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第三章輸入輸出接口技術-資料下載頁

2024-10-11 21:52本頁面

【導讀】數字量輸入輸出接口。傳感器測量的輸出一般為電壓、電流或頻率量。轉換方法才能變?yōu)槎M制數字量。信號為0~5V、±5V、0~10V、±路要求的電平信號。包含小信號放大、部分信號處理工作可由。計算機軟件完成。芯片對電源的要求。模擬輸入通道與生產現場聯系較緊,而且??紤]干擾的隔離與抑制。在信號的拾取與傳送過程中來自生產現。可靠的抗干擾措施,如隔離、濾波等。轉換的量程范圍之內,如0-5VDC;如圖3-5所示,信號源的。相放大電路的放大倍數G=-R2/R1。另一個輸入端共地。因此,A/D通道中的前置放大器常采用由一組運放構成。的測量放大器,也稱儀表放大器,如圖所示。大器的差動輸入端VIN?分別是兩個運放A1、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。因此,放大器的增益G與這個外接電阻。RG有著密切的關系。種,如AD521/522、INA102等。測量放大器的增益也應不同。放大器稱為可變增益放大器或可編程放大器,

  

【正文】 ? 模擬量輸出通道 (稱為 D/A通道或 AO通道 )構成 一般是由接口電路、數 /模轉換器 (簡稱 D/A或 DAC)和電壓 /電流變換器等 。 ? 模擬量輸出通道基本構成 多 D/A結構(圖 (a))和共享 D/A結構(圖 (b)) — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 101 圖 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A D/A V/I V/I (a) 多 D/A結構 PC 總 線 特點: 一路輸出通道使用一個 D/A轉換器 D/A轉換器芯片內部一般都帶有數據鎖存器 D/A轉換器具有數字信號轉換模擬信號、信號保持作用 結構簡單,轉換速度快,工作可靠,精度較高、通道獨立 缺點是所需 D/A轉換器芯片較多 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 102 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A V/I V/I 多 路 開 關 采樣保持器 采樣保持器 ( b)共享 D/A結構 PC 總 線 圖 特點: 多路輸出通道共用一個 D/A轉換器 每一路通道都配有一個采樣保持放大器 D/A轉換器只起數字到模擬信號的轉換作用 采樣保持器實現模擬信號保持功能 節(jié)省 D/A轉換器, 但電路復雜,精度差,可靠 低、占用主機時間 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 103 二、 D/A轉換器工作原理 并行 D/A轉換器工作原理 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 104 并行 D/A轉換器工作原理 +A數字量輸入TUOV基準電壓關開換切位R R2R 2R 2R 2R 2RFERVbfR1SB2SB3SB 0SB1DR 2 R 電阻網絡 圖 3 2 D / A 轉換器原理框圖R2D3D 0D運算放大器3I1I0I2I1 0 1 0 1 0 1 0I OU TI R f b現以 4 位 D/A 轉換器為例說明其工作原理,如圖 所示。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 105 假設 D D D D0全為 1,則 BS BS BSBS0全部與 “ 1”端相連。根據電流定律,有: RVII4R E F232 222 ???RVII4R E F121 222 ???RVRVI4R E F3R E F3 222 ???— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 106 由于開關 BS3 ~ BS0 的狀態(tài)是受要轉換的二進制數 D D D D0 控制的,并不一定全是“ 1”。因此,可以得到通式: 00112233OUT IDIDIDIDI ????????RVDDDDI4R E F00112233OUT 2)2222( ?????????— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 107 考慮到放大器反相端為虛地,故: O U TR fb II ??選取 Rfb = R ,可以得到: 4R E F00112233fROUT 2)2222(VDDDDRIVf ???????????? nVB2R E F???? 結論:由上述推導可見 , 輸出電壓除了與輸入的二進制數有關 , 還與運算放大器的反饋電阻 Rfb以及基準電壓 VREF有關 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 108 對于 n 位 D/A 轉換器,它的輸出電壓VOUT與輸入二進制數 B( Dn1~ D0) 的關系式可寫成: nnnnnVDDDDV2)2222( R E F00112211OUT ?????????????? ????— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 109 三、常用 D/A轉換器及其與 CPU的連接 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 110 D/A轉換器的性能指標 D/A轉換器性能指標是衡量芯片質量的重要參數,也是選用 D/A芯片型號的依據。主要性能指標有: ( 1)分辨率 ( 2)轉換精度 ( 3)偏移量誤差 ( 4)穩(wěn)定時間 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 111 ( 1)分辨率 分辨率 是指 D/A 轉換器能分辨的最小輸出模擬增量 , 即當輸入數字發(fā)生單位數碼變化時所對應輸出模擬量的變化量 , 它取決于能轉換的二進制位數 , 數字量位數越多 , 分辨率也就越高 。 其分辨率與二進制位數 n呈下列關系: 分辨率 = 滿刻度值 /( 2n1) =VREF / 2n — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 112 ( 2)轉換精度 轉換精度 是指轉換后所得的實際值和理論值的接近程度 。 它和分辨率是兩個不同的概念 。 例如 , 滿量程時的理論輸出值為 10V, 實際輸出值是在 ~ , 其轉換精度為 177。 10mV。 對于分辨率很高的 D/A轉換器并不一定具有很高的精度 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 113 ( 3)偏移量誤差 偏移量誤差 是指輸入數字量時 , 輸出模擬量對于零的偏移值 。 此誤差可通過 D/A轉換器的外接 VREF和電位器加以調整 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 114 ( 4)穩(wěn)定時間 穩(wěn)定時間 是描述 D/A轉換速度快慢的一個參數 , 指從輸入數字量變化到輸出模擬量達到終值誤差 1/2LSB時所需的時間 。 顯然 , 穩(wěn)定時間越大 , 轉換速度越低 。 對于輸出是電流的D/A轉換器來說 , 穩(wěn)定時間是很快的 , 約幾微秒 , 而輸出是電壓的 D/A轉換器 , 其穩(wěn)定時間主要取決于運算放大器的響應時間 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 115 1. 8位 DAC0832芯片 主要知識點 (1) DAC0832性能 ( 2) DAC0832 工作原理 ( 3) DAC0832 管腳功能 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 116 ( 1) DAC0832性能 ?一個 8位 D/A轉換器 ?電流輸出方式 ?穩(wěn)定時間為 1μs ?采用 20腳雙立直插式封裝 ?同系列芯片還有 DAC08 DAC0831 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 117 ( 2) DAC0832工作原理 (M SB )7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)IL ECS1RW2RWXF E R當 LE = 1 時, 輸出數據隨輸入變化。LE2FERV1TUOI2TUOIR f bAG NDDG NDCCVD QD QD QD Q 8 位 輸入寄存器 8 位 DAC寄存器 8 位 DAC轉換器圖 3 3 DA C 08 3 2 原理框圖及引腳當 LE = 0 時, 輸出數據被鎖存。LE1— 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 118 DAC0832的原理框 圖及引腳 如圖所示 。DAC0832主要由 8位輸入寄存器 、 8位 DAC寄存器 、8位 D/A轉換器以及輸入控制電路四部分組成 。8 位輸入寄存器用于存放主機送來的數字量 ,使輸入數字量得到緩沖和鎖存 , 由加以控制;8位 DAC寄存器用于存放待轉換的數字量 , 由加以控制; 8位 D/A轉換器輸出與數字量成正比的模擬電流;由與門 、 非與門組成的輸入控制電路來控制 2個寄存器的選通或鎖存狀態(tài) 。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 119 DI0~DI7:數據輸入線 , 其中 DI0為最低有效位 LSB , DI7為 最高有效位 MSB。 CS:片選信號 , 輸入線 , 低電平有效 。 WR1:寫信號 1, 輸入線 , 低電平有效 。 ILE:輸入允許鎖存信號 , 輸入線 , 高電平有效 當 ILE、 和同時有效時 , 8位輸入寄存器端為高電平 1, 此時寄存器的輸出端 Q跟隨輸入端 D的電平變化;反之 , 當端為低電平0時 , 原 D 端輸入數據被鎖存于 Q端 , 在此期間 D端電平的變化不影響 Q端 。 ( 3) DAC0832管腳功能 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 120 XFER(Transfer Control Signal):傳送控制信號 , 輸入線 , 低電平有效 。 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 。 IOUT2: DAC電流輸出端 2, 一般作為運算放大器另一個差動輸入信號 。 Rfb:固化在芯片內的反饋電阻連接端 , 用于連接運算放大器的輸出端 。 VREF:基準電壓源端 , 輸入線 , ?10 VDC~ ?10 VDC。 VCC:工作電壓源端 , 輸入線 , ?5 VDC~ ?15 VDC。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 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轉換器進行D/A轉換。 ? 一般情況下為了簡化接口電路,可以把和直接接地,使第二級 8位 DAC寄存器的輸入端到輸出端直通,只有第一級 8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式,即把兩個寄存器都分別接成受控方式。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 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) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 123 引 言 多數 D/A轉換芯片輸出的是弱電流信號,要驅動后面的自動化裝置,需在電流輸出端外接運算放大器。根據不同控制系統(tǒng)自動化裝置需求的不同,輸出方式可以分為電壓輸出、電流輸出以及自動 /手動切換輸出等多種方式。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2020/11/17 第三章 計算機輸入輸出接口技術 124 電壓輸出方式 由于系統(tǒng)要求不同,電壓輸出方式又可分為 單極性輸出 和 雙極性輸出 兩種形式。下面以 8位的 DAC0832芯片為例作一說明。 — 計算機控制系統(tǒng) — 燕山大學自動化系 2
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