微机原理及应用王惠中、王强、李建海电子课件 第9章.ppt

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1、1第九章D/A、A/D转换器主要内容：模拟量输入输出通道的组成D/A转换器的工作原理、连接及编程A/D转换器的工作原理、连接及编程20010110110101100工业生产过程传感器放大滤波多路转换&采样保持A/D转换放大驱动D/A转换输出接口微型计算机执行机构输入接口物理量变换信号处理信号变换I/O接口输入通道输出通道9.1概述数/模（D/A）和模/数（A/D）转换技术主要用于计算机控制和测量仪表中。典型的闭环实时控制系统为：3模拟量——连续变化的物理量数字量——时间和数值上都离散的量模拟/数字转换器ADCDAC数字/模拟转换器9.1概述4模/数与数/模转换通道的组成一般模/数转换通道由传感

2、器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及A/D转换器组成。5传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比。一、传感器（Transducer）6由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作在一起，输出统一标准的0～10mA或4～20mA电流，或0～5V电压，以便传输或直接送A/D转换器进行A/D转换

3、，其中，4～20mA标准电流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、压力变送器等一般输出4～20mA标准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此，电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中。7二、信号放大处理信号放大处理电路，接在A/D转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题：A/D转换器与传感器二者电压不匹配；如果是电流型输出传感器，要进行Ⅰ～Ⅴ变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号；传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，通常采用RC低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特性更好

4、。8三、多路转换开关（Multiplexer）一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多路模拟信号；通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制；许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果A/D转换芯片不具有多路转换功能，则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关。9常用的模拟多路开关介绍CD4051B的基本结构CD4051B采用了CMOS工艺，16脚DIP封装八选一模拟多路开关当使能端INH为0状态时，CD4051B才能选择导通，由选择输入端A2A1A0三位二进制编码来控制（CH0～CH7）八

5、个输入通道的通断。该芯片能实现双向传输，即可以实现多传一或一传多两个方向的传送。10四、采样保持器（SampleHolder）在A/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路；A/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间；不同A/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差；慢速变化的模拟信号，在A/D转换系统中，完全可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响A/D转换的精度。11采样/保持器的基本原理采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样”或“保持”两种工作状态的电路,采样/保持示意图如图10-5所示，在采样状态

6、下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图10-5中可以看出，经过对Vi的采样，V0的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的“小平台”电压供A/D转换器进行A/D转换。12采样/保持示意图13五、A/D转换器（AnalogtoDigit）A/D转换器是模/数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二进制数或BCD码等），以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号。14六．驱动器计算机输出的数字量信号经DAC转换后的模拟信号或直接输出的开关量信号，其驱动功率往往不能

7、满足执行部件的要求。所以，在驱动执行部件之前，一般都要进行功率放大、信号隔离和匹配、以及动作时间协调等。鉴于计算机过程控制现场，有不少执行部件是工作于开关状态的，如步进电机、启／停交流电机、交流触发器、电控阀门、继电器等。使用时应注意，不同的执行部件，所需的驱动电流和电压均不相同，所以驱动器型号也不同。159.2D/A转换器芯片及其接口9.2.1D/A转换原理与技术指标一、D/A转换器的工作原理数