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1、第第4章章 输出通道及通信接口技术输出通道及通信接口技术4.1 智能仪器输出通道信号种类智能仪器输出通道信号种类 4.2 DAC 转换原理及技术指标转换原理及技术指标 4.3 DAC 接口技术接口技术 4.4 数字波形合成数字波形合成 与与 V/I 转换电路转换电路 4.6 串行数据通信接口串行数据通信接口4.5 开关量输出开关量输出4.1 智能仪器输出通道信号种类智能仪器输出通道信号种类 1 模拟输出信号模拟输出信号1）DC电流信号电流信号长距离传送长距离传送抗干扰抗干扰2）DC 电压信号电压信号多负载多负载通常使用通常使用 420mA或或010mA通常使用通常使用 15v 或或 05v2
2、开关量输出信号开关量输出信号1)超限报警超限报警2)开关量控制开关量控制3)状态指示状态指示3 数字量输出信号数字量输出信号1)串行串行2)并行并行4.2 DAC 转换原理及技术指标转换原理及技术指标 1DAC 转换原理转换原理VREFVo-+A RfR/2nRR/21S0S1Snd0d1dnIOUTVo=-IOUT Rf=-(d0+d121+dn2n)VREFRRf2 DAC 主要技术指标主要技术指标 1)分辨率分辨率 分分辨辨率率是是指指输输入入数数字字量量的的最最小小有有效效位位（LSB）产产生生一一次次变变化时，化时，DAC输出变化的最小增量相对满刻度的百分比。输出变化的最小增量相对满
3、刻度的百分比。2)精度精度(线性误差线性误差)精精度度是是指指DAC的的实实际际输输出出与与理理论论值值的的最最大大偏偏差差，他他是是DAC各各种种误误差差之之和和，包包括括非非线线性性误误差差、零零点点误误差差、增增益益误误差差和和温度漂移等。温度漂移等。绝对精度绝对精度 LSB作为单位作为单位 相对精度相对精度 相对于满刻度输出值的百分数相对于满刻度输出值的百分数3)建立时间建立时间 数字量从全数字量从全“0”变为全变为全“1”（或（或从全从全“1”变为全变为全“0”）时，时，DAC输出模拟量达到终值输出模拟量达到终值1/2LSB误差范围之内所需要的时误差范围之内所需要的时间。间。4.3
4、DAC 接口技术接口技术 1电流转换成电压电流转换成电压 Vo-+ADACVo-+ADAC-VREF单级输出单级输出两级输出两级输出VOUT=-IOUTRFVOUT=(VREF/R1-IOUT)RF2 DAC 芯片与微型计算机及接口芯片与微型计算机及接口 1)8位位DAC2)超超 8位位DACVo-+ADAC1210Iout1Voref(+)AD 5088031P1.0P1.7DB0 DB3P2.0P2.1P2.7WRDB4 DB11BYTE1/BYTE2CSXFERWR1WR2Iout2RfbDAC1210输入锁存器（高输入锁存器（高8位和低位和低4位）位）DAC寄存器寄存器D/A转换器转换
5、器片片选选信信号号CS与与写写信信号号WR同同时时有有效效时时将将数数字字量量送送入入锁锁存存器器；字字节节控控制制端端BYTE1/BYTE2为为高高电电平平时时，8位位数数字字量量同同时时送送入入高高8位位输输入入锁锁存存器器，此此端端为为低低电电平平时时，将将低低4位位数数字字量量送送入入低低4位位输输入入锁锁存存器器。传传输输控控制制信信号号XFER与与写写信信号号WR同同时时有有效效时时，12位位输入锁存器信号同时送进输入锁存器信号同时送进DAC寄存器。寄存器。设欲输出的数据存放在寄存器设欲输出的数据存放在寄存器R2（高位）和（高位）和R1（低位）中（低位）中3）多通道模拟量输出多通道
6、模拟量输出 时的时的DAC接口接口8031接口接口DACDACDAC每路使用独立的每路使用独立的DAC8031接口接口DAC模拟开关模拟开关S/HS/HS/H多路共用一个多路共用一个DAC4）串行输入串行输入 DAC 与与CPU接口接口8031接口接口S/H当当CS为为低低电电平平时时，由由SCLK的的上上跳跳沿沿将将DIN的的串串行行数数据据移移入入16位位移移位位寄寄存存器器，移移入入次次序序是是，四四个个哑哑位位，之之后后十十个个数数据据位位（MSB在先，在先，LSB在后），最后是作为结尾的两位在后），最后是作为结尾的两位“0”。当当CS上上跳跳时时，移移位位寄寄存存器器中中的的十十个个
7、数数据据位位传传送送给给DAC寄寄存存器器并更新并更新DAC的输出。的输出。当当CS保保持持高高电电平平时时，MAX515内内的的移移位位寄寄存存器器的的数数据据不不受受DIN及及SCLK状态影响。状态影响。设要输出的设要输出的10位数据存放在位数据存放在R1和和R2，R1存放高存放高8位，位，R2的的D7和和D6存放低存放低2位。位。4.4 数字波形合成数字波形合成 与与 V/I 转换电路转换电路 DAC 输输出出的的模模拟拟电电压压或或电电流流取取决决于于DAC的的输输入入数数字字量量，利利用用程程序序的的方方法法不不断断地地给给DAC输输入入不不同同的的数数字字量量，可可以以在在DAC输
8、输出出端端得得到到连连续续变变化化的的波波形形，这这就就是是数数字字波波形形合合成的基本原理。成的基本原理。1.数字波形合成数字波形合成1)阶梯波和锯齿波阶梯波和锯齿波2)三角波三角波3)方波方波4)正弦波正弦波 2 V/I 转换电路转换电路Io=If=Vf/Rf=Vi/Rf2 V/I 转换电路转换电路Io=ViR2/RfR14.5 开关量输出开关量输出1开关量的输出隔离开关量的输出隔离 隔离的目的隔离的目的1.隔断微机与执行机构之间的电气联系防止电位差、外界隔断微机与执行机构之间的电气联系防止电位差、外界电磁等干扰。电磁等干扰。2.防止执行错误。防止执行错误。3.防止仪器自身损坏。防止仪器自
9、身损坏。1）光电耦合器件隔离电路光电耦合器件隔离电路特点特点输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能力强，隔离输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能力强，隔离电压可达几千伏以上。电压可达几千伏以上。无触点，寿命长，可靠性好。无触点，寿命长，可靠性好。响应速度快，易与响应速度快，易与TTL电路配合使用。电路配合使用。2）继电器隔离电路继电器隔离电路当输出回路包含有感性负载，而且导通电流较大时，在触点断当输出回路包含有感性负载，而且导通电流较大时，在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或降开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或降低触点寿命。低触点寿命。如
10、果负载电流是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如果如果负载电流是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如果负载电流是交流的，可以在触点间并联压敏电阻。压敏电阻在负载电流是交流的，可以在触点间并联压敏电阻。压敏电阻在正常情况下相当于断路，而当其两端电压超过其导通阈值时，正常情况下相当于断路，而当其两端电压超过其导通阈值时，压敏电阻阻值下降，从而构成一个续流通路，避免了高压电弧压敏电阻阻值下降，从而构成一个续流通路，避免了高压电弧的产生。的产生。继电器使用注意事项继电器使用注意事项2 开关量的输出驱动开关量的输出驱动与与微微机机直直接接接接口口的的一一般般TTL电电路路或或COMS电电路路驱驱动动
11、能能力力是是有有限限的的。例例如如对对于于多多数数74LS系系列列的的TTL电电路路，其其高高电电平平输输出出电电流流IOH最最大大值值仅仅为为-0.4mA，低低电电平平输输出出电电流流IOL最最大大值值也也仅仅为为8mA。而而多多数数4XXX系系列列的的COMS逻逻辑辑电电路路，当当VDD=+5V时时，IOH与与IOL都都不不到到1mA。如如果果执执行行器器件件需需要要较较大大的的驱驱动动电电流流，就就必必须须附附加加驱驱动电路。动电路。1）TTL三态门三态门 缓冲器缓冲器例如例如74LS240，74LS244，74LS245IOH=-15mA，IOL=+24mA可以用来驱动光电耦合器件、可
12、以用来驱动光电耦合器件、LED数码管、中功率数码管、中功率晶体管等。晶体管等。2）OC 门门OC门电路的输出极是一个集电极开路的晶体三极管。门电路的输出极是一个集电极开路的晶体三极管。OC门门输输出出端端必必须须外外加加一一个个接接至至正正电电源源的的负负载载才才能能正正常常工工作作，负负载载正正电电源源+V可可以以比比TTL电电路路的的VCC高高很很多多。例例如如7406、7407OC门门输输出出极极截截止止时时耐耐压压可可高高达达30V，输出低电平吸收电流的能力高达输出低电平吸收电流的能力高达40mA。因此因此OC门常用来驱动微型继电器、门常用来驱动微型继电器、LED显示等。显示等。3）门
13、电路外加晶体管门电路外加晶体管 门电路外加晶体管可门电路外加晶体管可以为直流执行器件提供以为直流执行器件提供更大的驱动电流。更大的驱动电流。使用小功率管，驱动能使用小功率管，驱动能力可达力可达1050mA。使用中功率管，驱动能使用中功率管，驱动能力可达力可达50500mA。使用大功率管，驱动能使用大功率管，驱动能力更强。力更强。若是感性负载，则应在负载上并联续流二极管。若是感性负载，则应在负载上并联续流二极管。4）达林顿阵列驱动达林顿阵列驱动 达林顿阵列驱动器芯片适用于多路开关量中功率驱动电路。达林顿阵列驱动器芯片适用于多路开关量中功率驱动电路。D1输入端钳位，输入端钳位，D2输出端输出端钳位
14、，钳位，D3输出端钳位或感输出端钳位或感性负载的续流保护。性负载的续流保护。例例如如MC1416包包含含七七路开关量驱动器。路开关量驱动器。每每路路输输出出电电流流可可达达500mA，但但每每一一块块双双列列直直插插式式芯芯片片总总的的输输出电流不得超过出电流不得超过2.5A。输输出出端端截截止止时时耐耐压压可达可达100V。输输入入端端可可与与多多种种TTL及及COMS电电路路兼兼容。容。3 固态继电器固态继电器 (SSR)固态继电器（固态继电器（SSR）既有放大作用，又有隔离作用，很适合于驱）既有放大作用，又有隔离作用，很适合于驱动大功率开关执行器件。动大功率开关执行器件。固固态态继继电电
15、器器SSR(Solid state releys)是是一一种种无无触触点点通通断断电电子子开开关关，为为四四端端有有源源器器件件，其其中中两两个个端端子子为为输输入入控控制制端端，另另外外两两端端为为输输出出受受控控端端。中中间间采采用用光光电电隔隔离离，作作为为输输入入输输出出之之间间电电气气隔隔离离。在在输输入入端端加加上上直直流流或或脉脉冲冲信信号号，输输出出端端就就能能从从关关断断状状态态转转变变成成导通状态，从而控制较大负载。导通状态，从而控制较大负载。整整个个器器件件无无可可动动部部件件及及触触点点，可可实实现现相相当当于于常常用用的的机机械械式式电电磁磁继电器一样的功能。继电器一
16、样的功能。由由于于固固态态继继电电器器是是由由固固体体元元件件组组成成的的无无触触点点开开关关元元件件，所所以以与与继继电电器器相相比比具具有有工工作作可可靠靠、寿寿命命长长、对对外外界界干干扰扰小小、能能与与逻逻辑辑电电路路兼兼容容、抗抗干干扰扰能能力力强强、开开关关速速度度快快和和使使用用方方便便等等一一系系列列优优点点，因因而而具具有有很很宽宽的的应应用用领领域域，有有逐逐步步取取代代传传统统继继电电器器之之势势，并可进一步扩展到传统继电器无法应用的计算机领域。并可进一步扩展到传统继电器无法应用的计算机领域。SSRDC SSRAC SSR直流负载直流负载交流负载交流负载过零触发型过零触发
17、型随机开启型随机开启型SSR的输入控制的输入控制SSR的输出负载的输出负载4.6 串行数据通信接口串行数据通信接口1.数数据据通通信信指指不不同同设设备备之之间间进进行行的的数数字字量传输或交换。量传输或交换。总线总线内总线内总线外总线外总线串行总线串行总线并行总线并行总线RS-232、RS485IEEE-4881串行通信的基本概念串行通信的基本概念 1）波特率波特率每秒串行发送和接收的二进制位（每秒串行发送和接收的二进制位（bit）数）数2）串口工作方式串口工作方式 单工单工仅允许数据单向传送。仅允许数据单向传送。半双工半双工 发送接收分时使用同一数据线。发送接收分时使用同一数据线。全双工全
18、双工发送和接收可同时进行。发送和接收可同时进行。3）串口通信方式及规程串口通信方式及规程 同步通信同步通信发送和接收方使用同一个时钟发送和接收方使用同一个时钟异步通信异步通信发送和接收方使用自己的送和接收方使用自己的时钟 串口通信方式串口通信方式 异步传送规程异步传送规程 异异步步传传送送的的每每一一个个字字符符必必须须由由起起始始位位（一一位位“0”）开开始始，之之后后是是7位位或或8位位数数据据和和一一位位奇奇偶偶校校验验位位，数数据据的的低低位位在在先先、高高位位在在后后，字字符符以以停停止止位位（一一位位、或或两两位位“1”）表表示示字符的结束。字符的结束。从起始位开始到停止位结束组成
19、一帧信息。从起始位开始到停止位结束组成一帧信息。异异步步传传送送的的标标准准波波特特率率有有300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps 同步传送规程同步传送规程同同步步传送送方方式式，必必须规定定各各个个数数据据单元元的的长度度。全全部部被被传送送字字符符组成成数数据据块，用用同同步步字字符符来来指指示示数数据据块的的开开始始。同同步步字字符符可可用用单字字符符或或双双字字符符。数数据据块之之后后为CRC字字符符，它它用用于于检验同步同步传送的数据是否出送的数据是否出错。同步同步传送速度高，但硬件复送速度高，但硬件复杂。2 RS-232C 串口通信标准串口通信标准
20、 RS-232是是美美国国电电子子工工业业协协会会EIA公公布布的的串串行行通通信信标标准准，目目前前广广泛泛应应用用于于计计算算机机与与外外围围设设备备的的串串行行异异步步通通信信接接口口中。中。1）RS-232C协议协议 R-S232CR-S232C标准准定定义了了数数据据通通信信设备（DCEDCE）与与数数据据终端端设备（DTEDTE）之之间进行行按按位位串串行行数数据据传输的的接接口口信信息息，规定定了了接接口口的的电气气信信号号与与转插插件的机械要求。件的机械要求。DCE 和和 DTE 设备2）RS-232C接口接口2）RS-232C接口接口 25 针接口针接口功能功能信号引脚DTE
21、DCE数据TxD2输出输入RxD3输入输出握手握手RTS4输出输入CTS5输入输出DSR6输入输出DCD8输入输出STR20输出输入公共公共Com7-9 针连接器针连接器功能信号引脚DTEDCE数据TxD3输出输入RxD2输入输出HandshakeRTS7输出输入CTS8输入输出DSR6输入输出tDCD1输入输出STR4输出输入t公共端Com5-其它RI9输出输入2）RS-232C接口接口2）RS-232C接口接口3 RS-422A 和和 RS-423A 串口通信标准串口通信标准 4 RS-485 通信标准通信标准 1）传输线选择和阻抗匹配传输线选择和阻抗匹配双绞线双绞线特性阻抗特性阻抗1101302）隔离隔离