计算机控制技术及应用教学课件王平谢昊飞蒋建春等编著第五章过程输入输出通道技术.ppt

《计算机控制技术及应用教学课件王平谢昊飞蒋建春等编著第五章过程输入输出通道技术.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《计算机控制技术及应用教学课件王平谢昊飞蒋建春等编著第五章过程输入输出通道技术.ppt（173页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、1在线教务辅导网：在线教务辅导网：http:/教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网教材其余课件及动画素材请查阅在线教务辅导网QQ:349134187 或者直接输入下面地址：或者直接输入下面地址：http:/2第五章第五章 过程输入输出通道接口技术过程输入输出通道接口技术 过程输入输出通道是计算机和工业生产过程相互交过程输入输出通道是计算机和工业生产过程相互交换信息的桥梁。换信息的桥梁。 根据根据过程信息的性程信息的性质及及传递方向，方向，过程程输入入输出出通道包括模通道包括模拟量量输入通道、模入通道、模拟量量输出通道、数字量出通道、数字量( (开关量开关量) )输入通道和数字量入通道和数

2、字量( (开关量开关量) )输出通道。出通道。 51过程输入输出通道的组成与功能过程输入输出通道的组成与功能 计算机控制系统基本原理图计算机控制系统基本原理图r r给定值给定值计算机计算机 - -被控量被控量控制器控制器执行机构执行机构被控对象被控对象A/DA/DD/AD/A35 52 2 过程输入输出通道的控制方式过程输入输出通道的控制方式 5 52 2l l 过程输入输出通道与过程输入输出通道与CPUCPU交换的信息类型交换的信息类型过程输入输出通道与过程输入输出通道与CPUCPU交换的信息类型有三种：交换的信息类型有三种： 1 1数据信息数据信息：反映生产现场的参数及状态的信：反映生产现

3、场的参数及状态的信 息，它包括数字量、开关量和模拟量。息，它包括数字量、开关量和模拟量。 2 2状态信息状态信息：又叫协议信息，如应答信息、握手信：又叫协议信息，如应答信息、握手信 息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。息，它反映过程通道的状态，如准备就绪信号。 3 3控制信息控制信息：用来控制过程通道的启动和停止等：用来控制过程通道的启动和停止等 信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动信息，如三态门的打开和关闭、触发器的启动 等。等。 在过程输入输出通道中，必须设置一个与在过程输入输出通道中，必须设置一个与CPUCPU联系联系的接口电路，传送数据信息、状态信息和控制信息。的接口电路，传

4、送数据信息、状态信息和控制信息。 45 52 22 2 过程通道的编址方式过程通道的编址方式 由由于于计计算算机机控控制制系系统统一一般般都都有有多多个个过过程程输输入入输输出出通通道道，因因此此需需对对每每一一个个过过程程输输入入输输出出通通道道安安排排地地址。过程通道编址方式有两种：址。过程通道编址方式有两种： 1 1过程通道与存储器统一编址方式过程通道与存储器统一编址方式 这这种种编编址址方方式式又又称称存存储储器器映映像像方方式式，它它从从存存贮贮器器空空间间划划出出一一部部分分地地址址空空间间给给过过程程通通道道，把把过过程程通通道道的的端端口口当当作作存存贮贮单单元元一一样样进进行

5、行访访问问，对对I IO O端端口口进进行行输输入入输输出出操操作作跟跟对对存存储储单单元元进进行行读读写写操操作作方方式式相同，只是地址不同。相同，只是地址不同。5 2 2过程通道与存程通道与存储器独立器独立编址方式址方式 这种种编址址方方式式将将过程程通通道道的的端端口口地地址址单独独编址址，有有自自己己独独立立的的过程程通通道道地地址址空空间，而而不不占占用用存存储器器地地址址空空间。在在过程程通通道道地地址址空空间中中，每每一一个个过程程通通道道的的端端口口有有一一个个唯唯一一对应的的过程程通通道道的的端端口口地地址址。这种种独独立立编址址方方式式要要求求CPU有有专用用的的I/O指指

6、令令（IN及及OUT指指令令）用用于于CPU与与过程程通通道道端端口口之之间的的数数据据传输。地地址址总线配配合合存存储器器操操作作信信号号实现存存储器器的的访问控控制制，地地址址总线与与IO操操作作信信号号配配合合则可可访问过程程通通道道。实现这种种编址址方方式式的的CPU分分别有有存存储器器访问和和IO访问的指令及相的指令及相应的控制信号。的控制信号。 6编址方式的比较编址方式的比较 统一编址的最大优点是无需专门的统一编址的最大优点是无需专门的I/OI/O指令，从指令，从而简化了指令系统的设计，并能省去相应的而简化了指令系统的设计，并能省去相应的I/OI/O操作的操作的对外引线。而且对外引

7、线。而且CPUCPU可直接对可直接对I/OI/O数据进行算术和逻辑数据进行算术和逻辑运算，指令丰富。运算，指令丰富。 统一编址的不足之处在于统一编址的不足之处在于I/OI/O端口地址占用了一部端口地址占用了一部分存储器空间；另外访问内存的指令长度一般比专用分存储器空间；另外访问内存的指令长度一般比专用的的I/OI/O指令长，因而取指周期较长，又多占了指令字节。指令长，因而取指周期较长，又多占了指令字节。 7 5 52 23 CPU3 CPU对过程通道的控制方式对过程通道的控制方式 计算机的外算机的外围设备及及过程通道种程通道种类繁多，它繁多，它们的的传送速率又很不相同。因此送速率又很不相同。因

8、此输入入输出出产生复生复杂的定的定时问题，也就是，也就是CPUCPU采用什么控制方式向采用什么控制方式向过程通道程通道输入入和和输出数据。常用的控制方式有三种：出数据。常用的控制方式有三种：程序程序查询方式方式、中断控制方式中断控制方式和和直接存直接存储器存取器存取(DMA)(DMA)方式。方式。 8 1 1程序查询方式程序查询方式CPUCPU向过程通道发启动命令向过程通道发启动命令过程通道准备就绪？过程通道准备就绪？过程通道服务程序过程通道服务程序继续原来程序的运行继续原来程序的运行是是9采用中断控制方式时，采用中断控制方式时，CPUCPU与与I IO O通道处于并行通道处于并行工作方式。当

9、工作方式。当CPUCPU与与I IO O通道需要传送数据时，过程通道需要传送数据时，过程通道作好准备后，主动向通道作好准备后，主动向CPUCPU请求中断，请求中断，CPUCPU响应这响应这一请求，并暂停正在运行的程序。一般用优先级来一请求，并暂停正在运行的程序。一般用优先级来解决中断响应的先后顺序问题。解决中断响应的先后顺序问题。 DMADMA方方式式是是一一种种完完全全由由硬硬件件完完成成输入入输出出操操作作的的工工作作方方式式。在在这种种方方式式下下，I IO O通通道道和和存存储器器之之间不通不通过CPUCPU而直接而直接进行数据交行数据交换。 2 2中断控制方式中断控制方式3 3直接存

10、储器存取直接存储器存取(DMA)(DMA)方式方式10所谓所谓“可编程接口可编程接口”是指其功能可由程序指是指其功能可由程序指令（接口芯片功能设定令（接口芯片功能设定的初始化程序）设定接的初始化程序）设定接口芯片的功能。故接口口芯片的功能。故接口的设计与应用除了合理的设计与应用除了合理选择选择/ /接口芯片进行接口芯片进行硬件设计外，还应包括硬件设计外，还应包括对接口芯片的功能初始对接口芯片的功能初始化程序和接口程序的分化程序和接口程序的分析与设计。析与设计。 11CPU对过程通道的控制方式对过程通道的控制方式比较比较 程序查询方式的主要优点是能保证主机与输入输程序查询方式的主要优点是能保证主

11、机与输入输出通道之间协调工作。主要出通道之间协调工作。主要缺点缺点是重复查询输入输出是重复查询输入输出通道是否通道是否“准备就绪准备就绪”，从而浪费了，从而浪费了CPUCPU的时间。的时间。 过程通道需要传送数据时就向过程通道需要传送数据时就向CPUCPU发出中断请求发出中断请求信号，实时性比程序查询方式好。信号，实时性比程序查询方式好。主要主要缺点缺点：由于为了：由于为了能接受中断请求信号，能接受中断请求信号，CPUCPU内部需要有一些线路来控内部需要有一些线路来控制。另外采用中断控制方式时，每传送一次数据就要制。另外采用中断控制方式时，每传送一次数据就要中断一次中断一次CPUCPU原来的运

12、行，原来的运行，CPUCPU响应中断后，每次都要响应中断后，每次都要执行执行“中断处理程序中断处理程序”，而且在其中都要保护断点、，而且在其中都要保护断点、恢复断点，浪费了很多不必要的恢复断点，浪费了很多不必要的CPUCPU时间。时间。 DMADMA方式的主要优点是速度快，数据传送速度只方式的主要优点是速度快，数据传送速度只受存储器存取时间的限制，受存储器存取时间的限制，主要主要缺点缺点是需要一个专用的是需要一个专用的芯片芯片控制器来加以控制、管理，硬件连接控制器来加以控制、管理，硬件连接也稍微复杂一些。也稍微复杂一些。 125 52 24 4 过程通道接口设计应考虑的问题过程通道接口设计应考

13、虑的问题 接接口口电电路路起起着着连连接接过过程程通通道道与与CPUCPU的的桥桥梁梁作作用用，它的基本任务有：它的基本任务有： 1 1控控制制信信息息的的传传递递路路径径：即即根根据据控控制制的的任任务务在在众众多多的的信信息息源源中中进进行行选选择择，以以确确定定该该信信息息传传送送的的路路径和目的地。径和目的地。 2 2控制信息传送的顺序：控制信息传送的顺序：计算机控制的过程就计算机控制的过程就是执行程序的过程，为确保进程正确无误，接口电是执行程序的过程，为确保进程正确无误，接口电路应根据控制程序的要求，适时地发出一组有序的路应根据控制程序的要求，适时地发出一组有序的门控信号。门控信号。

14、 13 在在过程通道接口程通道接口电路路设计中中应解决以下解决以下问题： 1 1触触发方式：方式：有序的有序的门控信号的主要作用就是控信号的主要作用就是严格遵循系格遵循系统工作工作时序要求，适序要求，适时对系系统中某个或某些中某个或某些特定部件特定部件发出开启或关出开启或关闭( (触触发) )信号，信号，这必然涉及到必然涉及到同步触同步触发和异步触和异步触发的方式。的方式。 2 2时序：序：控制控制逻辑的的结构有构有组合控制合控制逻辑与存与存储控制控制逻辑两种两种类型，不管哪种型，不管哪种类型都要型都要严格遵守格遵守规定定的操作步的操作步骤，每一个操作步，每一个操作步骤又都是在一又都是在一组有

15、序的控有序的控制信号制信号驱动下下实现的。的。 3.3.负载能力：能力：一旦控制一旦控制逻辑确定后，系确定后，系统能否可能否可靠运行与器件的靠运行与器件的选择关系密切，器件的关系密切，器件的选择除了要考除了要考虑电平的平的摆幅、数幅、数值、延、延时外，外，还应考考虑器件所器件所带负载是否匹配。是否匹配。 145 53 3多路开关及采样多路开关及采样- -保持器保持器 在在计算机算机测量及控制系量及控制系统中，往往需要中，往往需要对多路或多路或多种参数多种参数进行采集和控制。行采集和控制。 另一方面，模另一方面，模拟量参数量参数经放大、放大、滤波等一系列波等一系列处理后，尚需理后，尚需转变成数字

16、量，才能成数字量，才能进入入计算机系算机系统。由于由于AD转换过程需要一定的程需要一定的时间，为了保了保证AD转换的精度，必的精度，必须在在AD转换进行行时保持待保持待转换值不不变，而在，而在/D转换结束后又能跟踪束后又能跟踪输入信号的入信号的变化。化。同同时，在模，在模拟量量输出通道中，出通道中，为使各使各输出通道得到一出通道得到一个平滑的模个平滑的模拟量量输出，也必出，也必须保持有一个恒定的保持有一个恒定的值。能能够完成上述两完成上述两项任任务的器件叫做采的器件叫做采样保持器。保持器。 15单片机和被控实体间的接口示意单片机和被控实体间的接口示意165 53 31 1 多路开关与多路分配器

17、多路开关与多路分配器 多路开关的主要用途是把多个模拟量参数分时地多路开关的主要用途是把多个模拟量参数分时地接通并送入接通并送入A/DA/D转换器，即完成多到一的转换；或者转换器，即完成多到一的转换；或者把经计算机处理，且由把经计算机处理，且由D/AD/A转换器转换成的模拟信号转换器转换成的模拟信号按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备）按一定的顺序输出到不同的控制回路（或外部设备）中，即完成一到多的转换。前者成为多路开关，后者中，即完成一到多的转换。前者成为多路开关，后者叫做多路分配器，或叫做反多路开关。叫做多路分配器，或叫做反多路开关。 这类器件中有的只能做一种用途，成为单向多路这类器

18、件中有的只能做一种用途，成为单向多路开关，如开关，如AD7501AD7501（8 8路）、路）、AD8506(16AD8506(16路路) )；有些则既；有些则既能做多路开关，又能当多路分配器，成为双向多路开能做多路开关，又能当多路分配器，成为双向多路开关，如关，如CD4051CD4051。从输入信号的连接方式来分，有的是。从输入信号的连接方式来分，有的是单端输入，有的则允许双端输入（或差动输入）。单端输入，有的则允许双端输入（或差动输入）。 17表表5.1 常用的多路开关芯片常用的多路开关芯片公公 司司型号型号路数路数种类种类CDCD公司公司CD4051CD40518 8 路路双向双向CD4

19、052CD4052双双4 4路路双向双向CD4053CD4053三重二通道三重二通道双向双向CD4067CD40671616路路双向双向CD4097CD4097双双8 8路路双向双向ADAD公司公司AD7501AD75018 8路路单向单向AD7502AD7502双双4 4路路单向单向AD7503AD75038 8路路单向单向AD7506AD75061616路路单向单向AD7507AD7507双双8 8路路单向单向MAXMAX公司公司MAX307MAX3078 8路路双向双向MAX309MAX309双双4 4路路双向双向MAX306MAX3061616路路双向双向MAX307MAX307双双8

20、 8路路双向双向18 在以前的数字控制系统中，大多采用干簧（湿簧）在以前的数字控制系统中，大多采用干簧（湿簧）继电器。由于这类开关结构简单，闭合时接触电阻小，继电器。由于这类开关结构简单，闭合时接触电阻小，而断开接点时阻抗高，工作寿命长，且不受外界环境而断开接点时阻抗高，工作寿命长，且不受外界环境温度的影响，所以应用比较广。随着大规模集成电路温度的影响，所以应用比较广。随着大规模集成电路的发展，厂家已推出各式各样的半导体多路开关。从的发展，厂家已推出各式各样的半导体多路开关。从组成开关的电路来看，有组成开关的电路来看，有TTLTTL电路、电路、CMOSCMOS和和HMOSHMOS电路电路等。有

21、的芯片还能在其内部进行等。有的芯片还能在其内部进行TTLTTL与与CMOSCMOS之间的电之间的电平转换（如平转换（如CD4051CD4051），更加拓宽了芯片的使用环境。），更加拓宽了芯片的使用环境。 19 半半导体多路开关的特点是：体多路开关的特点是： (1)(1)采用采用标准的双列直插式准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排；构，尺寸小，便于安排； (2)(2)直接与直接与TTL(TTL(或或CMOS)CMOS)电平相兼容；平相兼容； (3)(3)内部内部带有通道有通道选择译码器，使用方便；器，使用方便； (4)(4)可采用正或可采用正或负双极性双极性输入；入； (5)(5)转换速度快，通

22、常其速度快，通常其导通或关断通或关断时间在在lsls左右，左右，有些有些产品已达到几十到几百品已达到几十到几百纳秒秒 (ns)(ns)； (6)(6)寿命寿命长，无机械磨，无机械磨损； (7)(7)接通接通电阻低，一般小于阻低，一般小于100100，有的可达几欧姆：，有的可达几欧姆： (8)(8)断开断开电阻高，通常达阻高，通常达10109 9以上。以上。 201CD4051 21表表5 52 2CD4051CD4051的真值表的真值表 输入状态输入状态接通通道接通通道22 CD4067B CD4067B是是1616通道双向多路模拟开关。通道双向多路模拟开关。2CD4067BCD4097B23

23、表表53CD4067B通道控制真值表通道控制真值表 输入状态输入状态接通通道接通通道INHDCBACD4067B00000000001100010200011300100400101500110600111701000801001901010100101111011001201101130111014011111524 CD4097BCD4097B为双向双为双向双8 8通道多路模拟开关。通道多路模拟开关。 CD4097BCD4097B的双通道的双通道多路开关的原理是每当接到选通信号时，多路开关的原理是每当接到选通信号时，X X，Y Y两通道同步切两通道同步切换，且两个通道均受同一组选择控制信号

24、换，且两个通道均受同一组选择控制信号C C，B B，A A的控制。它的控制。它主要用于两个通道信号的同步输入，如差动放大器的输入等。主要用于两个通道信号的同步输入，如差动放大器的输入等。 2538816 随着控制系统的增大，被控参数的增多，不仅要求随着控制系统的增大，被控参数的增多，不仅要求多路输入，也要求能有多通道输出，最好是输入输出都多路输入，也要求能有多通道输出，最好是输入输出都能控制。能够满足这种要求的装置称做矩阵多路开关。能控制。能够满足这种要求的装置称做矩阵多路开关。264多路开关的扩展多路开关的扩展 由于两个多路开关只有两种状态，由于两个多路开关只有两种状态，1 1# #多路开关

25、工多路开关工作，作，2 2# #必须停止，或者相反。所以，只用一根地址总必须停止，或者相反。所以，只用一根地址总线即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，线即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，而两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址而两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址( (或或数据数据) )总线。总线。 改变数据总线改变数据总线D D2 2D D0 0( (也可以用地址总线也可以用地址总线A A2 2A A0 0) )的的状态，即可得到分别选择状态，即可得到分别选择ININ7 7ININ0 0的的8 8个通道之一。个通道之一。 若需要通道数很多，两个多路开关扩展仍不能达若需

26、要通道数很多，两个多路开关扩展仍不能达到系统要求，此时，可通过译码器控制到系统要求，此时，可通过译码器控制CD4051CD4051的控制的控制端端INHINH，把，把4 4个个CD4051CD4051芯片组合起来，构成芯片组合起来，构成3232个通道或个通道或1616路差动输入系统。路差动输入系统。 2728表表54CD4051扩展电路真值表扩展电路真值表 输入状态输入状态选中通道号选中通道号D3D2D1D00000IN00001IN10010IN20011IN30100IN40101IN50110IN60111IN71000IN81001IN91010IN101011IN111100IN12

27、1101IN131110IN141111IN15295 53 32 2 采样保持器采样保持器 如果直接将模拟量送入如果直接将模拟量送入A AD D转换器进行转换，则转换器进行转换，则应考虑到任何一种应考虑到任何一种A AD D转换器都需要用一定的时间来转换器都需要用一定的时间来完成量化与编码的操作。在转换过程中，如果模拟量完成量化与编码的操作。在转换过程中，如果模拟量产生变化，将直接影响转换精度。特别是在同步系统产生变化，将直接影响转换精度。特别是在同步系统中，几个并联的参量需取自同一瞬时，而各参数的中，几个并联的参量需取自同一瞬时，而各参数的A AD D转换又共享一个芯片，所得到的几个量就不

28、是同一时转换又共享一个芯片，所得到的几个量就不是同一时刻的值，无法进行计算和比较。所以要求输入到刻的值，无法进行计算和比较。所以要求输入到A/DA/D转转换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之换器的模拟量在整个转换过程中保持不变，但转换之后，又要求后，又要求A/DA/D转换器的输入信号能够跟随模拟量变化。转换器的输入信号能够跟随模拟量变化。能够完成上述任务的器件叫做采样能够完成上述任务的器件叫做采样保持器保持器(Sample/Hold),(Sample/Hold),简写为简写为S/HS/H。 30 A/D转换器完成一次完整的器完成一次完整的转换过程所需的程所需的时间称称转换时间，对变化

29、快的模化快的模拟信号来信号来说，转换期期间将将引起引起转换误差，差，这个个误差叫做差叫做孔径孔径误差差。 31设模模拟信号信号为： (5.1)它的微分为：它的微分为：(5.2)最大变化率为：最大变化率为： (5.3) 在信号与横座在信号与横座标交点交点处，信号，信号变化率最大，可能化率最大，可能引起最大的信号引起最大的信号误差，差，设孔径孔径时间为 ，这时最大最大误差差为： (5.4)32 为满足足A/D转换精度要求，希望在精度要求，希望在 时间内，内，信号信号变化最大幅度化最大幅度应小于小于A/D转换器的量化器的量化误差差 。对于于12位位A/D转换器器ADS1211，转换时间为100s，基

30、准，基准电压为10.24V，其量化，其量化误差差为：若若 ，由此要求，由此要求输入信号的最高入信号的最高变化化频率率 当转换时间越长时，不影响转换精度所允许的信号当转换时间越长时，不影响转换精度所允许的信号最高频率就越低，这将大大地限制最高频率就越低，这将大大地限制A/DA/D转换器的工作频转换器的工作频率范围。因此，为了在满足转换精度的条件下提高信率范围。因此，为了在满足转换精度的条件下提高信号允许的工作频率，可在号允许的工作频率，可在A/DA/D转换前加入采样保持器。转换前加入采样保持器。 为满足足A/D转换精度要求，希望在精度要求，希望在 时间内，内，信号信号变化最大幅度化最大幅度应小于

31、小于A/D转换器的量化器的量化误差差 。对于于12位位A/D转换器器ADS1211，转换时间为100s，基准，基准电压为10.24V，其量化，其量化误差差为：33采样保持器又叫做采样保持放大器（采样保持器又叫做采样保持放大器（SHASHA），它的原理），它的原理如图如图5 59 9所示。它由模拟开关所示。它由模拟开关S S、保持电容、保持电容C C和缓冲放和缓冲放大器组成。其工作原理如下：大器组成。其工作原理如下： S SH H有两种工作方式，一种是有两种工作方式，一种是采样方式采样方式，另一种是，另一种是保持方式保持方式。图图59 采样保持器原理图采样保持器原理图34采采样样保保持持器器的的

32、主主要要性性能能参参数数有有采采样样时时间间、孔孔径径时时间间、输出电压衰减率输出电压衰减率、直通馈入直通馈入等。等。(1)(1)采采样样时时间间：给给出出采采样样指指令令，跟跟踪踪输输入入信信号号到到满满量量程程并并稳稳定定在在终终值值误误差差的的(0.2-0.005)%(0.2-0.005)%内内变变化化所所滞滞留留的的最小时间；最小时间；(2)(2)孔孔径径时时间间：保保持持指指令令给给出出后后到到采采样样开开关关真真正正断断开开所需的时间；所需的时间；(3)(3)输输出出电电压压衰衰减减率率：保保持持阶阶段段中中泄泄漏漏电电压压引引起起的的放放电速度；电速度；(4)(4)直直通通馈馈入

33、入：输输入入信信号号通通过过采采样样保保持持开开关关的的极极间间电电容穿通到保持电容上的现象。容穿通到保持电容上的现象。 35采样采样保持器的主要用途是：保持器的主要用途是：(1)(1)保持采样信号不变，以便完成保持采样信号不变，以便完成A AD D转换；转换；(2)(2)同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；(3)(3)减少减少D DA A转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的转换器的输出毛刺，从而消除输出电压的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；峰值及缩短稳定输出值的建立时间；(4)(4)把一个把一个D DA A转换器的输出分配到几个输出点，以保

34、转换器的输出分配到几个输出点，以保证输出的稳定性。证输出的稳定性。36图图50 LFl98298398的原理图的原理图 37选择采样选择采样保持器时主要考虑的因素包括：保持器时主要考虑的因素包括：输入信号范输入信号范围围、输入信号变化率输入信号变化率、多路转换器的切换速度多路转换器的切换速度、采集时间采集时间等。若输入模拟信号变化缓慢、等。若输入模拟信号变化缓慢、D/AD/A转换器转换速度相对很转换器转换速度相对很快，可以不用采样保持器。快，可以不用采样保持器。 385 54 4开关量（数字量）输出通道开关量（数字量）输出通道CPU锁存输出锁存输出控制逻辑控制逻辑隔离隔离功放功放541开关量（

35、数字量）输出通道的结构形式开关量（数字量）输出通道的结构形式开关量输出通道将计算机输出的数字量控制信号传递开关量输出通道将计算机输出的数字量控制信号传递给开关型或脉冲型执行机构，其典型结构如图给开关型或脉冲型执行机构，其典型结构如图5.5.2 2所所示。示。图图5.12 开关量输出通道结构框图开关量输出通道结构框图3952 开关量输出通道与开关量输出通道与CPU的接口的接口 开关量开关量输出通道与出通道与计算机接口的任算机接口的任务是将是将计算算机机输出的数字量出的数字量锁存后再存后再输出，以保出，以保证在控制程序在控制程序规定的期限内定的期限内输出的开关状出的开关状态不不变。开关量。开关量输

36、出通道与出通道与计算机的接口可以采用以下方法：算机的接口可以采用以下方法：1 1对于于单片机，由于本身片机，由于本身带有具有具备锁存功能的存功能的I IO O口，因此可以直接利用其口，因此可以直接利用其I IO O口作口作为输出，而无需另出，而无需另加接口加接口电路。例如利用路。例如利用80318031的的PlPl口作口作为输出。出。2 2采用通用集成可采用通用集成可编程程输入入/ /输出接口芯片。可出接口芯片。可编程程芯片的最大特点就是在不增加任何硬件的条件下，通芯片的最大特点就是在不增加任何硬件的条件下，通过改改变程序内容就可达到改程序内容就可达到改变芯片功能的目的。可芯片功能的目的。可编

37、程并行接口芯片一般有两个以上具程并行接口芯片一般有两个以上具备锁存或存或缓冲功能冲功能的数据端口、一个以上的控制寄存器和中断的数据端口、一个以上的控制寄存器和中断逻辑电路，路，因此使用非常方便。因此使用非常方便。 403 3采用通用逻辑芯片：采用采用通用逻辑芯片：采用TTLTTL或或CMOSCMOS逻辑芯片实现逻辑芯片实现。 415 54 43 3功率接口技术功率接口技术 计计算算机机输输出出的的数数字字量量经经锁锁存存器器输输出出后后，要要进进行行隔隔离离和和放放大大才才能能加加到到执执行行机机构构上上。开开关关量量输输出出通通道道控控制制的的执执行行机机构构大大都都属属于于脉脉冲冲型型功功

38、率率元元件件或或开开关关型型功功率率元元件件。1 1直流电磁式继电器、接触器功率接口直流电磁式继电器、接触器功率接口 对于接触器或中大功率于接触器或中大功率继电器可采用一个小型直流器可采用一个小型直流继电器来器来驱动，用小，用小继电器触点来接通接触器器触点来接通接触器线圈圈电源。源。 422 2交流电磁式接触器功率接口交流电磁式接触器功率接口 交流电磁式接触器由于线圈的工作电压要求是交流电，交流电磁式接触器由于线圈的工作电压要求是交流电，所以通常使用双向晶闸管驱动或使用直流继电器作中所以通常使用双向晶闸管驱动或使用直流继电器作中间继电器。间继电器。 图图5.5 交流接触器接口交流接触器接口 4

39、3晶闸管触发电路通常采用光电隔离或脉冲变压器来触晶闸管触发电路通常采用光电隔离或脉冲变压器来触发，由于晶闸管触发采用脉冲形式，因此触发脉冲可发，由于晶闸管触发采用脉冲形式，因此触发脉冲可通过软件来产生。通过软件来产生。 3 3晶闸管触发电路晶闸管触发电路445 55 51 1 开关量（数字量）输入通道的结构形式开关量（数字量）输入通道的结构形式 开关量输入通道又可称为数字量输入通道，该通道开关量输入通道又可称为数字量输入通道，该通道将双值逻辑的开关量将双值逻辑的开关量( (数字量数字量) )变换为计算机能够接收变换为计算机能够接收的数字量的数字量 。5 55 5开关量（数字量）输入通道开关量（

40、数字量）输入通道图图517 开关量输入通道结构框图开关量输入通道结构框图 45开关量开关量( (数字量数字量) )大致可分为三种形式：大致可分为三种形式：机械有触点开机械有触点开关量关量、电子无触点开关量电子无触点开关量和和非电量开关量非电量开关量。 1 1机械有触点开关量机械有触点开关量 (1)(1)控制系控制系统自自带电源方式源方式：5 55 52 2 开关量开关量( (数字量数字量) )形式及变换形式及变换46(2)(2)外接电源方式：外接电源方式：它适合于开关安装在离控制设备较它适合于开关安装在离控制设备较远位置的场合。远位置的场合。 (3)(3)恒流源方式：恒流源方式：这种方式用于抗

41、干种方式用于抗干扰能力要求高、能力要求高、传输距离距离较远的的场合。合。电流一般取流一般取0 010mA10mA，即触点，即触点闭合合时输出出电流流为10mA10mA，触点打开，触点打开时输出出电流流为0 0。 图图5.19 外接直流电源开关量变化电路外接直流电源开关量变化电路 472无触点开关量无触点开关量 无触点开关量指无触点开关量指电子开关子开关(例如固例如固态继电器、功器、功率率电子器件、模子器件、模拟开关等开关等)产生的开关量。由于无触生的开关量。由于无触点开关通常没有点开关通常没有辅助机构，其开关状助机构，其开关状态与主与主电路没路没有隔离，因而隔离有隔离，因而隔离电路是它的信号路

42、是它的信号变换电路的重要路的重要组成部分。成部分。 无触点开关量的采集可由两种方式无触点开关量的采集可由两种方式实现。第一。第一种方式与有触点开关种方式与有触点开关处理方法相同，即把无触点开理方法相同，即把无触点开关当做有触点开关，按关当做有触点开关，按图5.20方式方式连接接电路即可。路即可。需要注意的是需要注意的是连接极性不能随意更接极性不能随意更换。485.20 无触点开关无触点开关变换电路路49 无触点开关量无触点开关量变换的第二种方法是从功率开关的的第二种方法是从功率开关的负载电路取路取样法。它的原理法。它的原理电路框路框图 如如图521所所示。示。这种方法直接反映种方法直接反映负载

43、电路工作状路工作状态，而，而对开关开关状状态的采的采样是是间接的。接的。图图5.21 开关量取样变换电路框图开关量取样变换电路框图 503非非电量开关量量开关量(数字量数字量) 通通过采用磁、光、声等方式反映采用磁、光、声等方式反映过程状程状态，在，在许多控制多控制领域中得到广泛域中得到广泛应用。用。这种非种非电量开关量量开关量(数数字量字量)需要通需要通过电量量转换后才能以后才能以电的形式的形式输出。出。实现非非电量开关量量开关量(数字量数字量)的信号的信号变换电路由非路由非电量量电量量变换、放大、放大(或或检波波)电路、光路、光电隔离隔离电路等路等组成成(如如图522所示所示)。 图图5.

44、22 非电量开关量变换电路结构图非电量开关量变换电路结构图515 55 53 3整形与电平变换整形与电平变换 各种各种过程开关量程开关量经信号信号变换后后转换成成逻辑电信号信号或脉冲信号，但或脉冲信号，但这种信号在脉冲种信号在脉冲宽度、脉冲波形形状、度、脉冲波形形状、脉冲前后沿陡度及信号脉冲前后沿陡度及信号电平可能不很理想，通常需平可能不很理想，通常需进行波形整形及行波形整形及电平平变换才能才能输入到入到计算机。算机。 1波形整形波形整形 波形整形的目的是使波形整形的目的是使逻辑信号信号变为较理想的理想的电信号，信号，并提高抗干并提高抗干扰能力。波形整形包括触点消抖、脉冲定能力。波形整形包括触

45、点消抖、脉冲定宽、去除尖峰毛刺等。、去除尖峰毛刺等。 (1)触点消抖：触点消抖：在机械有触点开关中，当触点在机械有触点开关中，当触点闭合或合或打开打开时将将产生抖生抖动，使得开关量在，使得开关量在动作瞬作瞬间的状的状态不不稳，若是工作在，若是工作在计数方式或作数方式或作为中断中断输入，将入，将导致系致系统工作不正常，因此采用触点消抖是必要的。工作不正常，因此采用触点消抖是必要的。 52 实现触点消抖的方法很多，实现触点消抖的方法很多，图图523为采用定时器为采用定时器555的的一种消抖电路。一种消抖电路。 图图5.23 触点消抖电路触点消抖电路 T=0.632RCDnQn+10011CLKD5

46、3(2)脉冲定脉冲定宽：在：在许多控制系多控制系统中，有中，有时要求在开关量要求在开关量变化化时提供一个脉冲提供一个脉冲宽度度稳定的脉冲，如上跳定的脉冲，如上跳时产生生脉冲、下跳脉冲、下跳时产生脉冲、上下跳生脉冲、上下跳变时都都产生脉冲。生脉冲。 图图524 开、关状态产生定宽脉冲电路开、关状态产生定宽脉冲电路 54(3)消除毛刺消除毛刺：由于受：由于受环境干境干扰的影响，的影响，传输的开关量的开关量信号将信号将产生毛刺。消除毛刺通常采用史密特触生毛刺。消除毛刺通常采用史密特触发器器(例如例如74LSl4等等)或集成比或集成比较器。器。图525为采用比采用比较器的整形器的整形电路及其路及其电路

47、特性。路特性。 图图5.25 回环比较器回环比较器552电平平变换 在在计算机控制系算机控制系统中，中，CPU一般只接受一般只接受TTL电平信平信号，当开关量号，当开关量变换后的信号后的信号为非非TTL电平平时，则需要需要进行行电平平变换。图图5.26 电平变换电路电平变换电路565 55 54 4开关量输入通道与开关量输入通道与CPUCPU的接口的接口 根据根据计算机控制系算机控制系统的功能要求，的功能要求，CPU对开关开关量量输入信号的入信号的处理形式主要有三种：开关状理形式主要有三种：开关状态检测、脉脉宽测量和脉冲量和脉冲计数。数。 1开关状开关状态检测及其接口及其接口 开关状开关状态检

48、测是指是指计算机在适当算机在适当时刻将外部开关刻将外部开关量的状量的状态读入到入到计算机中。通常采用的方式算机中。通常采用的方式为定定时查询或中断。在定或中断。在定时查询方式里，方式里，CPU周期性地在周期性地在规定定时刻将开关量状刻将开关量状态读入，入，这种方式种方式对开关量状开关量状态变化化时刻不能正确反映，其刻不能正确反映，其误差大小与差大小与读取周期相关。取周期相关。采用定采用定时查询方式的接口非常方式的接口非常简单，如果从数据，如果从数据总线读入，只需加入入，只需加入总线缓冲器即可。冲器即可。 57 总线缓冲器通常冲器通常为三三态逻辑门电路，路，图5.27为采用采用74LS244的接

49、口。的接口。对于于单片机而言，开关量片机而言，开关量输入信号也可直接入信号也可直接与与I/O口相口相连，无需添加接口元件。，无需添加接口元件。 图图5.27 定时查询方式接口电路定时查询方式接口电路582脉脉宽测量接口量接口电路路 脉脉宽测量指量指对开关量开关量输入的某个状入的某个状态（“1”或或“0”）的持）的持续时间进行行测量。量。 图图5.28 8253的原理图的原理图59表表 5.5 通道与操作时序的关系通道与操作时序的关系A1 A0 操 作 001 00读计数器读计数器000101读计数器读计数器100110读计数器读计数器200111无操作（禁止读）无操作（禁止读）01000计数常

50、数写入计数器计数常数写入计数器001001计数常数写入计数器计数常数写入计数器101010计数常数写入计数器计数常数写入计数器201011写入方式控制字写入方式控制字1禁止（三态）禁止（三态） 011不操作不操作60 8253工作方式由工作方式控制字定工作方式由工作方式控制字定义，控制字定，控制字定义见图529，它有六种工作方式，可以完成，它有六种工作方式，可以完成计数、脉冲数、脉冲宽度度测量等工作。量等工作。图图5.29 8253的控制字的控制字61图5.30 8253与与8031的接口的接口623脉冲脉冲计数数 脉冲脉冲计数通常用来数通常用来测量量单位位时间内的脉冲数，主内的脉冲数，主要用

51、于要用于测频率、率、测转速或用于速或用于V/F方式的模数方式的模数转换。脉冲脉冲计数可直接采用数可直接采用单片机的定片机的定时器器计数器来完成，数器来完成，也可采用也可采用8253实现。采用。采用8253进行脉冲行脉冲计数数时，被，被测信号信号连接到接到CLK上，而上，而GATE则接入一个脉接入一个脉宽为采采样周期的方波信号，用它来控制周期的方波信号，用它来控制计数数时间。6356模拟量输出通道的接口技术模拟量输出通道的接口技术 1可可变增益放大增益放大电路路 D/A转换器是增益可以按数字量器是增益可以按数字量进行行编程的放大器。程的放大器。图5.31的运算放大器的运算放大器电路的增益，可以通

52、路的增益，可以通过改改变无无源源电路元件的路元件的值来加以来加以调整。整。 5.6.1 D/A5.6.1 D/A转换器的原理转换器的原理(5.5) 图图5.31 可变增益放大器电路可变增益放大器电路 642权电阻解阻解码型型D/A转换原理原理 图5.32中，若按数字要求改中，若按数字要求改变，则D/A转换器可以器可以改改变输入入电流。流。这些些电阻可按并阻可按并联方式方式连结，其并，其并联电阻阻值取决于受控于二取决于受控于二进制控制信号的开关接通情况。制控制信号的开关接通情况。 图图5.32 DA转换器的原理如同二进制增益调整转换器的原理如同二进制增益调整65(5.6) 流入流入电路的路的总电

53、流流等于流等于流过各个各个电阻的阻的电流之和。流之和。 由式由式(5.5)可知，式可知，式(5.6)也就确定了也就确定了D/A转换器的器的输出出电压。每一个。每一个电阻都是其阻都是其邻近近电阻的两倍：阻的两倍： 若只有第一个开关接通，相当于若只有第一个开关接通，相当于输出出电压满刻度一半：刻度一半：第第1 1位位=1 =1 若若仅有第二个开关接通，相当于有第二个开关接通，相当于满刻度的四分之一；刻度的四分之一；第第2 2位位=1 =1 按按顺序逐位接通开关，其序逐位接通开关，其输出出电压将越来越小：将越来越小：第第N N位位=1 =1 66 因此，因此，DA转换器器产生生电压的方法相似于按一系

54、的方法相似于按一系列二列二进制加制加权配比配平。有关配比配平。有关5位分辨率的位分辨率的DA转换器的例子表示在器的例子表示在图5.33中。中。 图图5.33 5位分辨率的位分辨率的DA转换器转换器按一系列二进制加权配比配平的示意图按一系列二进制加权配比配平的示意图67 若所有位都置若所有位都置“1”(所有开关都接通所有开关都接通)，则输出出电压非常接近于非常接近于满刻度刻度时的参考的参考电压： 或者表示成更一般的形式：或者表示成更一般的形式：所有位均置所有位均置1根据这个例子可以归纳出，根据这个例子可以归纳出，DA转换器的输出电压为：转换器的输出电压为：在所有位均为在所有位均为1的情况下，其最

55、大输出电压为的情况下，其最大输出电压为 (5.9)(5.8)(5.7)68 但是，在但是，在实际应用中却不采用用中却不采用图5.32中的中的电路，路，这是因是因为，在，在该电路中路中电阻取阻取值、电阻的阻的调节范范围以以及及稳定定时间都受到限制。例如，都受到限制。例如，为了使耗了使耗电保持在低保持在低水平，水平，R应取取10k。对于一个于一个10位分辨率的位分辨率的DA转换器。一般利用集成器。一般利用集成电路工路工艺要要获得如此大阻得如此大阻值的的电阻是阻是难以以办到的。此外，要使有意到的。此外，要使有意义，必，必须精确到。精确到。这就要求就要求对许多不同的阻多不同的阻值进行精密的行精密的调整

56、。最整。最为严重的重的问题是，开关是，开关时间受最低有效位上受最低有效位上电阻以及阻以及杂散散电容的限制，而一般容的限制，而一般杂散散电容容值很容易接近很容易接近1OOpF。以以10位分辨率的位分辨率的DA转换器作器作为例子，其例子，其稳定定时间为693R/2R T型型D/A转换原理原理 R/2R T形网形网络电路路(图5.34)是一种最通用的是一种最通用的DA转换电路，它克服了先前路，它克服了先前电路所存在的路所存在的问题。这种种电路在路在换接开关端接开关端钮时，电压不不发生生变化。由于不存在化。由于不存在电压瞬瞬变过程，因而也就减程，因而也就减轻了由了由RC稳定定过程所引程所引起的不良影响

57、。起的不良影响。 70图5.34 R/2R T形网形网络式式D/A转换器示意器示意图71a)各各顺序序节点都是等点都是等值的的 b) 每一每一节点都有两条通点都有两条通过2R电阻与阻与地相地相连的支路的支路 c) 二二进制制电流分配器流分配器图图5.35 R/2R梯形网络的工作原理梯形网络的工作原理725 56 62 2模拟量输出通道的基本结构模拟量输出通道的基本结构 在在许多多场合要求具有多路模合要求具有多路模拟量量输出通道。多路出通道。多路模模拟量量输出通道的出通道的结构形式主要取决于构形式主要取决于输出保持器的出保持器的构成方式。构成方式。输出保持器的作用主要是在新的控制信号出保持器的作

58、用主要是在新的控制信号到来前，使本次控制信号到来前，使本次控制信号维持不持不变。 731多多D/A结构构图图5.36 多多DA转换器结构形式示意图转换器结构形式示意图 742共享式共享式D/A结构构图图5.37 共用共用DA转换器结构转换器结构755 56 63 38 8位位D/AD/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术5 56 63 31 1D/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.1.分辨率分辨率 转换时对输入模拟信号变化的反应越灵敏，分辨转换时对输入模拟信号变化的反应越灵敏，分辨率通常用数字量的位数来表示，如率通常用数字量的位数来表示，如8 8位、位、1010位、位、12

59、12位、位、1616位等。位等。 2.2.建立时间建立时间 D/AD/A转换器代码有满刻度值的变化时，其输出达转换器代码有满刻度值的变化时，其输出达到稳定所需的时间，一般为几十个到稳定所需的时间，一般为几十个nsns到几个到几个msms。 3.3.输出电平输出电平 ：D/AD/A转换器满量程输出电压的大小。转换器满量程输出电压的大小。4.4.输入编码输入编码 ：D/AD/A转换器输入数字量代码的编码方转换器输入数字量代码的编码方式：如二进制码、式：如二进制码、BCDBCD码、补码、反码等。码、补码、反码等。765 56 63 32 2模拟量输入通道设计中应考虑的问题模拟量输入通道设计中应考虑的

60、问题 在在D/AD/A转换器接口器接口设计中，主要考中，主要考虑的的问题是是D/AD/A转换芯片的芯片的选择、输入数字量的入数字量的编码形式及模形式及模拟量的量的输出极性、参考出极性、参考电压电源流、模源流、模拟电量量输出出的的调整与分配等。整与分配等。1.D/A1.D/A转换芯的芯的选择原原则：选择D/AD/A转换器芯片器芯片时，主，主要考要考虑芯片的性能、芯片的性能、结构及构及应用特性，在性能上必用特性，在性能上必须满足足D/AD/A转换的技的技术要求，在要求，在结构和构和应用特性上用特性上满足接口方便、外足接口方便、外围电路路简单、价格低廉等要求。、价格低廉等要求。 D/AD/A转换器器

61、结构性能指构性能指标包括静包括静态指指标（各（各项精度指精度指标) )、动态指指标( (建立建立时间、尖峰等、尖峰等) )、环境境指指标( (使用的使用的环境温度范境温度范围、各种温度系数、各种温度系数) )。 77 D/AD/A转换器器结构特性与构特性与应用特性主要表用特性主要表现为芯片内部芯片内部结构的配置状构的配置状态。主要的特性有：。主要的特性有： (1)(1)数字输入特性数字输入特性：包括接收数字量的编码形式、数：包括接收数字量的编码形式、数据格式及逻辑电平等。据格式及逻辑电平等。 (2)(2)数字输出特性数字输出特性：指：指D/AD/A转换器的输出电量特性转换器的输出电量特性（电压

62、还是电流），多数（电压还是电流），多数D/AD/A转换器采用电流输出。转换器采用电流输出。 (3)(3)锁存特性及转换控制锁存特性及转换控制：D/AD/A转换器对输入数字量转换器对输入数字量是否具有锁存功能，将直接影响与是否具有锁存功能，将直接影响与CPUCPU的接口设计。的接口设计。 (4)(4)参考电源参考电源：参考电压源是影响输出结构的模拟参：参考电压源是影响输出结构的模拟参量，它是重要的接口电路。量，它是重要的接口电路。 782.参考参考电压源的配置源的配置 目前多数目前多数D/A转换器不器不带参考参考电压源，因而源，因而设计D/A接口接口电路路时要配置参考要配置参考电源。目前参考源。

63、目前参考电压源主源主要有要有带温度温度补偿的的齐纳二极管二极管、能隙能隙电压源源。由于能。由于能隙隙电压源工作在正常源工作在正常线性区域，因而内部噪声小，工性区域，因而内部噪声小，工作作稳定性好，在制作精密参考定性好，在制作精密参考电压源源时经常采用。常采用。 外接参考外接参考电压源可以采用源可以采用简单的的稳压电路形式，路形式，也可以采用也可以采用带运算放大器的运算放大器的稳压电路（如路（如图5.38所示）所示）。简单稳压电路提供的参考路提供的参考电压恒定，恒定，带运算放大器运算放大器的参考的参考电压源具有源具有驱动能力能力强、负载变化化对输出参考出参考电压没有影响，所供参考没有影响，所供参

64、考电压可以可以调节等性能。等性能。79图图5.38 参考电压源电路形式参考电压源电路形式 803.数字数字输入入码与模与模拟输出出电压的极性的极性 所有所有D/A转换器的器的输出出电压VO，都可表示，都可表示为输入数字入数字量量D和模和模拟参考参考电压的乘的乘积(5.10)二进制代码二进制代码D可以表示为可以表示为 （ 取取0或或1）(5.11) D/A转换器的输出有电流和电压两种方式。其中电转换器的输出有电流和电压两种方式。其中电压输出形式又有单极性电压输出和双极性电压输出之别。压输出形式又有单极性电压输出和双极性电压输出之别。 D/A转换器的输出方式只与模拟量输出端的连接方转换器的输出方式

65、只与模拟量输出端的连接方式有关，与其位数无关。这里，以典型的式有关，与其位数无关。这里，以典型的8位位D/A转换转换器器-DAC0832为例进行讨论。为例进行讨论。81(1) 单极性极性电压输出出图图5.39 DAC0832单极性电压输出电路单极性电压输出电路82表表5.6 单极性极性电压输出出时数字量与模数字量与模拟量之量之间的关系的关系数字量数字量MSB MSB LSBLSB模模拟量量1 11 11 11 11 11 11 11 11 10 00 00 00 00 00 01 11 10 00 00 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 01 11 10 00 00

66、00 00 00 00 00 083(2) 双极性双极性电压输出出图图5.40 DAC0832双极性电压输出电路双极性电压输出电路在随动系统中，由偏差产在随动系统中，由偏差产生的控制量不仅与其大小生的控制量不仅与其大小有关，而且与极性相关。有关，而且与极性相关。 84由由图5.40所示，可求出所示，可求出DA转换器的器的总输出出电压代入代入 ， ， 的的值可得可得（5.12） 设=+5V=+5V，则由式（由式（5.125.12）可得出：）可得出：当当=0V=0V时， =-5V =-5V； =-2.5V =-2.5V时， =0V =0V；=-5V=-5V时， =+5V =+5V。85表表5.7

67、双极性双极性输出出时数字量与模数字量与模拟量之量之间的关系的关系输入数字量入数字量输出模出模拟量量MSBMSB LSBLSB1 11 11 11 11 11 11 11 11 11 10 00 00 00 00 00 01 10 00 00 00 00 00 00 00 00 00 01 11 11 11 11 11 11 11LSB1LSB1LSB1LSB0 00 01 11 11 11 11 11 10 00 00 00 00 00 00 00 086图5.41 基准基准电压切切换方法方法874.尖峰及其消除尖峰及其消除 图图5.42 D/A转换时产生的尖峰波形示意图转换时产生的尖峰波形示

68、意图产生尖峰的原因是由于开关在产生尖峰的原因是由于开关在换向过程中换向过程中“导通导通”延迟时间延迟时间与与“截止截止”延时时间不相等所延时时间不相等所致。致。 88图5.43 消尖峰消尖峰电路工作原理路工作原理895 56 63 33 38 8位位D/AD/A转换器转换器 模模拟量量输出通道不出通道不论采用何种采用何种结构形式，构形式，总是需是需要解决要解决DA转换器与器与计算机的接口算机的接口问题。 D/A转换器要求器要求输入在一定入在一定时间内保持内保持稳定，它定，它采用的二采用的二进制数据制数据输入方式有并行和串行两种形式。入方式有并行和串行两种形式。 1普通型普通型D/A转换器器DA

69、C0832DAC0832内部结构内部结构 引脚功能引脚功能 DAC0832的技术指标的技术指标 901. DAC0832内部结构内部结构 DAC0832内部由三部分内部由三部分电路路组成，如成，如图5-3所示。所示。 图图5-3DAC0832原理框图原理框图912. 引脚功能引脚功能 DAC0832芯芯片片为20引引脚脚，双双列列直直插插式式封封装装。其其引引脚排列如脚排列如图5-4所示。所示。（ 1） 数数 字字 量量 输 入入 线D7D0（8条）条） （2）控制）控制线（5条）条） （3）输出出线（3条）条） （4）电源源线（4条）条） 图图5-4DAC0832引脚图引脚图923. DAC

70、0832的技术指标的技术指标 DAC0832的主要技的主要技术指指标：（1）分辨率）分辨率8位位（2）电流建立流建立时间1S（3）增益温度系数）增益温度系数00002 FS/（4）低功耗）低功耗20mW（5）单一一电源源+5 +15V93因因DAC0832是是电流流输出出型型D/A转换芯芯片片，为了了取取得得电压输出出，需需在在电流流输出出端端接接运运算算放放大大器器，Rf为运运算算放放大大器器的的反反馈电阻阻端端。运运算算放放大大器器的的接接法法如如图5-5所示。所示。运算放大器接法运算放大器接法返回本节941. 单极性输出单极性输出 在需要在需要单极性极性输出的情况下，可以采用出的情况下，

71、可以采用图5-6所示接所示接线。图图5-6 5-6 单极性单极性DACDAC的接法的接法952. 双极性输出双极性输出 在需要双极性在需要双极性输出的情况下，可以采用出的情况下，可以采用图5-7所示接所示接线。图图5-7 5-7 双极性双极性DACDAC的接法的接法962电压输出型出型D/A转换器器AD558图图5.45 AD5585.45 AD558原理电路图原理电路图97图5.46 输出量程出量程选择连接接图983多通道多通道D/A转换器器AD7226图图5.47 AD72265.47 AD7226电路原理图电路原理图 99表表5.8 AD7226真真值表表 AD7226控制输入控制输入操

72、操作作A1A0H无操作，器件未选中无操作，器件未选中LLLDACA透明透明LLDACA锁存锁存LLHDACB透明透明LHDACB锁存锁存LHLDACC透明透明HLDACC锁存锁存LHHDACD透明透明HHDACD锁存锁存1005 56 63 34 48 8位位D/AD/A转换器与微机的接口及程序设计转换器与微机的接口及程序设计 由于各种由于各种DA转换器的器的结构不同，它构不同，它们与微型与微型计算算机接口的机接口的连接方法也有差异。但在基本接方法也有差异。但在基本连接关系方面，接关系方面，它它们仍然有共同之仍然有共同之处：数字量数字量输入：入：模模拟量量输出；出；外部控制信号的外部控制信号的

73、连接。接。(1)数字数字输入端的入端的连接接 D/A转换器数字量器数字量输入端与微型入端与微型计算机的接口的算机的接口的连接需要考接需要考虑两个两个问题，一个是位数，另一个是，一个是位数，另一个是D/A转换器的内部器的内部结构。构。 101(2)外部控制信号的外部控制信号的连接接 外部控制信号主要是外部控制信号主要是片片选信号信号、写信号写信号及及启启动信号信号。此外，此外，还有有电源及参考源及参考电平可根据平可根据D/A转换器的具体器的具体要求要求进行行选择。(3)D/A转换器与器与单片机的接口及程序片机的接口及程序设计应用用举例例 由于在由于在单片机系片机系统中采用中采用统一一编址的方式，

74、址的方式，寻址址时将将I/O端口端口视为外部存外部存储单元，所以，用元，所以，用访问外部存外部存储器的指令器的指令MOVX DPTR，A或者或者MOV ，A(i=0,1)即可完成即可完成对IO端口的端口的访问。102 不含数据不含数据锁存器的存器的D/A转换器与器与单片机的接口片机的接口103 完成完成图5.48所示的所示的DA转换程序只需要程序只需要3条指令。条指令。设74LS273的端口地址的端口地址为FEH，实现DA转换的源的源程序如下：程序如下：MOV AMOV A，#nnH #nnH ；nnHnnH为待转换的数字量为待转换的数字量MOV R1MOV R1，#OFEH #OFEH ；送

75、端口地址到；送端口地址到R1R1寄存器寄存器MOVX RiMOVX Ri，A A ；D/AD/A转换转换 104含数据含数据锁存器的存器的D/A转换器与器与单片机的接口片机的接口105真值表真值表ILE/CS/WR1 /LE1100111X01X10/XFER/WR2/LE20011X0X10106START: MOV DPTR，#0FDFFH ；建立；建立D/A转换器地址指器地址指针 MOV A，#nnH ；待；待转换的数字量送的数字量送AMOVX DPTR，A ；输出；输出D/A转换数字量转换数字量INC DPH ；求第二级地址；求第二级地址MOVX DPTR,A ；完成；完成D/A转换转

76、换1075.6.4 5.6.4 高于高于8 8位的位的D/AD/A转换器及其接口设计转换器及其接口设计 为了提高了提高转换精度，可精度，可选用更多位数的用更多位数的D/A转换器，如器，如10位、位、12位、位、16位。其位。其转换原理与原理与8位位D/A转换器基本一器基本一样不同的是在与数据不同的是在与数据线位数位数较少的微型少的微型计算机（如算机（如8位位单片机）片机）进行接口行接口连接接时，数据要分成，数据要分成两次或三次两次或三次输入。例如，入。例如，对于一个于一个12位的数位的数/模模转换器，就要分成高低字器，就要分成高低字节分分别进行行传送。分两次送。分两次传送送12位数字量位数字量

77、时，D/A转换器的器的输出就有一个中出就有一个中间量。量。图5.50是是12位位D/A转换器与器与8位微位微处理器的接口。低理器的接口。低8位先送入位先送入8位的位的暂存存锁存器，当高四位存器，当高四位传送送时，同，同时选通低通低8位。位。108图图5.50 12位位D/A转换器与微处理器的接口转换器与微处理器的接口109图5.51为DACl230的的结构框构框图，它是两，它是两级缓冲寄存器冲寄存器结构。其主要特性构。其主要特性为：分辨率：分辨率：12位位 输出出电流流稳定定时间：1参考参考电压：-10V+10V单工作工作电源：源：+5V+15V110图5.51 DACl230结构构图 111

78、图5.52 DACl230的工作的工作时序序图112图5.53 DACl230与与单片机片机8031的接口的接口电路路113表表5.9地址地址控制方式控制方式功能功能8000H8000H8001H8001H8002H8002HI/OI/O写写I/OI/O写写I/OI/O写写DACDAC刷新刷新输出出输入输入输入输入接口程序如下：接口程序如下：MOV DPTRMOV DPTR，#8000H#8000HMOV AMOV A，#DAH #DAH ；DAVDAV数字量高数字量高8 8位位MOV DPTRMOV DPTR，A AMOV DPTRMOV DPTR，#8001H#8001HMOV A,#DA

79、L MOV A,#DAL ；DACDAC数字量低数字量低8 8位，其中最低位，其中最低4 4位为位为0 0MOV DPTRMOV DPTR，A AMOV DPTRMOV DPTR，#8002H#8002HMOV DPTRMOV DPTR，A A ；刷新输出（与；刷新输出（与A A中值无关）中值无关）1145.5.5 串行串行D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术110位串行位串行D/A转换器器TLC5615 特性：特性：分辨率：带有缓冲基准输入的分辨率：带有缓冲基准输入的10位位输出类型：电压输出输出类型：电压输出通信方式：串行输出，通信方式：串行输出，SPI、QSP功耗：在功耗：在5V供

80、电时仅供电时仅1.75mW建立时间：建立时间：12.5us。应用：广泛应用于电池供电的测试仪器、仪表、应用：广泛应用于电池供电的测试仪器、仪表、工业控制等领域。工业控制等领域。 115(1)TLC5615的内部结构及引脚的内部结构及引脚116 (2)TLC5615的工作时序的工作时序TLC5615的工作的工作时序如序如图5-55所示。在不使用多片所示。在不使用多片级联时，可只用，可只用12位方式，其中前位方式，其中前10位是数字量，后位是数字量，后2位是位是0。图图5-55 TLC5615的工作时序的工作时序1172TLC5615与与MCS-51单片机的接口单片机的接口TLC5615在不使用在

81、不使用级联方式方式时DOUT引脚可引脚可悬空，空，参考参考电压小于小于2.5V。TLC5615的模的模拟量量输出引脚是出引脚是带缓冲的，具有短路保冲的，具有短路保护功能，可功能，可驱动2K欧欧负载。 图5-56 TLC5615与MCS-51单片机接口 118 SETB SCLK NOP NOP CLR SCLK DJNZ R7, LOP2 MOV R7, #4 MOV A, R3LOP3： RLC A ；发送低；发送低4位位 MOV DIN, C NOP NOP SETB SCLK NOP NOP DJNZ R7, LOP3 END CS BIT P1.0 SCLK BIT P1.1 DIN

82、BIT P1.2TLC5615_OUT： MOV R7, #6 ；将低位数；将低位数据左移据左移6位，使数据左对齐位，使数据左对齐LOP1： MOV A, R3 RLC A MOV R3, A DJNZ R7, LOP1 MOV A, R2 MOV R7, #8 CLR CS CLR SCLK LOP2： RLC A ；发送高；发送高8位位 MOV DIN, C NOP NOP11957模拟量输入通道模拟量输入通道5 57 71 1模拟量输入通道的基本结构模拟量输入通道的基本结构 模模拟量量输入通道各部分入通道各部分电路作用如下：路作用如下：1 1传感器：传感器：将过程量转换为电信号。将过程量

83、转换为电信号。2 2放大电路：放大电路：对微弱的电信号进行放大。对微弱的电信号进行放大。3 3多路转换开关：多路转换开关：将多路模拟信号按要求分时输出。将多路模拟信号按要求分时输出。4 4采样保持：采样保持：对模拟信号进行采样，在模对模拟信号进行采样，在模/ /数转换数转换期间保持采样信号不变。期间保持采样信号不变。5 5A/DA/D转换：转换：即模即模/ /数转换，将模拟信号转换为二进数转换，将模拟信号转换为二进制数字量。制数字量。6 6接口电路：接口电路：提供模拟输入通道与计算机之间的控提供模拟输入通道与计算机之间的控制信号和数据传送通路。制信号和数据传送通路。120图5.54 模模拟量量

84、输入通道入通道结构构 1215.7.2 A/D转换原理转换原理 在在计算机控制系算机控制系统及及过程数据采集系程数据采集系统中，通常中，通常采用低、中速的大采用低、中速的大规模集成模数模集成模数转换器芯片。器芯片。这类芯片采用的芯片采用的转换方法有方法有计数器式数器式AD转换；逐逐次逼近型次逼近型AD转换；双斜率双斜率积分式分式AD转换；VF变换型型AD转换； 型型A/D转换。 在在这些些转换方式中，方式中，计数器式数器式AD转换线路比路比较简单，但，但转换速度速度较慢，所以慢，所以现在很少在很少应用。双斜用。双斜率率积分式和分式和 方式方式AD转换精度高，在精度高，在仪器器仪表表中中应用非常

85、广泛，多用于数据采集及精度要求比用非常广泛，多用于数据采集及精度要求比较高高的的场合，如合，如5G14433(312位位)，AD7555(412位位或或512位位)等，但速度等，但速度较慢。逐次逼近型慢。逐次逼近型AD转换既照既照顾了了转换速度，又具有一定的精度，所以是目前速度，又具有一定的精度，所以是目前应用用较多的一种多的一种AD转换器器结构，在构，在16位以下位以下AD转换器得到广泛器得到广泛应用。此外，用。此外，VF变换型型AD转换器器则多用于需要多用于需要远距离串行距离串行传送的送的场合。合。1221.1.逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器转换器 图图555逐次逼近式转换电路原理

86、图逐次逼近式转换电路原理图123图556 逐次逼近逐次逼近过程程1242. 2. 双斜率积分式双斜率积分式A/DA/D转换器转换器图图5 557 57 双斜率积分式双斜率积分式A/DA/D转换器电路原理图转换器电路原理图125图558双斜率双斜率积分式分式A/D转换器一个器一个测量周期内的量周期内的积分分输出出 1263. 3. 电压频率变换器电压频率变换器(VFC)(VFC)作作A AD D转换器转换器VFC是把电压变换为频率的装置，其输出为脉冲形是把电压变换为频率的装置，其输出为脉冲形式，如锯齿波、方波、尖脉冲等。式，如锯齿波、方波、尖脉冲等。(1)VFC的基本原理的基本原理VFC有四种基

87、本结构：积分复原式、电荷平衡式、有四种基本结构：积分复原式、电荷平衡式、交替积分式和电压反馈式。其中使用最多的是电交替积分式和电压反馈式。其中使用最多的是电荷平衡式，其电路原理如图荷平衡式，其电路原理如图5.61(a) 所示。所示。(5.17)127128反向充电时：反向充电时：正向充电时：正向充电时：根据电荷平衡：根据电荷平衡：129(2)VFC作作AD转换器器图图5 562 62 用用VFCVFC构成构成A AD D转换器转换器 输入电压加到输入电压加到VFC上产生频率与上产生频率与VIN成正比的脉冲序成正比的脉冲序列，该脉冲序列通过门电路由计数器测定规定时间内列，该脉冲序列通过门电路由计

88、数器测定规定时间内的脉冲数，若额定测定时间为的脉冲数，若额定测定时间为Ts，(5.18) 1305.6.2A/D转换器的选用转换器的选用1模模拟量量输入通道的入通道的结构构典型的模典型的模拟量量输入通道的入通道的结构如构如图5-63所示。所示。 图图5-63 模拟量输入通道结构模拟量输入通道结构 1312A/D转换器的主要技器的主要技术指指标 (1)分辨率分辨率：分辨率通常用数字量的位数来表示，如：分辨率通常用数字量的位数来表示，如8位、位、10位、位、12位、位、16位等。位等。 (2)量程量程：AD转换器能器能转换的模的模拟电压的范的范围。 (3)精度精度：分：分为绝对精度和相精度和相对精

89、度。精度。 (4)转换时间：完成一次完整：完成一次完整转换所需要的所需要的时间。 (5)输出出逻辑电平平：输出数据的出数据的电平形式和数据平形式和数据输出出方式方式(如三如三态逻辑和数据是否和数据是否锁存存)。 (6)工作温度范工作温度范围：A/D转换器在器在规定精度内允定精度内允许的工的工作温度范作温度范围。 (7)对基准基准电源的要求源的要求：基准：基准电源精度源精度对A/D转换器精器精度有重大影响，因此度有重大影响，因此应加以考加以考虑。1323A/D转换器的器的选择模模拟量量输入通道是入通道是计算机控制系算机控制系统的信号采集通道，的信号采集通道，从信号的从信号的传感、感、变换到到计算

90、机算机输入，必入，必须考考虑信号拾取、信号拾取、信号信号调节、AD转换、电源配置和防止干源配置和防止干扰等等问题。 （1）信号的拾取方式）信号的拾取方式通过敏感元件拾取被测信号通过敏感元件拾取被测信号通过传感器拾取被测信号通过传感器拾取被测信号 通过测量仪表拾取被测信号通过测量仪表拾取被测信号 133（2）信号的）信号的调节 在模在模拟量量输入通道中，信号入通道中，信号调节的任的任务是将是将传感感器信号器信号转换成成满足足AD电路要求的路要求的电平信号。平信号。 （3）模数）模数转换方式的方式的选择 模模拟量量输入通道的模数入通道的模数转换方式有方式有AD转换电路和路和VF变换方式，方式，VF

91、变换方式将信号方式将信号电压变换为频率量，由率量，由计算机或算机或计数数电路路计数来数来实现模模拟量量转化化为数字量。数字量。 （4）电源配置源配置 信号拾取信号拾取时，要考，要考虑对传感器的供感器的供电，对于不同于不同的信号的信号调节电路中的芯片，一般会提出路中的芯片，一般会提出对电源的要求，源的要求，必必须很好地解决很好地解决电源源问题。（5）抗干）抗干扰措施措施1344A/D转换器与微型器与微型计算机接口算机接口设计需要注意的几个需要注意的几个问题 (1)模模拟量量输入信号的入信号的连接接 A/D转换器的模器的模拟量量输入有入有时是双极性的，有是双极性的，有时是是单极性的；极性的；输入信

92、号的最小入信号的最小值有从零开始的，也有从零开始的，也有从非零开始的。因此，有从非零开始的。因此，产品出厂品出厂时，有的，有的A/D转换器芯片已器芯片已经设计了不同量程的引脚，以了不同量程的引脚，以满足不同足不同情况的需求。只有正确使用情况的需求。只有正确使用A/D转换器有关量程的器有关量程的引脚，才能保引脚，才能保证A/D转换器的器的转换精度。精度。135双参考双参考电压引脚的引脚的A/D转换器器AD0809芯片芯片连接接组成的成的对称参考称参考电压接法如接法如图5-64所示。所示。如果如果输入信号的模入信号的模拟量量不是从零开始的，不是从零开始的，输入入信号模信号模拟量的最大量的最大值也也

93、不是不是满量程量程时，就可以，就可以利用双参考利用双参考电压引脚的引脚的A/D转换器器AD0809芯芯片的两个参考片的两个参考电压引脚，引脚，连接成接成对称参考称参考电压接接法解决法解决显示示满刻度和刻度和测量精度量精度问题。 136(2) 数字量数字量输出引脚的出引脚的连接接 A/D转换器数字量器数字量输出引脚和微型出引脚和微型计算机的算机的连接接方法与其内部方法与其内部结构有关。构有关。对于内部未含于内部未含输出出锁存器的存器的A/D转换器来器来说，一般通，一般通过锁存器或存器或I/O接口与微型接口与微型计算机相算机相连。常用的接口及。常用的接口及锁存器有存器有Intel 8155，825

94、5，8243以及以及74LS273，74LS373，8212等。当等。当A/D转换器内部含数据器内部含数据输出出锁存器存器时，可直接与微型，可直接与微型计算算机相机相连。有。有时为了增加控制功能，也采用了增加控制功能，也采用I/O接口接口连接。接。137(3) A/D转换器的启器的启动方式方式 任何一个任何一个A/D转换器在开始器在开始转换前，都必前，都必须经过启启动，才开始工作。芯片不同，要求的启，才开始工作。芯片不同，要求的启动方式也不方式也不同。一般分脉冲启同。一般分脉冲启动和和电平启平启动两种。两种。脉冲启脉冲启动型芯片，只要在启型芯片，只要在启动转换输入引脚引入入引脚引入一个启一个启

95、动脉冲即可。如脉冲即可。如ADC0809，ADC80，AD574A等均属于脉冲启等均属于脉冲启动转换芯片，芯片， 所所谓电平启平启动转换，就是在，就是在A/D转换器的启器的启动引引脚上加上要求的脚上加上要求的电平。一旦平。一旦电平加上以后，平加上以后，A/D转换即刻开始。而且在即刻开始。而且在转换过程中，必程中，必须保持保持这一一电平，平，否否则将停止将停止转换。 AD570，571，572等都属等都属电平控平控制制转换电路。路。 138不同的不同的A/D转换器，要求启器，要求启动信号的信号的电平不一平不一样。有。有的要求高的要求高电平启平启动，如，如ADC0809，ADC80，AD574；有

96、的有的则要求低要求低电平启平启动，如，如ADC0801/0802和和AD670等。等。 139(4) 转换结束信号的束信号的处理方法理方法微型微型计算机算机检查判断判断A/D转换结束的方法有以下三种：束的方法有以下三种：中断方式中断方式 查询方式查询方式 软件延时方式软件延时方式(5) A/D转换器的工作器的工作电压和基准和基准电压 早期的集成早期的集成A/D转换器采用器采用15V的直流工作的直流工作电压。近。近年来新开年来新开发的集成的集成A/D转换器器产品，可在品，可在1215V 的范的范围内工作。内工作。还有的集成有的集成A/D转换器芯片使用器芯片使用单一一+5V直流工作直流工作电压。

97、140(6) 时钟的的连接接A/D转换器的另一个重要器的另一个重要连接信号是接信号是时钟，A/D转换时钟的提供方法也有两种，一种由芯片内部提供，一的提供方法也有两种，一种由芯片内部提供，一种由外部种由外部时钟提供。提供。图图5-66采用内部时钟的一采用内部时钟的一般操作方法般操作方法图图5-67 采用外部时钟的采用外部时钟的A/D转换电路图转换电路图 1418位位A/D转换器内部器内部设有有时钟发生器，但生器，但经常外接常外接RC电路来提供所需的路来提供所需的时钟，如，如图5-68所示。改所示。改变RC的的值，便可改，便可改变时钟频率。率。 142(7) 接地接地问题A/D转换器器应用的用的设

98、计，在硬件，在硬件设计方面，除了前面方面，除了前面讲的几种信号的的几种信号的连接方式之外，接方式之外，还有一个需要注意的有一个需要注意的问题就是地就是地线的的连接。接。 1435.6.3逐次逼近式并行逐次逼近式并行A/D转换器及其接口转换器及其接口18位并行位并行A/D转换器及其接口器及其接口逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器有器有单片集成与混合集成两种集成片集成与混合集成两种集成电路或模路或模块，转换速度在几个微秒到一百多个微秒之速度在几个微秒到一百多个微秒之间，分，分辩率有率有8位、位、10位、位、12位、位、14位和位和16位几种。位几种。 （1）普通型）普通型A/D转换器器AD7574

99、AD7574采用采用CMOS工工艺，是，是单片型，含内部片型，含内部时钟振振荡器，器，+5V供供电，芯片内部，芯片内部设有比有比较器和控制器和控制逻辑，以及功耗低，以及功耗低(30mW)，转换速度快速度快(15s)的逐次逼近型的逐次逼近型AD转换器。它器。它采用采用18脚双列直插式封装脚双列直插式封装结构，易于与微型构，易于与微型计算机接口算机接口连接，接，在在过程控制自程控制自动化和智能化化和智能化仪器中得到广泛的器中得到广泛的应用。用。AD7574的内部的内部结构，如构，如图5-70所示。所示。144图图5-70AD7574原理图原理图145AD7574与与MCS-51的的电路路连接如接如

100、图5-71所示：所示：146（2）带仪器放大器的器放大器的A/D转换器器AD670 上述的上述的AD7574AD转换器的器的输入信号必入信号必须是是标准准信号。因此，被信号。因此，被测信号，如温度、信号，如温度、压力、流量等，在力、流量等，在输入到普通入到普通AD转换器之前，首先要器之前，首先要经过变送器的送器的转换，将，将传感器感器输出的信号出的信号变成成05V的的统一一电信号，信号，然后才能与然后才能与AD转换器器进行行连接。接。这在一般的在一般的过程程控制中是完全可行的。但是，在智能化控制中是完全可行的。但是，在智能化仪器中器中这种种结构就构就显得比得比较复复杂，特，特别是在一些手提式是

101、在一些手提式现场测试仪器中更是如此。器中更是如此。为满足足这种需要，厂商研制出一种内种需要，厂商研制出一种内部部带仪器放大器的器放大器的AD转换器，器，AD670即即为其中之其中之一。一。147图图564 AD670电路结构原理电路结构原理148表表5.10 AD670控制信号真控制信号真值表表操作操作000写入（启动写入（启动A/D转换）转换）100读读A/D输出数输出数据据1无无1无无149图5.65AD670的的连接方式接方式 150（3）多通道）多通道A/D转换器器ADC08080809电路路组成及成及转换原理原理 ADC0808/0809都是含都是含8位位A/D转换器、器、8路多路路

102、多路开关以及与微型开关以及与微型计算机兼容的控制算机兼容的控制 逻辑的的CMOS组件，其件，其转换方法方法为逐次逼近型。在逐次逼近型。在A/D转换器内部有器内部有一个高阻抗一个高阻抗斩波波稳定比定比较器，一个器，一个带模模拟开关开关树组的的256电阻分阻分压器，以及一个逐次逼近型寄存器。器，以及一个逐次逼近型寄存器。8路的模路的模拟开关的通断由地址开关的通断由地址锁存器和存器和译码器控制，器控制，可以在可以在8个通道中任意个通道中任意访问一个一个单边的模的模拟信号。其信号。其原理框原理框图，如，如图566所示。所示。151图566 ADC08080809原理原理图 152 ADC0808/08

103、09的引脚功能的引脚功能 IN7一一IN0：8个模个模拟量量输入端。入端。 START：启：启动信号，高信号，高电平有效。平有效。 EOC：转换结束信号。束信号。 OE：输出允出允许信号。信号。 CLOCK：实时时钟，可通，可通过外接外接RC电路改路改变时钟频率。率。 ALE：地址：地址锁存允存允许，高，高电平有效。平有效。 C，B，A：通道：通道号号选择端子。端子。C为最高位，最高位，A为最低位。最低位。 D7D0：数字量：数字量输出端。出端。VREF(+)，VREF(-)：参考：参考电压端子。端子。 Vcc：电源端源端子。接子。接+5V。 GND：接地端。：接地端。153图567 ADC0

104、8080809应用接用接线图154图5.68 ADC0808/0809时序序图 155ADC0808/0809的技的技术指指标 单一一电源，源，+5V供供电，模，模拟输入范入范围为05V。 分辨率分辨率为8位。位。 最大不可最大不可调误差：差： ； 。 功耗功耗为15mW。 转换速度取决于芯片的速度取决于芯片的时钟频率。率。时钟频率范率范围：101280kHz，当，当CLOCK等于等于500kHz时，转换速速度度为128s。 可可锁存三存三态输出，出，输出与出与TTL兼容。兼容。 无需无需进行零位及行零位及满量程量程调整。整。 温度范温度范围为400C85。156（4）8位位AD转换器的接口技

105、器的接口技术直接接口直接接口 157根据根据图5-77的的电路可路可编写写A/D采采样程序。通道号放在程序。通道号放在R2中，采集中，采集结果放在果放在30H37H中，起始通道号中，起始通道号为0。SETB START ;发启动转换脉冲发启动转换脉冲 NOP NOP CLR START JNB EOC,$ ;等待转换结束等待转换结束SETB OE MOV A,P0 ;读转换数据读转换数据CLR OE MOV R0,A ;暂存数据暂存数据 INC R2INC R0 CJNE R2,#08H,ADC0809_1 ;8个通道没转换完，转换下一个通道个通道没转换完，转换下一个通道 RET START

106、BIT P2.3 EOC BIT P3.2 ALE BIT P2.4 OE BIT P3.7ADC0809: MOV R2,#0 ;设起始设起始通道号通道号 MOV R0,#30H ;设数据设数据缓冲区缓冲区ADC0809_1: MOV A,R2 MOV P2,A ;写通道号写通道号 SETB ALE NOP CLR ALE158全全译码方式接口方式接口159 根据根据图5-78编写的写的ADC0809转换程序。程序。ADC0809的的地址是地址是8000H8007H，通道号在，通道号在R2中，采中，采样后的后的结果存放在果存放在30H37H中。在程序中启中。在程序中启动ADC0809的同的同

107、时将通道号写到将通道号写到ADC0809中。中。 ORG 00H AJMP MAIN ORG 03H AJMP ADC0809 ORG 1000HMAIN: SETB EA SETB EX0 SETB IT0 MOV R2，#0 MOV R0，#30H MOV DPTR，#8000H MOVX DPTR，A AJMP $ ADC0809: MOVX A，DPTR MOV R0，A INC R0 INC R2 MOV A，R2 ORL A，DPL MOV DPL，A MOVX DPTR，A CJNE R2，#07H，ADC0809RET MOV R2，#0 MOV R0，#30H RETIADC

108、0809RET： RETI1602高于高于8位的并行位的并行A/D转换器及其接口器及其接口（1）AD574的的结构及原理构及原理 AD574是美国模是美国模拟器件公司器件公司(Analog Devices)生生产的的12位逐次逼近型快速位逐次逼近型快速AD转换器。其器。其转换速度最快速度最快为35s，转换误差，是目前我国差，是目前我国应用广泛，价格适中的用广泛，价格适中的AD转换器。加之其内部含三器。加之其内部含三态输出出缓冲冲电路，可直接与路，可直接与各种微各种微处理器理器连接，且无接，且无须附加附加逻辑接口接口电路，便能与路，便能与CMOS及及TTL电平兼容。内部配置的高精度参考平兼容。内

109、部配置的高精度参考电压源和源和时钟电路，使它不需要任何外部路，使它不需要任何外部电路和路和时钟信号，就能信号，就能完成完成AD转换功能，功能，应用非常方便。用非常方便。161图5-79 AD574结构原理构原理图 162（2） AD574A的引脚及功能的引脚及功能 表表5-12 AD574控制信号控制信号组合表合表CEA A0 0操作操作0禁止禁止1禁止禁止1000启动启动12位转换位转换1001启动启动8位转换位转换101接接1脚脚(5V)输出数据格式为并行输出数据格式为并行12位位101接地接地0输出数据格式为并行高输出数据格式为并行高8位位101接地接地1低低4位加上尾随位加上尾随4个零

110、有效个零有效163（3）AD574A的的应用用单极性极性输入入图图5-80 单级性模拟量输入电路的连接单级性模拟量输入电路的连接164双极性双极性输入入5-81 双极性模拟量输入电路图双极性模拟量输入电路图165（4） 高于高于8位的位的AD转换器接口技器接口技术及程序及程序设计166D转换程序如下：程序如下： ORG 0200HATOD： MOV DPTR，#9000H ；设置数据地址指置数据地址指针 MOV P2，#0FFH MOV R0，#0FCH ；设置启置启动12位位AD转换的地址的地址 MOVX R0，A ；启；启动AD转换 MOV R0, #0FEHLOOP： JB P10，LO

111、OP ；检查AD转换是否是否结束束? MOVX A， R0 ；读取高取高8位数据位数据0FEH MOVX DPTR，A ；存高；存高8位数据位数据 INC R0 ；求低；求低4位数据的地址位数据的地址0FFH INC DPTR ；求存放低；求存放低4位数据的位数据的RAM单元地址元地址 MOVX A， R0 ；读取低取低4位数据位数据 MOVX DPTR，A ；存低；存低4位数据位数据HERE： AJAMP HERE1675.6.5串行串行A/D转换器及其接口技器及其接口技术 TLC2543是是12位位11通道开关通道开关电容逐次逼近容逐次逼近A/D转换器，它有器，它有11个个输入端，分辨率入

112、端，分辨率为12位，具有位，具有转换快，快，转换时间小于小于10s，稳定性好，定性好，线性性误差小于差小于1LSB，与微，与微处理器接口理器接口简单等特点，同等特点，同时其内部自其内部自带时钟，工作，工作电压为+5V。 168表表5.13 输入寄存器格式入寄存器格式功能选择 选择输入数据字节 注释地址位L1L0LSBF BIPA7=MSBA0=LSBA7A6A5A4A3A2A1A0IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7IN8IN9IN1000000000111000011110000011001100101010101010选择输入通道1693TLC2543的工作的工作时序序 170

113、4TLC2543的使用方法的使用方法(1)控制字的格式控制字的格式控制字控制字为从从DATAINPUT端串行端串行输入的入的8位数据，它位数据，它规定了定了TLC2543要要转换的模的模拟量通道、量通道、转换口的口的输出数据出数据长度、度、输出数据的格式。其中高出数据的格式。其中高4位（位（D7D4）决定通）决定通道号，道号，对于于0通道至通道至10通道，通道，该4位分位分别位位00001010H，当位，当位10111101时，用于，用于对TLC2543的自的自检，分，分别测试（VREF+VREF-）/2、VREF-、VREF+的的值，当，当位位1110时，TLC2543进入休眠状入休眠状态。

114、低。低4位决定位决定输出数据出数据长度及格式，其中度及格式，其中D3、D2决定决定输出数据出数据长度，度，01表示表示输出数据出数据长度位度位8位，位，11表示表示输出数据出数据长度度为16为，其它其它为12位。位。D1决定决定输出数据是高位先送出，出数据是高位先送出，还是低位先送出，是低位先送出，为0表示高位先表示高位先送出。送出。D0决定决定输出数据是出数据是单极性（二极性（二进制）制）还是双极性（是双极性（补码），若），若为单极性，极性，该位位为0，反之，反之为1。(2)转换过程程上上电后，片后，片选CS必必须从高到低，才能开始一次工作周期，此从高到低，才能开始一次工作周期，此时EOC为

115、高，高，输入数入数据寄存器被置据寄存器被置为0，输出数据寄存器的内容是随机的。出数据寄存器的内容是随机的。开始开始时，CS片片选为高，高，I/O CLOCK、DTAT INPUT被禁止，被禁止，DATA OUT 呈高呈高组态，EOC为高，使高，使CS变低，低，I/O CLOCK DTAT INPU使能，使能，DATA OUT脱离高脱离高组态。12个个时钟信号从信号从I/O CLOCK端一次加入，随着端一次加入，随着时钟信号的加入，控制字从信号的加入，控制字从DATAINPUT一位一位地在一位一位地在时钟信号的上升沿信号的上升沿时被送入被送入TLC2543（高位先送入），（高位先送入），同同时上

116、一周期上一周期转换的的A/D数据，即数据，即输出数据寄存器中的数据从出数据寄存器中的数据从DATAOUT一位一位一位一位地移出。地移出。TLC2543收到第收到第4个个时钟信号后，通道号也已收到，此信号后，通道号也已收到，此时TLC2543开始开始对选定通道的模定通道的模拟量量进行采行采样，并保持到第，并保持到第12和和时钟的下降沿。在第的下降沿。在第12和和时钟下降下降沿，沿，EOC变低，开始低，开始对本次采用的模本次采用的模拟量量进行行A/D转换，转换时间约为10US,转换完成后完成后EOC变高，高，转换的数据在的数据在输出数据寄存器中，待下一个工作周期出数据寄存器中，待下一个工作周期输出

117、，此出，此后，可以后，可以进行新的工作周期。行新的工作周期。1715MCS-51单片机与片机与TLC2543的接口技的接口技术 下面的程序是采用查询方式读下面的程序是采用查询方式读TLC2543的的11个通道的模拟量。通道号在个通道的模拟量。通道号在R2中，转换结果放到中，转换结果放到30H起始地址的内部起始地址的内部RAM中。设置中。设置TLC2543为为12位位方式，高位在前，数据为二进制格式。方式，高位在前，数据为二进制格式。172 CS BIT P1.0 DI BIT P1.1 DO BIT P1.2 CLK BIT P1.3 EOC BIT P3.2 ORG 00H AJMP MAI

118、N ORG 100HMAIN: LCALL READ_AD AJMP MAINREAD_AD: ；读11个外部通道子程序个外部通道子程序 MOV R0，#30H ；设置置缓冲区冲区首址首址 MOV R2，#0 MOV R6，#11 ；最大采集路数；最大采集路数 LCALL READ2543 ；空；空读，第一次启第一次启动，数据不准，数据不准READ_AD_1: MOV A，R2 SWAP A MOV R2，A ；将通道号的；将通道号的高高4位与低位与低4位交换，低位交换，低4位为通道位为通道号，高号，高4位为数据长度、数据格式位为数据长度、数据格式等等 LCALL READ2543 MOV A

119、，R3 MOV R0，A INC R0 MOV A，R4 MOV R0，A ；保存数据；保存数据 MOV A，R2 ；将；将R2的高的高低低4位交换，以便通道号加位交换，以便通道号加1 SWAP A MOV R2，A INC R2 DJNZ R6，READ_AD_1 RET173REDA2543: JNB EOC，$ ；等待；等待TLC2543转换完完毕 CLR CLK ；清；清I/O时钟 SETB CS ；设置片置片选为高高 CLR CS ；设置片置片选为低低 MOV R7，#08 ；先；先读高高8位位 MOV A，R2 ；把方式；把方式/通道控制字放到通道控制字放到AREAD_1: MOV

120、 C，DO ；读转换结果果 RLC A ；A寄存器左移，移入寄存器左移，移入结果数据位，移出方式果数据位，移出方式/通道控制位通道控制位 MOV DI，C ；输出方式出方式/通道位通道位 SETB CLK ；设置置I/O时钟为高高 CLR CLK ；清；清I/O时钟 DJNZ R7，READ_1 ；R7不不为0，则返回返回READ_1 MOV R3，A ；转换结果的高果的高8位位放到放到R3中中 MOV A，#00H ；复位；复位A寄存器寄存器 MOV R7，#04H ；再；再读低低4位位READ_2: MOV C，DO ；读转换结果；读转换结果 RLC A ；A寄存器左移，移寄存器左移，移入结果数据位入结果数据位 SETB CLK ；设置；设置I/O时钟为高时钟为高 CLR CLK ；清；清I/O时钟时钟 DJNZ R7，READ_2 ；R7不为不为0，则返回则返回LOP2 MOV R4，A ；转换结果的低；转换结果的低4位放到位放到R4中中 SETB CS ；设置片选为高；设置片选为高 RET END