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1、第2章 输入输出接口与过程通道23第1页，本讲稿共85页 根据信号的时间特性，按时间和幅值根据信号的时间特性，按时间和幅值的连续性、离散性可把信号分为的连续性、离散性可把信号分为4类：类：1.时间连续、幅值连续的信号，如图时间连续、幅值连续的信号，如图a所示；所示；2.时间连续、幅值离散的信号，如图时间连续、幅值离散的信号，如图b所示；所示；3.时间离散、幅值连续的信号，如图时间离散、幅值连续的信号，如图c所示；所示；4.时间离散、幅值离散的信号，如图时间离散、幅值离散的信号，如图d所示；所示；模拟信号和数字信号的概念模拟信号和数字信号的概念第2页，本讲稿共85页模拟信号和数字信号的概念模拟信
2、号和数字信号的概念uto图图auto图图buto图图cuto图图d第3页，本讲稿共85页 2.I2.IO O通道通道(1)I(1)IO O通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间进行信息通道：也称为过程通道。它是计算机和控制对象之间进行信息传送和变换的连接通道。传送和变换的连接通道。信号的输入通路。信号的输入通路。信号的输出通路。信号的输出通路。(3)I/O(3)I/O通路的主要功能通路的主要功能 实现模拟量与数字量之间的信号变换。实现模拟量与数字量之间的信号变换。(2)IO通道通道2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述第4页，
3、本讲稿共85页3.I3.IO O接口概念接口概念（1）过程通道中包括有过程通道中包括有I/O接口。接口。（2）接口接口：计算机与外设交换信息的桥梁。包括：计算机与外设交换信息的桥梁。包括输入接口和输出接口两种。输入接口和输出接口两种。（3）接口技术接口技术：研究计算机和外设之间如何交换信息：研究计算机和外设之间如何交换信息的技术。的技术。（4）IO接口电路接口电路：是主机和外围设备之间交换信：是主机和外围设备之间交换信息的连接部件。它能使主机和外设能够协调工作，息的连接部件。它能使主机和外设能够协调工作，有效地完成信息交换。有效地完成信息交换。第第2 2章章 输入输出接口技术与过程通道输入输出
4、接口技术与过程通道第5页，本讲稿共85页4.I4.IO O信号的种类信号的种类CPU外部外部设备设备数据数据状态状态控制控制通常有三类信息：通常有三类信息：数据信息数据信息数字量数字量模拟量模拟量开关量开关量状态信息状态信息控制信息控制信息2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述第6页，本讲稿共85页5.I/O5.I/O接口的接口的3 3种端口种端口（1 1）数据端口（）数据端口（双向双向）；（）；（2 2）状态端口（）状态端口（单向单向）（3 3）控制端口（）控制端口（单向单向）6.I/O6.I/O接口功能接口功能 （1 1）转换信息
5、格式；）转换信息格式；例如串例如串并。并。（2 2）提供联络信号；）提供联络信号；例如例如“忙忙”、“准备好准备好”。（3 3）协调速度差异；）协调速度差异；（4 4）进行选址译码；）进行选址译码；例如例如74LS13874LS138译码器。译码器。（5 5）实现电平转换；）实现电平转换；例如例如RS232RS232TTL.TTL.（6 6）具备时序控制；）具备时序控制；有的接口电路具有自己的时钟发生电路，以有的接口电路具有自己的时钟发生电路，以满足微机和各种外设在时序方面的要求。满足微机和各种外设在时序方面的要求。（7 7）最好是可编程。）最好是可编程。用程序代码设置接口的某些功能。用程序代
6、码设置接口的某些功能。2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述第7页，本讲稿共85页7.7.数字量输入输出通道所需的接口性质数字量输入输出通道所需的接口性质（1 1）DIDI通道通道 需要具有三态功能的接口电路，如器件需要具有三态功能的接口电路，如器件74LS37374LS373、74LS24474LS244等；等；（2 2）DODO通道通道 需要具有锁存功能的接口电路，如器件需要具有锁存功能的接口电路，如器件74LS37374LS373、74LS27374LS273等。等。2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及
7、其功能概述一、接口、通道及其功能概述第8页，本讲稿共85页附图附图1：74LS244引脚图引脚图单向三态门单向三态门2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述1A11A4,2A12A4-输入端输入端/1G,/2G-三态允许端三态允许端(低电低电平有效平有效)1Y11Y4,2Y12Y4-输出端输出端第9页，本讲稿共85页附图附图2：74LS373引脚图引脚图带三态门的带三态门的8位锁存器位锁存器2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述第10页，本讲稿共85页附图附图3：74LS273
8、引脚图引脚图8位锁存器位锁存器2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述第11页，本讲稿共85页附图附图4：74LS245引脚图引脚图三态输出八总线收发器三态输出八总线收发器2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道 一、接口、通道及其功能概述一、接口、通道及其功能概述DIR：方向控制端，：方向控制端，DIR=0，BA;DIR=1，AB:三态门控制端，三态门控制端，=0，三态门导通；，三态门导通；=1，三态门截止，三态门截止第12页，本讲稿共85页使能端使能端/G方向控制方向控制端端DIR操操 作作L L B 数据至数据至A总线总线 L
9、 H A数据至数据至B总线总线 H 隔隔 开开 第13页，本讲稿共85页接口芯片和CPU之间必须连接的信号线有4类：数据信号数据信号D0D7读写控制信号读写控制信号 片选信号和地址线片选信号和地址线时钟、复位、中断控制、联络信号时钟、复位、中断控制、联络信号 地址译码器的扩展译码器的扩展 使用译码器的目的使用译码器的目的 译码器译码器常用的译码器有：四中选一、八中选一、十六中选一。常用的译码器有：四中选一、八中选一、十六中选一。第14页，本讲稿共85页74LSl3874LSl38扩展地址译码器扩展地址译码器 第15页，本讲稿共85页第16页，本讲稿共85页 2.3 2.3 模拟量输入通道模拟量
10、输入通道 模拟量输入通道模拟量输出通道数字量输入通道数字量输出通道 I IO O通道分为：通道分为：第17页，本讲稿共85页任务任务：从系统中检测模拟信号，将之转换：从系统中检测模拟信号，将之转换为数字信号，经接口送入计算机。为数字信号，经接口送入计算机。一、一、AI 通道的组成通道的组成1.I/V变换；变换；2.多路开关；多路开关；3.采样保持器；采样保持器；4.A/D转换；转换；5.接口逻辑电路接口逻辑电路。二、模拟多路转换器二、模拟多路转换器多路开关多路开关1.CD4051-单端单端8通道（通道（8入入1出或出或1入入8出）出）2.3 2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 第18页，本讲
11、稿共85页CD405l 组成：组成：逻辑电平转换、逻辑电平转换、二进制译码器及二进制译码器及8个开关电路。个开关电路。主要特性：主要特性：直流供电电源：直流供电电源：VDD+5V+15V，数字信号电位变化范围：数字信号电位变化范围：315V 输入电压：输入电压：UIN0VDD 模拟信号峰峰值：模拟信号峰峰值：15V第19页，本讲稿共85页CD405lCD405l的应用：的应用：第20页，本讲稿共85页2.CD4052差动式差动式4通道通道模拟开关模拟开关DIP16脚，1-8：0Y、2Y、Y、3Y、1Y、INH、VEE（负电源）、VSS(GND)9-16:B、A、3X、0X、X、1X、2X、VD
12、D（正电源）2.3 2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 输入输入接通通道接通通道INHBAXY0000X0Y0011X1Y0102X2Y0113X3Y1XX无通道第21页，本讲稿共85页三、信号的采样、保持三、信号的采样、保持1.采样采样在在A/D转换前，要对模拟信号进行采样。转换前，要对模拟信号进行采样。采样采样：把一个时间上连续的模拟信号变：把一个时间上连续的模拟信号变换为换为时间上离散、幅值上连续的时间上离散、幅值上连续的信号。信号。保持保持：用来：用来“凝固凝固”随时间变化的快速随时间变化的快速模拟信号，由于模拟信号，由于A/D转换需要一定的时间，转换需要一定的时间，在转换期间，要求
13、模拟信号保持稳定。在转换期间，要求模拟信号保持稳定。2.3 2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道 第22页，本讲稿共85页附：采样保持集成芯片附：采样保持集成芯片LFl98 主要特性：主要特性：1.供电电源：供电电源：5V18V；2.信号获取时间：信号获取时间：10s；3.可以和可以和TTL、PMOS、CMOS逻辑输入兼容；逻辑输入兼容；4.典型保持电容：典型保持电容：1000pF、0.01F。第23页，本讲稿共85页四、信号的量化四、信号的量化 量化过程：量化过程：是用一组数码是用一组数码(如二进制码如二进制码)来逼近离散模拟信号的幅值，来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。将其转换
14、成数字信号。fmax：转换信号的最大值；：转换信号的最大值；fmin：转换信号的最小值；：转换信号的最小值；i：转换后二进制数的位数。：转换后二进制数的位数。量化单位为：量化单位为：iffq2-1minmax-=第24页，本讲稿共85页例：设输入的模拟量为例：设输入的模拟量为0-4.99V时，输出的数字量为时，输出的数字量为000-111，则输入与输出的对应关系为：，则输入与输出的对应关系为：输入A0.000.711.422.132.843.554.284.99输出D0000010100111001011101110110100010001111101011000.3551.0651.775
15、2.485 3.195 3.905 4.6350.3551.0651.7752.4853.1951.420.712.132.843.554.284.99量化误差量化误差:q=4.99/7=0.71V,q/2=0.355V第25页，本讲稿共85页2.2 A2.2 AD D转换器转换器常用的常用的AD转换器有：转换器有：双积分式双积分式-间接型间接型逐次逼近式逐次逼近式-直接型直接型一、一、A/D转换原理转换原理第26页，本讲稿共85页组成：组成：逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器SARDA转换器转换器比较器比较器时序（时钟）时序（时钟）置数选择逻辑置数选择逻辑工作过程：工作过程：如果如果UiUO，应予
16、保留；，应予保留；如果如果Ui(VREF-)0VCC(VREF+)(VREF-)0 (VREF+)+(VREF-)=VCC (VREF+)+(VREF-)=VCC第36页，本讲稿共85页VREF+VREF+、VREF-VREF-决定了输入的模拟电压的最大和最小值。通决定了输入的模拟电压的最大和最小值。通常将常将VREF+VREF+与与VCCVCC接在一起，将接在一起，将VREF-VREF-与与GNDGND接一起（单极性接一起（单极性时）；或将时）；或将VREF+VREF+接正电源端，将接正电源端，将VREF-VREF-接负电源端（双极接负电源端（双极性时）。性时）。D0D0D7:D7:转换所得
17、的转换所得的8 8位数字量。位数字量。注意：注意：ADC0809ADC0809为何无片选脚？为何无片选脚？3.ADC08093.ADC0809与微处理器的连接与微处理器的连接（1 1）直接连接；）直接连接；（2 2）通过并行接口芯片）通过并行接口芯片Intel8255Intel8255同同CPUCPU连接。连接。单端、单极性输入：单端、单极性输入：VREF(+)=5v,VREF(-)=0v 双极性输入双极性输入：VREF(+)和和 VREF(-)接正负接正负 极性参考电源脚。极性参考电源脚。第37页，本讲稿共85页 片选、启动、读写信号的设置片选、启动、读写信号的设置启动转换信号由启动转换信号
18、由CPU发出，有电平启动和脉冲启动两种方式。发出，有电平启动和脉冲启动两种方式。片选、读写信号一般由片选、读写信号一般由3-8译码器的通道号以及微处理器的译码器的通道号以及微处理器的/IOR、/IOW经过适当的逻辑电路来连接。经过适当的逻辑电路来连接。转换结束信号及转换数据的读取转换结束信号及转换数据的读取CPU读取转换数据读取转换数据程序查询方式程序查询方式中断方式中断方式延迟程序方式延迟程序方式第38页，本讲稿共85页OEALESTARTCBA译译码码D0D7D0D7A0A7/IOR/IOWY1EOCVCCVREF+GNDVREF-+5V例例1：ADC0809与与CPU直接连接直接连接例：
19、电路如图示，设例：电路如图示，设Y1的地址为的地址为84H,采用软件延时等待转采用软件延时等待转换结束。试编程将换结束。试编程将IN7通道的模拟量经通道的模拟量经ADC0809进行转换。进行转换。第39页，本讲稿共85页CLKD7D0STARTALEEOCADDCADDBADDAOEPB4PC7PB2PB1PB0D7D0A0A1/CS/RD/WR/Y0/Y1A2A7A1A0/IOR/IOWD7D0CLK8IN0IN7例例2：ADC0809与与CPU通过通过8255连接连接例：电路如图，设例：电路如图，设/Y0的地址为的地址为80H83H,/Y1的地址为的地址为84H,试编程将试编程将IN0IN
20、7通通道的模拟量经道的模拟量经ADC0809进行转换进行转换,并将转换的数字量存入存储器数据段从并将转换的数字量存入存储器数据段从LABLE开始的连续开始的连续8个单元中。个单元中。第40页，本讲稿共85页(二）二）.12.12位位A AD D转换器转换器AD574AD574 AD574A 是是美国模拟数字公司（美国模拟数字公司（Analog）推出的单片高速推出的单片高速12 位位逐次比较型逐次比较型A/D 转换器，转换器，内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具有内置双极性电路构成的混合集成转换芯片，具有外接元件少，功耗低，精度高等外接元件少，功耗低，精度高等特点，特点，并且具有并且具有自动
21、校零和自动极性转换自动校零和自动极性转换功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的功能，只需外接少量的阻容件即可构成一个完整的A/D 转转换器。换器。1.芯片特性芯片特性 （1）分辨率为）分辨率为12位的逐次逼近位的逐次逼近A/D转换器；转换器；（2）具有三态缓冲器、时钟脉冲源和基准电源；）具有三态缓冲器、时钟脉冲源和基准电源；（3）电源电压：）电源电压：15V 和和5V；（4）转换时间为）转换时间为 25 S；（5）量程：）量程：0-+10V;0-+20V;-5V-+5V;-10V-+10V；（6）转换精度）转换精度0.05%0.05%，非线性误差小于非线性误差小于1/2LBS 或或1LB
22、S；（7 7）转换的结果分两次输给）转换的结果分两次输给CPUCPU。第41页，本讲稿共85页2.芯片各引脚功能芯片各引脚功能DIP28第42页，本讲稿共85页第43页，本讲稿共85页12/8(2):12/8(2):数字量输出位数控制脚数字量输出位数控制脚，为为1 1时时1212位输出；位输出；为为0 0时单字节输出，即只有高时单字节输出，即只有高8 8位或低位或低4 4位位有效。有效。A0:A0:用于分辨率和字节的选择用于分辨率和字节的选择。在转换启动时，在转换启动时，若若A0=0A0=0则则AD574AD574作作1212位转换器用；若位转换器用；若A0=1A0=1则作则作8 8位转换器用
23、。在读数据时，位转换器用。在读数据时，A0=0A0=0读读高字节，高字节，A0=1A0=1读低字节。读低字节。CE:AD574CE:AD574的使能端，高电平有效。的使能端，高电平有效。CSCS：片选脚，低电平有效。：片选脚，低电平有效。R/CR/C：用于读数据或启动转换的控制信号：用于读数据或启动转换的控制信号。为为1 1时用时用于读数据（于读数据（Read);Read);为为0 0用于启动用于启动A/DA/D转换正转换正式开始。式开始。第44页，本讲稿共85页10Vin10Vin:单极性单极性时时0 010V10V输入，双极性时输入，双极性时-5-5+5V+5V输输入。入。20Vin20V
24、in:单极性单极性时时0 020V20V输入，双极性时输入，双极性时-10-10 +10V+10V输入。输入。输入的模拟量另一端接输入的模拟量另一端接AGAG引脚。引脚。STSSTS：状态线，转换结束信号，低电平有效。：状态线，转换结束信号，低电平有效。当当STS=1 STS=1 时，表示转换器正处于转换状态，当时，表示转换器正处于转换状态，当STS=0 STS=0 时，时，A/D A/D 转换结束。转换结束。AGAG：模拟地：模拟地，是，是AD574AD574的内部参考点，必须与系统的的内部参考点，必须与系统的模拟参考点相连。模拟参考点相连。DGDG：数字地：数字地，常与，常与AGAG接一起
25、，从而在高数字噪声环境接一起，从而在高数字噪声环境中从中从AD574AD574获得高精度性能。获得高精度性能。第45页，本讲稿共85页（1）在CE=1且且CS=0时时，AD574A 正常工作；（2）在AD574 处于工作状态时，当R/C=0 时启动启动A/D 转换，当R/C=1 进行数据读出读出。（3）12/8和A0 端用来控制数据输出格式。A0=0时，启动的是时，启动的是12 位位数据转换数据转换。当A0=1 时，按8 位A/D 转换方式进行。（4）当R/C=1，也即当AD574A 处于读数据状态时，A0 和和12/8控制数据输出状态的格式控制数据输出状态的格式。当12/8=1 时，数据以1
26、2 位并行输出，当12/8=0 时，数据以8 位分两次输出。而当A0=0 时，输出转换数据的高8 位，A0=1 时输出A/D 转换数据的低4 位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补0。第46页，本讲稿共85页3.AD574控制信号的作用控制信号的作用第47页，本讲稿共85页4.AD5744.AD574模拟量输入电路外部连线模拟量输入电路外部连线AD574可实现单极性输入和双极性输入可实现单极性输入和双极性输入第48页，本讲稿共85页5.AD5745.AD574的接口电路及应用的接口电路及应用第49页，本讲稿共85页DB11.DB8DB7.DB0STSCE/CSR/CPB7.PB0PC7PC
27、2PC1PC0PA3.PA012/8A0DGND10VINAGNDVlogic+5VPC系统总线系统总线模拟量模拟量输入输入例：电路如图示，设例：电路如图示，设8255的端口地址为的端口地址为2C0H2C3H,试编程启动试编程启动AD574的的12位位A/D转转换，并将转换结果存入换，并将转换结果存入BX的低的低12位中。位中。第50页，本讲稿共85页2.4 D2.4 DA A转换技术及转换技术及D/AD/A转换器转换器 作用：把数字量转换成模拟量。作用：把数字量转换成模拟量。分类：按工作方式可分成：并行和串行两种。分类：按工作方式可分成：并行和串行两种。在工业控制中，主要在工业控制中，主要使
28、用并行使用并行D/A转换器。转换器。一、一、DA转换器的转换原理转换器的转换原理 D/A转转换换器器的的原原理理可可以以归归纳纳为为“按按权权展展开开，然然后后相相加加”。因因此此，D/A转转换换器器内内部部必必须须要要有有一一个个解解码码网网络络，以以实实现现按按权权值值分分别别进进行行D/A转转换换。解解码码网网络络通通常常有有两两种种：二二进进制制加加权权电电阻阻网网络络和和T型电阻网络。型电阻网络。DA转换器由电阻网络和运算放大器组成。转换器由电阻网络和运算放大器组成。1、T 型型R-2R电阻网络型电阻网络型DA转换原理转换原理 第51页，本讲稿共85页 UR R S1 S2 S3 R
29、 A1 d1 d2 d3(MSB)2RI8RI4RI2RI2R 2R 2R 4RIUo R dn-1 dn(LSB)1R2-nInI2RnI2R1R2-nI2R 2R 2R Io Sn-1 Sn R1 A2 A3 An-1 An 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 -+N T 型型R-2R电阻网络型电阻网络型DA转换原理框图转换原理框图第52页，本讲稿共85页0 10 10 10 1第53页，本讲稿共85页当当n=4时，设时，设D3、D2、D1、D0为输入的二进制数字量，其转换原理为：为输入的二进制数字量，其转换原理为：上式中上式中D不是不是0就是就是1，0表示切换开关与参考电压表示切换开
30、关与参考电压UR接通，该位有电流输入。接通，该位有电流输入。当为当为n位二进制输入时，则位二进制输入时，则第54页，本讲稿共85页2、4位权电阻网络位权电阻网络D/A转换器原理图转换器原理图 E为基准电压为基准电压 为晶体管为晶体管位切换开关，受二进位切换开关，受二进制位控制：制位控制：为为“0”时开关接地时开关接地为为“1”时开关接时开关接E 为权电阻网为权电阻网络，其阻值与各位络，其阻值与各位权相对应，权越大，权相对应，权越大，电阻越大电阻越大(电流越小电流越小)。10101010第55页，本讲稿共85页 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 时，开关接基准电压E，相应
31、支路产生的电流为 当 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：这里第56页，本讲稿共85页二、二、D DA A转换器的性能指标转换器的性能指标1分辨率分辨率定义：当输入数字量变化定义：当输入数字量变化1时，输出模拟量变化的大小。时，输出模拟量变化的大小。对于一个对于一个N位的位的DA转换器其分辨率为：转换器其分辨率为：例如：对于满刻度值例如：对于满刻度值5.12V，单极性输出，单极性输出:8位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/2820mV l0位位DA转换器的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/210=5.12V/10245mV 12位位DA转换器
32、的分辨率为：转换器的分辨率为：5.12V/212=5.12V/40961.25mV 第57页，本讲稿共85页2.转换时间、建立时间转换时间、建立时间是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间。是将一个数字量转换为稳定模拟信号所需的时间。3转换精度转换精度 绝绝对对精精度度：满满量量程程时时转转换换的的实实际际模模拟拟输输出出值值和和理理论论值值之之间间的的接接近近程程度度。绝绝对对精精度度是是由由DAC的的增增益益误误差差、零零点点误误差差（数数字字量量输输入入为为全全0时时DAC的的输输出）、非线性误差和噪声引起的。出）、非线性误差和噪声引起的。相相对对精精度度：在在慢慢刻刻度度已已校校准准
33、的的情情况况下下，在在整整个个刻刻度度范范围围内内，对对应应于于任任一输入数码的模拟量输出与它的理论值之差。一输入数码的模拟量输出与它的理论值之差。4.输入编码输入编码 一般为二进制编码、一般为二进制编码、BCD码、符号码、符号-数值码等。数值码等。第58页，本讲稿共85页定义：在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大误差。定义：在满刻度范围内，偏离理想转换特性的最大误差。一般用最低有效位一般用最低有效位LSB的分数来表示。为的分数来表示。为0.010.8。6工作温度范围工作温度范围 较好的较好的DA转换器工作温度范围为一转换器工作温度范围为一4085，较差的，较差的为为070。5线性误差线性误
34、差数字量输入模拟量输出 理想特性实际满刻度 线性误差第59页，本讲稿共85页三、三、D/AD/A转换器芯片及其接口电路转换器芯片及其接口电路 例如：例如：满足速度、精度、分辨率及经济性能要求的有：满足速度、精度、分辨率及经济性能要求的有：通用、廉价的通用、廉价的D/A转换器：转换器：AD1408、AD7524、AD558。高速、高精度高速、高精度D/A：AD562、AD7541。高速高速D/A：AD561、DAC-08。高分辨率高分辨率D/A：DAC1136、DAC1137等。等。为了应用的灵活性，有：为了应用的灵活性，有：可选择输出电压双极性的：可选择输出电压双极性的：AD7524、AD75
35、42。芯芯片片内内带带有有数数字字寄寄存存器器（锁锁存存器器）可可与与CPU数数字字总总线线直直接接相相连连的的AD558、AD7524。第60页，本讲稿共85页（一）、（一）、8 8位位DAC0832DAC0832及其接口电路及其接口电路1.DAC08321.DAC0832简介简介（1 1）美国）美国NI(National Instrument)NI(National Instrument)国家仪器公司的国家仪器公司的产品；产品；（2 2）分辨率为）分辨率为8 8位；位；（3 3）电流稳定时间）电流稳定时间1s1s；（4 4）低功耗）低功耗20mW20mW；（5 5）单一电源供电；）单一电源
36、供电；（6 6）可以单缓冲、双缓冲或直接数字输入；）可以单缓冲、双缓冲或直接数字输入；（7 7）R-2RR-2R电阻网络电阻网络D/AD/A转换原理；转换原理；（8 8）电流输出，与）电流输出，与TTLTTL电平兼容。电平兼容。第61页，本讲稿共85页2.内部结构及原理第62页，本讲稿共85页ILE：允许输入锁存，高电平有效；：允许输入锁存，高电平有效；/XFER:数据传送信号，低电平有效；数据传送信号，低电平有效；3.DAC08323.DAC0832的工作原理的工作原理（1）ILE、/CS、/WR1组合产生组合产生LE1信号，用来控制第一个锁存器信号，用来控制第一个锁存器-“8位输入位输入寄
37、存器寄存器”当当ILE=1,/CS=0,且且/WR1为负脉冲时，在为负脉冲时，在LE1处产生处产生正脉冲正脉冲。其中。其中LE1=1时，时，“8位输入寄存器位输入寄存器”的内容随其输入的内容随其输入D0D7的变化而变化，的变化而变化，LE1的下降沿将的下降沿将D0D7此刻的数据锁存到此刻的数据锁存到“8位输入寄存器位输入寄存器”中。中。（2）LE2由由/WR2、/XFER组合产生，用来控制第组合产生，用来控制第2个锁存器个锁存器“8位位DAC寄存寄存器器”。当当/XFER=0，且，且/WR2为负脉冲时，在为负脉冲时，在LE2处产生处产生正脉冲正脉冲。其中。其中LE2=1时，时，“8位位DAC寄
38、存器寄存器”的输出随其输入变化而变化，的输出随其输入变化而变化，LE2的下降沿将的下降沿将“8位输入寄存器位输入寄存器”此刻的内容锁存到此刻的内容锁存到“8位位DAC寄存器寄存器”中。中。第63页，本讲稿共85页（3）“8位位D/A转换器转换器”不断进行不断进行D/A转换，其输出一直对应于转换，其输出一直对应于“8位位DAC寄寄存器存器”输出的当前值。输出的当前值。当当“8位位DAC寄存器寄存器”的输出改变时，的输出改变时，“8位位D/A寄存器寄存器”的输出也随之改变。由于的输出也随之改变。由于D/A转换需一定时间，故第转换需一定时间，故第2个锁存器个锁存器必不可少。必不可少。4.4.工作方式
39、工作方式 当当ILE=1,CS=0,XFER=0（1）单缓冲方式）单缓冲方式a.WR2=0，第二个锁存器为不锁存状态，第二个锁存器为不锁存状态，WR1为负脉冲为负脉冲，而第，而第一个锁存器一个锁存器 处于锁存状态。处于锁存状态。b.WR1=0，第一个锁存器为不锁，第一个锁存器为不锁存状态，存状态，WR2为负脉冲，第二个锁存器为负脉冲，第二个锁存器 处于锁存状态。处于锁存状态。(2)双缓冲方式：双缓冲方式：当当WR1和和WR2均为负脉冲，均为负脉冲，“8位输入寄存器位输入寄存器”和和“8位位DAC寄存器寄存器”均处于锁存状态。均处于锁存状态。（3）直通方式：）直通方式：当当WR1=WR2=0，两
40、个锁存器均不锁存。，两个锁存器均不锁存。第64页，本讲稿共85页5.DAC08325.DAC0832的输出方式的输出方式电压输出方式电压输出方式电流输出方式电流输出方式 电压输出方式电压输出方式单极性电压输出方式单极性电压输出方式第65页，本讲稿共85页双极性电压输出电路双极性电压输出电路 第66页，本讲稿共85页 电流输出方式电流输出方式 量程选择：量程选择：010mA直流电流直流电流 420mA直流电流直流电流第67页，本讲稿共85页 6.D/A6.D/A与与CPUCPU直接连接直接连接+5 DAC0832+5VRA VOUT译译码码器器Vcc ILR VREFCS RfbWR1 Iout
41、1WR2 Iout2XFERDGND A1 Ao IOWGND8088CPUA9-A2-+AGND第68页，本讲稿共85页例：试编程分别将例：试编程分别将56H和和78H经经0832(1)和和0832(2)进行进行A/D转换转换CSDI0DI7WR1WR2XFERILEVCC0832(1)CSDI0DI7WR1WR2XFERILEVCC0832(2)A15D7D0IOWA13A14+5V56H78H第69页，本讲稿共85页（二）、（二）、12 12位位D DA A转换器转换器DAC 1210DAC 12101、DAC 1210的主要性能及特点的主要性能及特点 DIP24主要技术指标：主要技术指
42、标：分辨率分辨率12位；位；电流建立时间电流建立时间1s；供电电源供电电源+5+15V(单电源供电单电源供电)；基准电压基准电压VREF范围范围-10+10V；功耗低，约功耗低，约200mW。特点：特点：线性规范只有零位和满量程调节；线性规范只有零位和满量程调节；具有输入锁存器，可以和所有的通用微处理机直具有输入锁存器，可以和所有的通用微处理机直 接接口；接接口；单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入；单缓冲、双缓冲或直通数字数据输入；与与TTL逻辑电平兼容逻辑电平兼容,电流输出型电流输出型DAC。第70页，本讲稿共85页2 2、DAC 1210DAC 1210引脚说明引脚说明第71页，本讲稿共85
43、页DAC1210与与DAC0832的两点区别的两点区别：它有它有12条数据输入线条数据输入线 CPU必须分两次将必须分两次将12位数字位数字量输入给量输入给DAC1210。可用可用 控制控制数据的输入数据的输入 ：高：高/低字节低字节控制信号，为控制信号，为1时开启时开启8位输入位输入锁存器，将高锁存器，将高8位数字量打入锁位数字量打入锁存器；为存器；为0时开启时开启4位锁存器，位锁存器，禁止高禁止高8位。位。第72页，本讲稿共85页3 3、DACl210DACl210与与CPUCPU的连接的连接第73页，本讲稿共85页例：（书例：（书P42图图2.30例）电路如图示，例）电路如图示，、的地址
44、分的地址分别为别为300H、301H、302H，试将，试将12位数字量位数字量83FH转换为模拟转换为模拟信号。信号。DI0DI1DI2DI3DI4.DI8DI9DI10DI11WR2WR1BYTE1/BYTE2XFERIOUT1IOUT2GNDCSY0Y1Y2D0D4D5D6D7IOWA0A9第74页，本讲稿共85页模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制输出的关模拟量输出通道是计算机控制系统实现控制输出的关键，它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电键，它的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制目的
45、。目的。一、一、D/A通道的结构形式通道的结构形式 1、单通道、单通道D/A通道通道 （1）带输入锁存器的）带输入锁存器的D/A转换单通道。输出模拟量由锁存转换单通道。输出模拟量由锁存器保存，不需要刷新。器保存，不需要刷新。（2）带保持器输出的单通道。输出的模拟量是靠电容的）带保持器输出的单通道。输出的模拟量是靠电容的记忆功能维持，不能长久保持模拟量信息不变，必须定记忆功能维持，不能长久保持模拟量信息不变，必须定时刷新。时刷新。225 5 模拟量输出通道模拟量输出通道第75页，本讲稿共85页2、多通道、多通道D/A通道通道 （1）每个通道都带有锁存器及）每个通道都带有锁存器及D/A转换器的并行
46、多通道，它一般转换器的并行多通道，它一般用于高速系统。用于高速系统。225 5 模拟量输出通道模拟量输出通道第76页，本讲稿共85页（2）多通道共享一个）多通道共享一个D/A转换器转换器二、二、V/I变换和自动变换和自动/手动切换手动切换 有的有的D/A通道中有通道中有“V/I和自动和自动/手动切换手动切换”环节，以实现环节，以实现V/I转换。转换。实现实现05V、010V、15V的直流电压信号到的直流电压信号到010mA、420mA的电流信号的转换。的电流信号的转换。第77页，本讲稿共85页一、干扰的来源和干扰的分类一、干扰的来源和干扰的分类 外部干扰：外部干扰：内部干扰：内部干扰：串模干扰
47、：串模干扰：共模干扰：共模干扰：226 I6 IO O通道的抗干扰措施通道的抗干扰措施第78页，本讲稿共85页2 2、串模干扰及其抑制方法、串模干扰及其抑制方法 串模干扰是叠加在被测信号上串模干扰是叠加在被测信号上的干扰信号，也称横向干扰或正的干扰信号，也称横向干扰或正态干扰。态干扰。C1C2AIaVs 第79页，本讲稿共85页 抑制串模干扰的措施：抑制串模干扰的措施：加输入滤波器加输入滤波器串模干串模干扰信号信号频率大于被率大于被测信号信号频率率低通低通输入入滤波器波器串模干串模干扰信号信号频率小于被率小于被测信号信号频率率高通高通输入入滤波器波器串模干串模干扰信号在被信号在被测信号信号频率
48、两率两侧带通通滤波器。波器。第80页，本讲稿共85页 采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备采用带屏蔽层的双绞线或同轴电缆连接一次仪表和转换设备 减少减少电磁感磁感应，使每个小回路的感，使每个小回路的感应电势互相反相抵消。互相反相抵消。屏蔽屏蔽层良好接地，就可避免干良好接地，就可避免干扰从从传输导线窜入入检测回路。回路。利用器件特性克服干扰利用器件特性克服干扰 提提高高阈阈值值电电平平可可抑抑制制低低噪噪声声干干扰扰；采采用用低低速速逻逻辑辑器器件件或或加加电电容容器降低速度，可以抑制高频干扰。器降低速度，可以抑制高频干扰。采用数字滤波技术采用数字滤波技术 平均平均值法、中法、中
49、值法、一法、一阶滤波法波法等等第81页，本讲稿共85页3 3、共模干扰及其抑制方法、共模干扰及其抑制方法 共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰共模干扰是指同时加到计算机控制系统两个输入端上的公有的干扰电压。电压。第82页，本讲稿共85页 抑制共模干扰的主要措施：抑制共模干扰的主要措施：采用共模抑制比高的、双端输入运算放大器采用共模抑制比高的、双端输入运算放大器.采用光耦合器或变压器隔离采用光耦合器或变压器隔离第83页，本讲稿共85页 采用隔离放大器采用隔离放大器同相输入方式：同相输入方式：增增益益最最高高可可达达2万万倍倍，直直流流漂漂移移低低 于于 0.1 s/，直直流流共共模模抑抑制制比比为为160dB，采采用用带带屏屏蔽蔽层层的的双双绞绞线线，可可抑抑制制串串模模干干扰扰，可可为为共共模模电电压压提提供供共共模电流通路。模电流通路。第84页，本讲稿共85页I IO O接口和通道还应采取下述几种措施：接口和通道还应采取下述几种措施：尽量缩短信号线的长度。尽量缩短信号线的长度。不用的输入端子不能悬空，必须通过负载电阻接不用的输入端子不能悬空，必须通过负载电阻接到电源线上。到电源线上。为防止电磁感应，信号线应采用屏蔽线为防止电磁感应，信号线应采用屏蔽线第85页，本讲稿共85页