微型计算机控制系统第过程通道

1、第五章 过程通道主要内容主要内容： 过程输入输出通道的基本概念、组成、工作原理、常用器件、设计方法 重点重点： 模拟量输入/输出通道的相关知识 步进电机的控制原理过程输入输出通道概述 1、过程输入输出通道的类型及功能、过程输入输出通道的类型及功能 模拟量输入通道：检测模拟量被调参数并转换为对应的模拟电压和电流，再转换为数字量送入计算机。 模拟量输出通道：将计算机输出的数字形式的控制信号转换为执行元件所需要的模拟量输出。 数字量（开关量）输入通道：拾取生产现场的状态信息（如开关、电平高低、脉冲量等），并将转变为数字量送入计算机。 数字量（开关量）输出通道：将计算机给定的控制信号经处理和放大后输出

2、。 2、过程输入输出通道与、过程输入输出通道与CPU交换的信息类型交换的信息类型（1）数据信息：反映生产现场的参数及状态的信息，它包括数字量、开关量和模拟量。（2）状态信息：又叫应答信息、握手信息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号等。（3）控制信号：用来控制过程通道的启动和停止等信息。 第一节 模拟量输入通道一、模拟量输入通道的一般结构形式 根据被控对象的数量分为两种:1.单路模拟量输入通道的结构（图5-1）（1）传感器：检测被测点的各种非电量参数并将其转换为电信号。（2）信号调理电路：对传感器输出信号进行处理,使之成为适合A/D转换的电压信号,包括滤波、放大、隔离、变换、线性化处理等（3

3、）采样保持：对模拟信号进行采样，在模数转换期间对采样信号进行保持。（4）A/D转换：即模数转换，将模拟信号转换为二进制数字量。 2.多路模拟量输入通道的结构 多通道并联输入 由若干个单路模拟量输入通道组成 2.多路模拟量输入通道的结构 多通道共用A/D转换器形式 A/D转换器可对各路模拟量输入信号依次进行A/D转换 多路转换开关：将多路模拟信号按要求分时输出。 二、模拟量输入通道中常用的器件及电路2.1.多路开关作用：作用：分时、依次（随机）地将各个输入信号连接到公用放大器或A/D转换器上(1)把多个模拟量参数分时地接通送入A/D转换器，即完成多到一的转换。称为多路开关。(2)把经计算机处理后

4、输出且由D/A转换器转换成模拟信号按顺序输出到不同的控制回路/外部设备，即完成一到多的转换。称为多路分配器，或反多路开关。 要求：要求：接通电阻要很小、开路电阻很大，切换速度要快、寿命长、工作可靠等。 2.1.1.多路转换开关的类型1、机械触点式，如干簧继电器、水银继电器和机械振子式继电器。干簧继电器是较理想的触点式开关，优点是接触电阻小、断开时阻抗高，工作寿命较长，工作频率可达400Hz，缺点是由于剩磁的影响，有时会有触点吸合不放的现象。干簧继电器适合于小信号中速度的采样单元使用。2、电子式开关，如晶体管、场效应管及集成电路开关等。电子式开关开关速度高，工作频率在1000点/S以上，体积小、

5、寿命长。缺点是导通电阻较大，驱动部分和开关元件部分不独立，影响小信号的测量精度 目前,常用的有CD4051(双向、8路)、CD4052(单向、差动4路)、AD7501(单向、8路)、AD7506(单向、16路)等.2.1.2 CD4051(1)CD4051的组成：逻辑转换单元 完成TTL到CMOS的转换。二进制3：8译码器 对选择的输入端C、B、A的状态进行译码，以控制所选电路TG的开/关，使某一路开关接通。 将输入和输出通道接通。电子开关TG 用来接通或断开输入/输出通道。(2)控制原理：改变C、B、A的值，改变接通的通道3个通道选择输入端C、B、A C、B、A的信号编码 用来选择8个通道之

6、一被接通。(3)用法用作多路开关 8进1出用作多路分配器 1进8出禁止输入端INH INH接高电平，所有通道全部断开。多路开关1010高位高位低位低位2.1.3. 多路开关的扩展 (1) 由于被测参数多，应用中需要扩展。 (2) 作法将两个多路开关串联可成倍增加路数采用译码器可组成通路更多的多路开关 (3) 扩展方法（图2.4）输入通道：不变，只是把2#CD4051的8个通道编号为815。输出通道：把两个CD4051的OUT/IN并联。通道选择控制管脚C、B、A同名并联，并分别接到D2、D1和D0。禁止端：用做两个CD4051的选择控制，由D3控制。当D3=0时，1# CD4051工作，2#截

7、止。当D3=1时，正好相反。 由于两个多路开关只有两种状态，1#多路开关工作，2#就得停止，或者相反。所以，只用一根地址总线即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，而两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址（或数据）总线。2.1.3. 多路开关的扩展 (4) 扩展电路 由两个CD4051构成的16 通道多路开关。OUT/IN端连在一起OUT/IN端连在一起两个IN端并联非门0100INH为为0导通导通2.1.3. 多路开关的扩展 (5) 工作原理 改变数据总线D2D0（或地址总线A2A0）的状态即可得到分别选择IN7IN0的8通道之一。D3用来控制两个多路开关的INH输入端的电平。 其真值

8、表： INH为0：选通1#芯片(IN0IN7)INH为1：选通2#芯片(IN8IN15)在INH为0的前提下，由C、B、A的编码决定被选通的通道。2.2 采样/保持器2.2.2.采样/保持器工作原理 (1)S/H有两种工作方式： 采样方式 采样/保持器输出跟随模拟量输入电压。 保持方式 采样/保持器输出保持在命令发出 时刻的模拟量输入值，直到保持 命令撤销（即再度接到采样命令） 时为止。 2.2.1.采样/保持器（Sample/Hold）的用途 (1)保持采样信号不变，以便完成A/D转换； (2)同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量； (3)减少D/A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的

9、峰值及缩短稳定输出值的建立时间； (4)把一个D/A转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。1、A/D转换过程中，如果模拟量发生变化，将直接影响转换精度。2、同步系统中，多个并联的参量需同时取出，再共用一个A/D进行转换。如果得到的多个参量不是同一时刻的值，无法进行计算和比较。(2)原理：原理：1、采样阶段：当控制信号为高电平时（采样阶段），开关K闭合，输入信号通过A1向电容充电，因A1的输出阻抗小，充电时间常数小，故电容上的电压可迅速跟随VIN的变化，并经A2输出。VOUT=VIN2、保持阶段：A2的输入阻抗很大，漏电流小，故电容C放电时间常数很大，电容C就将开关K断开前瞬时的VI

10、N值保持一段时间，并经A2输出。说明：如果信号变化缓慢，无需说明：如果信号变化缓慢，无需S/H 2.常用的采样/保持器AD公司 AD582、AD585、AD346、AD389、ADSHC-85国家半导体公司 LF198/298/309等 (1) LF198/298/309的结构结构由双极型绝缘栅场效应管组成（低偏差电压和宽频带）使用一个单独的端子实现输入偏置电压的调整。内部3部分组成：输入电路（A1）输出电路（A2）及逻辑控制电路（A3和S）特点采样速度快，保持下降速度慢，精度高。允许带宽1MHz，输入电阻为1010。作为单一的放大器时，其电流增益精度为0.002%， 采样时间小于6s时， 精

11、度可达0.01%。当保持电容为1F时，其下降速度为5mV/min。结型场效应管与MOS电路相比：抗干扰能力强，且不受温度影响。(2) LF198/298/309芯片的功能引脚VIN：模拟量电压输入；VOUT：模拟量电压输出；逻辑、逻辑参考：控制S/H的工作方式。 引脚7接高电平，使开关S闭合，采样 低电平，使开关S断开，保持偏置（OFFSET）：可用外接电阻调整S/H的偏差CH：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。V+、V-：电源引脚。电源变化范围为5V到10V。设计保证，即使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入馈送到输出端。LF198的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入，允许直接与T

12、TL、PMOS、CMOS电平相连。其门限值为1.4V。LF198的供电电源可以从5V到18V。 CH三、模拟信号的调理主要原因：(1)把标准化工业仪表输出的电流信号转换为A/D转换器所要求的电压信号；(2)把某些非电压或弱电压的测量信号进行滤波放大处理；(3)某些工业现场环境较为恶劣，共模干扰强，需要隔离； 1.电桥电路由Uout推算出温度值。Rx：热电阻2 信号放大电路常用运算放大器，可接成单端输入（同相或反相放大）及双端输入（差分放大）两种形式。当输入信号不存在共模电压，可采用单端输入方式。3 滤波和限幅电路 大信号（05V或010V）情况 小信号（热电偶信号或其他毫伏级电压信号）情况 热

13、电阻信号情况 通用滤波电路4 共模电压与隔离技术 共模电压的概念及产生的原因 共模电压的危害 消除共模电压的方法 飞电容技术 采用隔离放大器四、模拟量输入通道设计中的一般问题 模拟量输入通道必须考虑信号拾取、信号调节、A/D转换、电源配置和防止干扰等问题。1.信号的拾取方式信号的拾取方式 通过敏感元件拾取被测信号敏感元件将测的物理量变换为电流、电压或R、L、C参量的变化，对R、L、C参量型敏感元件，要设计相应的电路使其变换为电压或电流信号。 通过传感器拾取被测信号 传感器测量的输出一般为电压、电流或频率量。 电流输出信号需转化为电压信号后与A/D电路相连。 输出频率量传感器精度高、抗干扰能力强

14、，便于远距离传送，它需采用特殊的转换方法才能变为二进制数字量。 通过测量仪表拾取被测信号测量仪表已经系列化，它一般采用标准化输出信号，如电压信号为05V、5V、010V、2.5V等范围，而电流信号则为420mA、010 mA等范围，它们经适当处理后（如I/V变换、滤波）后可直接与A/D电路相连。 2.信号放大与处理信号放大与处理任务:将传感器信号转换成满足A/D电路要求的电平信号。包含小信号放大、滤波、零点校正、线性化处理、温度补偿、压力补偿、误差修正、量程切换等信号处理电路。部分信号处理工作可由计算机软件完成。3.模模数转换方式的选择数转换方式的选择模数转换方式有A/D转换电路和V/F变换方

15、式，(1) V/F变换方式：将信号电压变换为频率量，由计算机或计数电路计数来实现模拟量转化为数字量。(2) A/D转换电路：选择时应综合考虑转换精度、转换速度及系统成本等方面。 4.电源配置电源配置 考虑对传感器、不同的信号调节电路中的芯片对电源的要求。 模拟输入通道与生产现场联系较紧，而且传感器输出信号较弱，电源配置时要充分考虑干扰的隔离与抑制。5.抗干扰措施抗干扰措施 在信号的拾取与传送过程中来自生产现场的干扰因素很多，在设计过程中应采用可靠的抗干扰措施，如隔离、滤波等 五、A/D转换器接口设计5.1 A/D转换器分类1. 按转换原理分 计数器式 结构简单，转换速度慢，现在基本不用。 双积

16、分式 精度高，抗干扰能力强，但速度较慢，常用于数字电压表。 逐次逼近型 速度较快，结构比较简单，是计算机系统中应用最多的一种。 并行A/D 速度最快，但结构复杂，价钱贵，一般用于军事。 V/F变换 结构简单，成本低，精度高，适合于远程应用。2. 按位数来分，有8位、10位、12位和16位等。 位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。3. 按结构分 单一的A/D转换器（如ADC0801，AD673等） 内含多路开关的A/D转换器（如ADC0809，AD7581均带有8路多路开关） 多功能A/D转换芯片（如AD363） 内设16路多路开关、数据放大器、S/H、12位A/D。4. 输出方式分 串行A

17、/D转换器（如MAX195） 并行A/D转换器（如ADC809）5.2 8位A/D转换器ADC808/0809内含：8位A/D转换电路（逐次逼近型） 8路多路开关 地址译码器、锁存器 输出数据锁存器市售产品还有：AD7581（含8路多路开关）ADC816/0817（含16路多路开关）等具有较高的转换速度和精度 受温度影响较小 能较长时间保证精度 重现性好 功耗较低(1) 电路组成及转换原理 八通道多路模拟开关 控制C、B、A和地址锁存允许ALE端子，可使其中一个通道被选中。 逐次逼近型A/D转换器组成：比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、逐次逼近寄存器、 开关数组、256R型梯形解码网络 D/A

18、转换原理：控制逻辑控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取“1”， 将此数字量送到开关数组（8位），用以控制开关K7K0是否与参考电平相连。参考电平经256R梯形电阻网络，输出一个模拟电压Vc。Vc与输入模拟量Vx在比较器中进行比较。 当VcVx时，该位Di=0； 若VcVx时，则Di=1，且一直保持到比较结束。从D7D0比较8次，逐次逼近寄存器中的数字量，即为模拟量Vx所对应的数字量。将此数字量送入输出锁存器，同时发出转换结束信号（EOC=1）。A/D转换是在D/A基础上实现的5.2 8位A/D转换器ADC808/08098通道多路模拟开关逐次逼近型A/D转换器5.2 8位A/D转换器ADC80

19、8/0809110D/AD/A转换器转换器二二进进制制编编码码高位高位到低到低位依位依次为次为1 1VcVxVcVx时，时，Di=0Di=0；VcVxVcVx时，则时，则Di=1Di=1，且，且一直保持到比较结束。一直保持到比较结束。(2) ADC0808/0809的引脚功能 模拟量输入端IN7IN0 数字量输出端D7D0控制端启动信息START（启动A/D转换） 电源与时钟实时时钟CLOCK 可通过外接RC电路改变时钟频率电源端子VCC（接+5V）接地端GND高电平有效，要求信号宽度为100200nS转换结束信号EOC高电平有效，要求信号宽度为100200nS通道选择 地址锁存允许ALE 通

20、道选择 C、B、A输出允许信号OE（锁存器选通） 可作为ADC808/0809的片选信号参考电压VREF(+)、 VREF(-) （D/A转换器权电阻的标准电平）高电平有效，在A/D转换期间EOC为低电平，转换结束变为高电平。单极性模拟量输入时VREF(+)=+5V VREF(-)=0V双极性模拟量输入时VREF(+)=+5V/+10V VREF(-)=-5V/ -10V5.3 8位A/D转换器的接口技术1. 模拟量输入信号的连接(1) 05V的标准电压信号A/D转换器的输入除单极性外，也可以接成双极性用户可通过改变外接线路来改变量程（AD574）有的A/D转换器可以直接接入传感器的信号，如A

21、D670(2) 单通道输入、多通道输入方式 多通道输入可采取两种设计方法：采用单通道A/D芯片： 需在模拟量输入端外加多路开关、采用保持器采用带有多路开关的A/D转换器 如ADC808和AD7581、ADC816 2. 数字量输出引脚的连接(1) A/D转换器内部未含输出锁存器 需通过锁存器或I/O接口与微型机相连。 常用芯片Intel 8155、8255、8243、74LS273、 74LS373、8212等。(2) A/D转换器内部含有数据输出锁存器 可直接与微型机相连。(3) 可以通过I/O接口相连，以便增加控制功能。3. A/D转换器的启动方式(1) 任何A/D转换器都只在接到启动信号

22、后，才开始进行转换(2) 芯片不同，要求的启动方式也不同 常用两种启动方式 脉冲启动 可用WR和译码器的输出Yi通过逻辑电路实现。 如：ADC0809、ADC80、AD574A 电平启动启动电平加上后，A/D转换即刻开始。在转换过程中，必须保持这一电平，否则停止转换。通过锁存器、D触发器或并行I/O接口等来实现。 如：AD570、ADC801、AD670等。高脉冲启动4. 转换结束信号的处理办法 A/D转换过程完成后发出转换结束信号。 微型机检查判断A/D转换结束的方法有以下三种：(1) 中断方式硬件接线：将转换结束信号接到微型机的中断申请引脚。软件编程：微型机查询到中断申请并相应后， 在中断

23、服务程序中读取数据。特点：中断方式使A/D转换器与微型机并行工作。 常用于实时性要求比较强或多参数的数据采集系统。(2) 查询方式引脚接法：把转换结束信号送到CPU数据总线或I/O接口的某一位上。软件编程：微型机向A/D转换器发出启动信号。 查询A/D转换结束信号： 未结束，继续查询。 结束，读出结果数据。特点：程序设计比较简单，实时性也较强。 应用最多。(3) 软件延时方法 作法：微型机启动A/D转换后， 根据完成转换所需要的时间， 调用一次软件延时程序， 待延时时间到位，即可读出结果数据。特点：可靠性比较高，不必增加硬件连线。 但占用CPU的机时较多。 多用在CPU处理任务较少的系统中。5

24、. 参考电平的连接 A/D转换是在D/A转换的基础上实现的。(1) 参考电平是供给其内部D/A转换器的标准电源， 它直接关系到A/D转换的精度。 因而对该电源的要求比较高。(2) 要求由稳压电源供电。(3) 不同的A/D转换器，参考电源的提供方法也不一样。 通常8位A/D转换器采用外电源供给，如：AD7574、ADC0809等。 更高位数A/D转换器，常在内部设有精密参考电源，如AD574A、ADC80等。(4) 参考电平的接法单极性输入 VREF(+) VREF(-) +5V 地双极性输入 VREF(+) VREF(-) +5V /+10V -5V /-10V 6. 时钟的连接 P39、P4

25、0 A/D转换过程都是在时钟作用下完成的。 时钟频率是决定芯片转换速度的基准。 时钟的提供方法： (1) 内部提供。 (2) 一种是由外部时钟提供，提供方法如下：可以用单独的振荡器。用CPU时钟经分频后，送至A/D转换器的相应时钟端子。 (3) 既可以使用内部时钟，也可以使用外部时钟7. 接地问题意义：接地问题的处理，关系到系统对于干扰的抵抗能力作法：模拟地和数字地也要分别连接。再把这两种“地”用一根导线连接起来。 5.4 8位A/D转换器程序设计 程序设计必须和硬件接口电路结合起来进行。中断方式查询方式延时方式 A/D转换的程序设计主要分三步：启动A/D转换；查询或等待A/D转换结束；读出转

26、换结果。1. 中断方式(1) 硬件设计把A/D转换器的结束标志线与单片机或微型机中断请求引脚相连。若A/D转换器的结束标志线电平与中断请求引脚要求有别，需加一级反向器后再连接。 采用中断方式的A/D转换接口电路，如图2.20所示。 1. 中断方式TCON.0TCON.0，即，即IT0IT0（外部中断（外部中断0 0触发触发方式控制位）。为方式控制位）。为1 1则为边沿触则为边沿触发方式发方式选择外部中断选择外部中断0 0（INT0INT0），其端），其端口地址口地址0003H0003H将将EAEA（总中断开放标志）、（总中断开放标志）、EX0EX0（外部（外部中断中断0 0中断允许位）分别置中

27、断允许位）分别置1 1(2) 软件编程 完成中断方式的A/D转换的程序有两部分： 主程序设置触发方式（本例是边沿触发）安排中断矢量开中断等启动A/D 中断服务程序 读取转换结果 2. 查询方式 应用最多。(1) 硬件设计时钟启动查询读数62. 查询方式(2) 软件编程 （对8路模拟通道巡回检测，每个通道采样256次，并将采样值存放在外部RAM的A000HA7FFH） 资源分配： 外部RAM缓冲区指针P2=0A0H，R0=00H（存放转换结果） 采样次数寄存器R3=00H（采样256次） 采样通道计数器R6=08H 通道地址寄存器DPTR0A000H0A0FFH0A100H0A1FFH0A700

28、H0A7FFHDPTR ：ADC0809及模拟量输入通道地址 P2.7 P0.2 P0.1 P0.0 C B A 0 0 0 0 0 0 1 1 1#7FF0H#7FF8HEOC高电平有效，在A/D转换期间EOC为低电平，转换结束变为高电平。LOOP0LOOP1AGAIN0:AGAIN0:AGAIN0:AGAIN0:P2=0A0H，R0=00HP2=0A1H，R0=00HAGAIN0:AGAIN0:P2=0A0H，R0=01HP2=0A1H，R0=01H3. 延时方式不同的A/D转换器的转换时间不同程序的延时时间取决于所选定的芯片为保证读数的正确性，常将程序的延时时间略大于实际转换时间延时时间

29、的获取：软件延时程序或者硬件延时5.5 高于8位A/D转换器及其接口技术采用高位数A/D转换器可提高转换精度 如：12位A/D转换器AD574由于位数不同，所以与CPU的接口及程序设计方法也不同。1. AD574的结构及原理美国模拟器公司（Analog Devices）产品12位逐次逼近型A/D转换器转换速度最快35s转换误差0.05%价格适中(1) 内部结构由两部分组成： 模拟芯片： 高性能12位D/A转换器AD565、参考电压快速、单片结构、电流输出型、建立时间为200ns 数字芯片 控制逻辑电路、逐次逼近型寄存器、三态输出缓冲器发出启动/停止时钟信号及复位信号，控制转换过程。控制逻辑部分

30、 发出启动/停止时钟信号及复位信号， 控制转换过程。 转换过程结束后，输出一个标志状态STS（低电平有效）。(2) 原理输入模拟量信号：允许两种量程、两种极性接法 单极性：010V，020V 双极性：5V， 10V输出数字量信号 可分两次（一次8位，一次4位）读出， 或12位一次读出STS高电平（BUSY），表示正在转换。 直到转换过程结束，才变成低电平（EOC）。 当12/8=1时，双字节输出（12位DB同时生效） 用于12/16位微型计算机系统。 当12/8=0时，单字节输出，可与8位CPU接口。 AD574A采用向左对齐的数据格式。 12/8与A0配合，使数据分两次输出： A0=0，高8

31、位数有效。 A0=1，输出低4位数据加4位附加0。(2) 数据格式选择端12/82. AD574A的引脚及功能(1) 转换器的启动和数据读出由CS、CE和R/C引脚控制。转换过程开始数据可以被读出 CE=1 CS=0 R/C=0 CE=1 CS=0 R/C=1高8位低4位注意：12/8引脚必须直接接至+5V或数字地。此引脚只作数字量输出格式的选择， 对转换操作不起作用。(3) A0为字节选择端 两个作用： 转换前设置，选择字节长度 设 A0=1，按8位A/D转换，转换完成时间为10s； 设 A0=0，按12位A/D转换，转换完成时间为25s； （与12/8的状态无关） 与8位微处理器兼容时，选

32、择读出字节 在读周期中， A0=0，高8位数据有效； A0=1，则低4位数据有效。注意：如果12/8=1（12位数据同时输出），则A0的状态不起作用AD574A控制信号组合表，如表2-8所示（P46）3. AD574A的应用 根据模拟信号的性质，有单极性/双极性输入两种工作方式。(1) 单极性输入单极性模拟量输入有两种量程，010V和020V。若不需进行零位调整， 将补偿调整引脚BIP OFF直接接至引脚9.不需要进行满量程调整时， 可于引脚8和10之间接一个固定的50金属膜电阻，如图2-23（a）所示。 无需零位调整无需满量程调整需满量程调整需零位调整(2) 双极性输入 两种额定的模拟输入范

33、围： 5V（输入接引脚13和引脚9之间） 10V（输入接引脚14和引脚9之间） 双极性模拟量输入电路图，如图2-24所示。 4. 高于8位的A/D转换器技术及程序设计(1) 对于高于8位的A/D转换器与8位CPU接口时，数据的传送需分步进行。(2) 数据分割形式有向左对齐和向右对齐两种格式。(3) 读取数字采取分步读出方式。(4) 用读控制信号线和地址译码信号来控制。(5) 在分步读取数据时，需要提供不同的地址信号。5. 应用(1) 硬件设计 A/D数字量输出直接与单片机数据总线接口连接（因为AD574A内部含三态锁存器）采用12位向左对齐输出格式 将A/D低4位DB3DB0接到8031高4位

34、上。 读出时：第一次输出DB11DB4（高8位） 第二次输出DB3DB0（低4位）。 转换结束信号的处理 标志位STS接到P1.0位。（供查询）。 P1.0=STS=0时，读入数据(2) 逻辑控制（寻址、启动和读出） 数据读出方式选择： 数据格式选择端12/8=0（接地）（分两次输出） 启动A/D和读取转换结果，用CE，CS和R/C控制。CS接地，芯片总是被选中。CE由WR和RD两信号通过一个与非门控制（无论处于读还是写状态，CE=1）R/C控制端由P0.1控制 P0.1=0，启动A/D转换 P0.1=1，则读取A/D转换结果A0=0，读高8位数据R/C=1，读操作A0=1，读低4位数据R/C

35、=1，读操作A0=0，按8位转换R/C=0，A/D转换 字节控制端A0由P0.0控制。 在转换过程中，A0=0，按12位转换； 读数时，P0.0=0，读取高8位数据， P0.0=1，读取低4位数据。(4) A/D574地址 启动转换地址：0FCH（11111100B） 读取高8位数据地址：0FEH（ 11111110B） 读取低4位数据的地址：0FFH （ 11111111B） 单极性按8位转换12位向左对齐MOV P2，#00HMOV R0，#0FCHMOVX R0，AMOV P2，#00HMOV R0，#0FEHMOVX A， R0MOV P2，#00HMOV R0，#0FFHMOVX A

36、 ， R0ACALL 30ms查询程序延时程序注意：此时，AD574A的STS引脚可以不接延时方式的A/D转换程序5.6积分式积分式A/D转换器转换器 原理：用高频率标准时钟脉冲测量两个时间：第一个时间是模拟电压向电容充电的固定时间，第二个时间是在已知参考电压放电所需要的时间，模拟输入电压与参考电压的比值就是两个时间值之比。 优点：消除干扰和电源噪声的能力强、精度高，缺点：转换速度较慢。应用：在信号变化缓慢、模拟量输入速率要求较低、转换精度要求高，且现场干扰较严重的情况下。 5.7 双积分式双积分式A/D转换器（转换器（MC14433）及接口）及接口 转换时间较长，一般大于40ms，具有自校零

37、、自动极性、单参考电压等功能，动态扫描BCD码输出、3又1/2位，转换速度约110次/秒。主要的外接元件是时钟振荡电阻R、外接失调补偿电容C和积分阻容元件RC。模拟电路部分包括基准电压、模拟电压输入部分，输入电压量程有 或 两种。数字电路部分由逻辑控制、BCD码及输出锁存器、多路开关、时钟及极性判别、溢出检测等电路组成。 mV9 .199V999. 1电源：MC14433采用5V电源，为提高抗干扰性能，正负电源都应接0.047F的去耦电容（与相连）。基准电压：基准电压应外接，当模拟输入电压在0 199.9mV时，基准电压为200mV，若模拟输入电压在0 1.999V时，基准电压为2V。外接振荡

38、器电阻：R接入CLK1和CLK0端，R的典型值为470k，增大则振荡频率下降。积分阻容元件：外接典型值为： 量程为2V时 C1 =0.1F R1= 470k 量程为200mV时 C1 =0.1F R1= 27k 失调补偿电容C0：典型值为0.1F。 转换标志输出：转换标志有转换周期结束和过程量两个标志。转换结束标志(EOC)在转换结束时，输出一个宽度为1/2的时钟周期的正脉冲，过程量标志OR在VXVR时输出低电平。转换更新控制：更换转换结果输出DU为输入控制信号，当DU与EOC连接时，每次A/D转换结果被更新。转换结果输出：转换结果以BCD码形式按千、百、十、个位由Q0Q3输出，相应的选通信号

39、由DS1DS4提供，每个选通脉冲宽度为18个时钟周期，相邻选通脉冲之间间隔2个时钟脉冲。它的选通脉冲时序如图3-38所示。当DS2、DS3、DS4选通时，Q1Q3分时输出三位完整的BCD码百、十、个位数。DS1选通期间，输出Q3Q0，除表示千位数0或1外，还表示转换结果的正负极性、输入信号欠量程还是过量程，其规定如下表。 DS1Q3Q2Q1Q0输出结果状态 110千位数为0100千位数为1110输出结果为正值100输出结果为负值101输入信号过量程111输入信号欠量程DS1选通时Q3Q0表示的输出结果 转换程序如下： 初始化程序： SETB IT1 ；设置为边沿触发 MOV IE，#10000

40、100B ；开放CPU中断中断服务程序：PINT1: MOV A，P1 JNB ACC.4，PINT1 ；等待DS1信号 ANL A，#0FH MOV 20H，A ；保存千位 PL1: MOV A，P1 JNB ACC.5，PL1 ；等待DS2 ANL A，#OFH MOV 21H，A ；保存百位 PL2: MOV A，P1 JNB ACC.6，PL2 ；等待DS3 ANL A，#OFH MOV 22H，A ；保存十位 PL3: MOV A，P1 JNB ACC.7，PL3 ；等待DS4 ANL A，#OFH MOV 23H，A ；保存个位 RETI ；中断返回 5.8 模模/数转换器的主要技

41、术指标数转换器的主要技术指标1.分辨率：分辨率越高，转换时对输入模拟信号变化的反应就越灵敏，分辨率通常用数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、16位等。2.量程：A/D转换器能转换的模拟电压的范围。3.精度：分为绝对精度和相对精度。绝对精度：常用数字量的位数作为度量绝对精度的单位相对精度：绝对精度与满量程的百分比注意注意：精度和分辨率是两个不同的概念。精度为转换后所得结果相对实际值的准确度。而分辨率指的是对转换结果发生影响的最小输入量。4.转换时间：完成一次完整转换所需要的时间。5.输出逻辑电平：输出数据的电平形式和数据输出方式（如三态逻辑和数据是否锁存）。6.工作温度范围：A/D转换器

42、在规定精度内允许的工作温度范围。7.对基准电源的要求：基准电源精度对A/D转换器精度有重大影响。 第二节 模拟量输出通道一、模拟量输出通道的一般结构形式1.单路模拟量输出通道的结构 寄存器 用于保存计算机输出的数字量控制信号。 D/A转换器 模拟量输出通道中的核心部件。 放大/变换电路 将D/A输出的模拟量信号转换成执行机构所要求的信号。 2. 多路模拟量输出通道的结构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结构方式。输出保持器的作用主要是在新的控制信号到来前，使本次控制信号维持不变。模拟量输出通道有两种基本结构形式。 独立数独立数/模转换器的形式模转换器的形式优点:转换速度快、工

43、作可靠，每条输出通路相互独立，不会由于某一路D/A故障而影响其他通路的工作。缺点：成本较高 共用数共用数/模转换器的形式模转换器的形式优点:节省D/A转换器缺点：因为分时工作，只适用于通道数量多且速率要求不高的场合。由于需要多路转换器，且要求输出采样保持器的保持时间与采样时间之比很大，因而其可靠性较差。2.1 D/A转换器分类1. 按D/A转换器输出方式分类 电流输出型：如DAC832，AD7522等。 电压输出型：如AD558，AD7224等。电压输出型又有单极性输出、双极型输出两种。2. 按输入数字量位数分类 有8位、10位、12位和16位等。3. 结构 双D/A（AD7528）、4通道D

44、/A（AD7226）转换器、串行D/A转换器（DAC80）等。4. 其它 直接接收BCD码（如AD7525）。 直接输出420mA标准电流的D/A转换器（如AD1420/1422）。二、D/A转换器接口技术2.2 8位D/A转换器及其接口技术2.2.1. 普通型D/A转换器DAC832参数美国数据公司产品，8位D/A转换器。与CPU完全兼容。采用CMOS工艺：功耗低，输出漏电流误差较小。特殊的电路结构可与TTL逻辑输入电平兼容。 2.2.2 D/A转换的基本原理D/A转换器的原理可以归纳为“按权展开，然后相加”。因此，D/A转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。解码网

45、络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻网络。n位D/A转换器（T型电阻网络：由T型电阻解码网络，参考电压UR，n位切换开关Si，电阻网络，运算放大器等构成） UR R S1 S2 S3 R A1 d1 d2 d3 (MSB) 2RI8RI4RI2RI2R 2R 2R 4RIUo R dn-1 dn (LSB) 1R2-nInI2RnI2R1R2-nI2R 2R 2R Io Sn-1 Sn R1 A2 A3 An-1 An 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 - + + N UR R S1 S2 S3 R A1 d1 d2 d3 (MSB) 2RI8RI4RI2RI2R 2R 2R 4R

46、IUo R dn-1 dn (LSB) 1R2-nInI2RnI2R1R2-nI2R 2R 2R Io Sn-1 Sn R1 A2 A3 An-1 An 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 - + + N 当当n=4n=4时，设时，设D3D3、D2D2、D1D1、D0D0为输入的二进制数字量，其转换原理为：为输入的二进制数字量，其转换原理为：)2222(16)2222(16)2222(161814121001122331100001122334031221301230DDDDRURRIUDDDDRUDDDDRURUDRUDRUDRUDIRRRRRRR-IR=UR/RD3 D2 D1 D0上

47、式中上式中DD不是不是0 0就是就是1 1，0 0表示切换开关与参考电压表示切换开关与参考电压U UR R接通，该位有电流输入。接通，该位有电流输入。当为当为n n位二进制输入时，则位二进制输入时，则)22.22(20001122111DDDDRURUnnnnnR-当输入数字全为零时：当输入数字全为零时：当输入数字全为当输入数字全为1 1时，即满刻度输出为时，即满刻度输出为最低有效位最低有效位LSBLSB为为00U) 12(21max0-nnRRURURURUnRLSB210-由此可见，由此可见，D/AD/A转换器是提供电流的器件，所以在转换器是提供电流的器件，所以在D/AD/A的输出加运算放

48、大器才能的输出加运算放大器才能转换成模拟电压信号。转换成模拟电压信号。 D/AD/A的的输出电压输出电压不仅与不仅与二进制码二进制码有关，而且与运算放大器有关，而且与运算放大器的的反馈电阻反馈电阻R R1 1 ，基准电压基准电压U UR R有关，当调整有关，当调整D/AD/A满刻度及输出范围时，往往要调满刻度及输出范围时，往往要调整这两个参数。整这两个参数。2.2.3 DAC0832的结构及原理 内部结构由输入锁存器、DAC寄存器和D/A转换器三部分组成。输入数据锁存器和DAC寄存器用以实现两极缓冲。 故在输出时，尚可采集一个数字，从而提高转换速率。 多芯片同时工作时，可用同步信号控制各模拟量

49、的同步输出。 LE为寄存器命令。 LE=1时，寄存器的输出随输入而变化； LE=0时，数据被锁存在寄存器中。且LE(2)=1时，允许D/A转换，LE(2)=0，停止D/A转换。8位数据锁存器控制8位DAC寄存器控制 寄存器命令控制根据不同的接法，可将DAC0832设计成单缓冲、双缓冲、直通三种工作方式 双缓冲：控制LE(1)和LE(2) 单缓冲：只控制LE(1)或LE(2)，或者同步控制LE(1)和LE(2) 直通： LE(1)=LE(2)=12.2.4 DAC0832的引脚功能 数据D7D0：数字量输入IOUT1：DAC电流输出1IOUT2：DAC电流输出2 D7D0=0FFH时， IOUT

50、1输出最大值 控制 CS：片选信号 ILE：输入锁存允许信号 WR1：输入锁存器写选通信号 WR2：DAC寄存器写选通信号 XFER：数据传送控制信号 Rfb：反馈电阻D7D0=00H时， IOUT1输出为0IOUT2=常数- IOUT1采用单极性输出时，IOUT2接地为外部运算放大器提供反馈电阻（可用片内电阻/外接电阻）2.2.4 DAC0832的引脚功能 数据D7D0：数字量输入IOUT1：DAC电流输出1IOUT2：DAC电流输出2 控制 CS：片选信号 ILE：输入锁存允许信号 WR1：输入锁存器写选通信号 WR2：DAC寄存器写选通信号 XFER：数据传送控制信号 Rfb：反馈电阻

51、VREF：参考电压输入线。 要求外接一精密电源。 当VREF为10V（或5V）时， 可获得满量程四项限的可乘操作。输出电压的极性：两者符号之积输出电压的数值取决于输入的数字量 电源与地VCC：数字电路供电电压，一般为+5V+15VAGND：模拟地DGND：数字地 两种性质不同的地，应单独连接， 但在一般情况下，最后总有一点接在一起，以提高抗干扰的能力。 2.2.5 D/A转换器的输出方式(1) 电压输出外接一级运算放大器，构成单极性电压输出； （图2-8）外接两级运算放大器，构成双极性电压输出； （图2-9）(2) 电流输出 直接输出电流。 VOUT1接运算放大器的反向输入端；VOUT2接地V

52、REF可接：5V 10V极性与VREF反相，数值与输入数字量相关。本图输出电压范围-5V0VVOUT1接运算放大器的反向输入端；VOUT2接地I3V VOUT2OUT2=-I=-I3 3R R3 3=-R3=-R3（I1+I2I1+I2）1 1代入代入R1R1、 R2、R3的值双极性输出时输入数字量与输出模拟量之间的关系见表双极性输出时输入数字量与输出模拟量之间的关系见表2-7 P302-7 P302.2.6 8位D/A转换器与微型机的接口及程序设计 包括三个方面： 数字量输入 模拟量输出 外部控制信号的连接(1) 数字量输入端的连接 考虑两个问题： 位数 D/A转换器的位数是否与微型机匹配？

53、 匹配，可直接连接； 不匹配，可将数字量分批传送。 D/A转换器的内部是否设有输入锁存器？ 若没有，须在CPU与D/A转换器之间增设锁存器； 若有，则可直接连接。(2) 外部控制信号的连接 片选信号，由地址线经译码器控制 写信号，由微型机的WR信号控制 启动信号，启动信号常为片选及写信号的合成。 参考电平，由输出极性决定(3) D/A转换器与微型机的接口及程序设计应用举例 8位D/A转换器与8031单片机的接口。 选用DAC0832，分析：数据位数单极性电压输出DAC832内部含有两级数字量锁存器，直接与8031接口。图2.10含锁存器的D/A转换器与单片机的连接DAC0832工作于双缓冲方式

54、： 用P2.1控制CS 用P2.0控制XFER 信号WR同时控制WR1和WR2 锁存允许信号ILE接高电平。P2.1=0(CS)P2.0=1(XFER)分析：执行 MOVX DPTR，A时 LE(1)=1 指令执行完毕：LE(1)=0执行 MOVX DPTR，A时 LE(2)=1 指令执行完毕：LE(2)=0P2.1=1(CS)P2.0=0(XFER)程序实现：设：第一级地址为0FDFFH，第二级地址为0FEFFH，完成图2.10所示的D/A转换程序为：0FDFFH :1111,1101,1111,11110FEFFH 1111,1110,1111,1111START： MOV DPTR， #

55、0FDFFH ；建立D/A转换器地址指针 MOV A， #nnH ；待转换的数字量送A MOVX DPTR， A ；输出D/A转换数字量 INC DPH ；求第二级地址 MOVX DPTR， A ；完成D/A转换图2.10加以改动：将P2.0接到CS和XFER两个控制端，P2.1不用，即可实现单缓冲方式。只要执行上述程序段中的前3条指令，便可同时打开两级数据寄存器，完成D/A转换。在无特殊要求下，尽量采用单缓冲形式。只有在要求同时输入两个或两个以上数据的情况下，才需要采用两级缓冲的形式。单缓冲方式连接图2.4 实验：利用ADC0832生成方波、锯齿波、三角波 方波MOV DPTR,#7FFFH

56、; DAC0832地址ST： MOV A,#LOW； 取低电平数字量MOVX DPTR,A; DAC输出低电平ACALL DELAY1； 延时1MOV A，#HIGH；MOVX DPTR,A; DAC输出低电平ACALL DELAY1； 延时1AJMP ST; 连续输出波形DELAY1: MOV R4,#0FFH;LOOP1: MOV R5,#10HLOOP2: NOPDJNZ R5,LOOP2DJNZ R4,LOOP1RETMOV DPTR,#7FFFH; DAC0832地址ST： MOV A,#FFHLOOP: MOVX DPTR,A; 启动DAC转换DEC AAJMP LOOP; 连续输

57、出波形 锯齿波（1）MOV DPTR,#7FFFH; DAC0832地址ST： MOV A,#00HLOOP: MOVX DPTR,A; 启动DAC转换INC AAJMP LOOP; 连续输出波形 锯齿波（2） 三角波MOV DPTR,#7FFFH ; DAC0832地址TRI： MOV A,#00HUP: MOVX DPTR,A ; 启动DAC转换 INC A ; 上升沿 CJNE A,#0FFH,UPDOWN: MOVX DPTR,A DEC A ; 下降沿 CJNE A,#00H,DOWN AJMP UP ; 连续输出波形 补充： DAC0832双缓冲同步方式接口 在多路D/A转换的情况

58、下，若要求同步转换输出，必须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。 第一，CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并锁存在各自的数据锁存器中。第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路数据锁存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。下图为两片DAC0832与8031的双缓冲方式连接电路，能实现两路同步输出。实现两路同步输出的程序如下： MOV DPTR，#0DFFFH；送0832（1）数据锁存器地址MOV A，#data1 ；data1送0832（1）数据锁存器MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#0BFFF

59、H；送0832（2）数据锁存器地址MOV A，#data2 ；data2送0832（2）数据锁存器MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC寄存器地址MOVX DPTR，A ；两路数据同步转换输出2.2.7 高于8位D/A转换器及其接口技术增加D/A转换器的位数可提高转换精度;更高位数D/A转换器的原理与8位D/A转换器基本一样;不同的是在与微型机进行接口时，数据要分两次或三次输入。1. 12位D/A转换器AD667 （图2.11） 片内含两级数据输入锁存器 建立时间短和精度高的特点 总线逻辑由4个独立寻址的锁存器组成 分为两级： 第一级：包括3个4位寄存器 第二级

60、：12位D/A转换器可以方便的与4位、8位、12位、16位微型机接口双缓冲结构，避免产生虚假的模拟量输出图2.11 AD667的原理图表2.7 AD667真值表允许两个及两个以上寄存器同时被选通101102.3 高于8位D/A转换器及其接口技术【例】 以AD667 为例 介绍12位D/A转换器AD667与8031的接口连接及程序设计的方法。(1) 硬件电路设计AD667由两级缓冲器组成。8031为8位机。 待转换的数字量分低8位和高4位两步传入AD667。12位D/A转换器AD667与8031的接口由P2口产生的高8位地址信息， 经74LS138产生AD667的片选信号 由P2.1、P2.0控