微机控制技术项目2_输入输出通道及接口技术

1、微机控制技术微机控制技术项目项目2 输入输出通道的接口技术输入输出通道的接口技术u反映现场工况的信号类型反映现场工况的信号类型 1.模拟量：连续变化的物理量；模拟量：连续变化的物理量； 2.数字量数字量 （开关量）（开关量） 以二进制或ASCII码形式 两个状态的量，通常可用一位二进制数表示 脉冲量u计算机能够接收的信号类型计算机能够接收的信号类型u 数字量数字量微机控制技术微机控制技术输入输出通道输入输出通道( (含义含义) ) 即I/O通道，指在计算机和工业对象(过程)之间所设置的信息传递和转换的连接装置。输入/输出通道由模拟量输入/输出通道和数字量（开关量）输入/输出通道组成。I/O通道

2、的分类通道的分类 检测通道检测通道 模拟量输入通道（模拟量输入通道（AI) 数字量输入通道（数字量输入通道（DI) 控制通道控制通道 模拟量输出通道（模拟量输出通道（AO) 数字量输出通道（数字量输出通道（DO)微机控制技术微机控制技术第第2章章 输入输入/输出通道及接口技术输出通道及接口技术任务任务1 模拟量输入通道模拟量输入通道 任务任务2 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术任务任务3 模拟量输出通道模拟量输出通道微机控制技术微机控制技术任务任务1 模拟量输入通道模拟量输入通道2.1.1、AI（Analog Input）通道的一般结构）通道的一般结构 AI通道的一般结构如图2.1

3、所示。一、组成：一、组成：由信号检测单元、信号处理单元、多路开关、放大器、S/H、AD转换器以及控制电路组成。二、工作过程：二、工作过程： 过程参数由传感元件和变送器测量并转换为电压（或电流）形式后送至多路开关；在微机的控制下，由多路开关将各个过程参数依次地切换到后级，进行放大、采样和A/D转换，实现过程参数的巡回检测。三、三、AI（Analog Input）通道的作用）通道的作用 A/D转换 传感器 放大器 S/H A/D CPU 传感器 传感器 传感器 多路开关 MUX 多通道数据采集系统结构 微机控制技术微机控制技术1 离散系统和连续系统离散系统和连续系统 连续系统处理连续性的信号，采用

4、连续信号进行控制。（模拟仪表） 离散系统把连续信号转换成离散量，依据离散量进行控制（计算机控制系统） 连续信号转换成离散量的手段和方法：采样和量化2 信号的采样信号的采样 按照一定的时间间隔T，把时间上和幅值上连续的模拟信号转换成在时刻0、T、2T、 kT上在时间上离散的脉冲序列信号的过程称采样。 工具：采样开关；结果：采样信号3 信号的量化信号的量化 采用一组数码（如二进制码）来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。将采样信号转换成数字信号。 工具：A/D转换器；结果：离散化的数字信号微机控制技术微机控制技术任务任务1 模拟量输入通道模拟量输入通道2.1.2、AI通道中的信号变换通道中

5、的信号变换 模拟信号到数字信号的转换包含信号采样和量化两个过程。一、信号的采样一、信号的采样1、采样过程、采样过程：模拟信号到采样信号的变换过程， 也称为离散过程。微机控制技术微机控制技术2.1 模拟量输入通道模拟量输入通道 信号的采样过程如图2.3所示，由采样-保持器（S/H)完成。 图2.3(a) 模拟信号y(t) ：时间，幅值均连续的信号 图2.3(b) 采样开关（采样器）：每隔一定时间闭合一次 图2.3(c) 离散模拟信号y *(t)（采样信号）： 时间上离散，幅值上连续的信号微机控制技术微机控制技术采样过程采样过程按照一定的时间间隔将连续信号变换为在时间上离散的脉冲序列的过程称为采样

6、过程采样过程。用来实现采样过程的装置称为采样器或采样开关用来实现采样过程的装置称为采样器或采样开关。将连续信号e(t)加到采样开关的输入端，采样开关以周期T依次闭合，闭合持续时间为，则采样开关的输出端得到宽度为的脉冲序列e*(t)。e*(t)可近似为一系列宽度为，高度为e(kT)的矩形脉冲。理想的采样开关等效于一个理想的单位脉冲序列发生器，由于很小因此产生单位脉冲序列T(t)。 微机控制技术微机控制技术2.1 模拟量输入通道模拟量输入通道采样周期：k两次采样的时间间隔（T）采样时间/宽度：k每次采样/闭合持续的时间（ ）采样时刻：一系列的时间点（0, T, 2T, 3T）微机控制技术微机控制技

7、术3、 Shannon采样定理采样定理 若随时间连续变化的模拟信号的最高频率为fmax ，那么只要按照采样频率 进行采样，采样信号y*(t)就能唯一地复现y(t)。 工程实际中，一般选取工程实际中，一般选取max2 ffsmax)105(ffs微机控制技术微机控制技术二、量化过程二、量化过程 量化过程中的信号变换如图2.3所示。 离散模拟信号离散模拟信号y*(t) ADC 数字信号数字信号y(nT) 1、量化原理、量化原理 用最基本的度量单位去度量某个用最基本的度量单位去度量某个采样时刻幅值的大小，然后进行小数采样时刻幅值的大小，然后进行小数归整，并且用一组二进制码表示的过程。归整，并且用一组

8、二进制码表示的过程。 ty*(t)02T4T24 (a) 离散模拟信号离散模拟信号y(nT)02T4T42(b) 数字信号数字信号t图图2.3 信号的量化过程信号的量化过程微机控制技术微机控制技术2、量化单位量化单位 指量化后二进制数的最低位(LSB)所对应的模拟量。ymax , ymin 要转换的采样信号的最大值、最小值；n：ADC的字长。的字长。 若转换范围相同，n，q，则精确度，但量化误差不可避免 nyyq2)(minmax微机控制技术微机控制技术3、量化误差（、量化误差（） 指某个采样时刻的幅值与其量化后所对应的数字量之间的差值。四舍五入四舍五入 截尾截尾 222qqq，即q0微机控制

9、技术微机控制技术(a) 模拟信号模拟信号(b) 离散模拟信号离散模拟信号 AI通道中的信号变换过程如图通道中的信号变换过程如图2.4所示。所示。图2.4 AI通道中的信号变换y(t)y*(t)t0t02T4T24y(nT)02T4T42(c) 数字信号数字信号t微机控制技术微机控制技术2.1.3 多路开关：多路转换器多路开关：多路转换器 一、一、 使用原因使用原因 一台微机可供十几到几十回使用，参数需要分时采样和控制。 二、二、 作用作用 将各输入信号依次或随机地连接到公用放大器，实现n选1操作；或者把经计算机处理，且由D/A转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备）

10、中，即完成一到多的转换。三、三、 特点特点 断开电阻高；接通电阻低；切换速度快,噪音小；寿命长，无机械磨损；尺寸小，便于安装；使用方便，工作可靠。微机控制技术微机控制技术2.1.2 多路转换开关多路转换开关 多路开关的分类：多路开关的分类：从用途上分从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的转换双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的转换单向：只能实现多到一的转换单向：只能实现多到一的转换从输入信号的连接方式上分从输入信号的连接方式上分 单端输入单端输入双端输入（或差动输入）双端输入（或差动输入） 微机控制技术微机控制技术1 1、CD4051CD4051 CD4051 CD4

11、051是单端双向是单端双向8 8通道多路开关，其引脚结构如下图所示。通道多路开关，其引脚结构如下图所示。 图中第图中第6 6脚脚INHINH为禁止输入端。为禁止输入端。 当当INH=1INH=1时，通道断开；当时，通道断开；当INH=0INH=0时，通道接通时，通道接通 C C、B B、A A为二进制控制输入端，改变为二进制控制输入端，改变C C、B B、A A的数值，可的数值，可以译出以译出8 8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其真值种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其真值表如下表所示。表如下表所示。 改变图中改变图中IN/OUT0IN/OUT07 7及及OUT/INOUT/I

12、N的传递方向，则可用作多的传递方向，则可用作多路开关或反多路开关。路开关或反多路开关。CD4051CD4051引脚图引脚图微机控制技术微机控制技术多路转换开关（多到一的转换）：多路转换开关（多到一的转换）： ININ：1 1、2 2、4 4、5 5、1212、1313、1414、1515 OUT OUT：3 3反多路转换开关（一到多的转换）：反多路转换开关（一到多的转换）： ININ：3 3 OUT OUT： 1 1、2 2、4 4、5 5、1212、1313、1414、1515微机控制技术微机控制技术 模拟量转变成数字量后才能进入计算机系统，模拟量转变成数字量后才能进入计算机系统，A/D转换

13、过程需转换过程需要一定的时间，为了保证要一定的时间，为了保证A/D转换的精度，必须在转换的精度，必须在A/D转换进行时转换进行时保持待转换值不变，在保持待转换值不变，在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化。转换结束后又能跟踪输入信号的变化。同时，在模拟量输出通道中，为了使各输出通道得到一个平滑的同时，在模拟量输出通道中，为了使各输出通道得到一个平滑的模拟量输出，也必须保持有一个恒定的值，能够完成这两项任务模拟量输出，也必须保持有一个恒定的值，能够完成这两项任务的器件叫做采样的器件叫做采样保持器，也叫做保持器，也叫做S/H。2.1.2 采样采样保持器保持器 微机控制技术微机控制技术1、工作方式

14、、工作方式 采样方式：采样方式： 采样保持器的输出跟随模拟量输入变化，即输出跟随采样保持器的输出跟随模拟量输入变化，即输出跟随输入。输入。 保持方式：保持方式： 输出保持在进入保持方式这一时刻的输入不变。输出保持在进入保持方式这一时刻的输入不变。微机控制技术微机控制技术2 2、工作原理、工作原理 最简单的采样最简单的采样/保持器是由开关和电容组成，保持器是由开关和电容组成，如下图所示。如下图所示。K K闭合时：闭合时：V VX X经限流电阻经限流电阻R R向电容充电，使输出向电容充电，使输出 VoutVout跟随输入跟随输入V VX X变化变化采样状态采样状态K K断开时：由于电容具有一定的容

15、量，仍能使断开时：由于电容具有一定的容量，仍能使 输出输出VoutVout保持不变保持不变保持状态保持状态微机控制技术微机控制技术2 2、工作原理、工作原理 图图2.6所示的采样所示的采样保持器保持器LF198/LF298/LF398工工作原理：作原理：引脚引脚8为高电平时，开关为高电平时，开关S闭合，输出跟随输入闭合，输出跟随输入引脚引脚8为低电平时，开关为低电平时，开关S断开，输出保持不变断开，输出保持不变采样方式采样方式保持方式保持方式微机控制技术微机控制技术3、输入输出特性、输入输出特性微机控制技术微机控制技术3、输入输出特性、输入输出特性微机控制技术微机控制技术4 4、作用、作用 保

16、持模拟量信号不变，以便完成保持模拟量信号不变，以便完成A/DA/D转换转换 同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量和测量 减少减少D/AD/A转换器的输出转换器的输出“毛刺毛刺” 保证输出电压的稳定性保证输出电压的稳定性返回微机控制技术微机控制技术 模拟量输出通道主要完成数字量到模拟量的转模拟量输出通道主要完成数字量到模拟量的转换，也就是换，也就是D/A转换。转换。D/A转换器的分类：转换器的分类：1、按输入数字量位数来分：、按输入数字量位数来分：8位、位、10位、位、12位、位、16位等位等2、按输出形式分：、按输出形式分： 2.2 模拟量输出通道

17、的接口技术模拟量输出通道的接口技术 单极性输出单极性输出双极性输出双极性输出电流输出型电流输出型电压输出型电压输出型微机控制技术微机控制技术D/A转换器的原理转换器的原理 D/A转换器的原理转换器的原理 “按权展开，然后相加按权展开，然后相加”：D/A转换器把输入数字量中的每位都按其权值分别转换器把输入数字量中的每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。 因此，因此，D/A转换器内部必须要有一个解码网络，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以实现按权值分别进行D/A转换。转换。 解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和解码

18、网络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻解码网络。型电阻解码网络。 微机控制技术微机控制技术 AD转换器(ADC) 一、一、A/D转换的常用方法转换的常用方法1、计数式、计数式A/D转换转换(转换线路简单、转换速度慢，淘汰转换线路简单、转换速度慢，淘汰)2、逐次逼近型、逐次逼近型A/D转换（转换速度快，精度高）转换（转换速度快，精度高）3、双积分式、双积分式A/D转换（精度高、转换速度慢）转换（精度高、转换速度慢）4、V/F变换型变换型A/D转换（远距离串行传送）转换（远距离串行传送）5、并行、并行A/D转换（电路复杂成本高、转换速度要求高的场合）转换（电路复杂成本高、转换速度要求高的场合

19、）微机控制技术微机控制技术二、逐次逼近型二、逐次逼近型A/D转换原理转换原理1、原理框图、原理框图 由逐次逼近寄存器SAR、DAC、比较器、控制逻辑及时钟等组成2、工作过程、工作过程启动信号start为高电平（上升沿）SAR清零； start下降沿 ，转换开始，在第一个时钟脉冲，置SAR最高位MSB=1，其余位为0；将该DA( Vf) ，并送入比较器与Vx比较，若Vx Vf则保留该位，反之则清除；依次将次高位到最低位进行置位、转换、判断和决定，即可得Vx对应数字量转换结束后，控制电路送出结束信号，将SAR中数字量送入缓冲寄存器。 SARDACLOGIC数字量数字量模拟输入模拟输入Vx Vf 比

20、较器比较器微机控制技术微机控制技术STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V VREFREF. . . .D D7 7D D0 0输入的输入的模拟量模拟量微机控制技术微机控制技术STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V1000 00001000 0

21、0002.5V2.5V微机控制技术微机控制技术STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时1000 00001000 0000D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V2.5V2.5V低低1100 00001100 00003.75V3.75V微机控制技术微机控制技术STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时1100 00001100 0000D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V V

22、REFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V3.75V3.75V高高3.125V3.125V1010 00001010 0000微机控制技术微机控制技术STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时1010 00001010 0000D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V3.125V3.125V低低3.4375V3.4375V1011 00001011 0000微机控制技术微机控制技术S

23、TARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时1011 00001011 0000D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.4375V3.4375V3.4375V相等相等微机控制技术微机控制技术STARTSTARTCLOCKCLOCKEOCEOCOEOE控制与定时控制与定时1011 00001011 0000D/AD/A转换器转换器输输出出缓缓冲冲器器比较器比较器V VREFREF=5.0V=5.0V. . . .D D7 7D D0 03.4375V3.

24、4375V3.4375V3.4375V相等相等1011011 1 0000000 0微机控制技术微机控制技术三、三、ADC的主要技术指标的主要技术指标 1.转换时间转换时间 完成一次A/D转换的时间，典型值为0200s ；2. 分辨率分辨率 转换后的数字量的位数，n; 转换后的数字量的最低位LSB所对应的模拟量q。3.线性误差线性误差在满量程输入 范围内，偏离理想转换特性的最大误差4.量程量程 ADC转换的电压范围，如5v，10v微机控制技术微机控制技术5.转换精度转换精度绝对精度绝对精度 转换后的数字量相对于输入模拟量间的差值；相对精度相对精度 相对于满量程输入的百分比。区别：区别： 精度：

25、精度：转换后结果相对实际值的准确度； 分辨率：分辨率：对转换结果发生影响的最小输入量。四、四、8位位A/D转换器转换器微机控制技术微机控制技术1、多通道、多通道A/D转换器转换器ADC0808/0809(1) 组成组成 8路模拟开关、路模拟开关、通道选择逻辑、通道选择逻辑、8位位ADC，三态输出锁存缓冲器。三态输出锁存缓冲器。8路模拟开关路模拟开关 地址地址 锁存与锁存与译码译码8位位逐次逐次逼近式逼近式ADC三态三态输出输出锁存锁存缓冲器缓冲器VIN0 VIN7 A B CALEEOCDO0DO7 OE VCC GND VREF+ VREF- START CLOCK微机控制技术微机控制技术V

26、IN0 VIN7：8路模拟量输入通道DO0 DO7：8位输出数据线A、B、C：3位地址线ALE(address latch enable)： 允许地址锁存信号，高电平有效START：启动信号，高电平有效（脉冲信号上升沿SAR清零，下降沿开始A/D转换）EOC(end of conversion)： 转换结束信号，高电平有效。 EOC=0 表示正在进行A/D转换；EOC=1 表示A/D转换结束OE(output enable)： 允许输出信号，高电平有效 A/D转换过程中呈高阻状态；A/D转换结束后若OE 1，则表示可输出DO0 DO7 (2) 引脚功能引脚功能 (8位，位，100s， 28脚脚

27、)微机控制技术微机控制技术(3) 工作过程工作过程 A、B、C选择输入通道，并将其送到ADC输入端 START=1（上升沿SAR清零，下降沿经延迟时间t后正式开始A/D转换） 经100s的转换时间后，转换结束转换结果存入三态输出锁存缓冲器 （注：在A/D转换过程中EOC0） 转换结束后EOC1，通知CPU，经CPU响应后置OE=1，即可输出DO0 DO7 。微机控制技术微机控制技术(4) (4) 时序图（如图时序图（如图2.122.12所示）所示）(5) )特点：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，功耗较特点：具有较高的转换速度和精度，受温度影响较小，能较长

28、时间保证精度，重现性好，功耗较低，且具有低，且具有8路模拟开关。路模拟开关。五、五、8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 1、模拟输入信号的连接 输入信号的大小，输入信号的极性，输入信号的通道 2、数字量输出引脚的连接（数字量输出引脚和计算机的连接方法） A/D转换器内部是否含有输出锁存器 3、A/D转换器的启动方式 （1）脉冲启动：在启动转换输入引脚加上一个脉冲 （2）电平启动：在A/D转换器的期间，启动转换输入引脚加上一个脉冲 4、转换结束信号的处理方法 （1）中断方式 （2) 查询方式 （3）软件延时方式 微机控制技术微机控制技术5、参考电平的连接、参考电平的连接：参考电平的作用

29、是供给其内部D/A转换器的标准电源。6、时钟的连接时钟的连接 时钟的频率是决定芯片转换速度的基准。7、接地问题、接地问题(如图如图2.10所示所示)六、六、8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 A/D转换器的程序设计与具体的芯片的转换时间，系统参数的多少及参数变换的速度有关。1、设计步骤、设计步骤 （1）启动A/D转换； （2）查询或等待A/D转换结束； （3）读出转换结果。2、 读出转换结果的方法读出转换结果的方法 （1）采用中断方式（P26） （2）采用查询方式（P26） （3）采用延时方式：软件延时七、高于七、高于8位位A/D转换器转换器1、AD574的结构的结构（如图2.14所

30、示） 由12位DAC 、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器、SAR、10v基准电源等组成。2、AD574A的引脚及其工作原理的引脚及其工作原理(12位，位，25 s， 28脚脚)微机控制技术微机控制技术BIP OFF：决定AD574A的模拟输入是单极性还是双极性；BIP OFF0，单极性；1，双极性10VIN、20VIN：量程为10V接10VIN， 量程为20V 接20VINDO0 DO11：12位输出数据线CE：片能用信号，高电平有效CS：片选信号，低电平有效R/C：读/转换信号，高电平为读A/D转换数据，低电平为启动A/D 转换 12/8：输出方式选择信号，高电平为输出12位数据， 低电平时与A

31、0配合使用A0：字节信号 转换期间：A00，进行12位转换 A01，进行8位转换 读数期间：12/81，则A0无效 12/80时，A00，输出高8位， A01，输出低四位 STS：转换结束信号，低电平有效 STS=1表示正在转换； STS=0表示转换结束 BIP OFF DO0 10 VIN 20 VIN CE . CS . R/C . A0 12/8 VLOGIC VCC VEE VREF IN DO11 AGND STS DGND VREF OUTAD574A引脚图引脚图微机控制技术微机控制技术AD574A有关控制信号的作用微机控制技术微机控制技术六、高于六、高于8位位A/D转换器的接口技

32、术及程序设计转换器的接口技术及程序设计 1、AD574A与与8031的接口电路（如图的接口电路（如图2.16所示）所示） 2、查询方式、查询方式A/D转换程序的设计转换程序的设计(P29)3、AD574A转换时序图（如图2.15所示）微机控制技术微机控制技术任务3 模拟量输出通道 功能：功能： DA，即把计算机输出的控制量转化为模拟量，并，即把计算机输出的控制量转化为模拟量，并输出到控制回路中，完成对执行机构的控制。主要由输出到控制回路中，完成对执行机构的控制。主要由DAC完成。完成。 要求：要求：可靠性高，具有一定精度，且具有保持作用。可靠性高，具有一定精度，且具有保持作用。微机控制技术微机

33、控制技术1. AO的基本结构 主要由DAC和输出保持器组成。 输出保持器的作用：输出保持器的作用： 在新的控制信号到来之前，使本次控制信号保持不变，从而使执行部件得到连在新的控制信号到来之前，使本次控制信号保持不变，从而使执行部件得到连续的输出控制信号。续的输出控制信号。微机控制技术微机控制技术由输出保持器的构成方式决定了AO的两种基本结构形式：一、多一、多DAC（一个通路设置一个（一个通路设置一个DAC;各通道自备各通道自备D/A转转 换器形式）（如图换器形式）（如图2.17所示）所示） 工作过程：工作过程：每个通路的输出数据由独立的每个通路的输出数据由独立的I/O接口的数据寄存器或接口的数

34、据寄存器或DAC的数据寄存器保持，即的数据寄存器保持，即 t = kT时刻的控制作用可以一直供给时刻的控制作用可以一直供给DAC，直到，直到t = (k+1)T时刻到来。时刻到来。 特点：特点： 1. 数字保持方式；数字保持方式； 2. DAC兼具兼具D/A转换和保持作用。转换和保持作用。 优点：优点：速度快；精度高；工作可靠；独立性强。速度快；精度高；工作可靠；独立性强。 缺点缺点：硬件投资高。硬件投资高。微机控制技术微机控制技术工作过程：工作过程： 在在CPU作用下，作用下，DAC分时工作，通过分时工作，通过多路开关将转换后的模拟量送给输出保持器多路开关将转换后的模拟量送给输出保持器，保，

35、保持器将其保持到下一次控制信号的到来。持器将其保持到下一次控制信号的到来。 特点：特点： 1. 模拟保持方式；模拟保持方式； 2. DAC只有只有D/A转换作用。转换作用。 优点：优点：节省节省DAC。 缺点：缺点： 因因DAC分时工作，只适合于通路不多，速度要求不高的场合。分时工作，只适合于通路不多，速度要求不高的场合。二、共用DAC（多个通路共用DAC）（如图如图2.18所示）所示）微机控制技术微机控制技术2 DAC转换原理转换原理一、组成一、组成 D/A转换器由参考电源、数字开关控制，模拟转换、数字接口及放大器组成，其原理框图如图如图2.19所示所示。二、工作过程二、工作过程三、电阻解码

36、网络结构种类三、电阻解码网络结构种类1、权电阻解码网络2、 R-2R T型解码网络（1) 特点（2）工作原理（如图（如图2.20所示）所示）微机控制技术微机控制技术标准电压标准电压（模拟输入）（模拟输入）数字接口数字接口数字开关数字开关控制控制放大器放大器模拟转换模拟转换.D D0 0D Dn nD D2 2D D1 1电流电流IIi i电压电压 D/A转换器原理框图转换器原理框图微机控制技术微机控制技术R-2R T型解码网络原理图 各位的双向开关是由输入代码的对应位控制的各位的双向开关是由输入代码的对应位控制的 无论开关在哪一侧，网络中各支路的电流是不变的无论开关在哪一侧，网络中各支路的电流

37、是不变的 各节点向右和向下的等效电阻都是各节点向右和向下的等效电阻都是2R，网络是一个按二进制规律分配的分流，网络是一个按二进制规律分配的分流器器 从电压角度看，各节点的电压依次递减从电压角度看，各节点的电压依次递减 网络的等效电阻为网络的等效电阻为R， VREF提供的电流为提供的电流为I=VREF/R返回本节RR2R2R2R2R2RRfbVOUTIOUT1IOUT2(MSB)BITnBIT(N-1)BIT2BIT1(LSB)S-1S-2S-(n-1)S-n“1”“0”A-+VREFRI In nI In-1n-1I I2 2I I1 1I n=（1/21） II n-1=（1/22） II

38、2=（1/2n-1） II 1=（1/2n） I 求和点电流I OUT1=an I n+ an-1 I n-1+ +a2 I 2+ a1 I 1REFFBniiiFBOUTOUTFFBOUTOUTVRRaRIVIRVI1112微机控制技术微机控制技术 设设b3、b2、b1、b0全为全为“1”，即，即S3、S2、S1、S0全部和全部和“1”端相连端相连 则根据电流定律，有：则根据电流定律，有：微机控制技术微机控制技术 由于由于S3S0的状态是受的状态是受b3b0控制的，并不一定控制的，并不一定全是全是“1”。若它们中有些位为。若它们中有些位为“0”，S3S0中相应中相应开关会因和开关会因和“0”

39、端相连而无电流流过，所以端相连而无电流流过，所以Iout1还与还与b3b0的状态有关。的状态有关。 则则 A点虚地点虚地 则则微机控制技术微机控制技术所以对于所以对于n位位T型电阻网络型电阻网络其中其中微机控制技术微机控制技术例题：对于一个例题：对于一个8位位D/A转换器，转换器， 已知已知VREF=10V，数字量输入为，数字量输入为10011101，求模拟量，求模拟量输出？输出？解：解：微机控制技术微机控制技术四、四、 DAC的主要技术指标的主要技术指标1.分辨率：分辨率： 通常用数字量的位数来表示，如通常用数字量的位数来表示，如8 8位表示它可以对满量程的位表示它可以对满量程的1/21/2

40、8 8=1/256=1/256的的增量做出反应。分辨率为增量做出反应。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与满转换器输入二进制数的最低有效位与满量程输出的量程输出的1/21/2n n相对应。相对应。例如例如8 8位位D/AD/A，在，在V VREFREF为为10V10V时，输出模拟电压的最小变化为时，输出模拟电压的最小变化为10V 10V 1/2 1/28 8=0.039V=0.039V。在在V VREFREF为为10V10V时，输出模拟电压的最小变化为时，输出模拟电压的最小变化为5V 5V 1/2 1/28 8=0.019V=0.019V。稳定时间（建立时

41、间）稳定时间（建立时间） 输入数字信号满量程时，输出模拟信号达到终值输入数字信号满量程时，输出模拟信号达到终值 1/2LSB所需时间。一般为几所需时间。一般为几s。线性误差：线性误差：满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差。满量程输入范围内，偏移理想转换特性的最大误差。精度精度 绝对精度：绝对精度：输入满刻度数字量时，输入满刻度数字量时，DAC实际输出值与理论值之间的偏差实际输出值与理论值之间的偏差 相对精度：相对精度：满刻度已校准的情况下，对应于任意一个数码的实际输出值满刻度已校准的情况下，对应于任意一个数码的实际输出值 与理论值之间的最大偏差。与理论值之间的最大偏差。微机控制技术微机

42、控制技术8位位D/A转换器与微型机的接口及程序设计转换器与微型机的接口及程序设计（1）数字量输入端的连接）数字量输入端的连接（2）模拟输出端的连接）模拟输出端的连接（3）参考电压源）参考电压源（2）外部控制信号的连接）外部控制信号的连接微机控制技术微机控制技术因因DAC0832是电流输出型是电流输出型D/A转换芯片，转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，接运算放大器，Rf为运算放大器的反为运算放大器的反馈电阻端。馈电阻端。微机控制技术微机控制技术（1）. 单极性输出单极性输出（输出只需改变电压大小不改（输出只需改变电压大小不改变极性）变极性）

43、DAC（0830）（0831）（0832）WR1WR2XFERCS+5VVCCVREFILERFBW21K1MAIOUT1IOUT2AGND8位数据总线VOUT-+Iout1接至运算放大器的反相输入端；Iout2接地；Vout1与Vref极性相反微机控制技术微机控制技术（2）. 双极性输出双极性输出（输出需改变电压大小不（输出需改变电压大小不极性）极性） D DA AC C（0 08 83 30 0）（0 08 83 31 1）（0 08 83 32 2）A A2 2- -+ +A A1 1- -+ +I IO OU UT T1 1I IO OU UT T2 2A AG GN ND DV VO

44、 OU UT T2 2R R3 3= =2 2R RR R4 4R R1 1= =2 2R RR R2 2= =R RV VR RE EF FR Rf fb bV VO OU UT T1 1 I I1 1I I2 2在单极性电压输出的基础上再加一级电压放大器；微机控制技术微机控制技术 8位位D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 1、普通型、普通型D/A转换器转换器DAC0832（电流输出型）（电流输出型）1）DAC0832的结构及原理的结构及原理&微机控制技术微机控制技术 DAC0832芯片为芯片为20引脚，引脚，双列直插式封装。其引脚排双列直插式封装。其引脚排列如图所示。列如图所示。（

45、1）数字量输入线）数字量输入线D7D0（8条）条） （2）控制线（）控制线（5条）条） （3）输出线（）输出线（3条）条） （4）电源线（）电源线（4条）条） CSWR1AGNDD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC08321109876543220141516171819131211微机控制技术微机控制技术（1）数字量输入线）数字量输入线D7D0： D7D0常和常和CPU数据总线相连，用于数据总线相连，用于输入输入CPU送来的待转换数字量。送来的待转换数字量。（2）控制线）控制线 /CS片选线片选线 ILE 数据锁存允许信号数

46、据锁存允许信号 /XFER 数据传送控制信号数据传送控制信号 /WR1和和/WR2 写信号输入线写信号输入线（3）输出线）输出线 Rf 反馈电阻端，接到运算放大器输出端反馈电阻端，接到运算放大器输出端 Io u t 1和和Io u t 2 模拟电流输出线，接到运算放大器模拟电流输出线，接到运算放大器 输入端输入端 （4）电源线）电源线 VCC 电源输入线电源输入线 VREF 参考电压参考电压 DGND 数字量地线数字量地线 AGND 模拟量地线模拟量地线微机控制技术微机控制技术DAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成8位输入寄存器：用来存放位输入寄存器：用来存放CPU送来的数字量

47、，使输入数字量送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存。由得到缓冲和锁存。由/LE1加以控制。加以控制。 ILE=1且且/CS=0且且/WR1=0M1=1/LE1=1 8位输入寄存器接收信号位输入寄存器接收信号 否则否则8位输入寄存器锁存数据位输入寄存器锁存数据100&11微机控制技术微机控制技术DAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成8位位DAC寄存器：用来存放待转换的数字量。由寄存器：用来存放待转换的数字量。由LE2加以控制。加以控制。/WR2=0且且/XFER=0M3=1LE2=1 8位位DAC寄存器输出跟随输入寄存器输出跟随输入 否则否则8位位DAC寄存器锁存数据寄存器锁

48、存数据&001微机控制技术微机控制技术DAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成8位位D/A转换电路：由转换电路：由8位位T型电阻网络和电子开关组成。型电阻网络和电子开关组成。T型电阻网络：输出和数字量成正比的模拟电流型电阻网络：输出和数字量成正比的模拟电流电子开关：受电子开关：受8位位DAC寄存器输出控制寄存器输出控制&微机控制技术微机控制技术 因因DAC0832是电流输出型是电流输出型D/A转换芯片，为转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接

49、法如下图所示。器的接法如下图所示。微机控制技术微机控制技术3、8位位D/A转换器与转换器与MCS-51的接口方法的接口方法 数字量输入数字量输入 模拟量输出模拟量输出 外部控制信号的连接外部控制信号的连接微机控制技术微机控制技术 数字量输入端的连接数字量输入端的连接 考虑两方面考虑两方面D/A转换器的位数转换器的位数D/A转换器的内部结构：转换器的内部结构：D/A转换器内部没有转换器内部没有输入锁存器时，必须在输入锁存器时，必须在CPU与与D/A转换器之转换器之间增设锁存器或间增设锁存器或I/O口；若有输入锁存器时，口；若有输入锁存器时，则可直接连接。则可直接连接。 最常用的最常用的DAC08

50、32与单片机的接口连接时，与单片机的接口连接时，只需要将只需要将P0口的口的8位口线与位口线与D/A转换器的转换器的8位数位数字输入端一一对应连接即可。字输入端一一对应连接即可。微机控制技术微机控制技术 模拟量输出模拟量输出电流输出电流输出电压输出电压输出微机控制技术微机控制技术外部控制信号的连接外部控制信号的连接 外部控制信号主要是片选信号、写信号外部控制信号主要是片选信号、写信号及启动信号，此外还有电源及参考电平。及启动信号，此外还有电源及参考电平。片选信号片选信号由地址线或地址译码器提供由地址线或地址译码器提供写信号写信号由单片机的由单片机的/WR信号提供信号提供启动信号启动信号一般为片

51、选信号及写信号的合成一般为片选信号及写信号的合成 连接方式有三种：直通方式、单缓冲方连接方式有三种：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。式和双缓冲方式。微机控制技术微机控制技术1. 直通方式直通方式 所谓的直通方式就是所谓的直通方式就是DAC0832的两个内部寄的两个内部寄存器（存器（“8位输入寄存器位输入寄存器”和和“8位位DAC寄存器寄存器”）始终处于直通的状态。始终处于直通的状态。 ILE接接+5V，/CS、/XFER、/WR1、/WR2接地接地 即即 ILE=1 /CS=0 /XFER=0 /WR1=0 /WR2=0DAC0832在直通方式下工作在直通方式下工作微机控制技术微机控制技术2

52、. 单缓冲方式单缓冲方式 所谓的单缓冲方式就是使所谓的单缓冲方式就是使DAC0832的两个内部的两个内部寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式；或者两个内部寄存器同时处在选通及的锁存方式；或者两个内部寄存器同时处在选通及锁存工作状态。锁存工作状态。微机控制技术微机控制技术接法接法 8位输入寄存器处于直通状态，位输入寄存器处于直通状态，8位位DAC寄存器处于受寄存器处于受控锁存状态控锁存状态 ILE接高电平，接高电平，/WR1和和/CS接地接地 8位位DAC寄存器处于直通状态，寄存器处于直通状态， 8位输入寄存器处于受位输入寄存器处于受

53、控锁存状态控锁存状态 ILE接高电平，接高电平， /WR2和和/XFER接地接地 两个寄存器同时处在选通及锁存工作状态两个寄存器同时处在选通及锁存工作状态 ILE接高电平接高电平 /CS和和/XFER同时接芯片选中信号同时接芯片选中信号 /WR1和和/WR2同时接写操作控制信号同时接写操作控制信号 微机控制技术微机控制技术 在实际应用中，如果只有一路模拟量输出。在实际应用中，如果只有一路模拟量输出。单缓冲方式接线如下图所示。单缓冲方式接线如下图所示。 微机控制技术微机控制技术3. 双缓冲方式双缓冲方式 所谓双缓冲方式，就是把所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式DAC0832的连接如下图所示。的连接如下图所示。微机控制技术微机控制技术注意：由于两个锁存器分别占据两个地址，因此在程序中需要使用两条传送指令，才能完称注意：由于两个锁存器分别占据两个地址，因此在程序中需要使用两条传送指令，才能完称一个数字量的模拟转换。