《AD与DA转换接口》PPT课件.ppt

第第 九章九章 A/D与D/A转换接口 课程名称：微机原理与接口技术 授课方式:讲课、实验、讨论及作业 *1 第九章A/D与D/A转换器接口 教学重点 n D/A转换器接口电路设计 n A/D转换器接口电路设计 *2 第九章A/D与D/A转换器接口 微型计算机在实时控制、在线动态测量和对物理过程进行监控，以及 图像、语音处理领域的应用中，都要与一些连续变化的模拟量（温度、压 力、流量、位移、速度、光亮度、声音等模拟量）打交道，但数字计算机 本身只能识别和处理数字量，因此，必须经过转换器，把模拟量转换成数 字量，或将数字量转换成模拟量，才能实现CPU与被控对象之间的信息交 换。所以微机在面向自动控制，自动测最和自动监控系统与各种被控、被 侧对象发生关系时，就需设置模拟接口 Date3 模拟量与数字量 n模拟量连续变化的物理量 n数字量时间和数值上都离散的量 模拟/数字转换器 ADC DAC 数字/模拟转换器 Date4 模拟输入输出系统示意图 数字信号 模拟信号 现场信号1 现场信号2 现场信号 n 微型 计算机 放大器 放大器 放大器 多 路 开 关 低通滤波 传感器 低通滤波 传感器 低通滤波 传感器 A/D转换器采样保持器 数字信号 受控对象 控制信号 模拟信号 D/A转换器放大驱动电路 传感器 将各种现场的物理量测量出来 并转换成电信号（模拟电压或电流） 放大器 把传感器输出的信号放大到ADC所需 的量程范围 低通滤波器 用于降低噪声、滤去高频干扰， 以增加信噪比 多路开关 把多个现场信号分时地接通到A/D转换器 采样保持器 周期性地采样连续信号， 并在A/D转换期间保持不变 Date5 D/A转换器工作原理 DAC 数字/模拟转换器 模拟量 数字量 Date6 D/A转换的基本原理 数字量 按权相加按权相加 模拟量 1101B 1212 3 3 1212 2 2 0202 1 1 1212 0 0 13 Date7 D/A转换器的原理图（1） Iout2 Iout1 Rfb Rfb Vout+ _ I1 S1 D1 c 2R R I2 S2 D2 b 2R R I0 S0 D0 d 2R2R R I3 S3 D3 a 2R VREF 电阻网络 基准电压 电子开关 Date8 D/A转换器的原理图（2） Iout2 Iout1 Rfb Vout+ _ I1 S1 D1 c 2R R I2 S2 D2 b 2R R I0 S0 D0 d 2R2R R I3 S3 D3 a 2R VREF 阻抗2R 运算放大器 虚地 Date9 D/A转换器的原理图（3） VaVREF VbVREF/2 VcVREF/4 VdVREF/8 I0Vd/2RVREF/（82R） I1Vc/2RVREF/（42R） I2Vb/2RVREF/（22R） I3Va/2RVREF/（12R） Date10 D/A转换器的原理图（4） Iout1I0I1I2I3 VREF/2R（1/81/41/2 1） RfbR VoutIout1Rfb VREF（20212223） /24 Vout（D/2n）VREF Date11 DAC0832的内部结构 LE2LE1 Rfb AGND DAC0832 Vcc ILE VREF 输入 寄 存 器 DGND DI0DI7 D/A 转 换 器 DAC 寄 存 器 Iout2 Iout1 CS WR1 WR2 XFER Date12 1. DAC0832的数字接口 n8位数字输入端 nDI0DI7（DI0为最低位） n输入寄存器（第1级锁存）的控制端 nILE、CS*、WR1* nDAC寄存器（第2级锁存）的控制端 nXFER*、WR2* Date13 直通锁存器的工作方式 两级缓冲寄存器都是直通锁存器 nLE1，直通（输出等于输入） nLE0，锁存（输出保持不变） LE2LE1DAC0832 输入 寄 存 器 DI0DI7 D/A 转 换 器 DAC 寄 存 器 Iout1 Date14 DAC0832的工作方式：直通方式 nLE1LE21 n输入的数字数据直接进入D/A转换器 LE2LE1DAC0832 输入 寄 存 器 DI0DI7 D/A 转 换 器 DAC 寄 存 器 Iout1 Date15 DAC0832的工作方式：单缓冲方式 nLE11，或者LE21 n两个寄存器之一始终处于直通状态 n另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态） LE2LE1DAC0832 输入 寄 存 器 DI0DI7 D/A 转 换 器 DAC 寄 存 器 Iout1 Date16 DAC0832的工作方式：双缓冲方式 n两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 n能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另 一个数据 LE2LE1DAC0832 输入 寄 存 器 DI0DI7 D/A 转 换 器 DAC 寄 存 器 Iout1 Date17 2. DAC0832的模拟输出 nIout1、Iout2电流输出端 nRfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内） nVREF参考电压输入端 n10V10V nAGND模拟信号地 nVCC电源电压输入端 n5V15V nDGND数字信号地 Date18 单极性电压输出 VoutIout1Rfb （D/28）VREF Rfb Iout2 Iout1 Vout + _ AGND A DI VREF Date19 9.1 D/A转换器的接口方法 一、D/A转换器及其连接特性 1. D/A转换器主要参数 1）分辨率 D/A转换器能够的转换二进制位数，位数越多分辨率越高。 2）转换时间 数字量输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止。 3）精度 D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差，一般采用数字量的 最低有效位作为衡量单位，如+1/2LSB。 4）线性度 理想的D/A转换器是线性的，实际有误差。数字量变化时，D/A转 换器输出的模拟量按比例关系变化程度。 Date20 9.1 D/A转换器的接口方法 2.D/A转换器输入/输出特性 1）输入缓冲能力 2）输入数据宽度：8位、10位、12位 3）电流型、电压型 4）输入码制：DAC能接收哪些码制的数字量输入。单极性输出接收 二进制或BCD码；双极性输出接收补码。 5）单极性还是双极性输出 二、D/A转换器与微处理器接口设计方法 1.接口任务 解决数据缓冲及数据宽度匹配。 2.接口形式 直接与主机相连；通过三态门或寄存器与主机相连；利用可编程并 行接口；通过可编程逻辑器件PAL/GAL、CPLD、 EPLD。 Date21 9.2 D/A转换器的接口电路设计 一、片内无三态缓冲器的8位D/A转换器接口设计 1. DAC0808构成直流数字电压表。端口地址分配为：数据锁存端 口为Y1（318H），比较器结果端口Y0（319H）。 2. 分析：DAC0808输入无三态锁存器，接口中要加三态锁存器或并 行接口。数字电压表的实质是将数字量转换成电压和被测电压比较， 而得到被测电压的数字量，为此接口电路中要设置一个比较器。 3.设计 1）硬件连接。 2）软件编程。 直流数字电压表电路工作原理：二进制数经DAC0808转换为模拟 量，该模拟量与被测信号（直流电压）在比较器进行比较，由比较结 果去调整输入DAC0808的数字量。当某一数字量经DAC0808转换 的模拟量大于被测信号时，认为不合适，就去掉它，即该位置0， 否则，该位置1，如此逐次比较，直到N次为止。此时被保留下来的 二进制数就是被测模拟量的数字量。 Date22 9.2 D/A转换器的接口电路设计 Date23 9.2 D/A转换器的接口电路设计 MOV AX，020H OK：SHR CL，1 MOV ES，AX JNC NEXT MOV BX，00H MOV AL，CH MOV CX，080H MOV ES：BX，AL NEXT： MOV AH，CH HLT MOV AL，AH ADD AL，CL MOV CH，AL MOV DX，318H OUT DX，AL MOV DX，319H IN AL，DX AND AL，01H JZ OK MOV CH，AH Date24 9.2 D/A转换器的接口电路设计 二、片内有三态缓冲器的8位D/A转换器接口设计 1. 要求：采用DAC0832设计一个能产生任意波形（如正弦波、三角 波等）的函数波形发生器。 2. 分析：DAC0832是分辨率为8位、芯片内部带有两级缓冲器的D/A 转换器。输入无三态锁存器，接口中要加三态锁存器或并行接口。数 字电压表的实质是将数字量转换成电压和被测电压比较，而得到被测 电压的数字量，为此接口电路中要设置一个比较器。 3.设计 1）硬件连接。采用8255A作为DAC与CPU之间的接口芯片，A端口 用来数据输出，B端口用来输出控制信号。 2）软件编程。 Date25 2） 片内有输入锁存器（DAC0832与CPU接口） Date26 函数波形发生器: 1.硬件设计 Date27 9.2 D/A转换器的接口电路设计 8255初始化 DEC AL MOV DX，303H JNZ L2 MOV AL，80H JMP L1 OUT DX，AL MOV DX，301H OUT AL，00010000B OUT DX，AL MOV DX，300H MOV AL，0H L1：OUT DX，AL INC AL JNZ L1 MOV AL，0FFH L2：OUT DX，AL Date28 9.2 D/A转换器的接口电路设计 三、片内无三态缓冲器的12位D/A转换器接口设 计 1. 要求：对片内无输入缓冲器的12位D/A转换器设计接口 ，要求转换的数据按“右对齐“格式传送。 2. 分析：由于该D/A分辨率为12位（数据线有12条）， 而CPU的字长为8位，因此需传送两次。 3.设计 Date29 9.2 D/A转换器的接口电路设计 Date30 9.2 D/A转换器的接口电路设计 程序如下： Mov dx,318h Mov al,datal Out dx.al Mov dx,319h Mov al,datah Out dx,al Date31 9.2 D/A转换器的接口电路设计 四、片内有三态缓冲器的12位D/A转换器接口设计 1. 要求：对片内有输入缓冲器的12位D/A转换器设计接口，要求转换 的数据按“左对齐“格式传送。 2. 分析：由于该D/A分辨率为12位（数据线有12条），且片内有两级 锁存器，所以不必外加锁存器，可与CPU直接相连，但CPU的字长为 位，因此需传送两次。 3.设计 Date32 片内有输入锁存器（DAC1210与CPU接口） Date33 9.2 D/A转换器的接口电路设计 Date34 9.2 D/A转换器的接口电路设计 硬件连接： DAC1210高8位DI11DI4连到数据线D7D0，低4位DI3DI0连到 数据线的D7D4，实现左对齐。 高低字节锁存过程： 高低字节控制端口地址分别为340H（Y0=0）、341H（Y1=0）， 第二级锁存地址为342H（Y2=0）。 当Y0=0时， BYTE1/BYTE2= 1，此时若IOW有效（WR1=0）， 其上升沿锁存高8位数据。 当Y1=0时， BYTE1/BYTE2= 0，此时若IOW有效（WR1=0）， 其上升沿锁存低4位数据。 当Y2=0时，此时若IOW有效（WR1=0），其上升沿将12位数据 锁存到12为DAC寄存器，开始D/A转换。 MOV DX，340H MOV AL，DATAL MOV AL，DATAH OUT DX，AL OUT DX，AL MOV DX，342H INC DX OUT DX，AL Date35 9.3 A/D转换器接口基本原理与方法 一、A/D转换器及连接特性 1.A/D转换器主要参数 1）分辨率 A/D转换器可转换的二进制位数。 2）转换时间 输入启动转换信号到转换结束，最后得到稳定的数字量输出所需的时间。 2.A/D转换器外部特性 (1)启动线：由系统控制器或通过接口发出的一种控制信号，此信号一到， A/D转换器立即开始。 (2)转换结束线：转换完毕由A/D转换器发出的一种状态信号，由它申请中断 、DMA传送和中断查询用。 (3)模拟信号输入线：来自被转换的对象，有单通道、多通道。 Date36 9.3 A/D转换器接口基本原理与方法 (4）数字量输出线：由ADC将数字量送给CPU。 连接特性： （1）启动信号是电平还是脉冲； （2）芯片内是否有三态门输出锁存器，若有可直接与CPU数据线相 连，否则要外加锁存器； （3）输出数字量的形式，是二进制还是BCD码。 二、A/D转换器与微处理器接口方法 1.A/D转换器与CPU的连接 （1）A/D转换器的分辨率与CPU的数据总线的位数关系； 转换结束后存放数据时有“左对齐”和“右对齐”之分，左对齐就是一个数 据的最高位放在最左边，缺位在右边，并以0补齐。右对齐就是一个数据的最 低位放在最右边，缺位在左边，并以0补齐。 （2） A/D转换器的输出锁存器； 若A/D转换器内无数据锁存器，则A/D接口电路中应设有数据锁存器方 可与数据总线相连。 Date37 9.3 A/D转换器接口基本原理与方法 (3）A/D转换转换器的启动信号。 有电平启动和脉冲启动之分，如AD570是低平启动，AD574、ADC0809为 脉冲启动。 2.A/D转换接口的主要操作 1）进行通道选择； 2）发启动信号； 3）取回转换结束信号； 4）读取转换的数据； 5）发S/H控制信号； 3.A/D转换器的数据传送方式 1）查询式传送； 2）中断方式传送； 3）DMA方式传送； 4）对于超高速A/D，采用在A/D转换器板上设置RAM的方法； Date38 9.3 A/D转换器接口基本原理与方法 4.A/D转换接口的结构形式 1）与CPU直接相连； 2）采用三态门锁存器与CPU相连； 3）利用可编程I/O接口与CPU相连； 4）采用GAL器件（通用可编程器件） Date39 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 一、12位片内带有三态门输出锁存器的A/D转换器接口设计 1.要求 12位A/D转换，转换结束后分两次输出，以左对齐的方式存放在 首址为400H的内存区，采集64个数据，采用查询方式，ADC用 AD574。 2.分析 CS、CE为片选，R/C为启动转换，数据输出允许。 CS=0，CE=1，R/C=0：启动转换； CS=0，CE=1，R/C=1：读取数据。12/8=1：一次输出12位；12/8=0 ：一次输出8位。 A0有两个功能：控制转换宽度（A0=0，12位转换；A0=1，8位转 换）；控制度高低字节读数（A0=0，读高8位；A0=1，读低4位）。 3.设计 Date40 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 Date41 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 数据采集程序段如下： MOVCX，40HINAL，DX MOVSI，400HMOVSI，AL STT： MOVDX，312HINCSI MOVAL，00HDECCX OUTDX，AL JNZSTT MOVDX，310HMOVAX，4C00H L：IN AL，DX INT21H ANDAL，80H JNZ L MOVDX，311H INAL，DX ANDAL，F0H MOVSI，AL INCSI MOVDX，312H Date42 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 二、 12位片内不带输出锁存器的A/D转换器接口设计 1.要求 数据采集系统，采用ADC1210作12位转换，转换的数据按右对齐式存放。 2.分析与设计 ADC1210无三态输出锁存器，它的数据线不能与CPU直接相连，必须 通过244接到CPU数据线上，分两次传送12位数据，先读高8位后读低8位。 SC为转换启动，CC转换结束信号，低电平有效，它通过244接到CPU数据线 D7上。Y0（330H）为数据口和状态口，Y1（331H）为数据口，Y2（ 332H）为启动口。 3.编程 Date43 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 Date44 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 MOVDX，332HIN AL，DX INAL，DX ANDAL，OFH MOVDX，330H MOVBH，AL L：INAL，DX MOVDX，331H ROLAL，1 IN AL，DX JCLMOVBH，AL MOVDX，330HHLT Date45 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 三、电平启动转换的接口设计 1.要求 在8位数据采集系统中，采用AD570作A/D转换，采集256个数据 ，用查询方式送到内存。 2.分析 AD570电平启动8位逐次逼近型A/D转换器，启动信号B/C，低电平 有效，该信号为低开始转换，25us转换结束，转换时启动信号必须保 持低电平，若提前变高则转换中止。转换结束信号DR，转换过程为高 ，一旦变低表示结束，可以读出。 3.硬件连接 AD570数据输出无三态锁存器，不能直接与CPU相连，可以用 8255。 Date46 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 Date47 9.4 查询方式A/D转换器接口设计 MOV DX，303H MOV AL,98H OUT DX,AL MOV AL,01H OUT DX,AL MOV AX,0040H MOV ES,AX MOV BX,00H MOV CX,0FFH AGAIN：MOV AL，00H OUT DX，AL WAIT：MOV DX，302H IN AL，DX SHL AL，1 JCWAIT MOVDX，300H INAL，DX MOVES：BX，AL MOVDX，303H MOVAL，01H OUTDX，AL INCBX LOOPAGAIN MOV AX,4C00H INT 21H Date48 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 中断技术应用有两种情况：一是用户自行设计和配置的中断系统；二是利用微 机系统的中断源。 一、单板机系统的中断数据采集系统设计 1.要求 单通道模拟信号采集512个数据，采用中断方式读入内存，并送到D/A转换 器。 2.分析设计 A/D采用AD0804，中断控制器用8259。 ADC0804是一个单通道8位分辨率A/D转换器，输出有三态锁存，可直 接与系统数据线相连。启动信号为CS*WR，转换结束信号INTR，低电平有效 ，其地址为0FFD4H，DAC0832地址为0FFD6H。 8259在系统中单片使用，设中断类型号高5位为80H，沿触发，指定中 断结束方式。地址总线A1接到8259的A0上，8259两个地址为0FFDCH、 OFFDEH。 Date49 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 Date50 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 Date51 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 3.程序设计 STACK SEGMENT PARA STACK STACK DB 200 DUP(0) STACK ENDS DATA SEGMENT BUFR DB 512 DUP(0) ADC EQU 0FFD4H；ADC端口 PICO EQU 0FFDCH ;8259A的偶地址端口 PICT EQU 0FFDEH- ;8259A的奇地址端口 DAC EQU 0FFD6H；DAC端口 DATA END CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA，SS: STACK ；中断向量装入 Date52 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 START: MOV AX，DATA MOV DS, AX MOV AX, STACK MOV SS, AX MOV AX, 00H MOV ES，AX；设置00H段基址指向中断向量表的存储区 MOV BX，200H；中断号*4赋给BX MOV ES：BX，OFFSET READINT；装入中断向量的偏移 值 PUSH CS POP AX；取主程序的段址作为服务程序的段址 MOV ES：BX2，AX；装人中断向量的段值 Date53 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 MOVDI，OFFSET BUFRMOVDX，PIC1 MOVCX，512HINAL，DX ；8259初始化 OR AL，01H MOVDX，PIC1OUTDX，AL INAL，DX MOV AX，0FF00H ANDAL，0FEHPUSHAX OUTDX，AL MOV AX，0000H AGN：MOVAX，00HPUSHAX MOVDX，ADCRET OUTAL，DX ；中断服务程序 STI READ-INT PROC FAR HLTPUSHAX CLIPUSHDX DECCXMOVDX，ADC JNZAGNINAL，DX Date54 9.5 中断方式的A/D转换器接口设计 NOP NOP MOVDI，AL MOVDX，DAC OUTDX，AL INCDI MOVAL，60H MOVDX，PIC0 OUTDX，AL POPDX POPAX IRET READ-INTENDP CODEENDS ENDSTART Date55 Date56 Date57 z0C4F7IaMdPhSkVnZq$t*x-A2D5G8KbNeQiTlXo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkWnZq$u*x-A2D5H8KbNfQiTlXo#s%v(y0B3E6I9LdOgRjVmYp!t&w-z1C4G7JaMePhTkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v)y0B3F6I9LdOgSjVmYq!t&w-z1D4G7JbMePhTkWoZr$u(x+A2E5H9KcNfRiUlXp#s&v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr%u(x+B2E5H9KcOfRiUmXp#s&v)z0C3F7IaLdPgSkVnYq$t*w-A1D5G8JbNeQhTlWo#r%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C4F7IaMdPgSkVnZq$t*x- A1D5G8KbNeQiTlWo#r%v(y+B3E6H9LcOgRjUmYp!s&w)z1C4F7JaMdPhSkVnZq$u*x-A2D5G8KbNfQiTlXo#r%v(y0B3E6I9LcOgRjVmYp!t&w)z1C4G7JaMePhSkWnZr$u*x+A2D5H8KcNfQiUlXo#s%v(y0B3F6I9LdOgRjVmYq!t&w-z1C4G7JbMePhTkWnZr$u(x+A2E5H8KcNfRiUlXp#s%v)y0C3F6IaLdOgSjVnYq!t*w-z1D4G8JbMeQhTkWoZr$u(x+B2E5H9KcNfRiUmXp#s&v)y0C3F7IaLdPgSjVnYq$t*w-A1D4G8JbNeQhTlWoZr%u(y+B2E6H9KcOfRjUmXp!s&v)z0C3F7IaMdPgSkVnYq$t*x- 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