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1、火电厂计算机控制引引 言言v模拟量输出通道的任务模拟量输出通道的任务-把计算机处理后的数字量信号把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的从而达到控制的目的;v模拟量输出通道模拟量输出通道(称为称为D/AD/A通道或通道或AOAO通道通道)构成构成-一般是由一般是由接口电路、数接口电路、数/模转换器模转换器(简称简称D/AD/A或或DAC)DAC)和电压和电压/电流变电流变换器等换器等;v模拟量输出通道基本构成模拟量输出通道基本构成-多多D/AD/A结构（图结构（图2-1(a)2-1(a)）和共）
2、和共享享D/AD/A结构（图中结构（图中2-1(b)2-1(b)）图 3-1接口电路通道1通道nD/AD/AV/IV/I(a)多D/A结构PC总线特点：特点：1、一路输出通道使用一个一路输出通道使用一个D/A转换器转换器 2 2、D/A转换器芯片内部一般都带有数据锁存器转换器芯片内部一般都带有数据锁存器 3 3、D/A转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用转换器具有数字信号转换模拟信号、信号保持作用 4 4、结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立结构简单，转换速度快，工作可靠，精度较高、通道独立 5 5、缺点是所需缺点是所需D/A转换器芯片较多转换器芯片较多接口电路通道 1通
3、道nD/AV/IV/I多路开关采样保持器采样保持器（b）共享D/A结构PC总线图 3-1特点：特点：1、多路输出通道共用一个多路输出通道共用一个D/A转换器转换器 2 2、每一路通道都配有一个采样保持放大器、每一路通道都配有一个采样保持放大器 3 3、D/A转换器只起数字到模拟信号的转换作用转换器只起数字到模拟信号的转换作用 4 4、采样保持器实现模拟信号保持功能、采样保持器实现模拟信号保持功能 5 5、节省、节省D/A转换器，转换器，但电路复杂，精度差，可靠但电路复杂，精度差，可靠低、占用主低、占用主机时间机时间 2.1 D/A2.1 D/A转换器转换器主要内容主要内容 2.1.1 2.1.
4、1 工作原理与性能指标理工作原理与性能指标理 2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片 2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片2.1.1 2.1.1 工作原理与性能指标工作原理与性能指标 主要知识点1、D/A转换器工作原理2D/A转换器的性能指标 1 1、D/AD/A转换器工作原理转换器工作原理现以现以 4 位位 D/A 转换器为例说明其工作原理，如图转换器为例说明其工作原理，如图 2-2 所示。所示。链接动画链接动画 假设假设D3D3、D2D2、D1D1、D0D0全为全为1 1，则，则BS3BS3、BS2BS2、BS1BS1、BS
5、0BS0全部与全部与“1”“1”端相连。根据电流定律，有：端相连。根据电流定律，有：由于开关由于开关 BS BS3 3 BS BS0 0 的状态是受要转换的二进制数的状态是受要转换的二进制数 D3 D3、D2D2、D1D1、D0 D0 控制的，并不一定全是控制的，并不一定全是“1”“1”。因此，可以得到通式：。因此，可以得到通式：考虑到放大器反相端为虚地，故：考虑到放大器反相端为虚地，故：选取选取 R Rfb fb =R R，可以得到：，可以得到：对于对于 n n 位位 D/A D/A 转换器，它的输出电压转换器，它的输出电压V VOUTOUT与输入二进制数与输入二进制数B(B(D Dn-1n
6、-1 D D0 0)的关系式可写成：的关系式可写成：v 结结论论：由由上上述述推推导导可可见见，输输出出电电压压除除了了与与输输入入的的二二进进制制数数有有关关，还与运算放大器的反馈电阻还与运算放大器的反馈电阻 R Rfbfb以及基准电压以及基准电压V VREFREF有关。有关。2D/A转换器的性能指标 D/A D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数，也是选用参数，也是选用D/AD/A芯片型号的依据。主要性能芯片型号的依据。主要性能指标有：指标有：（1 1）分辨率）分辨率 （2 2）转换精度）转换精度 （3 3）偏移量误差）偏移量误差 （4 4）稳定时间
7、）稳定时间（1 1）分辨率）分辨率 分分辨辨率率-是是指指 D/A D/A 转转换换器器能能分分辨辨的的最最小小输输出出模模拟拟增增量量，即即当当输输入入数数字字发发生生单单位位数数码码变变化化时时所所对对应应输输出出模模拟拟量量的的变变化化量量，它它取取决决于于能能转转换换的的二二进进制制位位数数，数数字字量量位位数数越越多多，分分辨辨率率也也就就越越高高 。其其分分辨辨率与二进制位数率与二进制位数n n呈下列关系：呈下列关系：分辨率分辨率=满刻度值满刻度值/（2 2n n-1-1）=V VREF REF/2/2n n（2 2）转换精度）转换精度 转转换换精精度度-是是指指转转换换后后所所得
8、得的的实实际际值值和和理理论论值值的的接接近近程程度度。它它和和分分辨辨率率是是两两个个不不同同的的概概念念。例例如如，满满量量程程时时的的理理论论输输出出值值为为10V10V，实实际际输输出出值值是是在在9.99V10.01V9.99V10.01V之之间间，其其转转换换精精度度为为10mV10mV。对对于于分分辨辨率率很很高高的的D/AD/A转转换换器器并并不不一定具有很高的精度。一定具有很高的精度。（3 3）偏移量误差）偏移量误差 偏偏移移量量误误差差-是是指指输输入入数数字字量量时时，输输出出模模拟拟量量对对于于零零的的偏偏移移值值。此此误误差差可可通通过过D/AD/A转转换换器器的的外
9、外接接V VREFREF和和电电位位器器加加以以调调整。整。（4）稳定时间 稳稳定定时时间间-是是描描述述D/AD/A转转换换速速度度快快慢慢的的一一个个参参数数，指指从从输输入入数数字字量量变变化化到到输输出出模模拟拟量量达达到到终终值值误误差差1/2LSB1/2LSB时时所所需需的的时时间间。显显然然，稳稳定定时时间间越越大大，转转换换速速度度越越低低。对对于于输输出出是是电电流流的的D/AD/A转转换换器器来来说说，稳稳定定时时间间是是很很快快的的，约约几几微微秒秒，而而输输出出是是电电压压的的D/AD/A转转换换器器，其其稳稳定定时时间间主要取决于运算放大器的响应时间。主要取决于运算放
10、大器的响应时间。2.1.2 82.1.2 8位位DAC0832DAC0832芯片芯片主要知识点主要知识点 （1 1）DAC0832 DAC0832性能性能 （2 2）DAC0832 DAC0832工作原理工作原理 （3 3）DAC0832DAC0832管脚功能管脚功能 （1 1）DAC0832 DAC0832性能性能一个8位D/A转换器电流输出方式稳定时间为1s采用20脚双立直插式封装同系列芯片还有 DAC0830、DAC0831（2 2）DAC0832 DAC0832工作原理工作原理链接动画链接动画 DAC0832DAC0832的的原原理理框框图图及及引引脚脚如如图图2-32-3所所示示。D
11、AC0832DAC0832主主要要由由8 8位位输输入入寄寄存存器器、8 8位位DACDAC寄寄存存器器、8 8位位D/AD/A转转换换器器以以及及输输入入控控制制电电路路四四部部分分组组成成。8 8 位位输输入入寄寄存存器器用用于于存存放放主主机机送送来来的的数数字字量量，使使输输入入数数字字量量得得到到缓缓冲冲和和锁锁存存，由由加加以以控控制制；8 8位位DACDAC寄寄存存器器用用于于存存放放待待转转换换的的数数字字量量，由由加加以以控控制制；8 8位位D/AD/A转转换换器器输输出出与与数数字字量量成成正正比比的的模模拟拟电电流流；由由与与门门、非非与与门门组组成成的的输输入入控控制制
12、电电路来控制路来控制2 2个寄存器的选通或锁存状态。个寄存器的选通或锁存状态。DIDI0 0DIDI7 7：数数据据输输入入线线，其其中中DIDI0 0为为最最低低有有效效位位LSB LSB，DIDI7 7为为 最最高高有效位有效位MSBMSB。CSCS：片选信号，输入线，低电平有效。：片选信号，输入线，低电平有效。WR1WR1：写信号：写信号1 1，输入线，低电平有效。，输入线，低电平有效。ILEILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效 当当ILEILE、和和同同时时有有效效时时，8 8位位输输入入寄寄存存器器端端为为高高电电平平11，此此时时寄寄存
13、存器器的的输输出出端端Q Q跟跟随随输输入入端端D D的的电电平平变变化化；反反之之，当当端端为为低低电电平平00时时，原原D D 端端输输入入数数据据被被锁锁存存于于Q Q端端，在在此此期期间间D D端端电电平平的的变变化化不影响不影响Q Q端。端。（3 3）DAC0832 DAC0832管脚功能管脚功能XFER(Transfer XFER(Transfer Control Control Signal):Signal):传传送送控控制制信信号号，输输入入线，线，低电平有效。低电平有效。I IOUT1OUT1：DACDAC电电流流输输出出端端1 1，一一般般作作为为运运算算放放大大器器差差动
14、动输输入入信信号之一。号之一。I IOUT2OUT2：DACDAC电电流流输输出出端端2 2，一一般般作作为为运运算算放放大大器器另另一一个个差差动动输入信号。输入信号。R Rfbfb：固固化化在在芯芯片片内内的的反反馈馈电电阻阻连连接接端端，用用于于连连接接运运算算放放大器的输出端。大器的输出端。V VREFREF：基准电压源端，输入线，：基准电压源端，输入线，10 VDC 10 VDC 10 VDC10 VDC。V VCCCC：工作电压源端，输入线，：工作电压源端，输入线，5 VDC 5 VDC 15 VDC15 VDC。v 当当WR2WR2和和XFERXFER同时有效时，同时有效时，8
15、8位位DACDAC寄存器端为高寄存器端为高电平电平“1”“1”，此时，此时DACDAC寄存器的输出端寄存器的输出端Q Q跟随输入端跟随输入端D D也也就是输入寄存器就是输入寄存器Q Q端的电平变化；反之，当端为低电平端的电平变化；反之，当端为低电平“0”“0”时，第一级时，第一级8 8位输入寄存器位输入寄存器Q Q端的状态则锁存到第端的状态则锁存到第二级二级8 8位位DACDAC寄存器中，以便第三级寄存器中，以便第三级8 8位位DACDAC转换器进行转换器进行D/AD/A转换。转换。v 一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级地，使第二级
16、8 8位位DACDAC寄存器的输入端到输出端直通，寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级只有第一级8 8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。冲输入方式。特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。把两个寄存器都分别接成受控方式。2.1.3 122.1.3 12位位DAC1210DAC1210芯片芯片主要知识点 （1 1）DAC1210DAC1210性能性能 （2 2）DAC1210DAC1210工作原理工作原理（1 1）DAC1210 DAC1210性能性能 DAC1210-DAC1210-
17、是是一一个个1212位位D/AD/A转转换换器器，电电流流输输出出方方式式，其其结结构构原原理理与与控控制制信信号号功功能能基基本本类类似似于于 DAC0832DAC0832。由由于于它它比比 DAC0832DAC0832多多了了4 4条条数数据据输输入入线线，故故有有2424条条引引脚脚，DAC DAC 12101210内内部部原原理理框框图图如如图图2-42-4所所示示，其其同同系系列列芯芯片片DAC1208DAC1208、DAC1209DAC1209可可以相互代换。以相互代换。（2 2）DAC1210 DAC1210工作原理工作原理DAC1210DAC1210内部有三个寄存器：内部有三个
18、寄存器：一一个个8 8位位输输入入寄寄存存器器，用用于于存存放放1212位位数数字字量量中中的的高高8 8位位DIDI1111DIDI4 4；一一个个4 4位位输输入入寄寄存存器器，用用于于存存放放1212位位数数字字量中的低量中的低4 4位位DIDI3 3 DI0 DI0；一一个个1212位位DACDAC寄寄存存器器，存存放放上上述述两两个个输输入入寄寄存存器器送送来来的的1212位数字量；位数字量；12 12位位D/AD/A转换器用于完成转换器用于完成1212位数字量的转换。位数字量的转换。由由与与门门、非非与与门门组组成成的的输输入入控控制制电电路路来来控控制制3 3个个寄寄存存器器的的
19、选选通通或或锁锁存存状状态态。其其中中引引脚脚（片片选选信信号号、低低电电平平有有效效）、（写写信信号号、低低电电平平有有效效）和和BYTE1/BYTE1/（字字节节控控制制信信号号）的的组组合合，用用来来控控制制 8 8 位位输输入入寄寄存存器器和和 4 4 位位输入寄存器。输入寄存器。图图2-4 DAC12102-4 DAC1210原理框图及引脚原理框图及引脚 链接动画链接动画 当当CSCS、WR1WR1为低电平为低电平“0”“0”，BYTE1/BYTE1/为高电平为高电平“1”“1”时，与时，与门的输出门的输出LE1LE1、LE2LE2为为“1”“1”，选通，选通 8 8 位和位和 4
20、4 位两个输入寄存位两个输入寄存器，将要转换的器，将要转换的1212位数据全部送入寄存器；当位数据全部送入寄存器；当BYTE1/BYTE1/为低电平为低电平“0”“0”时，时，LE1LE1为为“0”“0”，8 8位输入寄存器锁存刚传送的位输入寄存器锁存刚传送的 8 8 位数位数据，而据，而LE2LE2仍为仍为“1”“1”，4 4 位输入寄存器仍为选通，新的低位输入寄存器仍为选通，新的低 4 4 位数据将刷新刚传送的位数据将刷新刚传送的 4 4 位数据。因此，在与计算机接口电位数据。因此，在与计算机接口电路中，计算机必须先送高路中，计算机必须先送高 8 8 位后送低位后送低 4 4 位。位。XF
21、ER(XFER(传送控制传送控制信号、低电平有效信号、低电平有效)和和WR2(WR2(写信号、低电平有效写信号、低电平有效)用来控制用来控制 12 12 位位DACDAC寄存器，当寄存器，当XFERXFER和和WR2WR2同为低电平同为低电平“0”“0”时，与门输出时，与门输出LE3LE3为为“1”“1”，12 12 位数据全部送入位数据全部送入DACDAC寄存器，当寄存器，当XFERXFER和和WR2WR2有一个有一个为高电平为高电平“1”“1”时，与门输出时，与门输出LE3LE3即为即为“0”“0”，则，则1212位位DACDAC寄存器寄存器锁存住数据使锁存住数据使1212位位D/AD/A
22、转换器开始数摸转换。转换器开始数摸转换。2.2 2.2 接口电路接口电路 2.2.1 DAC0832接口电路接口电路 2.2.2 DAC1210接口电路接口电路2.2.1 DAC0832接口电路接口电路链接动画链接动画 由于由于DAC0832DAC0832内部有输入寄存器，所以它的数据内部有输入寄存器，所以它的数据总线可直接与主机的数据总线相连，图总线可直接与主机的数据总线相连，图2-52-5为为DAC0832DAC0832与与PCPC总线的单缓冲接口电路，它是由总线的单缓冲接口电路，它是由DAC0832DAC0832转换芯转换芯片、运算放大器以及片、运算放大器以及74LS13874LS138
23、译码器和门电路构成的译码器和门电路构成的的地址译码电路组成。图中，的地址译码电路组成。图中，08320832内的内的DACDAC寄存器控寄存器控制端的和直接接地，使制端的和直接接地，使DACDAC寄存器的输入到输出始终寄存器的输入到输出始终直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与直通；而输入寄存器的控制端分别受地址译码信号与输入输出指令控制，即输入输出指令控制，即PCPC的地址线的地址线A9A0A9A0经经138138译码器译码器和门电路产生接口地址信号作为和门电路产生接口地址信号作为DAC0832DAC0832的片选信号，的片选信号，输入输出写信号作为输入输出写信号作为DAC0832D
24、AC0832的写信号。的写信号。D/AD/A转换转换接口程序：接口程序：MOV DXMOV DX，220H /220H /口地址如口地址如220H220H送入送入DXDX MOV ALMOV AL，DATA/DATA/被转换的数据如被转换的数据如DATADATA送入累送入累加器加器ALAL OUT DXOUT DX，ALAL /送入送入D/AD/A转换器进行转换转换器进行转换 2.2.2 DAC12102.2.2 DAC1210接口电路接口电路 图图2-6 DAC12102-6 DAC1210接口电路接口电路 链接动画链接动画 图图2-62-6是是1212位位D/AD/A转换器转换器DAC12
25、10DAC1210与与PCPC总线的一种接口电路，总线的一种接口电路，它是由它是由DAC1210DAC1210转换芯片、运算放大器以及地址译码电路组成。转换芯片、运算放大器以及地址译码电路组成。与与8 8位位DAC0832DAC0832接口电路不同的是，除了数据总线接口电路不同的是，除了数据总线D7D0D7D0与与DAC1210DAC1210高高8 8位位DI11DI4DI11DI4直接相连，直接相连，D3D0D3D0还要与还要与DAC1210DAC1210低低4 4位位DI3DI0DI3DI0复用，因而控制电路也略为复杂。复用，因而控制电路也略为复杂。图中，图中，CSCS、WR1WR1和和B
26、YTE1/BYTE1/组合，用来依次控制组合，用来依次控制8 8位输入寄位输入寄存器（存器（LE1LE1）和）和4 4位输入寄存器（位输入寄存器（LE2LE2）的选通与锁存，）的选通与锁存，XFERXFER和和WR2WR2用来控制用来控制DACDAC寄存器（寄存器（LE3LE3）的选通与锁存，）的选通与锁存，LOWLOW与与WR1WR1、WR2WR2连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效，译码器的连接，用来在执行输出指令时获得低电平有效，译码器的两条输出线两条输出线Y0Y0、Y2Y2分别连到分别连到CSCS和和XFERXFER，一条地址线，一条地址线A0A0连到连到BYTE1/BYTE2BY
27、TE1/BYTE2，从而形成三个口地址：低，从而形成三个口地址：低4 4位输入寄存器为位输入寄存器为380H380H，高，高8 8位输入寄存器为位输入寄存器为381H381H，1212位位DACDAC寄存器为寄存器为384H384H。在在软件设计软件设计中，为了实现中，为了实现8 8位数据线位数据线D0D7D0D7传送传送1212位被转换数，主机须分两次传送被转换数。首先位被转换数，主机须分两次传送被转换数。首先将被转换数的高将被转换数的高8 8位传给位传给8 8位输入寄存器位输入寄存器DI11DI11DI4DI4，再将低再将低4 4位传给位传给4 4位输入寄存器位输入寄存器DI3DI3DI0
28、DI0，然后再打，然后再打开开DACDAC寄存器，把寄存器，把12 12 位数据送到位数据送到1212位位D/AD/A转换器去转换器去转换。当输出指令执行完后，转换。当输出指令执行完后，DACDAC寄存器又自动处于寄存器又自动处于锁存状态以保持数模转换的输出不变。设锁存状态以保持数模转换的输出不变。设1212位被转位被转换数的高换数的高8 8位存放在位存放在DATADATA单元中单元中,低低4 4位存放在位存放在DATA+1DATA+1单元中。单元中。转换程序 DACDAC：MOV DX MOV DX，0381H 0381H MOV AL MOV AL，DATA DATA OUT DX OUT
29、 DX，AL AL ；送高送高8 8位数据位数据 DEC DX DEC DX MOV AL MOV AL，DATA+1DATA+1 OUT DX OUT DX，AL AL ；送低；送低4 4位数据位数据 MOV DX MOV DX，0384H0384H OUT DX OUT DX，AL AL ；完成；完成1212位数据转换位数据转换 2.3 2.3 输出方式输出方式 2.3.1 2.3.1 电压输出方式电压输出方式 2.3.2 2.3.2 电流输出方式电流输出方式 2.3.3 2.3.3 自动自动/手动输出方式手动输出方式引言引言引引 言言 多数多数D/AD/A转换芯片输出的是弱电流信号，要转
30、换芯片输出的是弱电流信号，要驱动后面的自动化装置，需在电流输出端外接驱动后面的自动化装置，需在电流输出端外接运算放大器。根据不同控制系统自动化装置需运算放大器。根据不同控制系统自动化装置需求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流输出以及自动输出以及自动/手动切换输出等多种方式。手动切换输出等多种方式。2.3.1 2.3.1 电压输出方式电压输出方式 由于系统要求不同，电压输出方式又由于系统要求不同，电压输出方式又可分为可分为单极性输出单极性输出和和双极性输出双极性输出两种形式。两种形式。下面以下面以8 8位的位的DAC0832DAC0832芯片为例作一说
31、明。芯片为例作一说明。1 1DAC单极性输出单极性输出 式中：式中：VREF/256是常数是常数 显然，显然，V VOUTOUT和和 B B 成正比关系，输入成正比关系，输入数字量数字量 B B 为为 00H 00H 时，时，V VOUTOUT也为也为 0 0；输；输入数字量入数字量 B B 为为FFHFFH即即255255时，时，V VOUTOUT 为与为与 V VREFREF 极性相反的最大值。极性相反的最大值。DAC单极性输出方式如图单极性输出方式如图 2-7 所示，所示，由由式式(3-1)可得输出电压可得输出电压VOUT的单极性输出的单极性输出表达式为：表达式为：2 2DACDAC双极
32、性输出方式双极性输出方式 DAC DAC双极性输出方式如图双极性输出方式如图 2-8 2-8 所示。所示。A A1 1 和和 A A2 2 为运算放大器，为运算放大器，A A点为虚地，故可得：点为虚地，故可得：解上述方程可得双极性输出表达式：解上述方程可得双极性输出表达式：(2-3)图中运放图中运放 A A2 2 的作用是将运放的作用是将运放 A A1 1 的单向输出变为的单向输出变为双向输出。当输入数字量小于双向输出。当输入数字量小于 80 H 80 H即即128128时，输出模拟时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于电压为负；当输入数字量大于 80 H 80 H即即128128时，输出模拟
33、时，输出模拟电压为正。其它电压为正。其它n n位位D/AD/A转换器的输出电路与转换器的输出电路与DAC0832 DAC0832 相相同，计算表达式中只要把同，计算表达式中只要把 2 28-18-1改为改为2 2n n-1-1即可。即可。或或2.3.2 2.3.2 电流输出方式电流输出方式 因为电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特别因为电流信号易于远距离传送，且不易受干扰，特别是在过程控制系统中，自动化仪表只接收电流信号，所以是在过程控制系统中，自动化仪表只接收电流信号，所以在微机控制输出通道中常以电流信号来传送信息，这就需在微机控制输出通道中常以电流信号来传送信息，这就需要将电压信号再转
34、换成电流信号，完成电流输出方式的电要将电压信号再转换成电流信号，完成电流输出方式的电路称为路称为V/IV/I变换电路。变换电路。电流输出方式电流输出方式一般有两种形式：一般有两种形式：1 1普通运放普通运放V/IV/I变换电路变换电路 2 2集成转换器集成转换器V/IV/I变换电路变换电路 1 1普通运放普通运放V/IV/I变换电路变换电路 （1 1）0 10 mA0 10 mA的输出的输出 +-Vin010 VAT1T2I0Vf+VsR1R2R3R4R5R6RfRL图图 2-9 0 10 V/010 mA的变换电路的变换电路 图图2-92-9为为010 V/010 mA010 V/010 m
35、A的变换电路，由运放的变换电路，由运放A A和三极管和三极管T T1 1、T T2 2组成，组成，R R1 1 和和 R R2 2是输入电阻，是输入电阻，R Rf f 是反馈电阻，是反馈电阻，R RL L是负载的等效电阻。输入电压是负载的等效电阻。输入电压V Vin in 经输入电阻经输入电阻进入运算放大器进入运算放大器A A，放大后进入三极管，放大后进入三极管T T1 1、T T2 2。由于。由于T T2 2射极接有反馈电阻射极接有反馈电阻R R f f，得，得到反馈电压到反馈电压V Vf f加至输入端，形成运放加至输入端，形成运放A A的差动输入信号。该变换电路由于具有较的差动输入信号。该
36、变换电路由于具有较强的电流反馈，所以有较好的恒流性能。强的电流反馈，所以有较好的恒流性能。输入电压输入电压 V Vin in 和输出电流和输出电流 I Io o 之间关系如下：之间关系如下：若若 R R3 3、R R4 4R Rf f、R RL L，可以认为，可以认为 I Io o 全部流经全部流经 R Rf f，由此可得，由此可得:V V V VininRR4 4/（R R1 1R R4 4）I Io oRRL LRR1 1/（R R1 1R R4 4）V V I Io o（R Rf fR RL L）RR2 2/（R R2 2R R3 3）对于运放，有对于运放，有V V V V，则，则 V
37、VininRR4 4/（R R1 1R R4 4）I Io oRRL LRR1 1/（R R1 1R R4 4）=I=Io o（R Rf fR RL L）RR2 2/（R R2 2R R3 3）若取若取R R1 1=R=R2 2 ，R R3 3=R=R4 4，则由上式整理可得，则由上式整理可得 I Io o=V=VininRR3 3/（R R1 1RRf f ）（3-63-6）可以看出，输出电流可以看出，输出电流 I Io o 和输人电压和输人电压 V Vinin 呈线性对应的单值呈线性对应的单值函数关系。函数关系。R R3 3/（R R1 1RRf f）为一常教，与其他参数无关。）为一常教，
38、与其他参数无关。若取若取V Vinin 0 010 V10 V，R R1 1=R=R2 2=100 k=100 k，R R3 3=R=R4 4=20 k=20 k，R Rf f 200 200，则输出电流，则输出电流I Io o=0 10 mA=0 10 mA。（2 2）4 20 mA 4 20 mA的输出的输出 图2-10为1 5 V/4 20 mA的变换电路，两个运放A1、A2均接成射极输出形式。+-A1+-A2T2T1T3Vin15VR1R2RfRLR3CIfI2I0I1V1V2+Vs图图2-10 15V/420mA的变换电路的变换电路V3 在稳定工作时在稳定工作时 Vin V1;所以所
39、以 I1=V1/R1=Vin/R1 又因为又因为 I1 I2 所以所以 Vin/R1=I2=（VS-V2）/R2 即即 V2=VS-VinR2/R1在稳定状态下在稳定状态下，V2 V3，If Io，故故 Io If =（VS-V3）/Rf=（VS-V2）/Rf 将上式代入得将上式代入得 Io=（VS-VS+VinR2/R1）/Rf =VinR2/（R1Rf）（）（3-7）其中其中 R R1 1 、R R2 2 、R Rf f 均为精密电阻，所以输出电流均为精密电阻，所以输出电流 I Io o 线性比线性比例于输入电压例于输入电压V Vinin，且与负载无关，接近于恒流。，且与负载无关，接近于恒
40、流。若若R1=5 k，R2=2 k，R3=100，当当 Vin=15 V 时时输输出电流出电流Io=420 mA。2 2集成转换器集成转换器V/IV/I变换电路变换电路 图图2-112-11是集成是集成V/IV/I转换器转换器ZF2B20ZF2B20的引脚图，采用单的引脚图，采用单正电源供电，电源电压范围为正电源供电，电源电压范围为101032V32V，ZF2B20ZF2B20的输入的输入电阻为电阻为10K10K，动态响应时间小于，动态响应时间小于25S25S，非线性小于，非线性小于土土 0.025 0.025。通过通过ZF2B20ZF2B20可以产生一个与输入电压成比例的输出电流，其可以产生
41、一个与输入电压成比例的输出电流，其输入电压范围是输入电压范围是0 010V10V，输出电流是，输出电流是4 420mA20mA。它的特点是低漂移，。它的特点是低漂移，在工作温度为在工作温度为-25-258585范围内，最大温漂为范围内，最大温漂为0.0050.005/。利用。利用 ZF2B20ZF2B20实现实现V/IV/I转换的电路非常简单，转换的电路非常简单，图图2-122-12（a a）所示电路）所示电路是一种是一种带初值校准的带初值校准的0 010V10V到到4 420mA20mA的转换电路；的转换电路；图图2-122-12（b b）则是一种则是一种带满度校准的带满度校准的0 010V
42、10V到到0 010mA10mA的转换电路。的转换电路。2.3.3 2.3.3 自动自动/手动输出方式手动输出方式 如图如图2-132-13所示，是在普通运放所示，是在普通运放V/IV/I变换电路的基础上，增变换电路的基础上，增加了自、手动切换开关加了自、手动切换开关K K1 1、K K2 2、K K3 3和手动增减电路与输出跟和手动增减电路与输出跟踪电路。踪电路。图图 2-13 带自动带自动/手动切换的手动切换的V/I变换电路变换电路 1 1自动自动/手动状态下的手动状态下的V/IV/I变换变换（1 1）当开关处于自动（）当开关处于自动（A A）状态时，运放）状态时，运放A A2 2与与A
43、A1 1接通，形成一个接通，形成一个电压比较型跟随器。电压比较型跟随器。当当V Vf f V Vi i时，电路能自动地使输出电流增大时，电路能自动地使输出电流增大或减小，最终使或减小，最终使V Vf f=V Vi i，于是有，于是有 I IL L=V Vi i/（R R9 9+W W）（2-62-6）从上式可以看出，只要电阻从上式可以看出，只要电阻R R9 9、W W稳定性好，稳定性好，A A1 1、A A2 2具有较好的增益，具有较好的增益，该电路就有较高的线性精度。当该电路就有较高的线性精度。当R R9 9+W W500500或或250250时，输出电流时，输出电流I IL L就以就以 0
44、 010mA10mA或或4 420mA20mA的直流电流信号线性地对应的直流电流信号线性地对应V Vi i的的0 05V5V或或1 15V5V的直流电压信号。的直流电压信号。（2 2）当开关处于手动（）当开关处于手动（H H）状态时，此时运放）状态时，此时运放A A2 2与与A A1 1断开，成为断开，成为一个保持型反相积分器。一个保持型反相积分器。当按下当按下“增增”按钮时，按钮时，V V2 2以一定的速率以一定的速率上升，从而使上升，从而使I IL L也以同样的速率上升；当按下也以同样的速率上升；当按下“减减”按钮时，按钮时，V V2 2以一以一定的速率下降，定的速率下降，I IL L也以
45、同样的速率下降。负载也以同样的速率下降。负载R RL L（一般为电动调节阀）（一般为电动调节阀）上的电流上的电流I IL L的升降速率取决于的升降速率取决于R R6 6、R R7 7、C C和电源电压和电源电压EE的大小，而手的大小，而手动操作按钮的时间长短决定输出电流动操作按钮的时间长短决定输出电流I IL L的大小。的大小。2 2自动自动/手动双向无扰动切换手动双向无扰动切换（1 1）自动到手动的切换：）自动到手动的切换：当开关当开关K K1 1、K K2 2、K K3 3都从自动（都从自动（A A）切）切换为手动（换为手动（H H）时，）时，“增增”、“减减”两按钮处于断开状态，两按钮处
46、于断开状态，运放运放A A2 2为一高输入阻抗保持器，则为一高输入阻抗保持器，则A A2 2的输出的输出V V2 2几乎保持不几乎保持不变，从而维持输出电流变，从而维持输出电流I IL L恒定。恒定。（2 2）手动到自动的切换：）手动到自动的切换：在每个控制周期，计算机首先由数在每个控制周期，计算机首先由数字量输入通道（字量输入通道（DIDI）读入开关）读入开关K K2 2的状态，以判断输出电的状态，以判断输出电路是处于手动状态或是自动状态。若是自动状态，则程路是处于手动状态或是自动状态。若是自动状态，则程序执行本回路预先规定的控制运算，输出序执行本回路预先规定的控制运算，输出V Vi i并通
47、过并通过V/IV/I变变换输出电流换输出电流I IL L；若为手动状态，则首先由；若为手动状态，则首先由A/DA/D通道读入通道读入V Vf f并转换为数字信号，然后原封不动地将此数字信号送出，并转换为数字信号，然后原封不动地将此数字信号送出，由由D/AD/A转换为电压信号送至输出电路的输入端转换为电压信号送至输出电路的输入端V Vi i，这样就，这样就使使V Vi i始终与始终与V Vf f相等。相等。2.4 D/A转换模板 2.4.1 2.4.1 D/AD/A转换模板的通用性转换模板的通用性 2.4.2 D/A2.4.2 D/A转换模板的设计举例转换模板的设计举例 2.4.1 2.4.1
48、D/AD/A转换模板的通用性转换模板的通用性 为了便于系统设计者的使用，为了便于系统设计者的使用，D/AD/A转换模板转换模板应具有通用性，应具有通用性，它主要体现在三个方面：它主要体现在三个方面：1 1符合总线标准符合总线标准 2 2接口地址可选接口地址可选 3 3输出方式可选输出方式可选 1 1符合总线标准符合总线标准 这里的总线这里的总线是指计算机内部的总线结构是指计算机内部的总线结构,D/A,D/A 转换模板及其它所有电路模板都应符合统一的总转换模板及其它所有电路模板都应符合统一的总线标准，以便设计者在组合计算机控制系统硬件线标准，以便设计者在组合计算机控制系统硬件时时,只需往总线插槽
49、上插上选用的功能模板而无只需往总线插槽上插上选用的功能模板而无需连线，十分方便灵活。例如，需连线，十分方便灵活。例如，STDSTD总线标准规总线标准规定模板尺寸为定模板尺寸为165114mm165114mm，模板总线引脚共有，模板总线引脚共有5656根，并详细规定了每只引脚的功能（根，并详细规定了每只引脚的功能（详见第详见第11.2.111.2.1）。）。2 2接口地址可选接口地址可选 一套控制系统往往需配置多块功能模板，或者同一套控制系统往往需配置多块功能模板，或者同一种功能模板可能被组合在不同的系统中。因此，一种功能模板可能被组合在不同的系统中。因此，每块模板应具有接口地址的可选性。每块模
50、板应具有接口地址的可选性。一般接口地址可由基址一般接口地址可由基址(或称板址或称板址)和片址和片址(或称或称口址口址)组成，图组成，图2-142-14给出一种接口地址可选的译码电给出一种接口地址可选的译码电路。路。图图2-14 2-14 接口地址可选的译码电路接口地址可选的译码电路 链接动画链接动画3输出方式可选 为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，为了适应不同控制系统对执行器的不同需求，D/AD/A转换模板往往把各种电压输出和电流输出方转换模板往往把各种电压输出和电流输出方式组合在一起，然后式组合在一起，然后通过短接柱来选定某一种输通过短接柱来选定某一种输出方式。出方式。一个实际的一个实