计算机控制02过程输入输出技术

1、 1 第第2章章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术微型计算机控制系统的过程输入输出技术过程输入输出通道概述过程输入输出通道概述2.1模拟量输入通道模拟量输入通道2.2模拟量输出通道模拟量输出通道2.3数字量输入输出通道数字量输入输出通道2.4脉冲量输入通道脉冲量输入通道2.5 2 第第2章章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术微型计算机控制系统的过程输入输出技术过程输入输出通道概述过程输入输出通道概述2.1模拟量输入通道模拟量输入通道2.2模拟量输出通道模拟量输出通道2.3数字量输入输出通道数字量输入输出通道2.4脉冲量输入通道脉冲量输入通道2.5 3 过程输入输出通道的组成和功能过程输

2、入输出通道的组成和功能什么是过程输入输出通道？什么是过程输入输出通道？在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将生产现场在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字计算机能够接受的形式，计算机经过计的各种被测参数转换成数字计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理后的结果还须变换成适合于对生产进行控制的信号量。这算、处理后的结果还须变换成适合于对生产进行控制的信号量。这个个在计算机和生产过程之间传递和变换信息的装置在计算机和生产过程之间传递和变换信息的装置称为输入输出过称为输入输出过程通道程通道 过程输入输出通道的组成过程输入输出通道的组成模拟量输

3、入通道模拟量输入通道 模拟信号模拟信号数字信号数字信号计算机计算机模拟量输出通道模拟量输出通道 数字控制信号数字控制信号模拟信号模拟信号执行机构执行机构数字量输入通道数字量输入通道 开关信号开关信号计算机计算机数字量输出通道数字量输出通道 控制接受数字信号的执行机构和显示、指示装置控制接受数字信号的执行机构和显示、指示装置过程输入输出技术过程输入输出通道概述 4 计算机控制系统中信号变换与传递计算机控制系统中信号变换与传递 模拟信号模拟信号时间上和幅值上都连续的信号时间上和幅值上都连续的信号 离散模拟信号离散模拟信号时间上离散幅值上连续的信号时间上离散幅值上连续的信号 数字信号数字信号时间上离

4、散，幅值也离散的信号时间上离散，幅值也离散的信号 采样采样将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程将模拟信号抽样成离散模拟信号的过程 量化量化采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号采用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号过程输入输出技术过程输入输出通道概述 5 模拟量输入通道模拟量输入通道(AI通道通道)的一般结构的一般结构过程输入输出技术过程输入输出通道概述 过程参数由传感原件和变送器测量并转换为电压过程参数由传感原件和变送器测量并转换为电压(或电流或电流)形式后送至多路采样开关形式后送至多路采样开关 由多路采样开关将各个过程参数依次的切换到后级，进行放大、采样和

5、由多路采样开关将各个过程参数依次的切换到后级，进行放大、采样和A/D转换转换 6 模拟量输出通道模拟量输出通道(AO通道通道)的一般结构的一般结构过程输入输出技术过程输入输出通道概述 多多D/A结构结构 D/A转换器实现了数字信号到模拟信号的转换和信号保持转换器实现了数字信号到模拟信号的转换和信号保持(数字保持数字保持) 共享共享D/A结构结构 D/A转换器实现数字信号到模拟信号的转换，保持功能由采样保持器完成转换器实现数字信号到模拟信号的转换，保持功能由采样保持器完成(模拟保持模拟保持) 7 数字量输入通道数字量输入通道(DI通道通道)的一般结构的一般结构过程输入输出技术过程输入输出通道概述

6、 信号变换器信号变换器 非电量数字量非电量数字量电压或者电流的双值逻辑值电压或者电流的双值逻辑值 输入调理电路输入调理电路 整形变换电路：非理想信号整形变换电路：非理想信号接近理想的方波或者矩形波接近理想的方波或者矩形波相应形状的脉冲信号相应形状的脉冲信号 电平变换电路：输入的双值逻辑电平电平变换电路：输入的双值逻辑电平与微型计算机兼容的逻辑电平与微型计算机兼容的逻辑电平 总线缓冲器总线缓冲器 暂存数字量信息并实现与微型计算机数据总线的连接暂存数字量信息并实现与微型计算机数据总线的连接 接口逻辑电路接口逻辑电路 协调各通道同步工作，向微型计算机传递状态信息并控制数字量的输入和输出协调各通道同步

7、工作，向微型计算机传递状态信息并控制数字量的输入和输出 又称开关量输入通道，其任务是将被控对象的开关状态信号又称开关量输入通道，其任务是将被控对象的开关状态信号(或数字信号或数字信号)送给微型计送给微型计算机、或把双值逻辑的开关量变换为微型计算机能够接收的数字量送给微型计算机算机、或把双值逻辑的开关量变换为微型计算机能够接收的数字量送给微型计算机 8 数字量输出通道数字量输出通道(DO通道通道)的一般结构的一般结构过程输入输出技术过程输入输出通道概述 锁存输出部件锁存输出部件 锁存微型计算机输出的数据或者控制信号，供外部设备使用锁存微型计算机输出的数据或者控制信号，供外部设备使用 输出调理电路

8、输出调理电路 (属于部分属于部分) 隔离部件：防止干扰隔离部件：防止干扰 功放部件：微型计算机输出的微弱数字信号功放部件：微型计算机输出的微弱数字信号能对生产过程进行控制的驱动信号能对生产过程进行控制的驱动信号 其任务是将微型计算机输出的数字信号其任务是将微型计算机输出的数字信号(或开关信号或开关信号)传送给开关型的执行机构传送给开关型的执行机构(如继电如继电器或者指示灯等器或者指示灯等)，控制它们的断，控制它们的断/通或者亮通或者亮/灭灭 9 第第2章章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术微型计算机控制系统的过程输入输出技术过程输入输出通道概述过程输入输出通道概述2.1模拟量输入通道模拟量

9、输入通道2.2模拟量输出通道模拟量输出通道2.3数字量输入输出通道数字量输入输出通道2.4脉冲量输入通道脉冲量输入通道2.5 10 信号的采样信号的采样过程输入输出技术模拟量输入通道信号变换 11 信号的采样信号的采样理想采样理想采样 当当 T 时，可以认为采样瞬时完成，即时，可以认为采样瞬时完成，即=0，于是，于是 采样开关以采样开关以 T为为周期闭合并瞬时断开，由此形成一个单位脉冲序列，用周期闭合并瞬时断开，由此形成一个单位脉冲序列，用 表示，连表示，连续信号续信号 f(t) 的采样，相当于的采样，相当于 f(t) 与与 相乘，即：相乘，即： 理想采样的特点是每隔理想采样的特点是每隔T秒出

10、现一次，并且满足：秒出现一次，并且满足：采样定理采样定理 T 的大小，决定了采样信号保留了多少原信号的信息和特征，我们的大小，决定了采样信号保留了多少原信号的信息和特征，我们不加证明的给出香农采样定理：不加证明的给出香农采样定理：若连续信号若连续信号(包括噪声干扰在内包括噪声干扰在内) f(t) 中中所含频率分量的最高频率为所含频率分量的最高频率为max ，若采样频率若采样频率s2max，则可从采样信，则可从采样信号号 f*(t) 中不失真的恢复原连续信号。中不失真的恢复原连续信号。实际应用中，常取实际应用中，常取 s (510)max( )Tt过程输入输出技术模拟量输入通道信号变换0( )(

11、 )()(2 )()TktttTtTtkT( )Tt*0( )( )( )(0) ( )( ) ()() ()Tkftf ttftf TtTf kTtkT*()()fkTf kT 12 信号的量化与编码信号的量化与编码为什么要进行信号的量化？为什么要进行信号的量化？采样信号在时间轴上离散，但在函数轴上连续，而微型计算机只能采样信号在时间轴上离散，但在函数轴上连续，而微型计算机只能接受时间离散且幅值不连续的信号，故需要进行信号的量化接受时间离散且幅值不连续的信号，故需要进行信号的量化信号的量化信号的量化所谓量化，就是先确定一组离散的电平值，然后按照某种近似的方所谓量化，就是先确定一组离散的电平值

12、，然后按照某种近似的方式将输出的模拟电压值归并到相应的离散电平，亦即式将输出的模拟电压值归并到相应的离散电平，亦即模拟信号取值模拟信号取值的离散化，的离散化，在量化过程中所确定的一组离散的电平称为在量化过程中所确定的一组离散的电平称为量化电平量化电平，幅度最小的那个非零量化电平的绝对值被称为幅度最小的那个非零量化电平的绝对值被称为量化单位量化单位(数字输入量数字输入量的最低有效位的最低有效位LSB所对应的模拟值所对应的模拟值)，而其他量化电平均为量化单位，而其他量化电平均为量化单位的整数倍，可以表示为的整数倍，可以表示为Nq，量化单位，量化单位信号的编码信号的编码将量化电平将量化电平Nq中的中

13、的N用二进制代码来表示，用二进制代码来表示，n位编码可以表示位编码可以表示2n个量个量化电平，对于单极性的模拟信号，一般采用无符号的自然二进制码化电平，对于单极性的模拟信号，一般采用无符号的自然二进制码过程输入输出技术模拟量输入通道信号变换maxmin2nyyq 13 信号的量化与编码信号的量化与编码量化与编码的形式量化与编码的形式字长为字长为n的的A/D转换器将转换器将yminymax内的采样信号转换为数字内的采样信号转换为数字02n-1只舍不入：量化误差为只舍不入：量化误差为LSB (只能为正只能为正)四舍五入：量化误差为四舍五入：量化误差为0.5LSB (可以正负可以正负)数字量的最大值

14、数字量的最大值(全全1或者满码或者满码)所能表示的所能表示的最大数值最大数值为为VFS(1-2-n)过程输入输出技术模拟量输入通道信号变换 14 信号的量化与编码信号的量化与编码例题：以自然二进制码的例题：以自然二进制码的3位位A/D转换器来说明两种量化方式，假设采样转换器来说明两种量化方式，假设采样 值的变化范围是值的变化范围是08V，于是，于是q=8/23=1V，8个量化电平为个量化电平为0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7V (1) 只舍不入，无论只舍不入，无论VIN=5.1V还是还是VIN=5.9V，均被归并为，均被归并为5q，编码，编码 均为均为101；该方法最大量化误差近似

15、为；该方法最大量化误差近似为q (2) 四舍五入，若四舍五入，若VIN=5.49V则归并为则归并为5q，编码为，编码为101, 若若VIN=5.50V 则归并为则归并为6q，编码为，编码为110；该方法最大量化误差为；该方法最大量化误差为0.5q过程输入输出技术模拟量输入通道信号变换 15 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标分辨率分辨率衡量衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变换程度的技术指标，分辨率转换器分辨输入模拟量最小变换程度的技术指标，分辨率用数字量的位数用数字量的位数(字长字长)来表示，如来表示，如8位、位、12位、位、16位等，表示它能对位等，表示它能对满量程输入满量程输

16、入VFS的的1/2n的增量作出反应的增量作出反应转换时间转换时间A/D转换器完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间转换器完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间线性误差线性误差A/D转换器的理想转换特性应当是线性的，但实际转换特性并非如转换器的理想转换特性应当是线性的，但实际转换特性并非如此。在满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差定义为线此。在满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差定义为线性误差，通常用性误差，通常用LSB的分数表示的分数表示过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 16 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标习题：选用自然二进制码的习题：选用自然二进制码

17、的4位位A/D转换器，假设满量程电压转换器，假设满量程电压VFS=16V， 如果此时如果此时VIN=9.8V，分别计算采用只舍不入法和四舍五入法所得，分别计算采用只舍不入法和四舍五入法所得 到的编码结果。到的编码结果。 设被测温度变化范围为设被测温度变化范围为201200,如果要求测量误差不超过如果要求测量误差不超过 0.4,应选用分辨率为多少位的应选用分辨率为多少位的A/D转换器？转换器？ 过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 17 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器的转换原理转换器的转换原理 该种转换器的原理与天平的称重的原理相似。若某天平具有该种转换器的原理与天平的称重的原理相似。若

18、某天平具有32, 16, 8, 4, 2和和1克等克等6种砝码，若物体重量为种砝码，若物体重量为27克。称量从最重的砝码试起，过克。称量从最重的砝码试起，过程如下表所示。程如下表所示。 则物体的重量为则物体的重量为M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27g过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 18 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器的转换原理转换器的转换原理(1) 初始化：初始化：SAR和输出缓冲器清零，和输出缓冲器清零，D/A输出为零输出为零(2) 预测数据送往预测数据送往D/A，转换成电压，转换成电压V0(3) 将输入模拟电压将输入模拟电压Vi与与V0相

19、比较，若相比较，若ViV0，则保留；否则清除，则保留；否则清除(4) 由高位到低位，逐位确定该位是由高位到低位，逐位确定该位是0还是还是1过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 19 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器的转换原理转换器的转换原理例题：设有例题：设有8位逐次逼近式位逐次逼近式A/D转换器，转换器，D/A转换器的基准电压转换器的基准电压REF=10V， 如果此时输入模拟量如果此时输入模拟量VIN=6.84V，则所得编码结果为多少？，则所得编码结果为多少？ (1) 第一个第一个CP, D7D0=10000000, V0=5V, VINV0, D7=1 (2) 第二个第二个CP, D

20、7D0=11000000, V0=7.5V, VINV0, D5=1 如此继续，得到最终转换结果如此继续，得到最终转换结果D7D0 为为10101111 过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 20 并行比较式并行比较式A/D转换器的转换原理转换器的转换原理过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 21 双斜积分式双斜积分式A/D转换器的转换原理转换器的转换原理过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 22 8位位A/D转换器转换器ADC0809的结构图的结构图过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 23 8位位A/D转换器转换器ADC0809的引脚的引脚过程输入输出技术模拟量输入

21、通道A/D转换器VIN0VIN7：8路模拟输入。允许路模拟输入。允许8路模拟量分时输入，共用一个路模拟量分时输入，共用一个A/D转换器。转换器。ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁存：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁存3位通道选择信号。位通道选择信号。A.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为高电平时选择对应通道。为高电平时选择对应通道。START：启动：启动A/D转换信号，输入，正脉冲有效。上升沿时将逐次逼近寄存器清转换信号，输入，正脉冲有效。上升沿时将逐次逼近寄存器清 零，下降沿时启动零，下降沿时启动A/D转换。转换。E

22、OC：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。A/D转换时为低电平，其余时刻低电平。转换时为低电平，其余时刻低电平。OE：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：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。DO0DO7：8位数字量输出。位数字量输出。 DO0为最低位，为最低位， DO7为最高位。由于有三态输出锁为最高位。由于有三态输出锁 存，可与主机数据总线直接相连。存，可与主机数据总线直接相连。CLOCK：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为：外部

23、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。VREF+，VREF-：基准电压源正、负端。：基准电压源正、负端。Vcc：工作电源，：工作电源， 5V。GND：电源地。：电源地。 24 8位位A/D转换器转换器ADC0809的主要性能的主要性能过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器(1) 分辨率为分辨率为8位位(2) 转换时间为转换时间为100s(3) 线性误差为线性误差为LSB(4) 通常基准电压通常基准电压VREF(+)=5.12V, VREF(-)=0V(5) 量化单位量化单位q=20mV, 转换结果转换结果D=VIN(mV)/q(mV)(6)

24、5V电源供电，电源供电，Vcc(+5V)和和GND(0V)分别为工作电源和电源分别为工作电源和电源地地(7) 数据有三态输出能力，易于与微机相连，也可独立使用数据有三态输出能力，易于与微机相连，也可独立使用 25 8位位A/D转换器转换器ADC0809的转换时序的转换时序过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 26 8位位A/D转换器转换器ADC0809的工作流程的工作流程过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 首先首先ALE的上升沿将地址代码锁存、译码后选通模拟开关的上升沿将地址代码锁存、译码后选通模拟开关中的某一路，使该路模拟量进入到中的某一路，使该路模拟量进入到A/D转换器中。同

25、时转换器中。同时START 的上升沿将逐次逼近寄存器的上升沿将逐次逼近寄存器SAR清零，该上升沿之后的清零，该上升沿之后的2s加加8个时钟周期内个时钟周期内(不定不定)，转换结束信号，转换结束信号EOC即变为低电平，以指即变为低电平，以指示转换正在进行，且示转换正在进行，且START的下降沿起动的下降沿起动A/D转换，即在时钟转换，即在时钟的作用下，逐位逼近过程开始，当转换结束后，的作用下，逐位逼近过程开始，当转换结束后，EOC恢复高电恢复高电平，此时，如果对输出允许平，此时，如果对输出允许OE输入一高电平命令，微处理器输入一高电平命令，微处理器收到变为高电平的收到变为高电平的EOC信号后，便

26、立即送出信号后，便立即送出OE信号，打开三信号，打开三态门，则可读出转换结果。态门，则可读出转换结果。 27 12位位A/D转换器转换器AD574A的结构图的结构图过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 28 12位位A/D转换器转换器AD574A的主要性能的主要性能过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器(1) 分辨率为分辨率为12位位(2) 转换时间为转换时间为25s(3) 线性误差为线性误差为1/2LSB或者或者LSB(等级不同等级不同)(4) 供电电源：供电电源：+5V， 15V(5) 启动转换方式：多个信号联合控制，属脉冲式启动转换方式：多个信号联合控制，属脉冲式(6) 输出方

27、式：具有多路方式的可控三态输出缓存器输出方式：具有多路方式的可控三态输出缓存器 29 A/D转换器的接口技术转换器的接口技术过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器待补充 30 ADC0809与与IBM PC总线采用查询法的接口总线采用查询法的接口过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 31 ADC0809与与IBM PC总线采用查询法的接口总线采用查询法的接口过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 ADC0809的的ADDC, ADDB, ADDA分别接到地址总线的分别接到地址总线的A2, A1, A0上，上，当图中的译码器的地址信号当图中的译码器的地址信号A7A3为为10000时

28、可以选中该时可以选中该ADC0809启动工启动工作，故作，故 IN0IN7 的端口地址为的端口地址为80H87H，同理，译码器连接的三态缓冲，同理，译码器连接的三态缓冲器的地址为器的地址为70H77H，连接，连接OE信号的地址为信号的地址为60H67H。 若采用查询法对模拟通道若采用查询法对模拟通道IN3进行进行A/D转换，且将转换结果存入转换，且将转换结果存入AL中，中，相应的程序段如下：相应的程序段如下： OUT 83H,ALWAIT:IN AL,70H TEST AL,01H JZ WAIT IN AL,60H 32 ADC0809与与IBM PC总线采用中断法的接口总线采用中断法的接口

29、过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 33 AD574A与与IBM PC总线的接口总线的接口过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器 34 AD574A与与IBM PC总线的接口总线的接口过程输入输出技术模拟量输入通道A/D转换器以上一页的硬件接口为基础，采集以上一页的硬件接口为基础，采集50个数据的程序如下：个数据的程序如下：POTRS EQU 90HPOTRH EQU 92HPOTRL EQU 93H MOV CX,32H MOV SI,0100HSTART: OUT PORTH,AL IN AL,PORTS AND AL,80H JNZ WAIT IN AL,PORTH MOV

30、SI,AL INC SI IN AL,PORTL MOV SI,AL INC SI DEC CX JNZ START 35 第第2章章 微型计算机控制系统的过程输入输出技术微型计算机控制系统的过程输入输出技术过程输入输出通道概述2.1模拟量输入通道2.2模拟量输出通道模拟量输出通道2.3数字量输入输出通道2.4脉冲量输入通道2.5 36 D/A转换器的基本思想转换器的基本思想过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代数字量是用代码按数位组合起来表示的，对于有权码，每位代码都有一定的权。为了将数字量转化成为模拟量，必须将每一位的码都有一定的

31、权。为了将数字量转化成为模拟量，必须将每一位的代码按其权的大小转换成为相应的模拟量，然后将这些模拟量相代码按其权的大小转换成为相应的模拟量，然后将这些模拟量相加，即可得与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字加，即可得与数字量成正比的总模拟量，从而实现数字模拟转模拟转换。这就是组成换。这就是组成D/A转换器的基本思想，转换器的基本思想，n 位位D/A转换器的方框图如转换器的方框图如下所示：下所示： 37 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 反向闭回路放大器反向闭回路放大器 假设这个闭回路放大器使用理想的运算放大器，则因为其开回路增益假设这个闭回

32、路放大器使用理想的运算放大器，则因为其开回路增益为无限大，所以运算放大器的两输入端为为无限大，所以运算放大器的两输入端为虚接地虚接地。又因为输入阻抗无限。又因为输入阻抗无限大，自大，自Vin到到V-之电流，等于之电流，等于V-到到Vout之电流，所以之电流，所以 -foutininRV=VR 38 倒倒T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 3031243240222222iREFREFiiDDVDDVI=+DRR3300442222fREFREiiiiiffFoiV =I R =RVVRDD=RR 39 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指

33、标过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 分辨率分辨率 分辨率用字长分辨率用字长n表示，数字输入量最低有效位的状态发生变化时所引表示，数字输入量最低有效位的状态发生变化时所引起的输出模拟电压的变化量起的输出模拟电压的变化量LSB为为VREF的的1/2n 建立时间建立时间 当当DAC输入的数字量发生变化的时候，输出的模拟量需经过一定的输入的数字量发生变化的时候，输出的模拟量需经过一定的时间才能达到其所对应的数值，一般将这段时间称为建立时间。通时间才能达到其所对应的数值，一般将这段时间称为建立时间。通常指输入数字量由全常指输入数字量由全0突变为全突变为全1(或者全或者全1突变成全突变成全0)开

34、始，到输出模开始，到输出模拟量进入到规定的误差范围内所用的时间，误差范围一般取拟量进入到规定的误差范围内所用的时间，误差范围一般取0.5LSB 线性误差线性误差 40 8位位D/A转换器转换器DAC0832的结构图的结构图过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 41 8位位D/A转换器转换器DAC0832的引脚的引脚过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器控制信号控制信号 ：数据锁存信号，为：数据锁存信号，为0时锁存器处于锁存状态，为时锁存器处于锁存状态，为1时锁存器处于直通状时锁存器处于直通状 态，锁存器中的数据态，锁存器中的数据Q随输入数据随输入数据D变化而变化变化而变化 ：片选信号

35、，低电平有效；：片选信号，低电平有效； ILE: 锁存允许信号，高电平有效锁存允许信号，高电平有效 : 输入锁存器的写信号，低电平有效输入锁存器的写信号，低电平有效 : 传送控制信号，低电平有效传送控制信号，低电平有效输入输出和其他信号输入输出和其他信号 DI0-DI7: 8位数字量输入，位数字量输入，DI0为最低位，为最低位，DI7为最高位为最高位 IOUTx：DAC输出电流输出电流1,2。当。当DAC锁存器中的数据为全锁存器中的数据为全1时，时， IOUT1输出最大值输出最大值 IFSR，当为全，当为全0时，时， IOUT1输出输出0。满足。满足IOUT1+ IOUT2= IFSR VRE

36、F：参考电压。：参考电压。DAC0382需要外接基准电压，在需要外接基准电压，在-10V+10V之间取值之间取值 VCC：工作电压。工作电压的范围是：工作电压。工作电压的范围是+5V+15V，最佳工作状态时用，最佳工作状态时用+15V DGND,AGND：数字地和模拟地：数字地和模拟地 Rfb：反馈电阻接出端。芯片内部已经集成了一个：反馈电阻接出端。芯片内部已经集成了一个15k的反馈电阻的反馈电阻RfbCSLE,11WR WRXFER 42 8位位D/A转换器转换器DAC0832的主要性能的主要性能过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器(1) 分辨率：分辨率：8位位(2) 转换时间：转换时

37、间：1us(3) 单电源：单电源：+5V+15V(4) 基准电压：基准电压：-10V+10V(5) 数据输入电平与数据输入电平与TTL电平兼容电平兼容 43 8位位D/A转换器转换器DAC0832的工作方式的工作方式过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器8位输入寄存器位输入寄存器 8位输入寄存器的锁存使能端由与门位输入寄存器的锁存使能端由与门1进行控制，当进行控制，当 为低电为低电平，平，ILE为高电平时，输入寄存器的输出为高电平时，输入寄存器的输出Q跟随输入跟随输入D。这三个信号。这三个信号中任意一个无效，例如中任意一个无效，例如 由低电平变成高电平时，则由低电平变成高电平时，则 变低，

38、变低，输入数据立刻被锁存。输入数据立刻被锁存。8位位DAC寄存器寄存器 8位位DAC寄存器的锁存使能端由与门寄存器的锁存使能端由与门3进行控制，当进行控制，当 二者二者均有效时，均有效时，DAC寄存器的输出寄存器的输出Q跟随输入跟随输入D，此后两者中任意一者变，此后两者中任意一者变高电平，则输入数据被锁存。例如若高电平，则输入数据被锁存。例如若 为低电平，则为低电平，则 的负的负脉冲能将输入寄存器中的数据传送到脉冲能将输入寄存器中的数据传送到DAC寄存器。数据送入寄存器。数据送入DAC寄寄存器后存器后1s(建立时间建立时间)，D/A转换结束，转换结束，IOUT1和和IOUT2稳定输出稳定输出

39、,1CS WR1WRLE2XFER,WRXFER2WR 44 8位位D/A转换器转换器DAC0832的工作方式的工作方式过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器双缓冲方式双缓冲方式 由于芯片内有两级数据寄存器，所以在双缓冲工作方式时，需要有由于芯片内有两级数据寄存器，所以在双缓冲工作方式时，需要有两级写操作。为此需要两个地址译码信号分别接到两级写操作。为此需要两个地址译码信号分别接到 端和端和 端，端，即需要两个不同的端口地址。至于即需要两个不同的端口地址。至于 可以一起接可以一起接CPU的的 信号。这种方式的优点是信号。这种方式的优点是DAC0832的数据接收和启动转换可以异步的数据接收和

40、启动转换可以异步进行，可以在进行，可以在D/A转换的同时，进行下一数据的接收，以提高模拟输转换的同时，进行下一数据的接收，以提高模拟输出通道的转换效率。更重要的是，多个模拟输出通道有可能同时进出通道的转换效率。更重要的是，多个模拟输出通道有可能同时进行行D/A转换，因此它特别适合需要多个模拟输出通道同时刷新转换，因此它特别适合需要多个模拟输出通道同时刷新(改变改变)输出的应用场合输出的应用场合单缓冲方式单缓冲方式 将将 接地接地(此时此时DAC寄存器直通寄存器直通)，ILE接接+5V，总线上的，总线上的I/O端口写信号作为端口写信号作为 ，接口地址译码信号作为，接口地址译码信号作为 ，数据，数

41、据D写入写入输入寄存器即可改变其模拟输出输入寄存器即可改变其模拟输出2XFER,WRCSXFER12WR ,WRIOW1WRCS 45 8位位D/A转换器转换器DAC0832的工作方式的工作方式过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 单极性输出和双极性输出单极性输出和双极性输出 VOUT1单极性输出单极性输出 (D为输入数字量，为输入数字量，VREF为基准电压为基准电压) VOUT2双极性输出双极性输出 当当D从从028-1， VOUT2从从-VREF + OUT182REFDVV 733OUT2OUT171222REFREFRRDVVVVRR77212REFV 46 12位位D/A转换器

42、转换器DAC1210的结构图的结构图过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 47 12位位D/A转换器转换器DAC1210的原理的原理过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 基本结构基本结构 DAC1210由两级缓冲寄存器组成，它和由两级缓冲寄存器组成，它和DAC0832的差别在于它是的差别在于它是12位数码输入，为了便于和位数码输入，为了便于和8位位MPU接口，它的第一级寄存器分成了接口，它的第一级寄存器分成了一个一个8位输入寄存器和一个位输入寄存器和一个4位输入寄存器，以便利用位输入寄存器，以便利用8位数据总线分位数据总线分两次将两次将12位数据写入位数据写入DAC芯片。这样芯片。

43、这样DAC1210内部有内部有3个寄存器，个寄存器，需要需要3个端口地址，为此，内部提供了个端口地址，为此，内部提供了3个个 信号的控制逻辑。信号的控制逻辑。 使用方法使用方法 由于输入数字码要分两次送入芯片，如果采用单缓冲方式由于输入数字码要分两次送入芯片，如果采用单缓冲方式(这时只能这时只能使使12位位DAC寄存器直通寄存器直通)，芯片将有短时间的不确定输出，因此，芯片将有短时间的不确定输出，因此DAC1210与与8位位MPU相接时必须工作在双缓冲方式下相接时必须工作在双缓冲方式下 两次写入数据的顺序，两次写入数据的顺序，一定要先写高一定要先写高8位到位到8位输入寄存器，后写低位输入寄存器

44、，后写低4位到位到4位输入寄存器位输入寄存器，原因是，原因是4位输入寄存器的位输入寄存器的 端只受端只受 控制，两次写入都使控制，两次写入都使4位寄存器的内容更新，而位寄存器的内容更新，而8位寄存器的写入与位寄存器的写入与否是可以受否是可以受 控制的控制的 LELE1CS,WR12BYTE /BYTE 48 D/A转换器的接口技术转换器的接口技术过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器待补充待补充 49 8位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口(单缓冲单缓冲)过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器(1) DAC0832工作在单缓冲方式，即当工作在单缓冲方式，即当 信号为低

45、电平时，对由数据线信号为低电平时，对由数据线 D0D7送来的数据直接进行送来的数据直接进行A/D转换；当转换；当 变高电平时，则此数据便变高电平时，则此数据便 被锁存在输入寄存器中，因此被锁存在输入寄存器中，因此D/A转换的输出电压转换的输出电压VO也保持不变也保持不变(2) DAC0832将输入的数字量转换成差动将输入的数字量转换成差动 的电流输出的电流输出( IOUT1和和 IOUT2)，经过运算，经过运算 放大器放大器 A ，将数字量转换后得到的输，将数字量转换后得到的输 出电流通过内部反馈电阻流到放大器出电流通过内部反馈电阻流到放大器 的输出端，若的输出端，若 VREF=-5V 将形成

46、单极性将形成单极性 电压输出电压输出0+5V，若，若 VREF=-10V 将形将形 成单极性输出成单极性输出0+10V (3) 若需要负电压输出，则需正基准电压若需要负电压输出，则需正基准电压(4) 两个电流输出端两个电流输出端 IOUT1 和和 IOUT2 应尽量应尽量 接近接近0电位，以保证输出电流的线性度电位，以保证输出电流的线性度CSIOW 50 8位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口(单缓冲单缓冲)过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器8位位D/A转换器工作在单缓冲方式下的转换程序框图如图所示。转换器工作在单缓冲方式下的转换程序框图如图所示。若若DAC0832

47、的口地址为的口地址为 210H，则将，则将8位二进制数位二进制数 7FH 转转换成模拟电压的转换程序如下：换成模拟电压的转换程序如下：MOV DX,210H;指向输入寄存器指向输入寄存器MOV AL,7FH;7FH为被转换的数据为被转换的数据OUT DX,AL;启动启动D/A转换转换HLTCS 51 8位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口(双缓冲双缓冲)过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器(1) DAC0832工作在双缓冲方式，工作在双缓冲方式，ILE接高电平，接高电平， 接接CPU的的 ， 和和 分别接两个不同的分别接两个不同的I/O地址译码信号。执行地址译码信号。执

48、行OUT指令时，指令时， 均变成低电平。于是均变成低电平。于是 可以先执行一条可以先执行一条OUT指令，选中指令，选中 端口，把数据写入输入寄存端口，把数据写入输入寄存 器；然后再执行第二条器；然后再执行第二条OUT指令，指令， 选中选中 端口，把输入寄存器端口，把输入寄存器 内容写入内容写入DAC寄存器，实现寄存器，实现 D/A 转换转换(2) 此框图适用于我们要在程序的控此框图适用于我们要在程序的控 制下，把要转换的数据先打入输制下，把要转换的数据先打入输 入寄存器，然后再在某个时刻启入寄存器，然后再在某个时刻启 动动 D/A转换。可以做到对某数据转换。可以做到对某数据 转换的同时接受下一

49、个数据输入转换的同时接受下一个数据输入,12WR WRIOW,12WR WRCSXFERCSXFER 52 8位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口(双缓冲双缓冲)假设假设DAC0832 的口地址为的口地址为320H， 的口地址为的口地址为 321H，8位位D/A转换器工作在双缓冲方式下的转换程序框图如图所示转换器工作在双缓冲方式下的转换程序框图如图所示MOV DX,320H;指向输入寄存器指向输入寄存器MOV AL,DATA;DATA为被转换的数据为被转换的数据OUT DX,AL;数据打入输入寄存器数据打入输入寄存器INC DX;指向指向DAC寄存器寄存器OUT DX,AL;

50、选通选通DAC寄存器，寄存器， ;启动启动D/A转换转换过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器CSXFER 53 12位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器 54 12位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口假设假设 3个地址分别为个地址分别为210H, 211H和和212H。若将。若将12位二位二进制数进制数3F4H转换为模拟电压，其转换程序为：转换为模拟电压，其转换程序为：MOV DX,210HMOV AL,3FH;送高送高8位数据位数据OUT DX,ALMOV DX,211HMOV AL,40H;送低送低4位数据位数据OUT DX,ALMOV DX,212HOUT DX,AL;12位数据进行位数据进行D/A转换转换HLT 过程输入输出技术模拟量输出通道D/A转换器,012Y Y Y 55 12位位D/A转换器与系统总线的接口转换器与系统总线的接口假设假设 3个地址分别为个地址分别为210H, 211H和和212H。若将存