第七章模拟量输入输出
《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
图文详解S7-200smart的模拟量输入输出
图⽂详解S7-200smart的模拟量输⼊输出⼀．模拟量模块接线1.普通模拟量模块接线模拟量类型的模块有三种：普通模拟量模块、RTD模块和TC模块。
普通模拟量模块可以采集标准电流和电压信号。
其中，电流包括：0-20mA、4-20mA两种信号，电压包括：+/-2.5V、+/-5V、+/-10V三种信号。
注意：S7-200 SMART CPU普通模拟量通道值范围是0~27648或-27648~27648。
普通模拟量模块接线端⼦分布如下图1 模拟量模块接线所⽰，每个模拟量通道都有两个接线端。
图1 模拟量模块接线模拟量电流、电压信号根据模拟量仪表或设备线缆个数分成四线制、三线制、两线制三种类型，不同类型的信号其接线⽅式不同。
四线制信号指的是模拟量仪表或设备上信号线和电源线加起来有4根线。
仪表或设备有单独的供电电源，除了两个电源线还有两个信号线。
四线制信号的接线⽅式如下图2模拟量电压/电流四线制接线所⽰。
(电话/微信：178********）图2 模拟量电压/电流四线制接线三线制信号是指仪表或设备上信号线和电源线加起来有3根线，负信号线与供电电源M线为公共线。
三线制信号的接线⽅式如下图3 模拟量电压/电流三线制接线所⽰。
图3 模拟量电压/电流三线制接线两线制信号指的是仪表或设备上信号线和电源线加起来只有两个接线端⼦。
由于S7-200 SMART CPU模拟量模块通道没有供电功能，仪表或设备需要外接24V直流电源。
两线制信号的接线⽅式如下图4 模拟量电压/电流两线制接线所⽰。
图4 模拟量电压/电流两线制接线不使⽤的模拟量通道要将通道的两个信号端短接，接线⽅式如下图5 不使⽤的通道需要短接所⽰。
图5 不使⽤的通道需要短接2. RTD模块接线RTD热电阻温度传感器有两线、三线和四线之分，其中四线传感器测温值是最准确的。
S7-200 SMART EM RTD模块⽀持两线制、三线制和四线制的RTD传感器信号，可以测量PT100、PT1000、Ni100、Ni1000、Cu100等常见的RTD温度传感器，具体型号请查阅《S7-200 SMART系统⼿册》。
西门子S7-200 SMART PLC原理及应用教程课件第七章
在该选项卡中，需要对以下参数进行设置。
·类型 热电偶或者电压。 ·热电偶 支持的热电偶类型有B型( PtRh-PtRh)、N型（NiCrSiNiSi）、E型(Ni-Cu-Ni).R型(PtRh-Pt)、S型(PtRh-Pt)、J型(Fe-CuNi)、 T型(Cu-CuNi)、K型(NiCr-Ni、C型( W5Re-W26Re)、 TXK/XK(TXK/XK(L))。如果选电压类型，则±80 mV。 ·标尺 可选摄氏度或华氏度。 ·源参考温度 即冷端补偿温度，可选“内部参考”或者“由参数设
图7-6 模拟信号和电压信号的转换关系
由上面的转换关系可知，PLC通过读取模拟量的数值可以得到当前管道内的压力值，如 读取到的数值为15000，运算得出当前压力P=15000/27648×0.5=0.27MPa。
若压力变送器输出的是4-20mA的电压信号，则转换关系如图7-7所示。
图7-7 模拟信号和电流信号的转换关系
输入／输出类型 模拟量输入模块，8输入 模拟量输入模块，8输入 模拟量输出模块，2输出 模拟量输出模块，4输出 模拟量输入/输出模块，4输入/2输出 模拟量输入/输出模块，2输入/1输出 热电阻输入模块，2通道 热电阻输入模块，4输入 热电偶输入模块，4输入 模拟量扩展信号板，lx12位模拟量输出 模拟量扩展信号板，lx12位模拟量输入
模拟量输出的数字量对应的电压输出分别是-27648～+27648对应-10V～+10V。 O～ 20mA对应O～27648。
S7-200 SMART PLC的模拟量的组态
每个模块能同时输入／输出电流或电压信 号，对于模拟量输入／输出信号类型及量程 的选择都是通过组态软件选择。
1.模块参数
选中系统块上面的表格中相应的模拟量模块，在“模块参数”中， 可以激活“用户电源”报警。该报警是指当模拟量扩展模块外接 的：4 V直流电源供电出现故障时触发CPU的报警事件。用户电源 报警如图7-9所示。单击左边窗口的“模块参数”结点，可以设置 实时启用用户电源报警。
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。
模拟量输入、输出通道
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
7.4 模拟量的输入输出
模/数(A/D)转换器 (A/D)转换器
一、A/D转换器 一、A/D转换器
将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进 行处理。
1、主要技术指标
1）精度：在A/D转换时，模拟量和数字量之间并不是一 一对应的，一般是某个范围的模拟量对应一个数字量，因 此，转换精度是指A/D转换器的实际输出数字量与理论输 出值接近程度。是由各种因素引起的误差共同决定，误差 包括：量化误差、非线性误差、其他误差。 2）转换时间：完成一次AD转换所需要的时间，即从发 出启动转换命令信号到转换结束信号有效时间的时间间隔。 3）输入的动态范围；即量程，是指能转换的模拟输入电 压的变化范围。分为单极性和双极性两种。
2、A/D转换器的工作原理
实现A/D转换的方法很多，基本转换原理可归纳为比较 比较和 比较 计算两个过程，根据转换方法，A/D转换器分为两大类： 计算 1）直接比较型：将被转换的模拟输入信号直接与一个特定 的基准源进行比较后得到数字量，如计数式和逐次逼近式。 2）间接比较型：输入的模拟信号不直接与基准源比较， 而是将其转换为中间物理量，如时间、频率等，再转换为数 字量，如双积分式A/D转换。
～
～
1） 首先CPU发出3位通道地址信号ADDC、ADDB、ADDA； 2） 在通道地址信号有效期间，使ALE引脚上产生一个由低到 高的电平变化，即脉冲上跳沿，它将输入的3位通道地址锁存到 内部地址锁存器； 3） 给START引脚加上一个由高到低变化的电平，启动A/D转 换； 4） 变换开始后，EOC引脚呈现低电平，一旦变换结束，EOC 又重新变为高电平； 5） CPU在检测到EOC变高后，输出一个正脉冲到OE端，将转 换结果取走。
2）单缓冲方式：就是使DAC0832内部的两个寄存器中， 一个处于直通方式，另一个处于锁存方式，输入数据只经过 一级缓冲器就送入D/A转换器，被转换为模拟量。 一般情况下是将 WR2 和 XFER 接地，使得DAC寄存器处于 直通方式，只需执行一次写操作，就可完成D/A转换。 3）双缓冲方式：是使输入寄存器和DAC寄存器均处于锁 存状态，数据要经过两级锁存后再送入D/A转换器，即要经 过两次写操作才能完成一次D/A转换。 将数据写入输入寄存器； 将输入寄存器的内容写入DAC寄存器。
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。
模拟量输入输出
1. 采样和保持 ¾采样: 将时间上连续变化的模拟量转换为时间上离散的模拟量. ¾保持: 将采样得到的模拟量值保持下来。
f (t) 原始模拟信号
2. 量化和编码
(a)
¾量化：用基本的量化电平q的
采样控制信号
t
个数来表示采样保持电路得到的 (b)
模拟电压值。 实质: 把时间上离散而数值上连
输入模拟信号: GND–0.1V～ VCC+0.1V Ri 1K(min) /2.5K(Typ)
（ALE上升沿锁 存地址编码）
(Vin-Vref-) *256 (Vref+-Vref-)
Vref： 0<=Vref -<Vref+<=Vcc+0.1V
22
2、外部引脚 • D7 ~D0：8位数字量输出引脚。 •IN0~IN7：8路模拟量输入引脚。 •Vcc：+5V工作电压。 •GND：地线。
W 86H地址 总线
出端(图中W处)输出0;
否则该输出端不为0
27
解： MOV AL, 03H OUT 86H, AL ; ① ;选择通道IN3,并启动A/D转换
CALL DELAY；调延时子程
该指令把AL中数据写入ADC0809 ？？？ 模数转换器是一个输入接口，数据只能从 其中出来，不能进去。 该指令并不能把AL中数据写入ADC0809.
注: 符号/CS, /WR1, /WR2, /XFER 分别表示 CS WR1 WR 2 XFER
9
DAC0832的输出是电流型的，电压输出电路如图所示。
10
2、DAC 0832三种工作方式
根据对DAC0832的输入锁存器和DAC寄存器的不同控制方 法，DAC0832有如下三种工作方式： （1）直通方式
单片机原理及应用知识点各章总结
单片机原理及应用知识点各章总结单片机原理及应用知识点各章总结第一章：单片机基础知识概述单片机是一种集成电路，包含中央处理器、存储器和输入输出设备。
它具有微型化、低功耗、可编程等特点，在现代电子设备中得到广泛应用。
该章节主要介绍了单片机的基本组成、工作原理和分类。
第二章：单片机内部结构单片机主要由中央处理器、内存和外设组成。
中央处理器负责指令执行和数据处理，内存用于存储程序和数据，外设用于与外界进行通信。
内部结构包括中央处理器的各个模块以及与之连接的总线和时钟。
第三章：单片机编程语言单片机编程语言包括汇编语言和高级语言。
汇编语言直接操作硬件，编程效率高；高级语言更易学习和使用，但运行效率相对低。
该章节介绍了常用的汇编语言指令和高级语言的编程方法。
第四章：单片机输入输出技术单片机输入输出技术是单片机与外界进行数据交换的重要方式。
该章节介绍了常见的输入输出方式，包括并行输入输出、串行输入输出、模拟输入输出和中断输入输出等。
同时介绍了GPIO口的工作原理和使用方法。
第五章：单片机中断技术中断技术是单片机实现多任务的一种重要方式。
该章节介绍了中断的概念、分类和工作原理。
同时介绍了中断优先级、中断屏蔽和中断向量表等相关知识。
还介绍了中断服务程序的编写方法和注意事项。
第六章：单片机定时器和计数器定时器和计数器是单片机中常见的计时和计数装置。
该章节介绍了定时器和计数器的工作原理和使用方法。
还介绍了定时器和计数器在实际应用中的常见用途，如延时、频率测量和PWM 控制等。
第七章：单片机串行通信接口串行通信接口是单片机与外界进行数据通信的一种常见方式。
该章节介绍了串行通信的基本概念和工作原理。
同时介绍了常用的串行通信协议，如UART、SPI和I2C等。
还介绍了串行通信在实际应用中的常见用途。
第八章：单片机模拟量输入输出模拟量输入输出是单片机处理模拟信号的一种重要方式。
该章节介绍了模拟量输入输出的基本概念和工作原理。
同时介绍了ADC和DAC等模拟量转换器的原理和使用方法。
模拟量输入输出
MAX144的引脚5是基准电压引入端，用4.096V 的AD292作为外接基准源，模拟输入信号1mV 对应于数字输出1个字，相当于温度0.1℃的分 辨率。MAX144的串行输出是SPI/QSP兼容接口 。CS、SCLK、DOUT分别接单片机的三条I/O口线 ，其读入A/D转换结果的子程序框图如图4所示 。转换结果的第13位用来判别读入的是哪个A/D 通道。
热电偶
热电偶是一种感温元件，是一种仪表。它直接
测量温度，并把温度信号转换成热电动势信号，通 过电气仪表（二次仪表）转换成被测介质的温度。 热电偶测温的基本原理是两种不同成份的材质导体 组成闭合回路，当两端存在温度梯度时，回路中就 会有电流通过，此时两端之间就存在电动势——热电 动势。两种不同成份的均质导体为热电极，温度较 高的一端为工作端，温度较低的一端为自由端，自 由端通常处于某个恒定的温度下。根据热电动势与 温度的函数关系，制成热电偶分度表； 分度表是自
特点装配简单更换方便压簧式感温元件抗震性能好测量精度高测量范围大2001300特殊情况下2702800热响应时间快机械强度高耐压性能好耐高温可达2800度使用寿命长常用热电偶材料热电偶分度号热电极材料使用温度范围铂铑合金铑含量30铂铑合金铑含量601400镍铬镍硅2001000镍铬硅镍硅2001200镍铬铜镍200700k型热电偶特点检出测温元件热电偶是工业上最常用的温度检测元件之一
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，故常作为高速DA转 换器使用。
第07章控制算法
第七章 I/O功能与控制算法 (87)1. 模拟量输入点 (87)1.1 PV特性处理 (87)1.2 PV范围检查和滤波 (90)1.3 PV源选择 (91)1.4 PV状态 (91)1.5 报警 (92)2.模拟量输出点 (92)2.1 操作方式 (92)2.2 正/反向输出 (92)2.3 输出特性 (93)2.4 校准补偿 (94)3. 数字输入点 (94)3.1 状态输入 (95)3.2 锁定输入类型 (96)3.3 计数输入类型 (97)4. 数字输出点 (97)4.1 脉冲宽度调制(PWM)输出类型 (98)4.2 状态输出型 (99)4.3 初始化请求标记 (99)5. 数字复合点 (100)5.1点状态 (100)5.2 方式属性 (102)5.3 联锁 (102)5.4 命令状态（OP） (104)5.5 数字输出 (105)5.6 输出连接 (105)5.7 初始化手动状态 (107)5.8 数字输入 (107)5.9 输入连接 (108)5.10 当前输入状态（PV） (109)5.11 PV源 (110)5.12 报警 (110)5.13 状态改变事件 (111)6. 常规PV点 (111)6.1 PV输入连接 (112)6.2 PV算法计算 (113)6.3 PV范围检查和滤波 (113)6.4 PV源选择 (113)6.5 PV报警检测 (113)6.6 算法（以累计器为例） (114)7. 常规控制点 (119)7.1 控制输入连接 (119)7.2 PV源选择（Pid，PosProp及RatioCtl算法） (120)7.3 操作方式 (121)7.4 安全关机 (123)7.5 操作方式外部切换 (124)7.6 给定值处理 (124)7.7 报警检测 (127)7.8 控制输出处理 (127)7.9 初始化 (130)7.10 饱和保护 (132)7.11 超驰控制 (132)7.12 算法（以PID为例） (133)第七章 I/O功能与控制算法PM是系统中用于过程控制的设备，具有I/O功能和控制功能。
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。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
…
2、D/A转换器的技术指标 1）分辨率：输入每变化一个最低有效位使输出变化的 程度，可用数字量的位数表示，比如8位，10位等， 也可定义为输入数字量等于1时的电压值与输入数字量 等于最大值时的满度模拟值之比。例如，对一个n位 的D/A转换器，若其满度电压值为V，其最低有效位 对应的电压值为V/(2n-1),则该D/A转换器的分辨率为 1/(2n-1)。若用百分比表示，则为[V/(2n-1)] 100% 2）转换精度：转换结果相对实际值的偏差。有两种表 示方法： 绝对转换精度：实际的输出值与理论值之间的差距 相对转换精度：绝对精度除以满量程输出的百分数 例如，一个D/A转换器的绝对转换精度为0.05V，若输 出满刻度值为5V，则相对转换精度为1%
传 感 器 工 业 现 场 变 送 器 信 号 处 理 环 节 驱 动 放 大 多 路 转 换 开 关 整 形 滤 波 采 样 保 持 电 路 D/A 转 换 器 A/D 转 换 器 锁 存 器 接 口
执 行 器 件
微 型 计 算 机
3
7.2 D/A转换器
一、D/A转换器的基本原理及技术指标 1、 D/A转换器的基本原理
•VCC：5V电源输入；
•GND：地。
24
•内部结构
ADDA ADDB ADDC IN0 IN1 … … IN7 转换部分 地址 寄存器 CLK START
时序及逻 辑控制 … …
EOC
8路 模拟 开关
比较器
逐次逼近 寄存器
D0~7 #IOW
地址总线 #IOW
D0~7 #WR1 #WR2
– +
译 Y0 #XFER IOUT2 码 电 Y1 #CS 路 DGND AGND
Vout
程序段： MOV AL, DATA MOV DX, PORT1 OUT DX, AL MOV DX, PORT2 OUT DX, AL HLT
图8.2.3 DAC0832双缓冲工作方式
2R V1
2R V0
…
V2
R
R
2R
D Rf Vo - n Vref 2 R
其中，D为输入的数字量，n为数 字量位数
7
D Rf Vo - n Vref 2 R
若Rf/R=1，n=8，则：
Vo D Vref 256
模 拟 开 关 电 阻 网 络 驱 动 放 大 模拟 电压 输出
D0
1 Vo j S jVref j 1 2
n
• 所有开关 Sj断开时，Vo=0 • 所有开关 Sj闭合时，Vo最大：
2n -1 Vo - n Vref 2
• D/A转换原理：如果用二进制编码来控制图中每一路 的Sj，当第j路的二进制码为1时，使Sj闭合;当第j路的 二进制码为0时，使Sj打开，则数字量的变化就转换成 了模拟量的变化。
比较器
VI
控制 电路
逐次 逼近 寄存器 SAR
D/A 转换 DAC
VO
D0~D7
SAR如天平称重，从最高位试探性的置1（是满量程的一 半），通过比较VO和VI的大小，决定1的走向，然后继 续比较，直到SAR的所有位都被确定。转换结束后，SAR 中的二进制码就是A/D转换器的输出
20
2、A/D转换器的技术指标 1）精度 A、量化误差： 量化间隔：Δ=输入满度电压值/最大数字量输出 =Vmax/(2n-1),其中n为A/D转换器的位数 量化误差= Δ/2 量化误差也可用（1/2）LSB表示 B、非线性误差：在整个变换量程范围内，数字量所对 应的模拟输入信号的实际值与理论值之间的最大差 值 C、其他误差：电源波动引起的误差，温漂误差，零漂 误差，参考电压误差等
DELAY PROC
MOV CX,100 DLY: LOOP DLY RET DELAY ENDP
CMP AL,204
JNA NXT2 HLT
2、工业控制器：用于调 速系统和伺服控制系统中 的电机转速控制
19
7.3 A/D转换器
一、A/D转换器的基本原理及技术指标 1、 A/D转换器的工作原理（逐次逼近型A/D转换器）
N位数字 量输入 模 拟 开 关 电 阻 网 络 运 算 放 大 器
模拟电压输出
电阻网络：权电阻网络；R-2R“T”形网络
4
…
D/A转换器结构示意图
…
• 基本运算放大器
Rf Vi Ri I
+
Vo
Vo
Rf Ri
Vi
• 多路输入的运算放大器权电阻网络
Vref S1 S2 … Sn R1 R2 Rf
6
D/A转换器的转换精度与基准电压Vref和权电阻的精 度以及数字量的位数n有关。显然，n越大，转换 精度就越高，但同时所需的权电阻的数量就越多。 由于在集成电路中制造高阻值的精密电阻比较困 难，因此常用R-2R“T”形电阻网络来代替权电 阻网络。
Vi Rf
+
Vo
2R Vref Vn-1 R
2R
10
二、典型 D/A转换器芯片DAC0832
1、 引线及内部结构 • D7～D0：8位数据输入端
#CS #WR1 AGND D3 32 D1 D0 Vref Rfb DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 Vcc ILE #WR2 #XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
线性误差：(0.05%~0.2%)满刻度 功耗：20mW
12
2、主要技术指标
分辨率：8位 转换时间：1us
图8.2.2
DAC0832的逻辑结构
13
3、 工作方式及线路连接
1）单缓冲：输入寄存器或DAC寄存器中的任意一个工作在直通状态， 而另一个工作在受控锁存状态。在只有单路模拟输出或虽有多路模 拟输出但不要求同时刷新模拟输出时，可采用这种方式
#CS #WR1 AGND D3 32 D1 D0 Vref Rfb DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
Vcc ILE #WR2 #XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
DAC0832管脚图
• IOUT1：模拟电流输出端1，当DAC 寄存器中内容为0FFH时，IOUT1电 流最大；当DAC寄存器中内容为 00H时，IOUT1电流最小； • IOUT2：模拟电流输出端2。一般， IOUT1+IOUT2=常数 • Ffb：反馈电阻引出端，接运算放大 器的输出 Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地 DGND:数字地
22
二、典型A/D转换器芯片ADC0809
1、 引线及内部结构
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D8 OE CLK VCC REF(＋) GND D1 1 2 3 4 ADC 5 0 80 9 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 REF(－) D2
•EOC ：转换结束信号，该引脚低电平表示正在变换， 高电平表示一次变换已结束 •OE ：读允许信号，高电平有效，在其有效期间， CPU 将转换后的数据读入
•CLK ：时钟输入端，由外部提供，其时钟频率决定转 换时间的长短，时钟频率的范围为10KHz-1.2MHz •VREF(+)、VREF(-)：参考电压输入端
数字 D1 量输 入
Dn
数 据 缓 冲
数 据 锁 存
…
D/A转换器的输出形式有电流、电压两大类。电压输 出型的D/A转换器的输出电压一般为0~5V或0~10V， 它相当于一个电压源，内阻较小，可带动较大负载； 电流输出型相当于一个电流源，内阻较大，与之匹 配的负载电阻不能太大 8
…
…
D/A转换器原理框图
15
3）直通：不缓冲，CPU送来的数字量直接送到DAC， 除ILE外全部控制信号为低电平。此时0832一直处于 D/A转换状态，即模拟输出端始终跟踪输入端 D0~D7的变化。由于这种方式下0832不能直接与 8088CPU的数据总线相连接，故很少使用
16
三、 D/A转换器的应用
1、 信号源：产生锯齿波，三角波，方波，正弦波等 波形 +5V
…
I Rn
+
Vo
1 Vo R f Vi j 1 R j
n
• 若是各支路上的输入电阻R1,R2…Rn分别为21R， 22R…2nR,即每一位电阻值都具有权值2j（j为该电阻 所在的位数），且由一个开关Sj来控制，当Sj合上时 Sj=1， Sj断开时Sj=0，并令Vref=(Rf/R)Vi,则Vo为：
+5V VCC D0~7 #IOW 地址总线 译 码 电 路 ILE VREF RFB IOUT1 IOUT2
D0~7 #WR1
– + Vout
#IOW
#CS
#XFER #WR2 DGND AGND
设0832地址为PORT， 待转换数据放在DATA 单元，则完成D/A转换 的程序段： MOV AL, DATA MOV DX, PORT OUT DX, AL HLT
DAC0832管脚图
• #CS: 片选 • ILE：输入寄存器选通，它与#CS， #WR1一起将要转换的数据送入输 入寄存器 • #WR1：输入寄存器的写入控制 • #WR2：数据变换（DAC）寄存器 的写入控制 • #XFER：传送控制。它与#WR2一 起把输入寄存器的数据装入数据变 换寄存器