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1、第二章输入输出接口与过程通道本讲稿第一页，共九十二页2.1 2.1 总线扩展技术总线扩展技术2.1.1 I/O2.1.1 I/O端口与地址分配端口与地址分配 1.I/O1.I/O端口及端口及I/OI/O操作操作 （1 1）数据端口）数据端口 （2 2）状态端口）状态端口 （3 3）命令端口）命令端口 2.I/O 2.I/O端口编址方式端口编址方式 （1 1）统一编址）统一编址 （2 2）独立编址）独立编址 本讲稿第二页，共九十二页2.1.2 I/O端口地址译码技术1.1.三种译码方式三种译码方式 （1 1）线选法）线选法 （2 2）全译码法）全译码法 （3 3）部分译码）部分译码本讲稿第三页，
2、共九十二页2.I/O2.I/O端口地址译码电路信号端口地址译码电路信号3.I/O3.I/O端口地址译码方法及电路形式端口地址译码方法及电路形式 （1 1）固定地址译码）固定地址译码本讲稿第四页，共九十二页3.I/O3.I/O端口地址译码方法及电路形式端口地址译码方法及电路形式 （2 2）开关选择译码）开关选择译码本讲稿第五页，共九十二页2.1.3 基于ISA总线端口扩展1.1.板选译码与板板选译码与板内译码内译码2.2.总线驱动及逻总线驱动及逻辑控制辑控制3.3.端口及其读写端口及其读写控制控制本讲稿第六页，共九十二页2.2 数字量输入输出接口与过程通道2.2.1 数字量输入输出接口技术数字量
3、输入输出接口技术1、数字量输入接口、数字量输入接口设片选端口地址为设片选端口地址为port可用下列指令完成取数：可用下列指令完成取数：MOV DX，portIN AL，DX三态门缓冲器三态门缓冲器74LS244用来隔离输入用来隔离输入和输出线路，在两者之间起缓冲作用。和输出线路，在两者之间起缓冲作用。74LS244有有8个通道可输入个通道可输入8个开关状态个开关状态 图图2.4数字量输入接口数字量输入接口概念概念:接口、过程通道、过程通道的组成接口、过程通道、过程通道的组成本讲稿第七页，共九十二页2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道2、数字量输出接口、数字量输出接口片选端口地址为片选端
4、口地址为port完成数据输出控制的指令为：完成数据输出控制的指令为：MOV AL，DATAMOV DX，portOUT DX，AL74LS273有有8个通道个通道 可输出可输出8个开关状态个开关状态 并可驱动并可驱动8个输出装置个输出装置 图图2.5 数字量输出接口数字量输出接口本讲稿第八页，共九十二页2.2 数字量输入输出通道数字量输入输出通道2.2.2 数字量输入通道数字量输入通道1、数字量输入通道的结构、数字量输入通道的结构主要由输入缓冲器、输入调理电路、主要由输入缓冲器、输入调理电路、输入地址译码器等组成，如图输入地址译码器等组成，如图2.3：图图2.6数字量输入通道结构数字量输入通道
5、结构2、输入调理电路、输入调理电路（1）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路 图示为从开关、继电器等接点输入图示为从开关、继电器等接点输入信号的电路。将开关动作转换成信号的电路。将开关动作转换成TTL电平信号与计算机相连。电平信号与计算机相连。图（图（a）采用积分电路消除开关抖动的方法）采用积分电路消除开关抖动的方法图（图（b）为）为R-S触发器消除开关两次触发器消除开关两次 反跳的方法反跳的方法 图图2.7 小功率输入调理电路小功率输入调理电路本讲稿第九页，共九十二页2.2 数字量输入输出通道数字量输入输出通道（2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路在高压和低压间用光电耦合器在高压和低
6、压间用光电耦合器进行隔离进行隔离 图图2.8 大功率输入调理电路大功率输入调理电路2.2.3数字量输出通道数字量输出通道1、数字量输出通道的结构、数字量输出通道的结构主要由输出锁存器、输出驱动电路、主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码器电路等组成输出口地址译码器电路等组成 图图2.9 数字量输出通道结构数字量输出通道结构本讲稿第十页，共九十二页2.2 数字量输入输出通道数字量输入输出通道2、输出驱动电路、输出驱动电路（1）小功率直流驱动电路）小功率直流驱动电路a、功率晶体管输出驱动继电器电路、功率晶体管输出驱动继电器电路 因负载呈电感性，所以输出必须因负载呈电感性，所以输出必须加装克
7、服反电势的保护二极管加装克服反电势的保护二极管D，J为继电器的线圈为继电器的线圈 图图 2.10 功率晶体管输出驱动继器功率晶体管输出驱动继器b、达林顿阵列输出驱动继电器电路、达林顿阵列输出驱动继电器电路MC1416是达林顿阵列驱动器是达林顿阵列驱动器内含内含7个达林顿复合管，每个个达林顿复合管，每个管的电流都在管的电流都在500mA以上，截以上，截止时承受止时承受100V电压。为了防止电压。为了防止组件反向击穿，可使用内部保组件反向击穿，可使用内部保护二极管护二极管 图图2.11MC1416驱动驱动7个继电器个继电器本讲稿第十一页，共九十二页2.2 数字量输入输出通道数字量输入输出通道（2）
8、大功率交流驱动电路）大功率交流驱动电路固态继电器（固态继电器（SSR）是一种四端有源器件如图，输入输出之）是一种四端有源器件如图，输入输出之间采用光电耦合器进行隔离。零交叉电路可使交流电压变间采用光电耦合器进行隔离。零交叉电路可使交流电压变化到零伏附近时让电路接通，从而减少干扰。电路接通后，化到零伏附近时让电路接通，从而减少干扰。电路接通后，由触发器给出晶闸管器件的触发信号由触发器给出晶闸管器件的触发信号 图图2.9 固态继电器及用法固态继电器及用法本讲稿第十二页，共九十二页2.3.4 2.3.4 数字（开关）量输入数字（开关）量输入/输出通道模板举例输出通道模板举例图图2-19 PCL-73
9、02-19 PCL-730板卡组成框图板卡组成框图本讲稿第十三页，共九十二页2.3.4 2.3.4 数字（开关）量输入数字（开关）量输入/输出通道模板举例输出通道模板举例程序设计举例程序设计举例(基地址设为基地址设为220H)220H)：PCL-730PCL-730板卡的开关量输入板卡的开关量输入/输出都只需要二条指令就可以完成。输出都只需要二条指令就可以完成。C C语言程序如下：语言程序如下：outportb(0 x220outportb(0 x220，Ox55)Ox55)outportb(Ox221outportb(Ox221，0 x55)0 x55)inportb(Ox220)inpor
10、tb(Ox220)inportb(Ox221)inportb(Ox221)汇编语言程序如下：汇编语言程序如下：MOV DXMOV DX，220H 220HMOV ALMOV AL，55H 55HOUT DXOUT DX，AL ALMOV DXMOV DX，221H 221H OUT DXOUT DX，AL ALMOV DXMOV DX，220H 220HIN ALIN AL，DX DX MOV AHMOV AH，AL ALMOV DXMOV DX，221H 221HIN ALIN AL，DX DX本讲稿第十四页，共九十二页2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 2.3.1 模拟量输入通道的组成模
11、拟量输入通道的组成 图图2.14 模拟量输入通道的组成结构模拟量输入通道的组成结构 由图可知，模拟量输入通道一般由由图可知，模拟量输入通道一般由I/V变换，多路转换器，采样保持器，变换，多路转换器，采样保持器，A/D转换器，接口及控制逻辑等组成转换器，接口及控制逻辑等组成本讲稿第十五页，共九十二页2.3.2 信号调理和I/V变换1.1.信号调理电路信号调理电路信号调理电路主要通过非电量的转换、信号的变信号调理电路主要通过非电量的转换、信号的变换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，换、放大、滤波、线性化、共模抑制及隔离等方法，将非电量和非标准的电信号转换成标准的电信号。信将非电量和非标准
12、的电信号转换成标准的电信号。信号调理电路是传感器和号调理电路是传感器和A/DA/D之间以及之间以及D/AD/A和执行机构之和执行机构之间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。间的桥梁，也是测控系统中重要的组成部分。（1 1）非电信号的检测）非电信号的检测-不平衡电桥不平衡电桥（2 2）信号放大电路）信号放大电路 1)1)基于基于ILC7650ILC7650的前置放大电路的前置放大电路本讲稿第十六页，共九十二页2.3.2 信号调理和I/V变换1.1.信号调理电路信号调理电路2 2）AD526AD526可编程仪用放大器可编程仪用放大器AD526AD526是可通过软件对增益进行编程的单端输入是可通过
13、软件对增益进行编程的单端输入的仪用放大器，器件本身所提供的增益是的仪用放大器，器件本身所提供的增益是x lx l、x 2x 2、x 4x 4、x 8x 8、x16x16等五挡。它等五挡。它是一个完整的包括放大器、电阻网络和是一个完整的包括放大器、电阻网络和TTLTTL数字逻辑电路的器件，使用时不需外数字逻辑电路的器件，使用时不需外加任何元件就可工作。加任何元件就可工作。本讲稿第十七页，共九十二页2.3 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道2.I/V变换变换变送器输出的信号为变送器输出的信号为010mA或或420mA的统一信号的统一信号,需要经过需要经过I/V变换变成电压信号后才能处
14、理变换变成电压信号后才能处理1、无源、无源I/V变换变换无源无源I/V变换主要是利用无源期间变换主要是利用无源期间电阻来实现，并加滤波和输出限电阻来实现，并加滤波和输出限幅等保护措施，如图幅等保护措施，如图2.18所示所示 图图2.19无源无源I/V变换电路变换电路2、有源、有源I/V变换变换有源有源I/V变换主要是利用有变换主要是利用有源器件运算放大器，电阻源器件运算放大器，电阻组成如图组成如图2.19所示所示 图图2.20有源有源I/V变换电路变换电路本讲稿第十八页，共九十二页2.3 2.3 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道2.3.3 多路转换器多路转换器 多路转换器又称多
15、路开关多路转换器又称多路开关,多路开关是用来切换模拟电压信号的键元多路开关是用来切换模拟电压信号的键元件。利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放件。利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或大器或A/D转换器上。常用的多路开关有转换器上。常用的多路开关有CD4051。它是单端的。它是单端的8通通道开关，有三根二进制的控制输入端和一根禁止输入端道开关，有三根二进制的控制输入端和一根禁止输入端INH(高电平高电平禁止禁止)。片上有二进制译码器，可由。片上有二进制译码器，可由A、B、C三个二进制信号在三个二进制信号在8个个通道种选择一个，使输入和输出接通。而当通道种
16、选择一个，使输入和输出接通。而当INH为高电平时，不论为高电平时，不论A、B、C为何值，为何值，8个通道均不通。个通道均不通。本讲稿第十九页，共九十二页2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 2.3.4 采样、量化及采样保持器采样、量化及采样保持器1、信号的采样、信号的采样按一定的时间间隔按一定的时间间隔T T，把时间上连续，把时间上连续和幅值上也连续的模拟信号，转变和幅值上也连续的模拟信号，转变成在时刻成在时刻0 0，T T，2T2T，kTkT的一连串的一连串脉冲输出信号的过程称为采样过程脉冲输出信号的过程称为采样过程.采样信号是一个离散的模拟信号采样信号是一个离散的模拟信号.采样周期采样周期
17、:T:T 采样宽度采样宽度:香农采样定理香农采样定理:f2f f2fmaxmax实际应用实际应用:f(5:f(510)f10)fmaxmax本讲稿第二十页，共九十二页2、量化、量化 所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是执行量化动作的装置是A/DA/D转换器。转换器。字长为字长为n n的的A/DA/D转换器把转换器把YminYminYmaxYmax范围内变
18、化的采样信号，变换范围内变化的采样信号，变换为数字为数字0 02 2n n-1-1，其最低有效位（，其最低有效位（LSBLSB）所对应的模拟量）所对应的模拟量q q称为称为量量化单位化单位。2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道例例:12位位A/D转换器转换器,V=10.24V,V=10.24V本讲稿第二十一页，共九十二页量化误差量化误差:q2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道本讲稿第二十二页，共九十二页2.3 模拟量输入通道3、采样保持器、采样保持器(1)孔径时间和孔径误差的消除孔径时间和孔径误差的消除 在模拟量通道中，在模拟量通道中，A/D转换器将模拟信号转换成数字量总需要一定的转换器将模拟
19、信号转换成数字量总需要一定的时间，完成一次时间，完成一次A/D转换所需要的时间称之为孔径时间。对于模拟信号来转换所需要的时间称之为孔径时间。对于模拟信号来说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即为孔径误差。说，孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即为孔径误差。本讲稿第二十三页，共九十二页2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道（2）采样保持原理）采样保持原理 A/D转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为间称为A/D转换时间。在采样期间，如果输入信号变化较大，就会转换时间。在采样期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换
20、误差。所以在一般情况下采样信号都不直接送到引起转换误差。所以在一般情况下采样信号都不直接送到A/D转换转换器，还需加保持器作信号保持。器，还需加保持器作信号保持。采样保持器的基本组成采样保持器的基本组成:由输入输出缓冲器由输入输出缓冲器A1，A2和采样开关和采样开关K，保持电容，保持电容CH等组成。等组成。本讲稿第二十四页，共九十二页2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道（3）常用的采样保持器）常用的采样保持器 常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有LF398、AD582等，其原理结构如图等，其原理结构如图2.24（a）（）（b）所示。采用）所示。采用TTL逻辑电平控制逻辑电平控制2采样和
21、保持。采样和保持。LF398的采样控的采样控制电平为制电平为“1”，保持电平为，保持电平为“0”，AD582相反。相反。OFFSET用于零位调整。用于零位调整。保持电容保持电容CH通常外接的，取值与采样频率和精度有关。减少通常外接的，取值与采样频率和精度有关。减少CH可提高采样频率但可提高采样频率但降低精度。降低精度。选择采样保持器的主要因素有获取时间、电压下降率等。选择采样保持器的主要因素有获取时间、电压下降率等。本讲稿第二十五页，共九十二页2.3.5 A/D转换器的性能指标转换器的性能指标1.转换时间转换时间 2.分辨率分辨率 3.线性误差线性误差4.量程量程5.对基准电源的要求对基准电源
22、的要求常用的常用的A/DA/D转换方式转换方式:逐次逼近式、双斜积分式逐次逼近式、双斜积分式本讲稿第二十六页，共九十二页2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术 A/D转换器转换器1、8位位A/D转换器转换器ADC0809 ADC0809是一种带有是一种带有8通道模拟开关的通道模拟开关的8位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换器，转换时间为转换器，转换时间为100us左右，线性误差为左右，线性误差为1/2LSB。逻辑。逻辑结构图如下：结构图如下：本讲稿第二十七页，共九十二页图图2.10 ADC0809的逻辑结构框图的逻辑结构框图本讲稿第二十八页，共九十二页可见可见ADC0809由：
23、由：8通道模拟开关、通道模拟开关、通道选择逻辑（地址锁存与通道选择逻辑（地址锁存与译码）、译码）、8位位A/D转换器及三态输出锁存缓冲器组转换器及三态输出锁存缓冲器组成成2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术本讲稿第二十九页，共九十二页（1）8通道模拟开关及通道选择逻辑通道模拟开关及通道选择逻辑该部分的功能是实现该部分的功能是实现8选选1的操作，通道选择信号的操作，通道选择信号C、B、A与所选通道之间与所选通道之间的关系如下：的关系如下：（2）8位位A/D转换器转换器 8位位A/D转换器对选送到输入端的信号转换器对选送到输入端的信号V1进行转换，转换的结果进行转换，转换的结果
24、D存入三存入三态输出锁存缓冲器态输出锁存缓冲器 2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术本讲稿第三十页，共九十二页（3）三态输出锁存缓冲器）三态输出锁存缓冲器该部分用于存放转换结果该部分用于存放转换结果D，输出允许信号，输出允许信号OE为高电平时，为高电平时，D由由DO7DO0上输出；上输出；OE为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线DO7DO0为高阻态。为高阻态。图图2.11 ADC0809的转换时序图的转换时序图2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术本讲稿第三十一页，共九十二页2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术二、二、A
25、/D转换器接口技术转换器接口技术1、ADC0809与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口8255A的的A组和组和B组都工作于方式组都工作于方式0，端口端口A为输入口，为输入口，端口端口C上半部分为输入下半部分为输出口上半部分为输入下半部分为输出口.ADC0809的的ALE与与START引脚相连接，引脚相连接，将将PC0PC2输出的输出的3位地址锁存入位地址锁存入ADC0809的地址锁存器并启动的地址锁存器并启动A/D转换。转换。ADC0809的的EOC输出信号端同输出信号端同OE输入输入控制端相连接，当转换结束时，开放数控制端相连接，当转换结束时，开放数据缓冲器据缓冲器EOC信号还连接到
26、信号还连接到PC7，CPU通过查询通过查询PC7的状态而控制数据的输入过程的状态而控制数据的输入过程图图2.15 ADC0809与与PC机接口机接口本讲稿第三十二页，共九十二页假设假设8255A已经初始化，地址为已经初始化，地址为2C0H2C3H。ADC0809 PROC NEARMOVCX,8CLDMOV BL,00H ;模拟通道地址模拟通道地址 存存BLLEADI,DATABUFNEXTA:MOVDX,02C2HMOVAL,BLOUTDX,ALINCDXMOVAL,00000111B;输出启输出启 动信号动信号OUTDX,ALNOPMOVAL,00000110BOUTDX,ALDECDXN
27、OSC:INAL,DXTESTAL,80HJNZNOSC;EOC=1,则等待则等待NOEOC:INAL,DXTESTAL,80HJZNOEOC;EOC=0,则等待则等待MOVDX,02C0H;A口地址口地址INAL,DXSTOSDATABUFINCBL ;修改模拟通道地址修改模拟通道地址LOOPNEXTA;CX-1,CX=0？RETADC0809ENDP本讲稿第三十三页，共九十二页v作业2：vP68 1,2,3,4本讲稿第三十四页，共九十二页 2、12位位A/D转换器转换器AD574A AD574A是一种高性能的是一种高性能的12位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换器，转换器，原理图如下：原理图
28、如下：图图2.12 AD574A的原理结构的原理结构本讲稿第三十五页，共九十二页2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术（1）12位位A/D转换器转换器12位位A/D转换器的模拟输入可以是单极性的也可以是双极性的。转换器的模拟输入可以是单极性的也可以是双极性的。模拟输入信号的编程如下模拟输入信号的编程如下本讲稿第三十六页，共九十二页 图图2.13是是AD574A的单、双极性应用时的线路连接方法，的单、双极性应用时的线路连接方法，以及零点和满度调整方法以及零点和满度调整方法 （a）单极性 （b）双极性图图2.13 AD574A的输入信号连接方法的输入信号连接方法2.3.5 A/D
29、 转换器及其接口技术转换器及其接口技术本讲稿第三十七页，共九十二页（2）三态输出锁存缓冲器）三态输出锁存缓冲器该缓冲器用于存放该缓冲器用于存放12位转换结果位转换结果D。D的输出方式有两种，引脚的输出方式有两种，引脚 12/8=1时，时，D的的D11D0并行输出，并行输出，12/8=0时时D的高的高8位位D11D4与低与低4位位D3D0分时输出分时输出（3）控制逻辑）控制逻辑 控制逻辑的任务包含：启动转换、控制转换过程和控制逻辑的任务包含：启动转换、控制转换过程和 控制转换结果控制转换结果D的输出。控制信号的作用如下表的输出。控制信号的作用如下表2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其
30、接口技术本讲稿第三十八页，共九十二页2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术启动与读操作时序如图启动与读操作时序如图2.14：STS为为AD574A的状态的状态输出信号。输出信号。启动后，启动后，STS为高电平表示正在转换；为高电平表示正在转换；25us后转换结束，后转换结束，STS为低电平。为低电平。CPU可用查询方式或中断方式可用查询方式或中断方式了解转换过程是否结束。了解转换过程是否结束。图图2.14 AD574A的工作时序的工作时序本讲稿第三十九页，共九十二页2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、AD574与与PC总线工业控制接口总线工业控制接口
31、AD574A的的12/8控制引脚和控制引脚和V logic相连接相连接,A0接地接地,使工作于使工作于12位转换和读出方式位转换和读出方式.8255A的的A组和组和B组都工作于方式组都工作于方式0,端口端口A,B和端口和端口C上半部分规定为输入上半部分规定为输入,端口端口C的的下半部分规定为输出下半部分规定为输出 图图2.16 AD574A与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口本讲稿第四十页，共九十二页2.3.5 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术AD574A数据的程序段（假设已完成对数据的程序段（假设已完成对8255A的初始化编程，的初始化编程，8255A地址为地址为2C0H
32、2C3H）MOVDX,02C2H MOVAL,00HOUTDX,ALNOPNOPMOVAL,04H;使使CE=1,启动转换启动转换OUTDX,ALNOPNOPMOVAL,03H OUTDX,ALPOLLING:INAL,DX TESTAL,80HJNZPOLLING;STS=1,则等待则等待MOVAL,01HOUTDX,ALNOPMOVAL,05HOUTDX,ALMOVDX,02C0HINAL,DXANDAL,0FHMOVBH,ALINCDXINAL,DX;读读DB7DB0MOVBL,ALINCDXMOVAL,03H;使使CE=0 OUT DX,AL;结束读出操作结束读出操作本讲稿第四十一页，
33、共九十二页3.AD574A/16743.AD574A/1674与与PCPC总线工业控制机接口总线工业控制机接口本讲稿第四十二页，共九十二页2.3.6 模拟量输入通道模板举例图2-30 PCL-813B数据采集卡组成框图 本讲稿第四十三页，共九十二页2.4.6 2.4.6 模拟量输入通道模板举例模拟量输入通道模板举例1.1.PCL-813B PCL-813B 的寄存器地址的寄存器地址2.2.程序设计举例程序设计举例 PCL-813B A/D PCL-813B A/D 转换基于查询方式，由软件触发。转换基于查询方式，由软件触发。A/D A/D 转换器被触发后，利用程序检查转换器被触发后，利用程序检
34、查A/DA/D状态寄存器的状态寄存器的数据准备位（数据准备位（DRDY DRDY）。如果检测到该位为）。如果检测到该位为“1”“1”，则，则A/D A/D 转换正在进行。当转换正在进行。当A/D A/D 转换完成后；该位变为低转换完成后；该位变为低电平，此时转换数据可由程序读出。电平，此时转换数据可由程序读出。本讲稿第四十四页，共九十二页v作业3：vP68 5,6,7,8本讲稿第四十五页，共九十二页2.4 模拟量输出接口与过程通道2.4.1 2.4.1 模拟量输出通道的结构型式模拟量输出通道的结构型式1、一个通路设置一个数、一个通路设置一个数/模转换器的形式模转换器的形式 这种结构下，微处理器
35、和通路之间通过独立的接口缓冲器传送信息。这种结构下，微处理器和通路之间通过独立的接口缓冲器传送信息。优点：转换速度快、工作可靠优点：转换速度快、工作可靠缺点：使用较多的缺点：使用较多的D/A转换器。转换器。本讲稿第四十六页，共九十二页2.多个通道共用一个数多个通道共用一个数/模转换器的形式模转换器的形式由于共用一个由于共用一个D/A转换器，转换器，所以必须在微型机控制下分时工作。所以必须在微型机控制下分时工作。本讲稿第四十七页，共九十二页2.4.2 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术一、一、D/A转换器转换器1、8位位D/A转换器转换器DAC0832它主要由它主要由8位输入寄存器、位输
36、入寄存器、8位位DAC寄存器、采用寄存器、采用R-2R电阻网络的电阻网络的8位位D/A转换器、相应的选转换器、相应的选通控制逻辑四部分组成。通控制逻辑四部分组成。本讲稿第四十八页，共九十二页2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术二、二、D/A转换器接口技术转换器接口技术1、8位位D/A转换器与转换器与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口该电路由该电路由8位位D/A转换芯片转换芯片DAC0832、运算放大器、地址译码电路组成。、运算放大器、地址译码电路组成。若若DAC0832的口地址为的口地址为300H，则则8位二进制数位二进制数7EH转换为转换为模拟电压的接口程序为：模拟电压的
37、接口程序为：MOV DX，300HMOV AL，7FHOUT DX，ALHLT本讲稿第四十九页，共九十二页2.4.2 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、12位位D/A转换器转换器DAC1210图图2.28是是DAC1210的内部原的内部原理框图，其原理和控制信理框图，其原理和控制信号功能基本上同号功能基本上同DAC0832，两点不同：两点不同：一是它是一是它是12位的，有位的，有12条数据输入线。条数据输入线。二是可以用字节控制信号二是可以用字节控制信号BYTE1/BYTE2控制数控制数据的输入据的输入本讲稿第五十页，共九十二页2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、
38、12位位D/A转换器与转换器与PC总线工业控制总线工业控制机接口机接口该电路采用该电路采用12位位D/A转换芯片转换芯片DAC1210、输出放大器、地址译码器等电路输出放大器、地址译码器等电路组成。组成。端口地址译码器译出端口地址译码器译出Y0、Y1、Y2三三个口地个口地址，设为址，设为300H、301H、302H，这三个口地址用来控制这三个口地址用来控制DAC1210工作方工作方式式和进行和进行12位转换位转换本讲稿第五十一页，共九十二页2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 用前面的口地址用前面的口地址300H、301H、302H，将，将12位二进制位二进制数数83F0H转换为
39、模拟电压的接口程序为：转换为模拟电压的接口程序为：MOVDX,300HMOVAL,83H;送高送高8位数据位数据OUTDX,ALMOVDX,301HMOVAL,0F0H;送低送低4位数据位数据OUTDX,ALMOVDX,302HOUTDX,AL;12数据进行转换数据进行转换HLT本讲稿第五十二页，共九十二页作业作业4：P68 10,11本讲稿第五十三页，共九十二页2.4.3 2.4.3 单极性与双极性电压输出电路单极性与双极性电压输出电路 在实际应用中，通常采用在实际应用中，通常采用D/A转换器外加运算放大器的方法，把转换器外加运算放大器的方法，把D/A转换器的电流输转换器的电流输出转换为电压
40、输出。下图给出出转换为电压输出。下图给出D/A转换器的单极性与双极性输出电路转换器的单极性与双极性输出电路如果参考电压为如果参考电压为+5v,则则Vout1为为:0-5v,Vout2为为:5v.本讲稿第五十四页，共九十二页2 2.4.4 V/I4.4 V/I变换变换1、集成、集成V/I转换器转换器ZF2B20ZF2B20是通过是通过V/I变换的方式产生变换的方式产生一个与输入电压成比例的输出电流一个与输入电压成比例的输出电流输入电压范围输入电压范围:010v输出电流范围输出电流范围:420mA利用利用ZF2B20实现实现V/I转换极为方便，转换极为方便，图图2.35（a）所示电路是一种带初值校
41、准）所示电路是一种带初值校准的的010V到到420mA转换电路；转换电路；图图2.35（b）是一种带满刻度校准的）是一种带满刻度校准的010V到到020mA转换电路转换电路本讲稿第五十五页，共九十二页2 2.4.4 V/I4.4 V/I变换变换2、集成、集成V/I转换器转换器AD694AD694是一种是一种420mA转换器。转换器。AD694的主要特点是：的主要特点是：输出范围输出范围 420mA，020mA 输入范围输入范围 02V或或020V 电源范围电源范围 +4.536V 可与电流输出型可与电流输出型D/A转换器直接配合转换器直接配合使用，实现程控电流输出使用，实现程控电流输出 具有开
42、路或超限报警功能具有开路或超限报警功能图图2.38为为AD694的引脚图。的引脚图。对于不同的电源电压、输入输出范对于不同的电源电压、输入输出范围，其引脚接线也各不相同。围，其引脚接线也各不相同。图图2.38为为AD694的引脚图的引脚图本讲稿第五十六页，共九十二页2.2.集成集成V/IV/I转换器转换器AD694AD694AD694的基本应用的基本应用DAC1210与与AD694的接口的接口本讲稿第五十七页，共九十二页2.4.5 2.4.5 模拟量输出通道模板举例模拟量输出通道模板举例图图2-41 PCL-7262-41 PCL-726板卡组成框图板卡组成框图本讲稿第五十八页，共九十二页2.
43、D/A 2.D/A 转换程序流程转换程序流程D/A D/A 转换程序流程如下（以通道转换程序流程如下（以通道1 1为例）：为例）：（1 1）选择通道地址）选择通道地址n=1n=1（n=1n=16 6）。）。（2 2）确定）确定D/AD/A高高4 4位数据地址（基地址位数据地址（基地址+00+00）。）。（3 3）置）置 D/A D/A高高4 4位数据位数据(D3(D3DO DO 有效有效)。（4 4）确定）确定D/AD/A低低8 8位数据地址（基地址位数据地址（基地址+01+01）。）。（5 5）置置 D/AD/A低低8 8位数据位数据并启动转换。并启动转换。3.3.程序设计举例程序设计举例P
44、CL-726 PCL-726 的的D/A D/A 输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为输出、数字量输入等操作均不需要状态查询，分辨率为1212位，位，000H000H0FFFH0FFFH分别对应输出分别对应输出0%0%100%100%，若输出，若输出50%50%，则对应的输出数字量为，则对应的输出数字量为7FFH7FFH，设基地址为设基地址为220H220H，D/AD/A通道通道l l输出输出50%50%的程序如下：的程序如下：C C语言参考程序段如下：语言参考程序段如下：outportb(0 x220,0 x07)/D/A outportb(0 x220,0 x07)/D/A 通
45、道通道l l 输出输出50%50%outportb(0 x221,0 xff)outportb(0 x221,0 xff)汇编语言参考程序如下：（基地址为汇编语言参考程序如下：（基地址为220H 220H）：）：MOV AL MOV AL，07H 07H ；D/A D/A 通道通道l l 输出输出50%50%MOV DX MOV DX，0220H 0220H OUT DX OUT DX，AL AL MOV DX MOV DX，0221H 0221H MOV AL MOV AL，0FFH 0FFH本讲稿第五十九页，共九十二页2.5 2.5 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术2.5.1 2.5.1 过程
46、通道抗干扰技术过程通道抗干扰技术2.5.2 CPU2.5.2 CPU抗干扰技术抗干扰技术2.5.3 2.5.3 系统供电与接地技术系统供电与接地技术本讲稿第六十页，共九十二页 所所谓谓干干扰扰，就就是是有有用用信信号号以以外外的的噪噪声声或或造造成成计计算算机机设设备备不能正常工作的破坏因素。不能正常工作的破坏因素。克服干扰的措施克服干扰的措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施：硬件措施，软件措施，软硬结合的措施干扰的来源干扰的来源：外部干扰和内部干扰。：外部干扰和内部干扰。外外部部干干扰扰主主要要是是空空间间电电或或磁磁的的影影响响，环环境境温温度度、湿湿度度等等气气象象条件。条件。内内部
47、部干干扰扰主主要要是是分分布布电电容容、分分布布电电感感引引起起的的耦耦合合感感应应，电电磁磁场场辐辐射射感感应应，长长线线传传输输的的波波反反射射，多多点点接接地地造造成成的的电电位位差差引引起起的的干干扰扰，寄寄生生振振荡荡引引起起的的干干扰扰，甚甚至至元元器器件件产产生生的的噪噪声。声。分分布布电电容容：除除电电容容器器外外，由由于于电电路路的的分分布布特特点点而而具具有有的的电电容容叫分布电容。叫分布电容。分布电感：分布电感：distributed inductancedistributed inductance。本讲稿第六十一页，共九十二页2.5.1 2.5.1 过程通道抗干扰技术过
48、程通道抗干扰技术1.1.串模干扰及其抑制方法串模干扰及其抑制方法 (1)(1)串模干扰串模干扰 (2)(2)串模干扰的抑制方法串模干扰的抑制方法2.2.共模干扰及其抑制方法共模干扰及其抑制方法 (1)(1)共模干扰共模干扰 (2)(2)共模干扰的抑制方法共模干扰的抑制方法 变压器隔离变压器隔离 光电隔离光电隔离 浮地屏蔽浮地屏蔽 采用仪表放大器提高共模抑制比采用仪表放大器提高共模抑制比本讲稿第六十二页，共九十二页（2 2）串模干扰的抑制方法）串模干扰的抑制方法 如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制如果串模干扰频率比被测信号频率高，则采用输入低通滤波器来抑制高频率串模干扰
49、；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器高频率串模干扰；如果串模干扰频率比被测信号频率低，则采用高通滤波器来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用来抑制低频串模干扰；如果串模干扰频率落在被测信号频谱的两侧，则应用带通滤波器。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容带通滤波器。一般情况下，串模干扰均比被测信号变化快，故常用二级阻容低通滤波网络作为模低通滤波网络作为模/数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应数转换器的输入滤波器。当被测信号变化较快时，应相应改变网络参数，以适当减小时间常数。相应改变网络参数，以适当减小时间常数。本讲稿第六十
50、三页，共九十二页 当当尖尖峰峰型型串串模模干干扰扰成成为为主主要要干干扰扰源源时时，用用双双积积分分式式A/DA/D转转换换器器可可以以削削弱弱串串模模干干扰扰的的影影响响。因因为为此此类类转转换换器器是是对对输输入入信信号号的的积积分分值值进进行行测测量量，而而不不是是测测量量信信号号的的瞬瞬时时值值。若若干干扰扰信信号号是是周周期期性性的的而而积积分分时时间间又又为为信信号号周周期期或或信信号号周周期期的的整整数数倍倍，则则积积分分后后干干扰扰值值为为零零，对对测测量量结结果不产生误差。果不产生误差。对对于于串串模模干干扰扰主主要要来来自自电电磁磁感感应应的的情情况况下下，对对被被测测信信