《计算机控制技术》第二版03第三章计算机控制系统输出接口技术1s.ppt

第3章 计算机控制系统输入输出接口技术 本章要点： 接上页 接上页 接上页 3.1模拟量输入接口技术 3.1.1 A／D转换器主要参数 逐次逼近式： 双斜积分式： A／D转换器的主要技术指标: 转换时间： 分辨率： 线性误差：量程： 3.1.2 A／D转换器的外部特性 接上页 表3.1 几种A／D转换器芯片的引脚对照表 选择和使用A／D转换器芯片要点： 接上页 3.1.3 12位A/D转换器芯片AD574A 图3.1 AD574A结构框图 AD574A的输入信号连接方法 AD574A各引脚特性如下： 电源及接地 模拟量输入 数字量输出 控制信号 控制信号 控制信号 控制信号 3.1.4模拟量输入接口设计 1. 模拟量输入接口设计技术 (1)数据输出线的连接方式 (2)选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法 接上页 (3)电源和地线的处理 接上页 (4)与计算机信息传递的方式 A／D与CPU信息传递常用的方式有： 1) 程序查询式： 2) 延时采样方式： 3) 中断方式： 4) DMA方式： 2. 模拟量输入接口方式 1）延时采样接口方式 接上页 图3.2 AD574延时采样接口 接上页 采集程序如下： 接上页 图3.3 AD574程序查询接口 查询采集程序如下： 3.1.5 模拟量输入通道 1. I／U变换 ⑴ 无源I／U变换 ⑵ 有源I／U变换 2. 多路转换器 实现多路转换方法： 接上页 多路开关CD4051 多路模拟开关的扩展电路 多档程控同相放大器图 4. 采样／保持电路 接上页 信号的转换过程（图） (1)信号的采样 接上页 接上页 香农(Shannon)采样定理： 接上页 (2)量化： 接上页 (3)采样保持器 1)孔径时间和孔径误差的消除。 由tA/D 引起的误差 接上页 接上页 例: 2)采样保持原理 4）常用的采样／保持器芯片 常用的集成采样保持器 LF398原理及典型应用 LF198／298／398引脚功能如下： 接上页 3.1.6模拟量输入通道的隔离 隔离的必要性: 隔离方式 : (1)隔离放大器 字长为n的A／D转换器把ymin～ymax范围内变化的采样信号，变换为数字0～2n，其最低有效位(LSB)所对应的模拟量q称为量化单位。 由于量化过程是一个小数归整过程，因而存在量化误差±q/2。 完成一次A／D转换所需的时间称之为孔径时间tA/D 。 孔径时间决定了每一个采样时刻的最大转换误差，即为孔径误差。 如图正弦模拟信号，如果从t0时刻开始进行A/D转换，但转换结束时已为t1，模拟信号已发生△U的变化。因此, 对于 一定的转换时间，最大的误差可能发生在信号过0的时刻。因为此时dU/dt最大，孔径时间tA/D一定，所以此时△U为最大。 令 U=Umsinωt 式中，Um为正弦模拟信号的幅值；f 为信号频率。 在坐标的原点上 取△t = tA/D，则得到原点处转换的不确定电压误差为: △U=2πf Um tA/D 误差的百分数为： 由此可知，对于一定的转换时间tA/D，误差的百分数和信号频率成正比。为了确保A/D转换的精度，只能限制信号的频率范围。 例如一个10位的A／D转换器(量化精度0.1％)，孔径时间10μs，如果要求转换误差在转换精度内，则允许转换的正弦波模拟信号的最大频率为 若要提高信号频率，则对A／D转换速度要求将相当苛刻。 解决的方法就是在A／D转换之前加采样／保持器。 保持器把 t = kT时刻的采样值保持到A／D转换结束。T为采样周期，k=0，1，2，…为采样序号。 采样/保持器的工作原理图 最简单的采样／保持电路是由电容器和开关组成 使用运放典型的采样／保持器电路 采样／保持电路 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。 3）采样／保持器的主要参数 通常，采样／保持器可分为三种： 在采样／保持器能满足需要的性能指标前提下，应尽量选用单片IC采样／保持电路，其次考虑混合型，最后才考虑模块型。 单片型 混合型 模块型 常用的集成采样保持器有: AD582／585／346／389等。 LF198／298／398 LF398典型应用 LF398原理 Uin为模拟电压输入。 Uout为模拟电压输出。 逻辑及逻辑参考电平用来控制采样保持器的工作方式。 偏置为偏差调整引脚。可用外接电阻调整采样保持的偏差。 ? 图 程序查询式 延时采样方式 中断方式和DMA方式 CPU先向