过程通道数据采集6解读课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,第三章,过程通道和数据采集系统之五,内容提要,?,概述,?,模拟量输入通道,:,采样,多路转换器,?,D/A,与,A/D,转换技术,?,A/D,转换器及其与微处理器的接口,?,数据采集系统,?,D/A,转换器及其与微处理器的接口,?,过程通道的抗干扰措施,?,小结,模拟量输出通道,?,任务：把微型计算机输出的数字量转换成模拟量,?,核心部件：,D/A,转换器,?,要求：,可靠性高，满足一定的精度,具有保持功能,模拟量输出通道（,2,）,?,多路模拟量输出通道的结构形式,主要取决于输出保持器的构成方式,输出保持器,的作用：在新的控制信号到来,之前，使本次控制信号维持不变,两种基本结构形式：,一个通路设置一个,D/A,转换器,多个通路共用一个,D/A,转换器,?,模拟量输出通道（,3/,）,一个通路设置一个,D/A,转换器,优点：转换速度快，工作可靠,缺点：使用较多的,D/A,转换器,模拟量输出通道（,4,）,多个通路共用一个,D/A,转换器,优点：节省了,D/A,转换器,缺点：微机分时工作，工作可靠性差,D/A,转换器及其与微处理器的接口,?,8,位,D/A,转换器,DAC0832,?,12,位,D/A,转换器,DAC1208,?,PCI-1720,DAC0832,与微处理器接口,(6),内部结构,?,片内设置了两个独立的,8,位寄存器和一个,8,位,D/A,转换器。这两个,独立,的寄存器称为：,数据,输入寄存器和,DAC,寄存器。,?,当,CPU,发出片选信号和写信号,/WR1,控制,0832,的和引脚时，从而使数据线,DI0DI7,上,的数据送入输入寄存器，当,CPU,发出控制信号,和时，把输入寄存器中数据传送给,DAC,寄存器，,并随即由,D/A,转换器进行转换，变成模拟（电,流）信号输出，再由运算放大器变成电压信号,。,8,位,D/A,转换器,DAC0832 (7),引脚结构：,20,引脚，双列直插式封装,数,字,量,输,入,线,D,7,D,0,（,8,条）,控制线（,5,条）,输,出,线,（,3,条,）,Iout1,Iout2,Rf,电源线（,4,条）,CS,WR,1,AGND,D,7,D,6,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,V,REF,R,f,DGND,V,cc,I,LE,WR,2,XFER,I,out2,I,out1,DAC0832,1,10,9,8,7,6,5,4,3,2,20,14,15,16,17,18,19,13,12,11,8,位,D/A,转换器,DAC0832 (8/,）,引脚功能说明：,输入信号,D,7,D,0,输出信号,I,OUT1,，且,I,OUT1,I,OUT2,为常量，,R,fb,为反馈信,号输入端，反馈电阻在片内,控制信号：,为允许输入锁存信号，,和,分,别为输入寄存器和,DAC,寄存器的写信号，,为传送,控制信号，,为片选信号,电源信号：,V,CC,为主电源，,V,REF,为基准电压，,A,GND,和,D,GND,分别为模拟地和数字地,1,WR,2,WR,LE,I,XFER,CS,DI7,DI0,：,转换数据输入,。,?,CS,：,片选信号（输入），,低电平有效。,?,ILE,：,数据锁存允许信号（输入），,高电平有效。,?,/WR1,：,第,1,写信号（输入），低电平有效。,?,上述两个信号控制输入寄存器是数据直通方式还是数据,锁存方式，当,ILE,=1,和,/WR1,=0,时，为输入寄存器直,通方式；当,ILE,=1,和,/WR1,=1,时，为输入寄存器锁存,方式。,?,/WR2,：,第,2,写信号（输入），低电,平有效。,?,/XFER,：,数据传送控制信号（输入），低电平有效。,?,上述两个信号控制,DAC,寄存器是数据直通方式还是数据,锁存方式，当,/WR2,=0,和,/XFER,=0,时，为,DAC,寄存,器直通方式；当,/WR2,=1,和,/XFER,=0,时，为,DAC,寄,存器锁存方式。,?,Iout1,：,电流输出,1,。,?,Iout2,：,电流输出,2,。,?,DAC,转换器的特性之一是：,Iout1+Iout2=,常数,。,?,Rfb,：,反馈电阻端。,?,DAC 0832,是电流输出，为了取得电压输出，需,在电压输出端接运算放大器，,Rfb,即为运算放大,器的反馈电阻端。运算放大器的接法如图,7.31,所,示。,?,Vref,：,基准电压，其电压可正可负，范围是,-10,V,+10 V,。,?,DGND,：,数字地。,?,AGND,：,模拟地。,DAC0832,与微处理器接口,(8+/),?,DAC0832,是采用,CMOS,工艺制成的单片,直流输出型,8,位,数,/,模转换器。如图所示，它由倒,T,型,R-2R,电阻网络、模,拟开关、运算放大器和参考电压,VREF,四大部分组成。运,算放大器输出的模拟量,V0,为：,?,由上式可见，输出的模拟量,与输入的数字量（,D,）,成正比，这就实,现了从数字量到模拟量的转换。,8,位,D/A,转换器,DAC0832 (5),?,8,位,D/A,转换器,DAC0832,：,电流输出型,主要特点：,可与各种微处理器直接接口,输入为,8,位二进制码，,所有引脚,(20,个,),与,TTL,兼容,具有双缓冲、单缓冲和直通数据输入,3,种工作方式,电流稳定时间1 S，满量程误差为,1LSB,5V,15V,单一电源，低功耗,20 mW,参考电压为,10V,10V,D/A,转换器及与微处理器接口,(5+),?,D/A,有,两种类型,?,1.,内部有数据寄存器,带有片选与写信号引脚,;,作为,I/O,扩展槽与微处理器连接,.,?,2.,内部无寄存器,必须外加锁存器才能与微处,理器接口,8,位,D/A,转换器,DAC0832 (5+),?,3,种工作方式,?,1.,双缓存方式,:,用于同时输出多个模拟信号的,多个,DAC0832,系统,. WR1 CS,先有效,控制输,入数据锁存到,8,位输入寄存器,; WR2 Xfer(,传,递控制有效,),数据锁存入,8,位,DAC,寄存器,并,同时输出多个模拟信号,.,?,两个,8,位寄存器都不处于数据接受状态，,CPU,必须送两次写信号才能完成一次,D/A,转换。,?,2.,单缓存方式,:,只用输入寄存器锁存数据,另,一级,DAC,接成直通方式,即,Wr2,和,Xfer,接地,或者两个寄存器同时锁存,wr1,和,wr2,接在一,起,而把,Xfer,接地,.,?,两个,8,位寄存器仅有一个处于数据接受状态，,另一个则接受,CPU,送来的控制信号控制。,?,3.,直通方式,: cs,wr1,wr2,xfer,接地,ILE,接,+5v,?,两个,8,位寄存器处于接受状态，即输入寄存,器和,DAC,寄存器的内容随数据输入变化而变,化。数据可通过两个寄存器直接送到内部,D/A,转换器进行转换。,DAC0832,与微处理器接口,(9/),因为,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，,R,f,为运,算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如下图所,示：,-,+,OA,.,V,out,R,f,I,out1,I,out2,DAC0832,与微处理器接口,(10/),单极性输出方式,-,+,OA,V,out,R,f,I,out1,I,out2,.,.,V,REF,DAC0832,.,2,?,?,2,REF,out,fb,out,fb,n,REF,fb,n,V,V,R,I,R,D,V,D,R,R,?,?,?,?,?,?,?,DAC0832,与微处理器接口,(10+/),单极性输出方式实验线路如图所示,双极性输出方式,I,1,I,3,I,2,OA,1,OA,2,+,+,_,_,2R,2R,R,Vout,1,Vout,A,V,REF,8031,V,REF,R,f,Iout,1,Iout,2,.,.,.,.,.,.,1,1,(,2,),(,1),2,out,REF,out,REF,n,D,V,V,V,V,?,?,?,?,?,?,DAC0832,与微处理器接口,(11/),双极性输出方式,I,1,I,3,I,2,OA,1,OA,2,+,+,_,_,2R,2R,R,Vout,1,Vout,A,V,REF,8031,V,REF,R,f,Iout,1,Iout,2,.,.,.,.,.,.,1,2,3,1,1,1,0;,(,)2,(,2,),(,1),2,2,out,REF,out,REF,out,REF,n,I,I,I,V,V,D,V,R,V,V,V,R,R,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,DAC0832,与微处理器接口,(11+),运算放大器,OA,2,的作用是将运算放大器,OA,的单向输,出转变为双向输出，用图形表示如下：,V,V,out,+V,REF,-V,REF,00H,FFH,80H,B,1,1,1,(,1),2,0,0,0,0,0,0,1,2,1,1,1,1,1,1,(1,),2,2,1,2,2,out,REF,n,out,REF,n,out,REF,n,REF,REF,n,n,D,V,V,D,V,V,D,V,V,V,LSB,V,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,?,DAC0832,与微处理器接口,(12/),用偏移二进制码方法,，实现,D/A,转换器的双极性输出比较容易,实现，而且与微型计算机输出兼容，只要把最高位取反，就可,以将,2,的补码转换成偏移二进制码,双极性时,LSB= (2 * 1/2n),负极性是全,1,码,: |Vref|+LSB,DAC0832,与微处理器接口,(13/),注记：常用的双极性编码,/1-2,数,正基准,富基准,符号,-,数值码,2,的补码,偏移,2,进制码,+7,+7/8,-7/8,0111,0111,1111,+6,+6/8,-6/8,0110,0110,1110,+5,+5/8,-5/8,0101,0101,1101,+4,+4/8,-4/8,0100,0100,1100,+3,+3/8,-3/8,0011,0011,1011,+2,+2/8,-2/8,0010,0010,1010,+1,+1/8,-1/8,0001,0001,1001,+0,+0,-0,0000,0000,1000,-0,-0,+0,1000,（,0000,）,（,1000,）,-1,-1/8,+1/8,1001,1111,0111,-2,-2/8,+2/8,1010,1110,0110,-3,-3/8,+3/8,1011,1101,0101,-4,-4/8,+4/8,1100,1100,0100,-5,-5/8,+5/8,1101,1011,0011,-6,-6/8,+6/8,1110,1010,0010,-7,-7/8,+7/8,1111,1001,0001,-8,-8/8,+8/8,1000,0000,在双极性接法时，如果再改变基准电源的极性，就可,实现完整的,4,个象限的乘积输出。实现正负两组基准电,源的切换有如下两种接法：,D/A,转换器及与微处理器接口,?,DAC0832,与,MCS-51,的接口,直通方式：,指,DAC0832,内部的两个寄存器都处于不锁存状态，,数据一旦到达输入端就直接被送到,D/A,转换器转换成,模拟量,所有控制信号都接成,有效行式,，,，,，,和,接地，,接,+5V,电源,LE,I,1,WR,2,WR,CS,XFER,DAC0832,与微处理器接口,(15/),单缓冲方式：指,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；或者两,级寄存器同时锁存,(,图示,),-,+,OA,V,out,.,.,.,.,.,.,.,.,P,0,P,2,.,7,WR,8051,D,7,D,0,DAC0832,+5V,V,CC,I,LE,V,REF,R,f,I,out1,I,out2,AGND,DGND,CS,XFER,WR,1,WR,2,DAC0832,与微处理器接口,(16/),上述,DAC0832,采用的是单缓冲单极性的接线方式，它,的选通地址为,7FFFH,实现,D/A,转换的程序如下：,MOV,DPTR,，,#7FFFH,；输入,0832,口地址,MOV,A,，,#data,；读取数据,MOVX DPTR,，,A,；执行,D/A,转换,SJMP,$,MOVX:,片外,64KB,的数据存储区，与,16,位数据指针,DPTR,搭配使用,7FFFH=0111 1111 1111 1111,DAC0832,与微处理器接口,(17/),双缓冲方式：,把,DAC0832,的两个寄存器都接成受控,锁存方式,AO,1,AO,2,+,+,_,_,2R,2R,Vout,.,.,.,.,.,+5V,I,LE,Vcc,V,REF,R,f,Iout,1,Iout,2,WR,1,DI,0,WR,2,XFER,CS,DI,7,P,0.0,P,0.7,ALE,EA,8031,WR,锁,存,器,译,码,器,FFH,FEH,.,DAC0832,R,.,DAC0832,与微处理器接口,(18/),上述,DAC0832,采用的是双缓冲双极性的接线方式，输入,寄存器的地址为,FEH,，,DAC,寄存器的地址为,FFH,实现,D/A,转换的程序如下：,MOV,R0,，,#0FEH,；输入寄存器地址,MOVX R0,，,A,；转换数据送输入寄存器,INC,R0,；产生,DAC,寄存器地址,MOVX R0,，,A,；,数据送入,DAC,寄存器并进行,D/A,转换,SJMP,$,；,等待中断,DAC0832,与微处理器接口,(19/),D/A,转换器在实际中经常作为波形发生器使用，,通过它可以产生各种各样的波形。它的基本原,理如下：利用,D/A,转换器输出模拟量与输入数,字量成正比这一特点，通过程序控制,CPU,向,D/A,转换器送出随时间呈一定规律变化的数字，,则,D/A,转换器输出端就可以输出随时间按一定,规律变化的波形,。,单缓冲方式图,V,out,-,VCC,ILE,CS,WR1,DI0DI7,WR2,XFER,DGND AGND,VREF,Rfb,IOUT1,IOUT2,+5V,-,-5V,-,-,A,+,-,P2.7,WR,P0.0P0.7,8051,锯齿波,ORG 2000H,START,：,MOV DPTR,，,#7FFFH,；选中,0832,MOV A,，,#00H,；,D/A,数据初值,LP,：,MOVX DPTR,，,A,；转换,INC A,；修改,D/A,数据,SJMP LP,；循环，输出连续模拟量,A=00,A=0FFH,三角波,ORG 2000H,START,：,MOV DPTR,，,#7FFFH,；选中,0832,MOV A,，,#00H,；,D/A,数据初值,UP,：,MOVX DPTR,，,A,；转换,INC A,；修改,D/A,数据（上升）,JNZ UP,；未上升到最大值，继续,DOWN,：,DEC A,；否则，修改,D/A,数据（下降）,MOVX DPTR,，,A,；转换,JNZ DOWN,；未下降到最小值，继续,SJMP UP,；一个周期结束，继续,A=00,A=0FFH,A=00,A=0FFH,A=00,A=0FFH,A=00,A=0FFH,A=00,A=0FFH,?,12,位,D/A,转换器,DAC1208,4位输入,寄存器,8位输入,寄存器,12位,DAC,寄,存,器,12位,D/A,转,换,器,Iout,1,Iout,2,V,REF,R,fb,DI,11,DI,4,DI,3,DI,0,BYTE,1,/BYTE,2,CS,WR,1,WR,2,XFER,LE,1,LE,2,LE,3,M,3,M,2,M,1,LE=1，输出跟随输入,LE=0，输入数据锁存,.,.,.,12,位,D/A,转换器,DAC1208,12,位电流输出型,D/A,转换器,内部有两个输入锁存器（一个,8,位，一个,4,位），和,12,位,DAC,锁存器，分别由,控制。,BYTE1/BYTE2,输入控制端,高电平：,DI,4,-DI,11,同时锁存到输入寄存器,低电平：,DI,0,-DI,3,锁存到,4,位输入寄存器,DAC,寄存器的锁存控制端,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,i,LE,12,位,D/A,转换器,DAC1208,引脚结构,24,引脚，双列直插式封,装,数,字,量,输,入,线,DI,11,DI,0,（,12,条）,控制线（,5,条）,输出线（,3,条）,电源线（,4,条）,CS,WR,1,AGND,DI,9,DI,8,DI,2,DI,3,DI,4,DI,5,DI,6,DI,7,V,REF,R,fb,DGND,V,cc,BYTE,1,/BYTE,2,WR,2,XFER,I,out2,I,out1,DAC1208,1,10,9,8,7,6,5,4,3,2,20,14,15,16,17,18,19,13,12,11,24,23,22,21,(LSB)DI,0,DI,1,DI,11,(MSB),DI,10,12,位,D/A,转换器,DAC1208,?,DAC1208,与,MCS-51,的接口,-,+,OA,8031,EA,ALE,P,0.3,P,0.0,P,0.7,P,0.4,WR,地,址,锁,存,器,Q,0,Q,1,Q,7,译,码,器,1111111B,1111110B,BYTE,1,/BYTE,2,XFER,CS,WR,1,WR,2,R,fb,Iout,1,Iout,2,Vout,DI,11,DI,8,DI,7,DI,4,DI,3,DI,0,DAC1208,.,12,位,D/A,转换器,DAC1208,DAC1208,采用的是单极性的输出方式，,8,位输入寄存器的地址为,FFH,，,4,位输入寄存器的地址为,FEH,。设内部,RAM,的,20H,和,21H,单元内存放一个,12,位数字量（,20H,单元中为低,4,位，,21H,单元中为高,8,位），实现,D/A,转换,的程序为：,ORG,0000H,；程序执行开始地址,MOV,R0,，,#0FFH,；,8,位输入寄存器地址,MOV,R1,，,#21H,MOV,A,，,R1,；高,8,位数字量送,A,MOVX R0,，,A,；高,8,位数字量送,8,位输入寄存器,DEC,R0,DEC,R1,MOV,A,，,R1,；低,4,位数字量送,A,SWAP,A,；,A,中高低,4,位互换,MOVX R0,，,A,；低,4,位数字量送,4,位输入寄存器,DEC,R0,MOVX R0,，,A,；启动,D/A,转换,END,12,位,D/A,转换器,DAC1208,PCI-1720,（,25,）,PCI-1720,是一款,PCI,总线的,4,路,12,位隔离数据量,-,到,-,模,拟量的输出卡,.,它能够在输出和,PCI,总线之间提供,2500VDC,的直流隔离保护,PCI-1720,非常适合需要有,高电压保护的工业现场,.,可编程输出范围：,5V,10V, 0-5V, 0-10V, 0-20Ma, 4-20mA,系统复位后保持输出设定,备注,:,传送类指令,MOV,、,MOVX,、,MOVC,?,MOV,类指令只访问片内的数据存储区（即内部,RAM,区和,SFR,区），这些单元和位的地址只有,8,位而非,16,位。,?,MOVX,类指令专门用于访问片外,64KB,的数据存,储区，通常与,16,位数据指针,DPTR,搭配使用。,?,MOVC,类指令专门用于访问片外,4KB,的程序存,储区。,