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
数据采集
A/D、D/A接口设计要点
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
模拟量输入输出通道
工业现场
传感器
变送
器
信号处理环节
多路转换开关
采样保持电路
A/D转换器
微型计算机
锁存器
输入输出接口
D/A转换器
低通滤波
驱动放大
执行器件
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/模转换器
1、D/A工作原理:
数/模转换器的作用是将数字量转换为相应的模拟量。数字量由二进制位组成,每个二进制位的权为2i,把每一位上的代码按权转换成对应的模拟电流,再把模拟电流相加,最后由运算放大器将其转变成模拟电压。
电阻网络
运算放大器
模拟开关
模拟电压输出
D/A 转换器结构示意图
N位数字量输入
…
…
2、D/A转换器的主要技术指标
分辨率:是用来度量D/A转换器对数字输入量变化的敏感程度,它表示输入每变化一个单位使输出变化的程度。通常可以用数字量的位数表示,位数越多分辩率越高。
例如:8位的D/A转换器,基准电压=5V
分辨率=5000mV/28=20mV
分辨率是对转换结果发生影响的最小输入量
精度:是转换后所得结果与理论值的误差。
转换时间:电流型的一般为几微秒到几百微秒;电压型的转换较慢。
线性度:当输入数字量变化时,输出模拟量变化的线性程度;
模/数转换器
A/D转换器是把生产现场测得的连续变化的模拟信号转换成数字信号。常用于数据采集系统。
A/D转换的方式很多,常见的有四种:计数式、逐次逼近式、双斜率积分式、并行比较式;
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
∑