微机原理08.ppt

1 设8253的端口地址为 A220H A226H 若用通道1工作在方式3 按十进制计数 计数值为2340 对8253进行初始化编程 2 8255A的内部结构 3 要求 A端口方式1输入 C端口上半部输出 C口下半部输入 B端口 方式0输出 控制端口地址3F43H 写出控制方式字及初始化程序段 小测 第8章模拟量的输入输出 本章重点 掌握A D和D A转换器接口的工作原理 性能参数和常用接口芯片的功能和应用 本章难点 在实际应用中正确地连接A D和D A转换器接口芯片 并编写正确的应用程序 掌握A D D A的接口的设计方法以及读写程序设计 大纲要求 8 1模拟量的输入输出通道 1 模拟量输入通道1 功能 将现场的模拟量转换为数字量 核心是A D转换器 2 组成传感器 将工业生产现场的某些非电物理量转换为电量的器件 变送器 将传感器的输出信号转换为0 10mA 4 20mA的统一电流信号 或0 5V的电压信号 信号处理环节 将变送器送来的信号进行放大或处理并去除干扰信号 常用低通滤波电路或由运算放大器构成的有源滤波电路 多路转换开关 需要采集的模拟量较多时可采用多路转换开关 使多个模拟信号共用一个A D转换器进行采样和转换 以降低成本 采用保持电路 在数据采样期间 保持输入信号不变的电路称为采样保持电路 以减少转换误差 A D转化器 将输入的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号 以便计算进行分析和处理 为模数转换器 简称为A D AnologtoDigit 2 模拟量输出通道1 功能 将计算机输出的数字量转换为模拟量 核心是D A转换器 2 组成数据锁存器 保持数字量稳定传输 D A数模转换器 把数字量转换成模拟量的器件 简称为D A DigittoAnolog 信号处理 用低通滤波器对输出的信号进行滤波 以平滑输出波形 同时能对小功率的模拟量进行放大 3 模拟量的输入输出通道结构见下图 模拟量输入输出通道图 1 基本原理为了实现数字量到模拟量的转换 必须将每位代码按其权值的大小转换成相应的模拟量 然后将各模拟分量相加 其总和就是与数字量对应的模拟量 这就是D A转换的基本原理 1 D A转换的构成电阻网络 核心 电子开关 基准电压及运算放大器组成 8 2数 模 D A 转换器 8 2 1D A转换器的基本原理及技术指标 D A转换器的结构示意图 2 运算放大器 1 特点 开环放大倍数很高 一般为几千到几十万 所需输入电压很小 输入阻抗非常大 输入电流非常小 输出阻抗非常小 使运算放大器的负载很高 2 放大器结构电路 基本放大器结构电路 多路输入的放大器结构电路 3 D A转换的基本原理电路图 4 电阻网络的类型权电阻型和T形电阻网络型 T型电阻网络 D A转换器原理框图 5 工作过程数据量 数据换 数据锁存 从电子开关接通不同的电阻和基准电压 根据电阻权形成和二进制数各位权成比例电流 放大器 电流转换成与二进制数成正比的电压 即模拟量 2 D A转换器性能参数1 分辨率 单位数字量所对应模拟量增量 2 转换精度 分绝对精度 AbsoluteAccuracy 和相对精度 RelativeAccuracy 绝对精度 绝对误差 指的是在数字输入端加有给定的代码时 在输出端实际测得的模拟输出值 电压或电流 与应有的理想输出值之差 它是由D A的增益误差 零点误差 线性误差和噪声等综合引起的 相对精度指的是满量程值校准以后 任一数字输入的模拟输出与它的理论值之差 3 转换时间 在数字输入端发生满量程码的变化以后 D A的模拟输出稳定到最终值1 2LSB时 所需要的时间 4 线性误差 实际转换特性与理性转换特性之间的误差 5 动态范围 最大值和最小输出值的范围 1 引线及内部结构DAC0832有20个引脚 按双列直插式排列 8位的D A转换芯片 内部包含一个T形电阻网络 输出为差动电流信号 外接运算放大器 引脚图如图所示 具体功能如下 D7 D08位数字量输入端 ILE为输入寄存器选通信号 高电平有效 8 2 2典型D A转换芯片 DAC0832 输入寄存器片选信号 低电平有效 它和ILE信号一起来决定是否起作用 输入寄存器的写选通信号 必须和 ILE同时有效 传送控制信号 用来控制是否起作用 写信号2 在传送控制信号有效的情况下 用它将输入寄存器的数字传送到DAC寄存器 同时D A转换器开始转换 IOUT2模拟电流输出2 IOUT2 IOUT1 常数 Rfb反馈电阻引出端 反馈电阻被制作在芯片内 用做外接运算放大器的反馈电阻 它与内部的R 2R电阻相匹配 VREF参考电压输入端 它的范围为 10 10V Vcc芯片逻辑电源 范围为 5 15V AGND模拟量地 DGND数字量地 IOUT1模拟电流输出1 当DAC寄存器中全为1时 输出电流最大 当DAC寄存器中全为0时 输出电流为0 DAC0832芯片内部结构 2 内部结构和引脚功能 3 DAC0832主要性能指标1 分辨率 82 线性误差 0 05 0 2 FSR 满刻度 3 转换时间 1 s4 功耗 20mW4 工作方式及线路连接DAC0832内部包括两级锁存器 第一级是8位的数据输入寄存器 由控制信号ILE CS WR1 控制 第二级是8位的DAC寄存器 由控制信号WR2 和XFER 控制 这两个寄存器 可以工作在直通方式 单缓冲方式及双缓冲方式 如果工作在直通方式 则没有锁存功能 如果工作在缓冲方式 则有一级或二级锁存能力 1 单缓冲方式 单缓冲方式使输入寄存器或DAC寄存器中的任意一个工作在直通方式 另一个工作在搜索村状态 2 双缓冲方式DAC0832工作于双缓冲方式的连接电路图如图所示 CPU对0832进行两步操作 第一步将数据输入输入寄存器 第二步将输入寄存器的数据输入DAC寄存器 这两条输出指令所用的地址不同 MOVAL DATAMOVDX PORT1OUTDX ALMOVDX PORT2OUTDX ALHLT 输入寄存器端口送DX 数据送输入寄存器 DAC寄存器端口地址送DX 数据送DAX寄存器并启动变换 双缓冲方式初始化程序代码 3 直通工作方式DAC0832的CS WR1 WR2 XFER 全部接数字地 ILE接 5V 这中状态下D A转换一直进行 并且不能与CPU连接 很少用 单极性工作 双极性输出 1 信号源编程改变0832输入的数字量 在VOUT产生锯齿波 三角波 方波 设DAC的输入寄存器的地址为FFF0H 2 工业控制器常用于调速系统和伺服控制系统中的电机转速控制 8 2 3D A转换器的应用 MOVDX 0FFF0HMOVAL 00HL1 OUTDX ALINCALJNZL1MOVAL 0FFHL2 OUTDX ALDECALJNZL2JMPL1 锯齿波程序代码 三角波程序代码 MOVDX 0FFF0HMOVAL 00HL1 OUTDX ALINCALJMPL1 返回 MOVDX 0FFF0HL1 MOVAL 00HOUTDX ALCALLDELAYMOVAL 0FFHOUTDX ALCALLDELAYJMPL1 其中 DELAY为一个延时子程序 根据所需的方波周期设置延时时间 方波程序代码 返回 A D转换器将连续的模拟信号转换为数字信号 常用于数据采集 常见转换方法 计数式 双积分式 逐位反馈式1 计数式A D转换组成 计数器 比较器 内部A D转换器2 逐次逼近式组成 计数器 内部D A转换器 特殊的逐次逼近寄存器3 双积分式组成 积分器 零比较器 计数器 时钟发生器原理及过程 8 3模 数 A D 转换器原理 1 A D转换过程一般A D转换过程是通过 采样 保持 量化和编码4个步骤完成的 1 采样 将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续 离散 的模拟量 2 保持 将采样得到的模拟量值保持一段时间 3 量化 用基本的量化电平的个数来表示采样保持电路得到的模拟电压值 4 编码 已经量化的模拟值用二进制代码表示 输入信号有单极性和双极性两种 双极性输入信号的三种表示方法 符号 类似于原码 移码 补码 8 3 1A D转换器的工作原理及技术指标 2 A D转换器的工作原理1 组成 逐次逼近寄存器SAR D A转换器 电压比较器和一些时序控制逻辑电路 2 工作原理 3 A D转换器的性能参数1 精度量化误差 分辨率 位数 单位数字量所对应模拟量增量 绝对精度 A D转换器的输出端所产生的数字代码中 分别对应于实际需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差 由于量化 在一定范围内的所有模拟值都产生相同的数字输出 所以 这里模拟值都指的是该范围内的中间模拟值 相对精度 满度值校准以后 任一数字输出所对应的实际模拟输入值 中间值 与理论值 中间值 之差 对于线性A D 相对精度就是非线性度 2 转换时间 转换时间指的是A D完成一次转换所需要的时间 3 动态输入范围 量程 所能转换的输入电压范围 8 3 2典型芯片ADC0809芯片 1 引线及内部结构IN0 IN7 8路模拟量输入端 ADDC ADDB ADDA 地址输入端 用以选择8个模拟量之一 ALE 地址锁存允许信号 START 启动A D转换控制信号输入端 其上升沿使内部逐次逼近寄存器复位 下降沿启动A D转换 CLOCK 时钟脉冲输入端 频率范围为10 1280kHzDB7 DB0 8位数字量输出端 EOC 转换结束信号 输出 高电平有效 OE 输出允许信号 VREF VREF 基准电源正负端 VCC 电源电压 十5V GND 地线 ADC0809是CMOS工艺制作的8通道的8位逐次逼近式ADC 其输出具有三态锁存和缓冲能力 易于和微处理器相连 2 ADC0809的工作过程了解3 DAC0832主要性能指标1 分辨率 82 转换时间 100 s3 电源 单电源0 5V4 ADC0809与线路连接1 输入模拟信号 IN0 IN72 数据信号 数据总线3 启动变换信号 START与ALE连在一起在正脉冲上升沿锁存地址 下降沿启动变换 4 状态信号EOC 74LS244 5 模 数转换器应用1 A D转换器与系统连接时需考虑的问题 1 数据输出线的连接 2 模拟输入电压的连接 3 A D转换的启动信号 4 转换结束信号的处理方式当A D转换结束 ADC输出一个转换结束信号数据 CPU可有多种方法读取转换结果 查询方式 中断方式 延时方式 DMA方式 时钟的提供 参考电压的接法 2 ADC0809芯片和系统的连接举例设某系统对8路模拟量分时进行数据采集 选用ADC0809芯片进行A D转换 转换结果采用查询方式传送 所以除了一个传送转换结果的输入端口外 还需要传送8个模拟量的选择信号和A D转换的状态信息 因此 可以采用8255A作为ADC0809和CPU的连接接口 将A口设为方式0的输入方式 用于传送转换结果 B口不用 用C口的PC2 PC0输出8路模拟量的选择信号 PC3输出ADC0809的控制信号 而ADC0809的状态可由PC7输入 所以 将C口也设为方式0 低4位为输出方式 高4位为输入方式 具体连接见图13 27 现假设8255A的端口A B C及控制口地址分别为2F0H 2F1H 2F2H和2F3H A D转换结果的存储区首地址设为400H 采样顺序从IN0 IN7 程序如下 MOVDX 2F3H 2F3H是8255的控制口MOVAL 10011000B 置A组 B组为方式0 A口和C口高4位OUTDX AL 8255A初始化MOVSI 400H 存放数据首地址MOVCX 08HMOV