模拟量输入输出通道
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模拟量输出通道资料
量程校准
根据实际需求，调整模拟量输出通道的量程，使 确保其在相同输 入下能够输出一致的值。
注意事项
安全措施
在进行调试和校准时，应采取必要的 安全措施，如断开电源、避免高电压 和高电流等。
精度要求
根据实际应用需求，确定模拟量输出 通道的精度要求，并确保校准结果满 足要求。
详细描述
电阻输出型模拟量输出通道通过将物理量转换为电阻值，然后通过电阻值的变 化来反映物理量的变化。这种类型的输出通道具有高精度、低噪声、低漂移等 特点，因此在测量仪器、传感器等领域广泛应用。
电感输出型
总结词
电感输出型模拟量输出通道通常用于需要高精度测量和控制的场合，如位移、角度等。
详细描述
电感输出型模拟量输出通道通过将物理量转换为电感值，然后通过电感值的变化来反映物理量的变化。这种类型 的输出通道具有高精度、低噪声、低漂移等特点，因此在位移传感器、角度传感器等领域广泛应用。
确保模拟量输出通道的电源供 应稳定，符合设备要求。
配置设置
根据设备手册，正确配置模拟 量输出通道的参数和设置。
测试信号输入
通过输入测试信号，检查模拟 量输出通道的信号质量和响应 速度。
校准方法
零点校准
调整模拟量输出通道的零点，使其输出值为零。
线性校准
检查模拟量输出通道的线性度，确保其输出值与 输入信号成正比。
80%
差分接线
将模拟量输出通道的正负信号线 分别传输，适用于长距离传输和 抗干扰能力强的场合。
接口类型
模拟量输出接口
提供模拟信号输出，常见的有 0-5V、0-10V、4-20mA等规 格。
数字量输出接口
提供数字信号输出，常见的有 继电器输出、晶体管输出等类 型。
模拟量的输入输出
多 路 开 关
传感器 控制信号 将各种现场的 物理量测量出来 放大驱动电路 受控对象 并转换成电信号 （模拟电压或电流）
模 拟 信 D/A 号 转 换 器
I/0 接 口
数 字 信 号
6
模拟量的输入通道
传感器（Transducer）
非电量→电压、电流
变送器（Transformer）
转换成标准的电信号
数字量转换为模拟量
低通滤波
平滑输出波形
放大驱动
提供足够的驱动电压，电流
8
二、数/模（D/A）变换器
9
1.D/A 转换器工作原理
典型的D/A 转换器芯片通常由模拟开关、电阻网络以及 缓冲电路组成。
D/A 转换的基本原理是利用电阻网络，将N 位二进制数 逐位转换成模拟量并求和，从而实现将数字量转化为模 Rf 拟量。
(1) 单缓冲方式。单缓冲工作方式是使输入寄存器或DAC 寄存器中的 任意一个工作在直通状态，另一个由CPU 控制。通常WR2和XFER 连 接数字地，使DAC 寄存器的输出能够跟随输入，即第二级寄存器工 作在直通状态，输入寄存器的控制端ILE 接＋5V， CS接端口地址译 码器输出， WR1连接系统总线的IOW信号，电路连接如图
VIN
VN
D/A转换器
VREF D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
36
START 控制 逻辑 EOC N位寄存器
锁 存 缓 存 器
A/D 转换器的主要性能指标
1. 分辨率
反映了A/D 转换器对输入微小信号变化的响应能力，即能够分辨 的最小模拟量。例如，对于8 位A/D 转换器，输入电压满刻度为 5V 时，则对应输入的模拟电压的分辨率为5V/255＝19.5mV。
传感器 控制信号 将各种现场的 物理量测量出来 放大驱动电路 受控对象 并转换成电信号 （模拟电压或电流）
模 拟 信 D/A 号 转 换 器
I/0 接 口
数 字 信 号
6
模拟量的输入通道
传感器（Transducer）
非电量→电压、电流
变送器（Transformer）
转换成标准的电信号
数字量转换为模拟量
低通滤波
平滑输出波形
放大驱动
提供足够的驱动电压，电流
8
二、数/模（D/A）变换器
9
1.D/A 转换器工作原理
典型的D/A 转换器芯片通常由模拟开关、电阻网络以及 缓冲电路组成。
D/A 转换的基本原理是利用电阻网络，将N 位二进制数 逐位转换成模拟量并求和，从而实现将数字量转化为模 Rf 拟量。
(1) 单缓冲方式。单缓冲工作方式是使输入寄存器或DAC 寄存器中的 任意一个工作在直通状态，另一个由CPU 控制。通常WR2和XFER 连 接数字地，使DAC 寄存器的输出能够跟随输入，即第二级寄存器工 作在直通状态，输入寄存器的控制端ILE 接＋5V， CS接端口地址译 码器输出， WR1连接系统总线的IOW信号，电路连接如图
VIN
VN
D/A转换器
VREF D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 OE
36
START 控制 逻辑 EOC N位寄存器
锁 存 缓 存 器
A/D 转换器的主要性能指标
1. 分辨率
反映了A/D 转换器对输入微小信号变化的响应能力，即能够分辨 的最小模拟量。例如，对于8 位A/D 转换器，输入电压满刻度为 5V 时，则对应输入的模拟电压的分辨率为5V/255＝19.5mV。
第2章(1)模拟量输入通道讲解
第2章 输入输出过程通道
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
3、集成采样保持器
集成采样保持器将采样电路、保持器制作在 一个芯片上，保持电容外接，由用户选用。电容 的大小与采样频率及要求的采样精度有关。 集成采样保持器分三类：
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398； 2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。
现以4位A/D转换器把模拟量7转换为二进制数0111为例，说 明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
电压 第一次 预测 模拟 电压 第四次 第三次 预测 第二次 预测 预测
(1000) (0100) (0110) (0111)
D3
0
D2
D1
D0
时间
逐次逼近式ADC 逐次逼近式A/D原理概述
N 位的逐次逼近式 A/D 转换器 , 由 N 位寄存器、 N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出 缓冲器等五部分组成。 工作原理：启动信号作用后，时钟信号先 通过逻辑控制电路使N位寄存器的最高位DN-1为 1 ，以下各位为 0 ，这个二进制代码经 D/A 转换 器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半） 送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UX>U0， 则保留这一位；若UX<U0，则DN-1 位置0。
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
在计算机控制系统中，为了实现对生产过程的
控制，要将生产现场的各种被测参数转换成数字
计算机能够接受的形式，计算机经过计算、处理 后的结果还需要变换成合适的控制信号输出至被 控对象。以控制执行机构的动作。因此，在计算 机和被控对象之间，必须设置进行信息传递和转
换的连接通道，即过程通道。
3、集成采样保持器
集成采样保持器将采样电路、保持器制作在 一个芯片上，保持电容外接，由用户选用。电容 的大小与采样频率及要求的采样精度有关。 集成采样保持器分三类：
1、用于通用目的的芯片， 如AD583K,AD582,LF398； 2、高速芯片，如THS-0025,THC-0300等； 3、高分辨率芯片，如SHA1144等。
现以4位A/D转换器把模拟量7转换为二进制数0111为例，说 明逐位逼近式A/D转换器的工作原理。
电压 第一次 预测 模拟 电压 第四次 第三次 预测 第二次 预测 预测
(1000) (0100) (0110) (0111)
D3
0
D2
D1
D0
时间
逐次逼近式ADC 逐次逼近式A/D原理概述
N 位的逐次逼近式 A/D 转换器 , 由 N 位寄存器、 N位D/A转换器、比较器、逻辑控制电路、输出 缓冲器等五部分组成。 工作原理：启动信号作用后，时钟信号先 通过逻辑控制电路使N位寄存器的最高位DN-1为 1 ，以下各位为 0 ，这个二进制代码经 D/A 转换 器转换成电压U0（此时为全量程电压的一半） 送到比较器与输入模拟电压UX比较。若UX>U0， 则保留这一位；若UX<U0，则DN-1 位置0。
注：1、在实际系统中，《T ，即近似地认为采样信号
模拟量输入、输出通道
在能源管理系统中，模拟量输入/输出通道用于监测 和控制各种能源设备的运行状态，如电力、燃气等 ，实现能源的优化利用和节能减排。
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
医疗设备
在医疗设备中，模拟量输入/输出通道用于监测患者 的生理参数和实现设备的控制，如监护仪、呼吸机 等。
模拟量输入/输出通道的重要性
80%
提高设备的控制精度
模拟量输入/输出通道能够实时、 准确地反映输入信号的变化，从 而提高设备的控制精度和稳定性 。
模拟量输入通道的参数与性能指标
01
02
03
04
分辨率
分辨率是指模拟量输入通道能 够识别的最小电压或电流值， 通常以位数或比特数表示。高 分辨率的模拟量输入通道能够 提供更精确的测量结果。
线性度
线性度是指模拟量输入通道的 输入与输出之间的线性关系。 理想的线性度应该是100%，但 实际中的线性度可能会受到多 种因素的影响而有所偏差。
根据接口类型，正确连接信号线，避免信号干扰或数据传输不稳定。
接地处理
为了减少电磁干扰和保护设备，应确保良好的接地措施。
接口保护
在接口电路中加入适当的保护元件，如瞬态抑制二极管、滤波电容等， 以防止过压、过流等异常情况对接口造成损坏。
05
模拟量输入/输出通道的调试与校准
调试步骤与注意事项
检查硬件连接
采样速率
精度
采样速率是指模拟量输入通道 每秒钟能够采样的次数，通常 以赫兹（Hz）或千赫兹（kHz） 表示。高采样速率的模拟量输 入通道能够提供更准确的实时 响应。
精度是指模拟量输入通道的实 际输出值与理论输出值之间的 最大偏差。精度越高，表示模 拟量输入通道的误差越小，测 量结果越准确。
03
模拟量输出通道
精度
简要说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
简要说明模拟量输出通道的功能、各组成部分及其作用。
模拟量输出通道通常被用于控制和检测物理量，如温度、压力、流量等。
它可以将数字信号转换为相应的模拟信号输出，以驱动执行器或者供应传感器。
例如，如果需要控制一个加热器的温度，就可以用模拟量输出通道将数字信号转换为相应的模拟信号，供应加热器。
模拟量输出通道由四部分组成：输出端口、变换器、信号处理器和电源。
1.输出端口：该部分是模拟量输出通道的接口，用于将模拟信号传递到其他设备或系统中。
2.变换器：该部分是将数字信号转换为模拟信号的关键部分，它通常使用数字到模拟（DAC）转换器将数字信号转换为相应的模拟信号输出。
3.信号处理器：该部分对输出的模拟信号进行放大、滤波和线性化等处理，以确保信号稳定和准确。
4.电源：该部分提供通道所需的电力，以确保其稳定工作。
模拟量输出通道的功能是将数字信号转换为模拟信号输出，以便于控制和检测物理量。
其优点是具有高精度、
低噪声和广泛的应用范围。
通常应用于流程控制、自动化系统、传感技术等领域。
模拟量输出通道的工作流程
模拟量输出通道的工作流程下载温馨提示:该文档是我店铺精心编制而成，希望大家下载以后，能够帮助大家解决实际的问题。
文档下载后可定制随意修改，请根据实际需要进行相应的调整和使用，谢谢!并且，本店铺为大家提供各种各样类型的实用资料，如教育随笔、日记赏析、句子摘抄、古诗大全、经典美文、话题作文、工作总结、词语解析、文案摘录、其他资料等等，如想了解不同资料格式和写法，敬请关注!Download tips: This document is carefully compiled by theeditor. I hope that after you download them,they can help yousolve practical problems. The document can be customized andmodified after downloading,please adjust and use it according toactual needs, thank you!In addition, our shop provides you with various types ofpractical materials,such as educational essays, diaryappreciation,sentence excerpts,ancient poems,classic articles,topic composition,work summary,word parsing,copy excerpts,other materials and so on,want to know different data formats andwriting methods,please pay attention!模拟量输出通道是将数字信号转换为模拟信号的电路，其工作流程如下：1. 数字信号输入：模拟量输出通道接收来自数字控制系统的数字信号，这些数字信号通常是由传感器或其他数字设备采集到的数据。
第二章模拟量输入输出通道的接口技术
多阶采样：
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
3 2
1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
tk r tk 是周期性的重复，即tk r tk 常量，r 1
随机采样：
根据需要选择采样时刻
采样前后波形的变化图
通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连
续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为fs。
香农定理：若fs≥2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。 在实际应用中， fs至少取4fmax 。
IN：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15） OUT：（1、17） 反多路转换开关（一到多的转换）： IN： （1、17） OUT：（9、23）、（8、22）、（7、21）、（6、20）、 （5、19）、（4、18）、（3、16）、（2、15）
VREF I out1 I 3 I 2 I1 I 0 2 2 2 2 4 2R
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1
0
由于S3~S0的状态是受b3~b0控制的，并不一定 全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3~S0中相应 开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还 与b3~b0的状态有关。 则 I out1 b3 I3 b2 I 2 b1 I1 b0 I 0
返回
2.1.2 多路转换开关
多 路 转 换 开 关 反 多 路 转 换 开 关
A/D
微机
D/A
完成多到一的转换
完成一到多的转换
2.1.2 多路转换开关
多路开关的分类：
从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的 转换 单向：只能实现多到一的转换 从输入信号的连接方式上分 单端输入 双端输入（或差动输入）
模拟量输入输出通道
通常，由于各路模拟信号和A／D的电压范围已知， 故可 算出对应信号源要求的放大系数。可预先将各路放大倍数的等
效数字量存入RAM中，当CPU要求输入第n路信号时，则由
CPU控制将第n路对应的放大倍数从RAM中取出，经数据总线 送入AM-542相应端接点，这样信号便按预先设定的放大倍数 进行放大。
第四章模拟量输入输出通道
2． 放大器并联反馈电阻方案 如图4-12所示，A1、A2组成同相关联差动放大器，A3为起
减法作用的差动放大器。电压跟随器A4 的输入来自A点即共模
电压Ucm,其输出作为运放A1、A2的电源地端， 以使A1、A2的电 源电压浮动幅度与Ucm 相同，从而大大削弱共模干扰的影响，
这就是共模自举技术。信号从Us1、Us2以差动方式输入，放大器
有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较 长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍
可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵
方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通， X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。
第四章模拟量输入输出通道
一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光 敏三极管。当PIO的某一位为高电平时，经反相为低电平，发 光二极管导通并发光，使光敏三极管导通， 经倒相输出高电 平。 光电开关能使输入和输出在电气上完全隔离，主要用于
抗干扰场合。
第四章模拟量输入输出通道
图4-8 光电耦合开关用法之一
第四章模拟量输入输出通道
图4-9(b)是差动多路输入连接方式，模拟量双端输入， 双端输出接到运算放大器上。由于运算放大器的共模抑制比 较高， 故抗共模干扰能力强，一般用于低电平输入，现场干 扰较严重，信号源和多路开关距离较远，或者输入信号有各
效数字量存入RAM中，当CPU要求输入第n路信号时，则由
CPU控制将第n路对应的放大倍数从RAM中取出，经数据总线 送入AM-542相应端接点，这样信号便按预先设定的放大倍数 进行放大。
第四章模拟量输入输出通道
2． 放大器并联反馈电阻方案 如图4-12所示，A1、A2组成同相关联差动放大器，A3为起
减法作用的差动放大器。电压跟随器A4 的输入来自A点即共模
电压Ucm,其输出作为运放A1、A2的电源地端， 以使A1、A2的电 源电压浮动幅度与Ucm 相同，从而大大削弱共模干扰的影响，
这就是共模自举技术。信号从Us1、Us2以差动方式输入，放大器
有结构简单，闭合时接触电阻小，断开时阻抗高，工作寿命较 长，不受环境温度影响等优点，在小信号中速度的切换场合仍
可使用。由单个干簧管继电器组成的多路开关均采用开关矩阵
方式，如图4-4所示的开关矩阵可对64个点进行检测和选通， X轴和Y轴的选通电路受CPU控制，其程序框图如图4-5所示。
第四章模拟量输入输出通道
一种以光控制信号的器件，输入端为发光二极管，输出端为光 敏三极管。当PIO的某一位为高电平时，经反相为低电平，发 光二极管导通并发光，使光敏三极管导通， 经倒相输出高电 平。 光电开关能使输入和输出在电气上完全隔离，主要用于
抗干扰场合。
第四章模拟量输入输出通道
图4-8 光电耦合开关用法之一
第四章模拟量输入输出通道
图4-9(b)是差动多路输入连接方式，模拟量双端输入， 双端输出接到运算放大器上。由于运算放大器的共模抑制比 较高， 故抗共模干扰能力强，一般用于低电平输入，现场干 扰较严重，信号源和多路开关距离较远，或者输入信号有各
第四章数字量输入输出通道
（2）输出驱动电路——继电器驱动电路
图为经光耦隔离器的继电器输出驱动电路，当CPU数据线Di 输出数字“1”即高电平时，经7406反相驱动器变为低电平， 光耦隔离器的发光二极管导通且发光，使光敏三极管导通， 继电器线圈KA得电，动合触点闭合，从而驱动大型负荷设 备。 由于继电器线圈是电感性负载，当电路突然关断时，会出 现较高的电感性浪涌电压，为了保护驱动器件，应在继电 器线圈两端并联一个阻尼二极管，为电感线圈提供一个电 流泄放回路。
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流电源
交流SSR输出波形如下图所示。
波形
过零型导 通时间
控制信号
SSR两端的 电压在导通
时为0。
非过零型 导通时间 立即导通
非过零型SSR，加上控制信号便导通
过关零断型时导间 相通同时，间在
过零时
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
在实际使用中，要特别注意固态继电器的过电流与 过电压保护以及浪涌电流的承受等工程问题，在选 用固态继电器的额定工作电流与额定工作电压时， 一般要远大于实际负载的电流与电压，而且输出驱 动电路中仍要考虑增加阻容吸收组件。具体电路与 参数请参考生产厂家有关手册。
Vc
Di 7406
RL
交
流
电
+ _
～ SSR ～
源
图 4-13固 态 继 电 器 输 出 驱 动 电 路
（2）输出驱动电路——固态继电器驱动电路
交流型SSR按控制触发方式不同又可分为过零型和移相型两 种，其中应用最广泛的是过零型。
过零型交流SSR是指当输入端加入控制信号后，需等待负载 电源电压过零时，SSR才为导通状态；而断开控制信号后， 也要等待交流电压过零时，SSR才为断开状态。 移相型交流SSR的断开条件同过零型交流SSR，但其导通条件 简单，只要加入控制信号，不管负载电流相位如何，立即导 通。
模拟量输入输出通道(3-2h)
Outportb——写端口(寄存器) Outportb——写端口(寄存器) ——写端口 Outportb(基地址 偏移地址， 基地址+ Outportb(基地址+偏移地址，Intvar)
设备与器材
IPC-610 工业控制计算机一台 工业控制计算机一台（ ACLPG数 IPC-610工业控制计算机一台 （ 带 ACL-8112 PG 数 据采集卡一块） 据采集卡一块） PCLD-880 REV. A1端子板一块 PCLDREV. 37芯扁平电缆一条 37芯扁平电缆一条 直流稳压电源一台 示波器一台 数字万用表一个 信号发生器一台
模拟量输入输出通道
（共2学时） 学时）
训练目的
1、 了解计算机如何采集工业系统中的模拟信 号。
Inportb——读端口(寄存器) Inportb——读端口(寄存器) ——读端口 Intvar=Inportb (基地址+偏移地址) (基地址 偏移地址) 基地址+
2、了解计算机如何输出模拟信号。 了解计算机如何输出模拟信号。
AD0 AD1
AD15
公用一套 电路，要 进行通道 选择
先采样，再 保持，等待 处理（存放 在寄存器）
A/D通道内部工作原理 A/D通道内部工作原理
工业系统 V1 模拟传感器 V2 模拟传感器 信号调理 信号调理 多 Vk 路 开 关 M U X
可编程 放大器
VG S/H
Vh
采样 触发 信号
寄 Vd 接口 A/D 存 电路 器
模拟电压输入后，如何使A/D转换开始？ 模拟电压输入后，如何使A/D转换开始？ A/D转换开始
A/D转换触发 A/D转换触发
触发：给一控制信号， 触发：给一控制信号，使A/D开始 开始
设备与器材
IPC-610 工业控制计算机一台 工业控制计算机一台（ ACLPG数 IPC-610工业控制计算机一台 （ 带 ACL-8112 PG 数 据采集卡一块） 据采集卡一块） PCLD-880 REV. A1端子板一块 PCLDREV. 37芯扁平电缆一条 37芯扁平电缆一条 直流稳压电源一台 示波器一台 数字万用表一个 信号发生器一台
模拟量输入输出通道
（共2学时） 学时）
训练目的
1、 了解计算机如何采集工业系统中的模拟信 号。
Inportb——读端口(寄存器) Inportb——读端口(寄存器) ——读端口 Intvar=Inportb (基地址+偏移地址) (基地址 偏移地址) 基地址+
2、了解计算机如何输出模拟信号。 了解计算机如何输出模拟信号。
AD0 AD1
AD15
公用一套 电路，要 进行通道 选择
先采样，再 保持，等待 处理（存放 在寄存器）
A/D通道内部工作原理 A/D通道内部工作原理
工业系统 V1 模拟传感器 V2 模拟传感器 信号调理 信号调理 多 Vk 路 开 关 M U X
可编程 放大器
VG S/H
Vh
采样 触发 信号
寄 Vd 接口 A/D 存 电路 器
模拟电压输入后，如何使A/D转换开始？ 模拟电压输入后，如何使A/D转换开始？ A/D转换开始
A/D转换触发 A/D转换触发
触发：给一控制信号， 触发：给一控制信号，使A/D开始 开始
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八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器 R fb
V REF
I OUT2 I OUT1
CS WR 1 WR 2 XFER
AGND
（2）DAC 0832与单片机连接 直通方式：
输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出。 直通方式—— WR1= WR2 =XFER=0时，数据可以从输入端经 两个寄存器直接进入D/A转换器，数字量输入后就能进行A/D转 换。
八位 输入 寄存 器 ILE1
八位 DAC 寄存 器 ILE2
八位 D/A 转换 器
WR1 WR 2
Iout2
+
Vy
WR 2
XFER
P2（DPH） 7 6 0832(1)：DF00－DFFFH 0832(2)：BF00－BFFFH DAC寄存器：7F00－7FFFH 1 1 1 0 0 1 5 0 1 1 4 1 1 1 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 7 6
学习要求：
会根据地址设计译码电路；
已知电路会计算端口地址；
10.2 模拟量输入通道及A/D转换器应用
10.2.1 模拟量输入通道的构成特点
测控系统的信号采集 模拟量输入通道主要是采集被测对象信号； 把传感器输出电信号转换成计算机的TTL电信号； 传感器模拟信号输出信号较弱，考虑边界区域、线性区域、 分辨率等。 传感器输出信号一般都比较微弱且通道靠近现场，易受干扰。 模拟量输入通道的一般组成
V
#dataH
#dataL
T/2
T/2
几点说明： （1）以上程序产生的是矩形波，其低点平的宽度由延时子程序 DELAYL所延时的时间来决定，高电平的宽度则由DELAYH所延时 的时间决定。 （2）改变延时子程序DELAYL和的DELAYH延时时间，就可改变矩 形波上下沿的宽度。若DELAYL=DELAYH（两者延时一样），则输 出的是方波。 （3）改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值；单极性输出
信号调理 过 程 参 数 传 感 器 检 测
┇ ┇
信号调理
多 路 转 换 开 关
放大 器
采样 保持 控 制
模/数 转换
微 机
10.2.2 典型A/D转换器芯片ADC0809
一个8位逐次逼近式A/D转换器；可完成8路模拟信号分时采 集；片内有8路模拟选通开关及相应的通道地址锁存用译码电路； Vref(+) Vref(-) 转换时间为100µs左右； 12 16
八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器
V REF
I OUT2 I OUT1
R fb AGND
CS WR 1 WR 2 XFER
单缓冲方式
所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一 个（8位DAC寄存器）处于直通方式，而另一个处于受控锁存方 式。为使DAC寄存器处于直通方式，应使WR2 =0和XFER=0。 可把这两个信号固定接地。 把WR1接8051的WR，ILE接高电平， CS接高位地址线或地 址译码输出，由单片机控制输入寄存器。
1 2 3 4 5 6 7 ADC0809 8 9 10 11 12 13 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
第10章 模拟量输入输出通道
单片机同普通计算机一样，只能处理数字量，在一个实际的测控 系统中，常常需要采集许多模拟量，如温度、压力、流量、温度等，为 了能使单片机对上述模拟量的处理，就必须进行A／D转换，把模拟量 转换成数字量。 同样由于执行机构只能接收模拟量控制，因此为了使单片机处理加 工后的数字信息能够对执行机构进行控制，也需要把数字量转换成模拟 量，进行D／A转换。
八位
DI0 输入 寄存 器 ILE
八位
DAC 寄存 器 ILE1 ILE2
八位
D/A 转换 器
V REF I OUT2 I OUT1
DI7
＆ ＆
R fb
＆
CS WR 1 WR 2 XFER
AGND
⑧ Rfb—内部集成反馈电阻（15KΩ ），DAC0832是电流输出型 D/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流 输出端接运算放大器，Rfb可作为运算放大器的反馈电阻。 ⑨ Vref—外加高精度基准电压输入端，内部电阻网络相连接， 可正可负，范围为-10V～+10V； ⑩ DGND——数字地、AGND——模拟地
C 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 被选择的通道 IN 0 IN 1 IN 2 IN 3 IN 4 IN 5 IN 6 IN 7
IN IN3 IN4 IN5 IN6 7 START EOC D 3 OE CLOCK V V cc ref(+) GND D 1
转换时间 描述D／A转换器速度快慢的参数，指完成一次
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA转换的时间。
量化误差 量化误差是指实际输出值与理论输出值之间的
误差，主要取决于分辨率。
（2）D/A转换器内部结构 电阻解码网络 二进制数字开关 基准电源 运算放大器 （3）计算公式
U out
Vref D 2
其中：Uout为输出模拟电压值，Vref为参考电压，D为输入 的数字量
具体说明：
当单片机执行MOV DPTR，#0DFFFH指令时，相当于DPH ＝ DFH，DPL＝FFH，即P2口输出DFH，P0输出FFH；
当单片机执行MOVX，@DPTR，A时，内部硬件将单片机引 脚WR自动置低（WR=0）； 当单片机执行MOVX A ，@DPTR时，内部硬件将单片机引 脚RD 自动置低（RD=0）；
P0（DPL） 5 4 3 2 1 0 1 × × × × × × × × 1 × × × × × × × × 1 × × × × × × × ×
输入锁存器和DAC0832DAC寄存器地址。两路同步输出程序如 下：
MOV DPTR，#0DFFFH；送0832（1）输入锁存器地址 MOV A，#data1 ；data1送0832（1）输入锁存器 MOVX @DPTR，A ； MOV DPTR，#0BFFFH；送0832（2）输入锁存器地址 MOV A，#data2 ；data2送0832（2）输入锁存器 MOVX @DPTR，A ； MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC寄存器地址 MOVX @DPTR，A ；两路数据同步转换输出
MOV A， #00H MOV DPTR，#7FFFH MM： MOVX @DPTR，A INC A NOP NOP NOP SJMP MM ；取下限值 ；指向0832口地址 ；输出 FFH V ；延时
00H ；反复 T
t
如果锯齿波的周期要求严格的话，应当使用定时器来控制， 每中断一次进行一次D／A转换。
八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器 R fb AGND V REF
I OUT2 I OUT1
CS WR 1 WR 2
XFER
④ ILE —数据锁存允许信号（输入），高电平有效。 ⑤ WR1、 WR2， WR1是第一写输入信号， WR2是第2写输入信号， 均是低电平有效。 WR1与ILE 信号共同控制输入寄存器； WR2与XFER信号合在一起控制DAC寄存器。 ⑥ XFER—数据传送控制信号(输入),低电平有效 。
P2.5 P2.6 P2.7
CS
DAC0832 Rfb Iout1 Iout2
XFER DI7 DI0
P0.7-P0.0
WR
+
Vx
WR1 WR 2
CS
8051
XFER DAC0832 R DI7 DI0 fb Iout1
VREF IOUT2 IOUT1 Rfb AGND
DI 0 DI 7 ILE CS WR 1
P0 ALE 8051 P 2.7 WR
74LS373 G
Vref Rfb DI7~0 Iout1
DAC0832 Vcc ILE
o +5V
o +
CS Iout2 XFER WR1 AGND WR2 DGND
Voout
单缓冲方式应用举例－－锯齿波电压发生器
在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压（锯齿波） 来控制检测过程、移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在 DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实 现，其电路连接图如图所示。 o
26 IN0 27 28 1 一个8位逐次逼近式A/D转换器 2 3 4 8路模拟转换开关 5 IN7
（1）结构
o o o o 8位 o 模拟 o 开关 o o
ADC0809 8位 A/D 转 21 20 三态 19 18 输出 8 锁存 15 14 缓冲器17
7 EOC Msb D7
3-8地址锁存译码器 三态输出数据锁存器
10.1.2 DAC0832及其接口 （1） DAC0832内部结构和工作原理
八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器 R fb V REF I OUT2
（P213）
CS WR 1 AGND DI3 DI2 DI1 DI0 VREF Rfb DGND
时为0～-5V或0～+5V；双极性输出时为-5V～+5V。
双缓冲器方式
双缓冲方式—— 两个寄存器均处于受控状态。这种工作方 式适合于多模拟信号同时输出的应用场合。输入寄存器和DAC 寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信 号。 在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必须采用 双缓冲方式。 DAC0832采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转 换输出是分两步进行的。 第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并 锁存在各自的输入寄存器中。 第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路输 入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。 下图为两片DAC0832与8051的双缓冲方式连接电路，能实 现两路同步输出。
V REF
I OUT2 I OUT1
CS WR 1 WR 2 XFER
AGND
（2）DAC 0832与单片机连接 直通方式：
输入寄存器和DAC寄存器共用一个地址，同时选通输出。 直通方式—— WR1= WR2 =XFER=0时，数据可以从输入端经 两个寄存器直接进入D/A转换器，数字量输入后就能进行A/D转 换。
八位 输入 寄存 器 ILE1
八位 DAC 寄存 器 ILE2
八位 D/A 转换 器
WR1 WR 2
Iout2
+
Vy
WR 2
XFER
P2（DPH） 7 6 0832(1)：DF00－DFFFH 0832(2)：BF00－BFFFH DAC寄存器：7F00－7FFFH 1 1 1 0 0 1 5 0 1 1 4 1 1 1 3 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 7 6
学习要求：
会根据地址设计译码电路；
已知电路会计算端口地址；
10.2 模拟量输入通道及A/D转换器应用
10.2.1 模拟量输入通道的构成特点
测控系统的信号采集 模拟量输入通道主要是采集被测对象信号； 把传感器输出电信号转换成计算机的TTL电信号； 传感器模拟信号输出信号较弱，考虑边界区域、线性区域、 分辨率等。 传感器输出信号一般都比较微弱且通道靠近现场，易受干扰。 模拟量输入通道的一般组成
V
#dataH
#dataL
T/2
T/2
几点说明： （1）以上程序产生的是矩形波，其低点平的宽度由延时子程序 DELAYL所延时的时间来决定，高电平的宽度则由DELAYH所延时 的时间决定。 （2）改变延时子程序DELAYL和的DELAYH延时时间，就可改变矩 形波上下沿的宽度。若DELAYL=DELAYH（两者延时一样），则输 出的是方波。 （3）改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值；单极性输出
信号调理 过 程 参 数 传 感 器 检 测
┇ ┇
信号调理
多 路 转 换 开 关
放大 器
采样 保持 控 制
模/数 转换
微 机
10.2.2 典型A/D转换器芯片ADC0809
一个8位逐次逼近式A/D转换器；可完成8路模拟信号分时采 集；片内有8路模拟选通开关及相应的通道地址锁存用译码电路； Vref(+) Vref(-) 转换时间为100µs左右； 12 16
八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器
V REF
I OUT2 I OUT1
R fb AGND
CS WR 1 WR 2 XFER
单缓冲方式
所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器中有一 个（8位DAC寄存器）处于直通方式，而另一个处于受控锁存方 式。为使DAC寄存器处于直通方式，应使WR2 =0和XFER=0。 可把这两个信号固定接地。 把WR1接8051的WR，ILE接高电平， CS接高位地址线或地 址译码输出，由单片机控制输入寄存器。
1 2 3 4 5 6 7 ADC0809 8 9 10 11 12 13 14
28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15
第10章 模拟量输入输出通道
单片机同普通计算机一样，只能处理数字量，在一个实际的测控 系统中，常常需要采集许多模拟量，如温度、压力、流量、温度等，为 了能使单片机对上述模拟量的处理，就必须进行A／D转换，把模拟量 转换成数字量。 同样由于执行机构只能接收模拟量控制，因此为了使单片机处理加 工后的数字信息能够对执行机构进行控制，也需要把数字量转换成模拟 量，进行D／A转换。
八位
DI0 输入 寄存 器 ILE
八位
DAC 寄存 器 ILE1 ILE2
八位
D/A 转换 器
V REF I OUT2 I OUT1
DI7
＆ ＆
R fb
＆
CS WR 1 WR 2 XFER
AGND
⑧ Rfb—内部集成反馈电阻（15KΩ ），DAC0832是电流输出型 D/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流 输出端接运算放大器，Rfb可作为运算放大器的反馈电阻。 ⑨ Vref—外加高精度基准电压输入端，内部电阻网络相连接， 可正可负，范围为-10V～+10V； ⑩ DGND——数字地、AGND——模拟地
C 0 0 0 0 1 1 1 1 B 0 0 1 1 0 0 1 1 A 0 1 0 1 0 1 0 1 被选择的通道 IN 0 IN 1 IN 2 IN 3 IN 4 IN 5 IN 6 IN 7
IN IN3 IN4 IN5 IN6 7 START EOC D 3 OE CLOCK V V cc ref(+) GND D 1
转换时间 描述D／A转换器速度快慢的参数，指完成一次
Dቤተ መጻሕፍቲ ባይዱA转换的时间。
量化误差 量化误差是指实际输出值与理论输出值之间的
误差，主要取决于分辨率。
（2）D/A转换器内部结构 电阻解码网络 二进制数字开关 基准电源 运算放大器 （3）计算公式
U out
Vref D 2
其中：Uout为输出模拟电压值，Vref为参考电压，D为输入 的数字量
具体说明：
当单片机执行MOV DPTR，#0DFFFH指令时，相当于DPH ＝ DFH，DPL＝FFH，即P2口输出DFH，P0输出FFH；
当单片机执行MOVX，@DPTR，A时，内部硬件将单片机引 脚WR自动置低（WR=0）； 当单片机执行MOVX A ，@DPTR时，内部硬件将单片机引 脚RD 自动置低（RD=0）；
P0（DPL） 5 4 3 2 1 0 1 × × × × × × × × 1 × × × × × × × × 1 × × × × × × × ×
输入锁存器和DAC0832DAC寄存器地址。两路同步输出程序如 下：
MOV DPTR，#0DFFFH；送0832（1）输入锁存器地址 MOV A，#data1 ；data1送0832（1）输入锁存器 MOVX @DPTR，A ； MOV DPTR，#0BFFFH；送0832（2）输入锁存器地址 MOV A，#data2 ；data2送0832（2）输入锁存器 MOVX @DPTR，A ； MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC寄存器地址 MOVX @DPTR，A ；两路数据同步转换输出
MOV A， #00H MOV DPTR，#7FFFH MM： MOVX @DPTR，A INC A NOP NOP NOP SJMP MM ；取下限值 ；指向0832口地址 ；输出 FFH V ；延时
00H ；反复 T
t
如果锯齿波的周期要求严格的话，应当使用定时器来控制， 每中断一次进行一次D／A转换。
八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器 R fb AGND V REF
I OUT2 I OUT1
CS WR 1 WR 2
XFER
④ ILE —数据锁存允许信号（输入），高电平有效。 ⑤ WR1、 WR2， WR1是第一写输入信号， WR2是第2写输入信号， 均是低电平有效。 WR1与ILE 信号共同控制输入寄存器； WR2与XFER信号合在一起控制DAC寄存器。 ⑥ XFER—数据传送控制信号(输入),低电平有效 。
P2.5 P2.6 P2.7
CS
DAC0832 Rfb Iout1 Iout2
XFER DI7 DI0
P0.7-P0.0
WR
+
Vx
WR1 WR 2
CS
8051
XFER DAC0832 R DI7 DI0 fb Iout1
VREF IOUT2 IOUT1 Rfb AGND
DI 0 DI 7 ILE CS WR 1
P0 ALE 8051 P 2.7 WR
74LS373 G
Vref Rfb DI7~0 Iout1
DAC0832 Vcc ILE
o +5V
o +
CS Iout2 XFER WR1 AGND WR2 DGND
Voout
单缓冲方式应用举例－－锯齿波电压发生器
在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压（锯齿波） 来控制检测过程、移动记录笔或移动电子束等。对此可通过在 DAC0832的输出端接运算放大器，由运算放大器产生锯齿波来实 现，其电路连接图如图所示。 o
26 IN0 27 28 1 一个8位逐次逼近式A/D转换器 2 3 4 8路模拟转换开关 5 IN7
（1）结构
o o o o 8位 o 模拟 o 开关 o o
ADC0809 8位 A/D 转 21 20 三态 19 18 输出 8 锁存 15 14 缓冲器17
7 EOC Msb D7
3-8地址锁存译码器 三态输出数据锁存器
10.1.2 DAC0832及其接口 （1） DAC0832内部结构和工作原理
八位 DI0 DI7 输入 寄存 器 ILE ILE1 八位 DAC 寄存 器 ILE2 八位 D/A 转换 器 R fb V REF I OUT2
（P213）
CS WR 1 AGND DI3 DI2 DI1 DI0 VREF Rfb DGND
时为0～-5V或0～+5V；双极性输出时为-5V～+5V。
双缓冲器方式
双缓冲方式—— 两个寄存器均处于受控状态。这种工作方 式适合于多模拟信号同时输出的应用场合。输入寄存器和DAC 寄存器分配有各自的地址，可分别选通用同时输出多路模拟信 号。 在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必须采用 双缓冲方式。 DAC0832采用双缓冲方式时，数字量的输入锁存和D/A转 换输出是分两步进行的。 第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字量并 锁存在各自的输入寄存器中。 第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路输 入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。 下图为两片DAC0832与8051的双缓冲方式连接电路，能实 现两路同步输出。