第三章_计算机控制系统-输入输出接口技术.ppt

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1、第三章第三章第三章第三章第三章第三章 计算机的输入输出接口技术计算机的输入输出接口技术 Input&Output Interface of ComputerDepartment of Control Science Department of Control Science&Engineering,&Engineering,ZhejiangZhejiang University University-计算机控制系统计算机控制系统-1/21/20231第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章本章主要内容本章主要内容F模拟量输出接口模拟量输出接口F模拟量输入接口模拟量输入接口F开关量

2、输入输出接口开关量输入输出接口F人人-机交互接口机交互接口1/21/20232第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章第一节第一节 Unit 1模拟量输出接口模拟量输出接口Analog Output Interface -计算机控制系统计算机控制系统-1/21/20233第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章本节主要内容本节主要内容FD/A转换器原理及器件转换器原理及器件FD/A转换器接口与隔离技术转换器接口与隔离技术FD/A转换模板的标准化设计转换模板的标准化设计1/21/20234第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1 模拟量输出接口模拟

3、量输出接口模拟量输出接口的功能模拟量输出接口的功能模拟量输出接口的组成模拟量输出接口的组成接口电路接口电路接口电路接口电路控制电路控制电路控制电路控制电路数数数数/模转换器（模转换器（模转换器（模转换器（D/AD/A）电压电压电压电压/电流（电流（电流（电流（V/IV/I）变换器等变换器等变换器等变换器等1/21/20235第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 D/A转换器原理及器件（转换器原理及器件（1）D/AD/A转换器工作原理转换器工作原理转换器工作原理转换器工作原理输入的数字量是二进制代码按数位的组合，输入的数字量是二进制代码按数位的组合，输入的数字量是二进

4、制代码按数位的组合，输入的数字量是二进制代码按数位的组合，如任一个如任一个如任一个如任一个8 8位数位数位数位数DATA=DDATA=D0 02 20 0+D+D1 12 21 1+D+D2 22 22 2+D+D3 32 23 3+D+D4 42 24 4+D+D5 52 25 5+D+D6 62 26 6+D+D7 72 27 7 其中，其中，其中，其中，DDi i =0=0或或或或1 1，2 20 0，2 21 1，2 27 7分别为对应数位分别为对应数位分别为对应数位分别为对应数位的权码。的权码。的权码。的权码。D/AD/A转换要将数字量转换成模拟量，必须先转换要将数字量转换成模拟量，

5、必须先转换要将数字量转换成模拟量，必须先转换要将数字量转换成模拟量，必须先把每一位代码按其把每一位代码按其把每一位代码按其把每一位代码按其“权权权权”的大小转换成相应的模拟量，的大小转换成相应的模拟量，的大小转换成相应的模拟量，的大小转换成相应的模拟量，然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量相应的然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量相应的然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量相应的然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量相应的模拟量。模拟量。模拟量。模拟量。1/21/20236第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 D/A转换器原理及器件（转换器原理及器件（2

6、）D/A转换器的主要组成转换器的主要组成基准电压基准电压VREFT型（型（R-2R）电阻网络电阻网络位切换开关位切换开关BSi（i=0，1，n-1）运算放大器运算放大器A输出电压输出电压VOUT与输入二进制数与输入二进制数D0 Dn-1的关系的关系 VOUT=VREF（D020+D121+D222+Dn-12n-1）/2n1/21/20237第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 D/A转换器原理及器件（转换器原理及器件（3）T型网络组成的型网络组成的D/A转换器原理图转换器原理图VREF（基准电压）基准电压）20212n-3 2n-2 2n-10101010110B

7、Sn-1BSn-2BSn-3BS1BS02R2R2R2R2R2RRRRRRAVOUT1/21/20238第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 D/A转换器原理及器件（转换器原理及器件（4）D/A转换器性能指标转换器性能指标分辨率分辨率稳定时间（又称转换时间）稳定时间（又称转换时间）绝对精度绝对精度相对精度相对精度线性误差线性误差1/21/20239第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 D/A转换器芯片介绍转换器芯片介绍D/A转换器的种类转换器的种类按数字量输入方式，有按数字量输入方式，有并行输入和串行输入并行输入和串行输入按模拟量输出方式

8、按模拟量输出方式电流输出和电压输出电流输出和电压输出按按D/A转换的分辩率转换的分辩率低分辩率、中分辩率和高分辩率低分辩率、中分辩率和高分辩率1/21/202310第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 8位转换器芯片位转换器芯片DAC0832（1）主要组成部分主要组成部分8位输入寄存器位输入寄存器8位位DAC寄存器寄存器采用采用T型电阻网络的型电阻网络的8位位D/A转换器转换器输入控制电路输入控制电路分分辨辨率率为为8位位，电电流流输输出出，稳稳定定时时间间1微微秒秒(s)，20脚双列直插式封装。脚双列直插式封装。1/21/202311第三章 计算机输入输出接口技术

9、第三章第三章第三章第三章3-1-1 8位转换器芯片位转换器芯片DAC0832（2）DAC0832内部原理框图内部原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC8位位DAC转换器转换器8位位DAC寄存器寄存器8位位输入输入寄存器寄存器LE1LE2当当LE1=1时，时，Q=D当当LE1=0时，锁存数据时，锁存数据（MSB）DQDQ（LSB）DI 7DI 0ILECSWR1XFERWR21/21/202312第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 8位转换器芯片位转换器芯片DAC0832（3）8位转换器芯片位转换器芯片DAC0832引脚主要功能引脚主要功能

10、DI0DI7：数据输入线数据输入线ILE、CS和和WR1同同时时有有效效时时，输输入入寄寄存存器器的的输输出出端端Q跟跟随随输输入入端端D的的电电平平变变化化而而变变化化；当当LE1端端为为低低电电平平“0”时时，原原D端端输输入入数数据据被被锁锁存存于于Q端，端，D端电平的变化不影响端电平的变化不影响Q端端当当WR2 和和XFER同同时时有有效效时时，DAC寄寄存存器器LE2端端为为高高电电平平“1”，此此时时将将第第一一级级位位输输入入寄寄存存器器Q端端的的状状态态锁锁存存到到第第二二级级8位位DAC寄寄存存器器中中，以便进行以便进行D/A转换。转换。1/21/202313第三章 计算机输

11、入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 123-1-1 12位转换器芯片位转换器芯片位转换器芯片位转换器芯片DAC1210DAC1210（1 1）与与8位位DAC0832的的2点区别点区别分分辨辨率率为为12位位，有有12条条数数据据输输入入线线（DI0DI11），），采用采用24脚双列直插式封装。脚双列直插式封装。可用字节控制信号可用字节控制信号BYTE1/2控制数据的输入控制数据的输入该该信信号号为为高高电电平平时时，12位位数数据据（DI0DI11）同时存入第一级的两个输入寄存器；同时存入第一级的两个输入寄存器；当当 该该 信信 号号 为为 低低 电电 平平 时时，只只 将将

12、低低 4位位 数数 据据（DI0DI3）存入低存入低4位输入寄存器。位输入寄存器。1/21/202314第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-1 123-1-1 12位转换器芯片位转换器芯片位转换器芯片位转换器芯片DAC1210DAC1210（2 2）DAC1210原理框图原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCC12位位D/A转转换换器器8位位输入输入寄存器寄存器LE1LE2（MSB）DQDQ（LSB）BYTE1/2CSWR1XFERWR2LE312位位DAC寄寄存存器器4位位输入输入寄存器寄存器DI 7DI 6DI 5DI 4DI 3DI 2D

13、I 1DI 0DI 11DI 10DI 9DI 81/21/202315第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-13-1-1串行输入串行输入串行输入串行输入D/AD/A转换器转换器转换器转换器AD7543AD7543（1 1）AD7543是是分分辨辨率率为为12位位的的CMOS单单片片串串行行输输入入D/A转转换换电电路路，其其数数字字量量输输入入端端仅仅有有一一条条引引线线，12位位数数字字量量由由高高位位到到低低位位逐逐次次一一位位输入位位输入AD7543的组成的组成一个一个12位串行输入并行输出移位寄存器位串行输入并行输出移位寄存器12位输入寄存器位输入寄存器12位

14、位D/A转换电路转换电路1/21/202316第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-13-1-1串行输入串行输入串行输入串行输入D/AD/A转换器转换器转换器转换器AD7543AD7543（2 2）AD7543原理框图原理框图VREFIOUT2IOUT1RFBAGNDDGNDVCCSRI12位位D/A转换转换器器12位位DAC寄存寄存器器12位位串行串行输入输入移位寄移位寄存器存器STB4STB3STB2STB1LD1LD2CLR1/21/202317第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 D/A转换器接口转换器接口CPU与与D/A转换器间设置

15、接口电路的功能转换器间设置接口电路的功能数据传送数据传送地址选择地址选择读写控制读写控制外外加加寄寄存存器器（如如果果D/A芯芯片片内内部部无无输输入入寄寄存器）存器）数据缓冲数据缓冲1/21/202318第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 8位位D/A转换器接口（转换器接口（1）8位位D/A转换器接口电路示意图转换器接口电路示意图数数据据线线地地址址线线控制线控制线数据缓冲数据缓冲3:8地址译码地址译码电压输出电压输出1/21/202319第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 8位位D/A转换器接口（转换器接口（2）D0D7是是从从C

16、PU过过来来的的8位位数数据据线线，也也即即是是需要被转换的数据需要被转换的数据数据线驱动数据线驱动74LS244三三八译码器八译码器74LS138VOUT输出对应的模拟电压输出对应的模拟电压1/21/202320第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 12位位D/A转换器接口（转换器接口（1）若用若用8位数据线（位数据线（D0D7）来传送来传送CPU须分两次传送须分两次传送12位被转换数位被转换数将将D/A转转换换的的12位位数数据据分分成成低低4位位和和高高8位位，先先将将低低4位位数数据据传传给给低低4位位输输入入寄寄存存器器，再再将将高高8位位数数据据传传给给

17、8位位输输入入寄寄存存器器，最最后后将将12位位输输入入寄寄存存器器的的状状态态传传给给12位位DAC寄存器，并启动寄存器，并启动D/A转换转换1/21/202321第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 12位位D/A转换器接口（转换器接口（2）若若采采用用16位位或或16位位以以上上的的CPU时时，可可以以一一次次性性的的将将12位位数数据据传传送送给给D/A转换器转换器将将D/A转转换换的的12位位数数据据分分成成高高4位位和和低低8位位，低低8位位通通过过数数据据线线直直接接传传送送，高高4位位是是借借助助地地址址译译码码空空闲闲的的地地址址线线A8A11来来

18、实现实现1/21/202322第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2串行输入串行输入12位位D/A转换接口转换接口串串行行输输入入式式D/A转转换换器器具具有有接接线线少少、易易隔隔离离、能远传等优点，可以很方便地与能远传等优点，可以很方便地与CPU连接连接。串行输入、串行输入、12位位D/A转换接口电路示意图转换接口电路示意图数据输入数据输入清清D/A移位信号移位信号启动信号启动信号电压输出电压输出1/21/202323第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 3-1-2 D/AD/A转换器接口的隔离技术（转换器接口的隔离技术（转换器接口的隔

19、离技术（转换器接口的隔离技术（1 1）隔离的必要性隔离的必要性光电耦合器光电耦合器由由发发光光二二极极管管和和光光敏敏三三极极管管封封装装而而成成，具具有有类类似似普通三极管的输入普通三极管的输入-输出特性输出特性模拟信号隔离模拟信号隔离利利用用光光电电耦耦合合器器的的线线性性区区，既既满满足足转转换换的的隔隔离离，又实现电压电流变换又实现电压电流变换数字信号隔离数字信号隔离利用光电耦合器的开关特性，实现数字信号隔离。利用光电耦合器的开关特性，实现数字信号隔离。1/21/202324第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-2 3-1-2 D/AD/A转换器接口的隔离技术（

20、转换器接口的隔离技术（转换器接口的隔离技术（转换器接口的隔离技术（2 2）模拟信号隔离模拟信号隔离只使用少量的光电耦合器，成本低；只使用少量的光电耦合器，成本低；但但调调试试困困难难，若若光光电电耦耦合合器器挑挑选选不不合合适适，将会影响转换的精度和线性度。将会影响转换的精度和线性度。数字信号隔离数字信号隔离调试简单，不影响转换的精度和线性度；调试简单，不影响转换的精度和线性度；缺缺点点是是使使用用较较多多的的光光电电耦耦合合器器等等元元器器件件，成本高。成本高。1/21/202325第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-3 D/A转换模板的标准化设计转换模板的标准化设

21、计D/A转换模板的设计原则转换模板的设计原则硬件与软件的合理结合硬件与软件的合理结合安全可靠安全可靠性能与经济的统一性能与经济的统一通用性通用性符合总线标准符合总线标准用户可任意选择接口地址：由基址和片址组成用户可任意选择接口地址：由基址和片址组成用户可任意选择输出方式：电流或电压输出用户可任意选择输出方式：电流或电压输出1/21/202326第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-3 D/A转换模板的设计举例（转换模板的设计举例（1）D/A转换模板的设计步骤转换模板的设计步骤确定性能指标确定性能指标设计电路原理图和选择集成电路芯片设计电路原理图和选择集成电路芯片设计和制

22、造电路印刷板设计和制造电路印刷板焊接和调试电路板焊接和调试电路板1/21/202327第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-1-3 D/A转换模板的设计举例（转换模板的设计举例（2）4路路8位位D/A转换原理框图转换原理框图 转换电路原理图见教材转换电路原理图见教材D/AV/ID/AV/ID/AV/ID/AV/I8道道光电光电耦合器耦合器4道道光电光电耦合器耦合器数数 据据寄存器寄存器控控 制制寄存器寄存器数数 据据缓冲器缓冲器地址选地址选择及控择及控制电路制电路A0A9 Iout0Iout1Iout2Iout348IOWAEND0D71/21/202328第三章 计算机输

23、入输出接口技术第三章第三章第三章第三章第二节第二节 Unit 2模拟量输入接口模拟量输入接口Analog Input Interface-计算机控制系统计算机控制系统-1/21/202329第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章本节主要内容本节主要内容FA/D转换原理及器件转换原理及器件FA/D转换器接口与隔离技术转换器接口与隔离技术FA/D转换模板的标准化设计转换模板的标准化设计1/21/202330第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2 模拟量输入接口模拟量输入接口模拟量输入接口（又称为模拟量输入接口（又称为A/D通道）通道）模拟量输入接口的组成模拟

24、量输入接口的组成多路模拟切换开关多路模拟切换开关前置放大器前置放大器采样保持器采样保持器 模数转换器（模数转换器（模数转换器（模数转换器（A/DA/D）控制电路等控制电路等A/D转换器的性能指标类似于转换器的性能指标类似于D/A转换器转换器1/21/202331第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 逐位逼近法（逐位逼近法（1）逐位逼近式逐位逼近式A/D的工作原理的工作原理从从SAR输出的数码送至输出的数码送至D/A，其输出电压其输出电压Vf与模拟与模拟量输入量输入Vin 比较后，再控制比较后，再控制SAR的数字逼近的数字逼近Vin模拟量输入模拟量输入数字量数字量输

25、出输出寄存器寄存器D/AD/A转换器转换器转换器转换器逐位逼近寄存逐位逼近寄存逐位逼近寄存逐位逼近寄存器（器（器（器（SARSAR）控制时序控制时序和逻辑电路和逻辑电路比较器比较器+Vf（反馈电压）反馈电压）逐位逼近式逐位逼近式A/D转换器原理框图转换器原理框图 D0D71/21/202332第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 逐位逼近法（逐位逼近法（2）理想的理想的2位位A/D转换器示意图转换器示意图VREF+VREF1D1D0来自来自SAR01001S00S01S02S03S10S11V0VINVfD/A转换的输出电转换的输出电压压Vf大小取决于正、大小取决

26、于正、负基准电压源负基准电压源（VREF+，VREF-）和开关树中各位开和开关树中各位开关关Sij的状态的状态(来自来自于于SAR）1/21/202333第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 逐位逼近法（逐位逼近法（3）对一个对一个n位的逐位逼近式位的逐位逼近式A/D 转换输出的二进转换输出的二进制数字量制数字量B与输入模拟电压与输入模拟电压VIN、正基准电压正基准电压VREF+、负基准电压负基准电压VREF-的关系为的关系为设设A/D转转换换器器为为位位，VREF+=5.00V，VREF-=0V，则则VIN为为0V、2.5V、5.0V对对应的数字量分别为应的数字

27、量分别为00H、7FH、0FFH。1/21/202334第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 逐位逼近式逐位逼近式A/D芯片介绍芯片介绍逐位逼近式逐位逼近式A/D芯片品种很多，可满足各芯片品种很多，可满足各种需要种需要8位位A/D转换器芯片转换器芯片12位位A/D转换器芯片转换器芯片1/21/202335第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 双积分式双积分式A/D转换器（转换器（1）双积分式双积分式A/D转换器特点转换器特点是一种间接是一种间接A/D转换技术。转换技术。模拟电压先转换成积分时间，然后转换成计数脉模拟电压先转换成积分时间

28、，然后转换成计数脉冲数，最后将代表模拟输入电压大小的脉冲数转冲数，最后将代表模拟输入电压大小的脉冲数转换成换成BCD码输出。码输出。转换时间较长，一般需要四五十毫秒。转换时间较长，一般需要四五十毫秒。器器件件少少、使使用用方方便便、抗抗干干扰扰能能力力强强、数数据据稳稳定定、价价格格便便宜宜，适适用用于于非非快快速速计计算算机机过过程程控控制系统或精度要求较高的地方。制系统或精度要求较高的地方。1/21/202336第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 双积分式双积分式A/D转换器（转换器（2）双积分式双积分式A/D转换器的工作原理转换器的工作原理先对模拟输入电压

29、先对模拟输入电压Vin进行固定时间进行固定时间t1的正向积分，的正向积分，积分器的输出电压上升的速率与输入电压积分器的输出电压上升的速率与输入电压Vin成正比成正比当固定时间当固定时间t1到后，计数器清零，对积分器进行反到后，计数器清零，对积分器进行反向积分，并自动按一定的频率进行计数。积分器的向积分，并自动按一定的频率进行计数。积分器的输出电压，从正向积分结束时的输出电压，从正向积分结束时的VI开始以恒定的斜开始以恒定的斜率下降，当反向积分使其积分器输出为零时，关闭率下降，当反向积分使其积分器输出为零时，关闭计数器计数，完成一次计数器计数，完成一次A/D转换工作。转换工作。1/21/2023

30、37第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 双积分式双积分式A/D转换器（转换器（3）双积分式双积分式A/D转换器示意图转换器示意图控制逻辑控制逻辑计数器计数器时钟时钟+比较器比较器+积分器积分器123积分电容积分电容VOVIK数据输出数据输出VinVREF（基准电压）（基准电压）双积分式双积分式A/D转换的原理框图转换的原理框图t1VO t2tAVO t1t3tBtt1VI积分输出积分输出 t2t3AB双积分双积分A/D的工作示意图的工作示意图1/21/202338第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 双积分式双积分式A/D转换器（转

31、换器（4）常用双积分式常用双积分式A/D转换器芯片介绍转换器芯片介绍 MC14433廉价型三位半双积分式廉价型三位半双积分式A/D转换器转换器 其它芯片其它芯片ICL7106/ICL7107/ICL7126系系列列,三三位位半半（BCD）精精度度，具具有有自自校校零零、自自动动极极性性、单单参参考考电电压压、静静态态七七段段显显示示码码输输出出，可可直直接接驱驱动动LED或或LCD显显示示器等功能器等功能 1/21/202339第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1-型型A/D转换器（转换器（1）-型型A/D利用取样频率为利用取样频率为Fs（fs）的一系的一系列粗糙

32、量化数据，由后续的数字抽取器计算出列粗糙量化数据，由后续的数字抽取器计算出模拟信号所对应的低取样频率模拟信号所对应的低取样频率fs的高分辩率数的高分辩率数字信号。其实现主要基于过程取样、字信号。其实现主要基于过程取样、-调制调制和数字滤波。和数字滤波。抗混叠抗混叠模拟滤波器模拟滤波器-调制器调制器数字数字滤波器滤波器低位数据流低位数据流（1 1bitbit）输入输入数字数字f fs s F Fs s模拟信号模拟信号F Fs s高位数据流高位数据流（1616bitbit）模拟模拟 -型型A/DA/D转换器的组成框图转换器的组成框图1/21/202340第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第

33、三章第三章 3-2-1-型型A/D转换器（转换器（2）-型型A/D转换芯片转换芯片AD7715价格便宜、分辨率高，不受噪声环境的影响价格便宜、分辨率高，不受噪声环境的影响提供了一个增益为提供了一个增益为1、2、32、128倍可编程放倍可编程放大器，一个数字滤波器和一套自校准电路大器，一个数字滤波器和一套自校准电路所提供的系统功能要比常用的积分型所提供的系统功能要比常用的积分型A/D转换器转换器强，而且避免了必须提供一个高质量积分电容的强，而且避免了必须提供一个高质量积分电容的缺点缺点是工业和过程控制应用中的理想器件是工业和过程控制应用中的理想器件1/21/202341第三章 计算机输入输出接口

34、技术第三章第三章第三章第三章 3-2-1 其他其他A/D方法方法并行并行A/D转换器转换器n位位则则需需2n-1个个比比较较器器，成成本本高高，故故只只应应用于转换速度要求极高的场合用于转换速度要求极高的场合计数器式计数器式A/D转换器转换器简简单单、便便宜宜，但但每每输输入入一一个个时时钟钟脉脉冲冲，计计数数器器加加（或或减减）1，故故要要逼逼近近输输入入值值，需需输入许多个脉冲，因而转换很慢。输入许多个脉冲，因而转换很慢。电压电压/频率转换器件频率转换器件1/21/202342第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（1）A/D转转换

35、换器器与与CPU的的接接口口方方式式由由它它们们之之间间数数据传输方式决定据传输方式决定并行接口和串行接口并行接口和串行接口CPU读取读取A/D转换结果的方式有转换结果的方式有查询法查询法定时法定时法中断法中断法1/21/202343第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（2）PC总线接口工作原理总线接口工作原理PC由接口地址译码电路选中由接口地址译码电路选中I/O端口地址端口地址由由PCA0确定确定AD574的转换位数（的转换位数（12或或8位）位）定时方式的定时方式的A/D接口接口启启动动A/D后后，延延时时大大于于25微微秒秒后后

36、，从从AD574中即可读出中即可读出A/D转换结果转换结果查询方式的查询方式的A/D接口接口计算机判断计算机判断D0位的状态，判断位的状态，判断A/D是否结束是否结束1/21/202344第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（3）PC总线接口总线接口AD574与与PC总线接口原理图总线接口原理图 增益调节增益调节 零位调节零位调节 5V模拟输入模拟输入 10V模拟输入模拟输入 接口地址接口地址译码电路译码电路CSCS0 0 CS1CS1 PCPC地址总线地址总线PCA1PCA1PCA9PCA9 AENAEN IOWIOWPCA0PCA

37、0PCD0PCD0 PCD1PCD1 PCD2PCD2 PCD3PCD3 PCD4PCD4 PCD5PCD5 PCD6PCD6 PCD7PCD7 PCPC数数据据总总线线1/21/202345第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（4）RS-232C接口（或串行接口）接口（或串行接口）通通过过计计算算机机的的串串行行接接口口（RS-232C接接口口），将将模模拟信号的拟信号的A/D转换结果送入计算机转换结果送入计算机带单片机控制的智能型接口举例带单片机控制的智能型接口举例由由89C2051启启动动A/D，转转换换结结束束后后自自动动向向

38、单单片片机机请请求求中中断断，单单片片机机响响应应中中断断后后将将A/D的的转转换换结结果果取取走走，保保存存在在内内部部RAM中中；启启动动下下一一次次的的A/D转转换换。该该过过程程一一直直循循环环进进行行。计计算算机机可可随随时时读读取取A/D转换结果。转换结果。缺缺点点是是受受串串行行通通讯讯波波特特率率的的影影响响，A/D数数据据的的更更新速度受到限制。新速度受到限制。1/21/202346第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（5）打印机接口（并行接口）打印机接口（并行接口）借借助助计计算算机机的的打打印印机机接接口口，将将

39、A/D转转换换结结果果送送到到计算机中计算机中AD574就挂在打印机接口上就挂在打印机接口上通过软件编程，启动通过软件编程，启动A/D通通过过读读取取状状态态寄寄存存器器（3BDH）判判断断A/D转转换换是是否否结束结束将将A/D转换结果读入计算机转换结果读入计算机1/21/202347第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（6）与微处理器间的接口与微处理器间的接口AD1671转换器与转换器与MCS-96单片机间的接口单片机间的接口AD1671是是高高速速12位位A/D转转换换器器件件，它它没没有有输输出出缓缓冲冲器器，A/D转转换换的

40、的结结果果，直直接接从从D0D11引引脚脚上送出，同时上送出，同时DAV脚提供一个数据锁存信号。脚提供一个数据锁存信号。为为此此，必必须须借借助助外外接接的的、带带三三态态门门输输出出的的数数据据锁锁存存器器74LS574（二二片片），将将A/D转转换换结结果果锁锁住住，再再由由80C196CPU通通过过控控制制片片选选线线CS0，从从二二片片74LS574上读走该上读走该12位数据。位数据。1/21/202348第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（7）MC14433与与MCS-96单片机之间的接口单片机之间的接口MC14433的的

41、输输出出结结果果是是动动态态分分时时轮轮流流输输出出BCD码码，且且为为非非总总线线方方式式。如如果果要要挂挂在在CPU的的数数据据总总线线中中，需需加加接接三三态态缓缓冲冲器器如如74LS245等等。为为了了节节省省器器件件，现现直直接接挂挂在在CPU的的I/O口口上上，见见图图3-24中中的的P0口口。这这样样A/D转转换换结结果果就就可可以以通通过过P0口口送送入入CPU1/21/202349第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（8）AD7715与与MCS-96单片机之间的接口单片机之间的接口由由于于AD7715为为串串行行接接

42、口口，故故接接口口电电路路十十分分简简单单。80C196的的P2.5脚脚用用作作时时钟钟输输出出，P2.6为为数数据据输输入入，P2.7为为数数据据输输出出。HSI0是是AD7715A/D转转换换结结束束信信号号的的输输入端，可用高速输入中断源产生中断。入端，可用高速输入中断源产生中断。1/21/202350第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（9）多通道切换技术多通道切换技术选选用用多多通通道道A/D器器件件，如如ADC0809、ADC0816若若对对转转换换精精度度要要求求较较高高，可可增增加加模模拟拟开开关关的办法来实现多通道的

43、的办法来实现多通道的A/D转换转换每每个个模模拟拟输输入入通通道道用用一一片片A/D转转换换器器件件。缺点是硬件成本成倍上升，体积成倍增加缺点是硬件成本成倍上升，体积成倍增加1/21/202351第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 A/D转换器接口（转换器接口（10）多通道切换技术多通道切换技术采用模拟开关实现多道采用模拟开关实现多道A/D转换原理图转换原理图1/21/202352第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-2 隔离技术隔离技术采取隔离技术的必要性采取隔离技术的必要性对于单通道输入的信号对于单通道输入的信号可以采用与可以采用与

44、D/A隔离技术相一致的隔离方法隔离技术相一致的隔离方法对于多输入通道对于多输入通道若只要求输入与计算机之间的隔离，同前若只要求输入与计算机之间的隔离，同前若要求通道与通道之间隔离若要求通道与通道之间隔离每个通道使用一个独立的每个通道使用一个独立的A/D转换器件转换器件选用特殊的切换开关选用特殊的切换开关1/21/202353第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章 3-2-3 A/D转换模板的标准化设计转换模板的标准化设计PC总线的总线的A/D转换模板转换模板微处理器的微处理器的A/D转换模板转换模板A/D转换模板设计中应考虑转换模板设计中应考虑采样保持器采样保持器输入跟随或信号

45、放大处理输入跟随或信号放大处理 多路模拟信号的切换技术多路模拟信号的切换技术隔离技术隔离技术A/D的转换精度的转换精度参考基准电压参考基准电压1/21/202354第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章第三节第三节 Unit 3开关量输入输出接口开关量输入输出接口Switch Input&Output Interface -计算机控制系统计算机控制系统-1/21/202355第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章本节主要内容本节主要内容F开关量的概念及种类开关量的概念及种类F开关量输入接口开关量输入接口F开关量输出接口开关量输出接口F开关量输入输出模板的标准化设

46、计开关量输入输出模板的标准化设计1/21/202356第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-3-1 开关量的概念及种类开关量的概念及种类开关量（数字量）的概念开关量（数字量）的概念开关的开断开关的开断触点的闭合触点的闭合设备的安全状况等等。设备的安全状况等等。开关量的输出可实现许多逻辑控制功能开关量的输出可实现许多逻辑控制功能开关的闭合开关的闭合指示灯的亮灭指示灯的亮灭设备的停启等等设备的停启等等1/21/202357第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-3-1 开关量的概念及种类开关量的概念及种类开关量（数字量）的种类开关量（数字量）的种类按类型分有电

47、平式和触点式两种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电平式为高电平或低电平触点式为触点闭合或触点断开触点式为触点闭合或触点断开按电源分有有源和无源两种按电源分有有源和无源两种有源即直接提供高、低电平有源即直接提供高、低电平无源即提供物理触点，或感应器件无源即提供物理触点，或感应器件1/21/202358第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-3-2 开关量输入接口（开关量输入接口（DI）DI的任务是把外界被控对象的开关状态信号、的任务是把外界被控对象的开关状态信号、或数字信号送至计算机或微处理器或数字信号送至计算机或微处理器开关量信号开关量信号S1-S8用来控制

48、光电耦合器件发光用来控制光电耦合器件发光二极管的亮灭。二极管的亮灭。通过光电耦合驱动光敏三极管，相应地在该三通过光电耦合驱动光敏三极管，相应地在该三极管的集电极上送出高或低电平。极管的集电极上送出高或低电平。计算机通过有效地址（计算机通过有效地址（/CS），），和读命令和读命令（/RD），），将该将该8位的开关信号读入位的开关信号读入CPU中。中。1/21/202359第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-3-2 开关量输入接口（开关量输入接口（DI）8道开关量输入接口原理图道开关量输入接口原理图输入缓冲器输入缓冲器1/21/202360第三章 计算机输入输出接口技术第三章

49、第三章第三章第三章3-3-3 开关量输出接口（开关量输出接口（DO）DO的任务是把计算机送出的数字信号（或开的任务是把计算机送出的数字信号（或开关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，关信号）传送给开关器件，如指示灯、继电器，控制它们的通断、闭合或亮、灭等。控制它们的通断、闭合或亮、灭等。计算机通过选择地址有效（计算机通过选择地址有效（/CS）和写有效和写有效（/WR），），将要输出的开关量信号写入将要输出的开关量信号写入U3（74LS574）数据锁存器中，再经光电耦数据锁存器中，再经光电耦合器合器U1、U2，驱动继电器驱动继电器J1J4或指示灯或指示灯LED1LED4动作。动作。1/21/

50、202361第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-3-3 开关量输出接口（开关量输出接口（DO）8道开关量输出接口原理图道开关量输出接口原理图数据锁存器数据锁存器1/21/202362第三章 计算机输入输出接口技术第三章第三章第三章第三章3-3-4 3-3-4 开关量输入输出模板的标准化设计开关量输入输出模板的标准化设计开关量输入输出模板的标准化设计开关量输入输出模板的标准化设计在在计计算算机机控控制制系系统统中中，开开关关量量的的输输入入输输出出接接口口极极其其普普遍遍。在在设设计计上上，一一般般都都将将开开关关量量的的输输入入输输出出接接口口做做在在同同一一块块模模板板