第五章計(jì)算機(jī)控制接口技術(shù)第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制接口技術(shù)設(shè)計(jì)分析第二節(jié)PLC可編程控制器原理及應(yīng)用第三節(jié)單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四節(jié)AK可編程序控制器原理及應(yīng)用第五節(jié)A/D、D/A轉(zhuǎn)換控制器原理及設(shè)計(jì)第一節(jié)計(jì)算機(jī)控制接口技術(shù)設(shè)計(jì)分析1計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)由：計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)控制器、計(jì)算機(jī)輸出接口電路、驅(qū)動(dòng)控制器、執(zhí)行設(shè)備、應(yīng)用軟件、傳感器、放大器等組成。其中軟件包括采集軟件，分析處理軟件，檢測(cè)輸出控制和自動(dòng)控制軟件等。2可編程序控制器分類(lèi)(1)單片機(jī)控制器(2)PLC可編程序控制器(3)AK可編程序控制器(4)A/D、D/A轉(zhuǎn)換控制器3可編程序語(yǔ)言(1)匯編語(yǔ)言（單片機(jī)，PLC）(2)BASIC語(yǔ)言（AK、A/D、D/A）(3)C語(yǔ)言（單片機(jī)、PLC、AK、A/D、D/A）(4)VC編程（AK、A/D、D/A）(5)VB編程（AK、A/D、D/A）(6)LABwindows編程(AK、A/D、D/A)下一頁(yè)4.計(jì)算機(jī)控制器的設(shè)計(jì)要求(1)具有完善的過(guò)程輸入/輸出功能。(2)具有實(shí)時(shí)控制功能。(3)具有高可靠性。(4)具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性和抗干擾能力。(5)具有齊全的軟件。

5.計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的應(yīng)用特點(diǎn)(1)可編程序控制器系統(tǒng)。主要特點(diǎn)如下：①控制程序可變。②可靠性高。③編程簡(jiǎn)單，使用方便。④功能完善。⑤體積小、質(zhì)量輕、易于安裝使用。(2)AK可編程序控制器。主要特點(diǎn)如下：①控制程序可變,具有很好的設(shè)計(jì)性。②可靠性高。③編程簡(jiǎn)單。④功能完善。⑤結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。⑥控制精度高。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回圖5-1總線型工控機(jī)組成圖第二節(jié)PLC可編程控制器原理及應(yīng)用

一、PLC的組成及工作原理1.硬件組成PLC的硬件主要由CPU模塊、I/O模塊兩部分組成。圖5－2為硬件組成框圖。(1)CPU模塊。(2)存儲(chǔ)器。(3)I/O接口模塊。①智能I/O接口模塊。②外設(shè)通訊接口模塊。③開(kāi)關(guān)量I/O接口是按強(qiáng)電要求設(shè)計(jì)的，即輸入輸出接口可直接與強(qiáng)電設(shè)備相連，為了使PLC免受電力線、電氣噪聲、負(fù)載的感性沖擊或外設(shè)接線的干擾，I/O接口中均設(shè)計(jì)了光電耦合隔離電路，各I/O接口電路圖參見(jiàn)圖5－3所示。下一頁(yè)返回圖5-2為硬件組成框圖2.編程器編程器是供用戶開(kāi)發(fā)、調(diào)試和監(jiān)視PLC工作的必備工具。(1)便攜式編程器由鍵盤(pán)、LED或LCD數(shù)碼顯示器、工作方式選擇開(kāi)關(guān)、外設(shè)接口組成。(2)CRT智能式編程器。其硬件主體是個(gè)人計(jì)算機(jī)（PC機(jī)）3.PLC的工作原理(1)讀取現(xiàn)場(chǎng)信息。(2)執(zhí)行用戶程序。(3)輸出控制信號(hào)。PLC的整個(gè)工作過(guò)程可用圖5-4所示。4.PLC實(shí)現(xiàn)繼電器開(kāi)關(guān)量控制原理,見(jiàn)圖5-5。上一頁(yè)下一頁(yè)圖5-4PLC工作流程圖返回圖5-5PLC控制繼電器開(kāi)關(guān)電路二、PLC的編程語(yǔ)言和編程方法1.PLC的基本控制操作及指令系統(tǒng)任何復(fù)雜的邏輯控制過(guò)程均由基本的控制操作組成，它們包括：輸入輸出操作、邏輯操作、計(jì)數(shù)及復(fù)位操作、移位寄存器操作、移位指令、主控母線操作、轉(zhuǎn)移操作、脈沖發(fā)生器、置位復(fù)位、空操作、程序結(jié)束操作等。2.指令編程要點(diǎn)(1)PLC編寫(xiě)執(zhí)行程序時(shí)，是按照指令的先后順序依次逐條執(zhí)行的，所以，要求設(shè)計(jì)程序中的指令順序要求必須正確。(2)按工作流程圖編程時(shí)，必須根據(jù)信息流的方向，自上而下，從左到右的順序編寫(xiě)控制指令程序。(3)各種繼電器的觸點(diǎn)，在編程中可以重復(fù)使用，使用次數(shù)不受限制。(4)輸出繼電器線圈（包括定時(shí)器）在一個(gè)程序中只能使用一次，假如在程序中同一個(gè)輸出繼電器線圈號(hào)出現(xiàn)兩次以上，則應(yīng)改成只有一個(gè)輸出線圈的電路。(5)計(jì)數(shù)器、移位寄存器有兩個(gè)或更多的輸入支路，應(yīng)按工作流程圖給定的順序設(shè)計(jì)編程(6)程序的執(zhí)行是從第一條指令到指令結(jié)束，完成一個(gè)機(jī)器掃描周期。上一頁(yè)下一頁(yè)2.PLC的選用方法正確地選用PLC對(duì)于保證設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)起著重要的作用。PLC的選用主要包括PLC容量估算、PLC功能選擇和I/O模塊選擇。PLC的容量估算涉及兩方面內(nèi)容，即用戶程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量和控制I/O點(diǎn)數(shù)。(1)計(jì)算輸入輸出點(diǎn)數(shù)。常用PLC的I/O點(diǎn)數(shù)之比為3∶2。(2)計(jì)算存儲(chǔ)容量。PLC存儲(chǔ)器容量與控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度、運(yùn)算數(shù)據(jù)量的大小、程序結(jié)構(gòu)優(yōu)劣等有關(guān)。(3)PLC的功能選擇。由于一般的機(jī)電一體化系統(tǒng)為單機(jī)自動(dòng)控制模式，PLC一般用來(lái)實(shí)現(xiàn)順序控制，所以只要選用具有邏輯運(yùn)算、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器等基本功能的PLC就可以了。如果控制任務(wù)較復(fù)雜，包含了數(shù)值計(jì)算（如PID）、模擬量處理等內(nèi)容，就必須選用具有數(shù)值計(jì)算功能、模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換功能的PLC。(4)I/O模塊選擇。輸入模塊的選擇，輸入模塊分為數(shù)字和模擬兩種。數(shù)字量輸入又分為直流、交流和脈沖三種；模擬量輸入分為電壓和電流輸入兩種。上一頁(yè)下一頁(yè)3.輸出模塊的選擇輸出模塊按輸出方式分為繼電器輸出、晶體管輸出及雙向晶閘管輸出三種。4.智能I/O接口的選擇智能I/O模塊的共同特點(diǎn)是模塊本身帶有CPU。5.通信接口的選擇。應(yīng)注意選用同一型號(hào)或系列的PLC，以便相互兼容。6.PLC外電路設(shè)計(jì)的一般原則(1)控制系統(tǒng)配套電器的選用原則。①提高工作可靠性。②采用小型化的低壓電器。③采用新型的低壓電器。④采用卡軌式安裝和裝配形式(2)中間繼電器的配置原則。圖5-6為中間繼電器接入I/O模塊的實(shí)例。(3)熔斷器的安裝原則。

(4)輸入/輸出聯(lián)鎖觸點(diǎn)的接入方法。

一般情況下，對(duì)于一些典型電路，如電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)電路，把互鎖的觸點(diǎn)分別接入PLC的輸入、輸出回路，形成雙回路設(shè)計(jì)方案，如圖5-7所示。(5)限位開(kāi)關(guān)接入方法。

(6)設(shè)備接地方法。

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返回返回圖5-6中間繼電器接入I/O模塊實(shí)例圖5-7聯(lián)鎖觸點(diǎn)接入方法示意圖返回圖5-8注塑機(jī)單片機(jī)控制系統(tǒng)原理圖返回圖5-9控制系統(tǒng)擴(kuò)展綜合圖二、單片機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容主要包括硬件設(shè)計(jì)、應(yīng)用軟件設(shè)計(jì)和系統(tǒng)仿真調(diào)試三個(gè)部分。其設(shè)計(jì)程序如下：1硬件設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)選型、基本控制系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計(jì)、I/O口擴(kuò)展設(shè)計(jì)、人-機(jī)通道設(shè)計(jì)、前向通道接口設(shè)計(jì)和后向通道接口設(shè)計(jì)等。在擴(kuò)展通道接口設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循如下原則：(1)盡可能選擇典型電路，并且要符合常規(guī)用法。(2)控制系統(tǒng)擴(kuò)展。(3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。(4)單片機(jī)片外電路應(yīng)與單片機(jī)的電氣性能參數(shù)及工作時(shí)序匹配。(5)應(yīng)十分重視可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)。(6)單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力。上一頁(yè)下一頁(yè)三、單片機(jī)芯片選擇1.單片機(jī)芯片正確選擇分析單片機(jī)控制系統(tǒng)的核心器件是單片機(jī)芯片，它提供的功能和資源對(duì)整個(gè)控制系統(tǒng)所需要的支持電路、接口硬件設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)起著關(guān)鍵性的作用。單片機(jī)硬件資源極大地影響著整個(gè)控制系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度。資源豐富的單片機(jī)可以大大減少硬件外圍接口芯片與存儲(chǔ)器擴(kuò)展芯片的數(shù)量，使成本降低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，目前單片機(jī)的價(jià)格與外圍接口芯片的價(jià)格已相差無(wú)幾。2.單片機(jī)芯片選擇時(shí)應(yīng)考慮的問(wèn)題(1)要盡可能選擇設(shè)計(jì)者較為熟悉，曾經(jīng)接觸過(guò)的單片機(jī)系列。(2)要選擇有豐富的應(yīng)用軟件、開(kāi)發(fā)工具及成熟輔助電路支持的單片機(jī)系列。(3)根據(jù)系統(tǒng)性能要求選擇合適的單片機(jī)。

上一頁(yè)下一頁(yè)3.MCS-51系列單片機(jī)的性能表5-3分別列出INTEL系列單片機(jī)的基本特性。

上一頁(yè)下一頁(yè)型號(hào)片內(nèi)存儲(chǔ)器/Byte片外擴(kuò)展晶振頻率指令周期定時(shí)/計(jì)數(shù)器EPROMROMRAMEPROMRAM8051——4K12864K64K1211×8位80C51——4K12864K64K1211×8位87514K——12864K64K1211×8位8031————12864K64K1211×8位80C31————12864K64K1211×8位8052——4K12864K64K1211×8位四、D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇方法1.D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇選擇D/A轉(zhuǎn)換芯片時(shí)，主要考慮芯片的性能、結(jié)構(gòu)及應(yīng)用特性。(1)數(shù)字輸入特性的選擇。(2)模擬輸出特性。(3)鎖存特性。(4)參考電壓源。2.12位D/A芯片接口控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)例為了提高精度，需要用比8位高的D/A芯片，這里僅以AD7542為例說(shuō)明12位D/A轉(zhuǎn)換原理及接口技術(shù)。圖5-10為AD7542與8031接口電路。圖5-11中，要轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)低8位存在片內(nèi)RAM的50H單元中，高4位數(shù)據(jù)存放在51H中，試編寫(xiě)D/A轉(zhuǎn)換程序設(shè)計(jì)。

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圖5-11人-機(jī)通道配置示意圖

五、單片機(jī)控制通道接口設(shè)計(jì)1.人-機(jī)通道設(shè)計(jì)人-機(jī)通道的配置如圖5-11所示，人-機(jī)通道的具體配置完全是根據(jù)實(shí)際需要而定的。人－機(jī)通道采用I/O擴(kuò)展方法獲得口地址空間，然后與人機(jī)對(duì)話專(zhuān)用芯片連接2.輸入通道接口設(shè)計(jì)單片機(jī)控制系統(tǒng)常用的前向通道結(jié)構(gòu)類(lèi)型。前向通道在單片機(jī)一側(cè)有三種類(lèi)型：數(shù)據(jù)總線、并行I/O口和定時(shí)/計(jì)數(shù)器口。(1)A/D轉(zhuǎn)換接口技術(shù)根據(jù)A/D芯片與單片機(jī)連接方式以及控制系統(tǒng)的要求，A/D轉(zhuǎn)換采樣的方式主要有以下三種：程序查詢方式、定時(shí)采樣方式、中斷方式。圖5-12給出了該芯片的實(shí)用接口電路。①程序查詢方式以圖5－12為例，先選擇模擬量的一個(gè)輸入通道，發(fā)出啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換信號(hào)，用程序查詢INT1腳是否為“0”，若是“0”則表示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，執(zhí)行讀A/D結(jié)果數(shù)據(jù)操作。②定時(shí)采樣方式。③中斷方式。完成上面任務(wù)的程序由兩部分組成，一部分是主程序，另一個(gè)部分是INT1的中斷服務(wù)程序。主程序流程如圖5－13所示。中斷服務(wù)程序如圖5－14所示。上一頁(yè)下一頁(yè)(2)開(kāi)關(guān)信號(hào)及頻率信號(hào)接口技術(shù)。在輸入通道中除模擬量外，還有一部分是離散數(shù)字量信號(hào)，主要有開(kāi)關(guān)信號(hào)和頻率信號(hào)兩種①開(kāi)關(guān)輸入信號(hào)的電路隔離，在機(jī)電一體化系統(tǒng)中，機(jī)械開(kāi)關(guān)信號(hào)一般為電信號(hào)，需要把強(qiáng)電部分與弱電的單片機(jī)系統(tǒng)在電路上隔離開(kāi)來(lái)，最常用的是使用光電耦合。②開(kāi)關(guān)信號(hào)的干擾抑制措施。上一頁(yè)下一頁(yè)六、單片機(jī)控制系統(tǒng)應(yīng)用程序設(shè)計(jì)1.直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)要求：(1)循環(huán)工作，可由外界開(kāi)關(guān)控制電機(jī)起動(dòng)；(2)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵磷罡?，升速時(shí)間任意設(shè)定；(3)控制直流電機(jī)在最大轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定工作，時(shí)間可任意設(shè)定；(4)控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速?gòu)淖畲笾到档搅悖瑴p速時(shí)間為5s；(5)控制直流電機(jī)停機(jī)3s，接著重復(fù)上述步驟；(6)控制程序采用C語(yǔ)言，單片機(jī)用8096。具體的直流電機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖5－15所示，控制程序設(shè)計(jì)方法如下：①程序入口。②置SP。③選擇P2.5，使其輸出為高電平。④等待時(shí)間。⑤選擇PWM輸出。⑥讀開(kāi)關(guān)值是否為零。⑦將升速值寫(xiě)入PWM＿CONTROL。⑧穩(wěn)定工作時(shí)間。⑨將減速值寫(xiě)入PWM＿CONTROL。⑩停止工作時(shí)間上一頁(yè)下一頁(yè)返回圖5-15直流電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)程序流程圖2.步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)技術(shù)要求:(1)循環(huán)工作，可由外界中斷；(2)控制步進(jìn)電機(jī)的正轉(zhuǎn)，速度從零升至最高；(3)控制步進(jìn)電機(jī)停止工作5s；(4)控制步進(jìn)電機(jī)的反轉(zhuǎn)，速度從最高值降到零。步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制程序設(shè)計(jì)所要編寫(xiě)的程序也是不需要外界輸入控制參數(shù)，整個(gè)程序是按照控制要求編制好，如需要改參數(shù)，要在源程序中進(jìn)行修改。具體的步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖5－16所示。

上一頁(yè)下一頁(yè)圖5-16步進(jìn)電動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)程序的流程圖3.開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)程序的設(shè)計(jì)技術(shù)要求：(1)循環(huán)控制，可由外界中斷；(2)實(shí)現(xiàn)8個(gè)開(kāi)關(guān)的順序延時(shí)控制，5s后按反序延時(shí)閉合控制；(3)延時(shí)時(shí)間為10s。設(shè)計(jì)的控制程序是不需要外界輸入控制參數(shù)的，整個(gè)程序是事先編制好的，如需更改參數(shù)，要在源程序中進(jìn)行修改。在明確了具體的程序要求后，就可繪制出程序方框圖了。具體的開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的程序流程圖如圖5－17所示：上一頁(yè)

返回圖5-17開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)程序的流程圖第四節(jié)AK可編程序控制器原理及應(yīng)用一、AK可編程序控制器組成及工作原理1.AK可編程序控制器組成AK系列可編程序控制器與任何一種計(jì)算機(jī)組成計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，可輸出多路控制電壓信號(hào)、頻率信號(hào)、實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)量控制、電機(jī)調(diào)速控制、多功能信號(hào)源功能。它由譯碼電路，時(shí)鐘信號(hào)、8255、8253（8254）信號(hào)轉(zhuǎn)換電路、輸出接口電路等組成。如圖5－18所示。2.AK控制器工作原理AK控制原理方框圖如圖5－19所示。下一頁(yè)返回圖5-18AK可編程序控制器方框圖圖5-19AK可編程序電路原理圖二、AK可編程序控制器設(shè)計(jì)1.AK系列可編程序控制器器件的選擇(1)8255器件的選用。(2)8253（8254）器件的選擇。芯片控制的方式是由雙向的數(shù)據(jù)線與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)連接，通過(guò)控制字組的寫(xiě)入來(lái)設(shè)定8255的工作方式，由于它具有功能強(qiáng)，編程簡(jiǎn)單方便，使用靈活，在設(shè)計(jì)AK時(shí)選用8255可滿足設(shè)計(jì)要求。(2)8253（8254）器件的選擇。為便于更好的應(yīng)用8253（8254）芯片，具體工作方式介紹如下方式1：可編程的單脈沖發(fā)生器，此方式用來(lái)產(chǎn)生一個(gè)程序控制脈沖寬度的單脈沖。方式2：比例式脈沖產(chǎn)生器，此方式可以用來(lái)控制輸出信號(hào)的工作周期（信號(hào)高電位的比例）。方式3：方波產(chǎn)生器，工作于此方式可以作為分頻器用。工作原理類(lèi)似方式2方式4：軟件觸發(fā)方式，本方式以軟件輸入計(jì)數(shù)值做計(jì)時(shí)器起動(dòng)。方式5：硬件觸發(fā)方式，本方式操作以外部GATE引腳信號(hào)來(lái)起動(dòng)計(jì)時(shí)器工作。AK可編程控制器電路原理方框圖如圖5－19所示。上一頁(yè)下一頁(yè)2.控制器程序設(shè)計(jì)方法(1)界面設(shè)計(jì)(2)控制參數(shù)的程序設(shè)計(jì)：①試驗(yàn)調(diào)試性的控制方式，輸出控制信號(hào)頻率設(shè)計(jì)采用人－機(jī)對(duì)話方式，由人為選擇輸入控制參數(shù)的大小，工作時(shí)間，輸出控制時(shí)間，工作頻率采用人－機(jī)對(duì)話方式，由控制要求任意設(shè)定輸入?yún)?shù)。②自動(dòng)控制方式，輸出控制的信號(hào)頻率，根據(jù)控制參數(shù)要求采用固定式，輸出控制工作時(shí)間采用固定式，也可以設(shè)計(jì)成判斷式。(3)C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)函數(shù)定義。(4)AK控制器初始化程序的設(shè)計(jì)。(5)輸出信號(hào)頻率控制程序設(shè)計(jì)。(6)控制工作時(shí)間程序設(shè)計(jì)。(7)8255輸出控制信號(hào)程序設(shè)計(jì)。(8)控制輸出信號(hào)結(jié)束程序設(shè)計(jì)。3.雙路輸出信號(hào)控制程序清單

上一頁(yè)返回第五節(jié)A/D、D/A轉(zhuǎn)換控制器原理及設(shè)計(jì)一、A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器組成及工作原理1.A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器組成它的組成由A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片、可編程8253、8254芯片、DC/DC隔離電源、6MHz時(shí)鐘、譯碼器等器件組成。如圖5－20所示。2.A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器工作原理A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器模擬輸入部分由模擬通道開(kāi)關(guān)、緩沖放大器、A/D轉(zhuǎn)換芯片（含采樣保持器）、通道控制電路、先進(jìn)先出（FIFO）存儲(chǔ)器接口電路、A/D觸發(fā)電路組成。A/D有兩種方式：軟件選擇方式和自動(dòng)采集方式。

A/D轉(zhuǎn)換的工作控制起動(dòng)方式由定時(shí)計(jì)數(shù)器8254的0通道輸入，有三種觸發(fā)控制方式

:單次觸發(fā)控制﹑程序判別法﹑外輸入電壓控制法

下一頁(yè)A/D轉(zhuǎn)換器當(dāng)作控制器的工作原理是：利用A/D轉(zhuǎn)換器中的8255、8253芯片功能，按照上節(jié)討論的AK控制器功能，根據(jù)設(shè)計(jì)使用要求，設(shè)計(jì)相應(yīng)的軟件，就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制功能，分別輸出多種控制信號(hào)，達(dá)到了計(jì)算機(jī)控制使用要求。二、A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器設(shè)計(jì)1.A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)形式(1)多路并行口A/D通道，每通道有獨(dú)自的采樣保持器與A/D轉(zhuǎn)換器，它的組成如圖5-21所示。(2)多路通道共享A/D轉(zhuǎn)換器，圖5-22是它的框圖，此種較上述形式速度慢，因?yàn)槊柯返霓D(zhuǎn)換只能串行。由于采用了多個(gè)S/H和多路開(kāi)關(guān)，采集時(shí)間間隔小于3μs。

上一頁(yè)下一頁(yè)返回圖5-21并行多通道A/D轉(zhuǎn)換器方框圖圖5-22串行多通道A/D轉(zhuǎn)換器方框圖2.D/A轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)形式(1)多通道D/A轉(zhuǎn)換器，每個(gè)通道有獨(dú)立的數(shù)字寄存器及D/A轉(zhuǎn)換器。它的組成如圖5－23所示。(2)多通道共享D/A轉(zhuǎn)換器，如圖5－24所示。上一頁(yè)下一頁(yè)圖5-23多路D/A轉(zhuǎn)換器方框圖圖5-24多通道共享D/A轉(zhuǎn)換器方框圖3.A/D、D/A轉(zhuǎn)換控制器設(shè)計(jì)原理(1)芯片的選擇方法。A/D、D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)應(yīng)對(duì)如下幾方面提出明確要求：①模擬量輸入、輸出范圍、信號(hào)源與負(fù)載阻抗是多少，輸入輸出電壓的極性。②對(duì)數(shù)字量編碼的要求，是二進(jìn)制、十進(jìn)制，還是二進(jìn)制的補(bǔ)碼形式。③系統(tǒng)的邏輯電平是TTL、DTL、高壓CMOS、還是低壓CMOS。④系統(tǒng)允許的漏碼。⑤輸入信號(hào)的特性是什么?采樣信號(hào)是否經(jīng)過(guò)濾波，以及信號(hào)的有限帶寬頻率。⑥系統(tǒng)環(huán)境條件。上一頁(yè)下一頁(yè)(2)D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)要求：①需要的分辨率、精度、線性度各是多少。②邏輯電平及數(shù)碼形式是什么，數(shù)據(jù)輸入是串行還是并行方式。③輸出需要的電流形式還是電壓形式，滿刻度是多少。④參考電壓類(lèi)型是什么，固定的、可變的、內(nèi)部的還是外部的。⑤輸出電壓是雙極性，還是單極性。⑥數(shù)字量接口的特性是什么，對(duì)速度有何要求，期望的數(shù)據(jù)變化間的最短時(shí)間是多少，系統(tǒng)要求數(shù)據(jù)刷新后到輸出達(dá)到所期望的值的時(shí)間是多少。⑦溫度范圍。上一頁(yè)下一頁(yè)(3)A/D轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)要求：①模擬輸入范圍，被測(cè)量信號(hào)的分辨率是多少。例如：10位、12位、14位、16位、18位等。②線性誤差需要多少，相對(duì)精度及刻度的穩(wěn)定性是多少。③在周?chē)h(huán)境溫度變化下，各種誤差限制在什么范圍內(nèi)，在任何條件下是否允許漏碼。④完成一次轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。⑤系統(tǒng)電源穩(wěn)定性的要求是多少，由于電源變化，引起的允許誤差是多少。⑥輸入信號(hào)的特性是什么，是否為采樣信號(hào)，是否經(jīng)過(guò)濾波以及信號(hào)的最高頻率。⑦電源切斷時(shí)是否損壞有源信號(hào)源的精度（對(duì)CMOS的多路開(kāi)關(guān)是安全的，因當(dāng)電源切斷時(shí)，開(kāi)關(guān)是打開(kāi)的。而對(duì)于JFET開(kāi)關(guān)是接通的，因此有損壞信號(hào)源的可能，應(yīng)予注意）。上一頁(yè)下一頁(yè)(4)采樣保持器設(shè)計(jì)要求：①輸入信號(hào)范圍是多少。②多路通道切換率是多少，期望的采樣保持器的采集時(shí)間是多少③所需精度（包括增益，線性度及偏置誤差）是多少。④在保持期間允許的電壓下降是多少。⑤通過(guò)多路開(kāi)關(guān)及信號(hào)源的串聯(lián)電阻的保持器，旁路電路引起偏差是多少。(5)時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)要求：①時(shí)鐘頻率的大小選擇：2MHz、6MHz、10MHz等。②時(shí)鐘的頻率與常用器件8255、8253、8254等應(yīng)匹配。③時(shí)鐘的輸出電壓，精度應(yīng)符合總體要求。(6)電路設(shè)計(jì)中注意的問(wèn)題：①接地。②印刷電路板的布線。③抗供電電源干擾。上一頁(yè)下一頁(yè)三、A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器應(yīng)用程序設(shè)計(jì)

1.A/D-D/A轉(zhuǎn)換控制器口地址的選用方法UA板有八個(gè)口地址可以編程操作，其中一個(gè)A/D數(shù)據(jù)口是16位的，其余為8位。通過(guò)對(duì)口地址的編程實(shí)現(xiàn)控制工作。表5－4為某一種口地址的功能表。2.A/D采集驅(qū)動(dòng)程序設(shè)計(jì)(1)普通采集方式編程方法。(2)定時(shí)觸發(fā)，自動(dòng)通道掃描方式的編程。(3)使用FIFO自動(dòng)數(shù)據(jù)采集編程。3.多通道高速數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計(jì)(1)采