智能仪器设计第4章 输出通道及数据通信接口技术

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1、第4章输出通道及通信接口技术4.1智能仪器输出通道信号种类4.2DAC转换原理及技术指标4.3DAC接口技术4.4数字波形合成与V/I转换电路4.6串行数据通信接口4.5开关量输出4.1智能仪器输出通道信号种类1模拟输出信号1）DC电流信号长距离传送抗干扰2）DC电压信号多负载通常使用4~20mA或0~10mA通常使用1~5v或0~5v2开关量输出信号1)超限报警2)开关量控制3)状态指示3数字量输出信号串行并行4.2DAC转换原理及技术指标DAC转换原理VREFVo-+A••••••RfR/2nRR/21S0S1Snd0d1dnIOUTVo=-IOUTRf=-(d0

2、+d1×21+••••••dn×2n)VREFRRf2DAC主要技术指标1)分辨率分辨率是指输入数字量的最小有效位（LSB）产生一次变化时，DAC输出变化的最小增量相对满刻度的百分比。2)精度(线性误差)精度是指DAC的实际输出与理论值的最大偏差，他是DAC各种误差之和，包括非线性误差、零点误差、增益误差和温度漂移等。绝对精度LSB作为单位相对精度相对于满刻度输出值的百分数3)建立时间数字量从全“0”变为全“1”（或从全“1”变为全“0”）时，DAC输出模拟量达到终值1/2LSB误差范围之内所需要的时间。4.3DAC接口技术电流转换成电压Vo-+ADACVo-+ADA

3、C-VREF单级输出两级输出VOUT=-IOUT×RFVOUT=(VREF/R1-IOUT)×RF2DAC芯片与微型计算机及接口1)8位DAC2)超8位DACVo-+ADAC1210Iout1Voref(+)AD5088031P1.0P1.7DB0~DB3P2.0P2.1P2.7WRDB4~DB11BYTE1/BYTE2CSXFERWR1WR2Iout2RfbDAC1210输入锁存器（高8位和低4位）DAC寄存器D/A转换器片选信号CS与写信号WR同时有效时将数字量送入锁存器；字节控制端BYTE1/BYTE2为高电平时，8位数字量同时送入高8位输入锁存器，此端为低电平

4、时，将低4位数字量送入低4位输入锁存器。传输控制信号XFER与写信号WR同时有效时，12位输入锁存器信号同时送进DAC寄存器。设欲输出的数据存放在寄存器R2（高位）和R1（低位）中3）多通道模拟量输出时的DAC接口8031接口DACDACDAC每路使用独立的DAC8031接口DAC模拟开关S/HS/HS/H多路共用一个DAC4）串行输入DAC与CPU接口8031接口S/H①当CS为低电平时，由SCLK的上跳沿将DIN的串行数据移入16位移位寄存器，移入次序是，四个哑位，之后十个数据位（MSB在先，LSB在后），最后是作为结尾的两位“0”。②当CS上跳时，移位寄存器中的

5、十个数据位传送给DAC寄存器并更新DAC的输出。③当CS保持高电平时，MAX515内的移位寄存器的数据不受DIN及SCLK状态影响。设要输出的10位数据存放在R1和R2，R1存放高8位，R2的D7和D6存放低2位。4.4数字波形合成与V/I转换电路DAC输出的模拟电压或电流取决于DAC的输入数字量，利用程序的方法不断地给DAC输入不同的数字量，可以在DAC输出端得到连续变化的波形，这就是数字波形合成的基本原理。1.数字波形合成1)阶梯波和锯齿波2)三角波3)方波4)正弦波2V/I转换电路Io=If=Vf/Rf=Vi/Rf2V/I转换电路Io=Vi×R2/Rf·R14.

6、5开关量输出开关量的输出隔离隔离的目的1.隔断微机与执行机构之间的电气联系防止电位差、外界电磁等干扰。2.防止执行错误。3.防止仪器自身损坏。1）光电耦合器件隔离电路特点①输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能力强，隔离电压可达几千伏以上。②无触点，寿命长，可靠性好。③响应速度快，易与TTL电路配合使用。2）继电器隔离电路当输出回路包含有感性负载，而且导通电流较大时，在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧，以至于烧坏触点或降低触点寿命。如果负载电流是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如果负载电流是交流的，可以在触点间并联压敏电阻。压敏电阻在正常情况下相当于

7、断路，而当其两端电压超过其导通阈值时，压敏电阻阻值下降，从而构成一个续流通路，避免了高压电弧的产生。继电器使用注意事项2开关量的输出驱动与微机直接接口的一般TTL电路或COMS电路驱动能力是有限的。例如对于多数74LS系列的TTL电路，其高电平输出电流IOH最大值仅为-0.4mA，低电平输出电流IOL最大值也仅为8mA。而多数4XXX系列的COMS逻辑电路，当VDD=+5V时，IOH与IOL都不到1mA。如果执行器件需要较大的驱动电流，就必须附加驱动电路。1）TTL三态门缓冲器例如74LS240，74LS244，74LS245IOH=-15mA，IO