第3章 过程通道数据采集6

1、第三章 过程通道和数据采集系统之五 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转换器 多个通路共用一个D

2、/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DAC0832 n12位D/A转换器DAC1208 nPCI-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

3、S，满量程误差为1LSB 5V15V单一电源，低功耗20 mW 参考电压为10V10V D/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; WR2 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

4、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. n3. 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 D7 D6 D0 D1 D2 D3 D4 D5 8位输入 寄存器 8位DAC 寄存器 8位D/A 转换电路 Rf VREF Iout2 Iout1 Rf ILE CS WR1 WR2 XFER DAC0832 AGND VCC DGND LE1LE2 M1 M3 M2 8位D/A转换器DAC0832 (7) 引脚结构： 20引脚，双列直插式封装

5、 数字量输入线D 7D0 （8条） 控制线（5条） 输 出 线 （ 3 条 ） Iout1,Iout2,Rf 电源线（4条） CS WR1 AGND D7 D6D0 D1 D2 D3 D4 D5 VREF Rf DGND Vcc ILE WR2 XFER Iout2 Iout1 DAC0832 1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 20 14 15 16 17 18 19 13 12 11 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，

6、 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 1 WR 2 WR LE I XFER CS 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

7、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 (-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

8、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： - + OA . Vout Rf Iout1 Iout2 DAC0832与微处理器接口(10/) 单极性输出方式 - + OA Vout Rf Iout1 Iout2 . . VREF DAC0832 . 2 ?,? 2 REF outfboutfb n REF fb n V VRIRD V DRR 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 I1 I3 I2 OA1 O

9、A2+ + _ _ 2R2R R Vout1 Vout A VREF 8031 VREF Rf Iout1 Iout2 . . . . . 1 1 (2)(1) 2 outREFoutREF n D VVVV DAC0832与微处理器接口(11/) 双极性输出方式 I1 I3 I2 OA1 OA2+ + _ _ 2R2R R Vout1 Vout A VREF 8031 VREF Rf Iout1 Iout2 . . . . . 123 1 1 1 0; ()2(2)(1) 22 outREF outREFoutREF n III VVD VRVVV RR DAC0832与微处理器接口(11+

10、) 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： V Vout +VREF -VREF 00HFFH80H B 1 1 1 (1) 2 0,0,0,0, ,0,0, 1 21 1,1,1, ,1,1,(1) 2 21 22 outREF n outREF n outREF n REF REF nn D VV DVV DVV V LSBV 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

11、 * 1/2n), 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 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

12、+1/8100111110111 -2-2/8+2/8101011100110 -3-3/8+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

13、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 LE I 1 WR 2 WR CS XFER 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) - + OA Vout . . . . . . . . P0 P2.7 WR 8051 D7D0 DAC0832 +5V VCC ILE VREF Rf Iout1 Iout2 AGND DGND CS XFER WR1 WR2 DAC0832与微处

14、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 1111 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 AO1 AO2+ + _ _ 2R2R Vout . . . . . +5V ILE Vcc VREF

15、 Rf Iout1 Iout2 WR1 DI0 WR2 XFER CS DI7 P0.0P0.7 ALE EA 8031 WR 锁 存 器 译 码 器 FFH FEH . DAC0832 R . 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

16、接口(19/) n12位D/A转换器DAC1208 4位输入 寄存器 8位输入 寄存器 12位 DAC 寄 存 器 12位 D/A 转 换 器 Iout1 Iout2 VREF Rfb DI11 DI4 DI3 DI0 BYTE1/BYTE2 CS WR1 WR2 XFER LE1 LE2LE3 M3 M2 M1 LE=1，输出跟随输入 LE=0，输入数据锁存 . . . 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

17、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 i LE 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） CS WR1 AGND DI9 DI8DI2 DI3 DI4 DI5 DI6 DI7 VREF Rfb DGND Vcc BYTE1/BYTE2 WR2 XFER Iout2 Iout1 DAC1208 1 10 9 8 7 6 5 4 3 2 20

18、14 15 16 17 18 19 1312 11 24 23 22 21 (LSB)DI0 DI1 DI11(MSB) DI10 12位D/A转换器DAC1208 (22/) nDAC1208与MCS-51的接口 - + OA 8031 EA ALE P0.3 P0.0 P0.7 P0.4 WR 地 址 锁 存 器 Q0 Q1 Q7 译 码 器 1111111B 1111110B BYTE1/BYTE2 XFER CS WR1 WR2 Rfb Iout1 Iout2 Vout DI11 DI8 DI7 DI4 DI3 DI0 DAC1208 . 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20