第3章-過(guò)程通道數(shù)據(jù)采集6

第三章

過(guò)程通道和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之五熊遠(yuǎn)生2010年9月內(nèi)容提要概述模擬量輸入通道:采樣,多路轉(zhuǎn)換器D/A與A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)A/D轉(zhuǎn)換器及其與微處理器的接口數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換器及其與微處理器的接口過(guò)程通道的抗干擾措施小結(jié)模擬量輸出通道任務(wù)：把微型計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量核心部件：D/A轉(zhuǎn)換器要求：◆牢靠性高，滿足確定的精度◆具有保持功能模擬量輸出通道（2）多路模擬量輸出通道的結(jié)構(gòu)形式◆主要取決于輸出保持器的構(gòu)成方式—輸出保持器的作用：在新的限制信號(hào)到來(lái)之前，使本次限制信號(hào)維持不變◆兩種基本結(jié)構(gòu)形式：一個(gè)通路設(shè)置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器多個(gè)通路共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器模擬量輸出通道（3/）◆一個(gè)通路設(shè)置一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器—優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度快，工作牢靠—缺點(diǎn)：運(yùn)用較多的D/A轉(zhuǎn)換器模擬量輸出通道（4）◆多個(gè)通路共用一個(gè)D/A轉(zhuǎn)換器—優(yōu)點(diǎn)：節(jié)約了D/A轉(zhuǎn)換器—缺點(diǎn)：微機(jī)分時(shí)工作，工作牢靠性差D/A轉(zhuǎn)換器及其與微處理器的接口8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC083212位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208PCI-1720

8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832(5)8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832：電流輸出型◆主要特點(diǎn)：—可與各種微處理器干脆接口—輸入為8位二進(jìn)制碼，全部引腳(20個(gè))與TTL兼容—具有雙緩沖、單緩沖和直通數(shù)據(jù)輸入3種工作方式—電流穩(wěn)定時(shí)間1μS，滿量程誤差為±1LSB—＋5V～＋15V單一電源，低功耗20mW—參考電壓為－10V～＋10VD/A轉(zhuǎn)換器及與微處理器接口(5+)D/A有兩種類型1.內(nèi)部有數(shù)據(jù)寄存器,帶有片選與寫信號(hào)引腳;作為I/O擴(kuò)展槽與微處理器連接.2.內(nèi)部無(wú)寄存器,必需外加鎖存器才能與微處理器接口8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832(5++)3種工作方式1.雙緩存方式:用于同時(shí)輸出多個(gè)模擬信號(hào)的多個(gè)DAC0832系統(tǒng).WR1CS先有效,限制輸入數(shù)據(jù)鎖存到8位輸入寄存器;WRXfer(傳遞限制有效),數(shù)據(jù)鎖存入8位DAC寄存器,并同時(shí)輸出多個(gè)模擬信號(hào).2.單緩存方式:只用輸入寄存器鎖存數(shù)據(jù),另一級(jí)DAC接成直通方式,即Wr2和Xfer接地,或者兩個(gè)寄存器同時(shí)鎖存,wr1和wr2接在一起,而把Xfer接地.3.直通方式:cs,wr1,wr2,xfer接地,ILE接+5vDAC0832與微處理器接口(6)◆內(nèi)部結(jié)構(gòu)8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832(7)◆引腳結(jié)構(gòu)：20引腳，雙列直插式封裝—數(shù)字量輸入線D7~D0（8條）—限制線（5條）—輸出線（3條）Iout1,Iout2,Rf—電源線（4條）8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832(8/）◆引腳功能說(shuō)明：★輸入信號(hào)D7~D0★輸出信號(hào)IOUT1，且IOUT1＋I(xiàn)OUT2為常量，Rfb為反饋信號(hào)輸入端，反饋電阻在片內(nèi)★限制信號(hào)：為允許輸入鎖存信號(hào)，和分別為輸入寄存器和DAC寄存器的寫信號(hào)，為傳送限制信號(hào)，為片選信號(hào)★電源信號(hào)：VCC為主電源，VREF為基準(zhǔn)電壓，AGND和DGND分別為模擬地和數(shù)字地匯總（8+/）◆DI0~DI7：數(shù)據(jù)輸入線，TLL電平。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許限制信號(hào)輸入線，高電平有效。CS：片選信號(hào)輸入線，低電平有效。WR1：為輸入寄存器的寫選通信號(hào)。XFER：數(shù)據(jù)傳送限制信號(hào)輸入線，低電平有效。WR2：為DAC寄存器寫選通輸入線。Iout1:電流輸出線。當(dāng)輸入全為1時(shí)Iout1最大。Iout2:電流輸出線。其值與Iout1之和為一常數(shù)。Rfb:反饋信號(hào)輸入線,芯片內(nèi)部有反饋電阻.Vcc:電源輸入線(+5v~+15v)Vref:基準(zhǔn)電壓輸入線(-10v~+10v)AGND:模擬地,摸擬信號(hào)和基準(zhǔn)電源的參考地.DGND:數(shù)字地,兩種地線在基準(zhǔn)電源處共地比較好.DAC0832與微處理器接口(8++/)DAC0832是接受CMOS工藝制成的單片直流輸出型8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器。如圖所示，它由倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)、模擬開(kāi)關(guān)、運(yùn)算放大器和參考電壓VREF四大部分組成。運(yùn)算放大器輸出的模擬量V0為：由上式可見(jiàn)，輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量（D）成正比，這就實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。

DAC0832與微處理器接口(9/)◆因?yàn)镈AC0832是電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換芯片，為了取得電壓輸出，需在電流輸出端接運(yùn)算放大器，Rf為運(yùn)算放大器的反饋電阻端。運(yùn)算放大器的接法如下圖所示：DAC0832與微處理器接口(10/)◆單極性輸出方式DAC0832與微處理器接口(10+/)◆單極性輸出方式試驗(yàn)線路如圖所示◆雙極性輸出方式DAC0832與微處理器接口(11/)◆雙極性輸出方式DAC0832與微處理器接口(11+)★運(yùn)算放大器OA2的作用是將運(yùn)算放大器OA１的單向輸出轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向輸出，用圖形表示如下：DAC0832與微處理器接口(12/)★用偏移二進(jìn)制碼方法，實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換器的雙極性輸出比較簡(jiǎn)潔實(shí)現(xiàn)(?)，而且與微型計(jì)算機(jī)輸出兼容，只要把最高位取反，就可以將2的補(bǔ)碼轉(zhuǎn)換成偏移二進(jìn)制碼雙極性時(shí),LSB=?(2*1/2^n),負(fù)極性是全1碼:-|Vref|+LSBDAC0832與微處理器接口(13/)注記：常用的雙極性編碼/1-2數(shù)正基準(zhǔn)富基準(zhǔn)符號(hào)-數(shù)值碼2的補(bǔ)碼偏移2進(jìn)制碼+7+7/8-7/8011101111111+6+6/8-6/8011001101110+5+5/8-5/8010101011101+4+4/8-4/8010001001100+3+3/8-3/8001100111011+2+2/8-2/8001000101010+1+1/8-1/8000100011001+0+0-0000000001000-0-0+01000（0000）（1000）-1-1/8+1/8100111110111-2-2/8+2/8101011100110-3-3/8+3/8101111010101-4-4/8+4/8110011000100-5-5/8+5/8110110110011-6-6/8+6/8111010100010-7-7/8+7/8111110010001-8-8/8+8/810000000★在雙極性接法時(shí)，假如再變更基準(zhǔn)電源的極性，就可實(shí)現(xiàn)完整的4個(gè)象限的乘積輸出。實(shí)現(xiàn)正負(fù)兩組基準(zhǔn)電源的切換有如下兩種接法：D/A轉(zhuǎn)換器及與微處理器接口(14/)DAC0832與MCS-51的接口◆直通方式：—指DAC0832內(nèi)部的兩個(gè)寄存器都處于不鎖存狀態(tài)，數(shù)據(jù)一旦到達(dá)輸入端就干脆被送到D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬量—全部限制信號(hào)都接成有效形式，，，和接地，接+5V電源DAC0832與微處理器接口(15/)◆

單緩沖方式：指DAC0832的兩個(gè)寄存器中有一個(gè)處于直通方式，而另一個(gè)處于受控的鎖存方式；或者兩級(jí)寄存器同時(shí)鎖存(圖示)DAC0832與微處理器接口(16/)◆上述DAC0832接受的是單緩沖單極性的接線方式，它的選通地址為7FFFH實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的程序如下：MOV DPTR，#7FFFH ；輸入0832口地址MOV A，#data ；讀取數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A；執(zhí)行D/A轉(zhuǎn)換SJMP $MOVX:片外64KB的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，與16位數(shù)據(jù)指針DPTR搭配運(yùn)用7FFFH=0111111111111111DAC0832與微處理器接口(17/)◆

雙緩沖方式：把DAC0832的兩個(gè)寄存器都接成受控鎖存方式DAC0832與微處理器接口(18/)◆上述DAC0832接受的是雙緩沖雙極性的接線方式，輸入寄存器的地址為FEH，DAC寄存器的地址為FFH實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的程序如下：MOV R0，#0FEH ；輸入寄存器地址MOVX@R0，A ；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)送輸入寄存器INC R0 ；產(chǎn)生DAC寄存器地址MOVX@R0，A；數(shù)據(jù)送入DAC寄存器并進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換SJMP $；等待中斷DAC0832與微處理器接口(19/)12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC120812位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208(20/)◆12位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器◆內(nèi)部有兩個(gè)輸入鎖存器（一個(gè)8位，一個(gè)4位），和12位DAC鎖存器，分別由限制。◆BYTE1/BYTE2輸入限制端 —高電平：DI4-DI11同時(shí)鎖存到輸入寄存器 —低電平：DI0-DI3鎖存到4位輸入寄存器◆DAC寄存器的鎖存限制端 —高電平：Q＝D，輸入寄存器與DAC寄存器直通 —低電平：DAC寄存器鎖存12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208(21/)◆引腳結(jié)構(gòu)24引腳，雙列直插式封裝—數(shù)字量輸入線DI11~DI0（12條）—限制線（5條）—輸出線（3條）—電源線（4條）12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208(22/)DAC1208與MCS-51的接口12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208(23/)◆DAC1208接受的是單極性的輸出方式，8位輸入寄存器的地址為FFH，4位輸入寄存器的地址為FEH。設(shè)內(nèi)部RAM的20H和21H單元內(nèi)存放一個(gè)12位數(shù)字量（20H單元中為低4位，21H單元中為高8位），實(shí)現(xiàn)D/A轉(zhuǎn)換的程序?yàn)椋篛RG 0000H ；程序執(zhí)行起先地址MOV R0，#0FFH ；8位輸入寄存器地址MOV R1，#21HMOV A，@R1 ；高8位數(shù)字量送AMOVX @R0，A ；高8位數(shù)字量送8位輸入寄存器DEC R0DEC R1MOV A，@R1 ；低4位數(shù)字量送ASWAP A ；A中凹凸4位互換MOVX @R0，A ；低4位數(shù)字量送4位輸入寄存器DEC R0MOVX @R0，A ；啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換END12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208(24/)PCI-1720（25）◆PCI-1720是一款PCI總線的4路12位隔離數(shù)據(jù)量-到-模擬量的輸出卡.它能夠在輸出和PCI總