智能儀器輸出通道與接口技術(shù)課件

智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術(shù)智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術(shù)1學(xué)習(xí)提綱1輸出通道概述2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)提綱1輸出通道概述21輸出通道概述輸出模擬量或數(shù)字量特點(diǎn)：小信號(hào)輸出，大功率控制D/A轉(zhuǎn)換輸出通道距干擾源近，干擾大1輸出通道概述輸出模擬量或數(shù)字量32模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)每個(gè)通道有獨(dú)立DAC2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)4多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)52模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC原理DAC是一種譯碼電路，輸入數(shù)字量D，輸出模擬量A，轉(zhuǎn)換關(guān)系：其中，VR為參考模擬量；ai為i位的二進(jìn)制碼；n是位數(shù)。2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC原理62模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)72模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC技術(shù)參數(shù)*（朱欣華、趙茂泰、史健芳）靜態(tài)指標(biāo)分辨率：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位碼變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬輸出的變化量，即LSB對(duì)應(yīng)的模擬量，分辨率=1/2N模擬輸出滿量程。常用位數(shù)來表示，例：8位DAC的分辨率是8位。精度（轉(zhuǎn)換精度）不考慮DAC的轉(zhuǎn)換誤差時(shí)，精度由分辨率決定轉(zhuǎn)換誤差增益誤差：輸出與輸入特性曲線的斜率為DAC的轉(zhuǎn)換增益，實(shí)際增益與理想增益之間的偏差失調(diào)誤差：數(shù)字輸入全為0時(shí)，模擬量輸出與理想值（零點(diǎn)）的偏差，也稱為零點(diǎn)誤差。線性誤差：實(shí)際輸入輸出特性曲線與理想直線的最大偏差2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC技術(shù)參數(shù)*（朱欣華、趙茂泰82模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)建立時(shí)間：輸入的數(shù)字量變化后，輸出模擬量進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差±1/2LSB范圍內(nèi)所需的時(shí)間，決定了D/A轉(zhuǎn)換的速度。尖峰誤差：輸入數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸出模擬量產(chǎn)生瞬間尖峰造成的誤差。尖峰持續(xù)時(shí)間很短，但幅值可能很大造成原因：各開關(guān)在切換過程中延遲時(shí)間不一致環(huán)境指標(biāo)溫度系數(shù)：環(huán)境溫度變化1℃引起輸出模擬量變化的百分?jǐn)?shù)。包括失調(diào)溫度系數(shù)、增益溫度系數(shù)等。2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)92模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC分類按輸出形式分電流輸出AD7520/7521電壓輸出AD7224、AD667單極性輸出和雙極性輸出按位數(shù)來分8位、10位、12位、14位、16位、18位按通道來分二路、四路、八路，串行2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC分類102模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC的典型應(yīng)用可編程電壓源和電流源程控放大器（P81）波形發(fā)生器（P82）2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC的典型應(yīng)用112模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)MAX515及接口設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳說明2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)MAX515及接口設(shè)計(jì)122模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)工作時(shí)序2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)工作時(shí)序132模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)142模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)MOVP1，#01H;端口初始化狀態(tài)CLRP1.0;CS清零MOVA,R1;取高8位數(shù)據(jù)MOVR3，#8;R3作為計(jì)數(shù)器,初值=8LOOP:

RLCAMOVP1.1，C;數(shù)據(jù)位送出SETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP;循環(huán)8次MOVA,R2;取低2位數(shù)據(jù)2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)152模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)ANLA，#0C0H;屏蔽無效位MOVR3，#4;重置計(jì)數(shù)器為4LOOP1：RLCAMOVP1.1，CSETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP1;循環(huán)2次SETBP1.0;CS上升沿，更新輸出WAIT:SJMPWAITEND2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)ANLA，#0163數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)原理發(fā)出“0”或“1”兩種狀態(tài)控制發(fā)光二極管、光耦、繼電器、開關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、閥門開閉、電機(jī)啟停等作用電氣隔離光耦驅(qū)動(dòng)三極管（9012、9013、8050、8550）繼電器3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)原理173數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦合器及接口發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，構(gòu)成電-光-電轉(zhuǎn)換器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦合器及接口183數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸入特性：與晶體二極管的伏安特性基本一致，差異在于正向管壓降較大，0.9~1.1V反向擊穿電壓很小，僅6V3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸入特性：與晶體二極管的伏安特性193數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性也分為飽和區(qū)、線性區(qū)和截止區(qū)但以發(fā)光二極管的注入電流If為參變量3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性203數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)傳輸特性光耦工作在線性區(qū)域時(shí)，輸入電流If與輸出電流Ic成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，用傳輸比β來表示：β反映了光耦的電信號(hào)傳輸能力，總小于1。3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)傳輸特性213數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦接口設(shè)計(jì)晶體管輸出型3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦接口設(shè)計(jì)223數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)晶閘管輸出型3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)晶閘管輸出型233數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)繼電器及接口電磁繼電器結(jié)構(gòu)及原理電路符號(hào)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)繼電器及接口243數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)接口電路繼電器動(dòng)作時(shí)，對(duì)電源有一定干擾，需光耦進(jìn)行電氣隔離直流電磁式繼電器一般用功率接口集成電路（SN75466、74451、74LS245）或晶體管（9012、9013、8550）驅(qū)動(dòng)。3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)接口電路253數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)固態(tài)繼電器（SSR）利用電子技術(shù)實(shí)現(xiàn)控制回路與負(fù)載回路之間的電隔離和信號(hào)耦合，無任何可動(dòng)部件或觸頭特點(diǎn)：體積小、開關(guān)速度快、無機(jī)械開關(guān)和機(jī)械噪聲、開關(guān)無電弧、耐沖擊、抗有害氣體、壽命長(zhǎng)。內(nèi)部結(jié)構(gòu)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)固態(tài)繼電器（SSR）263數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)分類直流型：開關(guān)元件為功率晶體管交流型：開關(guān)元件為雙向晶閘管和兩支反向串聯(lián)單向晶閘管過零型非過零型3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)分類273數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)SSR輸入端驅(qū)動(dòng)方式輸入電流在5~10mA時(shí)通，小于1mA時(shí)斷輸入電壓在不小于3V時(shí)通，小于1V時(shí)斷觸點(diǎn)控制TTL驅(qū)動(dòng)CMOS驅(qū)動(dòng)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)SSR輸入端驅(qū)動(dòng)方式觸點(diǎn)控制TT283數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)單片機(jī)控制小功率交流電機(jī)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)單片機(jī)控制小功率交流電機(jī)293數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)單片機(jī)控制大功率交流電機(jī)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)單片機(jī)控制大功率交流電機(jī)303數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)應(yīng)用SSR注意事項(xiàng)直流型SSR，當(dāng)負(fù)載為感性時(shí)（直流電磁閥或電磁鐵），應(yīng)在負(fù)載兩端并聯(lián)二極管。二極管電流應(yīng)等于工作電流，電壓應(yīng)大于工作電壓的4倍。大功率SSR應(yīng)加瞬時(shí)過壓保護(hù)，大功率SSR無RC吸收保護(hù)網(wǎng)絡(luò)，需采用壓敏電阻保護(hù)開關(guān)電路（結(jié)合圖4-23）由于負(fù)載斷路、浪涌電流等易造成SSR損壞，一般按額定電流的10倍以上浪涌電流來選擇SSR。SSR的負(fù)載能力受工作環(huán)境溫度影響較大，溫度升高，負(fù)載能力下降。故，選用時(shí)應(yīng)留有一定余量，并注意散熱處理。3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)應(yīng)用SSR注意事項(xiàng)31智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術(shù)智能儀器第四章智能儀器的輸出通道及接口技術(shù)32學(xué)習(xí)提綱1輸出通道概述2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)提綱1輸出通道概述331輸出通道概述輸出模擬量或數(shù)字量特點(diǎn)：小信號(hào)輸出，大功率控制D/A轉(zhuǎn)換輸出通道距干擾源近，干擾大1輸出通道概述輸出模擬量或數(shù)字量342模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)每個(gè)通道有獨(dú)立DAC2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)模擬量輸出通道結(jié)構(gòu)35多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)多通道共用DAC2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)362模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC原理DAC是一種譯碼電路，輸入數(shù)字量D，輸出模擬量A，轉(zhuǎn)換關(guān)系：其中，VR為參考模擬量；ai為i位的二進(jìn)制碼；n是位數(shù)。2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC原理372模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)382模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC技術(shù)參數(shù)*（朱欣華、趙茂泰、史健芳）靜態(tài)指標(biāo)分辨率：當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位碼變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的模擬輸出的變化量，即LSB對(duì)應(yīng)的模擬量，分辨率=1/2N模擬輸出滿量程。常用位數(shù)來表示，例：8位DAC的分辨率是8位。精度（轉(zhuǎn)換精度）不考慮DAC的轉(zhuǎn)換誤差時(shí)，精度由分辨率決定轉(zhuǎn)換誤差增益誤差：輸出與輸入特性曲線的斜率為DAC的轉(zhuǎn)換增益，實(shí)際增益與理想增益之間的偏差失調(diào)誤差：數(shù)字輸入全為0時(shí)，模擬量輸出與理想值（零點(diǎn)）的偏差，也稱為零點(diǎn)誤差。線性誤差：實(shí)際輸入輸出特性曲線與理想直線的最大偏差2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC技術(shù)參數(shù)*（朱欣華、趙茂泰392模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)建立時(shí)間：輸入的數(shù)字量變化后，輸出模擬量進(jìn)入與穩(wěn)態(tài)值相差±1/2LSB范圍內(nèi)所需的時(shí)間，決定了D/A轉(zhuǎn)換的速度。尖峰誤差：輸入數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，輸出模擬量產(chǎn)生瞬間尖峰造成的誤差。尖峰持續(xù)時(shí)間很短，但幅值可能很大造成原因：各開關(guān)在切換過程中延遲時(shí)間不一致環(huán)境指標(biāo)溫度系數(shù)：環(huán)境溫度變化1℃引起輸出模擬量變化的百分?jǐn)?shù)。包括失調(diào)溫度系數(shù)、增益溫度系數(shù)等。2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)動(dòng)態(tài)指標(biāo)402模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC分類按輸出形式分電流輸出AD7520/7521電壓輸出AD7224、AD667單極性輸出和雙極性輸出按位數(shù)來分8位、10位、12位、14位、16位、18位按通道來分二路、四路、八路，串行2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC分類412模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC的典型應(yīng)用可編程電壓源和電流源程控放大器（P81）波形發(fā)生器（P82）2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)DAC的典型應(yīng)用422模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)MAX515及接口設(shè)計(jì)內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳說明2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)MAX515及接口設(shè)計(jì)432模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)工作時(shí)序2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)工作時(shí)序442模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)452模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)MOVP1，#01H;端口初始化狀態(tài)CLRP1.0;CS清零MOVA,R1;取高8位數(shù)據(jù)MOVR3，#8;R3作為計(jì)數(shù)器,初值=8LOOP:

RLCAMOVP1.1，C;數(shù)據(jù)位送出SETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP;循環(huán)8次MOVA,R2;取低2位數(shù)據(jù)2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)程序設(shè)計(jì)462模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)ANLA，#0C0H;屏蔽無效位MOVR3，#4;重置計(jì)數(shù)器為4LOOP1：RLCAMOVP1.1，CSETBP1.2;輸出CLK脈沖CLRP1.2DJNZR3，LOOP1;循環(huán)2次SETBP1.0;CS上升沿，更新輸出WAIT:SJMPWAITEND2模擬量輸出及接口設(shè)計(jì)ANLA，#0473數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)原理發(fā)出“0”或“1”兩種狀態(tài)控制發(fā)光二極管、光耦、繼電器、開關(guān)動(dòng)作實(shí)現(xiàn)聲光報(bào)警、閥門開閉、電機(jī)啟停等作用電氣隔離光耦驅(qū)動(dòng)三極管（9012、9013、8050、8550）繼電器3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)原理483數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦合器及接口發(fā)光器件和光敏器件組裝在一起，構(gòu)成電-光-電轉(zhuǎn)換器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦合器及接口493數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸入特性：與晶體二極管的伏安特性基本一致，差異在于正向管壓降較大，0.9~1.1V反向擊穿電壓很小，僅6V3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸入特性：與晶體二極管的伏安特性503數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性也分為飽和區(qū)、線性區(qū)和截止區(qū)但以發(fā)光二極管的注入電流If為參變量3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)輸出特性：同光敏晶體管的伏安特性513數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)傳輸特性光耦工作在線性區(qū)域時(shí)，輸入電流If與輸出電流Ic成線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，用傳輸比β來表示：β反映了光耦的電信號(hào)傳輸能力，總小于1。3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)傳輸特性523數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦接口設(shè)計(jì)晶體管輸出型3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)光耦接口設(shè)計(jì)533數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)晶閘管輸出型3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)晶閘管輸出型543數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)繼電器及接口電磁繼電器結(jié)構(gòu)及原理電路符號(hào)3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)繼電器及接口553數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)接口電路繼電器動(dòng)作時(shí)，對(duì)電源有一定干擾，需光耦進(jìn)行電氣隔離直流電磁式繼電器一般用功率接口集成電路（SN75466、74451、74LS245）或晶體管（9012、9013、8550）驅(qū)動(dòng)。3數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)接口電路563數(shù)字量輸出及接口設(shè)計(jì)固