计算机控制(第四章,多路开关,AD,DA).ppt

计算机控制技术——郭世伟第四章模拟量输入/输出通道接口技术本章主要内容:1、多路开关与采样-保持器2、D/A转换器及其接口技术3、A/D转换器及其接口技术引言:在工业生产过程中,存在大量连续变化的物理量,称之为模拟量。模拟量反映系统的工作状态,或作为执行机构的控制量。而计算机能处理的数据只能为数字量。见下图典型微机控制系统的组成 (模拟量、开关量、数字量的区别比较)A/D转换器为模拟量输入通道的核心部件D/A转换器为模拟量输出通道的核心部件同时还涉及多路或多种参数的采集和控制问题。典型微机控制系统的组成一、多路开关与采样-保持器(一)多路开关1、多路开关的功能、特点微机运行速度很快,相对而言,一般模拟量为缓变信号。可用一台微机对多路或多种参数进行采集和控制,一台微机供十几甚至几十个回路使用。而一台微机系统在某一时刻只能接通处理一个通道的信号,多参数需被分时进行采样和控制,必须使用多路开关(或反多路开关)进行切换。多路开关把多个模拟量参数分时地接通。输入通道时,多路参数共用一个A/D转换器,完成多到一的转换。称多路开关。输出通道时,由D/A转换成的模拟信号按一定顺序输出到多个控制回路,实现一到多的转换。称反多路开关,或多路分配器。这类芯片种类很多,有8路、16路等,有单向、双向之分。半导体多路开关,其导通、关断转换速度快;无机械磨损,寿命长;内部带有通道选择译码器,使用方便。多路开关广泛应用于计算机控制和数据采集系统中。2、多路开关CD4051的简介以单端8通道多路开关CD4051为例说明以下多路开关芯片。三个通道选择输入端C、B、A;一个禁止输入端INH,INH=“0”(即Vss)时,被选中通道接通,允许模拟量输入。参见CD4051的原理电路图。实际应用中,被测参数太多时,使用一个多路开关不能满足通道数的要求,可把多路开关进行扩展。例如两个8通道多路开关构成16通道的多路开关。(二)采样-保持器输入通道中,A/D转换时要求保持待转换值不变,转换结束时又能跟踪输入信号的变化。输出通道中,为使得到一个相对平滑的模拟输出量,也要求保持一个恒定值。能完成上述功能的器件为采样-保持器(简写为S/H)。S/H的主要用途。S/H的两种工作状态为:一种为采样方式,一种为保持方式。最常见的S/H芯片有:美国AD公司的AD582、AD585等。二、模拟量输出通道的接口技术模拟量输出通道主要完成数字量到模拟量的转换(D/A转换),D/A转换的过程包括采样、保持、量化、编码。模拟量输出通道以D/A转换器为核心器件。(一)D/A转换器的主要技术指标:(1)分辨率常用数字量的位数来表示分辨率是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述,与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n,则D/A转换器的分辨率为2-n。(2)转换精度(3)转换速度通常以建立时间来表明转换速度。建立时间是描述D/A转换速度的一个参数,具体是指从输入数字量变化到输出达到终值误差±1/2LSB(最低有效位)时所需的时间。(4)输出电平电平范围有0~5V,0~10V,±,±5V,±10V等。有单极性输出和双极性输出。(5)温度系数(二)D/A转换原理D/A转换器种类繁多,但其转换的基本原理是相同的,应用电阻解码网络进行,对二进制数的按权转换和叠加求和得到与数字信号成正比的电流量。以下以R-2RT形电阻网络为例说明。T型网络D/A转换器解码网络为DAC的主要部件,DAC中还具有数字量的数据缓冲器、数据锁存器、电子模拟开关等,完成采样、保持、多路开关的功能,有时有运放把模拟电流转换为相应的电压信号。(三)典型D/A转换器——DAC0832简介DAC0832为美国数据公司的8位D/A转换器。它内部具有两级输入数据缓冲器和一个R-2RT形电阻网络。20引脚双列直插式集成电路芯片。引脚功能介绍:(1)CS、WR1、ILE共同控制输入锁存器;(2)XFER、WR2共同控制DAC寄存器,当DAC锁存器输出数据入后面的DAC,同时启动一次D/A转换;(3)DI0~DI7为0832的8位二进制输入端;(4)RFB为DAC的输出增益调整电阻的外接端;(5)VCC、VREF、AGND、DGND(6)IOUT1+IOUT2=常数