第3章 过程通道数据采集6

第三章过程通道和数据采集系统之五 熊远生2010年9月 内容提要 概述模拟量输入通道 采样 多路转换器D A与A D转换技术A D转换器及其与微处理器的接口数据采集系统D A转换器及其与微处理器的接口过程通道的抗干扰措施小结 模拟量输出通道 任务 把微型计算机输出的数字量转换成模拟量核心部件 D A转换器要求 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 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 8位D A转换器DAC083212位D A转换器DAC1208PCI 1720 8位D A转换器DAC0832 5 8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 满量程误差为 1LSB 5V 15V单一电源 低功耗20mW 参考电压为 10V 10V D A转换器及与微处理器接口 5 D A有两种类型1 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 2 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 3种工作方式1 双缓存方式 用于同时输出多个模拟信号的多个DAC0832系统 WR1CS先有效 控制输入数据锁存到8位输入寄存器 WRXfer 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 2 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Wr2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 3 直通方式 cs wr1 wr2 xfer接地 ILE接 5v DAC0832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D7 D0 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D7 D0 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 DI0 DI7 数据输入线 TLL电平 ILE 数据锁存允许控制信号输入线 高电平有效 CS 片选信号输入线 低电平有效 WR1 为输入寄存器的写选通信号 XFER 数据传送控制信号输入线 低电平有效 WR2 为DAC寄存器写选通输入线 Iout1 电流输出线 当输入全为1时Iout1最大 Iout2 电流输出线 其值与Iout1之和为一常数 Rfb 反馈信号输入线 芯片内部有反馈电阻 Vcc 电源输入线 5v 15v Vref 基准电压输入线 10v 10v AGND 模拟地 摸拟信号和基准电源的参考地 DGND 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 DAC0832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 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 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 2 n 负极性是全1码 Vref LSB DAC0832与微处理器接口 13 注记 常用的双极性编码 1 2 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 DAC0832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 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 MOVDPTR 7FFFH 输入0832口地址MOVA 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 0111111111111111 DAC0832与微处理器接口 17 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 12位D A转换器DAC1208 12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 Q D 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DI11 DI0 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 DAC1208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 ORG0000H 程序执行开始地址MOVR0 0FFH 8位输入寄存器地址MOVR1 21HMOVA R1 高8位数字量送AMOVX R0 A 高8位数字量送8位输入寄存器DECR0DECR1MOVA R1 低4位数字量送ASWAPA A中高低4位互换MOVX R0 A 低4位数字量送4位输入寄存器DECR0MOVX R0 A 启动D A转换END 12位D A转换器DAC1208 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 5