微机原理与控制技术卢晓红477输入输出接口与过程通道final

1、微机原理与控制技术微机原理与控制技术 卢晓红卢晓红 1第四章：输入输出接口与过程通道第四章：输入输出接口与过程通道2 2第四章：输入输出接口与过程通道第四章：输入输出接口与过程通道4.0 4.0 接口与过程通道的概念接口与过程通道的概念4.1 4.1 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术4.5 4.5 传感器与测量数据预处理技术传感器与测量数据预处理技术1 1、接口、接口技术和过程通道；、接口、接口技术和过程通道

2、；2 2、信号调理；、信号调理；3 3、模拟量输入通道组成；、模拟量输入通道组成；4 4、无源、无源i/vi/v变换，有源变换，有源i/vi/v变换电路图；变换电路图；5 5、信号采样（采样周期、采样时间、信号采样（采样周期、采样时间/ /采样宽度、采样频率）；采样宽度、采样频率）；6 6、香农、香农(shannon)(shannon)采样定理；采样定理；7 7、量化（量化、量化过程、量化单位、量化（量化、量化过程、量化单位q q、量化误差）；、量化误差）；8 8、孔径时间（给出转换精度、孔径时间（给出转换精度/ /转换误差，孔径时间转换误差，孔径时间 ，会计算允许转换正，会计算允许转换正弦波

3、信号最大频率）；弦波信号最大频率）；9 9、采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道都需要采样保、采样保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道都需要采样保持器？为什么？持器？为什么？1010、a/da/d转换器，会根据转换器，会根据adcadc的的v vinin，求取其输出结果；，求取其输出结果；adc0809adc0809；1111、d/ad/a转换器，画转换器，画dac0832dac0832和和pcpc总线工业控制机接口电路原理图，总线工业控制机接口电路原理图，并编写产生三角波、锯齿波的程序。并编写产生三角波、锯齿波的程序。1212、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？、什么是

4、串模干扰和共模干扰？如何抑制？1313、计算机控制系统中一般有哪几种地线？请画出回流法接地和一点接、计算机控制系统中一般有哪几种地线？请画出回流法接地和一点接地示意图。地示意图。本节重点（一）本节重点（一）4 44.0 4.0 接口与过程通道的概念接口与过程通道的概念4.0.2 4.0.2 接口与过程通道的概念接口与过程通道的概念u接口接口：计算机与外部设备交换信息的桥梁；：计算机与外部设备交换信息的桥梁；包括输入接口和输出接口。包括输入接口和输出接口。接口技术接口技术是研究计是研究计算机与外部设备如何交换信息的技术。算机与外部设备如何交换信息的技术。u过程通道：过程通道：计算机和生产过程之间

5、信息传送计算机和生产过程之间信息传送和转换的连接通道。过程通道不能直接由主机和转换的连接通道。过程通道不能直接由主机控制控制, ,必须由接口必须由接口 传送相应的信息和命令。传送相应的信息和命令。过程通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入过程通道包括模拟量输入通道、模拟量输出通道、数字量输入通道、数字量输出通道。通道、数字量输出通道。4.0 4.0 接口与过程通道的概念接口与过程通道的概念i/o设备的状态1 1）空闲态：设备被禁止或未被激活，空）空闲态：设备被禁止或未被激活，空闲状态不发生闲状态不发生i/oi/o；2 2）忙状态：设备工作，）忙状态：设备工作，i/oi/o传输进行中

6、；传输进行中；3 3）完成态：设备就绪，）完成态：设备就绪，i/oi/o传输已完成。传输已完成。6 64.0 4.0 接口与过程通道的概念接口与过程通道的概念4.0.4 4.0.4 微机与微机与i/oi/o设备的同步设备的同步u盲周期法：软件简单等待一段固定的时间；盲周期法：软件简单等待一段固定的时间；u忙等待法：软件循环检查忙等待法：软件循环检查i/oi/o的状态；的状态；u中断法：使用硬件触发特定的软件执行；中断法：使用硬件触发特定的软件执行；u周期轮询法：使用时钟中断周期检查周期轮询法：使用时钟中断周期检查i/oi/o状态；状态；udmadma法：将数据直接传出或传入存储器。法：将数据直

7、接传出或传入存储器。4.1 4.1 数字量输入输出接口与过程通道数字量输入输出接口与过程通道n数字量输入接口数字量输入接口u作用：隔离输入输出线路，作用：隔离输入输出线路，输入缓冲。输入缓冲。n数字量输出接口数字量输出接口u作用：隔离输入输出线路，作用：隔离输入输出线路，对输出进行锁存对输出进行锁存8 84.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道n3 3）多路转换开关）多路转换开关u多路转换开关也称为多路转换器，是用来切换多路转换开关也称为多路转换器，是用来切换模模拟电压拟电压的关键元件；的关键元件；u将多路输入信号按一定顺序或随机地接到公用放将多路输入信号按一定顺序或随

8、机地接到公用放大器或大器或a/da/d转换器；转换器；u理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其导通时理想的多路开关其开路电阻为无穷大，其导通时的电阻为零；的电阻为零；u其它要求：其它要求：切换速度切换速度( (快快) )，噪音，噪音( (小小) )，寿命，寿命( (长长) )，可靠性可靠性( (高高) )等；等；常用的多路开关有：常用的多路开关有：cd4051(cd4051(或或mc14051)mc14051)、ad7501ad7501、lf13508lf13508等等9 94.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道当当inhinh为低电平时，可由为低电平时，可由a a，b

9、 b，c c三个控制输入端输入三个控制输入端输入3 3位二进制数，位二进制数，在在8 8个通道中选择一个，使输入和输出接通。个通道中选择一个，使输入和输出接通。禁止输入禁止输入端端inhinh控制输控制输入端入端a a，b b，c cncd4051：8 8通道多路开关，有三个二进制的控制输入端通道多路开关，有三个二进制的控制输入端a a、b b、c c和一和一个禁止输入端个禁止输入端inhinh。当。当inhinh为高电平时，为高电平时，8 8个通道均不通。个通道均不通。例题例题2 2：利用：利用dac0832dac0832进行模拟量输出通道设计进行模拟量输出通道设计采用采用dac0832da

10、c0832、运算放大器、运算放大器、cd4051cd4051、采样保持器等元器件与、采样保持器等元器件与80868086总线总线工业控制机接口，设计工业控制机接口，设计8 8路模拟量输出系统，（路模拟量输出系统，（1 1）画出电路原理图；）画出电路原理图；dac0832dac0832单单缓冲方式连缓冲方式连8086cpu8086cpucd4051cd4051a b cd2 d1 d0inhy1vdd vee+5vx0x1x7保持器保持器保持器v/iv/iv/ii0i1i7通过多路开关通过多路开关cd4051cd4051，将，将dac0832dac0832转换结果从转换结果从8 8通道通道中的任

11、何一个通道中送出。中的任何一个通道中送出。输出端接保持器的作用是为了保输出端接保持器的作用是为了保持持d/ad/a输出稳定，起到电压保护输出稳定，起到电压保护作用。作用。v/iv/i变换输出变换输出420ma420ma的的电流信号。电流信号。d/a d/a 转换结果采用电流形式输出，通过一个高转换结果采用电流形式输出，通过一个高输入阻抗的运算放大器实现电流到电压的转换。输入阻抗的运算放大器实现电流到电压的转换。 4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道1111n信号采样信号采样u采样过程：信号采样就是将时间上连续幅值上采样过程：信号采样就是将时间上连续幅值上也连续的模拟

12、信号，通过采样开关按一定时间也连续的模拟信号，通过采样开关按一定时间间隔的闭合和断开，将其抽样成一连串离散脉间隔的闭合和断开，将其抽样成一连串离散脉冲信号的过程。冲信号的过程。f (t)tof (t)sf * (t)f * (t)t0t 2t4t6t(a) 被采样信号被采样信号(b) 采样开关采样开关(c) 采样信号采样信号n3 3）采样、量化及常用的采样保持器）采样、量化及常用的采样保持器12124.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道f f ( (t t) )t to of f ( (t t) )s sf f * * ( (t t) )f f * * ( (t t)

13、 )t t0 0t t 2 2t t4 4t t6 6t t(a) (a) 被采样信号被采样信号(b) (b) 采样开关采样开关(c) (c) 采样信号采样信号u采样周期采样周期：采样开关两次采样：采样开关两次采样( (闭合闭合) )的间隔时间的间隔时间t t；u采样时间采样时间/ /采样宽度：采样宽度：采样开关的闭合时间采样开关的闭合时间 ，代表采样开，代表采样开关闭合的时间；关闭合的时间；u采样时刻：采样时刻：0 0、t t、2t2t各时间点；各时间点；4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道u香农香农(s(sh ha annnno on n) )采样定理采样定理：

14、为了使采样信号：为了使采样信号 能反映能反映连续信号连续信号 的变化规律，采样频率的变化规律，采样频率 至少应该是信号至少应该是信号 频谱最高频率频谱最高频率 的两倍，即。的两倍，即。)(*tf)(tfmax2ffs)(tf当采样周期满足当采样周期满足采样定理采样定理时，采样信号频谱就不会发生重叠效应，时，采样信号频谱就不会发生重叠效应，从而可以通过理想的低通滤波器从采样信号从而可以通过理想的低通滤波器从采样信号 中完全恢复出中完全恢复出 来。实际应用中，常取来。实际应用中，常取f fs s(5(510)f10)fmaxmax ，甚至更高。甚至更高。)(*tf)(tfsfmaxf14144.2

15、 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道n量化量化u量化量化：用一组数码用一组数码( (如二进制码如二进制码) )逼近离散模拟信号的幅值，逼近离散模拟信号的幅值，将其转换为数字信号；将其转换为数字信号；u量化过程量化过程：将离散采样信号转换为数字信号的过程；执将离散采样信号转换为数字信号的过程；执行量化动作的装置是行量化动作的装置是模模/ /数数(a/d)(a/d)转换器转换器：；u量化单位量化单位（量化采样信号所用数码最低有效位所对应的（量化采样信号所用数码最低有效位所对应的模拟量）模拟量）：字长为：字长为n n的的a/da/d转换器把转换器把y yminminyymaxm

16、ax范围内变化范围内变化的采样信号，变换为数字的采样信号，变换为数字0-20-2n n-1-1，其最低有效位，其最低有效位lsblsb（least significant bitleast significant bit）所对应的模拟量）所对应的模拟量q q称为量化单位称为量化单位u量化误差：量化误差：量化过程中用量化单位量化过程中用量化单位q q去度量采样值幅值大去度量采样值幅值大小时由于小数归整小时由于小数归整( (四舍五入四舍五入) )而引入的误差，而引入的误差，其最大值为其最大值为q/2q/2；12minmaxnyyq15154.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程

17、通道在在a a/d/d转换器的输出位数转换器的输出位数n n足够多时，可以使量化误差足够多时，可以使量化误差达到足够小，就可以认为数字信号近似于采样信号。如达到足够小，就可以认为数字信号近似于采样信号。如果在采样过程中，果在采样过程中，采样频率也足够高，就可以用采样、采样频率也足够高，就可以用采样、量化后得到的一系列离散的二进制数字量来表示某一时量化后得到的一系列离散的二进制数字量来表示某一时间上连续的模拟信号间上连续的模拟信号，从而可以由计算机来进行控制计，从而可以由计算机来进行控制计算和处理。算和处理。例如：模拟信号例如：模拟信号y ymamax x 10v, 10v, y ym min

18、in 0v0v，取，取n n8 8量化单位量化单位q q=10v/(2=10v/(28 8-1)40mv-1)40mv量化误差最大值量化误差最大值e emamax x q q/2/220mv20mv12minmaxnyyq量化单位量化单位n采样保持采样保持u孔径时间：孔径时间：完成一次完成一次a/da/d转换所需的时间；转换所需的时间；u孔径误差：孔径误差：由孔径时间决定的对随时间变化的由孔径时间决定的对随时间变化的模拟信号的每个采样时刻的最大转换误差；模拟信号的每个采样时刻的最大转换误差；4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道如图所示的正弦模拟信号，如果如图所示的正

19、弦模拟信号，如果从从t t0 0时刻开始进行时刻开始进行a/da/d转换，但转换，但转换结束时候时已为转换结束时候时已为t t1 1，模拟信，模拟信号已发生号已发生 的变化。的变化。u4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道对于一定的转换时间，最大可能的误差发生在信号过零的对于一定的转换时间，最大可能的误差发生在信号过零的时刻，因为此时时刻，因为此时 最大，孔径时间最大，孔径时间 一定，所一定，所以以 最大。最大。dtdu /dat/u令令u u= =u ummsinsin t t，则：，则：在坐标的原点有：在坐标的原点有：取取t=t t=t a/da/d ，则得到误差

20、的百分数为：，则得到误差的百分数为：u umm为正弦信号的幅值。为正弦信号的幅值。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道对对10位位a/d转换器转换精度转换器转换精度/转换误差为转换误差为0.1%，孔径时间，孔径时间 =10s，问允许转换正弦波信号最大频率为？，问允许转换正弦波信号最大频率为？解：由得到：例题例题1 1：dat/4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道a/da/d转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为转换过程（即采样信号的量化过程）需要时间，这个时间称为a/da/d转换时间转换时间。在。在a/da/d转换期间，如

21、果输入信号的变化频率相对于转换期间，如果输入信号的变化频率相对于a/da/d转换器的速度来说比较高，就会引起转换器的速度来说比较高，就会引起转换误差转换误差。所以，一般情况。所以，一般情况下采样信号都不直接送到下采样信号都不直接送到a/da/d转换器转换，还需加转换器转换，还需加采样保持器采样保持器作信号作信号保持。保持器把保持。保持器把t=ktt=kt时刻的采样值保持到时刻的采样值保持到a/da/d转换结束。转换结束。n采样保持电路采样保持电路如果被采样的模拟信号的变化频率相对于如果被采样的模拟信号的变化频率相对于a/da/d转换器的速度来说比转换器的速度来说比较高，为保证转换精度，需要在较

22、高，为保证转换精度，需要在a/da/d转换之前加上转换之前加上采样保持电路采样保持电路，使得在使得在a/da/d转换期间保持输入模拟信号不变。转换期间保持输入模拟信号不变。2020n采样保持电路有两个工作状态：采样状态和保持状态采样保持电路有两个工作状态：采样状态和保持状态u采样状态：采样状态：模拟开关模拟开关s s闭合，输入放大器的输出端给电容闭合，输入放大器的输出端给电容c ch h 快速充电，快速充电，u u0 0输出跟随输出跟随u ui i变化。变化。u保持状态：保持状态：模拟开关模拟开关s s断开，进入保持状态。由于断开，进入保持状态。由于a a2 2的输入阻抗很大，的输入阻抗很大，

23、c chh可以保持开关可以保持开关s s断开瞬间输入的电压值，使输出端断开瞬间输入的电压值，使输出端u u0 0的电压值保持不的电压值保持不变。采样保持器一旦进入保持期，便应立即启动变。采样保持器一旦进入保持期，便应立即启动a/da/d转换器，保证转换器，保证a/da/d转换期间输入恒定。转换期间输入恒定。4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道u在模拟量输入通道中，只有在信号变化频率较在模拟量输入通道中，只有在信号变化频率较高而高而a/da/d转换速度又不高，以致孔径误差影响转转换速度又不高，以致孔径误差影响转换精度时，或者要求同时进行多路采样的情况下，换精度时，或者

24、要求同时进行多路采样的情况下，才需要设置采样保持电路才需要设置采样保持电路，对于一些变化缓慢的，对于一些变化缓慢的生产过程生产过程( (如石油、化工等如石油、化工等) )可以不设置保持电路；可以不设置保持电路；4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道22224.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道4.2.2 a/d4.2.2 a/d转换器及其接口技术转换器及其接口技术na/da/d转换器：将模拟量转换成数字量的器件。转换器：将模拟量转换成数字量的器件。u技术指标技术指标分辨率：分辨率：a/da/d转换器的分辨能力，通常用转换后数字量转换器的分辨能

25、力，通常用转换后数字量的位数表示，如的位数表示，如8 8位、位、1010位、位、1212位、位、1616位等。分辨率越高，位等。分辨率越高，转换时对输入模拟信号的反应就越灵敏。分辨率为转换时对输入模拟信号的反应就越灵敏。分辨率为8 8位表示位表示可以对满量程的可以对满量程的1/21/28 81/2561/256的增量作出反应；的增量作出反应；量程：量程：所能转换的电压范围，如所能转换的电压范围，如0 0 5v5v、-5v-5v +5v+5v等等; ;转换精度：转换精度：a/da/d转换结果相对于实际值的准确度转换结果相对于实际值的准确度; ;绝对精度：绝对精度：常用数字量的位数表示，如常用数字

26、量的位数表示，如(1/2)lsb(1/2)lsb相对精度：相对精度：用相对于满量程的百分比表示，例如满量程用相对于满量程的百分比表示，例如满量程为为10v10v的的8 8位位a/da/d转换器，其绝对精度为转换器，其绝对精度为1/21/210/210/28 819.5mv19.5mv， 相对精度为相对精度为1/21/28 81001000.390.39。转换时间：转换时间：完成一次完成一次a/da/d转换所需的时间；转换所需的时间；23234.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道na/da/d转换实现方法转换实现方法u计数比较法：计数比较法：器件简单、价格便宜，转换速器

27、件简单、价格便宜，转换速度慢，较少采用；度慢，较少采用；u双斜率积分法：双斜率积分法：器件转换速度较慢，但精度器件转换速度较慢，但精度高，时有采用；高，时有采用；u逐次逼近法：逐次逼近法：对速度和精度兼顾性好，在对速度和精度兼顾性好，在1616位以下位以下a a/d/d转换器中广泛使用；转换器中广泛使用；2424nadc0809adc0809：8 8位逐次逼近式位逐次逼近式a/da/d转换器转换器。具有具有8 8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进行行a/da/d转换，得到转换，得到8 8位二进制数字量。位二进制数字量。4.2 4.2

28、 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道主要性能主要性能分辨率为分辨率为 8 8位；位；转换时间为转换时间为100100s s左右；左右；电源电压：电源电压：6.5v6.5v模拟输入电压范围为模拟输入电压范围为0 05v5v，对应，对应a a/d /d 转换值为转换值为0000h hffffh h；内部带内部带 8 8 路模拟开关，可以输入路模拟开关，可以输入8 8 路模拟信号；路模拟信号；有输出锁存功能；有输出锁存功能；时钟频率时钟频率640k640khhz z2525adc0809adc0809逻辑结构逻辑结构4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道u在在

29、startstart上收到一个启动转换命令后开始转换。转换时间上收到一个启动转换命令后开始转换。转换时间100s100s左右。转左右。转换结束后，换结束后，eoceoc由低变高，通知由低变高，通知cpucpu读数据。读数据。u由由8 8路模拟开路模拟开关、地址锁存与关、地址锁存与译码器、译码器、8 8位逐位逐次逼近式次逼近式a/da/d转转换器、输出缓冲换器、输出缓冲器组成。器组成。u通道选择信号通道选择信号addaadda、addbaddb、addcaddc用于在用于在8 8个输入通道中选个输入通道中选择一个。择一个。ua/da/d转换器将转换器将输入的模拟信号输入的模拟信号转换为转换为8

30、8位二进位二进制数。制数。26264.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道8 8位位a/da/d转换器转换器adc0809adc0809uadc0809adc0809的量化单位：的量化单位：128)()(refrefvvq通常基准电压通常基准电压 =5.12v=5.12v， =0v=0v，此时，此时)(refv)(refv如如 =2.5v=2.5v时，则转换结果为？时，则转换结果为？inv例题例题2 2：)(201012012. 538mvq12520105 . 23qvdin01111101b27274.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道na

31、/da/d转换器到微机的接口转换器到微机的接口uadc0809与系统总线的连接与系统总线的连接模拟量输入接基准电压8位数字量输出结果，接dbin0in1in7vref(+)vref(-)gndclockalestartoutputenableeocaddaaddbaddcd0d7分频clock&wrm/iord译码器通道地址线通道地址线addaadda、addbaddb、addcaddc分别接到数据总线低三位上。分别接到数据总线低三位上。adc0809adc0809的时的时钟频率为钟频率为640khz640khz，微机的时钟频率为，微机的时钟频率为5mhz5mhz或更高，需要分频。或更

32、高，需要分频。地址总线地址线通过译码器地址线通过译码器输出端作为片选信输出端作为片选信号。以号。以m/-iom/-io、- -wrwr以及地址译码以及地址译码输出信号作为启动输出信号作为启动信号信号startstart和地址和地址锁存信号锁存信号aleale。以。以m/-iom/-io、-rd-rd以及以及地址译码输出信号地址译码输出信号作为作为output output enableenable信号信号接8259a4.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道na/da/d转换器到微机的接口转换器到微机的接口n例如：例如：假设假设adc0809adc0809的端口地址为的端

33、口地址为portctportct，要把，要把3 3通道的通道的模拟量转换成数字量送到模拟量转换成数字量送到alal寄存器，程序如下：寄存器，程序如下：startstart： mov almov al，03h03h out portct out portct，al al ；送通道地址送通道地址 call delay call delay ；调用延时子程序，转换时间为调用延时子程序，转换时间为100s100s左右左右 in alin al， protct protct ；读取转换的数字量读取转换的数字量29294.2 4.2 模拟量输入接口与过程通道模拟量输入接口与过程通道nadc0809adc0

34、809通过通过82558255连接到连接到80868086adc0809adc0809转换结果送入转换结果送入8255a8255a的端口的端口a a；通道地址线；通道地址线addaadda、addbaddb、addcaddc分别接到分别接到pcpc0，pcpc1，pcpc2；pcpc3作为启动信号作为启动信号startstart和地址锁存和地址锁存信号信号aleale；pcpc7作为转换结束作为转换结束eoceoc信号和信号和output enableoutput enable信号信号30304.3.1 4.3.1 模拟量输出通道的组成模拟量输出通道的组成u模拟量输出通道的作用模拟量输出通道的

35、作用是将计算机输出的数字量转换成模拟电是将计算机输出的数字量转换成模拟电压或模拟电流，以便驱动相应的执行机构，达到控制目的。压或模拟电流，以便驱动相应的执行机构，达到控制目的。是实是实现控制输出的关键。现控制输出的关键。4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道计算机控制系统计算机控制系统31314.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道n模拟量输出通道的结构形式模拟量输出通道的结构形式 d/ad/a转换后的信号是转换后的信号是离散的模拟信号离散的模拟信号。由于实际上的执行部件。由于实际上的执行部件往往要求往往要求连续的模拟信号连续的模拟信号，这样就

36、需要有，这样就需要有输出保持器输出保持器。输出保持器。输出保持器可以使本次输出的控制信号在新的控制信号来到之前维持不变，从可以使本次输出的控制信号在新的控制信号来到之前维持不变，从而而将离散的模拟信号变为连续的模拟信号将离散的模拟信号变为连续的模拟信号。u输出保持器有数字保持方案和模拟保持方案两种，决输出保持器有数字保持方案和模拟保持方案两种，决定了模拟量输出通道的两种结构形式。定了模拟量输出通道的两种结构形式。 模拟量输出通道依据输出保持器的构成方式分为模拟量输出通道依据输出保持器的构成方式分为数数字保持和模拟保持字保持和模拟保持两种基本结构形式。两种基本结构形式。nd/ad/a转换器：转换

37、器：把数字量转换为模拟量的装置，是模拟量把数字量转换为模拟量的装置，是模拟量输出装置的重要组成部分。输出装置的重要组成部分。32324.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4.3.2 d/a4.3.2 d/a转换器及其接口技术转换器及其接口技术nd/ad/a转换器转换器ud/ad/a转换器是将转换器是将数字量数字量转换成转换成模拟量模拟量的装置，的装置，是模拟量输出通道的重要组成部分；是模拟量输出通道的重要组成部分；ud/ad/a转换器根据输出模拟量的形式分为转换器根据输出模拟量的形式分为电压电压型和电流型型和电流型两种；两种；u技术指标：技术指标：分辨率、转换精度、建

38、立时间、分辨率、转换精度、建立时间、线性误差等。线性误差等。33334.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道nd/ad/a转换器技术指标转换器技术指标u分辨率分辨率：用：用d/ad/a转换器输入二进制数的位数来表示转换器输入二进制数的位数来表示，如，如8 8位、位、1010位、位、1212位等。分辨率为位等。分辨率为n n位，表示位，表示d/ad/a转换器输入二进制数的最低有效位转换器输入二进制数的最低有效位lsblsb与满量程输出的与满量程输出的1/21/2n n相对应；相对应；u稳定时间：稳定时间：指输入数字信号的变化为满量程时，其输出达到稳定指输入数字信号的变化为

39、满量程时，其输出达到稳定( (一一般稳定到与终值相差般稳定到与终值相差0.5lsb0.5lsb的模拟量范围的模拟量范围) )所需的时间，也称转换时所需的时间，也称转换时间或建立时间，一般为几个间或建立时间，一般为几个ss；u输出方式：输出方式：电平输出电平输出(510v(510v之间之间) )；电流输出；电流输出(20ma3a(20ma3a之间之间) )；u线性误差：线性误差：在满量程范围内转换结果偏离理想转换特性的最大误差；在满量程范围内转换结果偏离理想转换特性的最大误差；常用常用lsblsb的分数表示，如的分数表示，如0.5lsb 0.5lsb 。34344.3 4.3 模拟量输出接口与过

40、程通道模拟量输出接口与过程通道分辨率为分辨率为8 8位；位；单 一 电 源 供 电单 一 电 源 供 电(5(515v)15v)；基准电压基准电压v vrefref工工作范围作范围-10-10+10v+10v；ndac0832:dac0832:美国数据公司的美国数据公司的8 8位双缓冲位双缓冲d/ad/a转换器转换器dd0 0-d-d7 7为数据输入线；为数据输入线；ileile为数据允许信号。为数据允许信号。-cs-cs输入寄存器片选信号，输入寄存器片选信号，低电平有效；低电平有效；-wr-wr1 1为输入寄存器写选通信号，低有效；为输入寄存器写选通信号，低有效；-wr-wr2 2为为dac

41、dac寄寄存器写选通信号，低有效；存器写选通信号，低有效；-xfer-xfer为数据传送信号，为数据传送信号，i iout1out1和和i iout2out2为电为电流输出线。流输出线。v vcccc为电源输入线；为电源输入线；r rf f为反馈信号输入线。为反馈信号输入线。35354.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道ndac0832dac0832u美国数据公司的美国数据公司的8 8位双缓冲位双缓冲d/ad/a转换器转换器dac0832dac0832的逻辑图的逻辑图：didi0 0-di-di7 7为数据输入线；为数据输入线；ileile为数据允许信号。为数据允许信

42、号。- -cscs输入寄存器片选信号，低电平有效；输入寄存器片选信号，低电平有效；-wr-wr1 1为输入寄存器写选通信号，为输入寄存器写选通信号，低有效；低有效；-wr-wr2 2为为dacdac寄存器写选通信号，低有效；寄存器写选通信号，低有效；-xfer-xfer为数据传送为数据传送信号，信号，i iout1out1和和i iout2out2为电流输出线。为电流输出线。v vcccc为电源输入线；为电源输入线；r rfbfb为反馈信号为反馈信号输入线。输入线。数数据据输输入入线线ile=1ile=1，-cs=0-cs=0，- -wrwr1 1=0=0时，在时，在-le-le1 1产产生正

43、脉冲，负跳变将数生正脉冲，负跳变将数据线上的信息存入输入据线上的信息存入输入寄存器寄存器-xfe=0-xfe=0，-wr-wr2 2=0=0时，时，在在-le-le2 2产生正脉冲，负产生正脉冲，负跳变将输入寄存器内容跳变将输入寄存器内容存入存入dacdac寄存器寄存器 d/a d/a转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，拟电压信号，可通过在两个电流输出端接上可通过在两个电流输出端接上一个高输入一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过运放的反馈电阻可通过rfbrfb端引用片内固有电阻，也可外接。端引

44、用片内固有电阻，也可外接。dac0832dac0832逻辑输入满逻辑输入满足足ttlttl电平，可直接与电平，可直接与ttlttl电路或微机电路连接。电路或微机电路连接。 根据对根据对dac0832dac0832的数据输入寄存器和的数据输入寄存器和dacdac寄存器寄存器的不同的控制方式，的不同的控制方式，dac0832dac0832有三种工作方式：有三种工作方式：直通方直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。式、单缓冲方式和双缓冲方式。 8.6 a/d8.6 a/d与与d/ad/a转换器转换器3737ndac0832dac0832的三种工作方式的三种工作方式1 1）单缓冲方式）单缓冲方式2 2）双

45、缓冲方式）双缓冲方式3 3）直通方式）直通方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。方法是可适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。方法是可以以只用输入寄存器而把只用输入寄存器而把dacdac接成直通方式。接成直通方式。适用于多个适用于多个dac0832dac0832同时输出的情形。方法是分别使这些同时输出的情形。方法是分别使这些dac0832dac0832的的输入寄存器接收数据，再控制这些输入寄存器接收数据，再控制这些dac0832dac0832同时传送数据到同时传送数据到dacdac寄存器寄存器以实现多个以实现多个d/ad/a转换同步输出。转换同步输出。数据不

46、通过缓冲器，数据不通过缓冲器，即即-wr-wr1 1，-wr-wr2 2，-xfer-xfer，-cs-cs均接地，均接地，ileile接高电接高电平。平。此时必须通过此时必须通过i/oi/o接口与接口与cpucpu相连，以配合相连，以配合cpucpu与与d/ad/a的转换。的转换。8.6 a/d8.6 a/d与与d/ad/a转换器转换器1 1）双缓冲方式：）双缓冲方式：此时对此时对le1le1和和le2le2分别控制。对每个分别控制。对每个dacdac，在数据同步输出时，先令在数据同步输出时，先令-wr1-wr1、-cs-cs和和ileile有效，把多个数据有效，把多个数据分别存入各自的输入

47、寄存器。再同时令所有分别存入各自的输入寄存器。再同时令所有dacdac的的-wr2-wr2和和- -xrefxref有效。有效。8.6 a/d8.6 a/d与与d/ad/a转换器转换器-cs-cs受控，影响受控，影响le1le1；进而影响；进而影响8 8位输入寄存器；位输入寄存器；-xfer-xfer受控，影受控，影响响le2le2，进而影响，进而影响8 8位位dacdac寄存器。寄存器。2 2）直通方式：）直通方式：所有控制信号接成有效形式。前级带数据锁存器所有控制信号接成有效形式。前级带数据锁存器 -cs=-wr1=-wr2=-xref=0-cs=-wr1=-wr2=-xref=0，ile

48、=1ile=18.6 a/d8.6 a/d与与d/ad/a转换器转换器3 3）单缓冲方式：）单缓冲方式：只用输只用输入寄存器锁存数据，入寄存器锁存数据，le2le2部分直通，部分直通，可将可将wr2wr2、-xref-xref接地；接地；dacdac寄存器直通；寄存器直通；-cs-cs接地，接地， ileile接接+5v+5v， - -wr1wr1接地址线，受控，接地址线，受控，影响影响le1le1；进而影响；进而影响8 8位位输入寄存器。输入寄存器。 8.6 a/d8.6 a/d与与d/ad/a转换器转换器4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4141运算放大器实现

49、电流和电压的转换42424.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道ndac0832dac0832接口转换程序接口转换程序若若dac0832dac0832的的i/oi/o端口地址为端口地址为300h300h，则，则7fh7fh转换为模转换为模拟电压的拟电压的接口转换程序接口转换程序为：为：da8out： mov dxmov dx，300h300hmov almov al，7fh7fhout dxout dx，alalretret作业：模拟量输出通道设计作业：模拟量输出通道设计采用采用dac0832dac0832、运算放大器、运算放大器、cd4051cd4051、采样保持器等

50、元器件与、采样保持器等元器件与80868086总线总线工业控制机接口，设计工业控制机接口，设计8 8路模拟量输出系统，（路模拟量输出系统，（1 1）画出电路原理图；）画出电路原理图；dac0832dac0832单单缓冲方式连缓冲方式连8086cpu8086cpuncd4051cd4051：8 8通道多路开关，用来切换模拟电压信号。有三个二进制的控制输入端通道多路开关，用来切换模拟电压信号。有三个二进制的控制输入端a a、b b、c c和一个禁止输入端和一个禁止输入端inhinh。当。当inhinh为高电平时，为高电平时，8 8个通道均不通。个通道均不通。p29p29cd4051cd4051a

51、b cd2 d1 d0inhy1vdd vee+5vx0x1x7保持器保持器保持器v/iv/iv/ii0i1i7输出锁存允许输出锁存允许ileile接高电平；单缓冲方式下，让接高电平；单缓冲方式下，让-wr2-wr2、-xfer-xfer和模拟地、数字和模拟地、数字地一起接地，让地一起接地，让dacdac寄存器处于直通方式。寄存器处于直通方式。p7072p7072作业：模拟量输出通道设计作业：模拟量输出通道设计dout proc nearmov dx，300hmov cx，8mov bx，offset buffernext：mov al，bxout dx，alinc bxloop nextre

52、tdout endp（2 2）假设）假设dac0832dac0832端口地址为端口地址为300h300h，写出将内存数据段，写出将内存数据段buf0buf7buf0buf7这这8 8个连续单元中个连续单元中8 8个输出数据转换成模拟量的输出子程序个输出数据转换成模拟量的输出子程序。45454.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道4.3.3 4.3.3 应用应用d/ad/a转换器发生波形转换器发生波形n正向锯齿波正向锯齿波；160h160h为为d/ad/a转换器端口转换器端口；初值为初值为00h00h；往往d/ad/a转换器输出数据转换器输出数据；延迟调整锯齿波周期延迟调

53、整锯齿波周期4.3 4.3 模拟量输出接口与过程通道模拟量输出接口与过程通道n三角波三角波；160h160h为为d/ad/a转换器端口转换器端口；初值为初值为00h00h；往往d/ad/a转换器输出数据转换器输出数据；延迟调整三角波上升段周期延迟调整三角波上升段周期；不等于不等于0 0循环循环练练 习习采用采用dac0832dac0832和和pcpc总线工业控制机接口，请画出电路原总线工业控制机接口，请画出电路原理图，并编写产生三角波、锯齿波的程序理图，并编写产生三角波、锯齿波的程序4848练练 习习stksegment stackdw 32 dup(?)stk endscode segmen

54、tassume cs:code, ss:stkstart: mov dx, 600h ; 产生锯齿波产生锯齿波 mov al, 00haa1: out dx, al call delay inc al jmp aa1delay: push cx mov cx, 0010haa2: push ax pop ax loop aa2 pop cx retcode ends end start; 产生产生三角波三角波start: mov dx, 600h mov al, 00haa1: out dx, alcall delayinc aljz aa2jmp aa1aa2: dec aljz aa1ou

55、t dx,alcall delayjmp aa21212、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？、什么是串模干扰和共模干扰？如何抑制？1313、信号在长线中传输中会遇到哪些问题？如何抑制长线传输干扰？、信号在长线中传输中会遇到哪些问题？如何抑制长线传输干扰？1414、计算机控制系统的、计算机控制系统的cpucpu抗干扰措施有哪些？抗干扰措施有哪些？1515、地线有安全地和信号地，计算机控制系统中一般有哪几种地线？、地线有安全地和信号地，计算机控制系统中一般有哪几种地线？1616、系统误差，调零电路、系统误差，调零电路1717、标度变换：、标度变换：本章重点（二）本章重点（二）minminmaxm

56、inminmax)/()(ynnnxyyy线性变换线性变换2020、a/da/d转换器的字长选择转换器的字长选择)1 (logminmax2qxxn)11 (log02dn2121、d/ad/a转换器的字长选择转换器的字长选择)1 (logminmax2uun50504.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术u干扰：干扰：有用信号以外的噪声或破坏设备正常工作的因有用信号以外的噪声或破坏设备正常工作的因素；素；u外部干扰：外部干扰：由外界环境因素决定，与系统结构无关；由外界环境因素决定，与系统结构无关；空间电磁、环境温度、湿度、气体、粉尘等的影响空间电磁、环境温度、湿度、气体、粉尘等的影响u内部干扰：

57、内部干扰：由系统内部结构、部件及制造工艺决定；由系统内部结构、部件及制造工艺决定；分布电容电感耦合感应、电磁场辐射感应、长线传输波反射、分布电容电感耦合感应、电磁场辐射感应、长线传输波反射、多点接地电位差、寄生振荡、元器件噪声多点接地电位差、寄生振荡、元器件噪声u硬件抗干扰：硬件抗干扰：效率高，但增加系统设备投资及设备体效率高，但增加系统设备投资及设备体积；积；u软件抗干扰：软件抗干扰：投资低，但以投资低，但以cpucpu的开销为代价，降低的开销为代价，降低系统工作效率；系统工作效率；51514.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术4.4.1 4.4.1 过程通道抗干扰技术（过程通道抗干扰技术（串

58、模干扰串模干扰+ +共模干扰共模干扰）n1 1 串模干扰串模干扰u串模干扰就是叠加在被测信号上的干扰信号，串模干扰就是叠加在被测信号上的干扰信号，也称为常态干扰也称为常态干扰52524.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术n2 2 共模干扰共模干扰u共模干扰是指模共模干扰是指模/ /数转换器两个输入端公有的干数转换器两个输入端公有的干扰信号，也称为共态干扰扰信号，也称为共态干扰u被测信号到检测设备两个输入端上公有的干扰被测信号到检测设备两个输入端上公有的干扰信号。信号。被测信号被测信号u us s的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往的参考接地点和计算机输入信号的参考接地点之间往往存在一

59、定的电位差存在一定的电位差u ucmcm。对于对于a/da/d转换器的两个输入端，分别有转换器的两个输入端，分别有u us s+u+ucmcm和和u ucmcm两个输入信号。两个输入信号。u ucmcm是共模干扰电压。是共模干扰电压。53534.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术双绞线：双绞线：100200100200欧欧同轴电缆：同轴电缆：5010050100欧欧n3 3 长线传输干扰长线传输干扰信号在长线中传输的问题信号在长线中传输的问题：1 1）易受外界干扰；）易受外界干扰；2 2）具有信号）具有信号延时；延时；3 3）高速度变化的信号长线传输时，还会出现波反射）高速度变化的信号长线传输时

60、，还会出现波反射现象。现象。波阻抗波阻抗：由分布电容：由分布电容c c0 0和分布电感和分布电感l l0 0决定的传输线特性阻抗决定的传输线特性阻抗波阻抗 计算公式n长线传输干扰的抑制方法：阻抗匹配长线传输干扰的抑制方法：阻抗匹配为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的为了进行阻抗匹配，必须事先知道传输线的波阻抗波阻抗r rp p。54544.4 4.4 抗干扰技术抗干扰技术n波反射抑制方法：阻抗匹配波反射抑制方法：阻抗匹配u采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配可消除长线传输采用终端阻抗匹配或始端阻抗匹配可消除长线传输中的波反射或将其抑制到最低限度中的波反射或将其抑制到最低限度最简单的终端匹配方法：如果传输线