【正文】 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 40 顯然，保持電容 C H的作用十分重要。為了使采樣信號(hào) y*(t)既不失真，又不會(huì)因頻率太高而浪費(fèi)時(shí)間，我們可依據(jù)香農(nóng)采樣定理。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 29 D 3 D 2 D 1 D 0動(dòng)驅(qū)碼譯動(dòng)驅(qū)碼譯換轉(zhuǎn)平電換轉(zhuǎn)平電0S2S3S4S5S6S7S1S8S10S11S12S13S14S15S9SABCmSABCmS圖 2 4 多路模擬開關(guān)的擴(kuò)展電路INHINH— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 30 O U T O U TC CAB BAD 0D 1D 2D 3C D 4 0 5 1 C D 4 0 5 1I N H I N HS 1S 8S 1S 8ININININ{{模擬輸入（1 8 ）模擬輸入（9 1 6）~~模擬輸出.....圖 用 CD4051多路開關(guān)組成的 16路模擬開關(guān)接線圖 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 31 五、 采樣保持器 當(dāng)某一通道進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換時(shí) ， 由于 A/D 轉(zhuǎn)換需要一定的時(shí)間 ， 如果輸入信號(hào)變化較快 ，就會(huì)引起較大的轉(zhuǎn)換誤差 。比如：當(dāng) C、 B、 A=000時(shí)，通道 S0選通；當(dāng) C、B、 A=001時(shí)，通道 S通； …… 當(dāng) C、 B、 A = 111時(shí)，通道 S7選通。所以，必須通過多路模擬開關(guān)實(shí)現(xiàn)多選 1的操作，將多路輸入信號(hào)依次地切換到后級(jí)。 )21( 12ININOUTGSRRRRVVVG ??????— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 17 可變?cè)鲆娣糯笃? 在 A/D轉(zhuǎn)換通道中，多路被測(cè)信號(hào)常常共用一個(gè)測(cè)量放大器，而各路的輸入信號(hào)大小往往不同，但都要放大到 A/D轉(zhuǎn)換器的同一量程范圍。如圖 35所示，信號(hào)源的一端若接放大器的正端為同相放大，同相放大電路的放大倍數(shù) G =1+R2/R1； 若信號(hào)源的一端接放大器的負(fù)端為 反相放大 ， 反相放大電路的放大倍數(shù) G =－ R2/R1。包含小信號(hào)放大、濾波、零點(diǎn)校正、線性化處理、溫度補(bǔ)償、壓力補(bǔ)償、誤差修正、量程切換等信號(hào)處理電路。 1．信號(hào)的拾取方式 ：通過敏感元件拾取被測(cè)信號(hào) 通過傳感器拾取被測(cè)信號(hào) ? 傳感器測(cè)量的輸出一般為電壓、電流或頻率量。 通過測(cè)量儀表拾取被測(cè)信號(hào) 測(cè)量儀表采用標(biāo)準(zhǔn)化輸出信號(hào)，如電壓信號(hào)為 0~5V、 177。 ? A/D轉(zhuǎn)換電路： — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 11 4．電源配置 ? 考慮對(duì)傳感器、不同的信號(hào)調(diào)節(jié)電路中的芯片對(duì)電源的要求。 因此， A/D通道中的前置放大器 常采用由一組運(yùn)放構(gòu)成的測(cè)量放大器，也稱儀表放大器，如圖所示。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 18 3 A 2 A N I N 負(fù)載 (外接 ) 外接地 T U O V 16K 16K 16K 16K 2 4 8 16 32 64 128 256 80K 314Ω 630Ω + 1 A I V + 可變?cè)鲆娣糯笃? — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 19 把圖的外接電阻 RG換成一組精密的電阻網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)電阻支路上有一個(gè)開關(guān)，通過支路開關(guān)依次通斷就可改變放大器的增益，根據(jù)開關(guān)支路上的電阻值與增益公式，就可算得支路開關(guān)自上而下閉合時(shí)的放大器增益分別為 1 3 612 256倍。所謂雙向，就是該芯片既可以實(shí)現(xiàn)多到一的切換，也可以完成一到多的切換；而單向則只能完成多到一的切換。 例題 31 試用兩個(gè) CD4051擴(kuò)展成一個(gè)1 16路的模擬開關(guān)。 離散系統(tǒng)的采樣形式 有周期采樣、多階采樣和隨機(jī)采樣。實(shí)際應(yīng)用中，常取 f ?（ 5~10） fmax。 電容 CH值 增大電容 CH值可以減小電壓變化率，但同時(shí)又會(huì)增加充電即采樣時(shí)間，因此保持電容的容量大小與采樣精度成正比而與采樣頻率成反比。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 44 圖 單片機(jī)和被控實(shí)體間的接口示意 返回本章首頁 當(dāng)?shù)毓δ軉纹⑿陀?jì)算機(jī)A/D多路開關(guān)傳感器傳感器D/A被控實(shí)體變送器變送器— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 45 331 A/D轉(zhuǎn)換器原理 ? 并行 A/D轉(zhuǎn)換器 – n位則需 2n1個(gè)比較器 ， 成本高 ， 故只應(yīng)用于轉(zhuǎn)換速度要求極高的場合 ? 計(jì)數(shù)器式 A/D轉(zhuǎn)換器 – 簡單 、 便宜 ， 但每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖 ， 計(jì)數(shù)器加 （ 或減 ） 1， 故要逼近輸入值 ， 需輸入許多個(gè)脈沖 ， 因而轉(zhuǎn)換很慢 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 49 331 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器（ 1） ? 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器特點(diǎn) – 是一種間接 A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 52 331 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器（ 3） ? 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器示意圖 控制邏輯 計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘 + 比較器 － + 積分器 － 1 2 3 積分電容 VO VI K 數(shù)據(jù)輸出 Vin VREF （基準(zhǔn)電壓） 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換的原理框圖 t1 VO t2 t A VO t1 t3 t B t t1 VI積分輸出 t2 t3 A B 雙積分 A/D的工作示意圖 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 53 331 雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器（ 4） ? 常用雙積分式 A/D轉(zhuǎn)換器芯片 ? MC14433 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 54 331 逐位逼近法（ 1） ? 逐位逼近式 A/D的工作原理 – 從 SAR輸出的數(shù)碼送至 D/A，其輸出電壓 Vf與模擬量輸入 Vin 比較后，再控制 SAR的數(shù)字逼近 Vin 模擬量輸入 數(shù)字量輸出 寄存器 D/A轉(zhuǎn)換器 逐位逼近寄存器（ SAR） 控制時(shí)序 和邏輯電路 比較器 － + Vf（反饋電壓） 逐位逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖 D0~D7 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 55 ? 優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快，轉(zhuǎn)換時(shí)間固定 ? 缺點(diǎn)：抗干擾能力差 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 56 例 :四位 A/D轉(zhuǎn)換器 ,滿刻度值 5V,現(xiàn)若輸入 ,試分析其逐次逼近的轉(zhuǎn)換過程 . 解 :量化單位 q=5/24= 1000: *23=,保留最高位 1 以此類推 ,最后為 1011 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 57 321 ΣΔ型 A/D轉(zhuǎn)換器（ 1） ? ΣΔ型 A/D利用取樣頻率為 Fs（ fs）的一系列粗糙量化數(shù)據(jù)，由后續(xù)的數(shù)字抽取器計(jì)算出模擬信號(hào)所對(duì)應(yīng)的低取樣頻率 fs的高分辯率數(shù)字信號(hào)。 A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度可以用絕對(duì)誤差和相對(duì)誤差來表示。 3）轉(zhuǎn)換時(shí)間為 100μs 4）單個(gè)＋ 5V電源供電 5）模擬輸入電壓范圍 0～＋ 5V，不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)。 ?1. ADC0809的內(nèi)部邏輯結(jié)構(gòu) — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 72 ?2. 引腳結(jié)構(gòu) ?ADC0809采用雙列直插式封裝 ， 共有 28條引腳 。 ? START：啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，輸入，高電平有效。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 75 ?CLOCK：外部時(shí)鐘脈沖輸入端。 ? VL：邏輯電源端， +5 VDC。 ? ：片選信號(hào)，輸入，低電平有效。 CS C 888— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 83 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 84 10VIN， 20VIN， BIP OFF： 模擬電壓信號(hào)輸入端。 圖 8031和 ADC0809的接口 8 0 3 1EAA L EP P ~WR地址鎖存器譯碼器E O CA D D AALEOES T A R TC L O C K291A D C 0 8 0 9I N T 1R DA D D CA D D B28P P P 622710M 1M 21F 0 H.. .IN 0IN 1IN 7IN 6IN 5IN 4IN 3IN 2.2++— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 92 解：從圖中可以看出 ， 接線方式為中斷方式 。 解：程序清單如下： ORG 0000H MOV R0， 20H ；數(shù)據(jù)區(qū)首址 MOV DPTR， 0FF7CH MOVX DPTR， A ；啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 97 LOOP： JB ， LOOP ；轉(zhuǎn)換是否結(jié)束 ， 未結(jié)束 ， 等待 MOV DPTR， 0FF7DH MOVX A， DPTR ；讀高 8位數(shù)據(jù) MOV R0， A ；存高 8位數(shù)據(jù) INC DPTR INC DPTR MOVX A， DPTR ；讀低 4位數(shù)據(jù) ANL A， 0FH ；屏蔽高 4位隨機(jī)數(shù) INC R0 MOV R0， A ；存低 4位數(shù)據(jù) END — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 98 第四節(jié) 模擬量輸出通道及 D/A轉(zhuǎn)換器 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 99 本節(jié)主要內(nèi)容 ?D/A轉(zhuǎn)換器原理及器件 ?D/A轉(zhuǎn)換器與 CPU的連接 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 100 ? 模擬量輸出通道的任務(wù) 把計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬量電壓或電流信號(hào)，去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的執(zhí)行器，從而達(dá)到控制的目的 。 其分辨率與二進(jìn)制位數(shù) n呈下列關(guān)系： 分辨率 = 滿刻度值 /（ 2n1） =VREF / 2n — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 112 （ 2）轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度 是指轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)際值和理論值的接近程度 。 顯然 ， 穩(wěn)定時(shí)間越大 ， 轉(zhuǎn)換速度越低 。 CS：片選信號(hào) ， 輸入線 ， 低電平有效 。 VCC：工作電壓源端 ， 輸入線 ， ?5 VDC~ ?15 VDC。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/