#第六章模擬量板卡及其應(yīng)用6.1A/DD/A應(yīng)用基礎(chǔ)一、A/DD/A子系統(tǒng)的組成模擬量輸入/輸出是工業(yè)測控系統(tǒng)的重要組成部分，也是微型機(jī)與控制對(duì)象之間的一種非常重要的接口方式。放大濾波 線性化補(bǔ)償！隔離保護(hù)圖6-1典型工業(yè)測控系統(tǒng)應(yīng)強(qiáng)調(diào)信號(hào)調(diào)理的特殊地位，信號(hào)調(diào)理部分的成本幾乎占整個(gè)系統(tǒng)硬件成本的40%左右！二、A/D模板的主要指標(biāo)①輸入信號(hào)量程：0?5V，0?10V，±2.5V，±5V，土10V，4mA?20mA，即所能轉(zhuǎn)換的電壓（電流）范圍。②分辨率：對(duì)輸入電壓微小變化響應(yīng)能力的度量。有8、10、12、16位之分，分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入模擬信號(hào)變化的反應(yīng)就越靈敏。8位分辨率表示可對(duì)滿量程的1/256的增量作出反應(yīng)。以5V為例：輸入每變化19?53mV，輸出數(shù)字量變化一個(gè)最低有效位。12位分辨率表示可對(duì)滿量程的1/4096的增量作出反應(yīng)。以5V為例：輸入每變化1.22mV,輸出數(shù)字量變化一個(gè)最低有效位③精度：指轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對(duì)于實(shí)際值的接近程度。精度是指準(zhǔn)確度，而分辨率是指靈敏度。這是兩個(gè)指標(biāo)概念，例如分辨率即使很高，但由于溫度漂移、線性不良等原因使得精度并不相應(yīng)很高。④轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時(shí)間定義為A/D轉(zhuǎn)換器完成一次完整的測量所需的時(shí)間。即：從啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換到輸出端輸出相應(yīng)的數(shù)字量所需的時(shí)間。不同的A/D芯片有不同的轉(zhuǎn)換時(shí)間：毫秒、微秒甚至納秒。轉(zhuǎn)換速率為轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)，如30000采樣點(diǎn)/秒，50000采樣點(diǎn)/秒，甚至最高達(dá)20~200M采樣點(diǎn)/秒。⑤輸入信號(hào)類型：電壓或電流環(huán)；單端輸入或差分輸入。⑥輸入通道數(shù)：有8路或16路單端/差分通道，與擴(kuò)充端子板連接后可擴(kuò)充至128路輸入。⑦可編程增益：1~1000增益系數(shù)編程選擇。⑧支持軟件：性能良好的模板還應(yīng)支持多種應(yīng)用軟件和帶有多種語言的接口及驅(qū)動(dòng)程序。⑨智能化板卡：為提高數(shù)據(jù)傳輸速率，有的產(chǎn)品，如CONTEC公司的ADC100板卡，上面帶有DMA（直接內(nèi)存存取方式）功能。有的板卡上帶有CPU，以提高采集、處理和傳輸速度。三、A/D的輸入/輸出.輸入電壓的范圍和極性單極性：0~+5V，0~+10V，0~+20V

雙極性：±5V，±10V.輸入模擬量與輸出數(shù)字量的關(guān)系（以12位人為為例）①單極性0~5V輸入電壓Hex 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) 輸入電壓HexD11D10D9D8D7D6D5D4D3D2D1D05-1LSB4.999

VFFFFFE0V2.58000V001000直接二進(jìn)制1LSB=1.22mV LSB：LeastSignificantBit四、A/D板卡的一般組成增益控制字多路切換開關(guān)8A/D15-1LSB4.999

VFFFFFE0V2.58000V001000直接二進(jìn)制1LSB=1.22mV LSB：LeastSignificantBit四、A/D板卡的一般組成增益控制字多路切換開關(guān)8A/D18PC總線8位IN14IN15IN0IN1緩沖器差放程控放大器采保電路單雙端選擇通道選擇操作控制五、六、七有關(guān)D/A簡介略6.2A/DD/A板卡很多情況下，數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換功能是通過一塊板卡來實(shí)現(xiàn)的。一、ZR-16AD-2DA板卡多路切換開關(guān)IN0IN1 OOA/DIN14一一0IN15Q

外觸發(fā)8位

鎖存

器D/A0D/A08狀態(tài)基地址開關(guān)4多路切換開關(guān)IN0IN1 OOA/DIN14一一0IN15Q

外觸發(fā)8位

鎖存

器D/A0D/A08狀態(tài)基地址開關(guān)4位鎖存器通道選擇操作控制譯碼邏輯器加Q7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q074LS682P7P6P5P4P3P2P1P0IRQ2D0-D7A1A0AENIORIOWA9A8A7A6A5A4A3A2D0-D7IRQ2D0-D7A1A0AENIORIOWA9A8A7A6A5A4A3A2D0-D7圖6-4ZR-16AD-2DA模板框圖（一）使用說明：1、注意事項(xiàng)：本接口板為PC總線AD/DA模板，其數(shù)據(jù)采集和過程控制適合一般的現(xiàn)場測試和實(shí)驗(yàn)需要，其單通道A/D轉(zhuǎn)換為25K/s~40K/s（典型值30K/s）。2．有兩種啟動(dòng)采樣的方式：a）在程序中安排采樣程序來啟動(dòng)采樣；

b）由外觸發(fā)信號(hào)（圖6?4中的Q）啟動(dòng)進(jìn)行米樣。3.本板各工作狀態(tài)的設(shè)置：①本板使用連續(xù)的4個(gè)外設(shè)口地址，由于各種外設(shè)所用口地址不同，為防止發(fā)生沖突，本板I/O口地址區(qū)可通過8位微型開關(guān)K3設(shè)置在0~3FF之間的任意空間。其設(shè)置方法如下：各圖（開關(guān)凸起置ON時(shí)，對(duì)應(yīng)地址表示0；反之為1,即凸起時(shí)左0右1）。A9A8A7ASA5A4A3A9A8A7ASA5A4A3A2ON11111111010000008765■□432ON■口111000111□■8765■□4口■32ON1基地址3FCH基地址基地址3FCH基地址■100H基地址31CH圖6-5ZR-16AD—2DA模板口地址設(shè)置②本板D/A輸出方式的選擇：3位微型開關(guān)K1、K2（從右到左）分別決定DA1與DA2的輸出方式及量程，如下各圖（電壓、電流開關(guān)凸起置ON處表示選擇電壓或電流）：流S程電電量0?5V各位開關(guān)定義表示對(duì)應(yīng)的流S程電電量0?5V各位開關(guān)定義表示對(duì)應(yīng)的DA路選擇電壓。?5V輸出0?10mA 4-20mA圖6-7D/A輸出方式選擇圖6-7為正常工作狀態(tài)，其余狀態(tài)無意義（不能正常工作，且

易造成損壞，使用時(shí)請(qǐng)注意）。關(guān)于基地址開關(guān)及基地址的選擇682：8位幅值比較器*P端和Q端完全吻合，則P=Q輸出有效信號(hào)682與微動(dòng)開關(guān)（基地址開關(guān)）實(shí)現(xiàn)基地址選擇Q7Q7P7P6P5P4P3P2P1P0P7P6P5P4P3P2P1P0A9A8.A7A6A5.A4.A3.A2A1A0例：例：A9A80011A9A80011A7A6A5000A4A3A2A1A011100C

31CC

31C+3

31FH基地址：板內(nèi)地址：31C+0；31C+1；31C+2；即：31CH,31DH,31EH,4、25芯D型插頭各端腳定義如下圖AGND

T2T4T6T8AGND

T2T4T6T8T10T12T14T16/QNC+12V

+12V二2000000000000/^□000000000000^^T1T3T5T7Y9T11T13T15D/AU2D/AU1D/AI2D/AI1圖6-10AGND表示模擬地線：Tn表示A/D通道號(hào)（n=1?16）；/Q表示外觸發(fā)信號(hào)輸入端，且低有效；D/Aun表示DA電壓形式輸出端；D/AIn表示DA電流形式輸出端；+12V主機(jī)內(nèi)引出的電源（于本板電流輸出時(shí)與輸出端之加入負(fù)載時(shí)用）。

（二）使用方法及其操作：1、A/D的端口地址操作及其功能（令本板選端口首址為N）：注意：哪一個(gè)口地址，在哪一種

操作下，完成哪一種功能。

①對(duì)N+0①對(duì)N+0口地址寫操作，選擇A/D通道:C語言操作outportb(oxN+0,n)；其中操作數(shù)n的各位數(shù)據(jù)的定義如下：D0~D3表示通道號(hào)：0~0FH分別對(duì)應(yīng)1~16路；D4：為“0”時(shí)禁止選通任何一路通道（加電初態(tài)），為“1”時(shí)允許選擇任一路通道輸入；D5、D6：無意義D7：為“0”時(shí)禁止本板發(fā)中斷信號(hào)（加電初態(tài)），為“1”時(shí)允許本板發(fā)中斷信號(hào)例:選第6通道（T6）且禁止中斷，操作碼為:^^^^!^?^!^1 15HC語言操作outportb(0xN+0,0x15);又例：選T13且選T13且允許中斷，操作碼為:9cHC語言操作outportb(0xN+0,0x9c);②對(duì)N+1口地址寫操作啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換：操作：outportb（OxN+l,n）；（其中n為任意數(shù)）③對(duì)N+0口地址讀操作，取消外觸發(fā)標(biāo)志操作a=inportb（OxN+O）；④對(duì)N+1口地址讀操作，判斷本板工作狀態(tài)（即轉(zhuǎn)換器的工作狀態(tài)，僅DO、D7位有效）：D7DO?.oO口“D7DO?.oO口“困育操作：a=inportb（OxN+1）；D0="0”表示A/D未處于工作狀態(tài)（或轉(zhuǎn)換結(jié)束）D0="1”表示A/D處于工作狀態(tài)（正在轉(zhuǎn)換）。D7="0”表示有外觸發(fā)信號(hào)輸入D7="1”表示無外觸發(fā)信號(hào)輸入。⑤對(duì)N+2口⑤對(duì)N+2口地址讀操作，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的高8位數(shù)據(jù)（即12位數(shù)據(jù)的前8位）。DOBllBIOB9B8B7B6B5B4操作：H=inportb(0xN+2)；⑥對(duì)N+3口地址讀操作，讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的低4位數(shù)據(jù)（12位數(shù)據(jù)的后4位）操作：L=inportb（0xN+3）；2、D/A的端口地址操作及其功能（令本板選端口地址為N）：①對(duì)N+2口地址寫操作，送D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)：操作：outportb（OxN+2,n）;②對(duì)N+3口地址寫操作，啟動(dòng)各路D/A轉(zhuǎn)換（兩路分別啟動(dòng)，輸出相同時(shí)可同時(shí)啟動(dòng)）D7//////sXXDO顏DA醫(yī)10—骸DA2獺11——豳啟麗青DA熊操作:outportb(0xN+2,128)；/*128：2.5V對(duì)應(yīng)的數(shù)字量刃outportb(0xN+3,1)；/*D/A1轉(zhuǎn)換為2.5V,D/A2保持不變*/outportb(0xN+2,0)；/*0：0V對(duì)應(yīng)的數(shù)字量*/outportb(0xN+3,3)； /*D/A1與D/A2同時(shí)清零*/3、數(shù)據(jù)的處理：略4、外觸發(fā)及中斷的應(yīng)用：略（三）本板主要技術(shù)指標(biāo)：①A/D部分：轉(zhuǎn)換位數(shù)：12位輸入通道：單端16路輸入量程：-5V+5V輪換時(shí)間：＜402轉(zhuǎn)換碼制：偏移二進(jìn)制碼工作方式：程序查詢，外觸發(fā)中斷系統(tǒng)誤差：＜0.1%FSR②D/A部分：轉(zhuǎn)換位數(shù)：8位模出通道：2路模出方式及量程：電壓0~5V，電流：0~10mA，4~20MA加電初態(tài)：0V或4mA電流負(fù)載：0~10mAV1KO，4~20mA＜500Q3、本板外形尺寸：125X100mm二＞W(wǎng)J—16AD-2DA模板操作：按圖示的口地址進(jìn)行讀、寫操作即可完成模擬量的輸入輸出。從使用角度說明兩點(diǎn)：1.A/D芯片采用的是MAX197,該芯片內(nèi)自帶多路切換開關(guān)，無需另加相應(yīng)的芯片，（ZR-16AD-2DA上采用了兩片CD4051,以完成16路模擬的切換）。2．本模板采用GAL芯片進(jìn)行口地址譯碼，各地址的選擇無需通過設(shè)定開關(guān)來實(shí)現(xiàn)(ZR-16AD-2DA上采用了一個(gè)8位的微動(dòng)開關(guān)配合一片8位幅值比較器682來完成口地址的選擇)，而是事先對(duì)GAL芯片進(jìn)行設(shè)定，本模板各口地址已按圖6—12所示地址設(shè)定。本章的A/D實(shí)驗(yàn)將在本模板上完成，所以在編程中，應(yīng)按圖示地址進(jìn)行各種操作。WJ-AD16-DA2：2片MAX197,提供16路12位A/D通道2片0832,提供2路8位D/A通道197控制字格式：D7 D6D5 D4 D3D2 D2 D0PD1 PD0 ACQMOD RNG BIPA2 A1 A0PDIPD0選擇時(shí)鐘及掉電模式0 0 常規(guī)操作/外時(shí)鐘方式0 1 常規(guī)操作/內(nèi)時(shí)鐘方式1 0 備份掉電方式，時(shí)鐘方式不受影響1 1 完全掉電方式，時(shí)鐘方式不受影響為了節(jié)省功率，可以在兩次變換之間使197進(jìn)入低電流關(guān)斷方式。備份掉電方式、完全掉電方式是兩種供用戶選擇的方式。ACQMOD(ACQuisitionMODecontrol)采集方式控制0 內(nèi)控(6個(gè)時(shí)鐘周期)1 外控RNG(RaNGe)確定輸入模擬量幅值0 0~5v1 0~10vBIP(BIPolarorunipolar)確定輸入模擬量極性0單極性1雙極性A2A1A0確定通道號(hào)A2A1A0確定通道號(hào)0 0 0 CH00 0 1 CH1訪問各個(gè)通道控制字:40H~47H1 1 1CH7D0..D7 A0…D0..D7 A0….A9AENIORIOW D1D0 D0...D7PC總線WJ-16AD-2DA的內(nèi)部結(jié)構(gòu)6.3模擬量采集及處理實(shí)驗(yàn)一、模擬量采集及處理程序1（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)在IPC測控系統(tǒng)中模擬量的采集和簡單處理；2）學(xué)習(xí)A/D、D/A板卡的使用方法。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1）對(duì)實(shí)驗(yàn)1源程序進(jìn)行編輯、編譯、連接、運(yùn)行，通過預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)過程讀懂全部程序。2）在程序處于運(yùn)行過程中，調(diào)整實(shí)驗(yàn)箱上各個(gè)電位器（P1?P16）,觀察現(xiàn)象。（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果屏幕排列顯示出16路模擬量的采樣值，當(dāng)調(diào)整實(shí)驗(yàn)箱上的電位器，使其中心抽頭輸出的信號(hào)電壓在0V~5V變化時(shí)，采樣值在0~4095之間變化，見圖6-11。模擬量采樣值精度12位1T1XXXXT9XXXXT2XXXXT10XXXXT3XXXXT11XXXXT4XXXXT12XXXXT5XXXXT13XXXXT6XXXXT14XXXXT7XXXXT15XXXXT8XXXXT16XXXX圖6-11模擬量采集及處理實(shí)驗(yàn)1的屏幕顯示（XXXX為0000~4095）采樣程序段：(002):T1=1;T2=9;/*197_1取通道序號(hào)T1;197_2取通道序號(hào)T9*/for(ch=0x40;ch<0x48;ch++)/*兩片197同時(shí)從通道1開始,逐一采樣直到通道8*/{outportb(base1,ch); /*送一通道號(hào)給197_1,并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換*/outportb(base2,ch); /*送一通道號(hào)給197_2,并啟動(dòng)轉(zhuǎn)換*/for(i=0;i<3000;i++)j=0; /*延時(shí),等轉(zhuǎn)換完成*/a=inport(base1); /*從197_1讀入全12位*/printf("T%da=%3d",T1,a);/*顯示通道號(hào)及采樣值*/T1=T1++; /*通道序號(hào)加1*/a=inport(base2); /*從197_2讀入全12位*/printf(" T%da=%3d\n",T2,a);/*顯示通道號(hào)(從T9開始)及采樣值*/T2=T2++; /*通道序號(hào)加1*/}二、模擬量采集及處理程序2（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?）學(xué)習(xí)在IPC測控系統(tǒng)中模擬量的采集以及如何把采樣值轉(zhuǎn)換為對(duì)應(yīng)的實(shí)際電壓值；2）進(jìn)一步學(xué)習(xí)模擬量板卡的使用方法。（二）實(shí)驗(yàn)步驟1）在模擬量采集及處理程序1的基礎(chǔ)上，在合適的位置上增加如下語句即可：data=5*（float）a/4096.0; /*轉(zhuǎn)換為實(shí)際電壓值*/2）自己改寫實(shí)驗(yàn)2源程序，然后進(jìn)行編輯、編譯、連接、運(yùn)行，通過預(yù)習(xí)和實(shí)驗(yàn)過程讀懂全部程序。3）在程序處于運(yùn)行過程中，調(diào)整實(shí)驗(yàn)箱上各個(gè)電位器（P1?P16）,觀察現(xiàn)象。4）當(dāng)某一路采樣的對(duì)象是溫度時(shí)，且變化范圍是100°~1000°,如何對(duì)本實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行修改？當(dāng)某一路采樣的對(duì)象是電流時(shí)，且變化范圍是10A~1000A,如何對(duì)本實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行修改？5）在本實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，自行構(gòu)思修改方案、改編程序、調(diào)試并運(yùn)行。（三）實(shí)驗(yàn)結(jié)果屏幕排列顯示出16路模擬量的采樣值，調(diào)整實(shí)驗(yàn)箱上的電位器，當(dāng)電位器中心