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1、第四章过程通道与人机接口第一页，本课件共有106页第第第第4 4 4 4章章章章 过程通道与人机接口过程通道与人机接口过程通道与人机接口过程通道与人机接口 第二页，本课件共有106页过程通道过程通道过程通道过程通道 过程通道是在计算机和生产过程之间设置过程通道是在计算机和生产过程之间设置的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量的信息传送和转换的连接通道，它包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、模拟量输出通道、数字量（开关量）输入通道、数字量（开关量）输出通道输入通道、数字量（开关量）输出通道。第三页，本课件共有106页人机接口人机接口人机接口人机接口 计算机和操作人员之
2、间常常需要互通信息计算机和操作人员之间常常需要互通信息 ，为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是器，其中一种是CRTCRT显示器和键盘，显示器和键盘，另外一另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。作用：显示生产过程的状况；供操作人员操作用：显示生产过程的状况；供操作人员操作；显示操作结果。作；显示操作结果。第四页，本课件共有106页本章主要内容本章主要内容本章主要内容本章主要内容1.1.数字量输入输
3、出通道数字量输入输出通道2.2.模拟量输出通道模拟量输出通道3.3.模拟量输入通道模拟量输入通道4.4.人机接口人机接口第五页，本课件共有106页4.1.1 4.1.1 4.1.1 4.1.1 数字量的概念及种类数字量的概念及种类数字量的概念及种类数字量的概念及种类 1.1.数字量（开关量）的概念数字量（开关量）的概念(1)(1)开关的闭合与断开开关的闭合与断开 (2)(2)指示灯的亮与灭指示灯的亮与灭 (3)(3)继电器或接触器的吸合与释放继电器或接触器的吸合与释放 (4)(4)电机的启动与停止电机的启动与停止 (5)(5)设备的安全状况等设备的安全状况等第六页，本课件共有106页4.1.1
4、 4.1.1 4.1.1 4.1.1 数字量的概念及种类数字量的概念及种类数字量的概念及种类数字量的概念及种类 2.2.数字量（开关量）的种类数字量（开关量）的种类按类型分有电平式和触点式两种按类型分有电平式和触点式两种(1)(1)(1)(1)电平式为高电平或低电平电平式为高电平或低电平电平式为高电平或低电平电平式为高电平或低电平;(2)(2)(2)(2)触点式为触点闭合或触点断开，一般又分为机械触点触点式为触点闭合或触点断开，一般又分为机械触点触点式为触点闭合或触点断开，一般又分为机械触点触点式为触点闭合或触点断开，一般又分为机械触点和电子触点。和电子触点。和电子触点。和电子触点。机械触点：
5、按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点机械触点：按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点机械触点：按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点机械触点：按钮、旋钮、行程开关、继电器等触点电子触点：晶体管输出型的接近开关和光电开关等电子触点：晶体管输出型的接近开关和光电开关等 第七页，本课件共有106页4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输数字量输数字量输数字量输入入入入通道通道通道通道数字量输入的任务数字量输入的任务:把外界被控对象的开关状态信号、或数字把外界被控对象的开关状态信号、或数字信号送至计算机或微处理器。信号送至计算机或微处理器。第八页，本课件共有106页4.1.2 4.1.2 4.1
6、.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道1.1.数字量输入通道的结构数字量输入通道的结构 图图图图4.1 4.1 4.1 4.1 数字量输入通道结构数字量输入通道结构数字量输入通道结构数字量输入通道结构第九页，本课件共有106页4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道2.2.输入调理电路输入调理电路 为了将外部开关量引入到计算机，必须将现为了将外部开关量引入到计算机，必须将现场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等场输入的状态信号经转换、保护、滤波、隔离等措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些
7、功措施转换成计算机能够接收的逻辑信号，这些功能称为信号调理。能称为信号调理。第十页，本课件共有106页4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道 图图图图 4.2 4.2 4.2 4.2 小功率输入调理电路小功率输入调理电路小功率输入调理电路小功率输入调理电路（1 1）小功率输入调理电路）小功率输入调理电路第十一页，本课件共有106页（2 2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道 图图图图 4.3 4.3 4.3 4.3 大功率
8、输入调理电路大功率输入调理电路大功率输入调理电路大功率输入调理电路第十二页，本课件共有106页4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道 3.3.常用的几种数字量输入的接线方式常用的几种数字量输入的接线方式 在工业现场中，经常用到的数字量输入有：按在工业现场中，经常用到的数字量输入有：按钮、接近开关、光电开关、旋转编码器等。钮、接近开关、光电开关、旋转编码器等。其中按钮是无源接点，晶体管输出型的接近开其中按钮是无源接点，晶体管输出型的接近开关、光电开关和旋转编码器等的输出有关、光电开关和旋转编码器等的输出有NPNNPN和和PNPPN
9、P两两种方式。种方式。下面分别以源极和漏极输入为例，来介绍工下面分别以源极和漏极输入为例，来介绍工业中常见的几种数字量输入的接线方法。业中常见的几种数字量输入的接线方法。第十三页，本课件共有106页 图图图图 4.4 4.4 4.4 4.4 漏极输入的数字量输入接线原理框图漏极输入的数字量输入接线原理框图漏极输入的数字量输入接线原理框图漏极输入的数字量输入接线原理框图4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道数字量输入通道（1 1）漏极输入）漏极输入第十四页，本课件共有106页4.1.2 4.1.2 4.1.2 4.1.2 数字量输入通道数字量输
10、入通道数字量输入通道数字量输入通道 图图图图4.5 4.5 4.5 4.5 源极输入的数字量输入接线原理框图源极输入的数字量输入接线原理框图源极输入的数字量输入接线原理框图源极输入的数字量输入接线原理框图（2 2）源极输入）源极输入第十五页，本课件共有106页4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道1.1.数字量输出的任务：数字量输出的任务：把计算机送出的数字信号（或开关信号）把计算机送出的数字信号（或开关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它们的通断、闭合或亮、灭等。们的通断、闭合
11、或亮、灭等。第十六页，本课件共有106页4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道2.2.数字量输出通道的结构数字量输出通道的结构图图图图 4.6 4.6数字量输入输出通道结构数字量输入输出通道结构数字量输入输出通道结构数字量输入输出通道结构第十七页，本课件共有106页4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道3.3.输出驱动电路输出驱动电路晶体管输出驱动电路晶体管输出驱动电路继电器输出驱动电路继电器输出驱动电路固态继电器输出驱动电路固态继电器输出驱动电路第十八页，本课件
12、共有106页4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道（1 1）晶体管输出驱动电路）晶体管输出驱动电路 图图图图 4.7 4.7晶体管输出驱动电路晶体管输出驱动电路晶体管输出驱动电路晶体管输出驱动电路第十九页，本课件共有106页4.1.3 4.1.3 4.1.3 4.1.3 数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道（2 2）继电器输出驱动电路）继电器输出驱动电路 图图图图 4.8 4.8 继电器输出驱动电路继电器输出驱动电路继电器输出驱动电路继电器输出驱动电路第二十页，本课件共有106页4.1.3 4.1.3 4.1
13、.3 4.1.3 数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道数字量输出通道（3 3）固态继电器输出驱动电路）固态继电器输出驱动电路 图图图图 4.9 4.9 固态继电器的结构及用法固态继电器的结构及用法固态继电器的结构及用法固态继电器的结构及用法第二十一页，本课件共有106页4.1.4 4.1.4 4.1.4 4.1.4 数字量输入输出通道的标准化设计数字量输入输出通道的标准化设计数字量输入输出通道的标准化设计数字量输入输出通道的标准化设计 在计算机控制系统中，开关量的输入输出在计算机控制系统中，开关量的输入输出接口极其普遍。在设计上，一般都将开关量的接口极其普遍。在设计上，一般都将开关量的输
14、入输出接口做在同一块模板上，这样可以节输入输出接口做在同一块模板上，这样可以节省硬件成本，充分利用计算机的有限资源，方省硬件成本，充分利用计算机的有限资源，方便用户使用。便用户使用。第二十二页，本课件共有106页 图图图图 4.10 PC 4.10 PC总线的数字量输入输出模板原理图总线的数字量输入输出模板原理图总线的数字量输入输出模板原理图总线的数字量输入输出模板原理图第二十三页，本课件共有106页1.D/A1.D/A转换器原理转换器原理2.D/A2.D/A转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路 3.D/A3.D/A转换器的输出转换器的输出 4.D/A4.D/A转换器接口的隔离技术转换器接
15、口的隔离技术 5.D/A5.D/A转换模板的标准化设计转换模板的标准化设计4.24.24.24.2模拟量输出通道模拟量输出通道模拟量输出通道模拟量输出通道第二十四页，本课件共有106页1.1.模拟量输出通道的功能模拟量输出通道的功能2.2.模拟量输出通道的组成模拟量输出通道的组成（1 1）接口电路）接口电路（2 2）控制电路）控制电路（3 3）数数/模转换器（模转换器（D/AD/A）（4 4）电压）电压/电流（电流（V/IV/I）变换器等）变换器等第二十五页，本课件共有106页4.2.1 D/A4.2.1 D/A4.2.1 D/A4.2.1 D/A转换器原理转换器原理转换器原理转换器原理 1.
16、D/A1.D/A转换器工作原理转换器工作原理 D/AD/A转换器输入的数字量是由二进制代码按数位组转换器输入的数字量是由二进制代码按数位组合起来表示的，任何一个合起来表示的，任何一个n n位的二进制数，均可用表位的二进制数，均可用表达式达式 DATA=D DATA=D0 020 0+D1 12 21+D+D2 22 22+D+Dn-1n-12 2n-1n-1 在在D/AD/A转换中，要将数字量转换成模拟量，必须转换中，要将数字量转换成模拟量，必须先把每一位代码按其先把每一位代码按其“权权”的大小转换成相应的模拟的大小转换成相应的模拟量，然后将各分量相加，其总和就是与数字量相应的量，然后将各分量
17、相加，其总和就是与数字量相应的模拟量，这就是模拟量，这就是D/AD/A转换的基本原理。转换的基本原理。第二十六页，本课件共有106页 2.D/A2.D/A转换器的主要组成转换器的主要组成（1 1 1 1）基准电压）基准电压）基准电压）基准电压VREFVREFVREFVREF（2 2）T T型（型（R-2RR-2R）电阻网络）电阻网络（3 3 3 3）位切换开关）位切换开关）位切换开关）位切换开关BSi BSi BSi BSi（i=0i=0i=0i=0，1 1 1 1，n-1n-1）（4 4）运算放大器）运算放大器A AVOUT=VREF（D020+D121+D222+Dn-12n-1）/2n输
18、出电压输出电压VOUTVOUT与输入二进制数与输入二进制数D0 D0 Dn-1Dn-1的关系的关系第二十七页，本课件共有106页3.T3.T型网络组成的型网络组成的D/AD/A转换器原理图转换器原理图第二十八页，本课件共有106页第二十九页，本课件共有106页4.D/A4.D/A转换器性能指标转换器性能指标（1 1 1 1）分辨率）分辨率）分辨率）分辨率（2 2 2 2）稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间）（3 3）绝对精度）绝对精度第三十页，本课件共有106页4.2.2 D/A4.2.2 D/A4.2.2 D/A4.2.2 D/A转
19、换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路1.D/A1.D/A转换器的种类转换器的种类（1 1 1 1）按数字量输入方式：有并行输入和串行输入（）按数字量输入方式：有并行输入和串行输入（）按数字量输入方式：有并行输入和串行输入（）按数字量输入方式：有并行输入和串行输入（2 2 2 2）按模拟量输出方式：电流输出和电压输出（按模拟量输出方式：电流输出和电压输出（按模拟量输出方式：电流输出和电压输出（按模拟量输出方式：电流输出和电压输出（3 3 3 3）按）按）按）按D/AD/AD/AD/A转转转转换的分辩率：低分辩率、中分辩率和高分辩率换的分辩率：低分辩率、中
20、分辩率和高分辩率换的分辩率：低分辩率、中分辩率和高分辩率换的分辩率：低分辩率、中分辩率和高分辩率第三十一页，本课件共有106页2.82.8位位D/AD/A转换器芯片转换器芯片DAC0832DAC0832 DAC0832 DAC0832是是8 8位数位数/模转换芯片，模转换芯片，DAC0832DAC0832具有以下主要特点：具有以下主要特点：与与与与TTLTTLTTLTTL电平兼容；电平兼容；电平兼容；电平兼容；分辨率为分辨率为8 8位；位；建立时间为建立时间为1s1s；功耗为功耗为20mW20mW；电流输出型电流输出型D/AD/A转换器。转换器。第三十二页，本课件共有106页DAC0832DA
21、C0832结构框图及引脚说明结构框图及引脚说明图图4.12 DAC0832的结构框图和引脚的结构框图和引脚第三十三页，本课件共有106页3.DAC08323.DAC0832工作过程工作过程CPUCPU执行输出指令，输出执行输出指令，输出8 8位数据给位数据给DAC0832DAC0832；在在CPUCPU执行输出指令的同时，使执行输出指令的同时，使ILEILE、/CS/CS、/WR1/WR1三个控制信号端都有效，三个控制信号端都有效，8 8位数据锁存在位数据锁存在8 8位输入位输入寄存器中；寄存器中；当当当当/WR2/WR2/WR2/WR2、/XFER/XFER/XFER/XFER两个控制信号端
22、都有效时，两个控制信号端都有效时，两个控制信号端都有效时，两个控制信号端都有效时，8 8 8 8位数据再位数据再位数据再位数据再次被锁存到次被锁存到次被锁存到次被锁存到8 8 8 8位位位位DACDACDACDAC寄存器，这时寄存器，这时寄存器，这时寄存器，这时8 8 8 8位位位位D/AD/AD/AD/A转换器开始工作，转换器开始工作，转换器开始工作，转换器开始工作，8 8 8 8位数据转换为相对应的模拟电流，从位数据转换为相对应的模拟电流，从位数据转换为相对应的模拟电流，从位数据转换为相对应的模拟电流，从Iout1Iout1Iout1Iout1和和和和Iout2Iout2Iout2Iout
23、2输输输输出。出。出。出。第三十四页，本课件共有106页DAC0832接口电路接口电路第三十五页，本课件共有106页1212位位D/AD/A转换器芯片转换器芯片DAC1210DAC1210图图4.14 DAC12104.14 DAC1210原理框图原理框图第三十六页，本课件共有106页1212位位D/AD/A转换器芯片转换器芯片DAC1210DAC1210图图4.15 DAC12104.15 DAC1210接口电路接口电路图图4.15 DAC12104.15 DAC1210接口电路接口电路第三十七页，本课件共有106页4.2.3 D/A4.2.3 D/A4.2.3 D/A4.2.3 D/A转换
24、器的输出转换器的输出转换器的输出转换器的输出 在计算机过程控制中，外部执行机构有电流在计算机过程控制中，外部执行机构有电流控制的，也有电压控制的，因此根据不同的情况，控制的，也有电压控制的，因此根据不同的情况，使用不同的输出方式。使用不同的输出方式。D/A D/A转换的结果若是与输入二进制码成比转换的结果若是与输入二进制码成比例的电流，称为电流例的电流，称为电流DACDAC，若是与输入二进制，若是与输入二进制码成比例的电压，称为电压码成比例的电压，称为电压DACDAC。第三十八页，本课件共有106页 1.1.电压输出电压输出(1)(1)单极性电压输出单极性电压输出 单极性电压输出原理图单极性电
25、压输出原理图第三十九页，本课件共有106页(2)(2)双极性电压输出双极性电压输出 双极性电压输出原理图双极性电压输出原理图第四十页，本课件共有106页2.2.电流输出电流输出D/AD/A转换器的电流输出转换器的电流输出第四十一页，本课件共有106页4.2.4 D/A4.2.4 D/A4.2.4 D/A4.2.4 D/A转换器接口的隔离技术转换器接口的隔离技术转换器接口的隔离技术转换器接口的隔离技术 由于由于D/AD/A转换器输出直接与被控对象相连，容易转换器输出直接与被控对象相连，容易通过公共地线引入干扰，因此要采取隔离措施。通常通过公共地线引入干扰，因此要采取隔离措施。通常采用光电耦合器，
26、使控制器和被控对象只有光的联系，采用光电耦合器，使控制器和被控对象只有光的联系，达到隔离的目的。达到隔离的目的。光电耦合器由发光二极管和光敏三极管封装在同一光电耦合器由发光二极管和光敏三极管封装在同一光电耦合器由发光二极管和光敏三极管封装在同一光电耦合器由发光二极管和光敏三极管封装在同一管壳内组成，发光二极管的输入和光敏三极管的输出具管壳内组成，发光二极管的输入和光敏三极管的输出具管壳内组成，发光二极管的输入和光敏三极管的输出具管壳内组成，发光二极管的输入和光敏三极管的输出具有类似于普通三极管的输入有类似于普通三极管的输入有类似于普通三极管的输入有类似于普通三极管的输入输出特性。输出特性。输出
27、特性。输出特性。一般有两种隔离方式：模拟信号隔离和数字信号一般有两种隔离方式：模拟信号隔离和数字信号隔离。隔离。第四十二页，本课件共有106页1.1.模拟量隔离模拟量隔离模拟信号隔离输出电路模拟信号隔离输出电路第四十三页，本课件共有106页 模拟信号隔离方法的优点是：只使用少量的模拟信号隔离方法的优点是：只使用少量的光电耦合器，成本低；光电耦合器，成本低；缺点是调试困难，如果光电耦合器挑选不合缺点是调试困难，如果光电耦合器挑选不合适，将会影响变换的精度和线性度。适，将会影响变换的精度和线性度。第四十四页，本课件共有106页2.2.数字量隔离数字量隔离数字信号隔离输出电路数字信号隔离输出电路第四
28、十五页，本课件共有106页 数字信号隔离的数字信号隔离的优点是优点是调试简单，不影响转换调试简单，不影响转换的精度和线性度；的精度和线性度；缺点是缺点是使用较多的光电耦合器，成本高。使用较多的光电耦合器，成本高。第四十六页，本课件共有106页4.2.5 D/A4.2.5 D/A4.2.5 D/A4.2.5 D/A转换器模板的标准化设计转换器模板的标准化设计转换器模板的标准化设计转换器模板的标准化设计1.D/A1.D/A转换器模板的设计原则转换器模板的设计原则 合理地选择合理地选择D/AD/A转换芯片及相关的外围电路，转换芯片及相关的外围电路，需要掌握各类集成电路的性能指标及引脚功能，需要掌握各
29、类集成电路的性能指标及引脚功能，以及与以及与D/AD/A转换模板连接的转换模板连接的CPUCPU或计算机总线的功或计算机总线的功能、接口及其特点。软硬件设计相结合。能、接口及其特点。软硬件设计相结合。第四十七页，本课件共有106页4.2.5 D/A4.2.5 D/A4.2.5 D/A4.2.5 D/A转换器模板的标准化设计转换器模板的标准化设计转换器模板的标准化设计转换器模板的标准化设计2.D/A2.D/A转换模板的设计设计步骤转换模板的设计设计步骤确定性能指标确定性能指标设计电路原理图设计电路原理图设计和制造电路板设计和制造电路板焊接和调试电路板焊接和调试电路板第四十八页，本课件共有106页
30、4.3.1 A/D4.3.1 A/D转换器原理转换器原理4.3.2 A/D4.3.2 A/D转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路 4.3.3 A/D4.3.3 A/D转换器的外围电路转换器的外围电路 4.3.4 A/D4.3.4 A/D转换器接口的隔离技术转换器接口的隔离技术 4.3.5 A/D4.3.5 A/D转换模板的标准化设计转换模板的标准化设计4.3 4.3 4.3 4.3 模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输入通道模拟量输入通道第四十九页，本课件共有106页 模拟量输入通道（又称为模拟量输入通道（又称为A/DA/D接口）接口）模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成（1 1）多路
31、模拟切换开关）多路模拟切换开关（2 2）前置放大器）前置放大器（3 3）采样保持器）采样保持器（4 4）模数转换器（模数转换器（A/DA/D）（5 5）控制电路等）控制电路等第五十页，本课件共有106页4.3.1 A/D4.3.1 A/D4.3.1 A/D4.3.1 A/D转换器原理转换器原理转换器原理转换器原理 A/DA/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。为数字量。模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在力、温度、湿度、位移、声音等非电信号。但在A/DA
32、/D转换前，输入到转换前，输入到A/DA/D转换器的输入信号必须经转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量转换成电压信号。各种传感器把各种物理量转换成电压信号。A/DA/D转换后，输出的数字信号可以有转换后，输出的数字信号可以有8 8位、位、1010位、位、1212位和位和1616位等。位等。第五十一页，本课件共有106页1.A/D1.A/D转换器的工作原理转换器的工作原理主要介绍以下三种方法：主要介绍以下三种方法：（1 1）逐次逼近法）逐次逼近法 （2 2）双积分法）双积分法 （3 3）电压频率转换法）电压频率转换法第五十二页，本课件共有106页(1)(1)逐次逼近法逐次逼近法逐次逼近式
33、逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式A/DA/DA/DA/D是比较常见的一种是比较常见的一种是比较常见的一种是比较常见的一种A/DA/DA/DA/D转换电路，转转换电路，转转换电路，转转换电路，转换的时间为微秒级。换的时间为微秒级。换的时间为微秒级。换的时间为微秒级。采用逐次逼近法的采用逐次逼近法的A/DA/D转换器是由一个比较器、转换器是由一个比较器、D/AD/A转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。转换器、缓冲寄存器及控制逻辑电路组成。基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像基本原理是从高位到低位逐位试探比较，好像用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行试探。用天平称物体，从重到轻逐级增减砝码进行
34、试探。第五十三页，本课件共有106页逐次逼近法原理及转换过程逐次逼近法原理及转换过程 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器原理框图转换器原理框图第五十四页，本课件共有106页(2)(2)双积分法双积分法采用双积分法的采用双积分法的A/DA/D转换器由电子开关、积分器、转换器由电子开关、积分器、比较器和控制逻辑等部件组成。比较器和控制逻辑等部件组成。基本原理是将基本原理是将输入电压变换成与其平均值成正比输入电压变换成与其平均值成正比输入电压变换成与其平均值成正比输入电压变换成与其平均值成正比的时间间隔的时间间隔的时间间隔的时间间隔，再把此时间间隔转换成数字量再把此时间间隔转换成数字量，属，属于间接转
35、换。于间接转换。第五十五页，本课件共有106页 双积分式双积分式A/D转换的原理框图转换的原理框图第五十六页，本课件共有106页(3)(3)电压频率转换法电压频率转换法采用电压频率转换法的采用电压频率转换法的A/DA/D转换器，由计数器、转换器，由计数器、控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成。控制门及一个具有恒定时间的时钟门控制信号组成。它的工作原理是它的工作原理是/F/F转换电路把输入的模拟电压转换电路把输入的模拟电压转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。转换成与模拟电压成正比的脉冲信号。第五十七页，本课件共有106页电压频率式电压频率式A/D转换原理框图转换原理框图第五十八页，本课件共
36、有106页2.A/D2.A/D转换器性能指标转换器性能指标（1 1）电压输出）电压输出A/DA/D转换器的一般形式转换器的一般形式（2 2）分辨率）分辨率（3 3）稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间）（4 4 4 4）量程）量程）量程）量程（5 5）精度）精度第五十九页，本课件共有106页1 18 8位位A/DA/D转换器芯片转换器芯片ADC0809ADC0809（1 1）逐次逼近式）逐次逼近式A/DA/D转换器转换器（2 2）它是具有）它是具有8 8路模拟量输入、路模拟量输入、8 8位数字量输位数字量输 出出功能的功能的A/DA/D转换器。转换器。（3 3）转换时间为）转换时间为
37、100s100s。（4 4）模拟输入电压范围为）模拟输入电压范围为0V0V+5V+5V，不需零点和满，不需零点和满刻度校准。刻度校准。（5 5）低功耗，约）低功耗，约15mW15mW。4.3.2 A/D4.3.2 A/D4.3.2 A/D4.3.2 A/D转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路第六十页，本课件共有106页（1 1）ADC0809ADC0809结构框图及引脚说明结构框图及引脚说明 ADC0809的结构框图和引脚的结构框图和引脚第六十一页，本课件共有106页 选择模拟通道选择模拟通道 打开模拟通道打开模拟通道打开模拟通道打开模拟通道 启动启
38、动A/DA/D转换转换 保持转换保持转换 A/D A/D转换结束转换结束 将转换结果送入将转换结果送入CPUCPU（2 2）ADC0809ADC0809的工作过程的工作过程第六十二页，本课件共有106页（3 3）CPUCPU读取读取A/DA/D转换器数据的方法转换器数据的方法 查询法查询法查询法查询法 优点优点优点优点:接口电路设计简单。接口电路设计简单。接口电路设计简单。接口电路设计简单。缺点：缺点：A/DA/D转换期间独占转换期间独占CPUCPU，CPUCPU运行效率降低。运行效率降低。定时法定时法定时法定时法 优点优点优点优点:接口电路比查询法简单，不必读取接口电路比查询法简单，不必读取
39、接口电路比查询法简单，不必读取接口电路比查询法简单，不必读取EOCEOCEOCEOC状态。状态。状态。状态。缺点：缺点：缺点：缺点：A/DA/DA/DA/D转换期间独占转换期间独占转换期间独占转换期间独占CPUCPUCPUCPU，致使，致使，致使，致使CPUCPUCPUCPU运行效率降低；另外运行效率降低；另外运行效率降低；另外运行效率降低；另外还必须知道还必须知道还必须知道还必须知道A/DA/DA/DA/D转换器的转换时间。转换器的转换时间。转换器的转换时间。转换器的转换时间。中断法中断法中断法中断法 优点：优点：优点：优点：A/DA/DA/DA/D转换期间转换期间转换期间转换期间CPUCP
40、UCPUCPU可以处理其它的程序，提高可以处理其它的程序，提高可以处理其它的程序，提高可以处理其它的程序，提高CPUCPUCPUCPU运行效运行效运行效运行效率。率。率。率。缺点：接口电路复杂。缺点：接口电路复杂。缺点：接口电路复杂。缺点：接口电路复杂。第六十三页，本课件共有106页ADC0809接口电路图接口电路图（4 4）ADC0809ADC0809接口电路接口电路第六十四页，本课件共有106页（1 1 1 1）AD574AD574AD574AD574是美国模拟器件公司的产品，是较先进的高集是美国模拟器件公司的产品，是较先进的高集是美国模拟器件公司的产品，是较先进的高集是美国模拟器件公司的
41、产品，是较先进的高集成度、低价格的成度、低价格的成度、低价格的成度、低价格的逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式逐次逼近式转换器。转换器。转换器。转换器。（2 2 2 2）AD574AD574AD574AD574由两片大规模集成电路构成。一片为由两片大规模集成电路构成。一片为由两片大规模集成电路构成。一片为由两片大规模集成电路构成。一片为D/AD/AD/AD/A转换转换转换转换器器器器AD565AD565AD565AD565，另一片集成了逐次逼近寄存器，另一片集成了逐次逼近寄存器，另一片集成了逐次逼近寄存器，另一片集成了逐次逼近寄存器SARSARSARSAR、转换控制电、转换控制电、转换控制电、转换
42、控制电路、时钟电路、总线接口电路和高分辨比较器电路。路、时钟电路、总线接口电路和高分辨比较器电路。路、时钟电路、总线接口电路和高分辨比较器电路。路、时钟电路、总线接口电路和高分辨比较器电路。2 21212位位A/DA/D转换器转换器AD574AD574第六十五页，本课件共有106页（1 1）AD574AD574的结构框图及引脚说明的结构框图及引脚说明第六十六页，本课件共有106页CECSR/C 12/8A0操作操作0XXXX 禁止禁止 X1XXX 禁止禁止 100X0启动启动12位转换位转换10001启动启动8位转换位转换1011X一次读取一次读取12位输出数据位输出数据10100输出高输出高
43、8位输出数据位输出数据10101输出低输出低4位输出数据尾随位输出数据尾随4个个0第六十七页，本课件共有106页（2 2）AD574AD574的工作过程的工作过程 启动转换时，首先使启动转换时，首先使启动转换时，首先使启动转换时，首先使/CS/CS/CS/CS、CECECECE信号有效，信号有效，信号有效，信号有效，AD574AD574AD574AD574处于转处于转处于转处于转换工作状态，且换工作状态，且换工作状态，且换工作状态，且A0A0A0A0为为为为1 1 1 1或为或为或为或为0 0 0 0，根据所需转换的位数确定，根据所需转换的位数确定，根据所需转换的位数确定，根据所需转换的位数确
44、定，然后使然后使然后使然后使R/CR/CR/CR/C0 0 0 0，启动，启动，启动，启动AD574AD574AD574AD574开始转换。视为选中开始转换。视为选中开始转换。视为选中开始转换。视为选中AD574AD574AD574AD574的片的片的片的片选信号，为启动转换的控制信号。转换结束，选信号，为启动转换的控制信号。转换结束，选信号，为启动转换的控制信号。转换结束，选信号，为启动转换的控制信号。转换结束，STSSTSSTSSTS由高电由高电平变为低电平。可通过查询法，读入平变为低电平。可通过查询法，读入STSSTS线端的状态，线端的状态，判断转换是否结束。判断转换是否结束。第六十八页
45、，本课件共有106页（2 2）AD574AD574的工作过程的工作过程 输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是输出数据时，首先根据输出数据的方式，即是12121212位并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还位并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还位并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还位并行输出，还是分两次输出，以确定是接高电平还是接低电平；然后在是接低电平；然后在是接低电平；然后在是接低电平；然后在CE=1CE=1CE=1CE=1、/CS=0/CS=0/CS=0/CS=0、R/C=1R/C=1
46、R/C=1R/C=1的条件下，的条件下，的条件下，的条件下，确定确定确定确定A0A0A0A0的电平。若为的电平。若为的电平。若为的电平。若为12121212位并行输出，位并行输出，位并行输出，位并行输出，A0A0A0A0端输入电平信端输入电平信端输入电平信端输入电平信号可高可低；若分两次输出号可高可低；若分两次输出号可高可低；若分两次输出号可高可低；若分两次输出12121212位数据，位数据，位数据，位数据，A0=0A0=0A0=0A0=0，输出，输出，输出，输出12121212位数据的高位数据的高位数据的高位数据的高8 8 8 8位，位，位，位，A0=1A0=1A0=1A0=1，输出，输出，
47、输出，输出12121212位数据的低位数据的低位数据的低位数据的低4 4 4 4位。由于位。由于位。由于位。由于AD574AD574AD574AD574输出端有三态缓冲器，所以输出端有三态缓冲器，所以输出端有三态缓冲器，所以输出端有三态缓冲器，所以D0D0D0D0D11D11D11D11数据输出线数据输出线数据输出线数据输出线可直接接在可直接接在可直接接在可直接接在CPUCPUCPUCPU数据总线上。数据总线上。数据总线上。数据总线上。第六十九页，本课件共有106页（3 3）AD574AD574接口电路接口电路第七十页，本课件共有106页4.3.3 A/D4.3.3 A/D转换器的外围电路转换
48、器的外围电路1.I/V1.I/V转换转换2.2.多路模拟开关多路模拟开关 3.3.前置放大器前置放大器 4.4.采样保持电路采样保持电路 第七十一页，本课件共有106页1.I/V1.I/V变换变换 很多变送器输出信号为很多变送器输出信号为0 010mA10mA或或4 420mA20mA，由，由于于A/DA/D转换器的输入信号只能是电压信号，所以如果转换器的输入信号只能是电压信号，所以如果模拟信号是电流时，必须先把电流变成电压才能进模拟信号是电流时，必须先把电流变成电压才能进行行A/DA/D转换。这样就需要转换。这样就需要I/VI/V变换电路。下面讨论一变换电路。下面讨论一下下I/VI/V变换的
49、实现方法。变换的实现方法。第七十二页，本课件共有106页1.I/V1.I/V变换变换(1)(1)无源无源I/VI/V变换变换0 0 0 010mA10mA10mA10mA输入信号，输入信号，输入信号，输入信号，R1=100R1=100R1=100R1=100，R2=500R2=500R2=500R2=500，输出的，输出的，输出的，输出的V V V V为为为为0 0 0 05V5V5V5V4 4 4 420mA20mA20mA20mA输入信号，输入信号，输入信号，输入信号，R1=100R1=100R1=100R1=100，R2=250R2=250R2=250R2=250，输出的，输出的，输出的
50、，输出的V V V V为为为为1 1 1 15V5V5V5V第七十三页，本课件共有106页1.I/V1.I/V变换变换(2)(2)有源有源I/VI/V变换变换0 0 0 010mA10mA10mA10mA输入信号，输入信号，输入信号，输入信号，R3=100kR3=100kR3=100kR3=100k，R4=150kR4=150kR4=150kR4=150k，R1=200R1=200R1=200R1=200，输出，输出，输出，输出V V V V为为为为0 0 0 05V5V5V5V4 4 4 420mA20mA20mA20mA输入信号，输入信号，输入信号，输入信号，R3=100kR3=100kR