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第八章可编程接口技术 1 1 2 3 4 8255A 8253 8254 8251A DAC0832 5 ADC0809 2020 3 19 2 模拟接口技术概述 模拟量是连续变化的 数字量是离散变化的计算机只能处理数字量 不能直接处理模拟量需要转换 模拟接口的作用就是实现模拟量和数字量之间的转换模数 A D 转换是把采集到的模拟量转换为数字量 供计算机进行处理数模 D A 转换是将处理后的数字量转换为模拟量 用于输出或控制外部设备 2020 3 19 3 计算机测控系统中的模拟接口 2020 3 19 4 采样 保持电路 采样跟踪状态 在采样跟踪期间应尽可能快地接受输入信号 使输出和输入信号保持一致 采样保持状态 把采样结束瞬间的输入信号保持下来 使输出和保持的信号一致当输入信号变化速率较快时 必须采用采样 保持电路 否则转换出的数字信号是个不稳定的值 如果输入信号变化缓慢 则可省去保持电路 香农 Shannon 采样定理 当采样器的采样频率高于或等于连续信号的最高频率时 原信号才能通过采样器而无失真地复现出来 2020 3 19 5 量化与编码 量化过程 采样信号经量化后成为数字信号的过程 A D转换的过程就是量化过程 量化的过程就是编码的过程 单极性信号 无符号数 双极性信号 有符号数 符号 数值码 类似于原码表示法 增加1位符号位 0 正 1 负补码 与计算机的补码表示法相同 偏移二进制码 符号与补码相反 2020 3 19 6 4位双极性编码表 2020 3 19 7 模 数转换器 ADC 的技术指标 分辨率 指ADC对输入电压微小变化响应能力的度量 它是数字输出的最低位 LSB 所对应的模拟输入电平值 若输入电压的满刻度值为VFS 转换器的位数为n 则分辨率为2 nVFS 由于分辨率与转换器的位数n直接有关 所以常用位数来表示分辨率 若输入电压满刻度值为VFS 10V 则10位ADC的分辨率为2 10 10V 0 01V 精度 绝对精度是指在输出端产生给定的数字代码 实际需要的模拟输入值与理论上要求的模拟输入值之差 相对精度 又称线性度 是指满刻度值校准后 任意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 2020 3 19 8 转换时间 指ADC完成一次转换所需的时间 即从启动转换信号开始到转换结束并得到稳定的数字量输出所需要的时间 通常为 s级 一般来说 转换时间大于1ms的为低速 1ms 1 s的为中速 1 s 1ns的为高速 小于1ns的为超高速 量程 指所能转换的输入电压范围 常用的有0 5V 0 10V 5V 5V 10V 10V等 2020 3 19 9 数 模转换器 DAC 的技术指标 分辨率 指LSB所对应的模拟量的大小 用于确定能由DAC产生的最小模拟量的大小 通常用DAC的位数表示 例如 分辨率为8位的DAC具有满量程电压的1 256 即1 28 的分辨率 精度 绝对精度是指在数字输入端加上给定的代码时 在输出端实际测得的模拟输出值 电流或电压 同理论输出值之差 相对精度是指在满量程值校准后 各种数字输入的模拟量输出与理论值之差 可把各种输入的误差画成曲线 对线性DAC而言 相对精度就是非线性度 精度特征通常是以满量程电压VFS的百分数或以最低有效位 LSB 的分数形式给出 也可用DAC的位数表示 例如 精度 0 1 是指 最大误差VFS的 0 1 若满量程为5V时 最大误差为VE 5mV n位DAC的精度为 1 2 LSB是指 最大可能误差为 1 2 1 2n VFS 1 2n 1 VFS 精度为n位是指 最大可能误差为 1 2n VFS 2020 3 19 10 建立时间 是指在数字输入端输入满量程代码后 DAC的模拟输出稳定到 最终值 1 2LSB 时所需的时间 当输出的模拟量为电流时 建立时间很短 当输出的模拟量为电压时 建立时间取决于运算放大器输出所需的时间 如下图中的ts即为建立时间 2020 3 19 11 数模转换器DAC0832 DAC0832的内部结构 采用了二次缓冲输入数据方式 输入寄存器及DAC寄存器 可以在输出的同时 采集下一个数字量 从而提高转换速度 一片DAC0832只能转换一路输入数字量 多路转换需要多片DAC0832 2020 3 19 12 ILE 输入锁存允许CS 片选WR1 写信号1 与ILE和CS一起控制 将数字数据输入并锁存于输入寄存器中WR2 写信号2 与XFER一起控制 将输入寄存器中的数据传送到DAC寄存器中XFER 传送控制信号 在控制多个DAC0832同时输出时特别有用D7 D0 8位数字输入IOUT1 DAC电流输出1 逻辑电平为1的各位输出电流之和IOUT2 DAC电流输出2 逻辑电平为0的各位输出电流之和Rfb 反馈电阻 制作在芯片内 作运算放大器的反馈电阻VREF 基准电压输入VCC 逻辑电源 5 15V 最佳用 15VAGND 模拟地 芯片模拟信号接地点DGND 数字地 芯片数字信号接地点LE 寄存器锁存命令 2020 3 19 14 DAC的输出电路 vOUT iR vOUT iR 1 R2 R1 电流输出转换为电压输出 反相电压 同相电压 2020 3 19 15 单极性与双极性输出电路 R4 R3 2R2 单极性 双极性 0832双极性 2020 3 19 16 DAC与CPU的接口 只有数据线 片选和写入控制信号与CPU有关 接口较简单无需应答 直接把数据输出给DAC若DAC芯片内带有锁存器 CPU就可把DAC芯片当作一个并行输出端口若DAC芯片内无锁存器 CPU就把DAC芯片当作一个并行输出的外设 在CPU和DAC之间还需要增加并行输出的接口 如8255A MOVAL 0FHOUT80H AL 2020 3 19 17 模数转换器ADC0809 ADC0809的内部结构 基本D A转换器 启动转换 转换结束 地址锁存 输出允许 2020 3 19 18 ADC的输入电路 输入ADC0809的模拟信号要求是单极性的 0 5V 而工程实际情况的模拟输入信号有时是双极性的 5V 5V 此时可 简易接法 通用接法 2020 3 19 19 ADC与CPU的接口 直接连接 81H 设ADC0809的转换时间为100 s 则从输入通道IN7读入一个模拟量经ADC0809转换后进入CPU的程序为 MOVAL 07H 送输入通道号7OUT81H AL 并发出启动信号CALLDELAY100 等待转换结束 延时100 sINAL 81H 转换结束 读入数据 2020 3 19 20 通过并行接口芯片同CPU连接 从输入通道IN0读入一个模拟量经ADC0809转换后送入CPU的程序为 2020 3 19 21 例 有一A D转换电路如图所示 图中ADC0809通过8255A同8086CPU连接 要求从模拟通道IN0开始转换 连续采样24个数据 然后采样下一通道 同样采样24个数据 直至IN7 采样后的数据存放在数据段中2000H开始的数据区中 试编写程序实现上述功能 2020 3 19 22 第一步 确定8255A的口地址A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1110000 B 即1C0H 1C3H 第二步 确定ADC0809的启动方式INAL Y2 Y3 1C8H 1CBH IN0 IN3 1CCH 1CFH IN4 IN7 第三步 确定ADC0809的转换结束方式INAL 8255PB 1C1HTESTAL 01H PB0 第四步 确定读取ADC0809转换后的数据方式INAL 8255PA 1C0H 第五步 编写程序 2020 3 19 23 DATASEGMENTORG2000HAREADB192DUP 24 8 192DATAENDSCODESEGMENTASSUMEDS DATA CS CODESTART MOVAX DATA 数据段寄存器赋值MOVDS AXMOVAL 92H 8255A方式字 0方式 PA PB输入MOVDX 1C3HOUTDX ALMOVSI 2000H 指针地址指向存放数据的缓冲区首址MOVBL 8 大循环计数 通道个数MOVDX 1C8H IN0开始转换LOP1 MOVCX 24 每个通道采样24次LOP2 INAL DX 启动转换PUSHDX 保存通道地址MOVDX 1C1HLOP3 INAL DX 检测EOCTESTAL 01HJZLOP3MO