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1、第三章 过程通道和数据采集系统之五熊远生熊远生熊远生熊远生20102010年年年年9 9月月月月内容提要n概述n模拟量输入通道:采样,多路转换器nD/A与A/D转换技术nA/D转换器及其与微处理器的接口n数据采集系统nD/A转换器及其与微处理器的接口n过程通道的抗干扰措施n小结模拟量输出通道n任务：把微型计算机输出的数字量转换成模拟量n核心部件：D/A转换器n要求：可靠性高，满足一定的精度 具有保持功能模拟量输出通道（2）n多路模拟量输出通道的结构形式 主要取决于输出保持器的构成方式 输出保持器的作用：在新的控制信号到来之前，使本次控制信号维持不变 两种基本结构形式：一个通路设置一个D/A转换
2、器 多个通路共用一个D/A转换器模拟量输出通道（3/）一个通路设置一个D/A转换器 优点：转换速度快，工作可靠 缺点：使用较多的D/A转换器模拟量输出通道（4）多个通路共用一个D/A转换器 优点：节省了D/A转换器 缺点：微机分时工作，工作可靠性差D/A转换器及其与微处理器的接口n8位D/A转换器DAC0832n12位D/A转换器DAC1208nPCI-1720 8位D/A转换器DAC0832(5)n8位D/A转换器DAC0832：电流输出型 主要特点：可与各种微处理器直接接口 输入为8位二进制码，所有引脚(20个)与TTL兼容 具有双缓冲、单缓冲和直通数据输入3种工作方式 电流稳定时间1 S
3、，满量程误差为1LSB 5V15V单一电源，低功耗20 mW 参考电压为10V10VD/A转换器及与微处理器接口(5+)nD/A有两种类型n1.内部有数据寄存器,带有片选与写信号引脚;作为I/O扩展槽与微处理器连接.n2.内部无寄存器,必须外加锁存器才能与微处理器接口8位D/A转换器DAC0832(5+)n3种工作方式n1.双缓存方式:用于同时输出多个模拟信号的多个DAC0832系统.WR1 CS先有效,控制输入数据锁存到8位输入寄存器;WR Xfer(传递控制有效),数据锁存入8位DAC寄存器,并同时输出多个模拟信号.n2.单缓存方式:只用输入寄存器锁存数据,另一级DAC接成直通方式,即Wr
4、2和Xfer接地,或者两个寄存器同时锁存,wr1和wr2接在一起,而把Xfer接地.n3.直通方式:cs,wr1,wr2,xfer接地,ILE接+5vDAC0832与微处理器接口(6)内部结构8位D/A转换器DAC0832(7)引脚结构：20引脚，双列直插式封装 数字量输入线D7D0（8条）控制线（5条）输 出 线（3条）Iout1,Iout2,Rf 电源线（4条）8位D/A转换器DAC0832(8/）引脚功能说明：输入信号D7D0 输出信号IOUT1，且IOUT1 IOUT2为常量，Rfb为反馈信号输入端，反馈电阻在片内 控制信号：为允许输入锁存信号，和 分别为输入寄存器和DAC寄存器的写信
5、号，为传送控制信号，为片选信号 电源信号：VCC为主电源，VREF为基准电压，AGND和DGND分别为模拟地和数字地汇总（8+/）DI0DI7：数据输入线，TLL电平。nILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效。nCS：片选信号输入线，低电平有效。nWR1：为输入寄存器的写选通信号。nXFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效。nWR2：为DAC寄存器写选通输入线。nIout1:电流输出线。当输入全为1时Iout1最大。nIout2:电流输出线。其值与Iout1之和为一常数。nRfb:反馈信号输入线,芯片内部有反馈电阻.nVcc:电源输入线 (+5v+15v)nVref:基准电压输入线
6、 (-10v+10v)nAGND:模拟地,摸拟信号和基准电源的参考地.nDGND:数字地,两种地线在基准电源处共地比较好.DAC0832与微处理器接口(8+/)nDAC0832是采用CMOS工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模拟开关、运算放大器和参考电压VREF四大部分组成。运算放大器输出的模拟量V0为：n由上式可见，输出的模拟量 与输入的数字量（D）成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。DAC0832与微处理器接口(9/)因为DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。
7、运算放大器的接法如下图所示：DAC0832与微处理器接口(10/)单极性输出方式DAC0832与微处理器接口(10+/)单极性输出方式实验线路如图所示 双极性输出方式DAC0832与微处理器接口(11/)双极性输出方式DAC0832与微处理器接口(11+)运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA的单向输出转变为双向输出，用图形表示如下：DAC0832与微处理器接口(12/)用偏移二进制码方法，实现D/A转换器的双极性输出比较容易实现(?)，而且与微型计算机输出兼容，只要把最高位取反，就可以将2的补码转换成偏移二进制码 双极性时,LSB=?(2*1/2n),负极性是全1码:-|Vref|+LSB
8、DAC0832与微处理器接口(13/)注记：常用的双极性编码/1-2数正基准富基准符号-数值码2的补码偏移2进制码+7+7/8-7/8011101111111+6+6/8-6/8011001101110+5+5/8-5/8010101011101+4+4/8-4/8010001001100+3+3/8-3/8001100111011+2+2/8-2/8001000101010+1+1/8-1/8000100011001+0+0-0000000001000-0-0+01000（0000）（1000）-1-1/8+1/8100111110111-2-2/8+2/8101011100110-3-3/
9、8+3/8101111010101-4-4/8+4/8110011000100-5-5/8+5/8110110110011-6-6/8+6/8111010100010-7-7/8+7/8111110010001-8-8/8+8/810000000 在双极性接法时，如果再改变基准电源的极性，就可实现完整的4个象限的乘积输出。实现正负两组基准电源的切换有如下两种接法：D/A转换器及与微处理器接口(14/)nDAC0832与MCS-51的接口 直通方式：指DAC0832内部的两个寄存器都处于不锁存状态，数据一旦到达输入端就直接被送到D/A转换器转换成模拟量 所有控制信号都接成有效形式，和 接地，接+
10、5V电源 DAC0832与微处理器接口(15/)单缓冲方式：指DAC0832的两个寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式；或者两级寄存器同时锁存(图示)DAC0832与微处理器接口(16/)上述DAC0832采用的是单缓冲单极性的接线方式，它的选通地址为7FFFH 实现D/A转换的程序如下：MOV DPTR，#7FFFH；输入0832口地址 MOV A，#data；读取数据 MOVX DPTR，A ；执行D/A转换 SJMP$MOVX:片外64KB的数据存储区，与16位数据指针DPTR搭配使用 7FFFH=0111 1111 1111 1111DAC0832与微处理器接口(17
11、/)双缓冲方式：把DAC0832的两个寄存器都接成受控锁存方式DAC0832与微处理器接口(18/)上述DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入寄存器的地址为FEH，DAC寄存器的地址为FFH 实现D/A转换的程序如下：MOVR0，#0FEH；输入寄存器地址 MOVX R0，A；转换数据送输入寄存器 INCR0 ；产生DAC寄存器地址 MOVX R0，A ；数据送入DAC寄存器并进行D/A转换 SJMP$；等待中断 DAC0832与微处理器接口(19/)n12位D/A转换器DAC120812位D/A转换器DAC1208 (20/)12位电流输出型D/A转换器 内部有两个输入锁存器（一
12、个8位，一个4位），和12位DAC锁存器，分别由 控制。BYTE1/BYTE2 输入控制端 高电平：DI4-DI11同时锁存到输入寄存器 低电平：DI0-DI3锁存到4位输入寄存器 DAC寄存器的锁存控制端 高电平：QD，输入寄存器与DAC寄存器直通 低电平：DAC寄存器锁存12位D/A转换器DAC1208 (21/)引脚结构 24引脚，双列直插式封装 数 字 量 输 入 线DI11DI0（12条）控制线（5条）输出线（3条）电源线（4条）12位D/A转换器DAC1208 (22/)nDAC1208与MCS-51的接口12位D/A转换器DAC1208 (23/)DAC1208采用的是单极性的输
13、出方式，8位输入寄存器的地址为FFH，4位输入寄存器的地址为FEH。设内部RAM的20H和21H单元内存放一个12位数字量（20H单元中为低4位，21H单元中为高8位），实现D/A转换的程序为：ORG 0000H ；程序执行开始地址 MOV R0，#0FFH；8位输入寄存器地址 MOV R1，#21H MOV A，R1；高8位数字量送A MOVXR0，A；高8位数字量送8位输入寄存器 DECR0 DECR1 MOV A，R1；低4位数字量送A SWAPA；A中高低4位互换 MOVXR0，A；低4位数字量送4位输入寄存器 DECR0 MOVXR0，A；启动D/A转换 END12位D/A转换器DA
14、C1208 (24/)PCI-1720（25）PCI-1720是一款PCI总线的4路12位隔离数据量-到-模拟量的输出卡.它能够在输出和PCI总线之间提供2500VDC的直流隔离保护,PCI-1720非常适合需要有高电压保护的工业现场.可编程输出范围：5V,10V,0-5V,0-10V,0-20Ma,4-20mA系统复位后保持输出设定 备注:传送类指令传送类指令MOV、MOVX、MOVC nMOV类指令只访问片内的数据存储区（即内部RAM区和SFR区），这些单元和位的地址只有8位而非16位。nMOVX类指令专门用于访问片外64KB的数据存储区，通常与16位数据指针DPTR搭配使用。nMOVC类指令专门用于访问片外4KB的程序存储区。