文档介绍：模拟量的输入输出
本章内容
模拟量输入输出通道的组成
D/A转换器
原理及连接使用方法
A/D转换器
原理及连接使用方法
模拟量I/O接口的作用:
实际工业生产环境——连续变化的模拟量
例如:电压、电流、压力、温度、位移、流量
计算机内部——离散的数字量
二进制数、十进制数
工业生产过程的闭环控制
概述
模拟量
D/A
传感器
执行元件
A/D
数字量
数字量
模拟量
模拟量输入
(数据采集)
模拟量输出
(过程控制)
计算机
模拟量I/O通道的组成
模拟接口电路的任务
模拟电路的任务
00101101
10101100
工
业
生
产
过
程
传感器
放大
滤波
多路转换
&
采样保持
A/D
转换
放大
驱动
D/A
转换
输出
接口
微
型
计
算
机
执行机构
输入
接口
物理量
变换
信号
处理
信号
变换
I/O
接口
输入通道
输出通道
模拟量输入通道
传感器(Transducer)
非电量→电压、电流
变送器(Transformer)
转换成标准的电信号
信号处理(Signal Processing)
放大、整形、滤波
多路转换开关(Multiplexer)
多选一
采样保持电路(Sample Holder,S/H)
保证变换时信号恒定不变
A/D变换器(A/D Converter)
模拟量转换为数字量
模拟量输出通道
D/A变换器(D/A Converter)
数字量转换为模拟量
低通滤波
平滑输出波形
放大驱动
提供足够的驱动电压,电流
数/模(D/A)变换器
D/A变换器的基本原理及技术指标
D/A变换器的基本工作原理
组成:模拟开关、电阻网络、运算放大器
两种电阻网络:权电阻网络、R-2R梯形电阻网络
基本结构如图:
Vref
Rf
模拟开关
电阻网络
VO
数字量
∑
D/A变换原理
运放的放大倍数足够大时,输出电压Vo与输入电压Vin的关系为:
式中:Rf 为反馈电阻
R 为输入电阻
Vin
Rf
Vo
∑
R
若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压Vi的关系为:
Vin
Rf
VO
∑
R1
式中:Ri 为第i支路的输
入电阻
Rn
…
令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一基准电压Vref,则有
如果每个支路由一个开关Si控制,Si=1表示Si合上,Si=0表示Si断开,则上式变换为
若Si=1,该项对VO有贡献
若Si=0,该项对VO无贡献
2R
4R
8R
16R
32R
64R
128R
256R
Vref
Rf
VO
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
S8
与上式相对应的电路如下(图中n=8):
图中的电阻网络就称为权电阻网络