132位微机原理与接口技术
TheoryandInterfaceTechnologyof32-bitMicrocomputer
模拟量的输入/输出2
模拟量的输入/输出№39.1模拟接口的组成9.2模/数转换器及接口9.3数/模转换器及接口9.4模拟量输入/输出综合举例
模拟量的输入/输出4在许多工业生产过程中，计算机系统需要处理的物理量往往是随时间连续变化的模拟量，如电压、电流等电信号，或者声、光、压力和温度等非电物理量。非电物理量需要通过合适的传感器等转换成电信号模拟量只有转换成数字量才能被计算机采集、分析和计算处理。另一方面，为了实现对生产过程的控制，有时把计算机输出的数字量转换为模拟信号，以驱动执行机构工作。CPU与模拟外设之间的接口电路称为模拟接口，模拟接口是计算机监测与控制系统中不可缺少的组成部分。
9.1模拟接口的组成5【学习目标】掌握模拟量输入输出通道的基本概念，熟悉了解模/数、数/模通道的基本组成及工作原理。【主要内容】模拟量输入输出通道的基本组成和工作原理模/数转换通道数/模转换通道
模拟量输入输出通道的组成6工业生产过程的模拟信号由模/数（AnalogtoDigit，A/D）转换通道转换成数字信号，由计算机进行分析处理；计算机输出的数字信号经过数/模（DigittoAnalog，D/A）转换通道转换成模拟信号，并经驱动电路放大后，送往执行部件对工业过程进行控制。
模拟量输入输出通道的组成7
9.1.1模/数转换通道的组成8A/D转换器将连续变化的模拟信号转换成计算机可以处理的TTL电平或MOS电平的数字信号，它属于计算机输入设备。一般模/数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及A/D转换器组成。
9.1.1模/数转换通道的组成91.传感器传感器将非电物理量转换成电信号(电流或电压)，一般由电容、电阻、电感或敏感材料组成。2.信号处理在A/D转换器与传感器之间一般接有信号放大处理电路，主要有以下几个原因：1）传感器输出的电信号往往与ADC需要的输入电压信号不相匹配。需要将传感器信号进行变换与放大处理，转换成与ADC输入相匹配的电压信号。2）传感器工作在现场，可能存在复杂的电磁干扰，通常采用RC低通滤波器或有源滤波技术，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号。
9.1.1模/数转换通道的组成103.多路转换开关工业生产过程中要监测或控制的模拟量可能不止一个，数据采集系统往往需要对多路模拟信号进行采集、转换。由于工业生产过程中被采集的物理量通常是缓慢变化的，因此，可以只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制。许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号。如果A/D转换芯片不具有多路转换功能，则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关。
9.1.1模/数转换通道的组成114.采样/保持器A/D转换器将模拟信号转换成数字信号需要一定的时间。为了避免因模拟信号变化过快致使A/D转换器来不及转换，一般可根据实际需要使用采样保持电路对模拟信号进行稳定。对于变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差。对于慢速变化的模拟信号，则无需采样保持电路，不会影响A/D转换的精度。
9.1.1模/数转换通道的组成124.采样/保持器采样/保持示意图在采样状态下，电路的输出跟踪输入的模拟信号在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。
9.1.1模/数转换通道的组成134.采样/保持器采样/保持器的基本原理图由模拟开关、存储元件(电容)和运算放大器组成在VC的控制下，模拟开关S接通，Vi对CH充电，由于运算放大器接成同相输入方式的随极跟随器，那么Vo跟随Vi的变化。当VC的电平使得模拟开关S断开时，电容CH两端已充电后的电压短时间内保持不变，运算放大器的输出电压Vo保持
9.1.1模/数转换通道的组成145.A/D转换器A/D转换器是模/数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量(二进制数或BCD码等)，以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号。A/D转换的方法很多，常用的有计数式、逐次逼近式、双积分式、并行比较型/串并行比较型、?-?调制型、电容阵列逐次比较型以及压频变换型等。
9.1.2数/模转换通道的组成15计算机输出的信号是以数字的形式给出的，有时需要将计算机输出的数字量转换成模拟的电流或电压，这个任务主要由数/模（D/A）转换器来完成。它属于计算机输出设备。
9.1.2数/模转换通道的组成16D/A转换器主要由电阻