模拟量的输入输出.ppt
《模拟量的输入输出.ppt》由会员分享,可在线阅读,更多相关《模拟量的输入输出.ppt(63页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
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,00101101,10101100,工 业 生 产 过 程,传感器,放大 滤波,多路转换 & 采样
2、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,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 Converte
3、r) 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:,Vref,Rf,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,Vin,Rf,Vo,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:,Vin,Rf,VO,R1,式中:Ri 为第i支路的
4、输 入电阻,Rn,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,若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献,2R 4R 8R 16R 32R 64R 128R 256R,Vref,Rf,VO,S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8,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S1S8(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
5、换器。 可以看出,当代码在0FFH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
6、。 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,t,V,1/2 LSB,tC,VFULL,0,8.2.2 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,D7D0: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:
7、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。,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
8、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,A10-A0,译码器,0832-1,0832-2,port1,port2,port3,输出方式 DAC0830为电流输出型D/A转换器,要获得模拟电压输出时,需要外
9、接一个运算放大器。 (1) 单极性模拟电压输出。如果参考电压为+5 V,则当数字量N从00H至FFH变化时,对应的模拟电压VO的输出范围是05 V,如下图所示。,(2) 双极性模拟电压输出。如果要输出双极性电压,则需在输出端再加一级运算放大器作为偏移电路,如下图所示。当数字量N从00H至FFH变化时,对应的模拟电压VO的输出范围是5+5 V。,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寄存器 MOV AL,data ; 要转换的数据送AL MOV DX
10、,port1 ; 0832-1的输入寄存器地址送DX OUT DX,AL ; 数据送0832-1的输入寄存器 MOV DX,port2 ; 0832-2输入寄存器地址送DX OUT DX,AL ; 数据送0832-2的输入寄存器 MOV DX,port3 ; DAC寄存器端口地址送DX OUT DX,AL ; 数据送DAC寄存器,并启动同步转换 HLT,D/A转换器的应用,函数发生器 只要往D/A转换器写入按规律变化的数据,即可在输出端获得正弦波、三角波、锯齿波、方波、阶梯波、梯形波等函数波形。 直流电机的转速控制 用不同的数值产生不同的电压,控制电机的转速 其他需要用电压/电流来进行控制的场
11、合 例子参见p354-p356。,应用举例 【例1】 锯齿波的产生。,控制程序清单如下: ;8255A初始化 MOV DX,0E003H ;8255A的控制端口地址 MOV AL,80H ;设置8255A的方式字 OUT DX,AL ;B口控制DAC的转换 MOV DX,0E001H ;8255A的B口地址 MOV AL,10H ;置0830为直通工作方式 OUT DX,AL,;生成锯齿波 MOV DX,0E000H ;设置DAC端口号 MOV AL,0H ;设置初值 L1: OUT DX,AL ;向DAC送数据 INC AL ;输出数据加1 NOP ;延时 JMP L1,通过AL加1,可得到
12、正向的锯齿波。如要得到负向的锯齿波,则只要将程序中的INC AL改为DEC AL即可。可以通过延时的办法改变锯齿波的周期,若延迟时间较短,则可用NOP指令来实现;若延迟时间较长,则可用一个延时子程序。延迟时间不同,波形周期不同,锯齿波的斜率就不同。,【例2】 三角波的产生。 在原有硬件电路的基础上,换用下述程序即可产生三角波。 MOV DX,0E000H MOV AL,0H ;输出数据从0开始 L2:OUT DX,AL INC AL ;输出数据加1 JNZ L2 ;AL是否加满?未满,继续 MOV AL,0FFH ;已满,AL置全“1” L3:OUT DX,AL DEC AL ;输出数据减1
13、JNZ L3 ;AL是再减到“0”?不是,继续 JMP L2,8.3 模/数(A/D)转换器,用途 将连续变化的模拟信号转换为数字信号,以便于计算机进行处理。 常用于数据采集系统或数字化声音。 A/D转换的四个步骤 采样保持量化编码 采样/保持:由采样保持电路(S/H)完成 量化/编码:由ADC电路完成(ADC:AD变换器),1) 采样和保持,采样 将一个时间上连续变化的模拟量转为时间上断续变化的(离散的)模拟量。 或:把一个时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串,脉冲的幅度取决于输入模拟量。 保持 将采样得到的模拟量值保持下来,使之等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。 目的: A/D转换
14、期间保持采样值恒定不变。 对于慢速变化的信号,可省略采样保持电路,采样保持电路(S/H),由MOS管采样开关T、保持电容Ch和运放构成的跟随器三部分组成。,采样控制信号S(t)=1时,T导通,Vin向Ch充电,Vc和Vout跟 踪Vin变化,即对Vin采样。S(t)=0时,T截止,Vout将保持前一 瞬间采样的数值不变。,采样保持电路的波形,Vin,S(t),Vout,进行A/D转换时所用的输入电压,就是对保持下来的采样电压(每次采样结束时的输入电压)进行转换。,采样周期的确定,采样通常采用等时间间隔采样。 采样频率fs不能低于2fimax(fimax为输入信号Vin的最高次谐波分量的频率);
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 模拟 输入输出
链接地址:https://www.31doc.com/p-2604734.html