模擬量輸入輸出通道

工業(yè)系統(tǒng)的驅動與控制模擬量輸入輸出通道2023/2/1西安交通大學工程訓練中心2訓練目的了解計算機如何采集工業(yè)系統(tǒng)中的模擬量信號Inportb——讀端口(寄存器)Intvar=Inportb(基地址+偏移地址)了解計算機如何輸出模擬信號Outportb——寫端口(寄存器)Outportb(基地址+偏移地址，Outvar)2023/2/1西安交通大學工程訓練中心3模擬量輸入輸出系統(tǒng)的一般組成信號調理電路驅動電路端子板工業(yè)系統(tǒng)Intvar=Inportb(基地址+偏移地址)Outportb(基地址+偏移地址，Outvar)2023/2/1西安交通大學工程訓練中心4模擬量輸入通道（AI）任務：把被控對象的模擬量信號（如溫度、壓力、流量、料位或成分等）轉換成計算機可以接收的數(shù)字量信號；組成：一般由信號調理、多路模擬開關、前置放大器、采樣保持器、模/數(shù)轉換器、接口和控制電路組成；核心：模/數(shù)轉換器，簡稱A/D或ADC(analog-to-digitalconverter)，通常也把模擬量輸入通道（AI）簡稱為A/D通道。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心5

PCL-812PG

工業(yè)系統(tǒng)模擬量傳感器模擬量傳感器模擬量傳感器信號調理多路開關MUX可編程放大器接口電路控制電路A/D轉換器采樣/保持器

S/H控制線…信號調理信號調理數(shù)據(jù)總線模擬量輸入通道的一般組成共用一套電路，要進行通道選擇每個通道輸入的模擬量的范圍不同，選擇不同的增益先采樣，再保持，等待處理（存放在寄存器）1）采集卡不主動工作，要有觸發(fā)信號啟動A/D過程2）多種觸發(fā)方式可以選擇3）觸發(fā)方式要明確約定4）轉換是逐位進行的，需要一定的時段(30us)5）轉換完成通知CPU6）按照規(guī)定的數(shù)據(jù)傳輸方式傳入計算機內(nèi)存AD0AD1.......AD152023/2/1西安交通大學工程訓練中心6PCL-812PG采集卡的模擬量輸入通道A/D轉換有三種觸發(fā)方式：

①軟件觸發(fā)（訓練中采用）；②板上定時器觸發(fā)（8253定時/計數(shù)器）；③外部脈沖觸發(fā)（CN5，PN1）。

A/D轉換結果的傳輸方式有三種：

①查詢A/D完成標志位DRDY，然后再從寄存器讀取數(shù)據(jù)到內(nèi)存變量(訓練中采用)；②A/D轉換完成后發(fā)中斷請求，然后由中斷服務程序讀取數(shù)據(jù)；③DMA方式。DMA---DirectMemoryAccess，直接內(nèi)存訪問，是一種數(shù)據(jù)傳輸模式。DMA方式下由于不直接訪問計算機的CPU，而直接在RAM與設備之間傳輸，因而大大提高了數(shù)據(jù)傳輸速度，適用于高速采集。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心7模擬量輸入的實現(xiàn)1.多路控制:選擇哪一路通道輸入；2.可編程放大器:調節(jié)輸入信號范圍；3.A/D轉換:模擬量轉化成計算機可處理的數(shù)字量信號；4.數(shù)據(jù)傳輸:轉化結果傳送到內(nèi)存。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心8A/D通道多路開關寄存器地址：Base＋10屬性：只寫數(shù)據(jù)格式：低4位提供了A/D通道號：CL3~CL0對應0~15號通道0000~1111（AD0~AD15）outportb（base＋10,

channels）BitD7D6D5D4D3D2D1D0Base+10XXXXCL3CL2CL1CL02023/2/1西安交通大學工程訓練中心9A/D增益控制寄存器地址：Base＋9屬性：只寫數(shù)據(jù)格式：低3位G2~G0提供了不同增益。BitD7D6D5D4D3D2D1D0Base+9XXXXXG2G1G0outportb（base＋9,

Gain）采集卡的最大輸入電壓，由跳線決定，可以是±5V或±10V模擬信號輸入的最大電壓2023/2/1西安交通大學工程訓練中心10A/D輸入范圍設置A/D轉換器的最大輸入電壓是由跳線所決定的；PCL-812PG采集卡中A/D轉換器的最大輸入電壓是±5V或±10V，其中缺省為±5V，訓練中采用±10V

。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心11A/D增益定義outportb（base＋9,

3）;/*增益為8*/G2G1G0增益極性輸入范圍0001雙極性±5V或±10V0012雙極性±2.5V或±5V0104雙極性±1.25V或±2.5V0118雙極性±0.625V或±1.25V10016雙極性±0.3125V或±0.625V2023/2/1西安交通大學工程訓練中心12A/D操作模式控制寄存器S2S1S0操作模式描述000禁止觸發(fā)A/D001僅允許軟件觸發(fā)＋查詢方式傳輸（默認）010僅允許卡自帶定時器觸發(fā)＋DMA傳輸110允許卡自帶定時器觸發(fā)＋查詢方式或中斷傳輸outportb（base＋11,

1）BitD7D6D5D4D3D2D1D0Base+11XXXXXS2S1S0地址：Base＋11屬性：只寫數(shù)據(jù)格式：低3位S2~S0提供模式選擇。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心13A/D軟件觸發(fā)寄存器outportb（BASE＋12,0）如果給PCL-812PG的A/D轉換產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖，只要向這個軟件觸發(fā)寄存器寫一個任意值，然后A/D轉換器將會被觸發(fā)；軟件觸發(fā)寄存器地址：Base＋12屬性：只寫可以為任意值2023/2/1西安交通大學工程訓練中心14A/D數(shù)據(jù)寄存器DataReaDY說明：地址：Base+4andBase+5AD11～AD0：A/D轉換完成后的數(shù)據(jù)，AD0是最低位（LSB），AD11是最高位（MSB）。DRDY：轉換完成標志位，當轉換沒有完成時為1，完成后跳變?yōu)?，當讀A/D低字節(jié)寄存器時，變回1。Base+4D7D6D5D4D3D2D1D0A/D低字節(jié)數(shù)據(jù)AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0Base+5D7D6D5D4D3D2D1D0A/D高字節(jié)數(shù)據(jù)000DRDYAD11AD10AD9AD82023/2/1西安交通大學工程訓練中心15A/D轉換過程選擇A/D通道，通過寫多路轉換控制寄存器(Base+10)；確定增益，通過寫增益控制寄存器(Base+9)；選擇工作模式，通過寫模式控制寄存器(Base+11)；啟動軟件觸發(fā)，通過寫軟件觸發(fā)寄存器(Base+12)；通過判斷DRDY(Base+5，4)，等待A/D完成；從數(shù)據(jù)寄存器(Base+5)(Base+4)中讀數(shù)據(jù)(inportb)，先讀高字節(jié)，再讀低字節(jié)；將整數(shù)值轉換成模擬電壓值，用作計算機顯示。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心16A/D轉換公式十六路A/D通道均可將模擬電壓信號轉換成12位數(shù)字信號。被轉換電壓的范圍有六種（±10V、±5V、±2.5V、±1.25V、±0.625V、±0.3125V），可以在程序中配合板卡上的跳線開關設定；訓練中采集卡的最大輸入電壓跳線為±10V，增益為1。12位2進制數(shù)0–4095（212-1）inputData＝Inportb(Base+5)&0x0F<<8+inportb(Base+4)Volt=(inputData-2047)*20.0/4095±10VVolt=inputData*20.0/4095-10.02023/2/1西安交通大學工程訓練中心17模擬量輸出通道（AO）任務：把計算機輸出的數(shù)字量信號轉換成模擬電壓或電流信號，以便去驅動相應的執(zhí)行機構，達到控制目的；組成：一般由接口電路、數(shù)/模轉換器和電壓/電流變換器組成；核心：數(shù)/模轉換器，簡稱D/A或DAC(digital-to-analogconverter)，通常也把模擬量輸出通道（AO）簡稱為D/A通道。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心18模擬量輸出通道的一般組成2023/2/1西安交通大學工程訓練中心19D/A數(shù)據(jù)寄存器Base+4D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#1低字節(jié)DA7DA6DA5DA4DA3DA2DA1DA0Base+5D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#1高字節(jié)XXXXDA11DA10DA9DA8Base+6D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#2低字節(jié)DA7DA6DA5DA4DA3DA2DA1DA0Base+7D7D6D5D4D3D2D1D0D/A#2高字節(jié)XXXXDA11DA10DA9DA82023/2/1西安交通大學工程訓練中心20D/A數(shù)據(jù)寄存器D/A#1outportb(Base+4,lbyte);outportb(Base+5,hbyte);先寫低字節(jié)后寫高字節(jié)D/A#2outportb(Base+6,lbyte);outportb(Base+7,hbyte);2023/2/1西安交通大學工程訓練中心21D/A參考電壓設置Internalprecisionfixedvoltreference–5vor–10vwhichbeusedasD/Ainputreference.TheD/Aoutputrangewillbe0to+5vorto+10v.

2023/2/1西安交通大學工程訓練中心22D/A轉換公式

兩路模擬信號輸出通道可輸出電壓范圍是0～+5V或0～+10V。812內(nèi)部是-5v或-10v的參考電壓。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心23PCL-812PG采集卡在工控機中的安裝CN1：模擬量輸入CN2：模擬量單端輸入與輸出CN3：開關量輸出CN4：開關量輸入(DI)(DO)(AD/DA)(AD)2023/2/1西安交通大學工程訓練中心24PCL-812PG采集卡的模擬量輸入/出通道CN1連接0號～9號A/D通道，CN2連接10號～15號A/D通道。此外，CN2還用其13和14號線連接1號D/A通道，15和16號線連接2號D/A通道。1234567891011121314151617181920A/D0A/D1A/D2A/D3A/D4A/D5A/D6A/D7A/D8A/D9A.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDCN1模擬量單端輸入1234567891011121314151617181920A/D10A/D11A/D12A/D13A/D14A/D15D/A1D/A2V.REF1V.REF2A.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDA.GNDCN2模擬量輸入與輸出2023/2/1西安交通大學工程訓練中心25訓練接線圖在關機狀態(tài)下接線！輸入A/D通道的電壓嚴禁超出±10V！在關機狀態(tài)下接線！輸出D/A通道嚴禁短路接信號發(fā)生器或直流穩(wěn)壓電源接示波器訓練接線圖2023/2/1西安交通大學工程訓練中心27訓練內(nèi)容11.模擬量輸出通道D/A運行演示程序產(chǎn)生一個直流電壓；產(chǎn)生一個方波信號，周期和幅值可調；產(chǎn)生一個正弦波信號，周期和幅值可調。上述產(chǎn)生的三種信號均可經(jīng)由1號D/A通道輸出，接示波器觀察波形，此時，工控機和采集卡共同構成了一個信號發(fā)生器。（?。?！注意示波器探頭的正確使用，不能相碰，否則設備損害）2023/2/1西安交通大學工程訓練中心28訓練內(nèi)容22.模擬量輸入通道A/D運行演示程序將0～＋10V的直流電壓、正弦波信號以及方波信號經(jīng)10號A/D通道采入計算機，在顯示器上顯示；相當于一個數(shù)字示波器；演示中可用信號發(fā)生器作為信號源，也可將演示程序D/A部分產(chǎn)生的信號作為信號源；可用示波器同時觀察采集的信號。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心29訓練內(nèi)容33.模擬量輸出通道D/A單步運行范例程序在TC環(huán)境中單步運行程序DA_ONE.C（源程序見附錄6），該程序將一個由鍵盤鍵入的直流電壓信號輸出。程序運行中，利用“watch”區(qū)域觀察有關變量的值，確認并記錄程序中的關鍵語句及其作用。注意對采集卡各端口的尋址和數(shù)據(jù)格式。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心30訓練內(nèi)容44.模擬量輸出通道D/A單步運行范例程序在TC環(huán)境中單步運行程序AD_ONE.C（源程序見附錄6），該程序將一個直流電壓信號采入計算機，以數(shù)字形式顯示，相當于一個數(shù)字電壓表。程序運行中，利用“watch”區(qū)域觀察有關變量的值，確認程序中的關鍵語句及其作用，并作記錄；注意對采集卡端口的尋址。2023/2/1西安交通大學工程訓練中心31總結Inportb——讀端口(寄存器)Intvar=Inportb(基地址+偏移地址)Outportb——寫端口(寄存器)Outportb(基地址+偏移地址，Intvar)2023/2/1西安交通大學工程訓練中心32AD通道程序#defineBASS_ADDRESS0x220/*設置基地址*/intChannel=0~15;/*定義通道*/(訓練中選擇AD10通道！)main(){unsignedshortintDRDY;inthbyte,lbyte;floattemp;charc;outportb(BASS_ADDRESS+10,Channel);/*多路選擇控制*/outportb(BASS_ADDRESS+9,0);/*增益控制*/outportb(BASS_ADDRESS+11,1);/*模式控制：軟件觸發(fā)*/while(1){DRDY=1;outportb(BASS_ADDRESS+12,1);/*AD軟件觸發(fā)*/2023/2/1西安交通大學工程訓練中心33AD通道程序（續(xù)）while((DRDY!=0)&&(!kbhit()))/*判斷有無鍵按下*/{DRDY=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x10;/*等待轉換完成*/}hbyte=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x000f;/*獲取高字節(jié)*/lbyte=inportb(BASS_ADDRESS+4)&0x00ff;/*獲取低字節(jié)*/temp=((hbyte<<8)+lbyte-2047)*20.0/4095.0;/*計算值*/printf("\nValue=%f",temp);printf("\nPressNtonextandPressotherkeytoquit!!");c=bioskey(0);if(c=='n'||c=='N')continue;elsebreak;}}2023/2/1西安交通大學工程訓練中心34DA通道程序#defineBASE_ADDRESS0x220intChannel=1/2;main(){floatOutputdata;intlbyte,hbyte;intout=0;charc;while(1){clrscr();printf("\nPleaseinputAmplitude(0~10V):");scanf("%f",&Outputdata);out=Outputdata*4095.0/10.0;hbyte=(out>>8)&0x0f;2023/2/1西安交通大學工程訓練中心35DA通道程序（續(xù)）lbyte=out&0xff;outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),lbyte);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),hbyte);printf("\nPressNtonextandPressotherkeytoquit!!");c=bioskey(0);if(c=='n'||c=='N')continue;elsebreak;}outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),0);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),0);}說明：D/A輸出時，先寫低字節(jié)，暫存在寄存器里面，當高字節(jié)寫完后，再進行D/A轉換2023/2/1西安交通大學工程訓練中心36課后作業(yè)復習本次課程內(nèi)容，思考模擬量輸入輸出與開關量輸入輸出的區(qū)別與聯(lián)系閱讀附錄1-3，進一步熟悉相關寄存器的功能注釋AD和DA通道程序改寫AD和DA通道程序為子程序intAD(intchannel)/*0-15*/｛ ……｝DA(intchannel,intdata)/*1-2;0-10V*/｛……｝2023/2/1西安交通大學工程訓練中心37

PCL-812PG

工業(yè)系統(tǒng)模擬量傳感器模擬量傳感器模擬量傳感器信號調理多路開關MUX可編程放大器接口電路控制電路A/D轉換器采樣/保持器

S/H控制線…信號調理信號調理數(shù)據(jù)總線模擬量輸入通道的一般組成Inportb(Base+5)Inportb(Base+4)Outportb

(Base+10,通道號)Outportb

(Base+9,增益)Outportb(Base+11,控制字)Outportb(Base+12,控制字)2023/2/1西安交通大學工程訓練中心38模擬量輸出通道的一般組成Outportb(Base+4/6,lbyte)Outportb(Base+5/7,hbyte)2023/2/1西安交通大學工程訓練中心39訓練內(nèi)容1調試AD子程序,實現(xiàn)附錄5.1的功能

floatAD(intchannel)/*0-15*/

｛ ……｝調試DA子程序,實現(xiàn)附錄5.2的功能

DA(intchannel,floatdata)/*1-2;0-10V*/

｛ ……｝在關機狀態(tài)下接線！輸入A/D通道的電壓嚴禁超出±10V！在關機狀態(tài)下接線！輸出D/A通道嚴禁短路接信號發(fā)生器或直流穩(wěn)壓電源接示波器訓練接線圖2023/2/1西安交通大學工程訓練中心41訓練內(nèi)容2編寫程序實現(xiàn)以下功能：經(jīng)鍵盤輸入任意0-10V電壓，由D/A通道轉換后輸出，然后經(jīng)A/D通道采集回來，轉換后顯示在屏幕上，并計算誤差。AD通道和DA通道可任選；參考AD_one.c和DA_one.c程序，使用AD和DA子程序。在關機狀態(tài)下接線！輸入A/D通道的電壓嚴禁超出±10V！在關機狀態(tài)下接線！輸出D/A通道嚴禁短路訓練接線圖2023/2/1西安交通大學工程訓練中心43DA通道程序#defineBASE_ADDRESS0x220/*設置基地址*/intChannel=1/2;/*定義通道*/main(){floatOutputdata;intlbyte,hbyte;intout=0;charc;while(1){clrscr();printf("\nPleaseinputAmplitude(0~10V):");scanf(“%f”,&Outputdata);/*屏幕讀入電壓值*/out=Outputdata*4095.0/10.0;/*轉換成二進制數(shù)*/hbyte=(out>>8)&0x0f;/*獲取高4位*/2023/2/1西安交通大學工程訓練中心44DA通道程序（續(xù)）lbyte=out&0xff;/*獲取低8位*/outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),lbyte);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),hbyte);printf("\nPressNtonextandPressotherkeytoquit!!");c=bioskey(0);if(c=='n'||c=='N')continue;elsebreak;}outportb(BASE_ADDRESS+4+2*(Channel-1),0);outportb(BASE_ADDRESS+5+2*(Channel-1),0);}說明：D/A輸出時，先寫低字節(jié)，暫存在寄存器里面，當高字節(jié)寫完后，再進行D/A轉換寫低8位寫高4位輸出清02023/2/1西安交通大學工程訓練中心45AD通道程序#defineBASS_ADDRESS0x220/*設置基地址*/intChannel=0~15;/*定義通道*/main(){unsignedshortintDRDY;inthbyte,lbyte;floattemp;charc;outportb(BASS_ADDRESS+10,Channel);/*多路選擇控制*/outportb(BASS_ADDRESS+9,0);/*增益控制*/outportb(BASS_ADDRESS+11,1);/*模式控制：軟件觸發(fā)*/while(1){DRDY=1;outportb(BASS_ADDRESS+12,1);/*AD軟件觸發(fā)*/2023/2/1西安交通大學工程訓練中心46AD通道程序（續(xù)）while((DRDY!=0)&&(!kbhit()))/*判斷有無鍵按下*/{DRDY=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x10;/*等待轉換完成*/}hbyte=inportb(BASS_ADDRESS+5)&0x000f;/*獲取高字節(jié)*/lbyte=inportb(BASS_ADD