智能仪器讲稿-第四章

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1、第四章第四章第四章第四章 智能仪器输出通道及数据通信接口技术智能仪器输出通道及数据通信接口技术智能仪器输出通道及数据通信接口技术智能仪器输出通道及数据通信接口技术41 智能仪器输出通道信号种类智能仪器输出通道信号种类 一一. 模拟量输出信号模拟量输出信号 1. 直流电流信号直流电流信号适用：远距离传送。适用：远距离传送。特点：抗干扰能力强特点：抗干扰能力强，信号线电阻不会导致信号损失。信号线电阻不会导致信号损失。 常用规范：常用规范：420mA（负载电阻（负载电阻250750），），0mA表示故障。表示故障。 010mA（负载电阻（负载电阻03000） 2. 直流电压信号直流电压信号适用：近距

2、离传送，多个负载。适用：近距离传送，多个负载。 特点：要求负载有高输入阻抗。特点：要求负载有高输入阻抗。 常用规范：常用规范：15V，1V以下表示故障。以下表示故障。 二二. 开关量输出信号：只有开关量输出信号：只有“0”与与“1”二种状态，表示开、关；正常、 故障；自动、手动等等。二种状态，表示开、关；正常、 故障；自动、手动等等。 三三. 数字量输出信号：串行、并行。数字量输出信号：串行、并行。 42 DAC工作原理及主要技术指标工作原理及主要技术指标 一一. DAC工作原理工作原理:以反梯形电阻网络以反梯形电阻网络DAC为例为例Uo输出与数字输入成正比。输出与数字输入成正比。 1. 分辨

3、率：输入数字量最小位（分辨率：输入数字量最小位（LSB）变化引 起输出模拟量的变化，常用）变化引 起输出模拟量的变化，常用D/A变换器的二进 制位数表示，变换器的二进 制位数表示，n位位DAC分辨率是分辨率是2-n*满度值。满度值。 FSR（Full Scale Range）。）。二二二二. . DACDAC主要技术指标主要技术指标主要技术指标主要技术指标121 n例如，n=8, DAC的分辨率为分辨率=0.0039对于n位D/A转换器，分辨率可表示为：分辨率分辨率 121 n位数越多，能够分辨的最小 输出电压变化量就越小，分辨 率 就越高。也可用位数n来表示分 辨率。 2. 精度：精度：DA

4、C理论输出值与实际输出值的最大 偏差，是各种误差的综合理论输出值与实际输出值的最大 偏差，是各种误差的综合(非线性误差、零点 误差、增益误差和温度漂移等非线性误差、零点 误差、增益误差和温度漂移等)。通常用最大 误差与满量程输出电压之比的百分数表示。通 常要求。通常用最大 误差与满量程输出电压之比的百分数表示。通 常要求D/A转换器的误差小于转换器的误差小于ULSB/2。 转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增 益误差等，它不仅与。 转换精度是一个综合指标，包括零点误差、增 益误差等，它不仅与D/A转换器中元件参数的 精度有关，而且还与环境温度、集成运放的温 度漂移以及转换器中元件参数的 精

5、度有关，而且还与环境温度、集成运放的温 度漂移以及D/A转换器的位数有关。转换器的位数有关。 3. 建立时间（转换时间）：数字值满刻度变化 时，从数字值输入到输出模拟量达到终值 建立时间（转换时间）：数字值满刻度变化 时，从数字值输入到输出模拟量达到终值 1/2LSB所需的时间。所需的时间。4 43 3DACDAC接口技术接口技术接口技术接口技术 一一. 电流输出型电流输出型DAC变换成电压输出：变换成电压输出：单极性输出电路单极性输出电路:Uout=-Iout*Rf 双极性输出电路双极性输出电路: Uout=-Iout*Rf+Vref*Rf/R1=（Vref/R1- Iout）*Rf， 调整

6、， 调整R1使数字量为使数字量为10000000B(8位位DAC)时时Uout=0， 有正负幅度对称的输出。， 有正负幅度对称的输出。电流输出型电流输出型DACDAC 电流输出型电流输出型DA转换器很少直接利用电流输出，大多外 接电流转换器很少直接利用电流输出，大多外 接电流电压转换电路得到电压输出，后者有两种方 法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流电压转换电路得到电压输出，后者有两种方 法：一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流电 压转换，二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流电 压转换，二是外接运算放大器。用负载电阻进行电流 电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压， 但必须在规

7、定的输出电压范围内使用，而且由于输出 阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。此外，大部 分电压转换的方法，虽可在电流输出引脚上出现电压， 但必须在规定的输出电压范围内使用，而且由于输出 阻抗高，所以一般外接运算放大器使用。此外，大部 分CMOS DAC转换器当输出电压不为零时不能正确动 作，所以必须外接运算放大器。当外接运算放大器进 行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器 的电压输出型相同，这时由于在转换器当输出电压不为零时不能正确动 作，所以必须外接运算放大器。当外接运算放大器进 行电流电压转换时，则电路构成基本上与内置放大器 的电压输出型相同，这时由于在DA转换器的电流建立 时间上加

8、入了运算放入器的延迟，使响应变慢。此外， 这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易 起振，有时必须作相位补偿。转换器的电流建立 时间上加入了运算放入器的延迟，使响应变慢。此外， 这种电路中运算放大器因输出引脚的内部电容而容易 起振，有时必须作相位补偿。二二二二. . DACDAC芯片与微型计算机接口芯片与微型计算机接口芯片与微型计算机接口芯片与微型计算机接口1. DAC位数等于位数等于CPU数据总线位数时的接口数据总线位数时的接口 只要只要DAC内部有锁存器，二者可直接相连，否则也 只要加一个锁存器即可内部有锁存器，二者可直接相连，否则也 只要加一个锁存器即可AD1408AD1408与与

9、80318031的接口的接口8031AD1408VREF(-)P1.7P1.0IoAD580DB7DB1VREF(+)+ARFVo+5VDAC1210DAC1210与与80318031的接口的接口8031DAC1210RfbP0.7P0.0Iout2D4D11D1D4Vref+A Vo+5VP2.0 P2.1 P2.7 WRBYTE1/BYTE2CS XFER WR1 WR2Iout12. DAC位数大于位数大于CPU数据总线位数时的接口：数据总线位数时的接口：CPU数据分二次 输出。数据分二次 输出。 例：例：DAC1210,12位位D/A转换器，二级锁存。转换器，二级锁存。 BYTE1/B

10、YTE2=1,12位数据同时送入输入锁存器位数据同时送入输入锁存器,=0只输入低只输入低4 位位CPU数据分两次送出数据分两次送出MOVA, R2;待转换数据放在待转换数据放在R2中中 MOVDPTR, #0FDFFH;高高8位输入锁存器地址位输入锁存器地址 MOVDPTR, A;输出高输出高8位数据位数据 MOVA, R1;A0=0,送低送低4位到位到4位输入锁存器位输入锁存器 DECDPH;DPH减减1形成低形成低4位数据锁存器地址位数据锁存器地址 MOVXDPTR, A;输出低输出低4位数据位数据 MOVDPH, #7FH; MOVXDPTR, A;12位数据送位数据送DAC寄存器寄存器

11、 END;注意注意:不可先送低不可先送低4位。位。对于一个对于一个10Bit的的DAC，当使用双锁存器接口时， 设两个锁存器原来的数据为，当使用双锁存器接口时， 设两个锁存器原来的数据为0001111000，现要 求转换的数据为，现要 求转换的数据为0100001011，首先输出低八位， 则输出的波形为，首先输出低八位， 则输出的波形为000111100000000010110100001011 3. 多路模拟量输出时的多路模拟量输出时的DAC接口接口 （1）每路通道使用独立的）每路通道使用独立的DAC （2）多路通道共享一个）多路通道共享一个DACMAX506简介：简介： 电源电源VDD=+

12、5V，VSS=0V或或-5V。 参考电压参考电压VREF：VSSVDD 输出输出VOUT=VREF*N/256，N：8位二进制构成的数值。位二进制构成的数值。 地址地址A1A0选择四个寄存器。例如选择四个寄存器。例如A1A0=“00”时选中寄存器时选中寄存器A。 WR为低电平时，所选中寄存器为透明态，为低电平时，所选中寄存器为透明态，WR上升沿数据总线上的 数据被锁存在所选中的寄存器中上升沿数据总线上的 数据被锁存在所选中的寄存器中.MAX515MAX515结构框图结构框图+A DAC10位DAC寄存器2位0LSB MSB 10位数字4个 哑位16位移位寄存器上位 复位控制 逻辑VOUTVDD

13、DOUTAGNDAGNDDSSCLKDINMAX515MAX515管脚图管脚图AGND和和VDD分别为地和电源，分别为地和电源，VDD一般取一般取5V。REFIN为参考电 压输入端，范围为为参考电 压输入端，范围为0VDD2V。VOUT为模拟电压输出端，输 出电压为模拟电压输出端，输 出电压VOUT2VREFD/1024，D为为DAC数字输入端，数字输入端，DIN为 串行数字输入端。为 串行数字输入端。SCLK为移位脉冲输入端。为移位脉冲输入端。CS跳变时跳变时SCLK应 保持在低电平，当应 保持在低电平，当CS为低电平时，为低电平时，SCLK的上跳沿将的上跳沿将DIN的串行 数据移入的串行

14、数据移入16位的移位寄存器。当位的移位寄存器。当CS上跳时，移位寄存器中的上跳时，移位寄存器中的10 个数据送该个数据送该DAC寄存器并更新寄存器并更新DAC的输出。当的输出。当CS保持为高电平 时，移位寄存器中数据不受保持为高电平 时，移位寄存器中数据不受DIN及及SCLK状态的影响。状态的影响。MAX515MAX515时序图时序图MAX515MAX515与与80318031的接口的接口P1.0 P1.1 P1.2CS DIN SCLKREFINVOUTMAX515MAX8738031+2.5V程序见书程序见书P.934 44 4 数字波形合成与数字波形合成与数字波形合成与数字波形合成与V/

15、IV/I转换电路转换电路转换电路转换电路一一. 数字波形合成数字波形合成 1. 阶梯形锯齿波发生器阶梯形锯齿波发生器 下列程序可产生阶梯形锯齿波下列程序可产生阶梯形锯齿波. MOVA, #0 LOOP1:MOVP1, A INCA SJMPLOOP1 RET 2. 三角波发生器三角波发生器:编制程序完成此功能，地址同上。编制程序完成此功能，地址同上。 3. 方波发生器方波发生器: 编制程序完成此功能，地址同上。编制程序完成此功能，地址同上。 4. 正弦波发生器正弦波发生器:用波形数据表的方法用波形数据表的方法,顺序将数据送到顺序将数据送到DAC. 数据产生数据产生:Di=SIN(2i/N) ,

16、i从从0N-1, N通常取通常取2的的J次幂次幂. 对于双极型对于双极型DAC数据直接可用数据直接可用, 对于单极型对于单极型DAC,要加上正弦波的幅值要加上正弦波的幅值.不同增量、不同延时的阶梯波不同增量、不同延时的阶梯波MOVA, #0 LOOP2: MOVP1, A ADD P1, A CALLDELAY SJMPLOOP1 RET N为阶梯波的阶梯增量，一般为阶梯波的阶梯增量，一般N取值为取值为2的整数 次方，的整数 次方，DELAY用以控制每个阶梯的延时量。用以控制每个阶梯的延时量。延时子程序延时子程序 DELAY :PUSHR1; MOVR1, #M; LOOP3:NOP DJNZR1, LOOP3 POPR1 RET 延时量可由程序中执行每条纸令的机器周期数 及