1、第4章 输出通道及通信接口技术,4.1 智能仪器输出通道信号种类,4.2 DAC 转换原理及技术指标,4.3 DAC 接口技术,4.4 数字波形合成 与 V/I 转换电路,4.6 串行数据通信接口,4.5 开关量输出,4.1 智能仪器输出通道信号种类,1 模拟输出信号,1） DC电流信号,长距离传送,抗干扰,2） DC 电压信号,多负载,通常使用 420mA 或010mA,通常使用 15v 或 05v,2 开关量输出信号,1) 超限报警,2) 开关量控制,3) 状态指示,3 数字量输出信号,串行 并行,4.2 DAC 转换原理及技术指标,DAC 转换原理,VREF,Vo,-,+,A, ,Rf,
2、R/2n,R,R/21,S0,S1,Sn,d0,d1,dn,IOUT,2 DAC 主要技术指标,1) 分辨率分辨率是指输入数字量的最小有效位（LSB）产生一次变化时，DAC输出变化的最小增量相对满刻度的百分比。 2) 精度 (线性误差) 精度是指DAC的实际输出与理论值的最大偏差，他是DAC各种误差之和，包括非线性误差、零点误差、增益误差和温度漂移等。绝对精度 LSB作为单位相对精度 相对于满刻度输出值的百分数,3) 建立时间数字量从全“0”变为全“1”（或从全“1”变为全“0” ）时，DAC输出模拟量达到终值1/2LSB误差范围之内所需要的时间。,4.3 DAC 接口技术,电流转换成电压,V
3、o,-,+,A,DAC,Vo,-,+,A,DAC,- VREF,单级输出,两级输出,VOUT=-IOUTRF,VOUT=(VREF/R1-IOUT)RF,2 DAC 芯片与微型计算机及接口,1) 8位DAC,2) 超 8位DAC,Vo,-,+,A,DAC1210,Iout1,Voref(+),AD 508,8031,P1.0,P1.7,DB0 DB3,P2.0,P2.1,P2.7,WR,DB4 DB11,BYTE1/BYTE2,CS,XFER,WR1,WR2,Iout2,Rfb,DAC1210,输入锁存器（高8位和低4位） DAC寄存器 D/A转换器,片选信号CS与写信号WR同时有效时将数字量
4、送入锁存器；字节控制端BYTE1/BYTE2为高电平时，8位数字量同时送入高8位输入锁存器，此端为低电平时，将低4位数字量送入低4位输入锁存器。传输控制信号XFER与写信号WR同时有效时，12位输入锁存器信号同时送进DAC寄存器。,设欲输出的数据存放在寄存器R2（高位）和R1（低位）中,3） 多通道模拟量输出 时的DAC接口,8031,接口,DAC,DAC,DAC,每路使用独立的DAC,8031,接口,DAC,模拟开关,S/H,S/H,S/H,多路共用一个DAC,4 ） 串行输入 DAC 与CPU接口,8031,接口,S/H,当CS为低电平时，由SCLK的上跳沿将DIN的串行数据移入16位移位
5、寄存器，移入次序是，四个哑位，之后十个数据位（MSB在先，LSB在后），最后是作为结尾的两位“0”。 当CS上跳时，移位寄存器中的十个数据位传送给DAC寄存器并更新DAC的输出。 当CS保持高电平时，MAX515内的移位寄存器的数据不受DIN及SCLK状态影响。,设要输出的10位数据存放在R1和R2，R1存放高8位，R2的D7和D6存放低2位。,4.4 数字波形合成 与 V/I 转换电路,DAC 输出的模拟电压或电流取决于DAC的输入数字量，利用程序的方法不断地给DAC输入不同的数字量，可以在DAC输出端得到连续变化的波形，这就是数字波形合成的基本原理。,1. 数字波形合成,1) 阶梯波和锯齿
6、波,2) 三角波,3) 方波,4) 正弦波,2 V/I 转换电路,Io=If=Vf/Rf=Vi/Rf,2 V/I 转换电路,Io=ViR2/RfR1,4.5 开关量输出,开关量的输出隔离,隔离的目的1. 隔断微机与执行机构之间的电气联系防止电位差、外界电磁等干扰。 2. 防止执行错误。3. 防止仪器自身损坏。,1） 光电耦合器件隔离电路,特点,输出信号与输入信号在电气上完全隔离，抗干扰能力强，隔离电压可达几千伏以上。, 无触点，寿命长，可靠性好。,响应速度快，易与TTL电路配合使用。,2） 继电器隔离电路,当输出回路包含有感性负载，而且导通电流较大时，在触点断开的瞬间有可能在触点间造成高压电弧
7、，以至于烧坏触点或降低触点寿命。 如果负载电流是直流的，可以在触点间并联续流二极管；如果负载电流是交流的，可以在触点间并联压敏电阻。压敏电阻在正常情况下相当于断路，而当其两端电压超过其导通阈值时，压敏电阻阻值下降，从而构成一个续流通路，避免了高压电弧的产生。,继电器使用注意事项,2 开关量的输出驱动,与微机直接接口的一般TTL电路或COMS电路驱动能力是有限的。例如对于多数74LS系列的TTL电路，其高电平输出电流IOH最大值仅为-0.4mA，低电平输出电流IOL最大值也仅为8mA。而多数4XXX系列的COMS逻辑电路，当VDD=+5V时， IOH与IOL都不到1mA。 如果执行器件需要较大的
8、驱动电流，就必须附加驱动电路。,1） TTL三态门 缓冲器,例如74LS240，74LS244，74LS245 IOH=-15mA，IOL=+24mA 可以用来驱动光电耦合器件、LED数码管、中功率晶体管等。,2） OC 门,OC门电路的输出极是一个集电极开路的晶体三极管。,OC门输出端必须外加一个接至正电源的负载才能正常工作，负载正电源+V可以比TTL电路的VCC高很多。例如7406、7407OC门输出极截止时耐压可高达30V，输出低电平吸收电流的能力高达40mA。 因此OC门常用来驱动微型继电器、LED显示等。,3） 门电路外加晶体管,门电路外加晶体管可以为直流执行器件提供更大的驱动电流。
9、 使用小功率管，驱动能力可达1050mA。 使用中功率管，驱动能力可达50500mA。 使用大功率管，驱动能力更强。,若是感性负载，则应在负载上并联续流二极管。,4） 达林顿阵列驱动,达林顿阵列驱动器芯片适用于多路开关量中功率驱动电路。,D1输入端钳位，D2输出端钳位，D3输出端钳位或感性负载的续流保护。,例如MC1416包含七路开关量驱动器。 每路输出电流可达500mA，但每一块双列直插式芯片总的输出电流不得超过2.5A。 输出端截止时耐压可达100V。 输入端可与多种TTL及COMS电路兼容。,3 固态继电器 (SSR),固态继电器（SSR）既有放大作用，又有隔离作用，很适合于驱动大功率开
10、关执行器件。,固态继电器SSR (Solid state releys) 是一种无触点通断电子开关，为四端有源器件，其中两个端子为输入控制端，另外两端为输出受控端。中间采用光电隔离，作为输入输出之间电气隔离。在输入端加上直流或脉冲信号，输出端就能从关断状态转变成导通状态，从而控制较大负载。 整个器件无可动部件及触点，可实现相当于常用的机械式电磁继电器一样的功能。 由于固态继电器是由固体元件组成的无触点开关元件，所以与继电器相比具有工作可靠、寿命长、对外界干扰小、能与逻辑电路兼容、抗干扰能力强、开关速度快和使用方便等一系列优点，因而具有很宽的应用领域，有逐步取代传统继电器之势，并可进一步扩展到传
11、统继电器无法应用的计算机领域。,SSR,DC SSRAC SSR,直流负载,交流负载,过零触发型,随机开启型,SSR的输入控制,SSR的输出负载,4.6 串行数据通信接口,数据通信指不同设备之间进行的数字量传输或交换。,总线,内总线外总线,串行总线并行总线,RS-232、RS485,IEEE-488,串行通信的基本概念,1） 波特率,每秒串行发送和接收的二进制位（bit）数,2） 串口工作方式,单工,仅允许数据单向传送。,半双工发送接收分时使用同一数据线。, 全双工 发送和接收可同时进行。,3） 串口通信方式及规程,同步通信,发送和接收方使用同一个时钟,异步通信,发送和接收方使用自己的时钟,串
12、口通信方式, 异步传送规程,异步传送的每一个字符必须由起始位（一位“0”）开始，之后是7位或8位数据和一位奇偶校验位，数据的低位在先、高位在后，字符以停止位（一位、或两位“1”）表示字符的结束。 从起始位开始到停止位结束组成一帧信息。,异步传送的标准波特率有300，600，1200，2400，4800，9600，19200bps, 同步传送规程,同步传送方式，必须规定各个数据单元的长度。全部被传送字符组成数据块，用同步字符来指示数据块的开始。同步字符可用单字符或双字符。数据块之后为CRC字符，它用于检验同步传送的数据是否出错。 同步传送速度高，但硬件复杂。,2 RS-232C 串口通信标准,1） RS-232C协议,2） RS-232C接口,2） RS-232C接口, 25 针接口, 9 针连接器,2） RS-232C接口,2） RS-232C接口,3 RS-422A 和 RS-423A 串口通信标准,4 RS-485 通信标准,1） 传输线选择和阻抗匹配,双绞线,特性阻抗 110130,2） 隔离,
