模拟量的输入输出.ppt

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1、Ch.8模拟量的输入输出本章内容模拟量输入输出通道的组成D/A转换器原理及连接使用方法A/D转换器原理及连接使用方法模拟量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概述模拟量D/A传感器执行元件A/D数字量数字量模拟量模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)计算机8.1模拟量I/O通道的组成模拟接口电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工业生产过程传感器放大滤波多路转换&采样保持A/D转

2、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（SignalProcessing）放大、整形、滤波多路转换开关（Multiplexer）多选一采样保持电路（SampleHolder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/DConverter）模拟量转换为数字量模拟量输出通道D/A变换器（D/AConverter）数字量转换为模拟量低通滤波

3、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8.2.1D/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：VrefRf模拟开关电阻网络VO数字量∑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：式中：Rf为反馈电阻R为输入电阻VinRfVo∑R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：VinRfVO∑R1式中：Ri为第i支路的输入电阻Rn…令每个支路的输

4、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，则上式变换为若Si=1,该项对VO有贡献若Si=0,该项对VO无贡献2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRfVOS1S2S3S4S5S6S7S8与上式相对应的电路如下(图中n=8)：图中的电阻网络就称为权电阻网络如果用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

5、，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，±1LSB的变化将使输出变化5/(210-1)=5/1023=0.004888V=4.888mV转换精度（

6、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±1/2LSB也可用满量程的百分比来度量，如0.05%FSRLSB:LeastSignificantBitFSR:FullScaleRange)转换时间从开始转换到与满量程值相差±1/2LSB所对应的模拟量所需要的时间tV1/2LSBtCVFULL08.2.2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p351DAC0832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

7、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+10VIOUT1、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。写输入寄存器写DAC寄存器工作方式单缓冲方式使输入锁存

8、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