2022/9/17
45、2022/9/17第91页，共150页，编辑于2022年，星期一D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC08328位D/A转换器DAC0832：电流输出型 主要特点：可与各种微处理器直接接口 输入为8位二进制码，所有引脚(20个)与TTL兼容 具有双缓冲、单缓冲和直通数据输入3种工作方式 电流稳定时间1 S，满量程误差为1LSB 5V15V单一电源，低功耗20 mW 参考电压为10V10V2022/9/172022/9/17第92页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 内部结构2022/9/172022/9/17第93页，共150页，编辑于2022年，星期一D/
46、AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832 引脚结构：20引脚，双列直插式封装 数字量输入线D7D0（8条）控制线（5条）输出线（3条）Iout1,Iout2,Rf 电源线（4条）2022/9/172022/9/17第94页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 引脚功能说明：输入信号D7D0 输出信号IOUT1，且IOUT1 IOUT2为常量，Rfb为反馈信号输入端，反馈电阻在片内 控制信号：ILE为允许输入锁存信号，和 分 别为输入寄存器和DAC寄存器的写信号，为传送控制信号，为片选信号 电源信号：VCC为主电源，VREF为基准电压，AGND和DGND分别为
47、模拟地和数字地。2022/9/172022/9/17第95页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 因为DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如下图所示：2022/9/172022/9/17第96页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 单极性输出方式2022/9/172022/9/17第97页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 双极性输出方式2022/9/172022/9/17第98页，共150页，编辑于2022年，
48、星期一D/A转换器DAC0832 运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA的单向输出转变为双向输出，用图形表示如下：2022/9/172022/9/17第99页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 用偏移二进制码方法，实现D/A转换器的双极性输出比较容易实现，而且与微型计算机输出兼容，只要把最高位取反，就可以将2的补码转换成偏移二进制码2022/9/172022/9/17第100页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832DAC0832与MCS-51的接口 直通方式：指DAC0832内部的两个寄存器都处于不锁存状态，数据一旦到达输入端就直接被送
49、到D/A转换器转换成模拟量 所有控制信号都接成有效形式式，和 接地，接+5V电源 2022/9/172022/9/17第101页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 单缓冲方式：指DAC0832的两个寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式；2022/9/172022/9/17第102页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 DAC0832采用的是单缓冲单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH 实现D/A转换的程序如下：MOV DPTR，#7FFFH；输入0832口地址 MOV A，#data；读取数据 MOVX DPTR，
50、A ；执行D/A转换 SJMP$2022/9/172022/9/17第103页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 双缓冲方式：把DAC0832的两个寄存器都接成受控锁存方式2022/9/172022/9/17第104页，共150页，编辑于2022年，星期一D/A转换器DAC0832 DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入寄存器的地址为FEH，DAC寄存器的地址为FFH 实现D/A转换的程序如下：MOV R0，#0FEH；输入寄存器地址 MOVX R0，A；转换数据送输入寄存器 INC R0；产生DAC寄存器地址 MOVX R0，A；数据送入DAC寄存器