模拟量输入输出通道接口课件.ppt

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1、第11章模拟量输入/输出通道接口A/D和D/A转换器是把微型计算机的应用领域扩展到检测和过程控制的必要装置，是把计算机和生产过程、科学实验过程联系起来的重要桥梁。下图给出了A/D、D/A转换器在微机检测和控制系统中的应用实例框图。11.1模拟量输入/输出通道的组成控制对象微型计算机信号处理信号处理信号处理传感器1传感器2传感器n执行部件放大驱动A/D转换器D/A转换器多路开关采样保持I/O接口图11-1微型计算机控制系统的结构框图11.1.1模拟量输入通道1．传感器能够把生产过程中非电量的模拟量（如温度、压力、流量）转换成电量（电压或电流）的器件称为传感器2．信号处理环节信号处理环节主要包

2、括信号的放大及干扰信号的去除3．多路转换开关在生产过程中，要监测或控制的模拟量往往不止一个，尤其是数据采集系统中，需要采集的模拟量一般比较多，而且不少模拟量是缓慢变化的信号，可采用多路模拟开关，使多个模拟信号共用一个A/D转换器进行A/D转换，以降低成本。4．采样保持电路在数据采样期间，保持输入信号不变的电路称为采样保持电路5．A/D转换器这是模拟量输入通道的核心器件，它的作用是将输入的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号，以便计算机进行分析和处理。11.1.2模拟量输出通道1．D/A转换器这是模拟量输出通道的核心器件，其作用是把计算机输出的数字量转换成模拟量。2．锁存器由于D/A转换需

3、要一定的转换时间，在转换期间，输入待转换的数字量应该保持不变，而计算机输出的数据在数据总线上稳定的时间很短，因此在计算机与D/A转换器间必须用锁存器来保持数字量的稳定3．放大驱动电路为了能驱动执行部件，可以采用功率放大器作为模拟量输出的驱动电路。11.2D/A转换及其接口11.2.1D/A转换的基本原理基准电压模拟转换运算放大器电流∑Ii模拟电压数字开关控制数字接口数字量输入图11-2D/A转换器的基本部件1．权电阻式D/A转换器I0D02n-1RI1D12n-2RI2D22n-3RIn-1Dn-12RRfVrefV0_A+图11-3权电阻D/A转换原理n位数字量转换成模拟量的值V0如下：

4、V0/Rf＝-（I0+I1+I2+I3+…In-1）＝-Vref（D0/2n-1R+D1/2n-2R+D2/2n-3R+…+Dn-2/2R+Dn-1/R）V0=-(Vref/R)(1/2n-1+1/2n-2+…+1/2+1)RfV0=-(Rf/R)×Vref×Σ2-(i-1)×Dn-i(i=1,2,…,n,Di=1或0)2．T型电阻网络式D/A转换器总电流I＝(D0/16+D1/8+D2/4+D3/2）I=(D0/16+D1/8+D2/4+D3/2）×(Vref/R)输出电压值V0＝-I×Rf=-(D0/16+D1/8+D2/4+D3/2）×Vref×Rf/R当二进制位数为n时，V0＝-（

5、Rf/2R）×Vref×∑2-（i-1）×Dn-i（i＝1，2，…，n，Di＝1或0）B0B1B2B3A0A1A2A3D0D1D2D3I0I1I2I32R2R2R2R2RRRR((0123RfV0_+AVref图11-4T型电阻网络式D/A转换器11.2.2D/A转换器的性能参数1．分辨率分辨率是指最小输出电压（对应于输入数字量最低位增1所引起的输出电压增量）和最大输出电压（对应于输入数字量所有有效位全为1时的输出电压）之比，即表示DAC所能分辨的最小模拟信号的能力对于一个n位的DAC，分辨率为显然，位数越高，分辨率就越高2．转换精度转换精度与D/A转换芯片的结构、外部电路器件配置和电源误

6、差有关。D/A转换精度分为绝对和相对转换精度，一般是用误差大小表示绝对转换精度是指满刻度数字量输入时，模拟量输出接近理论值的程度相对转换精度一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数来表示，有时也用数字量的最小有效值（LSB）的几分之一来表示3．非线性误差D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量4．转换速率/建立时间转换速率实际是由建立时间来反映的建立时间是指数字量为满刻度值（各位全为1）时，DAC的模拟输出电压达到某个规定值（比如，90％满量程或±1/2LSB满量程）时所需要的时间建立时间是D/A转换速率快慢的一个重要

7、参数11.2.38位D/A转换器DAC0832及其接口D/A转换是微型机测控系统中典型的接口技术DAC0832是美国数据公司的8位D/A转换器，与微处理器完全兼容DAC0832主要性能参数：分辨率8位；转换时间1μs；参考电压±10V；单电源＋5V～＋15V；功耗20mW。1．DAC0832的内部结构CSWR1ILEDI7～DI0LE1LE2IOUT2VREFIOUT1Rfb模拟地DGNDAGNDVCC数字地8位输入寄存