第六讲模拟量输入输出精选PPT.ppt

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1、第六讲模拟量输入输出第六讲模拟量输入输出第1页，此课件共41页哦生产过程控制系统结构示意图生产过程控制系统结构示意图 过过程程对对象象被被控控对对象象 传感器传感器 变送器变送器执行机构执行机构 传感器传感器执行机构执行机构传感、执行传感、执行检测检测/控制控制微微机机主主机机操作台操作台电平变换电平变换功放驱动功放驱动I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口I/O接口接口A/DD/A DI DO输入调理输入调理V/I变换变换I/O通道通道信号调理信号调理打印机打印机显示器显示器I/O接口接口变换变换信号处理信号处理模拟量模拟量数字量数字量频率、其他频率、其他第2页，此课件共41页哦模拟量模

2、拟量I/O接口接口l模拟量的概念（信号连续量）：模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型：过程典型：过程控制、各类监控控制、各类监控/自动化系统自动化系统l转换输入输出转换输入输出:实验实验P22输入：输入：V/F计数器计数器-输出：计数器输出：计数器F/V(LM331)；PWM调宽（时间）调宽（时间）F/VV/F模模拟拟信信号号T/C8253/8254MPUADC/DAC脉冲脉冲频率频率第3页，此课件共41页哦模拟量转换与模拟量转换与I/O通道通道1.模数转换模数转换-ADC 数模转换数模转换-DAC Analog to Digital Converter/Digital

3、 to Analog Converter 2.模入与模出通道的组成：模入与模出通道的组成：输入通道输入通道:(高精度测量高精度测量,1%0.05%,可分时采样可分时采样,同步采样同步采样)Multiplexer：（：（6.4）多路转换器（开关，（模拟）多路）多路转换器（开关，（模拟）多路(电子电子)开关开关 1-N,N-1,N选一）：选一）：N路入一路输出：巡回扫描路入一路输出：巡回扫描/分时转换；分时转换；Sample/Holder：(6.5)捕捉后保持信号（电容）捕捉后保持信号（电容）Voltage reference:电压基准源电压基准源输出通道输出通道:(精度精度,同步输出同步输出,输

4、出保持输出保持-动态扫描动态扫描)调理放大调理放大MUX S/HADC数字量数字量(MPU)传感器传感器Vref 放大放大驱动驱动执行执行机构机构Vref复习：运算放大器复习：运算放大器DACV/I调理调理MUX,S/H数字量数字量(MPU)第4页，此课件共41页哦DAC原理原理Iout1等效电阻等效电阻=RIout2V0R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络VrefRfb参见书参见书P365 图图6.3第5页，此课件共41页哦DAC接口电路原理接口电路原理电压型电流型（外接：同相反相输出）电压型电流型（外接：同相反相输出）D/A转换器原理框图转换器原理框图第6页，此课件共41页哦DAC主要技术指标

5、主要技术指标（P367）分辨率分辨率 Resolution（LSB）所对应的模出电流）所对应的模出电流(压压)值值满量程稳定（建立）时间满量程稳定（建立）时间(setting time)电压型（输出电平）电流范围绝对精度（对应电压型（输出电平）电流范围绝对精度（对应max数字量：数字量：单位单位LSB）（最大）相对精度（单位（最大）相对精度（单位LSB或或%）Full-scale error线性误差（最大值）线性误差（最大值）Linear Error温度系数温度系数(xxx vs.Temperature)电源灵敏度电源灵敏度(Power supply sensitivity)接口方式接口方式第

6、7页，此课件共41页哦典型典型DAC(一一)8位位DAC0832(P368)Vref DIout1=R 256单单 电电 源源：+5V+15V；Vref:-10V+10V；低低功功耗耗：20mW；分分辨辨率率：8位位；线线性性误误差差：0.2%(FS)；NL误误差差：0.4%(FS)；建建立立时时间间：1s；温温度度系系数数：200ppm/；输输出出方方式式：电流电流。第8页，此课件共41页哦DAC0832功能结构图功能结构图双缓冲结构双缓冲结构CPU数据数据基准电压源基准电压源输出输出（I）CPU控制控制第9页，此课件共41页哦DAC 0832三种工作方式三种工作方式输入锁存器和输入锁存器和

7、DAC寄存器的不同的控制寄存器的不同的控制:（1）直通方式）直通方式输入寄存器和输入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式。此时提供给寄存器都接成直通方式。此时提供给DAC的数的数据，必须来自锁存端口据，必须来自锁存端口(/LE1=/LE2=0);（2）单缓冲方式）单缓冲方式控控制制输输入入寄寄存存器器和和DAC寄寄存存器器同同时时跟跟随随或或锁锁存存数数据据，或或只只控控制制这这两两个个寄寄存存器器之之一一，而而另另一一个个接接成成直直通通方方式式(/LE=0)。此此方方式式适适用用于于只只有有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。有效数据有效数

8、据MOV DX,288HOUT DX,AL(288H)第10页，此课件共41页哦DAC 0832三种工作方式三种工作方式（3）双缓冲方式）双缓冲方式分别控制输入寄存器和分别控制输入寄存器和DAC寄存器，此方式适用于多路寄存器，此方式适用于多路D/A同时输同时输出的情形：使各路数据分别锁存于各输入寄存器，然后同时（相同出的情形：使各路数据分别锁存于各输入寄存器，然后同时（相同控制信号）打开各控制信号）打开各DAC寄存器、实现寄存器、实现同步转换同步转换。有效数据有效数据输入寄存器更新输入寄存器更新模出更新模出更新第11页，此课件共41页哦DAC 0832同步转换控制同步转换控制(接口接口)DB第

9、12页，此课件共41页哦典型典型DAC(二二)12位位DAC1210高高8位位 低低4位位 锁存锁存(B1=1)第13页，此课件共41页哦DAC1210控制时序控制时序:自动传输自动传输高高8位锁存位锁存(低低4位位锁存也已变锁存也已变覆盖低覆盖低4位位,全部全部12位位传送到传送到DACXFER=0有效数据有效数据有效数据有效数据第14页，此课件共41页哦DAC1210控制时序控制时序:独立处理器传输控制独立处理器传输控制加载高加载高8位输入锁位输入锁存存(低低4位也改变位也改变)覆盖低覆盖低4位输位输入锁存入锁存12位传送到位传送到DAC有效数据有效数据有效数据有效数据OUT DX,AL

10、;OUT DX,AL 第15页，此课件共41页哦模数转换器模数转换器ADC分类：分类：双积分双积分/逐次比较逐次比较/V/F型型 二二重重积积分分/双双积积分分式式（比比 较较 两两 个个 积积 分分 时时 间间：计计 数数）先先 积积 分分 Vi时时 间间 到到VA=T0*Vi/RC,再再切切换换到到Vref,(放放电电至至0)VA=-T1*Vref/RC-Vi=-Vref*T1/T0 (计计时由时钟脉冲计数得到时由时钟脉冲计数得到)-积分器积分器+比较器比较器+计数器计数器 ms级级,抗串模干扰抗串模干扰(0均值均值)。逐次比较逐次比较-DAC+比较器比较器+SAR（逐次逼（逐次逼近寄存器

11、）近寄存器）第16页，此课件共41页哦模数转换器模数转换器ADC性能指标性能指标分辨率（分辨率（LSB）所对应的模入电平值；所对应的模入电平值；1/2n Vref(单极性单极性)；精度精度 1，1/2，LSB（绝对：理想与实际差的（绝对：理想与实际差的max：mv/相对：相对：vs.FS，%）转换时间转换时间 Tc，转换速率，转换速率 1/Tc AD574-35s，30KHZ；AD578 5s，200KHZ电源灵敏度电源灵敏度(PS Rejection)（1%变化变化/参数）参数）转换误差转换误差nLSB；(AD574:15V1.5/12V0.6;5V0.5,n=12)量程量程 单单/双极性范

12、围（双极性范围（AD574A:010V,020V/-5+5V,-10V+10V)；输出电平输出电平（多（多TTL）与）与接口接口（P8/16位）位）/数据格式数据格式（BCD/BIN）：（是否三态；）：（是否三态；锁存）锁存）8/10/12/14/16bits 3 1/2,4 1/2,5-逻辑设计逻辑设计 启动转换，启动转换，EOC条件，结果条件，结果读取读取温度范围温度范围（存、用军（存、用军-55125（工）民（工）民070）其他其他 温漂温漂(nLSBppm/)功耗功耗(850mWAD574A)输入电阻输入电阻(10K)输入转换整体精度的影响因素输入转换整体精度的影响因素 （Vref,V

13、+/V-/Vcc,L-err,Resol,T）第17页，此课件共41页哦典型典型ADC芯片芯片(1)MC14433：3（1/2）精精度度，自自校校零零，自自动动极极性性；字字位位动动态态BCD，千千个个位位轮轮流流在在Q0Q3上上输输出出，DS1DS34同同步步字字典典位位选选通通对对应应Q0Q3上上1/2（千千位位，含含符符号号）、百百、十十、个个输输出出，宽宽18CLK），110HZ;DU转转换换更更新新（EOC为为1/2CLK周周期期宽宽正正脉脉冲冲，/OR为为过过量量程输出）程输出）(Vref=+2/+200mV,R1、C1改改 变变 时时 钟钟 频频 率率，2V时时 R1=0.1F，

14、R1=470K，200mV时时R1=27K)(2)ADC0809：逐次逼近式：逐次逼近式8位位ADC带带P接口、接口、8路路Multiplexer，100s(3)AD574A 12位逐次逼近式带位逐次逼近式带Vref和时钟，和时钟，P接口接口,高速高速ADC 35s兼容芯片兼容芯片:AD674B(15s),AD774B:(8s)AD1674(10s+内部内部S/H)第18页，此课件共41页哦ADC 0809(Top View)D7D6D5D4D0D2D1D3第19页，此课件共41页哦ADC0809功能结构功能结构（ALE上升沿上升沿锁存地址编码）锁存地址编码）（min 10K,Typ640K,

15、max 1280K）输入信号输入信号:GND0.1VVCC+0.1VRi 1K(min)/2.5K(Typ)(Vin-Vref-)(Vref+-Vref-)*256第20页，此课件共41页哦ADC0809工作时序工作时序 CH选择选择EOCOE或或EOCIRQ申请中断申请中断启动启动CLK(1/F)=1/640KHZOE=1读允许读允许第21页，此课件共41页哦ADC0809典型应用典型应用通道地址通道地址第22页，此课件共41页哦12位高速位高速ADC-AD574AAD674B/AD774B第23页，此课件共41页哦AD1674 ADC内部结构内部结构AD574A管脚兼容管脚兼容第24页，此

16、课件共41页哦AD574A单极性输入单极性输入MPU数据数据总线总线第25页，此课件共41页哦AD574A双极性输入双极性输入第26页，此课件共41页哦AD574A逻辑真值表逻辑真值表DGNDVCC第27页，此课件共41页哦AD574转换时序转换时序第28页，此课件共41页哦AD574读时序读时序第29页，此课件共41页哦AD574A应用应用(参见参见p388 图图6.26)程序：查询式（有无问题？）程序：查询式（有无问题？）START：MOV DX，DR0OUTDX，ALMOVDX，DR3TEST：INAL，DX;?TESTAL，80HJNZTESTMOVDX，DR1INAL，DXMOVBH

17、，ALMOVDX，DR2INAL，DXMOVBL，AL跳码现象与数字滤波的概念跳码现象与数字滤波的概念平平均均滤滤波波（4），MAX-MIN平平均均（5），一一阶阶惯惯性性滤滤波波，区区间间滑滑动动滤滤波波（实实验验P70）第30页，此课件共41页哦第31页，此课件共41页哦多路转换器多路转换器Multiplexer(MUX)用途（作用）用途（作用）:信号复用信号复用机机械械（干干簧簧继继电电器器、水水银银R等等）：导导通通电电阻阻小小，断断开开高高阻阻隔隔离离，百百万万次次，400HZ电电子子模模拟拟开开关关：晶晶体体管管、场场效效应应管管、IC导导通通电电阻阻大大（几几十十（百百）欧欧姆姆

18、），断开高阻不独立，隔离？断开高阻不独立，隔离？(信号限制信号限制-共模电压共模电压)高速高速Analog Multiplexer-N-1，1-N 分时使用分时使用1端器件端器件典型典型MUX芯片芯片单向单向/双向双向 CD4051B 8-1 双向双向，带，带INH端（端（=0使能）；使能）；LF13508（NSC）/DG508 8-1;LF13509 差分输入四选一差分输入四选一AD7501/3八选一单向八选一单向(7501EN=0/7302EN=1);CD7502双四选一双四选一逻逻辑辑关关系系简简单单：通通道道选选择择信信号号需需外外加加锁锁存存；电电平平匹匹配配问问题题CMOS+5时时

19、TTL兼容；兼容；+15V时时HTL第32页，此课件共41页哦AD7501 多路复用开关多路复用开关 第33页，此课件共41页哦LF13508/13509 MUX 逻辑结构逻辑结构第34页，此课件共41页哦主要性能参数主要性能参数Ron：导通电阻导通电阻(170300欧欧),Ronvs接通电阻的温度漂移接通电阻的温度漂移(.5%/)。Is(off)：漏电流。在开关断开时漏电流。在开关断开时,仍有电流通过开关（仍有电流通过开关（0.22nA）。）。Iout(off)：开关断开时，输出端的电流。开关断开时，输出端的电流。(110nA)。ton(s)：选通信号选通信号EN达到达到50到开关接通的时间

20、延迟。到开关接通的时间延迟。(0.8s);toff(0.8)。Ts：选通信号选通信号EN达到达到50到开关断开时的延迟。到开关断开时的延迟。Cs：开开关关断断开开时时，开开关关对对地地电电容容。(5pF);Cout开开关关断断开开时时，输输出出端端对对地地电容。电容。(30pF)Topen：切切换换时时间间。从从一一个个通通道道接接通通状状态态到到另另一一个个通通道道接接通通状状态态之之间间两两个个开开关关断开的时间。断开的时间。电电源源：电电源源电电压压VDD、VSS和和VEE。模模拟拟开开关关能能接接通通的的最最大大模模拟拟电电压压范范围围为为？（VDDVEE）。Is：开关电流（开关电流（

21、switch current）。）。第35页，此课件共41页哦采样保持器（采样保持器（Sample/Holder)作用：作用：快变模拟信号转换误差快变模拟信号转换误差量化误差量化误差参数：参数：工作电压；捕捉时间；输入电阻；输出电阻工作电压；捕捉时间；输入电阻；输出电阻;封装封装;功耗功耗K闭合：跟随闭合：跟随K 断开断开:保持保持常用常用S/H芯片芯片 LF1/2/398,AD582K.AD583K第36页，此课件共41页哦典型典型S/H芯片芯片LF1/2/398；5V18V；10s（10V变变化化0.1%精精度度1000PF，4s；0.01sF,20s）0.01F,0.01%时时 为为 2

22、5us,HOLD下下 降降 率率 3mV/S）;0.002%增增 益益 精精 度度;(6s0.01%)M,;DIP8P/SOP14/Mmetal Can8;500mW;工工艺艺Bi-FET;控控制制基基准准 1SAMPLE（跟跟踪踪）(直直接接接接TTL，CMOS，PMOS电电平平；门门坎坎电电压压1.4V)；捕捕捉捉时时间间/保保持持下下降降率率与与Ch有有关关；Ch最最好好为为聚苯聚苯/聚四氟乙烯电容。聚四氟乙烯电容。第37页，此课件共41页哦基准电压源基准电压源VrefAD584（2.500V/5.000/7.500/10.00V）;AD580 2.500V;AD581-10.00V;L

23、M336-2.5/5;5.0V+/-0.1V;10mA7805-5+/-0.25V3.9K+10VVref第38页，此课件共41页哦模拟接口电路应用与小结模拟接口电路应用与小结1.DAC-ADC-MUX-S/H:模拟模拟I/O通道通道(精度精度-分辨率分辨率)2.基准地基准地-DGND-AGND单点共地单点共地3.电气隔离问题电气隔离问题4.基准源基准源5.MPU接口接口第39页，此课件共41页哦4通道同步通道同步30MS/s模拟量输入卡模拟量输入卡PCI-1714_B主要特点：主要特点：12位位A/D转换器的采转换器的采样速率可达样速率可达30MS/s 4路单端模拟量输入路单端模拟量输入每个输入通道的增益每个输入通道的增益可编程可编程32k板载板载FIFO4个个A/D转换器同时采转换器同时采样样多种多种A/D触发模式触发模式可编程触发器可编程触发器/定时器定时器第40页，此课件共41页哦12位位PCI总线多功能数据采集卡总线多功能数据采集卡PCI-1718HDU_B12位位A/D12位位D/A数字量输入数字量输入数字量输出数字量输出计数计数/定时器定时器可编程放大可编程放大 第41页，此课件共41页哦