第六章模拟量输入输出接口讲义
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《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
模拟量输入输出
8253/ 8254
脉冲 频率
拟
信 号
MPU
ADC/DAC
Ｖ／Ｉ
模拟量转换与I/O通道
1. 模数转换--ADC 数模转换--DAC Analog to Digital Converter/ Digital to Analog Converter 2. 模入与模出通道的组成： 输入通道: (高精度测量,1%~0.05%,可分时采样,同步采样)
信号调理
检测/控制 传感器 变送器 执行机构
A/D D/A
数字量
输入调理
显示器
微 机 主 机
I/O接口
V/I变换
I/O接口 I/O接口
DI
电平变换 功放驱动
传感器
执行机构
DO
频率、其他 I/O接口 变换 信号处理
过 程 对 象 ︵ 被 控 对 象 ︶
传感、执行
模拟量I/O接口
模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型： 过程控制、各类监控/自动化系统 转换输入输出:实验P22输入：V/F计数器------输出：计 数器F/V(LM331)；PWM调宽（时间） T/C F/V V/F 模
;???
多路转换器Multiplexer(MUX)
用途（作用）:信号复用 机械（干簧继电器、水银R等）：导通电阻小，断开高阻隔离， 百万次，400HZ 电子模拟开关：晶体管、场效应管、IC导通电阻大（几十 （百）欧姆），断开高阻不独立，隔离？(信号限制--共模电压) 高速 Analog Multiplexer----N-1，1-N 分时使用1端器件 典型MUX芯片 单向/双向 CD4051B 8-1 双向，带INH端（=0使能）； LF13508（NSC）/DG508 8-1; LF13509 差分输入四选一 AD7501/3八选一单向(7501EN=0/7302EN=1);CD7502双四选一 逻辑关系简单：通道选择信号需外加锁存；电平匹配问题 CMOS+5时TTL兼容；+15V时HTL
《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。
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
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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。
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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
[2021]模拟量输入输出完整版PPT
![[2021]模拟量输入输出完整版PPT](https://img.taocdn.com/s3/m/c4de820e551810a6f42486b0.png)
D/A转换
D/A转换采用电压输出型 如TLC5620
电压输出型DA转换器虽有直接从电 阻阵列输出电压的，但一般采用内置输 出放大器以低阻抗输出。直接输出电压 的器件仅用于高阻抗负载，由于无输出 放大器部分的延迟，故的影响。
◆测量范围大（－200℃～1300℃，特殊情况下－270℃～ 2800℃）
②测量范围广。常用的热电偶从-50~+1600℃均可连续 测量，某些特殊热电偶最低可测到-269℃（如金铁镍铬），
◆热响应时间快
最高可达+2800℃（如钨-铼）。
◆ 机械强度高，耐压性能好
③构造简单，使用方便。热电偶通常是由两种不同的
模拟量的输入输出
实验设备：
滑动变阻器，电磁铁，铁块，弹簧，电压源，电炉丝，热电偶，导线等
实验目的：利用单片机模拟量的输入输出控制电压从而
控制滑动变阻器将电炉丝温度控制在100℃
实验原理：输入量为热电偶测量温度是否达到100℃，未
达到100℃电磁铁吸引力减小，引起滑动变阻器滑动，使阻值 减小，令电压上升，电炉丝升温。当热电偶测得电炉丝温度 达到100℃时，电磁铁吸引力不再改变，滑动变阻器不在滑动 ，此时电压恒定。输出量为电压增减量控制电压大小，从而 控制电磁铁吸引力的大小。
◆ 耐高温可达2800度
金属丝组成，而且不受大小和开头的限制，外有保护套管，
◆使用寿命长
用起来非常方便。
A/D转换
八个通道的K分度号热电偶将温度信号转换 成mV级电压信号输入给采集仪。信号调理电路 包括多路切换电路和热偶信号调理专用电路 AD595。在实际的热电偶测温中，必须进行冷端 补偿、调零、电压放大和线性化等比较繁琐的
N
镍铬硅镍硅
-200-+1200
第六章输入输出接口基础(CPU与外设之间的数据传输)
§6.1 接口的基本概念
3、什么是微机接口技术？
处理微机系统与外设间联系的技术 注意其软硬结合的特点 根据应用系统的需要，使用和构造相应的接 口电路，编制配套的接口程序，支持和连接 有关的设备
§6.1 接口的基本概念
4、接口的功能
⑴对I/O端口进行寻址，对送来的片选信号进行 识别；
(2)根据读/写信号决定当前进行的是输入操作还 是输出操作，对输入输出数据进行缓冲和锁存 输出接口有锁存环节；输入接口有缓冲环节 实际的电路常见： 输出锁存缓冲环节、输入锁存缓冲环节
对接口内部寄存器的寻址。
P279
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
CPU与外设之间传输数据的控制方式通常有 三种： 程序方式:
• 无条件传送方式和有条件传送方式
中断方式 DMA方式
§6.2 CPU与外设之间数据的传送方式
一、程序方式 指用输入/输出指令，来控制信息传输
的方式，是一种软件控制方式，根据程序控 制的方法不同，又可以分为无条件传送方式 和条件传送方式。
输入数据寄存器：保存外设给CPU的数据 输出数据寄存器：保存CPU给外设的数据
⑵ 状态寄存器
保存外设或接口电路的状态
⑶ 控制寄存器
保存CPU给外设或接口电路的命令
§6.1 接口的基本概念
接口电路的外部特性 主要体现在引脚上，分成两侧信号 面向CPU一侧的信号：
用于与CPU连接 主要是数据、地址和控制信号
程序不易阅读（不易分 清访存和访问外设）
00000
I/O 部分
§6.1 接口的基本概念
独立编址方式
FFFFF
优点：
I/O端口的地址空间独立
内存 空间
控制和地址译码电路相对简单 FFFF I/O
第六章_基本输入输出接口技术
20
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
[例] 设状态端口地址为086H，数据端口地址为084H，外 设忙碌D7=1，请用查询方式写出CPU从存储器缓冲区 Buffer送出1KB的数据给外设的程序段。 LEA SI , Buffer ；取Buffer的有效地址送SI MOV CX , 1000 ；循环次数 W1: MOV DX, 086H ；状态端口地址送DX W2: IN AL , DX ；从状态端口读入状态信息 AND AL，80H ； BUSY=0? JNZ W2 ； BUSY=1，返回继续查询 MOV AL,[SI] ； BUSY=0，取数据 MOV DX, 084H ；数据端口地址送DX OUT DX,AL ；数据输出到数据端口 INC SI ；SI指向下一个字节数据 LOOP W1 ；CX-1送CX≠0，循环 HLT ；CX=0，传送结束
FFFFF
内存 空间 I/O 空间
10
§6-2 I/O端口的编址与访问
二、 I/O端口地址的译码方法：
I/O端口地址译码的一般原则是：把CPU用于I/O端口寻址 的地址线分为高位地址线和低位地址线两部分：
将低位地址线直接连到I/O接口芯片的相应地址引脚， 实现片内寻址，即选中片内的端口。 将高位地址线与CPU的控制信号组合，经地址译码电 路产生I/O接口芯片的片选信号。 常见的译码器： 2/4线译码器74LS139 3/8线译码器74LS138
返回断点
6.3 CPU与外设之间的数据传送方式
关于中断的几点说明：
采用中断的数据传送方式时，外设处于主动申请地 位，CPU配合进行数据传送；CPU不必反复去查询 外设的状态，而是可以与外设“并行工作”，因此 提高了CPU的工作效率，并且更具有实时性。
1模拟量输入输出110822讲解精选课件PPT
6.1.2模拟量输出通道的组成 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
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6.2D/A（数/模)转换器
6.2.1D/A转换器的工作原理 6.2.2D/A转换器的主要技术指标 6.2.3典型的D/A转换器芯片 6.2.4D/A转换器与微处理器的接口
VO
=
-
Rf R
Vin
Rf
式中：Rf 为反馈电阻
R
R 为输入电阻
Vin
∑
Vo
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D/A变换原理
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：
V0 =-Rf i=n1R1iVin
式中：Ri 为第i支路的输 入电阻
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电阻网络就称为权电阻网络如下(图中n=8)：
若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献
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如果用8位二进制代码来控制图中的S1～ S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，那么根 据二进制代码的不同，输出电压VO也不同 ，这就构成了8位的D/A转换器。
可以看出，当代码在0～FFH之间变化时， VO相应地在0～-(255/256)Vref之间变化。
微机原理与应用
2021/3/2
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微机原理与应用
教学内容:
第一章 微型计算机基础 第二章 微型计算机指令系统 第三章 汇编语言程序设计 第四章 半导体存储器 第五章 数字量输入输出 第六章 模拟量输入输出
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第1章、微型计算机基础
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
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6.2D/A（数/模)转换器
6.2.1D/A转换器的工作原理 6.2.2D/A转换器的主要技术指标 6.2.3典型的D/A转换器芯片 6.2.4D/A转换器与微处理器的接口
VO
=
-
Rf R
Vin
Rf
式中：Rf 为反馈电阻
R
R 为输入电阻
Vin
∑
Vo
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D/A变换原理
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：
V0 =-Rf i=n1R1iVin
式中：Ri 为第i支路的输 入电阻
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电阻网络就称为权电阻网络如下(图中n=8)：
若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献
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如果用8位二进制代码来控制图中的S1～ S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，那么根 据二进制代码的不同，输出电压VO也不同 ，这就构成了8位的D/A转换器。
可以看出，当代码在0～FFH之间变化时， VO相应地在0～-(255/256)Vref之间变化。
微机原理与应用
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微机原理与应用
教学内容:
第一章 微型计算机基础 第二章 微型计算机指令系统 第三章 汇编语言程序设计 第四章 半导体存储器 第五章 数字量输入输出 第六章 模拟量输入输出
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第1章、微型计算机基础
模拟量输入输出接口技术
模拟量输出接口的电路设计
电压跟随器
设计电压跟随器来提高输出阻抗， 减小信号损失。
差分放大器
使用差分放大器来减小共模干扰， 提高信号的抗干扰能力。
保护电路
设计保护电路以防止过流、过压 等异常情况对接口电路的损坏。
CHAPTER 03
模拟量输入输出接口的应用
在工业控制中的应用
实时监测与控制
模拟量输入输出接口技术能够实时采集工业设备的运行状态，并 将控制信号输出到执行机构，实现精确控制。
模拟量输入输出接口技 术
CONTENTS 目录
• 模拟量输入接口技术 • 模拟量输出接口技术 • 模拟量输入输出接口的应用 • 模拟量输入输出接口的发展趋势 • 模拟量输入输出接口的挑战与解决方
案
CHAPTER 01
模拟量输入接口技术
模拟量输入接口的种类
电压型模拟量输入接口
通过电阻将信号源的模拟电压信号转 换为适合后续电路处理的电压信号。
诊断分析与辅助治疗
通过模拟量输入输出接口技术，医疗设备能够提 供诊断依据和辅助治疗手段，提高医疗效果。
3
设备控制与调节
模拟量输出接口在医疗设备中用于控制和调节设 备的运行状态，如呼吸机、输液泵等。
CHAPTER 04
模拟量输入输出接口的发展趋势
高精度化
总结词
随着工业自动化和测量技术的发展，对模拟量输入输出接口的精度要求越来越 高。
远程控制与调节
通过模拟量输出接口，智能仪表能够将控制信号 传输到执行机构，实现远程控制和调节。
故障诊断与预警
智能仪表中的模拟量输入接口能够实时监测设备 的运行状态，及时发现故障并进行预警。
在医疗设备中的应用
1 2
模拟量输入输出讲解
对输入、输出模拟量的PLC编程的探讨及编程实例解析对于初学PLC编程的人来说，模拟量输入、输出模块的编程要比用位变量进行一般的程序控制难的多，因为它不仅仅是程序编程，而且还涉及到模拟量的转换公式推导与使用的问题。
不同的传感变送器，通过不同的模拟量输入输出模块进行转换，其转换公式是不一样的，如果选用的转换公式不对，编出的程序肯定是错误的。
比如有3个温度传感变送器：（1）、测温范围为 0~200，变送器输出信号为4～20ma（2）、测温范围为 0~200，变送器输出信号为0～5V（3）、测温范围为－100~500，变送器输出信号为4～20ma（1）和（2）二个温度传感变送器，测温范围一样，但输出信号不同，（1）和(3)传感变送器输出信号一样，但测温范围不同，这3个传感变送器既使选用相同的模拟量输入模块，其转换公式也是各不相同。
一、转换公式的推导下面选用S7-200的模拟量输入输出模块EM235的参数为依据对上述的3个温度传感器进行转换公式的推导：对于(1)和（3）传感变送器所用的模块，其模拟量输入设置为0～20ma电流信号 ,20ma对应数子量=32000，4 ma对应数字量=6400；对于（2）传感变送器用的模块，其模拟量输入设置为0～5V电压信号，5V 对应数字量=32000，0V对应数字量=0；这3种传感変送器的转换公式该如何推导的呢？这要借助与数学知识帮助，请见下图：上面推导出的（2-1）、（2-2）、（2-3）三式就是对应（1）、（2）、（3）三种温度传感变送器经过模块转换成数字量后再换算为被测量的转换公式。
编程者依据正确的转换公式进行编程，就会获得满意的效果。
二、变送器与模块的连接通常输出4～20ma电流信号的传感变送器，对外输出只有 +、- 二根连线，它需要外接24V电源电压才能工作，如将它的+、- 二根连线分别与24V电源的正负极相连，在被测量正常变化范围内，此回路将产生4～20ma电流，见下左图。
2.4模拟量输入接口与输出接口(上课用)
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——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
模拟量
传感器
A/D
数字量
计算机
数字量
D/A
模拟量
执行元件
模拟量输入 (数据采集)
模拟量输出 (过程控制)
§2.4 概述
2.量化
所谓量化，就是采用一组数码(如二进制码)来逼近离散模 拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字 信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装臵是A/D转换器。
y max y min q n 2 1
2. 量化和编码
数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化 任何一个数字量的大小只能 也是不连续的。 这就是说， 是某个规定的最小数量单位的整数倍。 因此 ， 在进行 A / D 转换时也必须把采样电压化为这个 最小单位 的整数倍。 这个转化过程就叫做 “量化”。 所取的最小数量单位叫做量化单位， 用“”表示。 显然，数字信号最低有效位的“1”代表的数量就等于。 把量化的结果用代码 (二进制或二 － 十 进制 )表示出来， 这些代码就是A/D转换的输出结果。 称为 “ 编码 ” ，
种类 双向 双向 双向 双向 双向 单向 单向 单向 单向 单向 双向 双向 双向 双向
12
在以前的数字控制系统中，大多采用干簧（湿簧）
继电器。由于这类开关结构简单，闭合时接触电阻小， 而断开接点时阻抗高，工作寿命长，且不受外界环境 温度的影响，所以应用比较广。随着大规模集成电路 的发展，厂家已推出各式各样的半导体多路开关。从
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
模拟量
传感器
A/D
数字量
计算机
数字量
D/A
模拟量
执行元件
模拟量输入 (数据采集)
模拟量输出 (过程控制)
§2.4 概述
2.量化
所谓量化，就是采用一组数码(如二进制码)来逼近离散模 拟信号的幅值，将其转换为数字信号。将采样信号转换为数字 信号的过程称为量化过程，执行量化动作的装臵是A/D转换器。
y max y min q n 2 1
2. 量化和编码
数字信号不仅在时间上是离散的，而且数值大小的变化 任何一个数字量的大小只能 也是不连续的。 这就是说， 是某个规定的最小数量单位的整数倍。 因此 ， 在进行 A / D 转换时也必须把采样电压化为这个 最小单位 的整数倍。 这个转化过程就叫做 “量化”。 所取的最小数量单位叫做量化单位， 用“”表示。 显然，数字信号最低有效位的“1”代表的数量就等于。 把量化的结果用代码 (二进制或二 － 十 进制 )表示出来， 这些代码就是A/D转换的输出结果。 称为 “ 编码 ” ，
种类 双向 双向 双向 双向 双向 单向 单向 单向 单向 单向 双向 双向 双向 双向
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在以前的数字控制系统中，大多采用干簧（湿簧）
继电器。由于这类开关结构简单，闭合时接触电阻小， 而断开接点时阻抗高，工作寿命长，且不受外界环境 温度的影响，所以应用比较广。随着大规模集成电路 的发展，厂家已推出各式各样的半导体多路开关。从
微机系统与接口课件：Ch6第六章 模拟量输入输出
并在A/D转换期间保持不变
现场信号
计算机
n
传感器
放大器
低通滤波
控制信号
模拟信号
受控对象
放大驱动电路
D/A转换器
数字信号
微机系统与接口
东南大学 4
模拟量I/O接口
模拟量与数字量的转换——两类: 一类： ADC与DAC 另一类： V/F与F/V
MPU
T/C
8253/ 8254
F/V
脉冲 频率
V/F
数字量
分辨率 Resolution：用数字量的位数表示，如8位、16位等 N位的分辨率：能分辨满刻度的2-n输入信号 绝对精度：对应max数字量，D/A实际输出与理论值之间的误差 相对精度 Full-scale error:满刻度已校准情况下，整个刻度范围内对
应于任一数码的模拟量输出与理论值之差 满量程稳定（建立）时间(setting time) 电压型（输出电平）0~5V,0~10V／电流范围：几毫安~几安 线性误差（最大值）Linear Error：相邻两个数字输入量之间的差
Vout = - Vref*D/2n Rfb/R = - Vref*D/2n (Rfb=R)
❖结论：输出电压Vout正比于数字量D,而幅 度大小可以通过选择基准电压VREF和 Rfb/R的比值来调整。 电阻网络和运算放大器构成D/A转换器 的主要部件。
微机系统与接口
东南大学 14
DAC主要技术指标
Rfb Rfb
Iout1 _
Iout2 +
Vout
D3
D2
D1
D0
微机系统与接基口准电压
东南大学 10
D/A转换器的原理图（2）
阻抗＝2R
微型计算机原理第6章 模拟量输入输出PPT课件
DAC1208系列D/A转换器有DAC1208、DAC1209、 DAC1210三种芯片类型，是与微处理器完全兼容的12位D/A转 换器。其功耗低，输出电流稳定时间为1μs，参考电压范围为10V~+10V，单工作电源范围为+5V~+15V，转换精度较高， 价格低廉，接口简单，目前应用较为广泛。
22R
RR
2R
…
V2
V1 V0
对于 8位D/ A转换器
V0 IRf (V2RREFD7 V4RREFD6 V2R8REFD0)Rf VREFRf (D7 D6 D0)
2R 20 21 27 9
6.2.3 典型D/A转换器
一、8位D/A转换器DAC0832 特性： 8位电流输出型D/A转换器 T型电阻网络 差动输出
11
引脚功能
D7～D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器
用于把数据写入到输入锁存器
WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器
上述二个信号用于启动转换
VREF：参考电压，-10V～+10V，一般为+5V或+10V IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 AGND、DGND：模拟地和数字地
10
（一）DAC0832内部结构
输入数据 D0～ D7
8位 4～ 7 输入 13 ～16 寄存
器
8位 DAC 寄存～ 器
ILE 19
LE1 ＆
LE2
CS 1 WR1 2 WR2 18
XFER 17
≥1
≥1
DAC0832框图
8位 D/A 转换 器
22R
RR
2R
…
V2
V1 V0
对于 8位D/ A转换器
V0 IRf (V2RREFD7 V4RREFD6 V2R8REFD0)Rf VREFRf (D7 D6 D0)
2R 20 21 27 9
6.2.3 典型D/A转换器
一、8位D/A转换器DAC0832 特性： 8位电流输出型D/A转换器 T型电阻网络 差动输出
11
引脚功能
D7～D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器
用于把数据写入到输入锁存器
WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器
上述二个信号用于启动转换
VREF：参考电压，-10V～+10V，一般为+5V或+10V IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 AGND、DGND：模拟地和数字地
10
（一）DAC0832内部结构
输入数据 D0～ D7
8位 4～ 7 输入 13 ～16 寄存
器
8位 DAC 寄存～ 器
ILE 19
LE1 ＆
LE2
CS 1 WR1 2 WR2 18
XFER 17
≥1
≥1
DAC0832框图
8位 D/A 转换 器
第六章 模拟量输入输出与数据采集ppt资料
第二十六页，编辑于星期五：十四点 二十三分。
(三) 接口实例
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
74LS04
IOW
AEN A9 A8 A7
+5V
IOR 74LS138
74LS30 G1
A6 A5 A4
G2B Y0 G2A Y1
A3
A2 C
A1 B
A0 A
10k 150p
DB7CLKR CLKIN
乘法 DAC
IOUT1
DI1
D
Q
D
Q
Rfb
DI0
D LE Q
D LE Q
A GND
ILE
LE=“1”Q跟随D
LE=“0”数据锁存
CS WR1
WR2
XFER
DAC0832功能图
第五页，编辑于星期五：十四点 二十三分。
▪ 数据输入信号DI0 ~DI7 ▪ 控制信号
ILE 、 CS 、WR1有效使数据进入输入寄存器。
D I0
+5V
ILE
CS XFER
W R1 W R2
图 CPU与DAC0832的接口
第十六页，编辑于星期五：十四点 二十三分。
二、模数转换ADC
(一) 常用ADC类型
1、V-F变换器、准ADC、串行输出（单积分式）。 2、双积分式ADC(双斜式，积分比较式）
精度高，抗干扰能力强，价格低，速度慢。
3、逐次逼近式ADC 精度高，速度较快，电路复杂，价高。
22 21
D6 D5
20 19
D4 D0
18 17
V re f(-) D2
16 15
(三) 接口实例
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
74LS04
IOW
AEN A9 A8 A7
+5V
IOR 74LS138
74LS30 G1
A6 A5 A4
G2B Y0 G2A Y1
A3
A2 C
A1 B
A0 A
10k 150p
DB7CLKR CLKIN
乘法 DAC
IOUT1
DI1
D
Q
D
Q
Rfb
DI0
D LE Q
D LE Q
A GND
ILE
LE=“1”Q跟随D
LE=“0”数据锁存
CS WR1
WR2
XFER
DAC0832功能图
第五页，编辑于星期五：十四点 二十三分。
▪ 数据输入信号DI0 ~DI7 ▪ 控制信号
ILE 、 CS 、WR1有效使数据进入输入寄存器。
D I0
+5V
ILE
CS XFER
W R1 W R2
图 CPU与DAC0832的接口
第十六页，编辑于星期五：十四点 二十三分。
二、模数转换ADC
(一) 常用ADC类型
1、V-F变换器、准ADC、串行输出（单积分式）。 2、双积分式ADC(双斜式，积分比较式）
精度高，抗干扰能力强，价格低，速度慢。
3、逐次逼近式ADC 精度高，速度较快，电路复杂，价高。
22 21
D6 D5
20 19
D4 D0
18 17
V re f(-) D2
16 15
模拟量的输入输出原理doc资料
输入输出分别用AI/AO表示。 通常用通道表示一路输入信号。
模拟信号模块：输入模块SM331 输出模块SM332 输入输出SM334/SM335
数字信号模块: 输入模块SM321 输出模块SM322 输入输出SM323
模拟量输入模块 SM331
1).用于将模拟量信号转换为CPU内部处理的 数字信号主要成分是A/D转换器。
sm331sm331的接线图1个通道的介绍ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器光隔离ad转换器光隔离ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器ch0mana内部开关基准源由背板总线送到cpu输入量的表达方式和测量值1
模拟量的输入输出原理
制作人
PLC信号模块
模拟量: 在时间上或数值上都是连续的物理量称为，一般模拟量
模拟量输出模块SM332
1).用于将CPU送给的数字信号转换为成比列 的电流信号或电压信号。
2).各通道均有模拟量输出都有故障指示灯， 可以读取诊断信息。
3).由负载和执行器提供器提供电流和电压。 4).额定负载电压均为DC24V,最大短路电流为
25mA,最大开路电压为18V。
模拟量输出模块接线图
3).设置类型：A(热电阻、热电偶) B(电压) C(四线制电流) D(二进制电流)
硬件属性
1).在SIMATIC STEP 7软件中对模块进行参数的设 定，且CPU工作在“停止”模式。
2).在输入选项卡空设定相应的参数。
3).通过系统模块SFC55可以修改当前用户程序中的 动态参数。
4).在硬件组态编辑器中，鼠标右键单击模拟量模块 选择属性，打开模拟量模块属性对话框，如书中 179页。
1个通道的输出介绍
背板总线 光
模拟信号模块：输入模块SM331 输出模块SM332 输入输出SM334/SM335
数字信号模块: 输入模块SM321 输出模块SM322 输入输出SM323
模拟量输入模块 SM331
1).用于将模拟量信号转换为CPU内部处理的 数字信号主要成分是A/D转换器。
sm331sm331的接线图1个通道的介绍ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器光隔离ad转换器光隔离ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器逻辑电路光隔离ad转换器ch0mana内部开关基准源由背板总线送到cpu输入量的表达方式和测量值1
模拟量的输入输出原理
制作人
PLC信号模块
模拟量: 在时间上或数值上都是连续的物理量称为，一般模拟量
模拟量输出模块SM332
1).用于将CPU送给的数字信号转换为成比列 的电流信号或电压信号。
2).各通道均有模拟量输出都有故障指示灯， 可以读取诊断信息。
3).由负载和执行器提供器提供电流和电压。 4).额定负载电压均为DC24V,最大短路电流为
25mA,最大开路电压为18V。
模拟量输出模块接线图
3).设置类型：A(热电阻、热电偶) B(电压) C(四线制电流) D(二进制电流)
硬件属性
1).在SIMATIC STEP 7软件中对模块进行参数的设 定，且CPU工作在“停止”模式。
2).在输入选项卡空设定相应的参数。
3).通过系统模块SFC55可以修改当前用户程序中的 动态参数。
4).在硬件组态编辑器中，鼠标右键单击模拟量模块 选择属性，打开模拟量模块属性对话框，如书中 179页。
1个通道的输出介绍
背板总线 光
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转换精度：基准电压VRef、Rf/R、D 网络里只存在一种电阻：2R电阻
6.2.2 D/A转换芯片
集成D/A芯片的分类： 转换方式：并行和串行 生产工艺：双极型和MOS型 字长：8位、10位、12位 输出形式：电压和电流型
6.2.2 DAC0832芯片
DAC0832是典型的8位电流输出型通用DAC芯片
输
DI0～DI7
入 寄 存 器 LE1
DAC 寄 存 器
D/A 转 换 器
VREF
Rfb
Iout1
Iout2
ILE
LE2
AGND
CS WR1 WR2 XFER
DAC0832
Vcc DGND
DAC0832的内部结构
DI0～DI7 输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 LE2 D/A 转 换 器 VREF
CS
IOW D0～D7
WR1 Iout2 DI0～D17 WR2 XFER DGND AGND
6.2.4 DAC芯片的应用
mov dx,portd mov al,0 out dx,al inc al jmp repeat
repeat:
输出正向锯齿波
255LSB 254LSB
2LSB 1LSB 0 2次数据输出的时间间隔
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路
DGND
模拟地
公共接地点
数字地
6.2.3 DAC芯片与主机的连接
DAC芯片相当于一个“输出设备”，至 少需要一级锁存器作为接口电路 考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主 机数据总线宽度，所以分成两种情况：
1. 主机位数等于或大于DAC芯片位数
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：双缓冲方式
两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够对一个数据进行D/A转换的同时； 输入另一个数据
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
3. 地线的连接
锯齿波周期
6.3 A/D转换器
知识点： ※ 1、A/D转换的原理 ※ 2、ADC0809芯片的内部结构，外 部引脚
6.3 A/D转换器
模拟 量
模拟/数字转换器 ADC
数字量
6.3.1 A/D转换的基本原理
存在多种A/D转换技术，各有特点， 分别应用于不同的场合 4种常用的转换技术
计数器式 逐次逼近式
2. 主机位数小于DAC芯片位数
1. 主机位数大于或等于DAC芯片的连接
D0～D7 LS273 CLK DAC _ + A Vout
IOW AB
译码
mov al,buf mov dx,portd out dx,al
DAC0832单缓冲方式
+5V 5V
AB
Vcc ILE
译码
VREF
Rfb Iout1 _ + A Vout
Rfb
Iout1 Iout2 AGND
ILE
CS WR1 WR2 XFER
DAC0832
Vcc DGND
1. DAC0832的数字接口
8位数字输入端
DI0～DI7（DI0为最低位） ILE、CS*、WR1*
输入寄存器（第1级锁存）的控制端
DAC寄存器（第2级锁存）的控制端
XFER*、WR2* （启动D/A转换）
主要部件：电阻开关网络——权电阻网络和R－2R梯形电阻网络
权电阻网络
1 V0 R f i DiVRe f 0 2 R
转换精度：基准电压VRef、权电阻和电子开关Si、位数 位数越高——转换精度越高——权电阻的种类越多 （2R、…256R….）
7
R－2R梯形电阻网络
D Rf V0 VRe f 256 R
6.1 模拟输入与输出通道
模拟信号 现场信号 传感器 1 采样保持器 A/D转换器 传感器 放大器 多 低通滤波器 现场信号 将各种现场的物理量测量出来 路 把传感器输出的信号放大到 ADC 所需 数字信号 采样保持器 低通滤波 传感器 多路开关 放大器 2 用于降低噪声、滤去高频干扰， 开 并转换成电信号（模拟电压或电流） 的量程范围 周期性地采样连续信号， 关 把多个现场信号分时地接通到 A/D转换器 以增加信噪比 微型 并在 A/D 转换期间保持不变 计算机 现场信号 放大器 … n 传感器 放大器 低通滤波
低通滤波
控制信号 受控对象
模拟信号 放大驱动电路
D/A转换器
数字信号
6.2 D/Aห้องสมุดไป่ตู้换
知识点： ※ 1、D/A转换的原理 ※ 2、DAC0832的内部结构，外部引 脚， DAC0832的应用。
6.2.1 D/A转换的基本原理
数字量 → 按权相加 → 模拟量 1101B ＝ 1×23＋1×22＋0×21＋1×20 ＝ 13
第六章 模拟量输入输出接口
主要内容： 介绍微机控制系统整体概念，介 绍常用A/D、D/A转换芯片的应用。
模拟量与数字量
模拟量——连续变化的物 理量
模拟/数字转换器 ADC
DAC 数字/模拟转换器
数字量——时间和数值上都离散的量
6.1 模拟输入与输出通道
知识点： ※ 1、介绍微机控制系统结构框图 ※ 2、了解控制系统组成部分的功能
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 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
2.DAC0832的工作方式：直通方式
LE1＝LE2＝1（如何实现） 输入的数字数据直接进入D/A转换 器
双积分式
并行式
1. 逐次逼近（逐位比较）
从最高位开始 的逐位试探法
模拟输入 D/A转换器 数字输出 比较器
时钟 复位
寄存器
转换结束
2. 双积分式
Vc
固定时间 斜率可变 T1 V/I Iin 积分器
两个积分阶段 实质是电压/时间变换
固定斜率 时间可变 T2 比较器
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：单缓冲方式
LE1＝1，或者LE2＝1（如何实现，弊端？） 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
6.2.2 D/A转换芯片
集成D/A芯片的分类： 转换方式：并行和串行 生产工艺：双极型和MOS型 字长：8位、10位、12位 输出形式：电压和电流型
6.2.2 DAC0832芯片
DAC0832是典型的8位电流输出型通用DAC芯片
输
DI0～DI7
入 寄 存 器 LE1
DAC 寄 存 器
D/A 转 换 器
VREF
Rfb
Iout1
Iout2
ILE
LE2
AGND
CS WR1 WR2 XFER
DAC0832
Vcc DGND
DAC0832的内部结构
DI0～DI7 输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 LE2 D/A 转 换 器 VREF
CS
IOW D0～D7
WR1 Iout2 DI0～D17 WR2 XFER DGND AGND
6.2.4 DAC芯片的应用
mov dx,portd mov al,0 out dx,al inc al jmp repeat
repeat:
输出正向锯齿波
255LSB 254LSB
2LSB 1LSB 0 2次数据输出的时间间隔
模拟电路 ADC DAC 数字电路
模拟电路 AGND
数字电路
DGND
模拟地
公共接地点
数字地
6.2.3 DAC芯片与主机的连接
DAC芯片相当于一个“输出设备”，至 少需要一级锁存器作为接口电路 考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主 机数据总线宽度，所以分成两种情况：
1. 主机位数等于或大于DAC芯片位数
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：双缓冲方式
两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够对一个数据进行D/A转换的同时； 输入另一个数据
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
3. 地线的连接
锯齿波周期
6.3 A/D转换器
知识点： ※ 1、A/D转换的原理 ※ 2、ADC0809芯片的内部结构，外 部引脚
6.3 A/D转换器
模拟 量
模拟/数字转换器 ADC
数字量
6.3.1 A/D转换的基本原理
存在多种A/D转换技术，各有特点， 分别应用于不同的场合 4种常用的转换技术
计数器式 逐次逼近式
2. 主机位数小于DAC芯片位数
1. 主机位数大于或等于DAC芯片的连接
D0～D7 LS273 CLK DAC _ + A Vout
IOW AB
译码
mov al,buf mov dx,portd out dx,al
DAC0832单缓冲方式
+5V 5V
AB
Vcc ILE
译码
VREF
Rfb Iout1 _ + A Vout
Rfb
Iout1 Iout2 AGND
ILE
CS WR1 WR2 XFER
DAC0832
Vcc DGND
1. DAC0832的数字接口
8位数字输入端
DI0～DI7（DI0为最低位） ILE、CS*、WR1*
输入寄存器（第1级锁存）的控制端
DAC寄存器（第2级锁存）的控制端
XFER*、WR2* （启动D/A转换）
主要部件：电阻开关网络——权电阻网络和R－2R梯形电阻网络
权电阻网络
1 V0 R f i DiVRe f 0 2 R
转换精度：基准电压VRef、权电阻和电子开关Si、位数 位数越高——转换精度越高——权电阻的种类越多 （2R、…256R….）
7
R－2R梯形电阻网络
D Rf V0 VRe f 256 R
6.1 模拟输入与输出通道
模拟信号 现场信号 传感器 1 采样保持器 A/D转换器 传感器 放大器 多 低通滤波器 现场信号 将各种现场的物理量测量出来 路 把传感器输出的信号放大到 ADC 所需 数字信号 采样保持器 低通滤波 传感器 多路开关 放大器 2 用于降低噪声、滤去高频干扰， 开 并转换成电信号（模拟电压或电流） 的量程范围 周期性地采样连续信号， 关 把多个现场信号分时地接通到 A/D转换器 以增加信噪比 微型 并在 A/D 转换期间保持不变 计算机 现场信号 放大器 … n 传感器 放大器 低通滤波
低通滤波
控制信号 受控对象
模拟信号 放大驱动电路
D/A转换器
数字信号
6.2 D/Aห้องสมุดไป่ตู้换
知识点： ※ 1、D/A转换的原理 ※ 2、DAC0832的内部结构，外部引 脚， DAC0832的应用。
6.2.1 D/A转换的基本原理
数字量 → 按权相加 → 模拟量 1101B ＝ 1×23＋1×22＋0×21＋1×20 ＝ 13
第六章 模拟量输入输出接口
主要内容： 介绍微机控制系统整体概念，介 绍常用A/D、D/A转换芯片的应用。
模拟量与数字量
模拟量——连续变化的物 理量
模拟/数字转换器 ADC
DAC 数字/模拟转换器
数字量——时间和数值上都离散的量
6.1 模拟输入与输出通道
知识点： ※ 1、介绍微机控制系统结构框图 ※ 2、了解控制系统组成部分的功能
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 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
2.DAC0832的工作方式：直通方式
LE1＝LE2＝1（如何实现） 输入的数字数据直接进入D/A转换 器
双积分式
并行式
1. 逐次逼近（逐位比较）
从最高位开始 的逐位试探法
模拟输入 D/A转换器 数字输出 比较器
时钟 复位
寄存器
转换结束
2. 双积分式
Vc
固定时间 斜率可变 T1 V/I Iin 积分器
两个积分阶段 实质是电压/时间变换
固定斜率 时间可变 T2 比较器
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
DAC0832的工作方式：单缓冲方式
LE1＝1，或者LE2＝1（如何实现，弊端？） 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器