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1、微机原理与控制技术微机原理与控制技术-卢晓卢晓红红4-77输入输出接口与过程输入输出接口与过程通道通道-final第四章：输入输出接口与过程通道第四章：输入输出接口与过程通道4.0 4.0 接口与过程通道的概念接口与过程通道的概念4.1 4.1 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术4.5 4.5 传感器与测量数据预处理技术传感器与测量数据预处理技术2 29 94.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口
2、与过程通道当当INHINH为低电平时，可由为低电平时，可由A A，B B，C C三个控制输入端输入三个控制输入端输入3 3位二进制数，在位二进制数，在8 8个通道中选择一个，使输入和输出接通。个通道中选择一个，使输入和输出接通。禁止输入禁止输入端端INHINH控制输控制输入端入端A A，B B，C CnCD4051：8 8通道多路开关，有三个二进制的控制输入端通道多路开关，有三个二进制的控制输入端A A、B B、C C和一和一个禁止输入端个禁止输入端INHINH。当。当INHINH为高电平时，为高电平时，8 8个通道均不通。个通道均不通。例题例题2 2：利用：利用DAC0832DAC0832进
3、行模拟量输出通道设计进行模拟量输出通道设计采用采用DAC0832DAC0832、运算放大器、运算放大器、CD4051CD4051、采样保持器等元器件与、采样保持器等元器件与80868086总线总线工业控制机接口，设计工业控制机接口，设计8 8路模拟量输出系统，（路模拟量输出系统，（1 1）画出电路原理图；）画出电路原理图；DAC0832DAC0832单缓单缓冲方式连冲方式连8086CPU8086CPUCD4051CD4051A B CD2 D1 D0INHY1VDD VEE+5VX0X1X7保持器保持器保持器V/IV/IV/II0I1I7通过多路开关通过多路开关CD4051CD4051，将，将
4、DAC0832DAC0832转换结果从转换结果从8 8通道通道中的任何一个通道中送出。中的任何一个通道中送出。输出端接保持器的作用是为了保输出端接保持器的作用是为了保持持D/AD/A输出稳定，起到电压保护输出稳定，起到电压保护作用。作用。V/IV/I变换输出变换输出420mA420mA的的电流信号。电流信号。D/A D/A 转换结果采用电流形式输出，通过一个高转换结果采用电流形式输出，通过一个高输入阻抗的运算放大器实现电流到电压的转换。输入阻抗的运算放大器实现电流到电压的转换。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道1111n信号采样信号采样u采采样样过过程程：信信号号
5、采采样样就就是是将将时时间间上上连连续续幅幅值值上上也也连连续续的的模模拟拟信信号号，通通过过采采样样开开关关按按一一定定时时间间间间隔隔的的闭闭合合和和断断开开，将将其其抽抽样样成成一一连连串串离离散散脉脉冲冲信信号的过程。号的过程。f(t)tOf(t)Sf*(t)f*(t)t0T 2T4T6T(a)被采样信号被采样信号(b)采样开关采样开关(c)采样信号采样信号n3 3）采样、量化及常用的采样保持器）采样、量化及常用的采样保持器12124.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道f f(t t)t tO Of f(t t)S Sf f*(t t)f f*(t t)t t
6、0 0T T 2 2T T4 4T T6 6T T(a)(a)被采样信号被采样信号(b)(b)采样开关采样开关(c)(c)采样信号采样信号u采样周期采样周期：采样开关两次采样：采样开关两次采样(闭合闭合)的间隔时间的间隔时间T T；u采样时间采样时间/采样宽度：采样宽度：采样开关的闭合时间采样开关的闭合时间，代表采样开，代表采样开关闭合的时间；关闭合的时间；u采样时刻：采样时刻：0 0、T T、2T2T各时间点；各时间点；4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道u香香农农(S(Sh ha annnno on n)采采样样定定理理：为为了了使使采采样样信信号号 能能反反映
7、映连连续续信信号号 的的变变化化规规律律，采采样样频频率率 至至少少应应该该是是信信号号 频谱最高频率频谱最高频率 的两倍，即。的两倍，即。当采样周期满足当采样周期满足采样定理采样定理时，采样信号频谱就不会发生重叠效应，时，采样信号频谱就不会发生重叠效应，从而可以通过理想的低通滤波器从采样信号从而可以通过理想的低通滤波器从采样信号 中完全恢复出中完全恢复出 来。来。实际应用中，常取实际应用中，常取f fs s(5(510)f10)fmaxmax ，甚至更高。甚至更高。14144.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道n量化量化u量量化化：用用一一组组数数码码(如如二二进进
8、制制码码)逼逼近近离离散散模模拟拟信信号号的的幅幅值值，将其转换为数字信号；将其转换为数字信号；u量量化化过过程程：将将离离散散采采样样信信号号转转换换为为数数字字信信号号的的过过程程；执执行行量化动作的装置是量化动作的装置是模模/数数(A/D)(A/D)转换器转换器：；u量量化化单单位位（量量化化采采样样信信号号所所用用数数码码最最低低有有效效位位所所对对应应的的模模拟拟量量）：字字长长为为n n的的A/DA/D转转换换器器把把y yminminyymaxmax范范围围内内变变化化的的采采样样信信号号，变变换换为为数数字字0-20-2n n-1-1，其其最最低低有有效效位位LSBLSB（Le
9、ast Least Significant BitSignificant Bit）所对应的模拟量）所对应的模拟量q q称为量化单位称为量化单位u量量化化误误差差：量量化化过过程程中中用用量量化化单单位位q q去去度度量量采采样样值值幅幅值值大大小小时时由由于于小小数数归归整整(四四舍舍五五入入)而而引引入入的的误误差差，其其最最大大值值为为q/2q/2；15154.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道在在A A/D/D转转换换器器的的输输出出位位数数n n足足够够多多时时，可可以以使使量量化化误误差差达达到到足足够够小小，就就可可以以认认为为数数字字信信号号近近似似于于
10、采采样样信信号号。如如果果在在采采样样过过程程中中，采采样样频频率率也也足足够够高高，就就可可以以用用采采样样、量量化化后后得得到到的的一一系系列列离离散散的的二二进进制制数数字字量量来来表表示示某某一一时时间间上上连连续续的的模模拟拟信信号号，从从而而可可以以由由计计算算机机来来进进行行控控制制计计算和处理。算和处理。例如：模拟信号例如：模拟信号y ymamax x 10V,10V,y ym min in 0V0V，取，取n n8 8量化单位量化单位q q=10V/(2=10V/(28 8-1)40mV-1)40mV量化误差最大值量化误差最大值e emamax x q q/220mV/220
11、mV量化单位量化单位n采样保持采样保持u孔径时间：孔径时间：完成一次完成一次A/DA/D转换所需的时间；转换所需的时间；u孔径误差：孔径误差：由孔径时间决定的对随时间变化的由孔径时间决定的对随时间变化的模拟信号的每个采样时刻的最大转换误差；模拟信号的每个采样时刻的最大转换误差；4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道如图所示的正弦模拟信号，如果如图所示的正弦模拟信号，如果从从t t0 0时刻开始进行时刻开始进行A/DA/D转换，但转换，但转换结束时候时已为转换结束时候时已为t t1 1，模拟信，模拟信号已发生号已发生 的变化。的变化。16164.2 4.2 模拟量输入接
12、口与过程通道模拟量输入接口与过程通道对于一定的转换时间，最大可能的误差发生在信号过零的对于一定的转换时间，最大可能的误差发生在信号过零的时刻，因为此时时刻，因为此时 最大，孔径时间最大，孔径时间 一定，所一定，所以以 最大。最大。令令U U=U Ummsinsin t t，则：，则：在坐标的原点有：在坐标的原点有：取取t=t t=t A/DA/D ，则得到误差的百分数为：，则得到误差的百分数为：U Umm为正弦信号的幅值。为正弦信号的幅值。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道对对10位位A/D转换器转换精度转换器转换精度/转换误差为转换误差为0.1%，孔径时间，孔径
13、时间=10s，问允许转换正弦波信号最大频率为？，问允许转换正弦波信号最大频率为？解：由得到：例题例题1 1：4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道A/DA/D转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为A/DA/D转换时间转换时间。在。在A/DA/D转换期间，如果输入信号的变化频率相对于转换期间，如果输入信号的变化频率相对于A/DA/D转换器的速度来说比较高，就会引起转换器的速度来说比较高，就会引起转换误差转换误差。所以，一般情况。所以，一般情况下采样信号都不直接送到下采样信号都不直接送到A/DA/D转换
14、器转换，还需加转换器转换，还需加采样保持器采样保持器作信号作信号保持。保持器把保持。保持器把t=kTt=kT时刻的采样值保持到时刻的采样值保持到A/DA/D转换结束。转换结束。n采样保持电路采样保持电路如果被采样的模拟信号的变化频率相对于如果被采样的模拟信号的变化频率相对于A/DA/D转换器的速度来说比转换器的速度来说比较高，为保证转换精度，需要在较高，为保证转换精度，需要在A/DA/D转换之前加上转换之前加上采样保持电路采样保持电路，使得在使得在A/DA/D转换期间保持输入模拟信号不变。转换期间保持输入模拟信号不变。n采样保持电路有两个工作状态：采样状态和保持状态采样保持电路有两个工作状态：
15、采样状态和保持状态u采采样样状状态态：模模拟拟开开关关S S闭闭合合，输输入入放放大大器器的的输输出出端端给给电电容容C CH H 快快速速充充电电，U U0 0输出跟随输出跟随U Ui i变化。变化。u保保持持状状态态：模模拟拟开开关关S S断断开开，进进入入保保持持状状态态。由由于于A A2 2的的输输入入阻阻抗抗很很大大，C CHH可可以以保保持持开开关关S S断断开开瞬瞬间间输输入入的的电电压压值值，使使输输出出端端U U0 0的的电电压压值值保保持持不不变变。采采样样保保持持器器一一旦旦进进入入保保持持期期，便便应应立立即即启启动动A/DA/D转转换换器器，保保证证A/DA/D转换期
16、间输入恒定。转换期间输入恒定。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道2020u在在模模拟拟量量输输入入通通道道中中，只只有有在在信信号号变变化化频频率率较较高高而而A/DA/D转转换换速速度度又又不不高高，以以致致孔孔径径误误差差影影响响转转换换精精度度时时，或或者者要要求求同同时时进进行行多多路路采采样样的的情情况况下下，才才需需要要设设置置采采样样保保持持电电路路，对对于于一一些些变变化化缓缓慢慢的的生生产产过程过程(如石油、化工等如石油、化工等)可以不设置保持电路；可以不设置保持电路；4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道4.2 4.2
17、 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道4.2.2 A/D4.2.2 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术nA/DA/D转换器：将模拟量转换成数字量的器件。转换器：将模拟量转换成数字量的器件。u技术指标技术指标分分辨辨率率：A/DA/D转转换换器器的的分分辨辨能能力力，通通常常用用转转换换后后数数字字量量的的位位数数表表示示，如如8 8位位、1010位位、1212位位、1616位位等等。分分辨辨率率越越高高，转转换换时时对对输输入入模模拟拟信信号号的的反反应应就就越越灵灵敏敏。分分辨辨率率为为8 8位位表表示示可以对满量程的可以对满量程的1/21/28 81/2561/256的
18、增量作出反应；的增量作出反应；量程：量程：所能转换的电压范围，如所能转换的电压范围，如0 0 5V5V、-5V-5V+5V+5V等等;转换精度：转换精度：A/DA/D转换结果相对于实际值的准确度转换结果相对于实际值的准确度;绝对精度：绝对精度：常用数字量的位数表示，如常用数字量的位数表示，如(1/2)LSB(1/2)LSB相相对对精精度度：用用相相对对于于满满量量程程的的百百分分比比表表示示，例例如如满满量量程程为为10V10V的的8 8位位A/DA/D转转换换器器，其其绝绝对对精精度度为为1/210/21/210/28 819.5mV19.5mV，相对精度为相对精度为1/21/28 8100
19、1000.390.39。转换时间：转换时间：完成一次完成一次A/DA/D转换所需的时间；转换所需的时间；22224.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道nA/DA/D转换实现方法转换实现方法u计计数数比比较较法法：器器件件简简单单、价价格格便便宜宜，转转换换速速度慢，较少采用；度慢，较少采用；u双双斜斜率率积积分分法法：器器件件转转换换速速度度较较慢慢，但但精精度度高，时有采用；高，时有采用；u逐逐次次逼逼近近法法：对对速速度度和和精精度度兼兼顾顾性性好好，在在1616位以下位以下A A/D/D转换器中广泛使用；转换器中广泛使用；2323nADC0809ADC0809：
20、8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D转换器转换器。具有具有8 8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进行行A/DA/D转换，得到转换，得到8 8位二进制数字量。位二进制数字量。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道主要性能主要性能分辨率为分辨率为 8 8位；位；转换时间为转换时间为100100s s左右；左右；电源电压：电源电压：6.5V6.5V模拟输入电压范围为模拟输入电压范围为0 05V5V，对应，对应A A/D/D 转换值为转换值为0000HHFFFFHH；内部带内部带 8 8 路模拟开关，可以输入
21、路模拟开关，可以输入8 8 路模拟信号；路模拟信号；有输出锁存功能；有输出锁存功能；时钟频率时钟频率640k640kHHz z24242525ADC0809ADC0809逻辑结构逻辑结构4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道u在在STARTSTART上上收收到到一一个个启启动动转转换换命命令令后后开开始始转转换换。转转换换时时间间100s100s左左右右。转转换换结束后，结束后，EOCEOC由低变高，通知由低变高，通知CPUCPU读数据。读数据。u由由8 8路路模模拟拟开开关关、地地址址锁锁存存与与译译码码器器、8 8位位逐逐次次逼逼近近式式A/DA/D转转换换器器、
22、输输出出缓缓冲冲器组成。器组成。u通通道道选选择择信信号号ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC用用 于于 在在 8 8个个输输入入通通道道中中选选择一个。择一个。uA/DA/D转转换换器器将将输输入入的的模模拟拟信信号号转转换换为为8 8位位二二进进制数。制数。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道8 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809uADC0809ADC0809的量化单位：的量化单位：通常基准电压通常基准电压 =5.12V=5.12V，=0V=0V，此时，此时如如 =2.5V=2.5V时，则转换结果为？时，则转换结果为？例题
23、例题2 2：01111101B262627274.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道nA/DA/D转换器到微机的接口转换器到微机的接口uADC0809与系统总线的连接与系统总线的连接模拟量输入接基准电压8位数字量输出结果，接DBIN0IN1IN7VREF(+)VREF(-)GNDCLOCKALESTARTOUTPUTENABLEEOCADDAADDBADDCD0D7分频CLOCK&WRM/IORD译码器通道地址线通道地址线ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC分别接到数据总线低三位上。分别接到数据总线低三位上。ADC0809ADC0809的时的时钟频率为
24、钟频率为640KHz640KHz，微机的时钟频率为，微机的时钟频率为5MHz5MHz或更高，需要分频。或更高，需要分频。地址总线地址线通过译码器地址线通过译码器输出端作为片选信输出端作为片选信号。以号。以M/-IOM/-IO、-WRWR以及地址译码以及地址译码输出信号作为启动输出信号作为启动信号信号STARTSTART和地址和地址锁存信号锁存信号ALEALE。以。以M/-IOM/-IO、-RD-RD以及以及地址译码输出信号地址译码输出信号作为作为OUTPUT OUTPUT ENABLEENABLE信号信号接8259A4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道nA/DA/D
25、转换器到微机的接口转换器到微机的接口n例如：例如：假设假设ADC0809ADC0809的端口地址为的端口地址为PORTCTPORTCT，要把，要把3 3通道的模通道的模拟量转换成数字量送到拟量转换成数字量送到ALAL寄存器，程序如下：寄存器，程序如下：STARTSTART：MOV ALMOV AL，03H03H OUT PORTCT OUT PORTCT，AL AL ；送通道地址送通道地址 CALL DELAY CALL DELAY ；调用延时子程序，转换时间为调用延时子程序，转换时间为100s100s左右左右 IN AL IN AL，PROTCT PROTCT ；读取转换的数字量读取转换的数
26、字量29294.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道nADC0809ADC0809通过通过82558255连接到连接到80868086ADC0809ADC0809转换结果送入转换结果送入8255A8255A的端口的端口A A；通道地址线；通道地址线ADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC分别接到分别接到PCPC0，PCPC1，PCPC2；PCPC3作为启动信号作为启动信号STARTSTART和地址锁存和地址锁存信号信号ALEALE；PCPC7作为转换结束作为转换结束EOCEOC信号和信号和OUTPUT ENABLEOUTPUT ENABLE信号信号4.3.1
27、 4.3.1 模拟量输出通道的组成模拟量输出通道的组成u模模拟拟量量输输出出通通道道的的作作用用是是将将计计算算机机输输出出的的数数字字量量转转换换成成模模拟拟电电压压或或模模拟拟电电流流，以以便便驱驱动动相相应应的的执执行行机机构构，达达到到控控制制目目的的。是是实实现控制输出的关键。现控制输出的关键。4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道计算机控制系统计算机控制系统30304.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道n模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式D/AD/A转转换换后后的的信信号号是是离离散散的的模模拟拟信信号号。由由于于实
28、实际际上上的的执执行行部部件件往往往往要要求求连连续续的的模模拟拟信信号号，这这样样就就需需要要有有输输出出保保持持器器。输输出出保保持持器器可可以以使使本本次次输输出出的的控控制制信信号号在在新新的的控控制制信信号号来来到到之之前前维维持持不不变变，从从而而将离散的模拟信号变为连续的模拟信号将离散的模拟信号变为连续的模拟信号。u输出保持器有数字保持方案和模拟保持方案两种，决输出保持器有数字保持方案和模拟保持方案两种，决定了模拟量输出通道的两种结构形式。定了模拟量输出通道的两种结构形式。模模拟拟量量输输出出通通道道依依据据输输出出保保持持器器的的构构成成方方式式分分为为数数字字保持和模拟保持保
29、持和模拟保持两种基本结构形式。两种基本结构形式。nD/AD/A转换器：转换器：把数字量转换为模拟量的装置，是模拟量把数字量转换为模拟量的装置，是模拟量输出装置的重要组成部分。输出装置的重要组成部分。31314.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4.3.2 D/A4.3.2 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术nD/AD/A转换器转换器uD/AD/A转转换换器器是是将将数数字字量量转转换换成成模模拟拟量量的的装装置置，是模拟量输出通道的重要组成部分；是模拟量输出通道的重要组成部分；uD/AD/A转转换换器器根根据据输输出出模模拟拟量量的的形形式式分分为为电电压压型
30、和电流型型和电流型两种；两种；u技技术术指指标标：分分辨辨率率、转转换换精精度度、建建立立时时间间、线线性误差等。性误差等。32324.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道nD/AD/A转换器技术指标转换器技术指标u分分辨辨率率：用用D/AD/A转转换换器器输输入入二二进进制制数数的的位位数数来来表表示示，如如8 8位位、1010位位、1212位位等等。分分辨辨率率为为n n位位，表表示示D/AD/A转转换换器器输输入入二二进进制制数数的的最最低低有有效效位位LSBLSB与满量程输出的与满量程输出的1/21/2n n相对应；相对应；u稳稳定定时时间间：指指输输入入数数字
31、字信信号号的的变变化化为为满满量量程程时时，其其输输出出达达到到稳稳定定(一一般般稳稳定定到到与与终终值值相相差差0.5LSB0.5LSB的的模模拟拟量量范范围围)所所需需的的时时间间，也也称称转转换换时时间或建立时间，一般为几个间或建立时间，一般为几个ss；u输出方式：输出方式：电平输出电平输出(510V(510V之间之间)；电流输出；电流输出(20mA3A(20mA3A之间之间)；u线线性性误误差差：在在满满量量程程范范围围内内转转换换结结果果偏偏离离理理想想转转换换特特性性的的最最大大误误差差；常用常用LSBLSB的分数表示，如的分数表示，如0.5LSB 0.5LSB。333334344
32、.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道分辨率为分辨率为8 8位；位；单单一一电电源源供供电电(5(515V)15V)；基基准准电电压压V VREFREF工工作作范范围围-10-10+10V+10V；nDAC0832:DAC0832:美国数据公司的美国数据公司的8 8位双缓冲位双缓冲D/AD/A转换器转换器DD0 0-D-D7 7为数据输入线；为数据输入线；ILEILE为数据允许信号。为数据允许信号。-CS-CS输入寄存器片选信号，输入寄存器片选信号，低电平有效；低电平有效；-WR-WR1 1为输入寄存器写选通信号，低有效；为输入寄存器写选通信号，低有效；-WR-WR2
33、2为为DACDAC寄寄存器写选通信号，低有效；存器写选通信号，低有效；-XFER-XFER为数据传送信号，为数据传送信号，I IOUT1OUT1和和I IOUT2OUT2为电为电流输出线。流输出线。V VCCCC为电源输入线；为电源输入线；R Rf f为反馈信号输入线。为反馈信号输入线。4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道nDAC0832DAC0832u美国数据公司的美国数据公司的8 8位双缓冲位双缓冲D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832的逻辑图的逻辑图：DIDI0 0-DI-DI7 7为数据输入线；为数据输入线；ILEILE为数据允许信号。为数据允
34、许信号。-CSCS输入寄存器片选信号，低电平有效；输入寄存器片选信号，低电平有效；-WR-WR1 1为输入寄存器写选通信号，为输入寄存器写选通信号，低有效；低有效；-WR-WR2 2为为DACDAC寄存器写选通信号，低有效；寄存器写选通信号，低有效；-XFER-XFER为数据传送为数据传送信号，信号，I IOUT1OUT1和和I IOUT2OUT2为电流输出线。为电流输出线。V VCCCC为电源输入线；为电源输入线；R RFBFB为反馈信号为反馈信号输入线。输入线。数数据据输输入入线线ILE=1ILE=1，-CS=0-CS=0，-WRWR1 1=0=0时，在时，在-LE-LE1 1产生产生正脉
35、冲，负跳变将数据正脉冲，负跳变将数据线上的信息存入输入寄线上的信息存入输入寄存器存器-XFE=0-XFE=0，-WR-WR2 2=0=0时，时，在在-LE-LE2 2产生正脉冲，负产生正脉冲，负跳变将输入寄存器内容跳变将输入寄存器内容存入存入DACDAC寄存器寄存器3535 D/A D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，拟电压信号，可通过在两个电流输出端接上可通过在两个电流输出端接上一个高输入一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过运放的反馈电阻可通过RfbRfb端引用片内固有电阻，也可外接。
36、端引用片内固有电阻，也可外接。DAC0832DAC0832逻辑输入满逻辑输入满足足TTLTTL电平，可直接与电平，可直接与TTLTTL电路或微机电路连接。电路或微机电路连接。根据对根据对DAC0832DAC0832的数据输入寄存器和的数据输入寄存器和DACDAC寄存器的寄存器的不同的控制方式，不同的控制方式，DAC0832DAC0832有三种工作方式：有三种工作方式：直通方式、直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。单缓冲方式和双缓冲方式。8.6 A/D8.6 A/D与与D/AD/A转换器转换器3737nDAC0832DAC0832的三种工作方式的三种工作方式1 1）单缓冲方式）单缓冲方式2 2）双
37、缓冲方式）双缓冲方式3 3）直通方式）直通方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。方法是可适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。方法是可以以只用输入寄存器而把只用输入寄存器而把DACDAC接成直通方式。接成直通方式。适用于多个适用于多个DAC0832DAC0832同时输出的情形。方法是分别使这些同时输出的情形。方法是分别使这些DAC0832DAC0832的的输入寄存器接收数据，再控制这些输入寄存器接收数据，再控制这些DAC0832DAC0832同时传送数据到同时传送数据到DACDAC寄存器寄存器以实现多个以实现多个D/AD/A转换同步输出。转换同步输出。数据不
38、通过缓冲器，数据不通过缓冲器，即即-WR-WR1 1，-WR-WR2 2，-XFER-XFER，-CS-CS均接地，均接地，ILEILE接高电接高电平。平。此时必须通过此时必须通过I/OI/O接口与接口与CPUCPU相连，以配合相连，以配合CPUCPU与与D/AD/A的转换。的转换。8.6 A/D8.6 A/D与与D/AD/A转换器转换器1 1）双缓冲方式：）双缓冲方式：此时对此时对LE1LE1和和LE2LE2分别控制。对每个分别控制。对每个DACDAC，在数据同步输出时，先令在数据同步输出时，先令-WR1-WR1、-CS-CS和和ILEILE有效，把多个数据有效，把多个数据分别存入各自的输入
39、寄存器。再同时令所有分别存入各自的输入寄存器。再同时令所有DACDAC的的-WR2-WR2和和-XREFXREF有效。有效。8.6 A/D8.6 A/D与与D/AD/A转换器转换器-CS-CS受控，影响受控，影响LE1LE1；进而影响；进而影响8 8位输入寄存器；位输入寄存器；-XFER-XFER受控，影受控，影响响LE2LE2，进而影响，进而影响8 8位位DACDAC寄存器。寄存器。2 2）直通方式：）直通方式：所有控制信号接成有效形式。前级带数据锁存器所有控制信号接成有效形式。前级带数据锁存器 -CS=-WR1=-WR2=-XREF=0-CS=-WR1=-WR2=-XREF=0，ILE=1
40、ILE=18.6 A/D8.6 A/D与与D/AD/A转换器转换器3 3）单缓冲方式：）单缓冲方式：只用输只用输入寄存器锁存数据，入寄存器锁存数据，LE2LE2部分直通，部分直通，可将可将WR2WR2、-XREF-XREF接地；接地；DACDAC寄存器直通；寄存器直通；-CS-CS接地，接地，ILEILE接接+5V+5V，-WR1WR1接地址线，受控，接地址线，受控，影响影响LE1LE1；进而影响；进而影响8 8位位输入寄存器。输入寄存器。8.6 A/D8.6 A/D与与D/AD/A转换器转换器4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4141运算放大器实现电流和电压的转
41、换42424.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道nDAC0832DAC0832接口转换程序接口转换程序若若DAC0832DAC0832的的I/OI/O端口地址为端口地址为300H300H，则，则7FH7FH转换为模转换为模拟电压的拟电压的接口转换程序接口转换程序为：为：DA8OUT：MOV DXMOV DX，300H300HMOV ALMOV AL，7FH7FHOUT DXOUT DX，ALALRETRET作业：模拟量输出通道设计作业：模拟量输出通道设计采用采用DAC0832DAC0832、运算放大器、运算放大器、CD4051CD4051、采样保持器等元器件与、采样保
42、持器等元器件与80868086总线总线工业控制机接口，设计工业控制机接口，设计8 8路模拟量输出系统，（路模拟量输出系统，（1 1）画出电路原理图；）画出电路原理图；DAC0832DAC0832单缓单缓冲方式连冲方式连8086CPU8086CPUnCD4051CD4051：8 8通道多路开关，用来切换模拟电压信号。有三个二进制的控制输入端通道多路开关，用来切换模拟电压信号。有三个二进制的控制输入端A A、B B、C C和一个禁止输入端和一个禁止输入端INHINH。当。当INHINH为高电平时，为高电平时，8 8个通道均不通。个通道均不通。P29P29CD4051CD4051A B CD2 D1
43、 D0INHY1VDD VEE+5VX0X1X7保持器保持器保持器V/IV/IV/II0I1I7输出锁存允许输出锁存允许ILEILE接高电平；单缓冲方式下，让接高电平；单缓冲方式下，让-WR2-WR2、-XFER-XFER和模拟地、数字和模拟地、数字地一起接地，让地一起接地，让DACDAC寄存器处于直通方式。寄存器处于直通方式。P7072P7072作业：模拟量输出通道设计作业：模拟量输出通道设计DOUTPROCNEARMOVDX，300HMOVCX，8MOVBX，OFFSETBUFFERNEXT：MOVAL，BXOUTDX，ALINCBXLOOPNEXTRETDOUTENDP（2 2）假设）假
44、设DAC0832DAC0832端口地址为端口地址为300H300H，写出将内存数据段，写出将内存数据段BUF0BUF7BUF0BUF7这这8 8个连续单元中个连续单元中8 8个输出数据转换成模拟量的输出子程序个输出数据转换成模拟量的输出子程序。4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4.3.3 4.3.3 应用应用D/AD/A转换器发生波形转换器发生波形n正向锯齿波正向锯齿波；160H160H为为D/AD/A转换器端口转换器端口；初值为初值为00H00H；往往D/AD/A转换器输出数据转换器输出数据；延迟调整锯齿波周期延迟调整锯齿波周期45454.3 4.3 模拟量输出
45、接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道n三角波三角波；160H160H为为D/AD/A转换器端口转换器端口；初值为初值为00H00H；往往D/AD/A转换器输出数据转换器输出数据；延迟调整三角波上升段周期延迟调整三角波上升段周期；不等于不等于0 0循环循环练练 习习采用采用DAC0832DAC0832和和PCPC总线工业控制机接口，请画出电路原总线工业控制机接口，请画出电路原理图，并编写产生三角波、锯齿波的程序理图，并编写产生三角波、锯齿波的程序4848练练 习习STKSEGMENT STACKDW 32 DUP(?)STK ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,SS:
46、STKSTART:MOV DX,600H ;产生锯齿波产生锯齿波 MOV AL,00HAA1:OUT DX,AL CALL DELAY INC AL JMP AA1DELAY:PUSH CX MOV CX,0010HAA2:PUSH AX POP AX LOOP AA2 POP CX RETCODE ENDS END START;产生产生三角波三角波START:MOV DX,600H MOV AL,00HAA1:OUT DX,ALCALL DELAYINC ALJZ AA2JMP AA1AA2:DEC ALJZ AA1OUT DX,ALCALL DELAYJMP AA21212、什么是串模干扰
47、和共模干扰？如何抑制？、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？1313、信号在长线中传输中会遇到哪些问题？如何抑制长线传输干扰？、信号在长线中传输中会遇到哪些问题？如何抑制长线传输干扰？1414、计算机控制系统的、计算机控制系统的CPUCPU抗干扰措施有哪些？抗干扰措施有哪些？1515、地线有安全地和信号地，计算机控制系统中一般有哪几种地线？、地线有安全地和信号地，计算机控制系统中一般有哪几种地线？1616、系统误差，调零电路、系统误差，调零电路1717、标度变换：、标度变换：本章重点（二）本章重点（二）线性变换线性变换2020、A/DA/D转换器的字长选择转换器的字长选择2121、D/AD/A
48、转换器的字长选择转换器的字长选择4.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术u干干扰扰：有有用用信信号号以以外外的的噪噪声声或或破破坏坏设设备备正正常常工工作作的的因因素；素；u外部干扰：外部干扰：由外界环境因素决定，与系统结构无关；由外界环境因素决定，与系统结构无关；空间电磁、环境温度、湿度、气体、粉尘等的影响空间电磁、环境温度、湿度、气体、粉尘等的影响u内部干扰：内部干扰：由系统内部结构、部件及制造工艺决定；由系统内部结构、部件及制造工艺决定；分分布布电电容容电电感感耦耦合合感感应应、电电磁磁场场辐辐射射感感应应、长长线线传传输输波波反反射射、多点接地电位差、寄生振荡、元器件噪声多点接地电位差、寄
49、生振荡、元器件噪声u硬硬件件抗抗干干扰扰：效效率率高高，但但增增加加系系统统设设备备投投资资及及设设备备体体积；积；u软软件件抗抗干干扰扰：投投资资低低，但但以以CPUCPU的的开开销销为为代代价价，降降低低系统工作效率；系统工作效率；50504.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术4.4.1 4.4.1 过程通道抗干扰技术（过程通道抗干扰技术（串模干扰串模干扰+共模干扰共模干扰）n1 1 串模干扰串模干扰u串模干扰就是叠加在被测信号上的干扰信号，串模干扰就是叠加在被测信号上的干扰信号，也称为常态干扰也称为常态干扰51514.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术n2 2 共模干扰共模干扰u共模干扰是指
50、模共模干扰是指模/数转换器两个输入端公有的干数转换器两个输入端公有的干扰信号，也称为共态干扰扰信号，也称为共态干扰u被测信号到检测设备两个输入端上公有的干扰被测信号到检测设备两个输入端上公有的干扰信号。信号。被测信号被测信号U US S的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在一定的电位差存在一定的电位差U Ucmcm。对于对于A/DA/D转换器的两个输入端，分别有转换器的两个输入端，分别有U US S+U+Ucmcm和和U Ucmcm两个输入信号。两个输入信号。U Ucmcm是共模干扰电压。是共模干扰电压。52524.4 4.4 抗干