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第 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、提问及作业 主讲人：金永贤,第九章A/D与D/A转换器接口,教学重点 D/A转换器接口电路设计 A/D转换器接口电路设计,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,模拟量与数字量,模拟量连续变化的物理量,数字量时间和数值上都离散的量,模拟输入输出系统示意图,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,D/A转换器工作原理,模拟量,数字量,D/A转换的基本原理,数字量 按权相加 模拟量,D/A转换器的原理图（1）,D/A转换器的原理图（2）,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）,D/A转换器的原理图（4）,Iout1I0I1I2I3 VREF/2R（1/81/41/21） RfbR VoutIout1Rfb VREF（20212223）/24,Vout（D/2n）VREF,DAC0832的内部结构,1. DAC0832的数字接口,8位数字输入端 DI0DI7（DI0为最低位） 输入寄存器（第1级锁存）的控制端 ILE、CS*、WR1* DAC寄存器（第2级锁存）的控制端 XFER*、WR2*,直通锁存器的工作方式,两级缓冲寄存器都是直通锁存器 LE1，直通（输出等于输入） LE0，锁存（输出保持不变）,DAC0832的工作方式：直通方式,LE1LE21 输入的数字数据直接进入D/A转换器,DAC0832的工作方式：单缓冲方式,LE11，或者LE21 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）,DAC0832的工作方式：双缓冲方式,两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据,2. DAC0832的模拟输出,Iout1、Iout2电流输出端 Rfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内） VREF参考电压输入端 10V10V AGND模拟信号地 VCC电源电压输入端 5V15V DGND数字信号地,单极性电压输出,VoutIout1Rfb （D/28）VREF,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。,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。,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。,9.2 D/A转换器的接口电路设计,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,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。,2） 片内有输入锁存器（DAC0832与CPU接口）,函数波形发生器: 1.硬件设计,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,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,9.2 D/A转换器的接口电路设计,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,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,片内有输入锁存器（DAC1210与CPU接口）,9.2 D/A转换器的接口电路设计,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,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。,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。,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；,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）,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,9.4 查询方式A/D转换器接口设计,9.4 查询方式A/D转换器接口设计,数据采集程序段如下： MOV CX，40H IN AL，DX MOV SI，400H MOV SI，AL STT： MOV DX，312H INC SI MOV AL，00H DEC CX OUT DX，AL JNZ STT MOV DX，310H MOV AX，4C00H L： IN AL，DX INT 21H AND AL，80H JNZ L MOV DX，311H IN AL，DX AND AL，F0H MOV SI，AL INC SI MOV DX，312H,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,9.4 查询方式A/D转换器接口设计,9.4 查询方式A/D转换器接口设计,MOV DX，332H IN AL，DX IN AL，DX AND AL，OFH MOV DX，330H MOV BH，AL L： IN AL，DX MOV DX，331H ROL AL，1 IN AL，DX JC L MOV BH，AL MOV DX，330H HLT,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。,9.4 查询方式A/D转换器接口设计,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 JC WAIT MOV DX，300H IN AL，DX MOV ES：BX，AL MOV DX，303H MOV AL，01H OUT DX，AL INC BX LOOP AGAIN MOV AX,4C00H INT 21H,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。,9.5 中断方式的A/D转换器接口设计,9.5 中断方式的A/D转换器接口设计,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