西安交通大学：《微机原理与接口技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第8章 模拟量的输入输出

ch8模拟量的输入输出 本章内容 模拟量输入输出通道的组成 D/A转换器 原理及连接使用方法 A/D转换器 原理及连接使用方法

Ch.8 模拟量的输入输出 ◼ 本章内容 ◼ 模拟量输入输出通道的组成 ◼ D/A转换器 ◼ 原理及连接使用方法 ◼ A/D转换器 ◼ 原理及连接使用方法

概述 ■模拟量I/O接口的作用: 实际工业生产环境—连续变化的模拟量 ■例如:电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部一离散的数字量 二进制数、十进制数 工业生产过程的闭环控制 传感器「模拟量 AD计算机}数字量DA 模拟量执行元件 模拟量输入 模拟量输出 (数据采集) (过程控制)

◼ 模拟量I/O接口的作用： ◼ 实际工业生产环境——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——离散的数字量 ◼ 二进制数、十进制数 ◼ 工业生产过程的闭环控制 概述 模拟量 传感器 A/D D/A 执行元件 数字量 数字量 模拟量 模拟量输入 (数据采集) 模拟量输出 (过程控制) 计算机

81模拟量I/O通道的组成 输入通道 传感器 滤波 & 转换 接口 工业生产过程 采样保持 物理量 信号 信号 变换 处理 变换 接口 输出通道 型计算机 执行 放大 D/A 输出/00101 机构 驱动 转换 接口 模拟电路的任务 模拟接口电路的任务

8.1 模拟量I/O通道的组成 模拟电路的任务 模拟接口电路的任务 00101101 10101100 工 业 生 产 过 程 传 感 器 放大 滤波 多路转换 & 采样保持 A/D 转换 放大 驱动 D/A 转换 输出 接口 微 型 计 算 机 执行 机构 输入 接口 物理量 变换 信号 处理 信号 变换 I/O 接口 输入通道 输出通道

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(Mu| triplexer) 多选 ■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 n放大驱动 提供足够的驱动电压,电流

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 ◼ 放大驱动 ◼ 提供足够的驱动电压，电流

82数/模(D/A)变换器 821D/A变换器的基本原理及技术指标 D/A变换器的基本工作原理 n组成:模拟开关、电阻网终、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: R 模拟开关 数字量 电阻网络∑ 十 ref

8.2 数/模（D/A）变换器 ◼ 8.2.1 D/A变换器的基本原理及技术指标 ◼ D/A变换器的基本工作原理 ◼ 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： Vref Rf 模拟开关 电阻网络 VO 数字量 ∑

D/A变换原理 运放的放大倍数足够大时,输出电压V与输 入电压Vin的关系为: R 式中:R为反馈电阻 R为输入电阻Vm↓ ∑

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： f O in R V = - V R 式中：Rf 为反馈电阻 R 为输入电阻 Vin Rf Vo ∑ R

若输入端有n个支路,则输出电压v。与输入 电压的关系为: R R 式中:R1为第i支路的输 R 入电阻 ∑ R

◼ 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：  n 0 f in i=1 i 1 V = -R V R Vin Rf VO ∑ 式中：Ri 为第i支路的输 R1 入电阻 Rn …

■令每个支路的输入电阻为2R千,并令Vm为 基准电压ve,则有 6=R∑ =1 2R ∑V 2 ref ■如果每个支路由一个开关S控制,S=1表示 s合上,S=0表示S断开,则上式变换为 v=∑,Sv 若S=1,该项对V。有贡献 ref j=1 2 若S=0,该项对Vo无贡献

◼ 令每个支路的输入电阻为2 iRf , 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   n n 0 f ref ref i i i=1 i=1 f 1 1 V = -R V = - V 2 R 2  n 0 i ref i i=1 1 V = - S V 2 若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献

■与上式相对应的电路如下(图中n=8) 2R Rf S1 4R O S2 8R 0 S3 O 16R O S4 32R ef 64R s60 o 128R S7 O 256R O S8 ■图中的电阻网络就称为权电阻网络

2R 4R 8R 16R 32R 64R 128R 256R Vref Rf VO S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 ◼ 与上式相对应的电路如下(图中n=8)： ◼ 图中的电阻网络就称为权电阻网络