《单片机原理及应用（第2版）》张兰红第10章 80C51单片机的测控接口.pptxVIP

第10章 80C51单片机的测控接口10.1D/A转换接口技术10.2A/D转换接口技术10.3开关量的接口技术 3.7 单片机用于智能仪表和测控系统时，需要处理大量的外部信息，这些信息除包含数字量外，还可能包含模拟量与开关量信息。 工程实践中经常遇到被测对象的一些物理参数，如温度、流量、压力、位移、速度等，这些参数均是模拟量。虽然这些模拟量已经由传感器、变送器变换成标准的电压或电流信号，但还需要通过模拟量/数字量(A/D)转换器，将其转换成为计算机能够处理的相应的数字信号。 同样，计算机对模拟量设备进行控制时，如控制电动调节阀、模拟调速系统、模拟记录仪等，就需要将计算机输出的数字信号通过数字量/模拟量(D/A)转换器，转换成外设能够接收的相应的模拟信号。 另一类常见的信号是开关信号，它们来自开关类器件的输入，如拨盘开关、扳键开关、继电器的触点等。当计算机输出控制对象是具有开关状态的设备时，计算机的输出就应该为开关量。工业生产过程的控制模拟量数字量数字量模拟量传感器A/DD/A执行元件计算机模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)图11-1模拟量I/O接口的作用：实际工业生产环境——检测与控制的是连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部——进行处理的是离散的数字量二进制数、十六进制数输入通道工业生产过程微型计算机传感器变送器A/D转换多路转换采样保持信号处理输入接号处理信号变换I/O接口物理量变换输出通道执行机构驱动放大D/A转换输出接口低通滤拟量I/O接口电路的任务模拟电路的任务图11-2模拟量I/O通道的组成模拟量输入通道传感器（Transducer）非电量→电压、电流 变送器（Transformer）转换成标准的电信号信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波 多路转换开关（Multiplexer） 多选一采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/D Converter）模拟量转换为数字量 模拟量输出通道D/A变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量低通滤波平滑输出波形驱动放大提供足够的驱动电压，电流10.1 D/A转换接口技术 数字量到模拟量的转换称为数/模转换。 完成数/模转换的器件称为D/A转换器(Digital to Analog Converter)，通常用DAC表示。DAC能够将数字量转换成与之成正比的电压或电流信号。 Rf 模拟开关电阻网络数字量∑VOVref1. D/A转换器的基本原理及分类 数字量是二进制代码的位组合，每一位数字代码都有一定的“权”，并对应一定大小的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，应将每一位都转换为相应的模拟量，然后将其求和即可得到与该数字量成正比的模拟量。组成：模拟开关、电阻网络、运算放大器 两种电阻网络：权电阻网络、R-2R梯形电阻网络基本结构如图：D/A变换原理 运放的放大倍数足够大时，输出电压Vo与输入电压Vin的关系为：Rf R ∑VinVo式中：Rf 为反馈电阻 R 为输入电阻 若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：Rf R1∑Vin…VO式中：Ri 为第i支路的输入 电阻Rn 令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一基准电压Vref，则有: 如果每个支路由一个开关Si 控制，Si =1表示Si 合上，Si=0表示Si 断开，则上式变换为: 若Si=1,该项对VO有贡献若Si=0,该项对VO无贡献权电阻网络运放模拟开关Rf 2Rf4Rf8Rf16Rf32Rf64Rf128Rf256RfS8S7S6S5S4S3S2S1VrefVOD/A转换原理电路 如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，那么根据二进制代码的不同，输出电压VO也不同，这就构成了8位的D/A转换器。 可以看出，当代码在0～FFH之间变化时，VO相应地在0～-(255/256)Vref之间变化。 为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络(见下页)，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。R-2R T型电阻网络T型电阻网络D/A转换器的原理图 计算机输出的数字信号首先传送到数据锁存器(或寄存器)中，然后由模拟电子开关把数字信号的高低电平变成对应的电子开关状态。 当数字量某位为1时，电子开关就将基准电压源VREF接入电阻网络的相应支路；若为0时，则将该支路接地。 各支路的电流信号经过电阻网络加权后，由运算放大器求和并变换成电压信号，作为D/A转换器的输出。 T型电阻网络D/A转换器的原理图 VREF为外加基准电源，Rfb为外接运算放大器的反馈电