《微机原理与应用教学资料》第十一章 ad_da.ppt

1 第十一章 A D和D A转换 11 1概述11 2D A转换11 3A D转换 电气学院学习部资料库 2 11 1概述一 一个实时控制系统 电气学院学习部资料库 3 二 多路模拟开关输入 I O0 7输出 O I通道选择 A2 A0三 采样 量化和编码1 采样图11 6 11 7采样定理fs 2fm 采样 保持 电气学院学习部资料库 4 2 量化图11 5把采样所得信号变成数字设输入电压为0 7V 3位A D转换器由表中可看出 量化过程会产生1 2LSB 即0 5V 的误差对8位A D 量程0 5V 量化单位 即每一分层所包含的最大电压和最小电压之差 q 电压量程范围 2n 5 0V 256 0 019V 19mV1LSBLSB 数字量最低位3 编码数字量可用不同的代码来表示自然二进制编码双极性二进制编码 电气学院学习部资料库 5 11 2D A转换器 一 数 模转换器原理数字量 模拟量 电流 电压 图11 8 Si 电子模拟开关di 1 si闭合di 0 si断开则R 片内权电阻 IO VO理想运放VO IO Rf Rf R 2最高位为dn 1 则VO VR 2n dn 1 2n 1 dn 2 2n 2 dn 3 2n 3 d0 20 VR 2n DD为数字量 电气学院学习部资料库 6 二 D A转换器的性能指标1 分辨率最大输出量和数字量的位数的比率称为分辨率 FSR 2n位数最多 分辨率越高2 精度绝对精度 输出实际值 理想值相对精度 绝对精度 最大量程3 建立时间 输入到输出稳定的时间超高速的D A转换器 ts 100ns高速D A转换器 ts 10 s 1 s4 输入数字量一般为自然二进制码5 输出模拟量多数为电流输出型 Rf在片内 有专门引脚 电气学院学习部资料库 7 三 DAC0832芯片内部带有数据输入寄存器的8位D A芯片1 内部结构和引脚功能 图11 13DAC0832包括两级寄存器 1个D A转换器两个寄存器可以分别选通 8位输入寄存器8路输入 8路输出输入 DI7 DI0 接CPU数据总线输出 8位DAC寄存器的输入 电气学院学习部资料库 8 8位DAC寄存器8路输入 8路输出输入 8位输入寄存器的输出输出 8位D A转换器 8位D A转换器8路输入 2路输出输入 8位DAC寄存器的输出输出 IOUT1互补电流输出IOUT2加上I V转换电路 则输出电压信号 电气学院学习部资料库 9 VREF 参考电压输入 转换的基准Rfb 片内反馈电阻 与运放配合构成I V转换器VCC 工作电压输入端DGND 数字地AGND 模拟地 所有模拟地相连 所有数字地相连 提高抗干扰 2 工作方式 3种 ILE接高电平 直通方式 全部直通CS WR1 WR2 XFER均接地 单缓冲方式任一个缓冲器直通CS WR1并联 接译码器输出 地址 WR2 XFER并联接地 当执行一条OUT指令 选中该端口 使IOW有效 CS WR1有效 启动D A转换 电气学院学习部资料库 10 双缓冲方式作用 可以在输出的同时 采集下一个数据 提高转换速度例1 图11 15 DAC0832双缓冲方式硬件连接图软件 MOVDX 320H 输入数据 DATA为被转换的MOVAL DATA 数据OUTDX ALMOVDX 321H 转换OUTDX AL 电气学院学习部资料库 11 用于需同时输出多个参数的模拟量系统中 每一种参数用一片DAC0832 用CS和XFER分别控制两个缓冲器例2 图11 16各片的CS各接一个译码器输出 各片的XFER并联 接一个译码器输出 译码器用了3个片选端程序段 设CS1的地址为30H CS2的地址为31H XFER的地址为32HMOVAL DATA1 送第一个数OUT30H ALMOVAL DATA2 送第二个数OUT31H ALOUT32H AL 同时转换 输出 电气学院学习部资料库 12 电气学院学习部资料库 13 例3 通过DAC0832产生一个周期为T的正向锯齿波 8位D A 28 256 每个数据信号的维持时间为T 256 若要产生三角波 则每位维持时间T 512 硬件连接图 单缓冲方式 图11 11 FFH 00H 电气学院学习部资料库 14 DAC0832 电气学院学习部资料库 15 主 MOVDX PORT 设PORT为DAC0832的口地址MOVAL 0FFHROTATE INCALOUTDX AL 往DAC0832输出数据CALLDELAY 调用延时子程序JMPROTATE 子 DELAY MOVCX DATA 延时程序 往CX中送延时常数DELAY1 LOOPDELAY1RET如果要产生三角波 梯形波 电气学院学习部资料库 16 11 3A D转换器 模数转换器原理1 逐次逼近法原理转换速度快 分辨率高逐次逼近寄存器SAR表11 5 电气学院学习部资料库 17 2 双斜积分法原理抗干扰能力强 转换速度较慢固定时间积分 斜率正比于Vi 然后以同一斜率反向积分 用高频脉冲测定反向积分所花费的时间 电气学院学习部资料库 18 二 A D转换器 ADC08091 ADC0809 8通道8位 逐次逼近方式2 ADC0809内部框图 电气学院学习部资料库 19 IN0 IN7 8路模拟量输入 每一路通道都对应着8位输出C B A 通道选择ALE 通道锁存允许HSTART 启动转换HCLK 采样时钟频率EOC 转换结束 未开始 H 转换 L 结束 H VREF VREF 参考电压输入VREF 接模拟地VREF 5V 量程 0 5VOE 输出允许H当OE H 将输出三态缓冲器内容输出D7 D0 8位输出VCC 工作电压 5VGND 模拟地 电气学院学习部资料库 20 3 工作过程选通道号 CBA 使ALE START H 转换开始 EOC变低 硬件完成转换结束 EOC变高 使OE H 输出4 ADC0809与CPU连接 直接与CPU连接 由于有输出三态缓冲器 所以可以直接与CPU相连接例 ADC0809电路如图11 22 8个通道的地址为300H 307H 转换结束时EOC变高 用一个三态门接到数据线的D7 若结束 用一IN指令使OE为高 转换后的数据由数据线读出 设读通道0的转换数据 电气学院学习部资料库 21 电气学院学习部资料库 22 MOVDX 300H 由OUT指令选择通道0 并OUTDX AL 使IOW为0 启动转换 POLL MOVDX 308H 转换开始了吗 EOC 0 INAL DX 若不是 等待TESTAL 80HJNZPOLLNO END INAL DX 转换结束了吗 EOC 1 TESTAL 80H 若不是 等待JZNO ENDMOVDX 300H IN指令使IOR为0 由片选INAL DX 信号共同使OE为高 打开输出缓冲器 读入转换后数据若8个通道循环检测 若EOC接D5 电气学院学习部资料库 23 通过并行接口芯片8255A例 编程一程序进行多通道数据采集 将结果存入附加段中以DATA BUF为起始的数据缓冲区中 已知8255A端口地址 320H 326H 在一个时刻只能对一个通道进行采集 通过轮流交替实行多通道数据采集 8255A 工作方式0A口输入C口低4 输出高4 输入D7D6D5D4D3D2D1D010011 0 电气学院学习部资料库 24 电气学院学习部资料库 25 电气学院学习部资料库 26 采集子程序 AD SUBPROCNEARMOVDX 326HMOVAL 10011000BOUTDX AL 初始化8255AMOVCX 8 设定采集通道数CLDMOVBL 00H 初始通道号LEADI DATA BUFNEXT IN MOVDX 324HMOVAL BLOUTDX AL 送通道号MOVDX 326HMOVAL 00000111B PC3置1 启动转换 电气学院学习部资料库 27 OUTDX ALNOPNOPMOVAL 00000110B PC3置0 ALE OUTDX AL START复位MOVDX 324HNO CONV INAL DXTESTAL 80HJNZNO CONV 查PC7 转换开始 NO EOC INAL DXTESTAL 80HJZNO EOC 再查PC7 转换结束否 MOVDX 320HINAL DX 从PA口读入数据STOSB 存入缓冲区INCBL 置下一通道号LOOPNEXT IN 电气学院学习部资料库 28 谢谢大家 RETAD SUBENDP作业 11 3 6 电气学院学习部资料库 29 模拟信号 v mv电压 电流干净的几V电压 电流信号预处理可转换的模拟信号数字信号一 采样 量化 编码1 采样 按相等的时间间隔t从模拟信号上截取一个个离散的瞬时值采样率fs 1 t fs越高 单位时间内采得的信号越多 越接近原信号 图以电压为例采样3 75 36 36 45 13 21 81 2量化35665311编码011101110110101011001001 电气学院学习部资