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第二章 智能仪器模拟量输入输出通道.ppt

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《模拟量的输入输出》课件

《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

第二章 智能仪器中数字量的输入、输出

第二章 智能仪器中数字量的输入、输出



采用CMOS集成电路驱动功率场效应管
20
21
22

23
24
设计实例：
一、步进电机正反转控制 二、直流马达的转速控制 小功率直流马达的转速控制方法是先将马达启动 一段时间，然后切断电源，由于马达转动具有惯 性，所以将继续转动一段时间。在马达尚未停止 转动之前，再次接通电源，于是马达再次加速。 改变马达通断时间的比例，即可达到调速的目的。
如果被测频率较高——测频法
如果被测频率较低——测周法 测频误差
测周误差
中界频率ƒ0
41
2.2.2 脉冲宽度调制(PWM)

脉冲信号占空比=
可以通过调节每个周期内高电平时间的长短(即通过控制 占空比)来调节输出信号平均值的大小.(图2.19)
42

当智能仪器采用PWM方式对模拟执行机构 进行控制时,可利用开关量输出接口或脉冲 量输出接口输出PWM信号,并通过增加驱动 放大器来实现功率驱动.
29
在电子测量技术中，常以30KHZ为界，其以 下成为低频测量，其以上称为高频测量； 还有一种划分方法是：以100KHZ为界，其以 下成为低频测量，其以上称为高频测量。 一般，正弦波信号发生器是以后一种划分 的。
30
2.2.1.1测频法(直接测量被测脉冲信号的频率f) 原理:测频法是按照频率的定义(f=N/t)对信号 的频率直接进行测量的一种方法。（图2.15)



3
2.1 开关量输入、输出

开关量信号是智能仪器常需处理的一类基 本的输入、输出信号。 开关量信号特点：只有开、关或高电平、 低电平两种状态。可用0，1表示。

4
开关量输入、输出通道的结构

《模拟量的输入输出》课件

《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2章 模拟量输入输出通道

第2章 模拟量输入输出通道

4、满刻度范围 、
满刻度范围是指A/D转换器所允许最大的输入电压范围。 满刻度范围是指 转换器所允许最大的输入电压范围。 转换器所允许最大的输入电压范围 如（0～5）V，（ ～10）V，（－ ～＋5）V等 ～ ） ，（0～ ） ，（－5～＋ ） 等 ，（ ，（－ ～＋ 满刻度值只是个名义值，实际的 ／ 转换器的最大输入 满刻度值只是个名义值，实际的A／D转换器的最大输入 电压值总比满刻度值小1／ 为转换器的位数）。 电压值总比满刻度值小 ／2n（n为转换器的位数）。这是因 为转换器的位数）。这是因 值也是2 为0值也是 n个转换器状态中的一个。 值也是 个转换器状态中的一个。
它由N位寄存器、 位 ／ 转换器 比较器、逻辑控制电路、 转换器、 它由 位寄存器、N位D／A转换器、比较器、逻辑控制电路、 位寄存器 五部分组成， 输出缓冲器 五部分组成，
ADC0809芯片及其接口 二、 ADC0809芯片及其接口
常用的控制方式主要有： 常用的控制方式主要有： 1． 程序查询方式： ． 程序查询方式： 2． 延时等待方式： ． 延时等待方式： 3． 中断方式： ． 中断方式：
2.2.1 并行比较式 A／D 转换器原理概述 ／
2.2.2 高速 ／转换器及其接口技术 高速A／
本节以CA3308集成芯片为例，介绍高速A/D转换的特点及 集成芯片为例，介绍高速 本节以 集成芯片为例 转换的特点及 其接口技术。 是美国RCA公司的 位CMOS并行 公司的8位 并行A/D转 其接口技术。CA3308是美国 是美国 公司的 并行 转 换器，最高转换速率可达15MHz， 换器，最高转换速率可达 ，
二、 DMA控制的数据传输方式 控制的数据传输方式
即在DMA控制器控制下的直接存储器存取方式。 控制器控制下的直接存储器存取方式。 即在 控制器控制下的直接存储器存取方式 在这种方式下，数据传输过程不再由 控制， 在这种方式下，数据传输过程不再由CPU控制，而是在 控制 DMA控制器的控制和管理下进行直接传输，从而提高了传输速 控制器的控制和管理下进行直接传输， 控制器的控制和管理下进行直接传输 度。

02模拟量输入输出通道的接口技术精品PPT课件

02模拟量输入输出通道的接口技术精品PPT课件
(7-2) 微机控制技术
7.1．1 程序判断滤波
• 特点:限速滤波是一种折衷的方法，既照顾了采样的 实时性，又顾及了采样值变化的连续性。
缺点： ① △Y的确定不够灵活，必须根据现场的情况不断
更换新值； ② 不能反应采样点数 N＞3 时各采样数值受干扰
情况。 实际中，可取[|Y(1)-Y(2)|+|Y(2)-Y(3)]/2取代△Y 这样既保持限速滤波的特性，又加大了灵活性。
7.1．2 算术平均值滤波
算术平均值滤波是要寻找一个Y(k)，使该值与各采样
值间误差的平方和为最小，即
由一元函数求极值原理，得
式(7-3)
(7-3)式中，Y(k) — 第k次N个采样值的算术平均值；
RRC A
MOV LIMIT，A
；
CJNE A，LIMIT，DONE1
AJAMP DONE2
；｜Y(1)-Y(2)｜＝ △ Y，转DONE2
DONE1：JC MOV
DONE2 A， 24H
；｜Y(1)-Y(2)｜< △ Y，转DONE2
；A ←｜Y(2)-Y(3)｜
CJNE A，LIMIT，DONE4
AJAMP DONE5
；｜Y(2)-Y(3)｜＝ △ Y，转DONE5
DONE4：JC DONE5
；｜Y(2)-Y(3)｜< △ Y，转DONE5
AJAMP DONE6
DONE5：MOV A，22H
；｜Y(2)-Y(3)｜≤ △ Y，取Y(3)
AJAMP DONE3
数字滤波的几种常用方法： （1）程序判断滤波 （2）中值滤波 （3）算术平均值滤波 （4）加权平均值滤波 （5）滑动平均值滤波 （6）RC低通数字滤波 （7）复合数字滤波

模拟量输入、输出通道

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

《模拟量输入通道》课件


模拟信号
1 什么是模拟信号？
模拟信号是连续变化的信号，可以取无限个值。
2 模拟信号的特点和应用场景
模拟信号具有连续性和实时性，常用于声音、光学、气象等领域的信号传输。
数字信号
1 什么是数字信号？
2 数字信号的特点和应用场景
数字信号是离散变化的信号，只能取有 限个值。
数字信号可以进行精确的数值计算和存 储，常用于计算机、通信等领域。
电流型输入通道
适用于测量电流信号，常用于电化学、电 能检测等领域。
光学输入通道
适用于测量光强信号，常用于光纤通信、 光电检测等领域。
模拟量输入通道的应用举例
1 工业自动化
模拟量输入通道在工 业自动化系统中广泛 应用，用于监测和控 制生产过程中的各种 物理量。
2 传感器信号采集
模拟量输入通道可以 采集传感器的模拟信 号，用于分析和处理 传感器数据。
模拟量输入通道的工作原理
1
模拟量输入通道的基本原理源自模拟量输入通道通过模拟信号转
模拟量输入通道的信号转换
2
换器将连续的模拟信号转换为离 散的数字信号。
信号转换过程包括采样、量化和
编码，将模拟信号转换为数字信
号的离散数值。
3
模拟量输入通道的信号处理
数字信号经过滤波、放大和校准 等处理后，用于数据分析、控制 和监测。
模拟量输入通道的分类
按应用领域划分
根据应用领域的不同，模拟量输入通道可分 为工业自动化、仪器仪表等多个分类。
按信号类型划分
模拟量输入通道可以分为电压型、电流型、 电阻型和光学型等多种类型。
常见的模拟量输入通道
电压型输入通道
适用于测量电压信号，广泛应用于电子测 量、电力系统等领域。

第二章模拟量输入输出通道课件

二、A／D转换器的技术指标 1. 分辨率与量化误差 2. 转换精度 3. 转换速率 4. 满刻度范围
二、A／D转换器的技术指标
1. 分辨率与量化误差
分辨率是衡量A/D转换器分辨输入模拟量最小变化量的技术 指标，是数字量变化一个字所对应模拟信号的变化量。例如： 某A/D转换器为12位，即表示该转换器可以用212个二进制数对 输入模拟量进行量化。
1． 程序查询方式 2． 延时等待方式 3．
a． MOV DPTR， #0FEF8H MOV A， #00H MOVX ＠DPTR，A MOV R2， #20H
DLY： DJNZ R2， DLY WAIT：JB P3.3，WAIT
MOVX A，＠DPTR MOV 30H， A
b．
MOV DPTR， #0FEF8H MOV A， #00H MOVX ＠DPTR， A MOVX R2， #48H WAIT：DJNZ R2， WAIT MOVX A， ＠DPTR MOV 30H， A
CS： CE： R/C：读/启动转换信号，高时读A/D转换结果，低时启动A/D转换 。
12/8：输出数据长度控制信号，高为12位，低为8 A0： A0 有两种含义：当R/C为低时，A0为高，启动8位A/D转换 ； A0 为低，启动12位A/D转换。当R/C为高时，A0为高，输出低4位数 据；A0 低，输出高8
A／D转换器与微处理器连接方式以及智能仪器要求的 不同，实现A／D转换软件的控制方式就不同。目前常用的 控制方式主要有：
1． 程序查询方式： 2． 延时等待方式： 3．
结合下图所示的ADC0809与8031的接口电路， 给出查询 、等待定时和中断这三种方式下的转换程序。转换程序的功能 是将由IN0端输入的模拟电压转换为对应的数字量， 然后再存 入8031内部RAM的30H

第2章 模拟量输入通道 ppt课件


314Ω 256
16K
16K
A2
V IN +
外接地
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(b ) 可 变 增 益 放 大 器
19
图 2 -6 前 置 放 大 器
图中RG是外接电阻，专用来调整放大器增益的。因此， 放大器的增益G与这个外
接电阻RG有着密切的关系。增益公式为
G VOUT RS(2R1) (2-2) VIN VIN R2 RG
农定理指出：为了使采样信号y*(t)能完全复 现原信号y(t)，采样频率f 至少要为原信号最 高有效频率fmax的2倍，即f 2fmax。
采样定理给出了y*(t)唯一地复现y(t)所必需
的最低采样频率。实际应用中，常取f （5
~ 10）fmax。
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2.4.2采样保持器
采样保持器是在两次采样的间隔时间内，一直
此类集成电路芯片有AD612/614等。
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22
2.4 采样保持器
当某一通道进行A/D转换时，由于A/D 转 换需要一定的时间，如果输入信号变化 较快，就会引起较大的转换误差。为了 保证A/D转换的精度，需要应用采样保持 器。
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2.4.1 数据采样定理
把连续变化的量变成离散量后再进行处理的微机控制系
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14
Sm
S0 S1 S2
译 码
A
电 平
B
S3 S4
驱
转
C
动
换
IN H
S5
S6
S7
Sm
S8
A
S9 S 10 S 11
译
电

计算机控制技术教程――第2章 模拟量输入输出通道接口技术PPT课件

❖ 不同的生产公司
CD公司、AD公司、MAX公司
❖ 不同的生产工艺
TTL、CMOS、HMOS
2.1.1 多路开关
❖ 半导体多路开关的优点
采用标准双列直插式结构，尺寸小 直接与TTL（或CMOS）电平兼容 内部带有通道选择编码器，使用方便 采用正或负双极性输入 转换速度快。通常其导通和关断时间在1us左右 寿命长，无机械磨损 接通电阻低，一般小于100欧，甚至几欧 断开电阻高，通常达109欧以上
( a 1 / 2 1 a 2 / 2 2 ... a n 1 / 2 n 1 a n / 2 n ) V REF
上式中，取 R fb R
I2 I1
数字量输入 N=(a1a2…an)2
2.2.1 8位D/A转换器及其接口
❖ 电流输出型D/A转换器DAC0832
结构和原理 ❖两级输入数据缓冲器 ❖电流输出,不具有直接带负载能力
第二章 模拟量输入输出通道的接口技术
一、多路开关和采样保持器 二、模拟量输入通道的接口技术 三、模拟量输出通道的接口技术
第二章 模拟量输入输出通道的接口技术
当被测参数是模拟量，即连续变化的量，如温度、流量、 压力、液位、速度等，在数据进入计算机之前，必须要把模拟 量变成数字量，即进行A/D转换。
由于很多执行机构只能接收数字量，为了控制执行机构， 计算机输出的控制数据必须转化成模拟量，即进行D/A转换。
/
R
I n 1 （ 1 / 2 2 ） V REF / R
...
I
2
（ 1
/
2 n 1）
V REF
/
R
I
1
（ 1
/
2
n ）
V
REF
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译清码而③0选得，转通到转换某转换过一换结程通结束在道果标时的输志钟模出E脉拟O。C冲信变C号为LK进低的入电控比平制较，下器在进；S行TA；RT的下降沿开
始转换；
9
3.ADC0809引脚功能
IN0～IN7：8路模拟电压输入。
ADDC、ADDB、ADDA：3位地址信号。
ALE：地址锁存允许信号输入，高电平有效。 D7～D0（2-1～2-8）：8位二进制数码输出。 OE：输出允许信号，高电平有效。即当OE=1时，打开输出 锁存器的三态门，将数据送出。
UR(+)和UR(-)：基准电压的正端和负端。
10
CLK：时钟脉冲输入端。一般在此端加500kHz的时钟信号。 START：A/D转换启动信号，为一正脉冲。在START的上升 沿将逐次比较寄存器SAR清0，在其下降沿开始A/D转换过 程。 EOC： 转 换 结 束 标 志 输 出 信 号 。 在 START 信 号 上 升 沿 之 后 EOC信号变为低电平；当转换结束后，EOC变为高电平。此 信号可作为向CPU发出的中断请求信号。
量化误差是由于ADC有限字长数字量对输 入模拟量进行离散取样（量化）而引起的误
差。其大小在理论上为一个单位。
3
(2) 转换精度
转换精度反映了一个实际ADC与理想ADC 在量化值上的差值。包括偏移误差、满刻度误 差、非线性误差、微分非线性误差。
偏移误差：输出为零时，输入不为零的值。
满刻度误差：又称增益误差是指ADC输出达到 满量程时，实际模拟输入与理想模拟输入之间 的差值。
第2章 智能仪器 模拟量的输入/输出通道
1
主要内容：
模拟量输入通道 高速模拟量输入通道 模拟量输出通道 数据采集系统
2
2.1模拟量输入通道
2.1.1 转换器概述
A/D转换器常用以下几项技术指标来评 价其质量水平。
(1) 分辨率与量化误差 ADC的分辨率定义为ADC所能分辨的输入 模拟量的最小变化量。
11
ADC0809的时序图
12
ADC0809与单片机8031的接口电路
13
将由IN0端输入的模拟电压转换为对应的数字量，然后再 存入8031内部的30H单元中
1）查询方式程序清单如下：
MOV DPTR ,#FEF8H ；指出IN0通道地址
MOV A ，#00H
；
MOVX @DPTR ，A ； 启动IN0通道转换
MOV 30H， A
；存放结果
MOV A ，#00H
MOVX @ DPTR ，A ；启动下一转换
POP A ；
恢复现场
POP DPH
POP DPL
RET1
；
16
三、AD574芯片及其接口 AD574主要特性
17
三、AD574芯片及其接口
18
芯片引脚
19
AD574的控制状态表：
20
AD574与8031的接口电路
③然后，按同样的方法将次高位置成1，并且经过比较以后确 定这个1是保留还是清除。这样逐位比较下去，一直到最低位 为止。比较完毕后，SAR中的状态就是所要求的数字量输出。
8
二、ADC0809芯片及其接口
①②输④发入转出3换位A结/地D束址转后信换，号启E，动OC在信跳A号为LSE高T脉A电冲RT平的，，上在在升STO沿AER端将T的输地上入址升高锁沿电存将平，S，经AR从
SETB EX0
；允许外部中断0中断
SETB EA
；开放CPU中断
MOV DPTR， #0FEF8H
；采样数据存放地址
MOV A ，#00H
；启动A/D转换
MOVX @ DPTR ，A
；
INTR1： PUSH DPL
；保护现场
PUSH DPH
PUSH A
MOV DPTR， #0FEF8H
MOVX A , @ DPTR ； 读取转换结果
22
S2
＋I
A S1
R
－Vref
B uS1
C
－ ＋A
逐次比较式A/D转换器原理图
7
逐次逼近型A/D转换器的工作原理：
①转换开始前先将逐次逼近寄存器SAR清“0”； ②开始转换以后，第一个时钟脉冲首先将寄存器最高位置成1， 使输出数字为100…0。这个数码被D/A转换器转换成相应的模
拟电压uo，经偏移Δ/2后得到uO′＝uO－Δ/2，并送到比较器中 与uI′进行比较。若uI′＜uo′，说明数字过大，故将最高位的1清 除置零；若uI′≥uo′，说明数字还不够大，应将这一位保留。
偏移电压
模拟输入
－Δ/2
u1 取样—保持 u1’
u0’ +
n 位 DAC
UREF
u0
-+ C 比较器
时钟源
UC
转换控 US 制信号
CP 控制逻辑
输 出 寄 存 器
Qn-1Qn-2Qn-3 …Q2Q1Q0 逐位逼近寄存器 （SAR）
dn-1(MSB) dn-2 … n 位并行 d2 数字输出
d1 d0 (LSB)
MOV R2， #20H ；
DELY： DJNZ R2，DELY ；等待EOC信号变低
WAIT： JB P3.3， WAIT ；查询等待EOC信号变高
MOVX A , @DPTR ；读取转换结果
MOV 30H ，A
；存放结果
14
2）延时等待方式程序清单如下：
MOV DPTR ,#FEF8H ；指出IN0通道地址
MOV A ，#00H
；
MOVX @DPTR ，A ； 启动IN0通道转换
MOV R2， #48H ；
WAIT： DJNZ R2， WAIT ；延时约140us
MOVX A , @DPTR ；读取转换结果
MOV 30H ，A
；存放结果
15
（3）中断方式程序清单如下：
MAIN： SETB IT0
；外部中断0为边沿触发方式
非线性误差：实际转移函数与理想直线的最大 偏移。
微分非线性误差：实际阶梯电压与理想阶梯电
压之间的差值。
4
ADC的非线性度误差
ADC的微分非线性度误差
5
(3)转换速率 转换速率是指ADC在每秒钟内所能完成的转 换次数。
(4) 满刻度范围 满刻度范围是指ADC所允许最大的输入电压范
围。
6
2.1.1 逐次比较式A/D转换器
21
2.1.3双积分A/D转换器
双积分型ADC又称双斜率ADC。 它的工作原理是:对 输入模拟电压和参考电压进行两次积分，变换成和输入电 压平均值成正比的时间间隔，并利用计数器测出时间间隔， 计数器的输出就是转换后的数字量。
ADC的电路图。该电路由运算放大器A 构成的积分器、检零比较器C、时钟输入控制门G、定时器 和计数器等组成。