第4讲 输入输出通道

1、计算机控制技术 1第第4讲讲 过程通道与人机接口过程通道与人机接口 计算机控制技术2 计算机和操作人员之间常常需要互通计算机和操作人员之间常常需要互通信息信息 ，为此计算机和操作人员之间应设置显示器，为此计算机和操作人员之间应设置显示器和操作器，其中一种是和操作器，其中一种是CRT显示器和键盘，另外显示器和键盘，另外一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操一种是针对某个生产过程控制的特点而设计的操作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接作控制台等。通常把上述两类设备简称为人机接口。口。 作用：显示生产过程的状况；供操作人员操作；作用：显示生产过程的状况；供操作人员操作；三是显示操作结果。三

2、是显示操作结果。计算机控制技术3本讲主要内容1.1.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3.3.数字量输入输出通道数字量输入输出通道4.4.人机接口人机接口AI通道的作用：通道的作用： 将前端采集的将前端采集的模拟信号模拟信号的的转换成转换成计算机能够接计算机能够接收的收的标准数字信号标准数字信号。计算机控制技术几个概念：几个概念：1.模拟信号的常用规格：模拟信号的常用规格：15v电压信号：易受干扰，常用于仪表中电压信号：易受干扰，常用于仪表中420mA电流信号：抗干扰性好，常用于信号传输电流信号：抗干扰性好，常用于信号传输2.阻抗匹配：阻抗匹配：信号源输出最大功率

3、的条件：输出阻抗信号源输出最大功率的条件：输出阻抗=输入阻抗，即阻抗匹配输入阻抗，即阻抗匹配高阻抗匹配：电压信号高阻抗匹配：电压信号低阻抗匹配：电流信号低阻抗匹配：电流信号3.理想的压流源的特点：理想的压流源的特点：理想电压源：内阻理想电压源：内阻为为0理想电流源：内阻理想电流源：内阻无穷大无穷大计算机控制技术5模拟量输入通道（A/D接口）的组成 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成 传感变送器传感变送器 输入信号调理电路输入信号调理电路 多路模拟切换开关多路模拟切换开关 前置放大器前置放大器 采样保持器采样保持器 控制电路等控制电路等4.1 模拟量输入通道模拟量输入通道计算机控制技术6一

4、、输入信号调理一、输入信号调理作用：滤波、作用：滤波、I/V变换、信号放大或衰减及量程转换和非线性变换、信号放大或衰减及量程转换和非线性补偿补偿1.信号滤波（模拟滤波器）信号滤波（模拟滤波器）（1）无源滤波电路）无源滤波电路主要元件：主要元件：R、L、C低通（低通（LPF）、高通（）、高通（HPF）、带通（）、带通（BPF）和带阻（）和带阻（BEF）特点：成本低，结构简单特点：成本低，结构简单R CCRUiUo无源带通滤波Ui无源带阻滤波RRR/2CC/2C/2计算机控制技术 R1DCR2无源I/V变换（2）有源滤波电路）有源滤波电路主要元件：集成运放、主要元件：集成运放、R、C特点：不用电感

5、，体积小，重量轻特点：不用电感，体积小，重量轻 品质因数高品质因数高 可以实现低频滤波可以实现低频滤波2. I/V变换变换作用：讲作用：讲I变换成可以被变换成可以被A/D转转换器是转换的换器是转换的V（1）无源）无源I/V变换变换 电路结构：电路结构： 转换电阻转换电阻R2、滤波电路、滤波电路(R1、C)和稳压二极管和稳压二极管(D)无源无源I/V变换：变换：对于对于010mA输入信号，可取输入信号，可取R1=100，R2=500，且，且R2为精为精密电阻，这样当密电阻，这样当I为为010mA电电流时，输出的流时，输出的V为为05V；对于；对于420mA输入信号，可取输入信号，可取R1=100

6、，R2=250，且，且R2为精为精密电阻，这样当输入的电流为密电阻，这样当输入的电流为420mA时，输出的时，输出的V为为15V。计算机控制技术R1R2R3R4R5R6CA1A2IUo有源I/V变换（2）有源）有源I/V变换变换该同相放大电路的放大倍数该同相放大电路的放大倍数为：为： A=1+R4/R3若取若取R3=100K，R4=150K，R1=200，则，则010mA输入对应于输入对应于05V的电压输出。若取的电压输出。若取R3=100K，R4=25K，R1=200，则，则420mA输入输入对应于对应于15V的电压输出。的电压输出。 计算机控制技术3.量程自动转换：软件量程自动转换：软件+

7、程控放大器程控放大器4.非线性补偿：软件实现非线性补偿：软件实现二、多路开关二、多路开关1.功能：功能： 在在CPU控制下实现输入信控制下实现输入信号的号的N选选12.常用芯片：常用芯片： CD4051 双向双向 单端单端 8路路 CD4052 单向单向 双端双端 4路路 AD7506 单向单向 单端单端 16路路3.连接方式：连接方式：单端输入和双端差动输入单端输入和双端差动输入UiUoUcm单端输入方式UiUo差动输入方式Ucm信号地模拟地计算机控制技术1.功能：将模拟输入小信号放大到功能：将模拟输入小信号放大到A/D转换的量程范围内转换的量程范围内2.电路结构：运放电路结构：运放由于现在

8、的变送器大都送出标准模拟信号，所以前置放大器由于现在的变送器大都送出标准模拟信号，所以前置放大器不常用！不常用！四、采样保持器四、采样保持器2.零阶保持器：外推公式零阶保持器：外推公式 fn(t)=f(nT) nTt(n+1)T 传递函数：传递函数： 1( )TSeG SS1.功能：功能： 采样：将采样：将连续的连续的模拟信号模拟信号变成变成离散的离散的模拟信号模拟信号 保持：将采样后的保持：将采样后的离散离散模拟信号模拟信号维持维持A/D转换所需的足转换所需的足够长的时间够长的时间三、前置放大器三、前置放大器计算机控制技术3.零阶采样保持器零阶采样保持器ViVoKCh-+-A1A2A1：输入

9、缓冲器：输入缓冲器A2：输出缓冲器：输出缓冲器K：采样开关：采样开关Ch：保持电容：保持电容工作过程：工作过程：K闭合闭合Ch快速充电快速充电Vo=Vi K打开打开VO保持采样时的保持采样时的Vi不变不变进入保持阶段进入保持阶段 启动启动A/D转换转换特点：低通、相位滞后、时间滞后特点：低通、相位滞后、时间滞后4.香农采样定理香农采样定理计算机控制技术12五、五、 A/D转换转换 A/D转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。转换器是用来通过一定的电路将模拟量转变为数字量。 模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、模拟量可以是电压、电流等电信号，也可以是压力、温度、湿度、位

10、移、声音等非电信号。但在湿度、位移、声音等非电信号。但在A/D转换前，转换前，输入到输入到A/D转换器的输入信号必须转换器的输入信号必须经各种传感器把各种物理量经各种传感器把各种物理量转转换成电压信号换成电压信号。 A/D转换后，输出的数字信号可以有转换后，输出的数字信号可以有8位、位、10位、位、12位和位和16位等。位等。A/DA/D转换的一般步骤：采样转换的一般步骤：采样保持保持量化量化编码编码 采样保持器采样保持器 A/D转换器转换器计算机控制技术13方法：并联比较法、逐次逼近法方法：并联比较法、逐次逼近法 、双积分法和电压频率、双积分法和电压频率转换转换法法（1）并联比较法：）并联比

11、较法：编码和锁存1 14 4U Ur rUiR/2R RR RR RR RR RR RR R/ /2 2CLOCKD0D1D2U Ur r3 3U Ur r5 5U Ur r7 7U Ur r9 9U Ur r1 11 1U Ur r1 13 3U Ur rU Ur r：基准电压；：基准电压；U Ui i：待转换模拟电压：待转换模拟电压量量D0/D1/D2D0/D1/D2：转换后的：转换后的3 3位数字量位数字量工作过程：工作过程：输入电压输入电压U Ui i同时同时和和7 7个参考电压个参考电压K Ki iU Ur r/14/14比较比较，结果为一组（，结果为一组（7 7个）个）0 0，1

12、1的组合，的组合，将其编码后变为（将其编码后变为（D0，D1，D2）特点：特点：结构复杂、成本高、抗干扰性差、转结构复杂、成本高、抗干扰性差、转换速度快（是各种换速度快（是各种A/DA/D中速度最快的）中速度最快的）适用场合：适用场合：雷达、数字通讯、视频数字转换系统雷达、数字通讯、视频数字转换系统计算机控制技术14（2）逐次逼近法）逐次逼近法图图4.21 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器原转换器原理框图理框图工作过程：工作过程：二分搜索，反馈比较，逐次逼近二分搜索，反馈比较，逐次逼近从最高位逐位试探其从最高位逐位试探其0,10,1值值在在CPUCPU发出的发出的启动信号作用启动信号作用下下控

13、制控制逻辑电路逻辑电路先令先令D DN-1N-1=1=1，其余位为零，其余位为零，经过经过D/AD/A变换器变换器，得到参考电压得到参考电压V V0 0，与待转换的模拟电压与待转换的模拟电压V Vi i经经比较器比较器比较大小后，即可确定的实际比较大小后，即可确定的实际0 0，1 1取值。然后再用同样的方法获得取值。然后再用同样的方法获得其他各位的其他各位的0 0，1 1状态，状态，结果逐位结果逐位存入逐次逼近寄存器中存入逐次逼近寄存器中，A/DA/D转换转换结束后结束后，在，在CPUCPU控制控制下，由下，由缓冲寄缓冲寄存器存器输出。输出。特点：特点：属于中速的属于中速的A/DA/D转换器；

14、电路简单成本低转换器；电路简单成本低适用场合适用场合：工业多通道单片机控制系统和音频数字转换系统工业多通道单片机控制系统和音频数字转换系统 计算机控制技术15（3）双积分式双积分式工作过程：工作过程：1 1）休止阶段：控制电路发）休止阶段：控制电路发出复位指令出复位指令计数器清零、计数器清零、电子开关断开、积分器输入电子开关断开、积分器输入输出均为零输出均为零2 2）第一次积分：接通）第一次积分：接通 积分器从零积分器从零开始对开始对C C积分进行积分进行固定时长固定时长（计数器计数溢出（计数器计数溢出T T1 1=2=2N NT Tc c）的的正向积分正向积分3 3）第二次积分：接通参考电）

15、第二次积分：接通参考电压压V Vrefref 积分器对积分器对C C积分进行积分进行反向积分，直至积分器输出为反向积分，直至积分器输出为零，记录所需时间零，记录所需时间T T2 2=NT=NTC C4 4）量化：）量化：两次积分时间之比两次积分时间之比ViVi越大，反向积分时越大，反向积分时间越长间越长计算机控制技术16 第一次积分后：第一次积分后：UB=-ViT1/RC，其中，其中T1=2NTC第二次积分后：第二次积分后：UB=-ViT1/RC+VrefT2/RC=0，其中，其中T2=XTC得到数字量：得到数字量：X=2NVi/Vref特点：特点：1 1）精度高，抗干扰能力强，速度慢，适用于

16、低速场合）精度高，抗干扰能力强，速度慢，适用于低速场合2 2）计数器的位数决定）计数器的位数决定A/DA/D的位数的位数3 3）只有）只有V Vref与与V Vi极性相反，且其绝对值大于极性相反，且其绝对值大于V Vi的绝对值时，转换结果的绝对值时，转换结果才正确才正确适用场合适用场合：低速设备，如数字仪表低速设备，如数字仪表计算机控制技术17（4）电压频率转换法电压频率转换法计算机控制技术181 1）分辨率：使输出数字量的最低位状态改变，所需要的模拟输入）分辨率：使输出数字量的最低位状态改变，所需要的模拟输入量的变化量量的变化量一般用转换字长一般用转换字长NN代替代替2 2）稳定时间（又称转

17、换时间）稳定时间（又称转换时间）并联比较式：几十纳秒并联比较式：几十纳秒逐次逼近式：几十微秒逐次逼近式：几十微秒双积分式：几百毫秒双积分式：几百毫秒3 3）量程：）量程：计算机控制技术19计算机控制技术203）转换状态显示：）转换状态显示：EOC输出输出低电低电平平，指示，指示转换正在进行转换正在进行 EOC变变为为高电平高电平，指示，指示A/D转换结束转换结束。此此时，数据已保存到时，数据已保存到8位三态输出锁位三态输出锁存器中存器中。4）读数据：）读数据：CPU使使OE信号信号为为高高电平电平，读出数字量送到，读出数字量送到CPU。1）通道选择：）通道选择：CPU设置设置ADDA、ADDB

18、、ADDC的组合的组合 CPU提供给提供给ALE端有效端有效信号（正脉冲信号），使被选信号经选信号（正脉冲信号），使被选信号经选择开关到达比较器的输入端；择开关到达比较器的输入端；2）启动）启动A/D转换：使转换：使START端接受一正端接受一正脉冲信号，脉冲信号，START的的上升沿上升沿将逐次逼近将逐次逼近寄存器寄存器复位复位，下降沿启动下降沿启动A/D转换转换；计算机控制技术211 1）查询法）查询法 优点优点: :接口电路设计简单。接口电路设计简单。 缺点：缺点：A/DA/D转换期间独占转换期间独占CPUCPU，致使，致使CPUCPU运行效率降低。运行效率降低。2 2）定时法）定时法

19、优点优点: :接口电路设计比查询法简单，不必读取接口电路设计比查询法简单，不必读取EOCEOC的状态。的状态。 缺点：缺点：A/DA/D转换期间独占转换期间独占CPUCPU，致使，致使CPUCPU运行效率降低；另运行效率降低；另外还必须知道外还必须知道A/DA/D转换器的转换时间。转换器的转换时间。3 3）中断法）中断法 优点：优点：A/DA/D转换期间转换期间CPUCPU可以处理其它的程序，提高可以处理其它的程序，提高CPUCPU的的运行效率。运行效率。 缺点：接口电路复杂缺点：接口电路复杂 CPUCPU读读A/DA/D的方法的方法计算机控制技术22 ADC0809 ADC0809的接口电路

20、的接口电路例例1：如左图，编写：如左图，编写一段轮流从一段轮流从IN0IN7采集采集8路模拟信号，路模拟信号，并把采集到的数字量并把采集到的数字量存入存入0100开始的开始的8个单元内的程序。个单元内的程序。计算机控制技术23AD574是美国模拟器件公司的产品，是较先进的高集成度、低价格的是美国模拟器件公司的产品，是较先进的高集成度、低价格的逐次逼近式转换器，是逐次逼近式转换器，是一路一路A/D，其模拟量输入，其模拟量输入20VIN和和10VIN不能分开不能分开采样，可以是双极性或者单极性。采样，可以是双极性或者单极性。AD574由两片大规模集成电路构成。一片为由两片大规模集成电路构成。一片为

21、D/A转换器转换器AD565，另一，另一片集成了逐次逼近寄存器片集成了逐次逼近寄存器SAR、转换控制电路、时钟电路、总线接口、转换控制电路、时钟电路、总线接口电路和高分辨比较器电路。电路和高分辨比较器电路。引脚信号说明引脚信号说明12/8：数据：数据输出输出方式选择信号。高电平时输出方式选择信号。高电平时输出12位数据，低电平时与位数据，低电平时与A0信号配合输出高信号配合输出高8位或低位或低4位数据。位数据。不能用不能用TTL电平控制，必须直接电平控制，必须直接接至接至5V（12位一次并行输出）或数字地（位一次并行输出）或数字地（12位分两次输出）。位分两次输出）。注意：该信号只在数据输出时

22、有用，与转换状态无关！注意：该信号只在数据输出时有用，与转换状态无关！A0：转换数据长度选择控制信号。在：转换数据长度选择控制信号。在转换状态转换状态，A0为为低电平低电平进行进行12位转换位转换，A0为为高电平高电平进行进行8位转换位转换。在。在读数状态读数状态，低电平低电平时，则时，则输出输出高高8位数据；高电平位数据；高电平时，则时，则输出低输出低4位数据位数据。计算机控制技术24 AD574 AD574的工作过程的工作过程CE、/CS：片选信号：片选信号R/C：读、启动控制信号。：读、启动控制信号。高电平高电平输出输出数据，数据，低电平低电平启动启动转换转换。STS：状态输出信号。：状

23、态输出信号。高电平高电平，表示，表示正在转换正在转换；25微秒后微秒后为低电为低电平平，表示，表示转换结束转换结束。BIP0FF：极性选择。单极性时，接：极性选择。单极性时，接0V；双极性时，接；双极性时，接10V。10VIN：输入电压在：输入电压在10V范围内变化时的模拟信号输入端。范围内变化时的模拟信号输入端。20VIN：输入电压在：输入电压在20V范围内变化时的模拟信号输入端。范围内变化时的模拟信号输入端。计算机控制技术25 AD574 AD574的接口电路的接口电路 2）输出数据：首先根据输出数据的方式，确定）输出数据：首先根据输出数据的方式，确定12/8接高电平还是接接高电平还是接低

24、电平；然后在低电平；然后在CE=1、/CS=0、R/C=1的条件下，确定的条件下，确定A0的电平。的电平。若为若为12位并行输出，位并行输出，A0端输入电平信号可高可低；若分两次输出端输入电平信号可高可低；若分两次输出12位数据，位数据，A0=0，输出，输出12位数据的高位数据的高8位，位，A0=1，输出，输出12位数据的低位数据的低4位。由于位。由于AD574输出端有三态缓冲器，所以输出端有三态缓冲器，所以D0D11数据输出线可数据输出线可直接接在直接接在CPU数据总线上。数据总线上。CE/CSR/C12/8A0工作工作状态状态0禁止禁止1禁止禁止1000启动启动1212位位转换转换1001

25、启动启动8位转换转换101接接+5v+5v1212位并行输出有效位并行输出有效101接地接地0高高8 8位并行输出位并行输出有效101接地接地1低四位并行输出低四位并行输出有效计算机控制技术26例例2：如左图，编写：如左图，编写一段轮流模拟信号采一段轮流模拟信号采集程序，将采集到的集程序，将采集到的数字量存入数字量存入0100单元内的程序。单元内的程序。计算机控制技术27主要采用光电耦合器主要采用光电耦合器计算机控制技术284.2 模拟量输出通道模拟量输出通道 本节主要内容D/A转换器原理转换器原理D/A转换器芯片及接口电路转换器芯片及接口电路 D/A转换器的输出转换器的输出 D/A转换器接口

26、的隔离技术转换器接口的隔离技术 D/A转换模板的标准化设计转换模板的标准化设计 AO通道的作用：通道的作用：将将数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量并且并且保持保持到到下一个控制信号来到时，下一个控制信号来到时，即实现模拟信号的重构。即实现模拟信号的重构。计算机控制技术29 通道通道n通道通道1PC总线总线D/AD/AV/I变换、自动手动变换、自动手动切换切换V/I变换、自动手动变换、自动手动切换切换接接口口通道通道1通道通道n通道通道1PC总线总线D/AV/I变换、自动手动变换、自动手动切换切换V/I变换、自动手动变换、自动手动切换切换接接口口反反多多路路开开关关多多D/A结构（数字结构（数

27、字量保持器）量保持器）共享共享D/A结构（模拟结构（模拟量保持器）量保持器）计算机控制技术30一、一、D/A转换器转换器1.基本原理：基本原理：D/A输入的输入的n位数字量可以表示为：位数字量可以表示为：Din=D0，D1，,Di, ,Dn 通过通过加权求和加权求和即可得到模拟输出量：即可得到模拟输出量： Aout=2N*DinT，其中其中2N=20,21，,2i,2n2.实现方法：实现方法：权电阻网络、权电阻网络、R-2RT形电阻网络、形电阻网络、R-2R倒倒T形电阻网络形电阻网络3.主要组成主要组成基准电压基准电压VREF电阻网络电阻网络位切换开关位切换开关Si （i=0，1，n-1）运算

28、放大器运算放大器A计算机控制技术314.权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器IS I0 I1 I2 In 2nR 2n-1R 21R 20R 0 1 0 1 0 1 0 1 S0 S1 S2 S3 D0 D1 D2 D3-+ RF IF VREF U0 数学关系：数学关系：U0=- VREF*（20*D0+21*D1+22*D2+2n*Dn）/2n+1 特点：特点：1）电路简单、使用电阻较少）电路简单、使用电阻较少2）相邻电阻间阻值严格相差）相邻电阻间阻值严格相差1/2，要求电阻精度高，难以大规模集成，要求电阻精度高，难以大规模集成计算机控制技术325.R-2RT形电阻网络形电阻网络数学关系

29、：数学关系：U0=- VREF*（20*D0+21*D1+22*D2+2n*Dn）/2n+1 特点：特点：1）只有两种阻值的电阻，利用集成）只有两种阻值的电阻，利用集成 2）电流）电流IS需要建立时间，转换速度慢需要建立时间，转换速度慢2 2R R2 2R R2 2R R2 2R R2 2R R2 2R RR RR RR RS S0 0D D3 3D D2 2D D1 1D D0 0S S3 3S S2 2S S1 1U U0 0V VR RE EF F- -+ +I IS S0 01 10 00 00 01 11 11 1计算机控制技术6.R-2R倒倒T形电阻网络形电阻网络数学关系：数学关系

30、：U0=- VREF*（20*D0+21*D1+22*D2+2n*Dn）/2n+1 特点：特点：1）只有两种阻值的电阻，利用集成）只有两种阻值的电阻，利用集成 2）电流）电流I为恒值，无需建立时间，转换速度快，因而被为恒值，无需建立时间，转换速度快，因而被广泛采用广泛采用2 2R R2 2R R2 2R R2 2R R2 2R RR RR RR RR Rf fI I0 0I I4 4I I3 3I I2 2I I1 1I II IS SI IF FS S0 0S S3 3S S2 2S S1 1D D0 0 D D1 1 D D2 2 D D3 3- -+ +U U0 0V VR RE EF

31、F计算机控制技术347.D/A转换器性能指标转换器性能指标（1）分辨率：）分辨率：D/A转换器对模拟量的分辨能力转换器对模拟量的分辨能力 定义：基准电压与定义：基准电压与2n之比值，其中之比值，其中n为为D/A转换器的位数转换器的位数 。 分辨率取决于分辨率取决于D/A转换器的位数转换器的位数（2）稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间） 定义：输入满量程时，定义：输入满量程时，D/A转换器的输出达到离终值转换器的输出达到离终值1/2LSB时所需要的时间。时所需要的时间。 电流型的电流型的D/A：约几：约几s； 电压型电压型D/A：稳定时间主要取决于运算放大器的响应：稳定时间主要取决于

32、运算放大器的响应时间。时间。 （3）绝对精度）绝对精度 定义：指输入满刻度数字量时，定义：指输入满刻度数字量时，D/A转换器的实际转换器的实际输出值与理论值之间的偏差。输出值与理论值之间的偏差。计算机控制技术358.D/A转换器的种类转换器的种类按数字量输入方式分：并行和串行按数字量输入方式分：并行和串行按模拟量输出方式分：电流（按模拟量输出方式分：电流（20mA3A）和电压（）和电压（510V）按按D/A转换的分辨率：低、中、高转换的分辨率：低、中、高二、常用二、常用D/A转换芯片的接口电路转换芯片的接口电路8位位D/A转换器芯片转换器芯片DAC0832DAC0832DAC0832是是8 8

33、位数位数/ /模转换芯片，模转换芯片，DAC0832DAC0832具有以下主要特点：具有以下主要特点： 与与TTLTTL电平兼容；电平兼容； 分辨率为分辨率为8 8位；位； 建立时间为建立时间为1s1s； 功耗为功耗为20mW20mW； 电流输出型电流输出型D/AD/A转换器。转换器。计算机控制技术36（1 1）DAC0832DAC0832结构框图及引脚说明结构框图及引脚说明I IOUT1OUT1、I IOUT2OUT2：模拟电流输出端。：模拟电流输出端。I IOUT1OUT1+I+IOUT2OUT2= =常数常数D0D7D0D7：数字量输入端：数字量输入端ILEILE、/XFER/XFER、

34、/WR1/WR1、/WR2/WR2：输入缓冲控制：输入缓冲控制Rfb：输出控制：输出控制V VCCCC：工作电压（：工作电压（5v15v5v15v）V Vrefref：基准电压（：基准电压（-10+10v-10+10v）计算机控制技术37 CPU CPU执行输出指令，输出执行输出指令，输出8 8位数据给位数据给DAC0832DAC0832； 在在CPUCPU执行输出指令的同时，使执行输出指令的同时，使ILEILE、/CS/CS、/WR1/WR1三个控制信号端都有三个控制信号端都有效，效，8 8位数据锁存在位数据锁存在8 8位输入寄存器中；位输入寄存器中； 当当/WR2/WR2、/XFER/XF

35、ER两个控制信号端都有效时，两个控制信号端都有效时，8 8位数据再次被锁存到位数据再次被锁存到8 8位位DACDAC寄存器，这时寄存器，这时8 8位位D/AD/A转换器开始工作，转换器开始工作，8 8位数据转换为相对应的模位数据转换为相对应的模拟电流，从拟电流，从Iout1Iout1和和Iout2Iout2输出。输出。(2)DAC0832(2)DAC0832工作过程工作过程(3)DAC0832(3)DAC0832的输入控制方式的输入控制方式直通方式：所有控制信号（直通方式：所有控制信号（/CS/CS、/WR1/WR1、/WR2/WR2、/XFER/XFER、ILEILE）直接有效）直接有效单缓

36、冲方式：使输入寄存器和单缓冲方式：使输入寄存器和DACDAC寄存器中的任意一个工作在直通方式寄存器中的任意一个工作在直通方式 适用于一路模拟量输出或者多路不同步的系统适用于一路模拟量输出或者多路不同步的系统双缓冲方式：适用于多路模拟量输出且要求同步的系统双缓冲方式：适用于多路模拟量输出且要求同步的系统计算机控制技术( (4 4) )输出方式：电压输出和电流输出输出方式：电压输出和电流输出电压输出：电压输出：反相输出反相输出：Vout =- VrefD/28同相输出同相输出：Vout =+ VrefD/282）双极性输出：）双极性输出：- -+ +2 2R R2 2R RR RR RV Vr r

37、e ef fV Vo ou ut tV Vo ou ut t1 1 R Rf fb bI IO OU UT T1 1I IO OU UT T2 2A AG GN ND DD DA AC C0 08 83 32 2- -+ +V Vo ou ut t双极性输出双极性输出：Vout1 = Vref（D-27）/27 D从从0到到28-1变化，变化，VOUT1从从-Vref到（到（27-1）Vref/27变化变化适用场合：适用场合：数字输入量为无符号数数字输入量为无符号数适用场合：数字输入量为有符号数的补码适用场合：数字输入量为有符号数的补码1）单极性输出：同相和反相）单极性输出：同相和反相计算机控

38、制技术电流输出：电流输出：计算机控制技术( (5 5) )I/VI/V变换和变换和V/IV/I变换变换I/V变换：用于电流输出型的电压输出（方便带载）变换：用于电流输出型的电压输出（方便带载）V/I变换：用于电压输出型的电流输出（方便传输）变换：用于电压输出型的电流输出（方便传输）( (6 6) )DAC0832DAC0832的接口电路的接口电路8 89 9c c5 51 1D DA AC C0 08 83 32 2V Vo ou ut t+ +5 5v v+ +5 5v v P P2 2. .6 6 / /W WR RP P0 0. .0 0 7 7/ /C CS S/ /W WR R1 1

39、D D0 0 7 7I IL LE EV VC CC CA AG GN ND D V VR RE EF F R Rf fb bI IO OU UT T1 1I IO OU UT T2 2/ /X XF FE ER R/ /W WR R2 2D DG GN ND D- -+ +- -+ +1 15 5K K1 15 5K K7 7. .5 5K K电压波形发生器电压波形发生器计算机控制技术41三、三、D/AD/A接口的隔离技术接口的隔离技术通常采用光电耦合器通常采用光电耦合器两种隔离方式：模拟信号隔离和数字信号隔离两种隔离方式：模拟信号隔离和数字信号隔离1.模拟量隔离模拟量隔离特特点：只使用少量

40、的光电点：只使用少量的光电耦合器，成本低；耦合器，成本低；缺点缺点：调试困难，如果光调试困难，如果光电耦合器挑选不合适，将电耦合器挑选不合适，将会影响变换的精度和线性会影响变换的精度和线性度。度。计算机控制技术422.数字量隔离数字量隔离计算机控制技术例例1.1. DAC0832 DAC0832用作波形发生器。试根据图用作波形发生器。试根据图4-4-24-4-2接线，分别接线，分别写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图写出产生锯齿波、三角波和方波的程序，产生的波形如图4-4-4-14-1所示。所示。4.3模拟量通道习题课模拟量通道习题课图图4-4-1 DAC08324-4-1 DA

41、C0832产生的波形图产生的波形图计算机控制技术图图4-4-2 DAC08324-4-2 DAC0832与与80318031接线图接线图计算机控制技术 ORGORG 0000H 0000H AJMP 0050H AJMP 0050H ORG 0050H ORG 0050H LOOP1LOOP1：MOVMOVA A，#80H#80H；转换初值；转换初值LOOPLOOP： MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH；输入寄存器地址；输入寄存器地址MOVXMOVXR0R0， A A；转换数据送输入寄存器；转换数据送输入寄存器 INCINCR0R0；产生；产生DACDAC寄存器地址寄存器地址MOVXM

42、OVXR0R0， A A；数据送入；数据送入DACDAC寄存器并进行寄存器并进行D/AD/A转换转换DECDECA A；转换值减少；转换值减少NOPNOP；延时；延时NOPNOPNOPNOPCJNECJNEA A，#0FFH#0FFH，LOOPLOOP；-5V-5V是否输出？未输出，程序循环是否输出？未输出，程序循环SJMPSJMPLOOP1LOOP1；-5V-5V已输出，返回转换初值已输出，返回转换初值ENDEND锯齿波程序：锯齿波程序：解：由图解：由图4-44-4-11-11可以看出，可以看出，DAC0832DAC0832采用的是双缓冲双极性的接线方式，采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入

43、寄存器的地址为输入寄存器的地址为FEHFEH，DACDAC寄存器的地址为寄存器的地址为FFHFFH。计算机控制技术 ORGORG 0100H0100HMOVMOVA A，#0FFH#0FFHDOWNDOWN： MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEHMOVXMOVXR0R0，A A ；线性下降段；线性下降段INCINCR0 R0 MOVXMOVXR0R0，A ADECDECA AJNZJNZDOWN DOWN UPUP：MOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH；线性上升段；线性上升段MOVXMOVXR0R0，A A INCINCR0 R0 MOVXMOVXR0R0，A AINCINCA A

44、 JNZJNZUPUPMOVMOVA A，#0F#0FF FH HSJMPSJMPDOWNDOWNENDEND三角波程序三角波程序: :计算机控制技术方波程序方波程序: : ORGORG 0200H0200HLOOPLOOP： MOVMOVA A，#66H#66HMOVMOVR0R0，#0FEH#0FEH；置上限电平；置上限电平MOVXMOVXR0R0，A A INCINCR0 R0 MOVXMOVXR0R0，A A ACALLACALLDELAYDELAY；形成方波顶宽；形成方波顶宽MOVMOVA A，#00H#00H；置下限电平；置下限电平MOVMOVR0R0，#0FEH #0FEH MO

45、VXMOVXR0R0，A A INCINCR0 R0 MOVXMOVXR0R0，A A ACALLACALLDELAYDELAY；形成方波底宽；形成方波底宽SJMPSJMPLOOPLOOPENDEND计算机控制技术例例2 2: :X-YX-Y绘图仪与双片绘图仪与双片DAC0832DAC0832接线如图接线如图4-4-34-4-3所示。设所示。设80318031内部内部RAMRAM中有两中有两个长度为个长度为1F1FH H的数据块，其起始地址分别为的数据块，其起始地址分别为4 40H0H和和60H60H，请编出能把，请编出能把4 40H0H和和60H60H中的数据分别从中的数据分别从1#1#和和

46、2 2#DAC0832#DAC0832输出，并根据所给数据绘制出一条曲线。输出，并根据所给数据绘制出一条曲线。图图4-4-3 4-4-3 例例2 2接线图接线图计算机控制技术解：根据图解：根据图4-4-34-4-3接线，接线，DAC0832DAC0832各端口的地址为：各端口的地址为：FDHFDH1#DAC08321#DAC0832数字量输入寄存器地址数字量输入寄存器地址FEHFEH2#DAC08322#DAC0832数字量输入寄存器地址数字量输入寄存器地址FFHFFH1#1#和和2#DAC08322#DAC0832启动启动D/AD/A转换地址转换地址设设R1R1寄存器指向寄存器指向60H60

47、H单元；单元；R0R0指向指向4 40H0H单元，并同时作为两个单元，并同时作为两个DAC0832DAC0832的端口地址指针；的端口地址指针；R7R7寄存器存放数据块长度。寄存器存放数据块长度。 ORGORG 0000H0000H AJMP 0030H AJMP 0030H ORG 0030H ORG 0030HMOVMOVR7R7，# #1F1FH H；数据块长度；数据块长度MOVMOVR1R1，#60H #60H MOVMOVR0R0，# #4 40H0H MOV SP MOV SP，#30H#30HLOOPLOOP： MOV MOV A A，R0R0 PUSHPUSH A A ；保存；

48、保存4 40H0H单元地址单元地址 MOVMOV A A，R0R0；取；取4 40H0H单元中的数据单元中的数据 计算机控制技术 MOVMOV R0R0，#0FDH#0FDH；指向；指向1#DAC08321#DAC0832的数字量输入寄存器的数字量输入寄存器 MOVXMOVXR0R0，A A；取；取4 40H0H单元中的数据送单元中的数据送1#DAC08321#DAC0832 INCINC R0R0 MOVMOV A A，R1R1 ；取；取60H60H单元中的数据单元中的数据 INCINC R1R1；修改；修改60H60H单元地址指针单元地址指针MOVXMOVXR0R0，A A ；取；取60H

49、60H单元中的数据送单元中的数据送2#DAC08322#DAC0832INCINC R0R0MOVXMOVXR0R0，A A；启动两片；启动两片DAC0832DAC0832同时进行转换同时进行转换POPPOPA A；恢复；恢复4 40H0H单元地址单元地址INCINCA A；修改；修改4 40H0H单元地址指针单元地址指针MOVMOVR0R0，A ADJNZDJNZR7R7，LOOPLOOP；数据未传送完，继续；数据未传送完，继续ENDEND计算机控制技术例例3:3:如图如图4-4-44-4-4所示，试用查询和中断两种方式编写程序，对所示，试用查询和中断两种方式编写程序，对IN5IN5通道通道

50、上的数据进行采集，并将转换结果送入内部上的数据进行采集，并将转换结果送入内部RAM20HRAM20H单元。单元。图图4-4-4 4-4-4 例例3 3的接线图的接线图计算机控制技术查询方式程序清单：查询方式程序清单：ORGORG0000H0000HMOVMOV DPTRDPTR，#7FF5H#7FF5HMOVXMOVX DPTRDPTR，A A；启动启动A/DA/D转换转换LOOPLOOP：JBJB P3.3P3.3，LOOPLOOP；等待转换结束等待转换结束MOVXMOVX A A，DPTRDPTR；读取读取A/DA/D转换数据转换数据MOVMOV 20H20H，A A；存储数据存储数据EN

51、DEND解：中断方式程序清单：解：中断方式程序清单：ORGORG0000H0000HMOVMOVDPTRDPTR，#7FF5H#7FF5HMOVXMOVXDPTRDPTR，A A；启动；启动A/DA/D转换转换SETBSETBEAEASETBSETBEX1EX1；开外中断；开外中断1 1SETBSETBIT1IT1；外中断请求信号为下跳；外中断请求信号为下跳沿触发方式沿触发方式LOOPLOOP： SJMPSJMPLOOPLOOP；等待中断；等待中断ENDEND中断服务程序：中断服务程序：ORGORG0013H0013H；外中断；外中断1 1的入口地址的入口地址LJMPLJMP1000H1000

52、H；转中断服务程序的入口地址；转中断服务程序的入口地址ORGORG1000H1000HMOVXMOVXA A，DPTRDPTR；读取；读取A/DA/D转换数据转换数据MOVMOV20H20H，A A ；存储数据；存储数据RETIRETI；中断返回；中断返回计算机控制技术例例4 4：如图如图4-4-54-4-5所示，试编程对所示，试编程对8 8个模拟通道上的模拟电压进行一遍数字采个模拟通道上的模拟电压进行一遍数字采集，并将采集结果送入内部集，并将采集结果送入内部RAMRAM以以4 40H0H单元为始地址的输入缓冲区。单元为始地址的输入缓冲区。图图4-4-5 4-4-5 例例4 4接线图接线图解：

53、从图中可以看出，接线方式为解：从图中可以看出，接线方式为中断方式中断方式。ADDAADDA、ADDBADDB和和ADDCADDC三端接三端接80318031的的P0.0 P0.0 、P0.1 P0.1 和和P0.2P0.2，故通道号是通过，故通道号是通过数据线数据线来选择来选择计算机控制技术 主主程序清单：程序清单： ORGORG 0000H0000H AJMP 0030H AJMP 0030H ORG 0013H ORG 0013H LJMP 1000H LJMP 1000H ORG 0030H ORG 0030H MOVMOV R0R0，# #4 40H0H；数据区始地址送；数据区始地址送

54、R0R0 MOVMOVR7R7，#08H#08H；通道数送；通道数送R7R7 MOVMOVR6R6，#00H#00H；IN0IN0地址送地址送R6R6 MOV SP, #30H MOV SP, #30H MOVMOVIEIE，#84H#84H；开中断；开中断 SETBSETB IT1IT1；外中断请求信号为下；外中断请求信号为下跳沿触发方式跳沿触发方式 MOVMOVR1R1，#0F0H#0F0H；送端口地址到；送端口地址到R1R1 MOVMOVA A，R6R6；IN0IN0地址送地址送A A MOVXMOVX R1R1，A A ；启动；启动A/DA/D转换转换LOOPLOOP： SJMPSJM

55、PLOOPLOOP；等待中断；等待中断 ENDEND 中断服务程序：中断服务程序： ORGORG 1000H1000HMOVXMOVXA A，R1R1 ；读入；读入A/DA/D转换数据转换数据MOVMOVR0R0，A A ；将转换后的数据；将转换后的数据存入数据区存入数据区INCINCR0R0；数据区指针加；数据区指针加1 1INCINCR6R6；模拟通道号加；模拟通道号加1 1MOVMOVA A，R6R6；新的模拟通道号送；新的模拟通道号送A AMOVXMOVXR1R1，A A ；启动下一通道的；启动下一通道的A/DA/D转换转换DJNZDJNZR7R7，LOOP1LOOP1；8 8路采样路

56、采样未结束，则转向未结束，则转向LOOP1LOOP1CLRCLREX1EX1；8 8路采样结束，关中断路采样结束，关中断LOOP1LOOP1：RETIRETI；中断返回；中断返回计算机控制技术例例5 5：如：如图图4-4-64-4-6，试编写程序，使试编写程序，使AD574AD574进行进行1212位位A/DA/D转换，并把转换后的转换，并把转换后的1212位数字量存入内部位数字量存入内部RAMRAM的的20H20H和和21H21H单元。单元。设设20H20H单元存放高单元存放高8 8位，位，21H21H单元存放低单元存放低4 4位。位。图图4-4-6 4-4-6 例例5 5的接线图的接线图计算机控制技术解：程序清单如下：解：程序清单如下： ORGORG 0000H 0000H AJMP 0030H AJMP 0030H ORG 0030H ORG 0030H MOVMOV R0R0，#20H#20H；数据区首址；数据区首址 MOVMOV DPTRDPTR，#0FF7CH #0FF7CH MOVXMOVX DPTRDPTR，A A；启动；启动A/DA/D转换转换LOOPLOOP：JBJBP1.0P1.0，LOOPLOOP；转换是否结束，未结束，等待；转换是否结束，未结束，等待 MOVMOV DPTRDPTR