【正文】 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 122 (3） DAC0832輸出方式 ? 電壓輸出方式 ? 電流輸出方式 ? 自動 /手動輸出方式 引言 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 123 引 言 多數(shù) D/A轉(zhuǎn)換芯片輸出的是弱電流信號，要驅(qū)動后面的自動化裝置，需在電流輸出端外接運算放大器。 IOUT1： DAC電流輸出端 1， 一般作為運算放大器差動輸入信號之一 。LE1— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 118 DAC0832的原理框 圖及引腳 如圖所示 。 對于分辨率很高的 D/A轉(zhuǎn)換器并不一定具有很高的精度 。根據(jù)電流定律，有： RVII4R E F232 222 ???RVII4R E F121 222 ???RVRVI4R E F3R E F3 222 ???— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 106 由于開關(guān) BS3 ~ BS0 的狀態(tài)是受要轉(zhuǎn)換的二進制數(shù) D D D D0 控制的，并不一定全是“ 1”。123181714131516191282569347333435363738111115121013271426252021222324191617281826543978 1 5 V+ 1 5 V177。模擬輸入信號的幾種接法如表所示，相應(yīng)電路如圖所示。 STSCSC88— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 82 ?A0：字節(jié)信號，在轉(zhuǎn)換狀態(tài)， A0為低電平可使AD574產(chǎn)生 12位轉(zhuǎn)換， A0為高電平可使 AD574產(chǎn)生 8位轉(zhuǎn)換。 ? REF IN：基準電壓源輸入端，如果 REF OUT通過電阻接至 REF IN，則可用來調(diào)量程。 ?Vcc：工作電源， ?5VDC。該信號用來打開三態(tài)輸出緩沖器，將 A/D轉(zhuǎn)換得到的 8位數(shù)字量送到數(shù)據(jù)總線上。 ? ALE：地址鎖存允許信號，輸入，高電平有效。START上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 61 一般來說 ， 位數(shù) n越大 ， 其相對誤差 （ 或絕對誤差 ） 越小 。通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如 8位、 10位、 12位等。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 50 331 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器（ 2） ? 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 – 先對模擬輸入電壓 Vin進行固定時間 t1的正向積分，積分器的輸出電壓上升的速率與輸入電壓 Vin成正比 – 當固定時間 t1到后，計數(shù)器清零，對積分器進行反向積分，并自動按一定的頻率進行計數(shù)。此時 D／ A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量就為模擬輸入值，計數(shù)器的值就是轉(zhuǎn)換成的相應(yīng)的數(shù)字量值。 圖 3－ 9 集成采樣保持器 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 42 33 前向通道中的 A/D轉(zhuǎn)換與 A/D轉(zhuǎn)換接口 ? 模擬量輸入接口（又稱為 A/D通道） ? 模擬量輸入接口的組成 – 多路模擬切換開關(guān) – 前置放大器 – 采樣保持器 – 模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（ A/D） – 控制電路等 ? A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標類似于 D/A轉(zhuǎn)換器 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 43 ?在微機的各種接口中 ， 完成外設(shè)信號到微機所需數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的 ， 稱為模擬 ∕數(shù)字轉(zhuǎn)換 （ A/D轉(zhuǎn)換 ） 器；完成微機輸出數(shù)字信號到外設(shè)所需信號轉(zhuǎn)換的 ， 稱為數(shù)字 ∕模擬轉(zhuǎn)換 （ D/A轉(zhuǎn)換 ） 器 。采樣期間，開關(guān) S閉合，輸入電壓 VIN通過 A1對 CH快速充電，輸出電壓 VOUT跟隨 VIN變化；保持期間，開關(guān) S斷開，由于 A2的輸入阻抗很高，理想情況下電容 CH將保持電壓 VC不變，因而輸出電壓 VOUT=VC也保持恒定。 圖 信號的采樣過程 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 35 由經(jīng)驗可知，采樣頻率越高，采樣信號 y*(t)越接近原信號 y(t)，但若采樣頻率過高，在實時控制系統(tǒng)中將會把許多寶貴的時間用在采樣上，從而失去了實時控制的機會。如此，組成一個 16路的模擬開關(guān)。當禁止端為“ 1”時，前后級通道斷開，即 S0~S7端與Sm端不可能接通；當為“ 0”時，則通道可以被接通，通過改變控制輸入端 C、 B、 A的數(shù)值，就可選通 8個通道 S0~S7中的一路。 常用器件：可由測量放大器、模擬開關(guān)及電阻網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)，也可采用集成程控測量放大器，如 PGA200/20 PGA10 PGA100、AD612/614等 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 21 四、 多路模擬開關(guān) 主要知識點 引言 結(jié)構(gòu)原理 擴展電路 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 22 引言 由于計算機的工作速度遠遠快于被測參數(shù)的變化，因此一臺計算機系統(tǒng)可供幾十個檢測回路使用，但計算機在某一時刻只能接收一個回路的信號。增益公式為 目前這種測量放大器的集成電路芯片有多種，如 AD521/52 INA102等。 對單純的微弱信號 ， 可用一個運算放大器進行單端同相放大或單端反相放大。信號的調(diào)節(jié)：信號放大與處理 任務(wù)：將傳感器信號轉(zhuǎn)換成滿足 A/D電路要求的電平信號。 結(jié)構(gòu)類型：書上 P45 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 7 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 8 二、前向通道設(shè)計中應(yīng)考慮的問題 前向通道必須考慮信號拾取、信號調(diào)節(jié)、 A/D轉(zhuǎn)換、電源配置和防止干擾等問題。 5V、 0~10V、 177。 ? 模擬輸入通道與生產(chǎn)現(xiàn)場聯(lián)系較緊，而且傳感器輸出信號較弱，電源配置時要充分考慮干擾的隔離與抑制。 經(jīng)典的測量放大器 是由三個運放組成的對稱結(jié)構(gòu)，測量放大器的差動輸入端 VIN?和 VIN?分別是兩個運放 A A2的同相輸入端，輸入阻抗很高，而且完全對稱地直接與被測信號相連，因而有著極強的抑制共模干擾能力。顯然，這一組開關(guān)如果用多路模擬開關(guān) (類似 CD4051)就可方便地進行增益可變的計算機數(shù)字程序控制。雙端是指芯片內(nèi)的一對開關(guān)同時動作，從而完成差動輸入信號的切換，以滿足抑制共模干擾的需要。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 28 例題分析：圖給出了兩個 CD4051擴展為1 16路模擬開關(guān)的電路。應(yīng)用最多的是周期采樣。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 37 采樣保持器 零階采樣保持器 零階采樣保持器是在兩次采樣的間隔時間內(nèi)，一直保持采樣值不變直到下一個采樣時刻。一般情況下，保持電容 CH是外接的，所以要選用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高質(zhì)量的電容器，容量為 510~1000pF。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 46 1計數(shù)器式 A/D轉(zhuǎn)換器 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 47 原理：轉(zhuǎn)換器、計數(shù)器和比較器組成。 ?模擬電壓先轉(zhuǎn)換成積分時間，然后轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖數(shù)，最后將代表模擬輸入電壓大小的脈沖數(shù)轉(zhuǎn)換成 BCD碼輸出。其實現(xiàn)主要基于過程取樣、 ΣΔ調(diào)制和數(shù)字濾波。 所謂 絕對誤差 ，是指對應(yīng)于一個給定數(shù)字量A/D轉(zhuǎn)換器的誤差，其誤差的大小由實際模擬量輸入值和理論值之差來度量。 6）工作溫度范圍為 40～＋ 85攝氏度 7）低功耗，約 15mW。其引腳結(jié)構(gòu)如圖所示 。上升沿時將轉(zhuǎn)換器內(nèi)部清零，下降沿時啟動 A/D轉(zhuǎn)換。當脈沖頻率為640kHz時， A/D轉(zhuǎn)換時間為 100?s。雖然使用的工作電源為 ?12VDC或 ?15 VDC， 但數(shù)字量輸出及控制信號的邏輯 電平仍可直接與 TTL兼容。 ? R/ ：讀 /轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平為讀 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，低電平為起動 A/D轉(zhuǎn)換。單極性應(yīng)用時，將 BIP OFF接 0 V，雙極性時接 10 V。 ADDA、 ADDB和 ADDC三端接 8031的 、 和 ， 故通道號是通過數(shù)據(jù)線來選擇 。 ? 模擬量輸出通道 (稱為 D/A通道或 AO通道 )構(gòu)成 一般是由接口電路、數(shù) /模轉(zhuǎn)換器 (簡稱 D/A或 DAC)和電壓 /電流變換器等 。 它和分辨率是兩個不同的概念 。 對于輸出是電流的D/A轉(zhuǎn)換器來說 ， 穩(wěn)定時間是很快的 ， 約幾微秒 ， 而輸出是電壓的 D/A轉(zhuǎn)換器 ， 其穩(wěn)定時間主要取決于運算放大器的響應(yīng)時間 。 WR1：寫信號 1， 輸入線 ， 低電平有效 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 121 ? 當 WR2和 XFER同時有效時， 8位 DAC寄存器端為高電平 “ 1”，此時 DAC寄存器的輸出端 Q跟隨輸入端 D也就是輸入寄存器 Q端的電平變化；反之，當端為低電平“ 0”時，第一級 8位輸入寄存器 Q端的狀態(tài)則鎖存到第二級 8位 DAC寄存器中，以便第三級 8位 DAC轉(zhuǎn)換器進行D/A轉(zhuǎn)換。下面以 8位的 DAC0832芯片為例作一說明。 VREF：基準電壓源端 ， 輸入線 ， ?10 VDC~ ?10 VDC。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 119 DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線 ， 其中 DI0為最低有效位 LSB ， DI7為 最高有效位 MSB。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 114 （ 4）穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間 是描述 D/A轉(zhuǎn)換速度快慢的一個參數(shù) ， 指從輸入數(shù)字量變化到輸出模擬量達到終值誤差 1/2LSB時所需的時間 。主要性能指標有： （ 1）分辨率 （ 2）轉(zhuǎn)換精度 （ 3）偏移量誤差 （ 4）穩(wěn)定時間 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 111 （ 1）分辨率 分辨率 是指 D/A 轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量 ， 即當輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時所對應(yīng)輸出模擬量的變化量 ， 它取決于能轉(zhuǎn)換的二進制位數(shù) ， 數(shù)字量位數(shù)越多 ， 分辨率也就越高 。 設(shè) 20H單元存放高 8位 ， 21H單元存放低 4位 。 ?解：中斷方式程序清單： ? ORG 0000H ? MOV DPTR， 7FF5H ? MOVX DPTR， A ；啟動 A/D轉(zhuǎn)換 ? SETB EA ? SETB EX1 ；開外中斷 1 ? SETB IT1 ；外中斷請求信號為下跳沿觸發(fā)方式 ?LOOP： SJMP LOOP ；等待中斷 ? END — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術(shù) 89 ?中斷服務(wù)程序： ?ORG 0013H ；外中斷 1的入口地址 ?LJMP 1000H ；轉(zhuǎn)中斷