微机原理模拟量输入输出.pptx
《微机原理模拟量输入输出.pptx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《微机原理模拟量输入输出.pptx(48页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、18.1 8.1 模拟量输入输出通道的组成模拟量输入输出通道的组成 模拟量输入输出通道是微型计算机与控制对象之间的模拟量输入输出通道是微型计算机与控制对象之间的一个重要接口,也是实现工业过程控制的重要组成部分。一个重要接口,也是实现工业过程控制的重要组成部分。工业生产中,需要测量和控制的物理量往往是连续变工业生产中,需要测量和控制的物理量往往是连续变化的电流、电压、温度、压力、位移、流量等。利用计算化的电流、电压、温度、压力、位移、流量等。利用计算机实现对工业生产过程的自动监测和控制,机实现对工业生产过程的自动监测和控制,必须能够将必须能够将生产过程中监测设备输出的连续变化的生产过程中监测设备
2、输出的连续变化的模拟量转变为模拟量转变为计算计算机能够识别和接受的机能够识别和接受的数字量数字量。能够将计算机发出的能够将计算机发出的控制控制命令转换为命令转换为相应的相应的模拟信号模拟信号,去驱动模拟调节执行机构。,去驱动模拟调节执行机构。这样两个过程,都需要模拟量的输入和输出通道来完成。这样两个过程,都需要模拟量的输入和输出通道来完成。2模拟量的输入输出通道结构图模拟量的输入输出通道结构图38.1.1 模拟量的输入通道模拟量的输入通道1.传感器:传感器:是用于将工业生产现场的某些非电物理量转是用于将工业生产现场的某些非电物理量转换为电量的器件。换为电量的器件。例如例如 温度传感器:温度温度
3、传感器:温度 电压信号;电压信号;压力传感器:压力的变化压力传感器:压力的变化 电信号电信号2.变送器:变送器:将传感器的输出信号转换成将传感器的输出信号转换成010mA、420mA的统一电流信号或者的统一电流信号或者05V的电压信号。的电压信号。传感器输出的电信号都比较微弱,有些传感器的输出甚传感器输出的电信号都比较微弱,有些传感器的输出甚至是电阻值、电容值等非电量。为了易于与信号处理环节至是电阻值、电容值等非电量。为了易于与信号处理环节衔接,需要将这些微弱电信号及电阻值等非电量转换成统衔接,需要将这些微弱电信号及电阻值等非电量转换成统一的电信号,变送器就是实现这一功能的器件。一的电信号,变
4、送器就是实现这一功能的器件。4 3.信号处理环节:信号处理环节:将变送器输出的信号进行放大或处将变送器输出的信号进行放大或处理成与理成与AD 转换器所要求的输入相适应的电压水平。转换器所要求的输入相适应的电压水平。信号处理环节主要包括信号的放大及干扰信号的去信号处理环节主要包括信号的放大及干扰信号的去除除4.多路转换开关:多路转换开关:在数据采集系统中,需要采集的模在数据采集系统中,需要采集的模拟量一般比较多,且不少模拟量是缓慢变化的信号。拟量一般比较多,且不少模拟量是缓慢变化的信号。对这类模拟信号的采集,可采用多路模拟开关,使多对这类模拟信号的采集,可采用多路模拟开关,使多个模拟信号共用一个
5、个模拟信号共用一个A/D转换器进行采样和转换,以转换器进行采样和转换,以降低成本。降低成本。55.采样保持电路:采样保持电路:在数据采样期间,保持输入信号不在数据采样期间,保持输入信号不变的电路称为采样保持电路。变的电路称为采样保持电路。由输入模拟信号连续变化,由输入模拟信号连续变化,A/D转换器完成一次转转换器完成一次转换需要一定转换时间。对变化较快的模拟输入信号,换需要一定转换时间。对变化较快的模拟输入信号,如果在转换期间输入信号变化,引起转换误差。所以如果在转换期间输入信号变化,引起转换误差。所以增加一级采样保持电路,保证在转换过程中输入信号增加一级采样保持电路,保证在转换过程中输入信号
6、保持在其采样时的值。保持在其采样时的值。6.模数模数A/D转换器:转换器:将输入的模拟信号转换成计算机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。能够识别的数字信号,以便计算机进行分析和处理。68.1.2 模拟量的输出通道模拟量的输出通道 计算机的输出信号是数字信号,而有的控制执行元件计算机的输出信号是数字信号,而有的控制执行元件要求提供模拟的输入电流或电压信号,需要将计算机输出要求提供模拟的输入电流或电压信号,需要将计算机输出的数字量转换为模拟量。由模拟量的输出通道来完成。的数字量转换为模拟量。由模拟量的输出通道来完成。将数字量转换为模拟量同样需要一定的转换时间
7、,要求将数字量转换为模拟量同样需要一定的转换时间,要求在整个转换过程中待转换的数字量要保持不变,而计算机在整个转换过程中待转换的数字量要保持不变,而计算机的运行速度很快,其输出的数据在数据总线上稳定的时间的运行速度很快,其输出的数据在数据总线上稳定的时间很短,因此,在计算机与很短,因此,在计算机与DA转换器之间必须加一级锁转换器之间必须加一级锁存器以保持数字量的稳定。存器以保持数字量的稳定。D/A转换器的输出端一般还转换器的输出端一般还要加上低通滤波器,以平滑输出波形。要加上低通滤波器,以平滑输出波形。为了能够驱动执为了能够驱动执行器件,需要将输出的小功率的模拟量加以放大。行器件,需要将输出的
8、小功率的模拟量加以放大。78.2 数模转换器(数模转换器(D/A)8.2.1 D/A转换器的基本原理及技术指标转换器的基本原理及技术指标1.D/A转换器的基本工作原理转换器的基本工作原理 D/A转换器的作用是将数字量转换为模拟量,数字转换器的作用是将数字量转换为模拟量,数字量由二进制位组成,每个二进制位的权为量由二进制位组成,每个二进制位的权为2i,要把数字,要把数字量转换为模拟电压,需要先把数字量的每一位上的代量转换为模拟电压,需要先把数字量的每一位上的代码按权转换成对应的模拟电流,再把模拟电流相加,码按权转换成对应的模拟电流,再把模拟电流相加,最后由运算放大器将其转换成模拟电压。最后由运算
9、放大器将其转换成模拟电压。8A/D转换器结构示意图转换器结构示意图91011如果 R1=21R,R2=22R,Rn=2nR,即每一位电阻值都具有权值2j,且由一个开关Sj控制,当Sj闭合时Sj=1,Sj断开时Sj=0。令则讨论:当所有开关Sj断开时,Vo=0;当所有开关Sj闭合时,最大。12D/A转换的基本原理:转换的基本原理:如果用二进制编码来控制每一路的如果用二进制编码来控制每一路的Sj,当第,当第i路的路的二进制码为二进制码为1时,使第时,使第j位的位的Sj闭合;第闭合;第j路的二进制码路的二进制码为为0时,使对应的时,使对应的Sj断开,则数字量的变化就转换成了断开,则数字量的变化就转换
10、成了模拟量的变化。模拟量的变化。D/A转换器的转换精度与基准电压转换器的转换精度与基准电压Vref和权电阻和权电阻Rj的的精度以及数字量的位数精度以及数字量的位数j有关。位数越多,转换精度越有关。位数越多,转换精度越高,同时所需的权电阻的种类就越多。在集成电路中高,同时所需的权电阻的种类就越多。在集成电路中制造高阻值的精密电阻比较困难,因此常用制造高阻值的精密电阻比较困难,因此常用T形电阻网形电阻网络代替权电阻网络。络代替权电阻网络。13输出电压输出电压Vo正比于输入数字量正比于输入数字量Dn,幅度大小由,幅度大小由Vref和和Rf/R的比值决定的比值决定14 将待转换的数字量将待转换的数字量
11、D0D7通过数据缓冲器送至数据锁通过数据缓冲器送至数据锁存器,保证转换过程中数字量的稳定。存器,保证转换过程中数字量的稳定。锁存器的输出接到多路模拟开关,使数据信号的高低锁存器的输出接到多路模拟开关,使数据信号的高低电平转变成相应的开关状态。电平转变成相应的开关状态。各位模拟开关输出的电流通过电阻网络进行加权,合各位模拟开关输出的电流通过电阻网络进行加权,合成一个与输入数字量等效的模拟电流信号再经过驱动放成一个与输入数字量等效的模拟电流信号再经过驱动放大电路,形成模拟量的输出。大电路,形成模拟量的输出。152.D/A转换器的主要技术指标1.分辨率:分辨率是分辨率是D/A转换器对数字输入量变化的
12、敏感程度转换器对数字输入量变化的敏感程度的度量。它表示输入每变化一个最低有效位使输出变的度量。它表示输入每变化一个最低有效位使输出变化的程度,可用数字量的位数来表示,如化的程度,可用数字量的位数来表示,如8位,位,10位位等。等。输入数字量等于输入数字量等于1时的电压值与输入数字量等于最时的电压值与输入数字量等于最大值时的满度电压值之比,例如,一个大值时的满度电压值之比,例如,一个n位的位的D/A转转换器,若其满度电压值为换器,若其满度电压值为V,其最低有效位对应的电,其最低有效位对应的电压值就为压值就为V/(2n一一1),则该,则该D/A转换器的分辨率等于转换器的分辨率等于1/(2n一一1)
13、。16(2)转换精度:表示由于表示由于DA转换器的引入而使其输出和转换器的引入而使其输出和输入之间产生的误差。可用绝对转换精度或相对转换精度输入之间产生的误差。可用绝对转换精度或相对转换精度来表示。来表示。绝对转换误差是指实际的输出值与理论值之间的差距,绝对转换误差是指实际的输出值与理论值之间的差距,它与它与D/A转换器参考电压的精度、权电阻的精度等有关。转换器参考电压的精度、权电阻的精度等有关。相对转换精度是绝对转换精度与满量程输出之比,是常相对转换精度是绝对转换精度与满量程输出之比,是常用的描述输出电压接近理想值程度的物理量,更具有实用用的描述输出电压接近理想值程度的物理量,更具有实用性。
14、性。例如,一个例如,一个DA转换器的绝对转换精度为转换器的绝对转换精度为0.05V,若输出,若输出满刻度值为满刻度值为5V,则其相对转换精度为,则其相对转换精度为 1%。17(3)转换时间)转换时间:当输入数字量满刻度变化当输入数字量满刻度变化(如全如全0到全到全1)时,从数字量输入到输出模拟量达到与终值相差时,从数字量输入到输出模拟量达到与终值相差1/2 LSB(最低有效位最低有效位)相当的模拟量值所需的时间,它表示相当的模拟量值所需的时间,它表示D/A转换器的转换速率。转换器的转换速率。(4)线性误差:)线性误差:实际输出特性偏离理想转换特性的最实际输出特性偏离理想转换特性的最大值,通常用
15、最大差值折合成的数字量来表示。大值,通常用最大差值折合成的数字量来表示。在在D/A转换时,若数据连续转换,则输出的模拟量转换时,若数据连续转换,则输出的模拟量应该是线性的。即理想情况下,应该是线性的。即理想情况下,D/A转换器的输入输出转换器的输入输出曲线是一条直线,但实际的输出特性曲线与理想的曲线曲线是一条直线,但实际的输出特性曲线与理想的曲线之间存在一定的误差。之间存在一定的误差。(5)动态范围:)动态范围:是指最大和最小输出值范围。是指最大和最小输出值范围。188.2.2 典型D/A转换器芯片及其与系统的连接内部不包含数据输入寄存器内部不包含数据输入寄存器:AD7520、AD7521 不
16、具备数据锁存能力,不能直接与系统总线连接,不具备数据锁存能力,不能直接与系统总线连接,与与CPU连接时,要在其与连接时,要在其与CPU之间增加数据锁存器。之间增加数据锁存器。内部包含数据输入寄存器内部包含数据输入寄存器:DAC0832、AD77524 可直接与系统总线连接可直接与系统总线连接191.引线及内部结构D0D7:8位数据输入端位数据输入端CS:片选信号,低电平有效;:片选信号,低电平有效;ILE:输入寄存器选通命令,它与:输入寄存器选通命令,它与CS、WR1一起将要转换的数据送入一起将要转换的数据送入输入寄存器;输入寄存器;WRl:输入寄存器的写入控制;:输入寄存器的写入控制;WR2
17、:数据变换寄存器写入控制;:数据变换寄存器写入控制;XFER:传送控制信号,它与:传送控制信号,它与WR2 一起把输入寄存器的数据装入到数一起把输入寄存器的数据装入到数据变换寄存器;据变换寄存器;Iout1、Iout2:模拟电流输出端:模拟电流输出端Rfb:反馈电阻引出端,接运放输出:反馈电阻引出端,接运放输出Vref:参考电压输出端:参考电压输出端20DAC0832的内部结构示意图的内部结构示意图212.工作方式及线路连接工作方式及线路连接(1)单缓冲工作方式:是使输入寄存器或单缓冲工作方式:是使输入寄存器或DAC寄存器寄存器中的任意一个工作在直通状态,而另一个工作在受控中的任意一个工作在直
18、通状态,而另一个工作在受控锁存状态。锁存状态。例如,使输入寄存器受控,例如,使输入寄存器受控,DAC寄存器自通,则可将寄存器自通,则可将WR2和和XFER接数字地,接数字地,ILE接十接十5V。将。将CS接端口地接端口地址译码器输出,址译码器输出,WR1接接IOW信号,则当信号,则当CPU向输入向输入寄存器的端口地址发出写命令时,数据就写入输入寄寄存器的端口地址发出写命令时,数据就写入输入寄存器,因为存器,因为DAC直通,所以写入到寄存器的数据立即直通,所以写入到寄存器的数据立即进行数模转换。进行数模转换。22完成完成D/A转换的程序:转换的程序:MOV AL,DATAMOV DX,PORTO
19、UT DX,ALHLT单缓冲工作方式单缓冲工作方式23(2)双缓冲工作方式)双缓冲工作方式 将数据写入输入寄存器;将数据写入输入寄存器;将输入寄存器的内容写入将输入寄存器的内容写入DAC寄存器。寄存器。具体过程为:当具体过程为:当ILE1,CS WR10时,待转换时,待转换的数据被写入输入寄存器。随后,的数据被写入输入寄存器。随后,WR1由低变高,数由低变高,数据出现在输入寄存器的输出端。在整个据出现在输入寄存器的输出端。在整个WRl为高电平为高电平期间,输入寄存器的输出端将不再随其输入端的变化期间,输入寄存器的输出端将不再随其输入端的变化而变化。从而保证了在数模转换时数据稳定不变。而变化。从
- 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:
- 微机 原理 模拟 输入输出
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【可****】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【可****】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。