第13章 模拟输入输出技术
《模拟量的输入输出》课件
电压输出型设备可以将电 信号转换为电压模拟信号 ，常用于电压源的输出。
电流输出型设备可以将电 信号转换为电流模拟信号 ，常用于需要恒流源的场 合。
电阻输出型设备可以将电 信号转换为电阻模拟信号 ，常用于需要调节阻值的 场合。
模拟量输出的电路设计
放大电路可以将微弱的电信 号放大到足够的幅度，以满
足输出要求。
模拟量输出的电路设计需要 考虑信号的放大、滤波、隔
离和保护等方面。
01
02
03
滤波电路可以去除信号中的 噪声和干扰，提高信号的纯
净度。
隔离电路可以避免不同电路 之间的相互干扰，保护电路
的安全运行。
04
05
保护电路可以防止电路过载 、过流和过压等异常情况对
电路的损害。
04
模拟量输入输出转换
模拟量输入输出转换的原理
将物理量转换为模拟量信号的装置。
模拟量与数字量的区别
01 数字量
离散的量，如开关状态、二进制数等。
02 转换方式
模拟量通过连续变化表示物理量，数字量通过离 散状态表示信息。
03 传输方式
模拟量信号通过电缆传输，易受干扰；数字量信 号通过数字通信传输，抗干扰能力强。
模拟量的应用领域
工业控制
如温度、压力、流量等参 数的监测和控制。
模拟量输入的电路设计
模拟量输入的电路设计需要考虑信号 源、信号调理电路和测量设备的特性 。
信号调理电路的设计需要考虑噪声抑 制、抗干扰能力和线性范围等因素， 以确保测量结果的准确性和可靠性。
电路设计需要确保信号源与测量设备 之间的阻抗匹配，以减小信号损失和 失真。
03
模拟量输出
模拟量输出的原理
单片机模拟输入输出技术解析
单片机模拟输入输出技术解析引言：在嵌入式系统设计中，单片机是一种非常重要的器件。
为了满足实际应用中对于模拟量的输入和输出需求，单片机需要具备模拟输入输出功能。
本文将对单片机模拟输入输出技术进行详细解析，包括模拟输入的工作原理、模拟输出的实现方式和常见的应用案例。
一、模拟输入的工作原理模拟输入是将外部模拟量信号转化为数字量信号的过程。
通常采用的模拟输入方式有比例缩放法和积分法。
1. 比例缩放法比例缩放法是通过将外部模拟信号与参考电压进行比较，获得对应的数字量信号。
一般使用模数转换器（ADC）来实现这个过程。
ADC将模拟信号按照一定的精度（即分辨率）进行量化，并输出相应的数字量。
ADC一般由采样模块、量化模块和输出模块组成。
采样模块将外部模拟信号进行采样，采样频率要满足奈奎斯特定理。
量化模块将采样得到的模拟信号按照设定的分辨率进行量化。
输出模块将量化后的数字信号输出到单片机内部进行进一步处理。
2. 积分法积分法是通过使用模拟运算电路来实现模拟输入。
典型的积分电路包括积分放大器和积分器。
积分放大器能够将输入电压进行放大，并且输出的电压与输入电压成正比。
积分器则是通过对输入电压进行积分，并输出积分后的电压。
二、模拟输出的实现方式模拟输出是将单片机内部的数字量信号转化为模拟量信号的过程。
常用的模拟输出方式包括PWM输出和DAC输出。
1. PWM输出PWM（脉冲宽度调制）输出是将数字量信号转化为模拟量信号的一种常见方式。
PWM输出原理是通过调节脉冲的占空比来改变输出电压的平均值。
PWM输出一般由定时器/计数器和比较器组成。
定时器/计数器用来产生一个固定频率的脉冲信号。
比较器将单片机内部的数字量信号与定时器/计数器产生的脉冲信号进行比较，根据比较结果来调节脉冲的占空比。
最终通过滤波电路将PWM信号变为平滑的模拟量输出。
2. DAC输出DAC（数模转换器）输出是一种将数字量信号转化为模拟量信号的常用方式。
DAC输出原理是通过一系列的加权电阻网络将数字信号转化为相应的模拟电压。
微机原理模拟量的输入输出课件
微机原理模拟量的输入输出的精度和稳定性往往受到多种因素的影响，例如温度、湿度、 电源等。针对这个问题，可以采取提高电路设计的精度、使用高稳定的器件等措施来提高 精度和稳定性。
实时性问题
微机原理模拟量的输入输出的实时性往往受到处理速度和传输速度的限制，导致信号处理 的延迟和丢失。针对这个问题，可以采取优化算法、提高处理速度等措施来提高实时性。
优点，适用于需要高精度输出的场合。
模拟量输出信号的处理方法
滤波
去除噪声和干扰，提高信号质量。
放大
将微弱的模拟信号放大到足够 的幅度以满足负载要求。
线性化
改善模拟信号的线性度，提高 输出精度。
数字化
将模拟信号转换为数字信号进 行处理和显示。
04
微机原理模量的入出用
模拟量输入输出在工业控制中的应用
微机原理模量的入 件
• 微机原理概述 • 模量的入 • 模量的出 • 微机原理模量的入出用 • 微机原理模量的入
• 参考文献
01
微机原理概述
微机原理的定义和研究内容
微机原理的定义
微机原理是研究微处理器及其相 关电路的工作原理、设计方法及 应用技术的科学。
研究内容
微机原理的研究内容包括微处理 器的内部结构、指令系统、寄存 器、内存、输入输出接口、汇编 语言编程、电路设计等。
01
02
03
指令执行过程
微处理器通过读取内存中 的指令，解码并执行指令， 对数据进行处理或控制外 部设备。
内存访问过程
微处理器通过地址线访问 内存中的特定位置，读取 或写入数据。
I/O操作过程
微处理器通过输入输出接 口与外部设备进行数据交 换，实现数据的输入和输 出。
《模拟量的输入输出》课件
模拟量输入的精度与误差
模拟量输入的精度是指能够转 换的最小变化量，通常取决于
设备的位数和分辨率。
误差则是指实际值与测量值 之间的差异，可能由多种因 素引起，如噪声、干扰和设
备的不完善等。
为了减小误差和提高精度，可 以采用滤波器、去噪技术和校
准等方法。
03
CATALOGUE
模拟量输出
模拟量输出的原理
在数据采集系统中的应用
环境监测
模拟量输入输出用于采集各种环境参 数，如温度、湿度、气压、风速等， 为气象预报、环境评估和科学研究提 供数据支持。
音频信号采集
在音频处理和录音工程中，模拟量输 入输出用于捕获和传输高质量的音频 信号，确保音频数据的准确性和完整 性。
在仪器仪表中的应用
工业仪表
在工业生产中，模拟量输入输出用于与各种传感器和执行器进行通信，实现自动化检测和控制。
模拟量用于表示连续变化 的音频信号，如音乐、语 音等。
视频处理
模拟量用于表示连续变化 的视频信号，如电影、电 视节目等。
02
CATALOGUE
模拟量输入
模拟量输入的原理
模拟量输入是指将连续变化的物理量（如电压、电流 、压力、温度等）转换成数字量，以便于计算机处理
。
模拟量输入的原理通常包括采样、保持和量化三个步 骤。
04
CATALOGUE
模拟量输入输出的应用实例
在控制系统中的应用
自动化生产线控制
模拟量输入输出用于实时监测生产线上的各种传感器数据，如温度、压力、流 量等，并根据预设的阈值进行自动调节，确保生产过程的稳定和高效。
机器人运动控制
通过模拟量输入输出，机器人可以接收来自传感器的位置、速度等信号，实现 精确的运动轨迹规划和实时调整。
第13章模拟输入输出技术PPT课件
I OUT1 11 I OUT2
9
RFB
3
AGND
20 VCC 10 DGND
1. DAC0832的数字接口
8位数字输入端
DI0～DI7（DI0为最低位）
输入寄存器（第1级锁存）的控制端
ILE、CS*、WR1*
DAC寄存器（第2级锁存）的控制端
XFER*、WR2*
直通锁存器的工作方式
1 2n 1
2． DAC转换精度
DAC转换精度是指实际转换得到的输出值与理论值之间的误差程度，可分 为绝对精度和相对精度两种衡量标准。
绝对精度是指每个输出值接近理论值的程度。
相对精度一般用绝对精度相对于满度量程输出的百分比表示。
3．DAC建立时间 建立时间是指DAC输出电压到达规定范围（终值的1/2最低有效位）时所
（2）双极性输出 若要进一步得到双极性的电压输出，即输出电压为-VREF ~+VREF，还应
引入电压偏移电路。
VOUT2 D2-n2-1n-1 VREF
DAC0832
VREF D0 D7
RFB
IOUT1 IOUT2
AGND
R2
R3
-
R1
+ A1 VOUT1
+ A2
VOUT2
13.2.4 D/A转换接口技术
IOUT2，若要得到电压输出，应加一级运算放大器，此时是单极性的电 压输出，即输出电压为0~-5V（VREF接+5V）或0~-10V（VREF接 10V），若要形成正电压输出，则VREF需接负电压。
VOUT1 2Dn VREF
DAC0832
D0 D7
RFB
VREF
IOUT1
单片机指令的模拟输入和输出控制
单片机指令的模拟输入和输出控制单片机作为一种常见的微型计算机芯片，广泛应用于各个领域，具有高性能、低功耗、易于编程等特点。
其中，模拟输入和输出控制是单片机系统中重要的功能之一。
本文将详细介绍单片机中模拟输入和输出控制的原理、应用以及相关技术。
一、模拟输入控制的原理与应用模拟输入指的是将外部模拟信号转换为数字信号，以便单片机进行数据处理。
常见的模拟输入控制方式有模数转换（ADC）和传感器信号采集。
1.1 模数转换模数转换是将连续的模拟信号转换为数字信号的过程，常用的模数转换方式有逐次逼近型（SAR）和积分型。
逐次逼近型是指单片机逐一比较模拟输入信号与参考电压之间的大小关系，并根据比较结果逼近模拟信号的大小，最终得到数字信号。
这种转换方式具有较高的精度和速度。
积分型模数转换是通过将模拟输入信号与一个可调节的参考电压进行积分运算，当积分结果等于零时停止积分，取积分时间作为数字信号的表示。
这种方式适用于采集低频信号或需要高分辨率的应用。
1.2 传感器信号采集传感器信号采集是指通过传感器将外部环境的物理量转换为模拟信号，然后通过单片机进行数字化处理。
常见的传感器有温度传感器、湿度传感器、压力传感器等。
例如，温度传感器通过测量热敏电阻的电阻值变化来获取温度信息，压力传感器通过测量应变电阻的电阻值变化来获取压力信息。
单片机可以通过模拟输入控制，将传感器采集到的模拟信号转换为数字信号进行处理和分析。
二、模拟输出控制的原理与应用模拟输出指的是将单片机处理后的数字信号转换为与之对应的模拟信号，以控制外部设备的运行。
常见的模拟输出控制方式有数字模拟转换（DAC）和脉宽调制（PWM）。
2.1 数字模拟转换数字模拟转换是将单片机处理后的数字信号转换为模拟信号的过程，常用的数字模拟转换方式有R-2R网络、串行型和并行型。
R-2R网络是一种常见的数字模拟转换电路，通过调节电阻网络的电阻值，来实现数字信号到模拟信号的转换。
串行型和并行型数字模拟转换器具有高速、高精度等特点，适用于需要高性能转换的应用场景。
单片机指令的模拟输入输出控制
单片机指令的模拟输入输出控制单片机指令的模拟输入输出控制是指通过模拟输入输出口对外部设备进行控制和数据交互的一种方法。
在单片机应用领域中，模拟输入输出控制是非常重要的，它能够实现单片机与环境的相互作用和信息交流。
本文将对单片机指令的模拟输入输出控制进行详细介绍。
一、模拟输入输出口概述模拟输入输出口是单片机用于与外部设备进行模拟信号交互的接口。
在单片机中，一般采用GPIO（General Purpose Input/Output）引脚作为模拟输入输出口。
通过控制这些引脚的输入输出状态，可以实现单片机与外部设备之间的数据传输和控制。
二、模拟输入输出控制的原理模拟输入输出控制的原理是通过控制模拟输入输出口的高低电平状态，来实现对外部设备的控制和数据交互。
对于模拟输入，单片机通过读取外部设备输出信号的电平状态来获取模拟数据；对于模拟输出，单片机通过改变输出引脚的电平状态来向外部设备发送模拟数据。
三、模拟输入输出控制的编程在单片机的程序设计中，可以通过编程来实现对模拟输入输出口的控制。
具体的编程方法因不同单片机型号而异，下面以STC89C52为例进行说明。
1. 模拟输入控制的编程在STC89C52中，可以通过P1^0引脚实现模拟输入控制。
首先，需要将P1口0位设置为输入模式，即将P1M1^0和P1M0^0两个位设置为0。
然后，在程序中使用以下语句来读取模拟输入信号的电平态势：```cbit AnalogInput;AnalogInput = P1^0;```例程中，将读取到的模拟输入信号保存在AnalogInput变量中，以供后续程序使用。
2. 模拟输出控制的编程在STC89C52中，可以通过P2^0引脚实现模拟输出控制。
首先，需要将P2口0位设置为输出模式，即将P2M1^0和P2M0^0两个位设置为0。
然后，在程序中使用以下语句来控制模拟输出信号的电平状态：```cbit AnalogOutput;AnalogOutput = 1; // 高电平输出P2^0 = AnalogOutput;```例程中，将将AnalogOutput设置为1，即输出高电平信号，然后使用P2^0 = AnalogOutput将该信号输出到P2.0引脚上。
单片机模拟输入输出
单片机模拟输入输出单片机（Microcontroller，简称MCU）是一种集成了微处理器、存储器和外设接口等核心部件的微型计算机系统。
在现代电子设备中，单片机起着至关重要的作用。
其中，单片机的输入输出功能是其最为基础和常用的功能之一。
单片机的模拟输入输出功能是指通过模拟输入与外部环境进行信息的交互，以及通过模拟输出实现对外部设备的控制。
本文将就单片机模拟输入输出的原理、应用和调试等方面展开论述。
一、单片机模拟输入输出原理单片机的模拟输入输出原理主要通过使用模拟信号与数字信号之间进行转换来实现。
模拟信号是指在连续时间内，其幅值和相位都可以取任意值的信号；而数字信号是指离散的、只能取有限个值的信号。
单片机能够通过模拟输入输出来进行模拟信号的采集、处理和输出，从而实现对外部环境的感知和控制。
单片机的模拟输入主要通过模拟转换器（ADC）来实现。
模拟转换器将连续变化的模拟信号转换成对应的数字信号，以便单片机可以对其进行处理。
单片机的模拟输入引脚连接到模拟转换器的输入端，通过采样和量化的过程，将模拟信号转换为数字信号，然后传递给单片机进行处理。
单片机的模拟输出主要通过数模转换器（DAC）来实现。
数模转换器将数字信号转换成相应的模拟信号，以便单片机可以通过模拟信号来控制外部设备。
单片机的数字输出引脚连接到数模转换器的输入端，通过数字信号的控制，将特定的数值转换为模拟信号，并输出到外部设备中。
二、单片机模拟输入输出的应用1. 传感器数据采集与处理：单片机通过模拟输入接口连接各种传感器，如温度传感器、湿度传感器、光照传感器等，获取外部环境的模拟信号，并通过模拟转换器转换为数字信号进行处理。
通过单片机的处理，可以实现对传感器数据的分析、判断和控制。
2. 模拟量控制：单片机通过模拟输出接口连接各种执行器，如电机、灯光等，通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号，并输出到执行器中。
通过控制模拟信号的大小和变化来实现对执行器的精确控制。
第13章模拟输入输出技术
模拟量——连续变化的物理量
DAC 数字/模拟转换器
模拟/数字转换器 ADC
数字量——时间和数值上都离散的量
13.1 模拟输入输出系统
微型计算机 D/A 转换 A/D 转换 功率放大 信号调理 执行机构 传感器 工业过程 过程参数
传感器 放大器 将各种现场的物理量测量出来 低通滤波器 把传感器输出的信号放大到 ADC所需 并转换成电信号（模拟电压或电流） 用于降低噪声、滤去高频干扰， 的量程范围 以增加信噪比
X(nt)
数字信号
0 2T 4T 6T 8T 10T nT
0 2T 4T 6T 8T 10T nT
1 0 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0பைடு நூலகம்1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n
13.3.2 ADC的主要技术指标
VOUT1
D n VREF 2
DAC0832 D0 D7 VREF RFB IOUT1 IOUT2 + VOUT1
AGND
（2）双极性输出 若要进一步得到双极性的电压输出，即输出电压为-VREF ~+VREF，还应 引入电压偏移电路。
VOUT2
D - 2 n-1 VREF n -1 2
直通锁存器的工作方式
两级缓冲寄存器都是直通锁存器
LE＝1，直通（输出等于输入） LE＝0，锁存（输出保持不变）
输入 锁 存 器 LE1 DAC 锁 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：直通方式
单片机中的模拟输入输出接口技术解析
单片机中的模拟输入输出接口技术解析单片机是一种集成电路，通常用于控制和执行各种任务。
在许多应用中，单片机需要与外部模拟设备进行通信，这就需要设计和实现模拟输入输出（I/O）接口。
本文将对单片机中的模拟I/O接口技术进行解析，包括模拟输入和模拟输出的基本原理、实现方式以及在实际应用中的一些常见问题和解决方法。
首先，我们来了解模拟输入接口的基本原理。
模拟输入接口的主要作用是将外部模拟信号转换为数字信号，以便单片机能够处理和分析。
常见的模拟输入接口有模拟到数字转换器（ADC）和运算放大器（Op-Amp）等。
ADC是一种能够将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号的电路。
它通过采样和量化的方式将模拟信号转换为数字信号，并将其传输给单片机进行处理。
运算放大器则是一种能够放大和稳定输入信号的模拟电路，通常用于放大和处理模拟信号。
在实际应用中，常用的模拟输入接口是通过ADC实现的。
ADC可以将模拟信号转换为数字信号，并通过SPI（串行外设接口）或I2C（串行通信接口）等通信协议将数据传输给单片机。
在选择ADC时，需要考虑信号的精度、采样速率、输入范围、接口类型等因素。
同时还需要注意保持输入信号的稳定性和抗干扰能力，以确保转换结果的准确性。
接下来，我们来了解模拟输出接口的基本原理。
模拟输出接口的主要作用是将数字信号转换为模拟信号，并输出到外部模拟设备进行控制或驱动。
常见的模拟输出接口有数字到模拟转换器（DAC）和PWM（脉宽调制）输出等。
DAC是一种能够将数字信号转换为连续变化的模拟信号的电路。
它通过将数字信号解码并转换为模拟信号，输出给外部模拟设备进行控制。
PWM输出则是一种通过改变占空比实现模拟信号输出的方式，通常用于控制电机、LED等外部设备。
在实际应用中，常用的模拟输出接口是通过DAC实现的。
DAC可以将数字信号转换为模拟信号，并通过模拟输出管脚输出给外部设备。
在选择DAC时，需要考虑输出精度、更新速率、输出范围、接口类型等因素。
单片机模拟输入输出技术原理及实现策略
单片机模拟输入输出技术原理及实现策略随着物联网和嵌入式系统的快速发展，单片机已成为各种电子设备中不可或缺的核心部件。
单片机的模拟输入输出技术是其功能强大的基础之一。
本文将详细介绍单片机模拟输入输出技术的原理及实现策略。
一、单片机模拟输入输出技术原理单片机模拟输入输出技术是指通过单片机的模拟输入输出引脚来与外部模拟电路进行数据传输。
单片机的模拟输入输出技术以模拟电信号作为输入和输出接口，与外设电路进行数据的传递。
它的原理基于单片机模拟输入输出引脚可以模拟电压信号的特性。
单片机的模拟输入输出技术主要涉及模拟输入和模拟输出两部分。
1. 模拟输入模拟输入是指将外部模拟电压信号传递给单片机的模拟输入引脚，以便单片机能够根据所传递的信号进行相应的处理。
在单片机的模拟输入过程中，通常采用模拟转换器（ADC）将模拟电压信号转换为数字信号，以便单片机能够进行数字化的处理。
模拟转换器通常采用采样和保持电路来对模拟信号进行采样，并通过一系列的运算放大器、比较器、计数器和触发器等电路将模拟信号转换为数字信号。
2. 模拟输出模拟输出是指将单片机处理后的数字信号转换为模拟电压信号，并传递给外部模拟电路进行相应的控制或驱动。
在单片机的模拟输出过程中，通常采用数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟电压信号。
数字模拟转换器通常由一个参考电压源、计数器、比较器和恢复电路等组成。
其中，计数器负责将数字信号按照一定的精度划分，经过比较器和恢复电路的处理后，输出为对应的模拟电压信号。
二、单片机模拟输入输出技术实现策略实现单片机模拟输入输出技术需要以下几个关键步骤：1. 硬件设计在硬件设计方面，需要确定模拟输入输出引脚的数量和对应的模拟输入输出电路的设计。
选择合适的模拟转换器和数字模拟转换器，并合理设计模拟输入输出电路，以满足系统的需求。
2. 软件编程在软件编程方面，需要通过单片机的编程语言（如C语言）实现模拟输入和模拟输出的功能。
单片机模拟输入输出接口设计技巧
单片机模拟输入输出接口设计技巧单片机（Microcontroller）是目前广泛应用于嵌入式系统中的一种集成电路芯片。
在嵌入式系统学习与应用中，模拟输入输出接口设计是非常重要的一部分。
本文将通过介绍单片机模拟输入输出接口的设计技巧，帮助读者更好地理解和应用这方面的知识。
在开始讨论模拟输入输出接口设计技巧之前，首先需要了解什么是模拟信号和数字信号。
模拟信号是一个连续变化的信号，它可以表示为一个连续变化的函数。
而数字信号是一个离散变化的信号，它只能表示为离散的数值。
在单片机上，模拟输入通常是通过模拟信号来实现的。
一种常见的模拟输入方式是使用模数转换器（ADC）将模拟信号转换为数字信号。
ADC是一种电子电路，它将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号。
ADC的输入通常是模拟信号，输出则是相应的数字信号。
当设计单片机模拟输入接口时，以下几个方面需要考虑：1. 采样率：采样率是指每秒钟采样的次数。
采样率越高，模拟信号的细节越准确，但同时也增加了处理数据的复杂度。
在选择采样率时，需要根据具体应用需求平衡精度和复杂度的关系。
2. 分辨率：分辨率是指ADC将模拟信号转换为数字信号时所能表示的离散数值的个数。
分辨率越高，数字信号对应的模拟信号也能够更精确地表示。
常见的ADC分辨率有8位、10位、12位等。
在选择分辨率时，需要考虑到应用的要求和成本限制。
3. 参考电压：ADC通常需要一个参考电压作为基准来进行模拟信号的转换。
选择合适的参考电压对于获得准确的模拟输入数据非常重要。
一般来说，参考电压应该与被测量模拟信号的电压范围相匹配，以确保采样的精度。
在单片机模拟输出接口设计方面，以下几个方面需要考虑：1. 数字到模拟信号的转换：当需要从单片机输出模拟信号时，通常需要使用数模转换器（DAC）进行数字信号到模拟信号的转换。
DAC接收来自单片机的数字信号，并将其转换为连续变化的模拟信号。
选择合适的DAC芯片和适当的精度可以确保输出信号的准确性。
模拟输入输出技术PPT38页
56、死去何所道பைடு நூலகம்托体同山阿。 57、春秋多佳日，登高赋新诗。 58、种豆南山下，草盛豆苗稀。晨兴 理荒秽 ，带月 荷锄归 。道狭 草木长 ，夕露 沾我衣 。衣沾 不足惜 ，但使 愿无违 。 59、相见无杂言，但道桑麻长。 60、迢迢新秋夕，亭亭月将圆。
▪
谢谢！
38
26、要使整个人生都过得舒适、愉快，这是不可能的，因为人类必须具备一种能应付逆境的态度。——卢梭
▪
27、只有把抱怨环境的心情，化为上进的力量，才是成功的保证。——罗曼·罗兰
▪
28、知之者不如好之者，好之者不如乐之者。——孔子
▪
29、勇猛、大胆和坚定的决心能够抵得上武器的精良。——达·芬奇
▪
30、意志是一个强壮的盲人，倚靠在明眼的跛子肩上。——叔本华
模拟输入输出技术共38页
•
7、心急吃不了热汤圆。
•
8、你可以很有个性，但某些时候请收 敛。
•
9、只为成功找方法，不为失败找借口 (蹩脚 的工人 总是说 工具不 好)。
•
10、只要下定决心克服恐惧，便几乎 能克服 任何恐 惧。因 为，请 记住， 除了在 脑海中 ，恐惧 无处藏 身。-- 戴尔． 卡耐基 。
46、我们若已接受最坏的，就再没有什么损失。——卡耐基 47、书到用时方恨少、事非经过不知难。——陆游 48、书籍把我们引入最美好的社会，使我们认识各个时代的伟大智者。——史美尔斯 49、熟读唐诗三百首，不会作诗也会吟。——孙洙 50、谁和我一样用功，谁就会和我一样成功。——莫扎特
ch12 模拟输入输出技术
2、DAC0832的内部结构
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 LE2 D/A 转 换 器
VREF
DI0～DI7
Rfb
Iout1
Iout2
AGND
ILE
CS WR1 WR2 XFER
DAC0832
Vcc DGND
0832内部有两个8位的锁存器和一个8位的T型电阻网络D/A 转换器及写控制逻辑。可以工作在双缓冲器工作方式，这样可 以输出模拟信号的同时采集下一个数据，提高速度。 输入缓冲器在内部LE锁存允许信号由高到低的下降沿时将 输入数据锁存到输入锁存器中；相应的DAC锁存器将输入锁存 器输出的数据锁存到DAC锁存器中，以便给D/A转换器转换 • • • • • • • • • /CS：片选信号。 ILE：允许输入锁存信号。 /WR1：写信号1；/WR2：写信号2。 /XFER：传送控制信号。 DI7-DI0：8位数据输入端。 Iout1，Iout2：模拟电流输出端 Rf：反馈电阻。 Vref：基准电压输入端， Vcc：工作电压，+5V- +15V。
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
Iout1
LE2 DAC0832
4、应用举例
DB WR
M/IO
DI
WR1
RFB
译 AB 码 PORTA
0832
CS
IOUT1 IOUT2
AGND XFER
－ ＋
VO
WR2
DGND
带锁存器的DAC0832与系统的连接示意图
• 由于DAC0832内部自带两级锁存器，这里只用输入锁存 （单缓冲方式），因此将第二级锁存器的XFER和WR与数字 地相接，第一级锁存控制信号ILE接高电平。由外部控制 信号WR直接控制输入锁存器的锁存。片选信号由地址译码 后产生。
模拟量输入输出实施方案
模拟量输入输出实施方案一、背景介绍模拟量输入输出是工业自动化控制系统中常见的一种信号传输方式，它可以将现实世界中的连续变化的物理量转换为数字信号，方便计算机或控制器进行处理。
在工业生产中，模拟量输入输出通常用于测量温度、压力、流量等物理量，并控制执行器的运动或输出相应的控制信号。
因此，设计一个可靠的模拟量输入输出实施方案对于工业自动化控制系统至关重要。
二、硬件选型1. 传感器选择在选择传感器时，需要考虑被测量物理量的范围、精度要求、环境条件等因素。
常见的传感器类型包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等，根据具体的应用场景进行选择。
2. 变送器/放大器传感器输出的信号通常很小，需要经过变送器或放大器放大后才能输入到控制系统中。
在选择变送器或放大器时，需要考虑输入输出范围、精度、抗干扰能力等因素。
3. 控制器/PLC控制器或可编程逻辑控制器（PLC）是模拟量输入输出系统的核心部件，它负责接收模拟量输入信号、进行数据处理、输出控制信号。
在选择控制器或PLC时，需要考虑输入输出通道数量、精度、通信接口等因素。
4. 执行器根据控制要求，选择合适的执行器，如电动阀门、电机、液压执行器等，用于实现控制系统对物理过程的调节和控制。
三、软件设计1. 信号采集与处理编写信号采集程序，实现对模拟量输入信号的实时采集和处理，包括滤波、放大、线性化等处理，确保采集到的数据准确可靠。
2. 控制算法设计根据实际控制需求，设计合适的控制算法，如PID控制、模糊控制等，对模拟量输出信号进行实时调节和控制。
3. 通信与监控设计通信模块，实现控制系统与上位机或监控系统的数据交互，实现远程监控和控制。
四、系统集成与调试1. 硬件连接按照设计要求，进行传感器、变送器、控制器、执行器等硬件设备的连接和布线。
2. 软件调试逐步调试硬件连接和软件程序，验证模拟量输入输出系统的采集、处理、控制功能是否符合设计要求。
3. 系统集成将各个部件进行整合，确保模拟量输入输出系统能够稳定可靠地运行。
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i D 2 i i 0 3
假设RF=3R：Vo= -I∑RF
VREF 4 2
i D 2 i i 0 n-1
i D 2 i i 0
3
推广到n位：
VREF Vo n 2
倒T形电阻网络DAC的优缺点：
优点： 保证电流始终能以一个方向流过开关，提 高转换精度。 缺点： 由于模拟开关的导通电阻和各支路电阻串 联，电阻值将附加在各支路的电阻上，从 而降低转换精度。 改进：电流激励型DAC
500KH z D0~D7 D0 INTR M/IO RD 348H~34FH OE A2 A1 A0 A15~A3 地址译码 ADDC ADDB ADDA START ALE ADC0809 CLK D0~D7 EOC IN7 IN6 IN5 IN4 IN3 IN2 IN1 IN0 外 部 模 拟 量 输 入 M/IO WR
一、DAC0832引脚功能
D0
7 6 5 4 8
VREF I OUT1 IOUT2
15 16 14
8 位 输 入 锁 存 器
12
8 位 D/A 锁 存 器
8 位 D/A 转 换 器
11
~
D7 ILE CS WR1
13
9 3
RFB AGND
19
&
1 2
LE1
LE2
20
&
10
VCC DGND
WR2 18 17 XFER
i
图13.2 D/A转换器示意
VO=K×D×VREF
n 1 i 0
V A K VREF (D i 2 )
13.2.1 D/A转换的原理
D/A转换器的基本组成：
电阻（或电容）网络（核心） 模拟切换开关 基准电压 运算放大器
一、T型电阻网络DAC
RF
Vo
2R P3 R 2R
0
0 0 0 0 0
1
1 1 1 1 1
1
1 1 1 1 1
0
1 0 0 0 0
0
0 1 0 0 0
0
0 0 1 1 1
0
0 0 0 1 1
0
0 0 0 0 1
96
112 104 100 102 103
是
否 否 是 是 是
加码
去码 去码 加码 加码 加码
13.3.4 典型ADC芯片ADC0809
ADC0809是采用CMOS工艺制成的8位逐次比
Q7
R
－ ＋
并行ADC的优缺点：
R
Q6
Q5 Q4
OV
编
D2
优点：转换速度高 (100MHz以上) 缺点：器件量过大，精度 不高。
－ ＋
R
－ ＋
R
－ ＋
码
Q3
Q2
R
－ ＋
器
D1
R
－ ＋
Q1 Q0
D0
R
－ ＋
R/2
CP
二、双积分式ADC
控制电路 脉冲发生器 R S 门 模 N1 计数器 n D
VA -VRE
D7
ADDC 24 ADDB 25 ADDA ALE
22
~
IN 0
28 27 26
ห้องสมุดไป่ตู้
电流开关
三态 输出 锁存 缓冲 器
19
~
D0
18 8 15 14 17
23
地址 锁存 及译 码器
电阻阶梯网络 A/D转换
9
OE
12
16
VREF＋VREF－
图13.17 ADC0809引脚功能框图
13.3.5 A/D转换接口技术
3V
1V
图13.10 D/A产生三角波
（1）确定上、下限所对应的数字量。
上限：Dup=3/(5/28)=153.6=99H 下限：Ddowm=1/(5/28) =51.2=33H
（2）编写程序。
采用从下限值开始逐次加1，直到上限值，然后在将上限值 逐次减1，直到下限值，如此重复，D/A转换器输出的就是一个 三角波。程序如下： TRIANG PROC FAR MOV DX，350H MOV CX，066H MOV AL，33H Z1： OUT DX，AL ；形成上升斜坡 INC AL ；AL加1 LOOP Z1 ；循环102次
三、DAC0832的模拟输出方式
（1）单极性输出
D0 D7 VREF DAC0832 RFB IOUT1 IOUT2 + VOUT1
AGND
图13.7 DAC0832 单极性电压输出示意图
VOUT1
D n VREF 2
输出电压为0~-VREF
（2）双极性输出
DAC0832 VREF D0 D7 RFB IOUT1 IOUT2 + A1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 n
图13.13 量化过程示意图
编码：用二进制码表示离散电平。
13.3.2 ADC的主要技术指标
1. 分辨率：输出数字量最低位变化时所对应的输入模拟量的
变化量，即ADC所能分辨的输入模拟量的最小值。因此，当
ADC的位数为n，最大输入电压为Vmax时，分辨率为：
图13.16 逐次比较式ADC原理图
表13.2 8位逐次比较式ADC的转换过程
逐次比较寄存器内容 步骤 1 2 27 1 0 26 0 1 25 0 0 24 0 0 23 0 0 22 0 0 21 0 0 20 0 0 码值 128 64
VA≥Vo
否 是
比较器 判断
去码 加码
3
4 5 6 7 8
Z2：
TRIANG
MOV DEC OUT LOOP JMP RET ENDP
CX，066H AL DX，AL Z2 Z1
；输出下降斜坡
二、不带输入锁存器D/A与PC机的连接
+5V D0 PC 机 WR 扩 M/IO 充 槽 A0 A15 D7 74LS273 +5V VCC D0 D7 CLK 译 码 器 Q0 Q7 VREF DAC0808 VCC R D0 D7 VREF
13.2.2 DAC的主要性能指标
一、 分辨率：最小输出电压VLSB和满量程输出电压 VFSR之比。
最小输出电压：VLSB －－当输入数字量D=00…01时的输出 满量程输出电压：VFSR －－当输入数字量D=11…11时的输出 分辨率：
VLSB 1 分辨率 n VFSR 2 1
说明：DAC位数越多，分辨率越高
输出模拟量 最终值 1 LSB + -2 0 建立时间
t
图13.5 DAC的建立时间
13.2.3 典型DAC芯片DAC0832
DAC0832是采用CMOS工艺制成的R-2R倒T型电 阻网络8位D/A转换器，20脚DIP封装，内部带有两级8
位锁存。该器件不仅可用于一般数字系统和模拟系统
之间的接口电路，而且可以直接与8位微型计算机接口， 是目前使用较为广泛的一种集成DAC器件。
R2
R3
R1 VOUT1
+
A2
VOUT2
AGND
图13.8 DAC0832双极性电压输出示意图
VOUT2
D-2 n-1 VREF 2
n -1
输出电压为-VREF ~+VREF
13.2.4 D/A转换接口技术
分类：
有输入锁存器D/A与PC机的连接 不带输入锁存器D/A与PC机的连接
一、有输入锁存器D/A与PC机的连接
1 Vmax n 2
2. 转换精度：
绝对精度：实际值与理论值之间的最大差值 相对精度：绝对精度与满量程输出比值
3. 转换时间：ADC完成一次转换所需的时间。
13.3.3 ADC工作原理
VREF
一、并行高速ADC
VA
R/2
－ ＋
电压 比较器 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1 1D Q C1
P2
R 2R
P1
R 2R
P0
2R
2R
S3
S2
S1
S0
D3
D2
D1
D0
VREF
(MSB) 输入数字量
图13.3 T型电阻网络DAC
(LSB)
VREF 通式：I i 3R 2 4 i
叠加原理： I D3I 3 D2I 2 D1I1 D0I 0
VREF 3R 24
F
Vo
图13.15 双积分式ADC原理图
G
缺点：转换速度较低； N1 N2 VA VREF 优点：抗干扰能力较强，转换精度较高。
三、逐次比较式ADC
电压比较器 VA Vo 8位 D/A 转换器 逐次比较 寄存器 控制电路 启动信号 CLK 转换结束
缓冲寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
较式ADC。其内部包括8路模拟开关，并由地址锁 存及译码器选择其中一路进行A/D转换，三态输出 锁存缓冲器在OE（输出允许）信号的控制下完成 数据输出。
VCC GND
11 13
START
6
CLK
10 7
IN 7
5 4 3 2 1
控制与时序 8 路 模 拟 开 关
21
EOC
比较器
逐次比较 寄存器
20
DAC0832 PC D7 机 扩 充 槽 WR A0 A7 M/IO D0 -5V D0 D7 VREF WR1 译 码 器 +5V ILE CS AGND WR2 XFER DGND RFB IOUT1 IOUT2 + VO