第8章模拟量的输入输出解析.ppt

Ch.8 模拟量的输入输出 模拟量I/O接口的作用： 实际工业生产环境——连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部——离散的数字量 二进制数、十进制数 工业生产过程的闭环控制 8.1 模拟量I/O通道的组成 模拟量输入通道 传感器（Transducer） 非电量→电压、电流 变送器（Transformer） 转换成标准的电信号 信号处理（Signal Processing） 放大、整形、滤波 多路转换开关（Multiplexer） 多选一 采样保持电路（Sample Holder，S/H） 保证变换时信号恒定不变 A/D变换器（A/D Converter） 模拟量转换为数字量 模拟量输出通道 D/A变换器（D/A Converter） 数字量转换为模拟量 低通滤波 平滑输出波形 放大驱动 提供足够的驱动电压，电流 8.2 数/模（D/A）变换器 8.2.1 D/A变换器的基本原理及技术指标 D/A变换器的基本工作原理 组成：模拟开关、电阻网络、运算放大器 两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻网络 基本结构如图： D/A变换原理 运放的放大倍数足够大时，输出电压Vo与输入电压Vin的关系为： 若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压Vi的关系为： 令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一基准电压Vref，则有 如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为 如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，那么根据二进制代码的不同，输出电压VO也不同，这就构成了8位的D/A转换器。 可以看出，当代码在0～FFH之间变化时，VO相应地在0～-(255/256)Vref之间变化。 为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络(见下页)，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。 R-2R梯形电阻网络 D/A转换器的主要技术指标 分辨率（Resolution） 输入的二进制数每±1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。 一般用输入数字量的位数来表示: 如8位、10位 例：一个满量程为5V的10位DAC，±1 LSB的变化将使输出变化 5/(210-1)=5/1023=0.004888V=4.888mV 转换精度（误差） 实际输出值与理论值之间的最大偏差。 一般用最小量化阶⊿来度量，如±1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量，如0.05% FSR LSB: Least Significant Bit FSR: Full Scale Range) 转换时间 从开始转换到与满量程值相差±1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间 8.2.2 典型D/A转换器 DAC0832 特性： 8位电流输出型D/A转换器 T型电阻网络 差动输出 引线图见教材p351 DAC0832内部结构 引脚功能 D7～D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS#：片选信号 用于把数据写入到输入锁存器 WR1#：写输入锁存器 WR2#：写DAC寄存器 XFER#：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器 上述二个信号用于启动转换 VREF：参考电压，-10V～+10V，一般为+5V或+10V IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 AGND、DGND：模拟地和数字地 工作时序 D/A转换可分为两个阶段： CS#=0、WR1#=0、ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器； WR2#=0、XFER#=0，数据传送到DAC寄存器，并开始转换。 工作方式 单缓冲方式 使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通。CPU只需一次写入即开始转换。控制比较简单。见教材p352图。 双缓冲方式（标准方式） 转换要有两个步骤： 将数据写入输入寄存器 CS#=0、WR1#=0、ILE=1 将输入寄存器的内容写入DAC寄存器 WR2#=0、XFER#=0 优点：数据接收与D/A转换可异步进行； 可实现多个DAC同步转换输出——分时写入、同步转换 直通方式 使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。 不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。 双缓冲方式——同步转换举例 双缓冲方式的程序段示例 本例中三个端口地址的用途： port1 选择0832-1的输入寄存器 port2 选择0832-2的输入寄存器 port3 选择0832-1和0832-2的DAC寄存