计算机控制技术第2章课件.ppt

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1、第二章第二章 输入输出接口与过程通道输入输出接口与过程通道2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道2.2 A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道2.4 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.5 模拟量输出通道模拟量输出通道2.6 硬件抗干扰技术硬件抗干扰技术2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道一、数字量输入输出接口技术一、数字量输入输出接口技术1、数字量输入接口、数字量输入接口设片选端口地址为设片选端口地址为port可用下列指令完成取数：可用下列指令完成取数：MOV DX，portIN AL，DX三态门缓冲器三态门缓冲器74LS244

2、用来隔离输入用来隔离输入和输出线路，在两者之间起缓冲作用。和输出线路，在两者之间起缓冲作用。74LS244有有8个通道可输入个通道可输入8个开关状态个开关状态 图图2.1 数字量输入接口数字量输入接口概念概念:接口、过程通道、过程通道的组成接口、过程通道、过程通道的组成2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道2、数字量输出接口、数字量输出接口片选端口地址为片选端口地址为port完成数据输出控制的指令为：完成数据输出控制的指令为：MOV AL，DATAMOV DX，portOUT DX，AL74LS273有有8个通道个通道 可输出可输出8个开关状态个开关状态 并可驱动并可驱动8个输出装置个输

3、出装置 图图2.2 数字量输出接口数字量输出接口2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道（2）大功率输入调理电路）大功率输入调理电路在高压和低压间用光电耦合器在高压和低压间用光电耦合器进行隔离进行隔离 图图2.5 大功率输入调理电路大功率输入调理电路三、数字量输出通道三、数字量输出通道1、数字量输出通道的结构、数字量输出通道的结构主要由输出锁存器、输出驱动电路、主要由输出锁存器、输出驱动电路、输出口地址译码器电路等组成输出口地址译码器电路等组成 图图2.6 数字量输出通道结构数字量输出通道结构2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道2、输出驱动电路、输出驱动电路（1）小功率直流驱动电路

4、）小功率直流驱动电路a、功率晶体管输出驱动继电器电路、功率晶体管输出驱动继电器电路 因负载呈电感性，所以输出必须因负载呈电感性，所以输出必须加装克服反电势的保护二极管加装克服反电势的保护二极管D，J为继电器的线圈为继电器的线圈 图图 2.7 功率晶体管输出驱动继电器功率晶体管输出驱动继电器b、达林顿阵列输出驱动继电器电路、达林顿阵列输出驱动继电器电路MC1416是达林顿阵列驱动器是达林顿阵列驱动器内含内含7个达林顿复合管，每个个达林顿复合管，每个管的电流都在管的电流都在500mA以上，截以上，截止时承受止时承受100V电压。为了防止电压。为了防止组件反向击穿，可使用内部保组件反向击穿，可使用内

5、部保护二极管护二极管 图图2.8 MC1416驱动驱动7个继电个继电器器2.1 数字量输入输出通道数字量输入输出通道（2）大功率交流驱动电路）大功率交流驱动电路固态继电器（固态继电器（SSR）是一种四端有源器件如图，输入输出）是一种四端有源器件如图，输入输出之间采用光电耦合器进行隔离。零交叉电路可使交流电之间采用光电耦合器进行隔离。零交叉电路可使交流电压变化到零伏附近时让电路接通，从而减少干扰。电路压变化到零伏附近时让电路接通，从而减少干扰。电路接通后，由触发器给出晶闸管器件的触发信号接通后，由触发器给出晶闸管器件的触发信号 图图2.9 固态继电器及用法固态继电器及用法2.2 模拟量输入通道模

6、拟量输入通道 2.2.1、模拟量输入通道的组成、模拟量输入通道的组成 图图2.10 模拟量输入通道的组成结构模拟量输入通道的组成结构 由图可知，模拟量输入通道一般由由图可知，模拟量输入通道一般由I/V变换，多路转换器，采变换，多路转换器，采样保持器，样保持器，A/D转换器，接口及控制逻辑等组成转换器，接口及控制逻辑等组成2.2 模拟量输入通道模拟量输入通道2.2.3、多路转换器、多路转换器 多路转换器又称多路开关多路转换器又称多路开关,多路开关是用来切换模拟电压信号的多路开关是用来切换模拟电压信号的键元件。利用多路开关可将各个输入信号依次地或随机地连接到键元件。利用多路开关可将各个输入信号依次

7、地或随机地连接到公用放大器或公用放大器或A/D转换器上。常用的多路开关有转换器上。常用的多路开关有CD4051。它是。它是单端的单端的8通道开关，有三根二进制的控制输入端和一根禁止输入通道开关，有三根二进制的控制输入端和一根禁止输入端端INH(高电平禁止高电平禁止)。片上有二进制译码器，可由。片上有二进制译码器，可由A、B、C三个三个二进制信号在二进制信号在8个通道种选择一个，使输入和输出接通。而当个通道种选择一个，使输入和输出接通。而当INH为高电平时，不论为高电平时，不论A、B、C为何值，为何值，8个通道均不通。个通道均不通。2.13 CD4051原理图原理图2、量化、量化 所谓量化，就是

8、采用一组数码（如二进制码）来逼近离散所谓量化，就是采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。模拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，将采样信号转换为数字信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装置是执行量化动作的装置是A/DA/D转换器。转换器。字长为字长为n n的的A/DA/D转换器把转换器把YminYminYmaxYmax范围内变化的采样信号，范围内变化的采样信号，变换为数字变换为数字0 02 2n n-1-1，其最低有效位（，其最低有效位（LSBLSB）所对应的模拟量）所对应的模拟量q q称为称为量化单位量化单位。2.3

9、 模拟量输入通道模拟量输入通道例例:12位位A/D转换器转换器,V=10.24V,V=10.24V2410.mvq502122.=由此得：对于一定的转换时间，误差的百分数和信号频率成正比，所以一般要限制信号的频率范围。2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道（2）采样保持原理）采样保持原理 A/D转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为这个时间称为A/D转换时间。在采样期间，如果输入信号变化转换时间。在采样期间，如果输入信号变化较大，就会引起转换误差。所以在一般情况下采样信号都不较大，就会引起转换误差。所以在一般情况下采样信号都不直接送到直接

10、送到A/D转换器，还需加保持器作信号保持。转换器，还需加保持器作信号保持。采样保持器的基本组成采样保持器的基本组成:由输入输出缓冲器由输入输出缓冲器A1，A2和采样和采样开关开关K，保持电容，保持电容CH等组成。等组成。2.16 采样保持器的组成采样保持器的组成2.3 模拟量输入通道模拟量输入通道（3）常用的采样保持器）常用的采样保持器 常用的集成采样保持器有常用的集成采样保持器有LF398、AD582等，其原理结构如图等，其原理结构如图2.17（a）（）（b）所示。采用）所示。采用TTL逻辑电平控制逻辑电平控制2采样和保持。采样和保持。LF398的采的采样控制电平为样控制电平为“1”，保持电

11、平为，保持电平为“0”，AD582相反。相反。OFFSET用于零位用于零位调整。保持电容调整。保持电容CH通常外接的，取值与采样频率和精度有关。减少通常外接的，取值与采样频率和精度有关。减少CH可可提高采样频率但降低精度。提高采样频率但降低精度。选择采样保持器的主要因素有获取时间、电压下降率等。选择采样保持器的主要因素有获取时间、电压下降率等。2.17 集成采样保持器的原理结构集成采样保持器的原理结构A/D转换器的性能指标转换器的性能指标1.转换时间转换时间 2.分辨率分辨率 3.线性误差线性误差4.量程量程5.对基准电源的要求对基准电源的要求常用的常用的A/DA/D转换方式转换方式:逐次逼近

12、式、双斜积分式逐次逼近式、双斜积分式2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.3.1、A/D转换器转换器1、8位位A/D转换器转换器ADC0809ADC0809ADC0809芯片介绍芯片介绍8 8位逐位逼近式位逐位逼近式A/DA/D转换器转换器分辨率为分辨率为8 8位，即为位，即为1/1/2 28 8 0.39%0.39%模拟电压转换范围是模拟电压转换范围是 0 0 +5 V+5 V标准转换时间为标准转换时间为100100 s s采用采用2828脚双立直插式封装脚双立直插式封装 可见可见ADC0809由：由：8通道模拟开关、通道

13、选择逻辑（地址锁通道模拟开关、通道选择逻辑（地址锁存与译码）、存与译码）、8位位A/D转换器及三态输出锁存缓冲器组成转换器及三态输出锁存缓冲器组成（1）各引脚功能）各引脚功能：nIN0IN7：8路模拟量输入端。允许路模拟量输入端。允许8路模拟量分时输入，路模拟量分时输入，共用一个共用一个A/D转换器。转换器。nALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁存锁存3位通道选择信号。位通道选择信号。nA、B、C：3位地址线即模拟量通道选择线。位地址线即模拟量通道选择线。ALE为高电为高电平时，地址译码与对应通道选择见表平时，地址译码与对应通道选

14、择见表3-2。nSTART：启动：启动A/D转换信号，输入，高电平有效。上升沿转换信号，输入，高电平有效。上升沿时将转换器内部清零，下降沿时启动时将转换器内部清零，下降沿时启动A/D转换。转换。nEOC：转换结束信号，输出，高电平有效。：转换结束信号，输出，高电平有效。2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术nOE：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开三：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开三态输出缓冲器，将态输出缓冲器，将A/D转换得到的转换得到的8位数字量送到数据总线上。位数字量送到数据总线上。nD0D7：8位数字量输出。位数字量输出。D0为最低位，为最低位

15、，D7为最高位。由于为最高位。由于有三态输出锁存，可与主机数据总线直接相连有三态输出锁存，可与主机数据总线直接相连nCLOCK：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为640kHz时，时，A/D转换时间为转换时间为100 s。nVREF+，VREF-：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电 压范围，通常压范围，通常VREF+=5V DC，VREF-=0V DC。nVcc：工作电源，：工作电源，5VDC。nGND：电源地。：电源地。2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术（4）三态输出锁存缓冲器）三态输出锁存缓冲器

16、该部分用于存放转换结果该部分用于存放转换结果D，输出允许信号，输出允许信号OE为高电平时，为高电平时，D由由DO7DO0上输出；上输出；OE为低电平输入时，数据输出线为低电平输入时，数据输出线DO7DO0为高阻态。为高阻态。图图2.19 ADC0809的转换时序图的转换时序图2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、12位位A/D转换器转换器AD574A AD574A是一种高性能的是一种高性能的12位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换器，转换器，AD574AAD574A芯片介绍芯片介绍vAD574AAD574A是一种高性能的是一种高性能的1212位逐位逼近式位逐位逼近式A/DA/D

17、转换器转换器v分辨率为分辨率为1/21/212 12=0.024%=0.024%或为或为1212位位v转换时间为转换时间为25s,25s,适合于在高精度快速采样系统中适合于在高精度快速采样系统中使用使用v内部结构大体与内部结构大体与ADC0809ADC0809类似，由类似，由1212位位A/DA/D转换器、转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器与控制逻辑、三态输出锁存缓冲器与10V10V基准电压源构基准电压源构成，可以直接与主机数据总线连接，但只能成，可以直接与主机数据总线连接，但只能输入一输入一路模拟量路模拟量vAD574AAD574A也采用也采用2828脚双立直插式封装脚双立直插式封装 各引

18、脚功能如下：各引脚功能如下：V Vcccc：工作电源正端，工作电源正端，+12 VDC+12 VDC或或+15 VDC+15 VDC。V VEEEE：工作电源负端，工作电源负端，12 VDC12 VDC或或 15 VDC15 VDC。V VLogicLogic：逻辑电源端，：逻辑电源端，+5 VDC+5 VDC。DGNDDGND，AGNDAGND：数字地，模拟地。数字地，模拟地。REF OUTREF OUT：基准电压源输出端，芯片内部基准电压基准电压源输出端，芯片内部基准电压源为源为+10.00 V+10.00 V 1 1。REF INREF IN：基准电压源输入端，如果基准电压源输入端，如果

19、REF OUTREF OUT通过电通过电阻接至阻接至REF INREF IN，则可用来调量程。则可用来调量程。2、12位位A/D转换器转换器AD574A ：转换结束信号，高电平表示正在转换，：转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示已转换完毕。低电平表示已转换完毕。DB0-DB11DB0-DB11：1212位输出数据线，三态输出锁位输出数据线，三态输出锁存，可与主机数据线直接相连。存，可与主机数据线直接相连。CECE：片能用信号，输入，高电平有效。片能用信号，输入，高电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。：片选信号，输入，低电平有效。R/R/：读：读/转换信号，输入，高电平为读转换信号，

20、输入，高电平为读A/DA/D转换数据，低电平为起动转换数据，低电平为起动A/DA/D转换。转换。2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术12/12/：数据输出方式选择信号，输入，高：数据输出方式选择信号，输入，高电平时输出电平时输出1212位数据，低电平时与位数据，低电平时与A0A0信号配信号配合输出高合输出高8 8位或低位或低4 4位数据。位数据。A0A0：字节信号，在转换状态，：字节信号，在转换状态，A0A0为低电平可为低电平可使使AD574AAD574A产生产生1212位转换，位转换，A0A0为高电平可使为高电平可使AD574AAD574A产生产生8 8位转换。在读数状态，如

21、果位转换。在读数状态，如果12/12/为低电平，为低电平，A0A0为低电平时，则输出高为低电平时，则输出高8 8位数，位数，而而A0A0为高电平时，则输出低为高电平时，则输出低4 4位数；如果位数；如果12/12/为高电平，则为高电平，则A0A0的状态不起作用。的状态不起作用。2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术 10VIN:10VIN:模拟信号输入，量程范围为模拟信号输入，量程范围为10V10V 20VIN 20VIN：模拟信号输入，量程范围为：模拟信号输入，量程范围为20V20V BIP OFFBIP OFF：双权性偏置端：双权性偏置端 表表 模拟输入信号的几种接法模拟输入

22、信号的几种接法2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术 图图2.21是是AD574A的单、双极性应用时的线路连接方法，的单、双极性应用时的线路连接方法，以及零点和满度调整方法以及零点和满度调整方法 （a）单极性 （b）双极性图图2.21 AD574A的输入信号连接方法的输入信号连接方法2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术启动与读操作时序如图启动与读操作时序如图2.22：STS为为AD574A的状态的状态输出信号。输出信号。启动后，启动后，STS为高电平表示正在转换；为高电平表示正在转换；25us后转换结束，后转换结

23、束，STS为低电平。为低电平。CPU可用查询方式或中断方式可用查询方式或中断方式了解转换过程是否结束。了解转换过程是否结束。图图2.22 AD574A的工作时序的工作时序2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.3.2、A/D转换器接口技术转换器接口技术1、ADC0809与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口8255A的的A组和组和B组都工作于方式组都工作于方式0，端口端口A为输入口，为输入口，端口端口C上半部分为输入下半部分为输出口上半部分为输入下半部分为输出口.ADC0809的的ALE与与START引脚相连接，引脚相连接，将将PC0PC2输出的输出的3位地址锁存入位地址

24、锁存入ADC0809的地址锁存器并启动的地址锁存器并启动A/D转换。转换。ADC0809的的EOC输出信号端同输出信号端同OE输入输入控制端相连接，当转换结束时，开放数控制端相连接，当转换结束时，开放数据缓冲器据缓冲器EOC信号还连接到信号还连接到PC7，CPU通过查询通过查询PC7的状态而控制数据的输入过程的状态而控制数据的输入过程图图2.23 ADC0809与与PC机接口机接口假设假设8255A已经初始化，地址为已经初始化，地址为2C0H2C3H。ADC0809 PROC NEAR ；程序开始；程序开始 MOVCX,8 ；计数器置初值为；计数器置初值为8（8路输入信号）路输入信号）CLD

25、；方向标志位；方向标志位DF置置0，数据按增地址存储，数据按增地址存储 MOV BL,00H ；模拟通道地址存；模拟通道地址存BL LEADI,DATABUF ；将；将DI指针指向指针指向DATABUF开始的地址开始的地址NEXTA:MOVDX,02C2H ；C口地址口地址 MOVAL,BL OUTDX,AL ；从；从IN0开始转换开始转换 INCDX ；控制器口地址；控制器口地址 MOVAL,00000111B ；输出启；输出启 动信号，动信号，PC3=1，即，即START=1，上升沿，并锁存地址上升沿，并锁存地址 OUTDX,AL ；启动；启动A/D转换转换 NOP NOP MOV AL,

26、00000110B ；置；置START下降沿下降沿,形成形成ALE,START 脉冲脉冲 OUT DX,ALDECDX ；DX=02C2H，C口地址口地址NOSC:IN AL,DX ;检测转换结束信号检测转换结束信号TEST AL,80HJNZ NOSC ；EOC=1 则等待，检测则等待，检测EOC下降沿下降沿NOEOC:INAL,DXTESTAL,80HJZNOEOC ；EOC=0,则等待，则等待，检测测EOC上升沿，转换结束上升沿，转换结束MOVDX,02C0H ；A口地址口地址 INAL,DX ；读取数据；读取数据STOSDATABUF ；把；把AL中的数据存到中的数据存到DI所指内存单

27、元，所指内存单元，并自动修改地址指针，使（并自动修改地址指针，使（DI）（DI）+1INCBL ；修改模拟通道地址；修改模拟通道地址LOOP NEXTA ；CX-1，并判断，并判断CX=0？RETADC0809ENDP2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、AD574与与PC总线工业控制接口总线工业控制接口 AD574A的的12/8控制引脚和控制引脚和V logic相连接相连接,A0接地接地,使工作于使工作于12位转换和位转换和读出方式读出方式.8255A的的A组和组和B组都工作于方式组都工作于方式0,端口端口A,B和端口和端口C上半部上半部分规定为输入分规定为输入,端口端口C

28、的下半部分规定为输出的下半部分规定为输出 图图2.24 AD574A与与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口2.3 A/D 转换器及其接口技术转换器及其接口技术 AD574A数据的程序段（假设已完成对数据的程序段（假设已完成对8255A的初始化编程，的初始化编程，8255A地址地址为为2C0H2C3H）MOVDX,02C2H MOV AL,00HOUTDX,AL ；使；使-CS，R/-C=0NOPNOPMOV AL,04H ；使；使CE=1,启动转换启动转换OUTDX,ALNOPNOPMOV AL,03H ；使；使CE=0，-CS=1，R/-C=1OUTDX,ALPOLLING:IN AL

29、,DX ；查询；查询STS状态状态 TEST AL,80H JNZ POLLING ；STS=1,则等待（表正在转换）则等待（表正在转换）MOV AL,01H ；使；使-CS=0，R/-C=1 OUT DX,AL NOP MOV AL,05H ；使；使CE=1，允许读出，允许读出 OUT DX,AL MOV DX,02C0H ；A口地址口地址 IN AL,DX ；读；读DB11-DB8到到AL中中 AND AL,0FH ；去掉；去掉AL中高中高4位的干扰位的干扰 MOV BH,AL ；转存入；转存入BX的高的高8位位 INC DX ；B口地址口地址 IN AL,DX ；读；读DB7DB0 MO

30、V BL,AL ；转存入；转存入BX的低的低8位位 INC DX MOV AL,03H ；使；使CE=0，-CS=1 OUT DX,AL ；结束读出操作；结束读出操作 利用利用12位位A/D转换器转换器AD574A，采用保持器，采用保持器LF398，多路开关，多路开关CD4051,8255A并行接口，我们能设计出并行接口，我们能设计出PC总线工业控制机的模拟量输入通总线工业控制机的模拟量输入通道电路模板。道电路模板。该模板主要技术指标：该模板主要技术指标：8通道模拟量输入通道模拟量输入 12位分辨率位分辨率输入量程为单极性输入量程为单极性010V A/D转换时间为转换时间为25us应答方式为查

31、询应答方式为查询 图图2.25给出了模拟量输入通道的详细原理电路图给出了模拟量输入通道的详细原理电路图2.4 模拟量输入通道设计模拟量输入通道设计该模板采集一个数据的过程如下：该模板采集一个数据的过程如下：（1）通道选择）通道选择 将模拟量输入的通道号写入将模拟量输入的通道号写入8255A的端口的端口C低低4位位（PC0PC3），使），使LF398的工作状态受的工作状态受AD574A的的STS控制控制,AD574A未转换期间未转换期间STS=0，LF398处于采样状态。处于采样状态。（2）启动）启动AD574A进行进行A/D转换转换 通过通过8255A的端口的端口C的的PC4PC6输出控制信号

32、启输出控制信号启AD574A。AD574A转换期间，转换期间，STS=1，LF398处于保持状态。处于保持状态。（3）查询）查询AD574A是否转换结束是否转换结束 读读8255A的端口的端口A，了解，了解STS是否已由高电平变为低电平。是否已由高电平变为低电平。（4）读取转换结果）读取转换结果 若查询到若查询到STS由由1变为变为0，则读，则读8255A的端口的端口A和端口和端口B，便可得到转换结果便可得到转换结果.2.4 模拟量输入通道模拟量输入通道2.4 模拟量输入通道模拟量输入通道设设8255A的地址为的地址为2C0H2C3H，8255A已经初始化，采样已经初始化，采样值存入数据段中的

33、采样值缓值存入数据段中的采样值缓冲区冲区BUF。其其8通道数据采集的程序流程通道数据采集的程序流程 图如图图如图2.26所示。所示。8通道数据采集程序：通道数据采集程序：AD574A PROC NEAR CLD LEA DI，BUF MOV BL，00000000B ；CE=0，-CS=0，R/-C=0 MOV CX，8 ；8通道计数器通道计数器ADC:MOV DX，2C2H MOV AL，BL OUT DX，AL ；多路开关有效，且为；多路开关有效，且为0通道通道 NOP NOP OR AL，01000000B ；CE=1，启动，启动A/D OUT DX，AL AND AL，10111111

34、B ；CE=0 OUT DX，AL MOV DX，2C0H ；8255A断口断口A地址地址PULLING：IN AL，DX ；测试；测试STS TEST AL，80H JNZ POLLING MOV AL，BL OR AL，00010000B ；R/-C=1 MOV DX，2C2H OUT DX，AL OR AL，01000000B ；CE=1 OUT DX，AL MOV DX，2C0H ；读高；读高4位位 IN AL，CX AND AL，0FH MOV AH，AL INC DX ；读低；读低8位位 IN AL，DX STOSW ；存入内存；存入内存 INC BL LOOP ADC MOV A

35、L，00111000B ；CE=0；-CS=R/-C=1 MOV DX，2C2H OUT DX，AL RETAD574A ENDP2.5 模拟量输出通道模拟量输出通道一、模拟量输出通道的结构型式一、模拟量输出通道的结构型式1、一个通路设置一个数、一个通路设置一个数/模转换器的形式模转换器的形式 这种结构下，微处理器和通路之间通过独立的接口缓冲器传送信息。这种结构下，微处理器和通路之间通过独立的接口缓冲器传送信息。优点：转换速度快、工作可靠优点：转换速度快、工作可靠缺点：使用较多的缺点：使用较多的D/A转换器。转换器。图图2.27 一个通路一个一个通路一个D/A转换器的结构转换器的结构2、多个通

36、路共用一个数、多个通路共用一个数/模转换器的形式模转换器的形式见图见图2.28。由于共用一个。由于共用一个D/A转换器，所以必须在微型转换器，所以必须在微型机控制下分时工作。机控制下分时工作。2.5 模拟量输出通道模拟量输出通道图图2.28 共用共用D/A转换器的结构转换器的结构2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术v一、D/A转换原理 图图2.29 T型电阻网络型型电阻网络型D/A转换器转换器 假设假设D3D3、D2D2、D1D1、D0D0全为全为1 1，则，则BS3BS3、BS2BS2、BS1BS1、BS0BS0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

37、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-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

38、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。2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术v 常见的常见的D/A转换器的类型包括：转换器的类型包括：v 电流输出型：输出为电流形式，通常要转化电流输出型：输出为电流形式，通常要转化为电压。可外接或内设放大器从而输出电压为电压。可外接或内设放大器从而输出电压，速度因外接外大器有滞后速度因外接外大器有滞后v 电压输出型：转换速度快，仅用于高阴抗负电压输出型：转换速度快，仅用于高阴抗负载载

39、v乘算型：在基准电压输入上加交变信号，能输乘算型：在基准电压输入上加交变信号，能输出数字输入和基准输入电压相乘的结果，完成出数字输入和基准输入电压相乘的结果，完成乘法运算。乘法运算。2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 二、二、D/A转换器的技术指标转换器的技术指标 分辨率：是指分辨率：是指 D/A 转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也

40、就越高高。其分辨率与二进制位数。其分辨率与二进制位数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 通常用通常用D/A转换器输出二进制数的位数来表示，如转换器输出二进制数的位数来表示，如8位、位、10位、位、12位。表示位。表示D/A转换器输入二进制的最低有效位转换器输入二进制的最低有效位LSB与满与满量程输出量程输出1/2n相对应。相对应。建立时间建立时间（稳定时间）：是指输入数字信号的变化为满量程（稳定时间）：是指输入数字信号的变化为满量程时，其输出达到稳定（一般稳定到与终值相差时，其输出达到稳定（一般稳定到与终值相差

41、1/2LSB的模拟的模拟量范围）所需时间，也称稳定时间，一般为几个量范围）所需时间，也称稳定时间，一般为几个us线性误差线性误差：实际输出电流或电压偏离理想转换特性的最大误差：实际输出电流或电压偏离理想转换特性的最大误差输出电平类型输出电平类型：一是电压输出，一般为：一是电压输出，一般为510V,一是电流输出，一是电流输出，其值为其值为20mA3A2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术三、三、D/A转换器转换器1、8位位D/A转换器转换器DAC0832主要性能指标：主要性能指标：分辨率为分辨率为8位位 单一电源供电（单一电源供电（515V)基准电压基准电压VREF工作范围为工作范围

42、为-10V+10V 电流稳定时间为电流稳定时间为1us 逻辑输入电平与逻辑输入电平与TTL电平兼容电平兼容 20脚双列直插式封装脚双列直插式封装 同系列芯片还有同系列芯片还有 DAC0830、DAC08312、组成原理、组成原理 其内部结构如图其内部结构如图2.30所示所示图图2.30 DAC0832的内部结构的内部结构v 它主要由它主要由8位输入寄存器、位输入寄存器、8位位DAC寄存器、寄存器、8位位D/A转换器、相应的选通控制逻辑四部分转换器、相应的选通控制逻辑四部分组成。组成。v 其中其中8位的位的D/A转换器采用转换器采用R-2R T型电阻网型电阻网络实现。输出是与输入数字与比例的电流

43、信络实现。输出是与输入数字与比例的电流信号，需外接运放才能得到模拟电压输出。号，需外接运放才能得到模拟电压输出。Rfb为外部运放的反馈电阻。为外部运放的反馈电阻。v内部有两个锁存器（寄存器）：输入锁存器内部有两个锁存器（寄存器）：输入锁存器和和DAC锁存器，分别由锁存器，分别由LE1、LE2控制。控制。2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术DAC0832管脚功能管脚功能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

44、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。2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其

45、接口技术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。

46、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。2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、12位位D/A转换器转换器DAC1210图图2.31是是DAC1210的内的内部原理框图，其原理部原理框图，其原理和控制信号功能基本和控制信号功能基本上同上同DAC0832，两点不同：两点不同：一是它是一是它是12位的，有位的，有12条数据输入线。条数据输入线。二是可以用字节控制信二是可以用字节控制信号号BYTE

47、1/BYTE2控制控制数据的输入数据的输入图图2.31 DAC1210内部原理图内部原理图2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术二、二、D/A转换器接口技术转换器接口技术1、8位位D/A转换器与转换器与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口该电路由该电路由8位位D/A转换芯片转换芯片DAC0832、运算放大器、地址译码电路组成。、运算放大器、地址译码电路组成。若若DAC0832的口地址为的口地址为300H，则则8位二进制数位二进制数7FH转换为转换为模拟电压的接口程序为：模拟电压的接口程序为：MOV DX，300HMOV AL，7FHOUT DX，ALHLT图图2.32 8位位D

48、/A转换器与转换器与PC总线工业控制机接口总线工业控制机接口2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术2、12位位D/A转换器与转换器与PC总线工总线工业控制机接口业控制机接口该电路采用该电路采用12位位D/A转换芯片转换芯片DAC1210、输出放大器、地址译码器等电输出放大器、地址译码器等电路组成。路组成。端口地址译码器译出端口地址译码器译出Y0、Y1、Y2三个口地三个口地址，设为址，设为300H、301H、302H，这三个口地址用来控制这三个口地址用来控制DAC1210工作方式工作方式和进行和进行12位转换位转换图图2.33 12位位D/A转换器与转换器与PC总线工总线工业控制机接

49、口业控制机接口2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术设设Y0,Y1,Y2的口地址为的口地址为300H、301H、302H，将，将12位二位二进制数进制数83FH转换为模拟电压的接口程序为：转换为模拟电压的接口程序为：MOVDX,300HMOVAL,83H;送高送高8位数据位数据OUTDX,ALMOVDX,301HMOVAL,0F0H ;送低送低4位数据位数据 问：为什么不是问：为什么不是0FH而是而是F0H呢？呢？OUTDX,ALMOVDX,302HOUTDX,AL;12数据进行转换数据进行转换HLT二、二、D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 D/A转换器的输出方式有电流输出及

50、电压输出方式。转换器的输出方式有电流输出及电压输出方式。单极性与双极性电压输出电路单极性与双极性电压输出电路 在实际应用中，通常采用在实际应用中，通常采用D/A转换器外加运算放大器的方法，转换器外加运算放大器的方法，把把D/A转换器的电流输出转换为电压输出。图转换器的电流输出转换为电压输出。图2.34给出给出D/A转换器转换器的单极性与双极性输出电路的单极性与双极性输出电路如果参考电压为如果参考电压为+5v,则则Vout1为为:0-5v,Vout2为为:5v.图图2.34 D/A转换器的单极性与双极性输出转换器的单极性与双极性输出2.6 D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.7 V/I