第二章模拟量输入输出通道接口技术2012

1、第第2章模拟量输入输出通道接口技术章模拟量输入输出通道接口技术 模拟量输入（AI）通道：把从控制对象检测得到的时间连续模拟信号（如温度,压力,流量,液位等）(1-10V,4-20mA)变换成二进制的数字信号，然后经接口送入到计算机(检测通道) 模拟量输出（AO）通道：把从计算机输出的数字信号通过接口由它变换成相应的模拟量信号输出给控制对象(控制通道,连续调节阀) 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成 2.1.2多路开关8通道多路开关CD4051采样定理采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。2 2量化过程量化过程 量化过程：是用一组数码量化过程：是用一组数码(

2、如二进制码如二进制码)来逼近离散模拟信来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。号的幅值，将其转换成数字信号。 fmax：转换信号的最大值；：转换信号的最大值； fmin：转换信号的最小值；：转换信号的最小值； i：转换后二进制数的位数。：转换后二进制数的位数。 量化单位为：量化单位为：iffq2minmax足够的采样率下的采样结果足够的采样率下的采样结果 过低采样率下的采样结果过低采样率下的采样结果 香农（Shannon）采样定量：若信号的最高频率为fmax，只要采样频率f 2 fmax，采样信号就能唯一复现原信号。采样保持器采样保持器构成构成输入输出缓冲放大器输入输出缓冲放大器A1、A

3、2和采样开关和采样开关S、保持电容保持电容CH。工作过程工作过程采样期间，开关采样期间，开关S闭合，输入电压闭合，输入电压VIN通过通过A1对对CH快速充电，输出电压快速充电，输出电压VOUT跟随跟随VIN变化；保变化；保持期间，开关持期间，开关S断开，由于断开，由于A2的输入阻抗很高，理想情的输入阻抗很高，理想情况下电容况下电容CH将保持电压将保持电压VC不变，因而输出电压不变，因而输出电压VOUT=VC也保持恒定。也保持恒定。LF398典型应用连接图模拟量输入通道-+OA模拟输入Vx数字输出启动CKDONE控制逻辑N位寄存器N位D/A转换器Vc比较器逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器逻辑框图

4、转换器逻辑框图8 8位位A AD D转换器芯片转换器芯片ADc0809ADc08091212位位A AD D转换器芯片转换器芯片AD574AAD574A20VINMSBAGND 逐位 逼近寄存器 (SAR)8711115VDD272625242322212019181716 三态 输出 锁存缓冲器D7D6D5D4D3D2D1D0D11D10D9D82345620控制逻辑CS12/8A0R/CSTSEC D/A转换器 AD565A 10V基准电源10VINREF INREF OUTBIP OFVEEVCCDGND101213149LSB时钟电路比 较器+-10K5K5K8031和AD574的接口

5、.P0.7P0.0EAALEWRRDP1.03239313016171803174LS373D7D0Q0Q774LS00&123181714131516191282569347333435363738111115121013271426252021222324191617281826543978-15V+15V 模拟输入+5V增益补偿100 100D10D9D8D0D1D2D3D4D5D6D7D11CESTS12/8A0CSR/C10VINBIF OFFREF OUTREFINAGNDDGNDVssVcc20VINVL.AD574.注意事项注意事项: :在选择和使用在选择和使用A AD

6、 D转换器芯片时，除满足转换速度和分辨率转换器芯片时，除满足转换速度和分辨率要求之外，要注意要求之外，要注意A AD D转换器的连接特性，有以下几点：转换器的连接特性，有以下几点：（1 1）A AD D转换器芯片的转换启动信号是用电位启动还是脉转换器芯片的转换启动信号是用电位启动还是脉冲沿启动。冲沿启动。 (2(2）A AD D转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器来输出转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器来输出数字量。数字量。（3 3）输出数字量的形式，是二进制还是）输出数字量的形式，是二进制还是BCDBCD码。码。 注意事项注意事项: :（4 4）A AD D 转换结束的信号处理方法转换结束

7、的信号处理方法 (5(5）A AD D转换器参考电平的连接转换器参考电平的连接（6 6） A AD D转换器时钟的连接。转换器时钟的连接。 （7 7）接地问题）接地问题2.2模拟量输出通道参考电源模拟转换数字开关控制数字接口放大器D0. . Dn D/A转换器原理框图转换器原理框图电阻解码网络权电阻解码网络权电阻解码网络若：若： R0 = RR0 = R R1 = R/2 R1 = R/2 R2 = R/4 R2 = R/4 R3 = R/8 R3 = R/8 R7 = R/128 R7 = R/128从而从而:I0 = Vref:I0 = Vref/R/R I1 = 2 Vref I1 =

8、2 Vref/R/R I2 = 4 Vref I2 = 4 Vref/R/R I3 = 8 Vref I3 = 8 Vref/R/R I7 =128Vref/R I7 =128Vref/R + +I IIoutIoutR0R0R1R1R2R2R3R3R4R4R5R5R6R6R7R7开关控开关控制电路制电路加法器电路加法器电路D7D7D6D6D5D5D4D4D3D3D2D2D1D1D0D0VrefVrefDAC0832 D7 1 D6 1 D5 1 D4 1 D3 1 D2 1 D1 1 D0 1 VREF 1 IOUT2 1 IOUT1 1 VCC 1 DGNDRfb 1 AGND 1 ILE

9、 1 8 位 输入 寄存器 1 8 位 DAC 寄存器 1 8 位 D/A 转换器 1 MSB 1 13 1 14 1 15 1 16 1 4 1 5 1 6 1 7 1 19 1 1 1 2 1 模拟信号输出 18 1 17 1 CS 1 WR1 1 WR2 1 XFER 1 LSB 1 LE1 1 LE2 1 12 1 8 1 11 1 9 1 3 1 20 1 10 1 Rfb 1 LE=1 时， 输出跟随输入 1 LE=0 时，输出被锁存 1 电源 数据信号输入 控制信号输入 DAC0832结构框图结构框图DAC0832的三种工作方式的三种工作方式DAC0832地址译码D0D7LECS

10、1W R2W RXFERA0A7W(I/O)FBROUT1IOUT2IuO_+D0D7(a)单级缓冲式5VDAC0832的三种工作方式的三种工作方式DAC0832地址译码D0D7LECS1WR2WRXFERA0A7W(I/O)FBROUT1IOUT2IuO_+D0D7(b)双级缓冲式5VDAC0832的三种工作方式的三种工作方式DAC0832D0D7LECS1WR2WRXFERFBROUT1IOUT2IuO_+D0D7(c)直接驱动式5V接口电路 振幅振幅分辨率分辨率时间时间02010012014040608010.008.757.506.255.003.752.501.250111110100011010001000 分辨率：分辨率：Resolution 采样数据最低位所代表的模拟量的值 用户关心的最小可测电压值 举例：假如10V的输入信号用12位数据来表示，则最小可分辨的电压为10/212=0.224mV数字量输入模拟量输出 理想特性实际 线性误差线性误差线性误差( Linearity)-实际转换曲线和理想转换曲线之间的最大误差。实际转换曲线和理想转换曲线之间的最大误差。转换速度转换速度(