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第三章 模拟量输入通道

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微机控制技术项目教程项目三 模拟量输入输出通道接口设计PPT课件

微机控制技术项目教程项目三 模拟量输入输出通道接口设计PPT课件
第32页/共105页
（4）转换结束后的数据读取处理
• 当A/D转换器接收到CPU发出的一个启动信号后，A/D转换器 就开始转换，这个转换需要一定的时间。当转换结束时，A/D 转换器芯片内部的转换结束触发器置位。同时输出一个转换结 束标志信号，通知微型计算机读取转换的数据。
因此，在计算机和工业控制对象之间，必须设置信息 的传递和变换装置。这个装置就叫做输入输出通道，它 们在微型计算机和工业控制对象之间起着连接纽带和桥 梁的作用。
输入输出通道包括
• 模拟量输入通道 • 模拟量输出通道 • 数字量输入通道 • 数字量输出通道
第2页/共105页
3.1 模拟量输入通道
3.1.1模拟量输入通道 3.1.2 A/D转换及其接口技术 3.1.3典型A/D转换器应用实例 案例4 简易的温度报警器的设计
第18页/共105页
（1）采样—保持器的工作原理
• S/H一般由模拟开关、储能元件（电容）和缓冲 放大器组成
第19页/共105页
➢在采样方式中，控制开关S闭合，输入信号通过电阻R 向电容C充电，采样—保持器的输出跟随模拟量输入电压 变化。 ➢在保持状态时，开关S断开，采样—保持器的输出为电 容C上的电压，一直保持在保持命令发出时刻的电压值， 直到再度发出采样命令时为止。
第27页/共105页
2．A/D转换器的主要参数
（1） 分辨率 （2） 量程 （3） 精度 （4）转换时间 （5）输出逻辑电平 （6）工作温度范围 （7）对基准电源的要求
由于温度会对运算放大 多器为和与电T阻T分L网电辨络平率产配越生合高影。，响转，换 在处时态数故内标作比考理，逻据基个故要只才。温较虑器应辑进量压0准系选外有能较度差有两字对为逐换为～数数注输行时化通来1程范电统芯加在保好为的绝种量精最次器125A字据意出锁对的常表.位是围源的片精一证的－只0V对表的度低逼转/—D量总是，存输反用示等、指，的精时密定额转4有精示位的位近换转02输线否是等入应数，。1所如精度应参温定换0～0度方数单L式时换6～出的要否模就字如0。S位能0度产考考度精器＋和法作位单间器B～7与关用要拟越量8s等转将生虑电范度件的08相。为，片的位。的1℃5微系三对信灵的。换对影是源围指工0土对常度如典A℃、分V。号敏位/的整响否等1D精用量精型，1、辨/变。数0转2电，。度数绝度值率位位、，

第3章 过程输入输出通道

第3章 过程输入输出通道

；读转换值低4位地址
；读A/D转换低4位 ； 送R2 ；读转换值高8位地址 ；读A/D转换高8 位 ；送R3 ；结束
返回本章首页
3.3 模拟量输出通道
一、模拟量输出通道的结构
1. 共用D/A 转换器形式结构图
保持器
放大变换
通道1
微型 计算 机
D/A 接口 电路 转 换 器
多 路 开 关
保持器
放大变换
线编址，从而有过程通道与存储器独立编址、过程
通道与存储器统一编址等常用方法。
2. 间接编址方式
通过接口对过程通道进行编址，此时的通道地址 不与地址总线相连。
3.2 模拟量输入通道
模入通道的功能是对过程量（即模拟量）进行 变换、放大、采样和模/数转换，使其变为二进制数 字信号并送入计算机 。
一、模拟量输入通道的结构
(2) 器件主要结构特性和应用特性
数字量输入特性
包括码制、数据格式以及逻辑电平。
模拟输出特性
目前D/A芯片多为电流输出型
锁存特性及转换控制
有些 D/A芯片内部不带锁存器，必须外加。
参考电源
参考电压源是唯一影响输出结果的模拟参量。
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三、D/A转换器与单片机的接口 1. DAC0832与8051的接口 （1） 直通方式
INC DPTR MOVX @DPTR , A DJNZ R7,LOOP CLR EX0
； 修改RAM区地址
； 修改通道号 ；启动A/D转换 ；8路未采集完，返回 ；采集完，关中断
LOOP: RETI
；中断返回
AD574（12位）与8051单片机的硬件接口电路。
8051
八、A/D转换器软件编程
CPU获取A/D转换的结果有两种办法：一是用查询、一 是用中断。

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

第三章(二) 过程输入输出通道--模拟量输入通道(3)

第三章(二) 过程输入输出通道--模拟量输入通道(3)
16或32通道的。常用的多路开关有CD4051，MC14051， AD7501，LF13508等。
2013-5-21 2013-5-21
2
多路开关 CD4051的原理如下图所示。它是单端8通道开关，有三 根二进制的控制输入端和一根禁止输入端INH（高电平禁止）， 片上有二进制译码器，可由A、B、C三个二进制信号在8个通 道中选择一个，使输入和输出接通。当INH为高电平时，不论 A、B、C位何值，8个通道均不通。通道选择表如下：
8通道模拟量输入电路原理图
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7
模拟量输入通道设计—编程步骤
（1）通道选择：将模拟量输入的通道号写入8255A的端口C低4位 （PC0~PC3），使LF398的工作状态受AD574A的STS控制，
AD574A未转换期间，STS=0，LF398处于采样状态。
（2）启动AD574A进行AD转换：通过8255A的端口C的PC4~PC6 输出控制信号启动AD574A。AD574A转换期间，STS=1，LF398处
;CE=0,CS=0,R/C=0
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模拟量输入通道设计—编程框图和示例程序
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11
利用C语言编写A/D程序例子－－PCL-812 PG数据采集卡
1、A/D通道多路开关寄存器
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12
利用C语言编写A/D程序例子－－PCL-812 PG数据采集卡
于保持状态。
（3）查询AD574A是否转换完毕：读8255A的端口A，查询STS是否 由高电平变为低电平。
（4）读取转换结果：若查询到STS由高变为低，则读8255A的A口和

模拟量输入通道

模拟量输入通道
• 常用的采样保持芯片
3.5 A/D转换器
• A/D转换器的工作原理与性能指标 • 8位A/D转换器ADC0809及其接口电路 • 12位A/D转换器AD574A及其接口电路
3.5.1 A/D转换器的工作原理与性能指标
• 常用的A/D转换方式
◆
逐次逼近式：转换时间短，抗扰性差（电压比较）
ADC0809（8位），AD574A（12位）
3.3 前置放大器
• 可变增益放大器：
IN -
+
2 4 8 16 32 64 A1
16K
16K
80K 26.67K 11.43K 5.33K 2.58K 1.27K 630Ω 314Ω
(外接) V O UT
A3 负载
128
256 16K A2 16K
V IN
+
外接地
3.4 采样保持器
• 信号类型
流量、液位、重量等模拟量信号转换成计算机
可以接收的数字量信号。
• 组成：一般由信号调理电路、多路开关、采样
保持器、模/数转换器(简称A/D或ADC)和接口
电路等组成
3.1 模拟量输入通道的作用和组成
• 组成框图：
过 程 参 数
传 感 变 送 器
信 号 调 理
多 路 模 拟 开 关
前 置 放 大 器
◆
模拟信号
◆
离散模拟信号
数字信号
◆
◆
量化模拟信号
3.4 采样保持器
• 信号的采样
◆
采样过程：用采样开关将模拟信号按一定时间间隔
抽样成离散模拟信号的过程。持器
• 信号的采样
◆
采样的形式
► ► ►

《模拟量输入通道》课件

《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。

计算机控制技术王建华主编第二版第三章课后答案

计算机控制技术王建华主编第二版第三章课后答案

1、A/D 转换的主要性能指标有哪些？ 答：转换时间、分辨率、线性误差、量程、对基准电源的要求等。

2、计算机与模拟量输入接口交换信息有哪几种控制方式？它们各有什么优缺点？ 答：程序查询式：程序设计比较简单，可靠性高，但实时性差； 延时采样方式：硬件设计简单，但信息传递较前述方式慢； 中断方式：提高了系统的工作效率； DMA 方式：传输速率大大提高。

3、模拟量输入接口设计主要解决那几个方面的问题？ 答：数据输出线的连接方式，选通信号、启动转换及读出控制信号的连接方法，电源和地 线的处理，与计算机信息传递的方式。

4、模拟量输入通道由那几部分组成？ 答：模拟量输入通道一般由 I/U 变换，多路转换器、程控放大器、采样/保持器、A/D 转 换器、接口及控制逻辑等组成。

5、采样/保持器的作用是什么？是否所有的模拟量输入通道中都需要采样/保持器？为什 么？ 答：为了提高模拟量输入信号的频率范围，以适应某些随时间变化较快的信号的要求，可 采用带有保持电路的采样器，即采样保持器（为了防止在 A/D 转换之前信号就发生了变化， 致使 A/D 转换的结果出错，因而采用采样保持器来使得信号维持一段时间）。

并不是所有 的模拟量输入通道都需要采样保持器的，因为采样保持器是为了防止在 A/D 转换之前信号 就发生了变化，致使 A/D 转换的结果出错，所以只要 A/D 转换的时间比信号变化的时间短 就不需要。

6、在模拟量输入通道中，为何通常要使用可编程放大器？ 答：因为在模拟输入通道中，多路被测信号常常共用一个测量放大器，而各路的输入信号 大小往往不同， 但都要放大到模数转换器的同一量程范围内获取适合的分辨力， 所以常要使 用可编程放大器。

7、隔离放大器有几种形式？各有什么特点？ 答： （1）变压器耦合隔离放大器：线性和稳定性好，隔离电压和共模抑制比高，应用电路 简单，频带较宽； （2）主要起到抗共模干扰和良好的安全保障作用。

模拟量输入输出通道dq

模拟量输入输出通道dq

DQ通道与AO通道的比较
信号类型
AO通道通常用于输出模拟信号，如控制阀门、电机等，而 DQ通道则主要用于数字信号的输入输出。
数据处理
AO通道输出的模拟信号需要经过数模转换器（DAC）从数字信 号转换为模拟信号后输出，而DQ通道则直接处理数字信号。
应用场景
AO通道广泛应用于过程控制、执行器驱动等领域，而DQ 通道则多用于数据通讯、逻辑控制等领域。
表示输出模拟信号的精度，通常以位数（bit） 表示。
表示输出模拟信号与输入数字信号之间的 线性关系，越接近1表示线性度越高。
输出范围
输出阻抗
表示输出模拟信号的最大值和最小值，根 据不同设备需求而定。
表示输出模拟信号的电阻值，影响驱动能 力和负载匹配。
05
DQ通道与其他通道的比 较
DQ通道与AI通道的比较
高精度化趋势
随着工业自动化水平的提高，对模拟量输入输出 通道的精度要求也越来越高。高精度通道能够提 供更准确的测量结果，更好地满足生产需求。
智能化趋势
随着物联网和人工智能技术的发展，模拟量输入 输出通道正逐渐向智能化方向发展。智能化的通 道能够自主完成数据采集、处理、分析和决策， 为工业自动化提供更强大的支持。
噪声抑制
通过滤波器或数字信号处理技 术减小噪声干扰。
模拟量输入通道的参数
分辨率
表示A/D转换器能够分辨的最小电压或电流 变化量。
采样速率
表示A/D转换器每秒能够完成的采样次数。
线性度
表示A/D转换器输出与输入之间的线性关系。
精度
表示A/D转换器的误差范围，通常以百分比 表示。
04
模拟量输出通道
模拟量输出通道的种类
模拟量输出通道的原理

第三章 IO接口技术及IO通道

第三章 IO接口技术及IO通道

查询设备状态标志值的方法有三种： 1．每个设备对应一个状态端口（实际 只有一位，是一个状态触发器），CPU查询 一个设备的状态标志，经判断作出相应的 I/O处理后，再查询、判断、处理下一个设 备。
2．把各个设备的状态标志位集中起来 ，用一个统一的专用状态端口来存放，CPU 一次读取后就可对所有设备的当前标志进行 测试、判断和进入相应处理。 上述两种方法的设备优先级都是由查询 的顺序决定的。
#include <dos.h>; #include <stdio.h>; main ( ) { int i; outportb(0x303,0x89); outportb(0x300,0x55); outportb(0x301,0xAA); i = inputb(0x302); return ; }
处理办法：堆栈指针永远指向堆栈。
3.2.3 DMA控制方式
DMA控制方式的概念： 即直接存储器存取方式，它采用一个 专用的硬件电路DMA控制器（在PC机的主 板上）来控制内存与外设之间的数据交换， 无需CPU介入，从而大大提高了CPU的工 作效率。
DMA控制方式的输入接口电路示意图
DMA控制方式的数据交换过程
开关的闭合与 断开，指示灯的亮 与灭，继电器或接 触器的吸合与释放， 马达的启动与停止， 阀门的打开与关闭 等
开关量输入、输出接口分别如图3-6、图3-7所示
图3-6开关量输入接口
图3-7开关量输出接口
思考：为什么要有输入缓冲器和输出锁存器？
由前可以看出，由缓冲器担当了输入接口，由锁存 器担当了输出接口，此外，常用数字量输入输出接口还 有可编程并行I/O扩展接口。
3.2.2 中断控制方式 中断控制方式的优点: 不仅省去了CPU查询外设状态和等待外 设准备就绪所花费的时间，提高了CPU的工 作效率，而且还满足了外设的实时性要求。

第三节 模拟量输入通道(03)

第三节 模拟量输入通道(03)

(2)ADC0809与MCS—51单片机接口
2）．AD574A
1）AD574A的引脚与结构
AD574A的单、双极性应用时的线路连接方法，以及零点和满度调整方法。
表4—X AD574A控制逻辑真值表
CE
0 × 1 1 1 1
CS
× 1 0 0 0 0
R C
× × 0 0 1 1
12 8
× × × × 1 0
第三节 模拟量输入通道
从时间到数值都连续变化的物理 量。这种连续变化的物理量，称之为 模拟量 模拟量要输入到计算机，首先要 经过模拟量到数字量的转换(简称A/D 转换)，计算机才能接收。实现模/数转 换的设备A/D(Analog to Digit)转换器或 ADC。
一、模拟量输入通道的组成
• 信号处理通常包括小信号放大、信号滤波、 信号衰减、阻抗匹配、电平变换、非线性 补偿、电流/电压（I/V）转换等。 • 在小信号放大过程中，如果多个信号源的 信号幅值相差悬殊，既可以对每个信号源 单独设置放大电路，也可以设计一个可编 程放大器，各信号源共用，由计算机控制 它的闭环增益。
A0
× × 0 1 × 0
工作状态
禁止 禁止 启动12位转换 启动8位转换 12位并行输出 高8位并行输出 低4位加尾随4个0并行输 出

1
0
1
0
1
（2）AD574A与MCS—51单片机接口图
三、模拟量输入通道设计举例
二、A/D转换器及接口技术
• • • • • • • • 1.A/D转换器的主要技术指标 (a)分辨率与量化误差 (b)量程 (c)精度 (d)转换时间 (e)输出逻辑电平 (f)工作温度范围 (g)对基准电源的要求

微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道

微型计算机控制系统课件第3章 输入输出接口及输入输出通道
这种I/O控制方式是优是劣，不能一概而论，要看具体应用场合。如果I/O处理的实时性要求不那么高， 或者微型计算机的操作任务比较单一，并不很忙。比如在一个系统专门用于控制一个或几个I/O设备的特殊 情况下，CPU除了为外设服务，本身就没有更多的其它工作要做，在这种情况下，程序查询式控制不失为一 种比较理想的控制策略。正因为这样，所以它在实际中还是一种最常用的I/O控制方式。反过来，如果I/O处 理的实时性要求很高，或者CPU的任务很繁忙，则不宜采用这种方式，而最好采用中断驱动式或其它方式来 控制。
除缓冲器和锁存器外，还有一类既有缓冲功能又有锁存功 能的器件，Intel公司8255A可编程并行I/O扩展接口芯片就是 这样的器件。8255A与工业控制计算机（ISA）总线的连接如 图3-5所示。8255A有三个可编程的8位输入输出端口A、B和 C，内部有一个控制寄存器。通过向控制寄存器写入控制字定 义A、B、C端口的数据传输方向（输入或输出）。图中 ATF16V8作译码器用。
数字量输入接ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ原理图
数字量输出接口原理图
输入输出接口设计
输入接口是输入通道与工业控制机总线之间的桥梁，输出接口是输出通道与工业控制机总线之间 的桥梁。下图是由缓冲器和译码器组成的数字量输入接口示例，以及锁存器和译码器组成的数字量输 出接口示例。
数字量输入接口示例
数字量输出接口示例
输入输出接口设计
S1=/A9+/A8+A7+A6+A5+A4+A3+A2 Y0=AEN+S2
输入输出接口与输入输出通道 数据信息的输入输出控制方式 数字量/模拟量输入输出通道的基本组成
基于板卡的输入输出接口与通道的设计
基于计算机通讯接口的输入输出接口与通道的 设计

模拟量输入输出通道的组成

模拟量输入输出通道的组成
2、采样周期5/3ms。每个工频周期采样12次，每隔30°采样一次。
3、采样周期5/6ms。每个工频周期采样24次，每隔15°采样一次。
随着计算机处理速度的不断加快，目前有些变电站综合自动化装置已达到每 个工频周期采样96次。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电 路
（二）低通滤波器与采样定理
2、利用电压/频率变换（VFC）原理进行模/数变换的方式，将模拟量 电压先转换为频率脉冲量，通过脉冲计数变换为数字量。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电路
一个模拟量从测控对象的主回路到微机系统的内存，中间要经过多个
转换环节和滤波环节。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入 电路
（一）电压形成回路
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入 电路
（二）低通滤波器与采样定理
（1）连续时间信号的采样
微机处理的都是数字 信号，必须将随时间连续 变化的模拟信号变成数字 信号，为此，首先要对模 拟量进行采样。
采样是将一个连续的 时间信号x(t)变成离散的 时间信号x'(t)。
二、基于逐次逼近型A/D变换的模拟量输入电 路
间隔层IED装置安装 调试及运行维护
数据的采集与处理
数据的采集与处理
一ห้องสมุดไป่ตู้模拟量输入电路简述
作用：隔离、规范输入电压及完成模/数变换，以便与CPU接口，完成 数据采集任务。
根据模/数变换原理的不同，自动化装置中模拟量输入电路有两种
方式：
1、基于逐次逼近型A/D变换方式(ADC),是直接将模拟量转变为数字量 的变换方式。
量的采样是以等采样周期间隔来
表示的。
采样周期Ts的倒数就是采样
频率fs，即 f s

水电站计算机监控技术(第3章)

水电站计算机监控技术(第3章)

第三章 计算机监控系统的数据采集与处理第一节 数据采集与处理的作用和分类数据采集是指将生产过程的物理量采集、转换成数字量后，再由计算机进行存储、处理、显示或打印的过程。

水电站计算机监控系统的数据采集系统的任务，就是采集各类传感器输出的模拟信号并转换成计算机能识别的数字信号，然后送入计算机；计算机根据需要进行相应的计算、处理并输出，以便实现对水电站生产过程的自动监控。

一、监控系统采集数据的分类在水电厂计算机监控系统中，数据采集与处理主要是实现现场过程和系统有关环境的监视和控制信号的收集、处理和传输。

监控系统所采集和处理的数据大致可包含如下类型：1、输入模拟量。

它是指将现场的电气量和非电气量直接或经过变换后输入到计算机系统的接口设备的模拟量,适合水电厂计算机监控系统的输入模拟量参数范围包括0～5V(dc)、0～10V(dc)、0～20mA、±5V(dc)、±10V(dc)、±20mA、4～20mA等几种；2、输出模拟量。

它是计算机系统接口设备输出的模拟量，水电厂中适用的典型参数为4～20mA或0～10V(dc)；3、输入开关量。

它是指过程设备的状态或位置的指示信号输入到计算机系统接口设备的数字量(开关量)，此类数字输入量一般使用一位“0”或“1”表示两个状态；4、输出开关量。

它是指计算机系统接口设备输出的监视或控制的数字量，在电厂控制中为了安全可靠，一般输出开关量是经过继电器隔离的；5、输入脉冲量。

它是指过程设备的脉冲信息输入到计算机系统接口设备，由计算机系统进行脉冲累加的一位数字量，但其处理和传输又属模拟量类型；6、数字输入BCD码。

它是将BCD码制数字型的输入模拟量输入到计算机系统接口设备,一个BCD码输入模拟量一般要占用16位数字量输入通道；7、数字输入事件顺序记录SOE(Sequence Of Events)量。

它是指将数字输入状态量定义成事件信息量,要求计算机系统接口设备记录输入量的状态变化及其变化发生的精确时间,一般应能满足5ms分辨率要求；8、外部数据报文。

第三章模拟量输入通道

第三章模拟量输入通道
NOP
NOP OR AL，01000000B OUT DX，AL AND AL，10111111B OUT DX，AL MOV DX，2C0H POLLING： IN AL，DX TEST AL，80H
JNZ POLLING
；置采样缓冲区首址 ；8255A的PC口址 ；送PC口控制信号与通道号
；CE=1 ；启动A/D ；CE=0 ；8255A的PA口址
1.无源I/V变换
构成－－无源器件电阻＋RC滤波＋二极管限幅等实现， 取值: 输入0- 10 mA，输出为0 -5 V ，R1=100Ω，R2=500Ω；
输入4 -20 mA，输出为1 - 5 V，R1=100Ω，R2=250Ω； 电路图：
2. 有源I/V变换
构成－－ 运算放大器＋电阻电容组成；
（4）非线性误差
A/D转换器实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的 最大偏差。在转换器设计中，一般要求非线性误差不大于 1/2LSB。通常用非线性误差来表示A/D转换器的线性度。
3.5.2 ADC0809及其接口电路
主要知识点 1. ADC0809芯片介绍 2．ADC0809接口电路
1. ADC0809芯片介绍
同样，在A/D转换器与PC总线之间的数据传送上也可以 使用程序查询、软件定时或中断控制等多种方法。由于 AD574A的转换速度很高，一般多采用查询或定时方式。其接 口电路及其程序参见下一节。
3.6 A/D转换模板
1、A/D转换模板也需要遵循I/O模板的通用性原则：符合 总线标准，接口地址可选以及输入方式可选。输入 方式可选主要是指模板既可以接受单端输入信号也 可以接受双端差动输入信号。
将输入信号放大到A/D 可接受的范围
核心，实现A到D 的转换
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引言 信号调理电路 多路模拟开关 前置放大器 采样保持器 A/D转换器 A/D转换模板 思考题
引 言
模拟量输入通道的任务：
转换 ——模拟量到数字量的转换。
组成核心——A/D转换器
将现场物理量变 换为电信号
实现多选一
保持、保证 A/D精度
进行地址译码，产生片 旋信号和写信号
抑制干扰、保证 A/D转换精度
2．双积分式A/D转换原理
图
双积分式A/D转换原理图
3．电压/频率式A/D转换原理
图
电荷平衡式V/F转换原理
4．A/D转换器的性能指标
（1）分辨率
分辨率是指A/D转换器对微小输入信号变化的
敏感程度。分辨率越高，转换时对输入量微小变
化的反应越灵敏。通常用数字量的位数来表示，
如8位、10位、12位等。分辨率为n，表示它可以
构成－电平转换、译码驱动及开关电路三部分组成。
图
CD4051结构原理
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3.2.2 扩展电路
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图 多路模拟开关的扩展电路
3.3 前置放大器
主3.3.2 可变增益放大器
引 言
前置放大器的任务－将输入模拟小信号放大到A/D转 换的量程范围 ，如0-5VDC;
（1）查询方式读A/D转换数 （2）定时方式读A/D转换数
（1）查询方式读A/D转换数
非与门02（3）、/IOW控制A/D转换启动；
通过三态缓冲器读入EOC状态以判断是否转换结束 ——查询。
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接口程序如下： MOV BX，BUFF ；置采样数据区首址 MOV CX，08H ；８路输入 START： OUT PA，AL ；启动A/D转换 REOC： IN AL，PB ；读EOC RCR AL，01 ；判断EOC JNC REOC ；若EOC=0，继续查询 IN AL，PA ；若EOC=1，读A/D转换数 MOV [BX]，AL ；存A/D转换数 INC BX ；存A/D转换数地址加1 INC PA ；接口地址加1 LOOP START ；循环

8位逐位逼近式A/D转换器 分辨率为1/ 28 ≈0.39 % 模拟电压转换范围是 0 - +5 V 标准转换时间为100s 采用28脚双立直插式封装
图 ADC0809内部结构及引脚
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ADC0809的内部转换时序
图
ADC0809的转换时序
2．ADC0809接口电路
A/D转换器的接口电路主要是解决主机如何 分时采集多路模拟量输入信号的，即主机如何启 动A/D转换（体现为对START和ALE引脚的控制）， 如何判断A/D完成一次模数转换（体现为是否读 取EOC标志，如何读取），如何读入并存放转换 结果的。下面仅介绍两种典型的接口电路。
周期采样过程：
图 信号的采样过程
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3.4.2采样保持器
1、 零阶采样保持器
图 零阶采样保持器
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构成－－输入输出缓冲放大器A1、A2和采样开关S、
保持电容CH。
工作过程－采样期间，开关S闭合，输入电压VIN通过 A1对CH快速充电，输出电压VOUT跟随VIN变化；保
持期间，开关S断开，由于A2的输入阻抗很高，理想情
IR 1 R3
取值－ R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=150kΩ 输入0 ~ 10 mA输出0 ~ 5 V R1=200Ω，R3=100kΩ，R4=25kΩ 输入4 ~ 20 mA输出1 ~ 5 V 电路图：
3.2 多路模拟开关
主要知识点
3.2.1 结构原理 3.2.2 扩展电路
3.2.1结构原理
第三章 模拟量输入通道
本章要点：
1．模拟量输入通道的结构组成。 2．多路开关，前置放大、采样保持等各环节的功能 作用。 3．8位A/D转换器ADC0809芯片及其接口电路。 4．12位A/D转换器AD574A芯片及其接口电路。
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主要内容：



3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6
3.6 A/D转换模板
1、A/D转换模板也需要遵循I/O模板的通用性原则：符合
总线标准，接口地址可选以及输入方式可选。输入 方式可选主要是指模板既可以接受单端输入信号也 可以接受双端差动输入信号。 2、A/D转换模板结构组成 ① I/O电气接口－完成电平转换、滤波、隔离等信号调理 作用； ② I/O功能部分－实现采样、放大、模/数转换等功能， ③ 总线接口－完成数据缓冲、地址译码等功能。
（2）定时方式读A/D转换数
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这两种方法的共同点：
硬软件接口简单，但在转换期间独占了CPU时
间，好在这种逐位逼近式A/D转换的时间只 在微秒数量级。 当选用双积分式A/D转换器时，因其转换时间在 毫秒级，因此采用中断法读A/D转换数的方 式更为适宜。 因此，在设计数据采集系统时，究竟采用何种接 口方式要根据A/D转换器芯片而定。
思考题
1.画图说明模拟量输入通道的功能、各组成部分及其作用？ 2.分析说明8路模拟开关CD4051的结构原理图，结合真值表设 计出两个CD4051扩展为一个8路双端模拟开关的示意图。
3．什么叫周期采样？采样时间？采样周期？ 4．分析图3-8采样保持器的原理电路及工作过程。 5．简述逐位逼近式、双积分式、电压/频率式的A/D转换原理。 6．结合图3-13与图3-14，分析说明ADC0809的结构组成及其 引脚作用。 7．试分析图3-15、图3-16 ADC0809接口电路的启动、转换、 查询或定时读入数据的工作过程。比较说明这两种接口电 路在硬软件上的异同点。 8．分析说明图3-19的8路12位A/D转换模板的工作原理。
况下电容CH将保持电压VC不变，因而输出电压
VOUT=VC也保持恒定。
2、零阶集成采样保持器
（a）AD582 图3－9 集成采样保持器 （b） LF198/298/398
图
集成采样保持器
3.5 A/D转换器
主要知识点

3.5.1
工作原理与性能指标


3.5.2
3.5.3
ADC0809芯片及其接口电路
辑、三态输出锁存缓冲器与10V基准电压源构成，可以直 接与主机数据总线连接，但只能输入一路模拟量
AD574A也采用28脚双立直插式封装
AD574A原理框图及引脚
模拟输入信号的几种接法
图
AD574A的输入信号连接方法
2. AD574A接口电路
12位A/D转换器AD574A与PC总线的接口有多种方式。既
图
放大电路
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3.3.1 测量放大器
对称结构，可抑制共模干扰。
G VOUT R 2R S (1 1 ) VIN VIN R2 RG
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3.3.2 可变增益放大器
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3.4 采样保持器

3.4.1 数据采样定理 3.4.2 采样保持器
3.4.1 数据采样定理
AD574A芯片及其接口电路
3.5.1 工作原理与性能指标

1．逐位逼近式A/D转换原理


2．双积分式A/D转换原理
3．电压/频率式A/D转换原理

4．A/D转换器的性能指标
1．逐位逼近式A/D转换原理
图
逐位逼近式A/D转换原理图
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例题3-2：一个8位A/D转换器，设VR+ = 5.02 V， V R = 0 V,计算当VIN分别为0 V、2.5 V、5 V时所对 应的转换数字量。
8路12位A/D转换模板的示例
该过程的数据 采集程序框图:
AD574A
PROC NEAR MOV CX，8 CLD MOV AL，00000000B MOV BUF1，AL
；过程定义伪指令 ；计数器初始 ；标志位DF清零 ； ；CE=0， =0，R/ ， ＝0INH ＝C C =0CS =B=A=0，控制信号初始，通道号初始 ；置采样缓冲区首址 ；8255A的PC口址 ；送PC口控制信号与通道号 ；CE=1 ；启动A/D ；CE=0 ；8255A的PA口址
LEA BX，BUF NEXTCH： MOV DX，2C2H MOV AL，BUF1 OUT DX，AL NOP NOP OR AL，01000000B OUT DX，AL AND AL，10111111B OUT DX，AL MOV DX，2C0H POLLING： IN AL，DX TEST AL，80H JNZ POLLING
解：把已知数代入公式（3-4）：
B VIN VR V 0 2n IN 28 VR VR 5.02 0
0 V、2.5 V、5 V时所对应的转换数字量分别为00H、 80H、FFH。 此种A/D转换器的常用品种有普通型8位单路 ADC0801～ADC0805、8位8路ADC0808/0809、8位16路 ADC0816/0817等，混合集成高速型12位单路AD574A、 ADC803等。
对满刻度的1/2n的变化量作出反应。即： 分辨率 = 满刻度值/2n
（2）转换精度
A/D转换器的转换精度,用绝对误差和相对误差来表示。
绝对误差＝实际模拟量输入值－理论值 绝对误差包括增益误差，零点误差和非线性误差等。 相对误差－(指绝对误差/满刻度值)*100% 对A/D转换器常用最低有效值的位数LSB（Least Significant Bit)）来表示，1LSB = 1／ 2n 。
可以与PC总线的16位数据总线直接相连，构成简单的12位数 据采集系统；也可以只占用PC总线的低8位数据总线，将转
换后的12位数字量分两次读入主机，以节省硬件投入。
同样，在A/D转换器与PC总线之间的数据传送上也可以 使用程序查询、软件定时或中断控制等多种方法。由于 AD574A的转换速度很高，一般多采用查询或定时方式。其接 口电路及其程序参见下一节。