第2章-IO接口

12:32
2.1
多路开关及采样-保持器
一般应用中多采用周期采样的形式。采样器 可看作是一个调制器，如下图。
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2.1
多路开关及采样-保持器
由上图可写出连续时间函数x(t)经过等间隔的 离散化以后的离散信号表达式：
x * (t ) x(t ) T (t )
式中：δt(t)为等间隔脉冲序列。
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2.3
模拟量输入通道的接口技术
3
7135模拟电路工作时序（是用好器件的关键） 主要描述积分器的输出与有关信号的状态：
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2.3
模拟量输入通道的接口技术
7135数字电路工作时序图：
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2.3
模拟量输入通道的接口技术
4
7135模拟电路连线：
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2.3
模拟量输入通道的接口技术
要点说明：
⑶
⑷
A/D转换器的启动方式
转换结束信号的处理
⑸
⑹ ⑺
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基准电源的连接
时钟的连接 地线的连接
2.3
模拟量输入通道的接口技术
2.3.4
ADC7135芯片介绍
1 双积分式A/D转换器，是一种电压-时间转换方式器件。 原理如下图所示。工作过程分为三步：
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2.3
模拟量输入通道的接口技术
12:32
2.3
模拟量输入通道的接口技术
{11}脚（V+）+5V电源端； {12}、{17}～{20}脚（D1～D5）位扫描输出端； {13}～{16}脚（B1～B4）BCD码数据输出端； {21}脚（BUSY）忙状态输出端； {22}脚（CLK）时钟信号输入端； {23}脚（POL）负极性信号输出端； {24}脚（DGND）数字地端； {25}脚（R/H）转换／保持控制端； {26}脚（STR）数据选通输出端； {27}脚（OR）超量程状态输出端； {28}脚（UR）欠量程状态输出端。
以由采样信号X*(t)完全恢复出X(t)。
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2.1
多路开关及采样-保持器
2.1.2

多路开关
多路/反多路开关是一种
多入一出/多出一入的集成电 通道的切换。 1. CD4051
OUT/IN IN/OUT 5 { INH Vcc Vss
7
0 3
CD4051是8通道双向多路
开关。其引脚结构如右图所 示。
第二章 模拟量输入/输出接口技术
模拟量输入/输出接口技术
主要内容：
1 多路开关及采样-保持器 2 模拟量输出通道接口技术 3 模拟量输入通道接口技术
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第二章 模拟量输入/输出接口技术
模拟量输入输出接口通道在闭环系统中的位 置如下图所示。
当 地 功 能 D/A 传感器 被控实体 变送器 传感器
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2.2
模拟量输出通道的接口技术
为了说明T型电阻网络的工作原理，现以四位
D/A转换器为例加以讨论，如下图所示。
VREF
I3 2R S3 1
I2 2R S2 1
I1 2R S1 1
0
0
0
0
Iout2
b3
b2 b1 四位DAC寄存器
b0
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.
. .
. .
.
. .
.
. .
.
I3
R
I2
R
I1
2.3.5
定时/计数器8253介绍
1
8253性能特点： 3个独立的16位计数器通道 每个计数器有6种工作方式 按二进制或十进制（BCD码）计数
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2.3
模拟量输入通道的接口技术
2
8253的内部结构和引脚
D7～D0
数据总线 缓冲器 内
计数器0 部 数
CLK 0 GATE OUT 0 CLK 1 GATE OUT 1
2.1
多路开关及采样-保持器
2.1.1
采样定理
在微机控制技术领域内，计算机系统、离散系统、采样 数字系统是一回事，均以数字为处理对象；连续系统是以连
续信号为处理对象；
1 周期采样：以相同的时间间隔进行采样。 Tk+1-Tk=常量T（k=0,1,2,……） 2 3 多阶采样： Tk+r-Tk=常量(r>1) 随机采样：没有固定的采样周期。 T：采样周期
理等内容，进而结合应用系统的控制要求合理选
择D/A电路，然后根据选定的D/A电路正确地设计 模拟量输出通道接口电路。
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2.2
模拟量输出通道的接口技术
2.2.1 D/A转换原理 1 D/A转换电路组成 包括参考（基准）电源、数字开关电路、模拟 转换、数字接口、放大器组成。如下图所示：
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R
I0 I0 2R S0 1
R I0 R IRf Iout1 A Rf OA +
.
Vout
2.2
模拟量输出通道的接口技术
2.2.2 8位D/A转换器及接口技术 1 DAC0832组成 内部由三部分电路：寄存器、D/A转换、控制 电路组成，如下图所示。
D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 VREF 8位输入 寄存器 8位DAC 寄存器 8位D/A 转换电路 Rf Rf M1 LE1 LE2 AGND Iout2 Iout1
ILE
CS WR1
M2
VCC
WR2 XFER
M3
DAC0832
DGND
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2.2
模拟量输出通道的接口技术
2
引脚功能
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 VREF Rf DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 DAC0832 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 Vcc ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
IN
INH CD4051 C B S8 A
IN
IN
D3 D2 D1 D0
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{
{
IN
OUT
. .. ..
OUT S1 INH C CD4051 B S8 A
模拟输入 （9 ~ 16）
2.1
多路开关及采样-保持器
2.1.3
1.
采样-保持器
采样-保持器作用
其功能是：在采样时，其输出能够跟随输入变化；而在 保持状态时，能使输出值不变。一般用在同步系统中或转换 速度较慢的输入通道中。其输入输出特性如下图所示。
.
CS XFER DI7 Rfb
8031
WR
. .
Iout 1 DI0 WR1 Iout 2 WR2 2 DAC0832 CS XFER Rfb DI7
#
.
+
OA1
.
VX
.
12:32
Iout 1 DI0 WR1 Iout 2 WR2
.
+
OA2
.
VY
2.3
模拟量输入通道的接口技术
2.3.1
A/D转换原理
Vin Vout Vin
采样
S/H
Vout
工作方式
保持
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2.1
多路开关及采样-保持器
2. 采样/保持器的工作原理
最简单的采样/保持器是由开关和电容组成， 如下图所示。
K Vx
R
.
C
Vout
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2.1
多路开关及采样-保持器
3.
常用的采样/保持器
随着大规模集成电路的发展，已生产出各种各样的采样 /保持器。如用于一般目的有AD582、AD583、LF198/398等； 用于高速的有THS-0025、THS-0060、THC-0030、THC-1500等； 用于高分辨率的有SHA1144、ADC1130等。 4 多路开关及采样保持器的应用 设计应用系统时，使用这类电路的要求。
常用的转换方法：逐次逼近式、双积分式、计数器式、 V/F变换式等。 逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现 A/D转换的方法，逻辑框图如下图所示：
模拟输入Vx 数字输出 N位 D/A转换器 Vc
+
比较器 OA
N位寄存器
启动 CK
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控制逻辑
DONE
2.3
模拟量输入通道的接口技术
2.3.2
多 路 开 关
A/D
单片 微型 计算机
变送器
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第二章 模拟量输入/输出接口技术
回顾几个概念： 1 2 微机（数字式）控制系统的工作特点：数字运
算与处理、快速处理；
A/D转换、D/A转换、转换时间；
3 4
A/D转换输入通道及D/A转换输出通道，多通道
的处理；
转换过程中需要解决的问题；
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⑴ 采样速度的要求：在模拟信号变化较平缓，采样速 度较快时，可以不使用采样-保持电路。
⑵ 采样精度的要求；在采样精度要求不是太高，并且 模拟信号变化不是太快时，可以不使用采样-保持电路。
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2.2
模拟量输出通道的接口技术
在模拟量输出通道的接口电路设计中，核心
部分是D/A电路的选择与使用。
因此，应首先弄清D/A电路的指标、工作原
DAC0832芯片为20引 脚，双列直插式封装。 其引脚排列如图所示。 （1）数字量输入线D7~D0 （8条） （2）控制线（5条）
（3）输出线（3条） （4）电源线（4条）
12:32
2.2
模拟量输出通道的接口技术
3
D/A转换器的输出方式
⑴单极性输出：在需要单极性输出的情况下， 可以采用下图所示接线（参考P29）。