输入输出接口与过程通道

输入输出接口与过程通道微型计算机控制系统原理图打印机显示终端磁盘驱动器软件微型计算机实时时钟操作台接口接口接口接口D\AA\D多路开关反多路开关开关量输入开关量输出执行机构生产过程通用外部设备主机及操作台过程通道检测及变送控制对象传感器变送器第2页,共112页，2024年2月25日，星期天典型的开关量输入／输出通道结构图

用两种状态来表示的量称为开关量,数字量的输入输出同样称为开关量。按类型分有电平式和触点式两种:电平式为高电平或低电平；触点式为触点闭合或触点断开。2.1开关量输入输出通道第3页,共112页，2024年2月25日，星期天数字量－开关量（开关、启停、亮灭）：用“0”和“1”

两个量进行描述，则二进制数码每一位都可代表一个过程状态。2.1.1数字量输入输出接口

1.数字量输入接口

三态门缓冲器74LS244（起缓冲作用，用来隔离输入与输出）有8路开关量输入输入控制指令：MOVDX,port；产生CS,；将片选端口地址port传送至DXINAL,DX；产生IOR信号；将端口中的信息内容输入到AL第4页,共112页，2024年2月25日，星期天2.数字量输出接口锁存：状态量需保持到下一新值的出现为止8位输出锁存器74LS273

根据PC总线IO写周期时序关系，利用IOW的后沿产生上升沿锁存数据数据输出控制指令MOVAL,DATAMOVDX,portOUTDX,AL；将AL中的数据输出到DX中的片选地址端口第5页,共112页，2024年2月25日，星期天2.1.2数字量输入通道

数字量输入通道结构输

入调

理电

路输

入缓

冲器地址译码器生产过程PC总线第6页,共112页，2024年2月25日，星期天输入调理电路信号调理－把现场触点的瞬间高压、过电压、抖动等状态信号经转换、保护、滤波、隔离转换成计算机能够接收的逻辑信号。小功率输入调理电路－采用积分电路消除开关接触抖动信号AOAOOA1第7页,共112页，2024年2月25日，星期天开关量输入隔离及电平变换信号电平变换方法如图a所示。实现这种信号变换隔离的电路如图b所示。

图a输入电平变换图b隔离及电平变换电路第8页,共112页，2024年2月25日，星期天大功率输入调理电路大功率系统中为了使接点工作可靠，接点两端至少要有24V以上的直流电压，干扰少，电路简单

高压与低压之间－采用光电耦合器进行隔离第9页,共112页，2024年2月25日，星期天2.1.3数字量输出通道 1、数字量输出通道结构

输

出驱

动器输

出锁

存器地址译码器生产过程PC总线第10页,共112页，2024年2月25日，星期天2开关量输出驱动电路在计算机控制系统中，开关量的输出常常要求有一定的驱动能力，以控制不同的装置。用的驱动电路有以下几种：1．小功率驱动电路驱动发光二极管、LED、小功率继电器等，电路的驱动能力10～40mA，用小功率的三极管或集成电路驱动。下图为典型的小功率驱动电路。小功率驱动电路第11页,共112页，2024年2月25日，星期天－功率晶体管输出驱动继电器电路在功率晶体管关闭时，继电器线圈J是感性负载,会产生很高的感应电动势，续流二极管D为产生的反电动势提供旁路通道，保护晶体管。第12页,共112页，2024年2月25日，星期天2．中功率驱动电路驱动中功率继电器、电磁开关，要求50～500mA的驱动能力，用达林顿复合晶体管或中功率三极管来驱动。目前常用达林顿阵列驱动器如MC1412、MC1413、MC1416等来驱动中功率负载。下图是MC1416的结构图及每个复合管的内部结构。a）MC1416结构图b）复合管内部结构MC1416达林顿阵列驱动器第13页,共112页，2024年2月25日，星期天－达林顿阵列输出驱动继电器电路

达林顿阵列驱动器MC1416，可驱动7个继电器，带内部保护二极管，以防MC1416组件反向击穿第14页,共112页，2024年2月25日，星期天3．大功率交流驱动电路固态继电器（SSR）过零检测电路可使交流电压变化到零状态附近时让电路接通，可减少干扰。电路接通以后，由触发电路给出晶闸管器件的触发信号。输入输出间采用光电耦合器进行隔离过零型固态继电器的结构第15页,共112页，2024年2月25日，星期天数字量输入输出通道应用举例第16页,共112页，2024年2月25日，星期天第17页,共112页，2024年2月25日，星期天2.2模拟量输入接口技术

模拟量输入接口一般由接口电路、控制电路、模／数转换器和电流／电压（I/V）变换器等构成，其核心是模／数转换器，简称A／D。2.2.1A／D转换器

主要参数A／D转换器是将模拟电压或电流转换成数字量的器件或装置。常用的A／D转换方式有逐次逼近式和双斜积分式。逐次逼近式：转换时间短（几个微秒～几百个微秒），但抗干扰能力较差。双斜积分式：转换时间长（几十个毫秒～几百个毫秒），抗干扰能力较强。常用的逐次逼近式A/D换器有8位分辨率的ADC0809，12位分辨率的AD574等。常用的双斜积分式A／D转换器有3位半的MC14433，4位半的ICL7135等。第18页,共112页，2024年2月25日，星期天A／D转换器的主要技术指标:转换时间：指完成一次模拟量到数字量转换所需要的时间。分辨率：通常用数字量的位数n（字长）来表示，如8位、12位、16位等。即数字量的最低有效位（LSB）对应于满量程输入的l／2n。若n=8，满量程输入为5.12V，则LSB对应于模拟电压为：5.12V／28＝20mV。线性误差：在满量程输入范围内，偏离理想转换特性的最大误差定义为线性误差。线性误差常用LSB的分数表示，如1/2LSB或±1LSB。量程：即所能转换的输入电压范围，如-5V～+5V，0～10V，0～5V等。对基准电源的要求：是否要外接精密基准电源。第19页,共112页，2024年2月25日，星期天A／D转换器的外部特性表2.1所示各厂家的A／D转换器芯片的转换启动和转换结束信号命名。

表2.1几种A／D转换器芯片的引脚对照表

芯片转换启动转换结束ADC0816（0809）STARTEOCAD570（571）B／＝0ADC0804·ADC7570START=1ADC11315CONVCMDSTATUS下降沿ADC1210

AD574CE·（R／）=0第20页,共112页，2024年2月25日，星期天在选择和使用A／D转换器芯片时，除满足转换速度和分辨率要求之外，要注意A／D转换器的连接特性，有以下几点：（1）A／D转换器芯片的转换启动信号是用电位启动(则需要一直保持电平有效）还是脉冲沿启动。

（2）A／D转换器芯片内是否带有三态门输出锁存器（有则可直接连接计算机数据总线）来输出数字量。（3）输出数字量的形式，是二进制还是BCD码（可直接送显示器进行十进制显示）。第21页,共112页，2024年2月25日，星期天8位A/D转换器ADC0809ADC0809采用双列直插式封装，共有28条引脚。其引脚结构如图2-19所示。（1）IN7~IN0：8条模拟量输入通道（2）地址输入和控制线：4条（3）数字量输出及控制线：11条（4）电源线及其他：5条第22页,共112页，2024年2月25日，星期天带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器转换时间100us,线性误差±1/2LSB，量程5.12V第23页,共112页，2024年2月25日，星期天逐次逼近式A/D转换器的工作原理

逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现A/D转换的方法，（内部将数字转换成模拟量，再与输入模拟量进行比较）逻辑框图如下图所示。第24页,共112页，2024年2月25日，星期天从使用的角度来看，任何一种A／D转换器芯片一般具有以下输出信号线：1．转换启动线（输入）：由系统控制器发出的控制信号，此信号有效，转换开始。2．转换结束线（输出）：转换完毕后由A／D转换器发出的状态信号，由它中断或DMA传送，或作查询之用。3．模拟信号输入线：来自被转换的对象，有单通道输入与多通道输入之分。4．数字信号输出线:由A/D转换器将数字量送给CPU的数据线。数据线的根数表示A／D转换器的分辨率。第25页,共112页，2024年2月25日，星期天

8通道模拟开关及通道选择实现8选1操作地址锁存允许信号ALE（正脉冲）用于通道选择信号C、B、A的锁存CBA通道000VIN0001VIN1

…………111VIN7

第26页,共112页，2024年2月25日，星期天转换启动：START收到正脉冲，开始转换转换结束：EOC从低电平变为高电平，通知CPU读结果基准电压：VREF＋=5.12V,VREF－=0V，则量化单位q=5.12/28V=20mV,转换结果D＝VIN/q三态输出锁存缓冲器用于存放转换结果D，当输出允许信号OE为高电平时，D由输出线DO7～0上输出；OE为低电平时DO7～0为高阻态转换时序：第27页,共112页，2024年2月25日，星期天12位A／D转换器芯片AD574A引脚功能AD574为28脚双列直插式封装，引脚排列如图所示。第28页,共112页，2024年2月25日，星期天20VINMSBAGND

逐位逼近寄存器

(SAR)8711115VDD272625242322212019181716

三态输出锁存缓冲器D7D6D5D4D3D2D1D0D11D10D9D82345628控制逻辑CS12/8A0R/CSTSECD/A转换器

AD565A10V基准电源10VINREFINREFOUTBIPOFVEE+5VDGND101213149LSB时钟电路比较器+-10K5K5KAD574A结构框图

单通道12位逐次逼近A/D转换器转换时间25us,误差±1/2LSB，单极性或双极性输入，量程10V或20V。下图为其原理结构框图.

第29页,共112页，2024年2月25日，星期天10Vin、20Vin、BIPOFF：模拟电压信号输入线，BIPOFF引脚可接-5V（-5V～+5V输入信号）或-10V（-10V～+10V输入信号）。VDD、VEE：模拟电路电源输入线。AGND：模拟电路接地线。VCC：数字电路电源输入线。DGND：数字电路公共接地线。REFOUT：内部基准电源输出线。REFIN：A／D转换基准电压输入线。：转换结束输出信号线。DO0～DO11转换数据输出线，D0最低有效位LSB，D11最高有效位MSB。CE：片使能信号输入线。：片选信号输入线。AD574A各引脚特性如下：第30页,共112页，2024年2月25日，星期天/：读、起动转换控制信号输入线，当为高电平时；表示读取A／D转换数据，当为低电平时，表示起动A／D转换。12／：12位、8位数据读取方式选择输入线，当接在VCC上时，进行12位数据读取操作，当接在数字地上时，与A0信号配合，进行高8位、低4位数据读取操作。A0：字节选择控制输入线，在起动A／D转换时，为低电平，产生12位的转换，当为高电平时，只产生8位的转换。在读取数据操作时，此线为低电平，输出高8位的转换数据，当为高电平时，输出低4位的转换数据。接在VCC上，则不起作用。R第31页,共112页，2024年2月25日，星期天结构特点①AD574内部集成有转换时钟，参考电压源和三态输出锁存器，因此使用方便，可直接和微机接口，不需要外接时钟电路。②ADC0809的输入模拟电压为0～+5V，是单极性的。而AD574的输入模拟电压既可是单极性也可是双极性。③AD574的数字量的位数可以设定为8位，也可设定为12位。第32页,共112页，2024年2月25日，星期天单、双极性应用输入可以是10V或者20V单极性（0～10或0～20V）：BIPOFF接0V双极性（－5～5或－10～10V）：BIPOFF接10V第33页,共112页，2024年2月25日，星期天转换结果输出控制：CE、CS均为片选信号，R/C为读启控制信号引脚12/8=1：D11-D0并行输出；引脚12/8=0：D11-D4（高8位）和D3-D0（低4位）分时输出；控制逻辑（启动转换、控制转换过程、控制转换结果输出）CECSR/C12/8A0操作功能100X0启动12位转换100X1启动8位转换1011(接1脚)X输出12位数字1010(接15脚)0输出高8位数字1010(接15脚)1输出低4位数字0XXXX无操作X1XXX无操作第34页,共112页，2024年2月25日，星期天转换进行：状态输出信号STS为高电平转换结束：STS从高电平转为低电平转换时序：

启动CE1、CS0、R/C0、A0(0

启动12位转换;1

启动8位转换）、STS0→1第35页,共112页，2024年2月25日，星期天转换时序：读CE1、CS0、R/C1、A0(0输出高8位/1输出低4位）、STS0第36页,共112页，2024年2月25日，星期天AD574与PC总线工控机接口第37页,共112页，2024年2月25日，星期天第38页,共112页，2024年2月25日，星期天为简化接口设计，可将AD芯片与并行接口芯片8255A连接8255A内部有A、B、C口和控制口，控制口可以控制C口按指定位置0或1D7D0D6D5D4D3D2D101/0000000。。。。。。01/000000101/00001112.2.2模拟量输入接口设计第39页,共112页，2024年2月25日，星期天ADC0809与8255A接口

8255A的A口为数据输入端，C口上半部分为输入，下半部分为输出PC0-PC2－通道地址ABC，输出3位地址锁存PC3－ALE（地址锁存运行信号）和START，启动转换

PC7－OE（输出允许信号）和EOC（输出信号），检测转换结束，CPU通过查询PC7状态进行控制输入过程8255A系统分配地址为2C0H~2C3H。第40页,共112页，2024年2月25日，星期天ADC0809 PROCNEAR MOVCX,8;循环次数

CLD;DI自动增量，作用后STOS

MOVBL,00H;模拟通道地址

LEADI,DATABUF；字串存储地址

NEXTA: MOVDX,02C2H；C口地址放入DX MOVAL,BL OUTDX,AL INCDX；（DX）＋1,02C3H控制口地址

MOVAL,00000111B；输出启动信号，上升沿锁存地址

OUTDX,AL NOP NOP NOP MOVAL,00000110B；下降沿,形成ALE,START脉冲 第41页,共112页，2024年2月25日，星期天

OUTDX,AL DECDXNOSC: INAL,DX;检测转换结束信号

TESTAL,80H;10000000,与操作测试最高位是否为0 JNZNOSC;EOC=1,则等待，检测EOC下降沿NOEOC: INAL,DX; TESTAL,80H JZNOEOC;EOC=0,则等待，检测EOC上升沿，转换结束

MOVDX,02C0H;转换结束，读转换结果

INAL,DX STOSDATABUF;保存结果

INCBL;修改模拟通道地址

LOOPNEXTA；CX-1，CX≠0则循环

RETADC0809 ENDP 第42页,共112页，2024年2月25日，星期天AD574与8255A接口

AD574的12/8接＋5V，A0接地，工作于12位转换和读出方式。8255A的A口、B口数据输入端C口上半部分为输入，下半部分为输出。PC0-PC2→R/C，CS，CE控制逻辑信号PC7→STS，检测转换结束(1→0)8255A系统地址2C0H~2C3H。078第43页,共112页，2024年2月25日，星期天转换时序：启动CE1、CS0、R/C0、A0(0

启动12位转换;1

启动8位转换）、STS0→1;读CE1、CS0、R/C1、A0(0

输出高8位/1

输出低4位）、STS

0程序：

MOVDX,02C2H

；使CS,R/C为低电平

MOVAL,00H

OUTDX,AL

；传输到8255A的C口（PC1、PC0）

NOP NOP MOVAL,04H

；00000100

OUTDX,AL；使CE（PC2）=1,启动转换

NOP NOP MOVAL,03H

；00000011

OUTDX,AL；使CE=0，CS,R/C＝1，启动完毕POLLING:INAL,DX;

查询C口得STS状态

TESTAL,80H；10000000,与操作测试最高位PC7是否为0

JNZPOLLING;

STS=1则等待，检测下降沿（即转换结束）

MOVAL,01H；使CS＝0,R/C＝1,准备读

第44页,共112页，2024年2月25日，星期天

OUTDX,AL NOP

MOVAL,05H;00000101使CE=1,允许读出

OUTDX,AL MOVDX,02C0H；PA端口

INAL,DX;

读高4位DB11-DB8;

ANDAL,0FH；PA4–PA7清零

MOVBH,AL；存高4位DB11-DB8

INCDX；PB端口

INAL,DX；读低8位DB7-DB0

MOVBL,AL INCDX；PC端口

MOVAL,03H；00000011，使CE＝0，CS＝1

OUTDX,AL;

结束读出操作

第45页,共112页，2024年2月25日，星期天模拟量输入通道－把模拟信号转换为二进制数字信号，送入计算机中。传感器－是将生产过程工艺参数转换为电参数的装置。变送器－将温度、压力、流量等的电信号变成统一的0～10mA或4～20mA电流信号传输的装置。可以避免低电平模拟信号的传输不便。(A/D和D/A转化器处理的一般是电压信号，因此需要I/V和V/I变换）2.3模拟量输入通道第46页,共112页，2024年2月25日，星期天模拟量输入通道的组成结构

包括I/V变换微机进行各级控制第47页,共112页，2024年2月25日，星期天1.I/V变换

电流输出 仪表DDZ-Ⅱ：0～10mA

仪表DDZ-Ⅲ,DDZ-S：4～20mA无源I/V变换（利用无源器件电阻完成）

0～10mA:R1100Ω

R2500Ω0～5V输出（IR2）

4～20mA:R1100ΩR2250Ω1～5V输出第48页,共112页，2024年2月25日，星期天有源I/V变换（利用有源器件运算放大器完成）

同相放大器倍数

A=1+R4/R30～10mA输入:

R1200ΩR3100kΩR4150kΩA＝2.5，对应于0～5V输出4～20mA输入:

R1200ΩR3100kΩR425kΩA＝1.25，对应于1～5V输出

ViViVi第49页,共112页，2024年2月25日，星期天2.多路转换器多路开关－用来切换模拟电压信号的元件。可将各个输入信号依次地或随机地连接到公用放大器或A/D转换器上。理想工作状态：开路电阻无穷大，导通电阻为0。要求切换速度快。举例：CD4051－单端8通道开关。其引脚结构如图所示。

第50页,共112页，2024年2月25日，星期天译码器中C、B、A为二进制控制输入端，改变C、B、A的数值，可以译出8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。当INH=1时，通道断开；当INH=0时，通道接通。改变图中IN/OUT0~7及OUT/IN的传递方向，则可用作多路开关或反多路开关。原理图如下:第51页,共112页，2024年2月25日，星期天通道选择表（INH为高电平时通道均不通）第52页,共112页，2024年2月25日，星期天多路转换开关的扩展当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来，组成8×2或16×2的多路开关。下面以CD4051为例说明多路开关的扩展方法。两个8路开关扩展成16路的多路开关的方法，如图所示。用CD4051多路开关组成的16路模拟开关接线图第53页,共112页，2024年2月25日，星期天3.可编程放大器（PGA）

通用数据采集系统均支持多个模拟通道，每个模拟通道的不一致，所以需引入可编程放大器。在MUX改变其通道序号时，放大电路也由相应的一组数字序列控制改变放大倍数。单运放可编程放大器第54页,共112页，2024年2月25日，星期天4.采样、量化及常用的采样保持器离散系统的采样形式有周期采样、多阶采样和随机采样。周期采样应用最为广泛。所谓周期采样就是以相同的时间间隔进行采样。右图给出了采样前后波形的变化。X*（t）采样前后波形的变化第55页,共112页，2024年2月25日，星期天信号的采样 －采样过程：以周期时间间隔T，把时间与幅值连续的模拟信号转变为一连串脉冲输出信号。 －τ为采样宽度，即K闭合的时间。－香农采样定理：若信号的最高频率为fmax，只要采样频率f≥2fmax

，采样信号就能唯一复现原信号。

第56页,共112页，2024年2月25日，星期天

量化

量化：用一组数码逼近离散模拟信号的幅值。量化过程：模拟信号－>数字信号。量化单位：A/D转换器的最低有效位LSB对应的模拟量。

q=(ymax-ymin)/(2n-1)量化误差：±1/2q

第57页,共112页，2024年2月25日，星期天必要性：A／D转换器都需要一定的时间完成量化及编码的操作。在转换过程中，如果模拟量变化，将直接影响转换精度。此外，当在同步系统中，几个并联的量均需要取同一瞬时的值。采样保持器的作用是：在采样时，其输出能够跟随输入变化；而在保持状态时，能使输出值不变。其输入输出特性如图所示。采样保持器

第58页,共112页，2024年2月25日，星期天

－孔径时间tA/D：完成一次A/D转换需要的时间。

－孔径误差：采样时刻的最大转换误差。

正弦信号受A／D转换时间的影响

第59页,共112页，2024年2月25日，星期天对于一定的转换时间tA/D误差的百分数和正弦波信号频率成正比。第60页,共112页，2024年2月25日，星期天采样定理：只有采样频率大于最高信号频率的2倍，采样信号和连续信号（输入信号）的频谱才是相等的，采样信号才能唯一复现原信号。为确保A/D转换精度，需要限制信号频率。当信号随时间变化较快时，A/D转换器需要采样保持器来保证转换期间输入恒定，以提高输入信号的频率范围。在A／D转换之前加采样／保持器，可将采样和转换分开，采样用极短的时间以保证信号的精度，A／D转换在保持期间进行，以便有足够的时间完成。连续信号和采样信号第61页,共112页，2024年2月25日，星期天最简单的采样／保持电路是由一个电容器和一个开关组成，如图a所示；典型的采样／保持器电路如图b所示。A。最简单的采样/保持电路B。使用运放的典型采样／保持电路第62页,共112页，2024年2月25日，星期天采样保持器：把t=kT时刻的采样值保持到A/D转换结束。采样：K闭合，CH快速充电，VOUT跟随VIN保持：K断开，A2的输入阻抗很高，VOUT保持VC

缓慢变化的信号无需采样保持器采样保持器的组成第63页,共112页，2024年2月25日，星期天采样／保持器的主要参数⑴采集时间（捕捉时间）：指从采样开始到输出稳定之间的时间。⑵转换速率：指输出变化的最大速率，单位V／s。⑶孔径时间：从采样转入保持时，采样开关完全断开所需的时间。⑷下跌率（衰减率）：在进入保持阶段后，由于开关的漏电流及保持电容泄漏,输出电压会下降，以mV／s表示。第64页,共112页，2024年2月25日，星期天常用的采样保持器随着大规模集成电路的发展，已生产出各种各样的采样/保持器。如用于一般目的有AD582、AD583、LF198/398等；用于高速的有THS-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500等；用于高分辨率的有SHA1144、ADC1130等。采样／保持器可分为三种：单片型、混合型和模块型。常用的集成单片采样／保持器有LFl98/LF298／LF398，三个系列工作原理相同，仅工作参数略有不同。LF398的控制电平为1时采样，电平为0时保持；AD583相反。第65页,共112页，2024年2月25日，星期天5.模拟量输入通道设计

器件：12位AD574A,采样保持器LF398,多路开关CD4051,并行接口芯片8255A

技术指标：

8通道模拟量输入12位A/D转换（转换时间25us)，量程0～10V查询应答方式

电路逻辑：

CD4051通道多路选择->PC0-PC2,通道禁止->PC3ADC574的STS高电平正在转换，低电平转换结束；LF398采样保持控制引脚8：高电平采样，低电平保持；LF398采样和保持->ADC547的STS+反相器AD574A的R/C,CS,CE->PC4-PC6转换状态检测STS->PA7数据输入：高4位->PA0-PA3，低8位->B口

第66页,共112页，2024年2月25日，星期天第67页,共112页，2024年2月25日，星期天

AD574A PROCNEAR CLD；DI自动增量

LEADI,BUF；将缓冲区地址送入寄存器DI（作用于后STOSW）

MOVBL,00000000B;

令CE，CS,R/C,INH=0,

0通道

MOVCX,8；计数器初值；初始化结束

ADC: MOVDX,2C2H

;C口地址

MOVAL,BL OUTDX,AL;

选择多路开关，STS=0,LF398采样

NOP NOP ORAL,01000000B；令CE=1,启动转换A/D

OUTDX,AL；

ANDAL,10111111B；令CE=0,形成启动脉冲

OUTDX,AL MOVDX,2C0H;A口地址

POLLING: INAL,DX

；测试STS，看转换是否结束

TESTAL,80H JNZPOLLING

；转换期间STS＝1，LF3980保持

MOVAL,BL ORAL,00010000B;转换结束，令R/C＝1，准备读

第68页,共112页，2024年2月25日，星期天

MOVDX,2C2H; OUTDX,AL ORAL,01000000B;令CE,R/C＝1，开始读

OUTDX,AL

MOVDX,2C0H;

读A口高4位

INAL,DX ANDAL,0FH MOVAH,AL

；高4位存在AH

INCDX;读B口低8位

INAL,DX

；低8位存在AL

STOSW;

数据存储入BUF缓冲区

INCBL ;

更换通道

LOOPADC；CX-1，CX≠0则循环

MOVAL,00111000B;CE=0，CS,R/C,INH=1,芯片复位

MOVDX,2C2H OUTDX,AL RETAD574A ENDP第69页,共112页，2024年2月25日，星期天模拟量输出接口由接口电路、控制电路、数／模转换器和电压／电流（V/I）变换器等构成。D/A转换器（DigitaltoAnalogConverter）是一种能把数字量转换成模拟量的电子器件。D／A转换器主要技术参数分辨率：D/A转换器输入二进制数的位数。最低有效位LSB对应满量程输出的1/2n转换时间：指数字量输入到完成D／A转换，输出达到最终值并稳定为止所需的时间。

精度：指D／A转换器实际输出电压与理论值之间的误差。线性误差：偏离理想转换特性的最大误差。常见D/A转换器类型：电流输出型，通常要转为电压，速度因外接放大器有滞后。

电压输出形，速度快，仅用于高阻抗负载。2.4模拟量输出接口技术第70页,共112页，2024年2月25日，星期天D／A转换器的输入输出特性1．输入缓冲能力D／A转换器是否带有三态输入缓冲器来保存输入数字量。2．数据的宽度D／A转换器通常有8位、10位、14位、16位之分。3．电流型还是电压型D／A转换器输出的是电流还是电压。4．输入码制即D／A转换器能接收哪些码制的数字量输入。5．单极性输出还是双极性输出。第71页,共112页，2024年2月25日，星期天D/A转换器的原理

D/A转换器有并行和串行两种，在工业控制中，主要使用并行D/A转换器。D/A转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换。解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻网络。第72页,共112页，2024年2月25日，星期天为了说明T型电阻网络的工作原理，现以四位D/A转换器为例加以讨论（随着电阻的逐个引入并联电阻值不断对分)，如图所示。T型电阻网络型D/A转换器第73页,共112页，2024年2月25日，星期天DAC0832芯片为20引脚，双列直插式封装。其引脚排列如图所示。（1）数字量输入线D7~D0（8条）（2）控制线（5条）（3）输出线（3条）（4）电源线（4条）

DAC0832引脚图D／A转换器芯片第74页,共112页，2024年2月25日，星期天DAC0832的技术指标

DAC0832的主要技术指标：（1）分辨率 8位（2）电流建立时间 1µS（3）线性度（在整个温度范围内）8、9或10位（4）低功耗 20mW（5）单一电源 +5~+15V第75页,共112页，2024年2月25日，星期天

DAC0832是电流输出型，电流稳定时间为1μs，采用20引脚双列直插式封装的8位D／A转换器。DAC0832内部由三部分电路组成，下图是DAC0832芯片的内部原理图。

DAC0832结构框图第76页,共112页，2024年2月25日，星期天内部具有两个锁存器：输入锁存器和DAC锁存器，分别由LE1，LE2控制:

高电平：寄存器直通 低电平：寄存器锁存

引脚说明：

DI0-DI7：数字输入

IOUT1,IOUT2：模拟电流输出端，IOUT1+IOUT2=常数C

第77页,共112页，2024年2月25日，星期天DAC0832的引脚功能如下：D0～D7：转换数据输入接口线，D0为最低有效位LSB，D7为最高有效位MSB。ILE：允许8位输入寄存器锁存控制信号线。：片选信号输入线。

1：写8位输入寄存器控制信号线。

2：写8位DAC寄存器控制信号线。：传输转换数据线。IOUT1：电流输出1端。IOUT2：电流输出2端。Rfb：标准电阻线，与外部运算放大器的输出相连，作为反馈电阻。VREF：基准电压源输入线。ANGD：模拟电路接地线。VCC：数字工作电压源输入线。DGND：数字电路接地线。第78页,共112页，2024年2月25日，星期天因DAC0832是电流输出型D/A转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，Rf为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图所示。运算放大器接法第79页,共112页，2024年2月25日，星期天直通方式

LE1，LE2都为12.单缓冲方式

就是使DAC0832的两个寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式3.双缓冲方式

就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式第80页,共112页，2024年2月25日，星期天ILE：输入寄存器锁存允许WR1：控制输入寄存器 WR2：控制DAC寄存器XFER：控制DAC寄存器DAC0832单缓冲形式：XFER，

WR2接地，这时DAC寄存器直通，ILE接高电平5v，WR1接I/O端口写信号控制，CS接接口地址译码片选DAC0832双缓冲形式：XFER，

WR2分别受接口地址信号、IO端口信号驱动，用于多个D/A转换器的同步第81页,共112页，2024年2月25日，星期天12位电流输出型D/A转换器DAC1210

第82页,共112页，2024年2月25日，星期天24脚双列直插内部具有两个输入寄存器（8/4位）和一个12位DAC寄存器，分别由LE控制。BYTE1/BYTE2字节控制信号控制数据输入高电平：DI0-DI11同时锁存到两个输入寄存器低电平：只将DI0-DI3锁存到4位输入寄存器

DAC寄存器的锁存控制端LE

高电平：Q＝D，输入寄存器与DAC寄存器直通低电平：DAC寄存器锁存WR1,WR2,CS,XFER,Rfb,VREF与DAC0832相同第83页,共112页，2024年2月25日，星期天2.4.2D/A转换接口技术

8位DAC0832与PC总线接口 －DAC0832工作方式为单缓冲寄存器。 －用反相放大器把输出电流转换为负极性电压

－工作过程：

1.端口地址+IOW有效->CS有效->LE1高电平->输入寄存器直通->输入数据进行D/A转换。

2.IOW变高->CS变高->LE1低电平->输入寄存器锁存->D/A转换输出保持。第84页,共112页，2024年2月25日，星期天第85页,共112页，2024年2月25日，星期天

－程序，端口地址300H。

MOVDX,300H MOVAL,7FH OUTDX,AL HLT

－电流输出端IOUT1,IOUT2的电位应接近0，以保证运放输出的线性，减小线性误差。第86页,共112页，2024年2月25日，星期天12位DAC1210与PC总线接口 －译码器对端口300H，301H，302H分别产生

Y0，Y1

，Y2用于DAC的控制，CS接地。 －PC总线数据线8路

8位输入寄存器：PC总线D0-D7 4位输入寄存器：PC总线D4-D7

－输出端用反相放大器把差动电流转换为负极性电压,经倒相后变为正极性电压输出。第87页,共112页，2024年2月25日，星期天第88页,共112页，2024年2月25日，星期天工作过程：

1.锁存高8位数据：Y0有效->BYTE1/BYTE2

高电平->当IOW

有效->D0-D7锁入8位输入寄存器，D4-D7锁入4位输入寄存器。2.锁存低4位数据：Y1有效->BYTE1/BYTE2

低电平->当IOW

有效->仅将D4-D7锁入4位输入寄存器，改写原内容。3.输入寄存器数据送到DAC寄存器：Y2有效->XFER

低电平->当IOW

有效->输入寄存器数据直通传送到DAC寄存器，并开始D/A转换。4.DAC寄存器锁存，D/A输出保持：

Y2,IOW

变高电平->LE＝0->DAC寄存器锁存数据，保持D/A转换输出。第89页,共112页，2024年2月25日，星期天

程序（将83FH转换为模拟电压）

MOVDX,300H;Y0有效

MOVAL,83H；送高8位数据

OUTDX,AL MOVDX,301H;Y1有效

MOVAL,F0H；送低4位数据

OUTDX,AL MOVDX,302H；Y2有效

OUTDX,AL；进行12位数据的D/A转换

HLT第90页,共112页，2024年2月25日，星期天2.5模拟量输出接口设计模拟量输出通道的任务是把计算机输出的数字量转换成模拟电压或电流信号，以便驱动相应的执行机构，达到控制的目的。模拟量输出通道一般由接口电路、D／A转换器、V／I变换等组成。1.模拟量输出通道的结构型式两种基本结构形式。（1）一个通路设置一个数／模转换器的形式有独立的接口缓冲器，转换速度快，工作可靠，但需要较多的D/A转换器一个通路设置一个D／A转换器的结构

第91页,共112页，2024年2月25日，星期天（2）多个通路共用一个数／模转换器的形式

微机控制下分时工作，转换速度较慢，工作可靠性差，需要有多路开关和采样保持器。但节省了D/A转换器共用D／A转换器的结构第92页,共112页，2024年2月25日，星期天VOUT2为双极性输出，且可推导得到VOUTl为单极性输出，若D为输入数字量，VREF为基准参考电压，且为n位D／A转换器，则有第93页,共112页，2024年2月25日，星期天图中VOUTl为单极性输出，若D为输入数字量，VREF为基准参考电压，且为n位D／A转换器，则有Vout1=-VREF×D/2n为单极性电压输出；由Vout/2R

+VREF/2R+Vout1/R=0得Vout=VREF×(D/2n-1-1)为双极性电压输出0V=02．单极性与双极性电压输出电路第94页,共112页，2024年2月25日，星期天运算放大器OA2的作用是将运算放大器OA１的单向输出转变为双向输出。表达式Vout=VREF×(D/2n-1-1)的比例关系可以用下图来表示。双极性输出线性关系图第95页,共112页，2024年2月25日，星期天

在实现0～5V、0～10V、1～5V直流电压信号到0～10mA、4～20mA转换时，可直接采用集成V／I转换电路来完成。集成V/I转换器（功能、参数以及引脚接线具体可参考产品使用手册）以V／I变换器ZF2B20为例。输出范围4～20mA，0～10mA输入范围0～10V电源范围10～32V低漂移，可用于控制和遥测子系统之间的信息传送和连接图所示电路是一种带初值校准的0～10V到4～20mA转换电路。

3.V／I变换V／I转换电路

第96页,共112页，2024年2月25日，星期天AD694输出范围4～20mA，0～20mA输入范围0～2V，0～10V电源范围4.5～36V可与电流输出型D/A转换器直接配合使用，实现程控电流输出具有开路和超限报警功能具体接线和调整可参考使用手册第97页,共112页，2024年2月25日，星期天自动/手动切换V/I变换(1)实现V/I变换功能，将0～5V或1～5V的输入信号变成0～10mA或4～20mA的直流输出电流(R9+W=500Ω或250Ω）

IL=Vi/(R9+W)(2)实现自动控制方式（A）和手动操作方式（H）之间的无扰切换从自动到手动无扰切换：A1与A2脱开，A2成为一高阻抗保持器，K1从A→H时V2不变，则IL也保持不变。手动操作将通过电动单元仪表等控制第98页,共112页，2024年2月25日，星期天从手动到自动无扰切换：（手动到自动无扰切换必须使输出电路具有输出跟踪功能）由DI读入开关量信息，确定当前是否处于手动状态若自动状态则A/D为开路，程序执行自动控制运算。若在手动状态，则先由A/D读入Vf，然后输出相应数字量由并D/A转换成Vi输出，则使得Vi总是跟踪Vf的变化与其保持一致，这样就可以保证当从手动切换到自动时IL保持不变。第99页,共112页，2024年2月25日，星期天4.模拟量输出通道设计第100页,共112页，2024年2月25日，星期天DOUT PROCNEARMOVDX,3