潘新民 微型计算机控制技术(第二版)课件 第2章

1、第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 前言前言 2.1 2.1 多路开关及采样多路开关及采样- -保持器保持器 2.2 2.2 模拟量输出通道的接口技术模拟量输出通道的接口技术 2.3 2.3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 在微型机控制系统与智能化仪器中在微型机控制系统与智能化仪器中 被测物理量多为模拟量，被测物理量多为模拟量， 而计算机只能接收数字量。而计算机只能接收数字量。 在检测在检测/ /控制系统中控制系统中 必须先把传感器输出的模拟量转换成数字量，必须先把传感器

2、输出的模拟量转换成数字量， 才能送到计算机进行数据处理，实现控制或显示。才能送到计算机进行数据处理，实现控制或显示。 能够变模拟量为数字量的器件能够变模拟量为数字量的器件 称作模称作模/ /数转换器（简称数转换器（简称 A/D A/D 转换器）。转换器）。微机控制技术第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 经计算机处理后的以数字量输出。经计算机处理后的以数字量输出。 大多数执行机构只能接收模拟量。大多数执行机构只能接收模拟量。（如电动执行机构、气动执行机构以及直流电机等）（如电动执行机构、气动执行机构以及直流电机等） 必须把数字量变成模拟量必须把数字量变成模拟

3、量 即完成数即完成数/ /模转换（简称模转换（简称D/AD/A转换）。转换）。 可见可见: A/D: A/D、D/A D/A 转换是微型机接收、处理、控制转换是微型机接收、处理、控制 模拟量参数过程中必不可少的环节。模拟量参数过程中必不可少的环节。微机控制技术21 多路开关开关及采样样保持器 多路开关、采样多路开关、采样/ /保持器保持器 是微型机控制系统的重要元件，是微型机控制系统的重要元件， 是计算机进行多路控制、采集数据是计算机进行多路控制、采集数据 必不可少的组成部分。必不可少的组成部分。 本节主要介绍他们的原理及应用。微机控制技术21 多路开关开关及采样样保持器 2 21 11 1

4、多路开关多路开关 2 21 12 2 采样保持器采样保持器微机控制技术 211 多路开关多路开关多路开关的主要用途多路开关的主要用途 (1)(1)把多个模拟量参数分时地接通送入把多个模拟量参数分时地接通送入 A/D A/D 转换器转换器 即完成多到一的转换。称为多路开关。即完成多到一的转换。称为多路开关。 (2)(2)把经计算机处理后输出把经计算机处理后输出 且由且由 D/A D/A 转换器转换成的模拟信号转换器转换成的模拟信号 按顺序输出到不同的控制回路按顺序输出到不同的控制回路/ /外部设备，外部设备， 即完成一到多的转换。称多路分配器即完成一到多的转换。称多路分配器 或反多路开关。或反多

5、路开关。微机控制技术 211 多路开关多路开关2.2.多路开关的种类：多路开关的种类： (1)(1)单向多路开关，单向多路开关， 如如 AD7501AD7501（8 8路），路），AD7506AD7506（1616路）。路）。(2)(2)双向多路开关，双向多路开关， 如如CD4051CD4051（8 8路），路），CD4067CD4067（1616路）。路）。(3)(3)差动输入多路开关差动输入多路开关 如如 CD4052 (CD4052 (双双4 4通道通道), CD4053 (), CD4053 (三重二通道三重二通道) ) CD4097 ( CD4097 (双双8 8通道通道) )。(4

6、)(4)多路输入多路输入/ /多路数出矩阵多路开关多路数出矩阵多路开关 如如88168816（1616入入8 8出）等。出）等。微机控制技术 211 多路开关多路开关3.3.半导体多路开关半导体多路开关 （1 1）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排（2 2）直接与）直接与 TTLTTL（或（或 CMOSCMOS）电平相兼容；）电平相兼容；（3 3）内部带有通道选择译码器，使用方便；）内部带有通道选择译码器，使用方便；（4 4）可采用正或负双极性输入；）可采用正或负双极性输入；（5 5）转换速度快，）转换速度快， 通常导通通常导通/ /关断时间

7、为关断时间为 1s1s 有些产品已达到几十几百有些产品已达到几十几百nsns。（6 6）寿命长，无机械磨损；）寿命长，无机械磨损；（7 7）接通电阻低，一般小于）接通电阻低，一般小于100,100,有的可达几个有的可达几个。 （8 8）断开电阻高，通常达）断开电阻高，通常达109109以上。以上。 微机控制技术广泛应用广泛应用 211 多路开关多路开关1. CD40511. CD40512. CD4067B/CD4097B2. CD4067B/CD4097B3. 3. 多路开关的扩展多路开关的扩展微机控制技术1. CD4051 微机控制技术图图2- 1 2- 1 CD4051CD4051 原理

8、原理电电路路图图0 01 10 00 01. CD40511. CD40511. CD40510 00 00 01 1 1. CD4051（1 1）CD4051 CD4051 的组成：的组成： 逻辑转换单元逻辑转换单元 完成完成 TTL TTL 到到 CMOS CMOS 的转换。的转换。 输入电平范围大输入电平范围大: : 数字量为数字量为 3 315V15V， 模拟量可达模拟量可达 15VP-P 15VP-P。 二进制二进制 3 3：8 8译码器译码器 对选择输入端对选择输入端 C C、B B、A A的状态进行译码，的状态进行译码， 以控制所选电路以控制所选电路 TG TG 的开的开/ /关

9、，使某一路开关接通，关，使某一路开关接通， 将输入和输出通道接口。将输入和输出通道接口。 电子开关电子开关 TG TG 用来接通或断开输入用来接通或断开输入/ /输出通道。输出通道。 微机控制技术15V15V1. CD4051（2 2）控制原理）控制原理 禁止输入端禁止输入端 INH INH 3 3个通道选择输入端个通道选择输入端 C C、B B、A A C C、B B、A A 的信号编码的信号编码 用来选择用来选择 8 8个通道之一被接通。个通道之一被接通。微机控制技术INH INH 接高电平接高电平所有通道全部断开所有通道全部断开1. CD4051（3 3）用法）用法 用作多路开关用作多路

10、开关 8 8 进进 1 1 出出 用作分路路开关用作分路路开关 1 1 进进 8 8 出出微机控制技术改改变变 C C、B B、A A 的的值值, ,改改变变接通的通道接通的通道1. CD4051表表2-2 CD40512-2 CD4051真值表真值表 微机控制技术输入状态输入状态接通通道接通通道INHINHC CB BA ACD4051CD40510 00 00 00 00#0#0 00 00 01 11#1#0 00 01 10 02#2#0 01 11 11 17#7#2. CD4067B/CD4097B2. CD4067B/CD4097B 2. CD4067B/CD4097B CD40

11、67B CD4067B 和和 CD4097B CD4097B 相比相比: : 相同相同: :原理基本，原理基本， 不同不同: : CD4067B CD4067B 单单1616路，双向、路，双向、 4 4个选择控制端个选择控制端: D: D、C C、B B 、A A CD4097B CD4097B 双双 8 8 路，双向、路，双向、 3 3个选择控制端个选择控制端: C: C、B B 、A A CD4051 CD4051 单单 8 8 路，双向、路，双向、 3 3个选择控制端个选择控制端: C: C、B B 、A A微机控制技术2. CD4067B/CD4097B1 11 10 01 10 02

12、. CD4067B/CD4097B矩阵式多路开关（补充）矩阵式多路开关（补充）INOUT输输入入选择选择输输出出选择选择可可将将一一个输个输入信入信号传号传至至 到到任任选输选输出通道出通道 3.多路开关开关的扩扩展 3. 3.多路开关的扩展多路开关的扩展 （1 1）由于被测参数多，应用中需要扩展。）由于被测参数多，应用中需要扩展。 （2 2）作法：）作法： 将两个多路开关串联可成倍增加路数。将两个多路开关串联可成倍增加路数。 采用译码器可组成通路更多的多路开关。采用译码器可组成通路更多的多路开关。微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 （2 2）扩展方法）扩展方法输入通道 :不变，只是把2#

13、CD4051的8个通道编号为815。输出通道 :把两个CD4051的OUT/IN并联。通道选择控制管脚 C、B、A同名并联，并分别接到D2、D1和D0。禁止端:用做两个CD4051的选择控制，由D3控制。当D3=0时，1#CD4051工作，2#截止。当D3=1时，正好相反。微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 由于两个多路开关只有两种状态，1 # 多路开关工作，2 # 就得停止，或者相反。所以，只用一根地址总线即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，而两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址（或数据）总线。微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 微机控制技术图图2-4 CD40512-4

14、 CD4051的扩展电路的扩展电路 （3 3）扩展电）扩展电路路 由两个由两个CD4051CD4051构成的构成的1616通通道多路开关道多路开关OUT/IN OUT/IN 端连端连在一起在一起两两片片 IN IN 端端 并联并联两两片片 IN IN 端端 串串联联非非门门1 10 00 01 10 0 3.多路开关开关的扩扩展 （3 3）工作原理）工作原理 图图2-82-8中，中， 改变数据总线改变数据总线D2D0D2D0（或地址总线（或地址总线A2A2A0A0）的状态）的状态 即可得到分别选择即可得到分别选择IN7IN7IN0IN0的的8 8个通道之一。个通道之一。 D3D3用来控制两个多

15、路开关的用来控制两个多路开关的INHINH输入端的电平。输入端的电平。 其真值表，如表其真值表，如表3-43-4所示。所示。微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 INHCBA接通通道00000#00011#00102#01117#10008#10019#101010#111115#微机控制技术（3 3）真值真值表表 INH INH 为为 0 0：选选通通 1# 1# 芯片芯片（1N01N0IN7IN7） INH INH 为为 1 1：选通选通 2# 2# 芯片芯片（IN8IN15IN8IN15） 在在 INH INH 为为 0 0 的前提下，由的前提下，由 C C、B B、A A 的的 编码

16、决编码决定被定被选选通通的通道。的通道。 3.多路开关开关的扩扩展 若需要通道数很多，若需要通道数很多， 可通过译码器控制可通过译码器控制 CD4051 CD4051 的控制端的控制端 INHINH， 把多个把多个 CD4051 CD4051 芯片组合起来，芯片组合起来， 构成更多通道构成更多通道 或或 差动输入系统。差动输入系统。 对于其它多路开关芯片同样适用。对于其它多路开关芯片同样适用。微机控制技术讨论讨论212 采样样保持器 1 1采样保持器的用途采样保持器的用途2 2采样保持器工作原理采样保持器工作原理3 3常用采样保持器常用采样保持器微机控制技术 1采样样保持器的用途 1 1采样保

17、持器（采样保持器（S Sample/ample/H Holdold）的用途）的用途（1 1）保持采样信号不变，以便完成）保持采样信号不变，以便完成 A/D A/D 转换；转换；（2 2）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；（3 3）减少）减少 D/A D/A 转换器的输出毛刺，从而消除输出电压转换器的输出毛刺，从而消除输出电压 的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；（4 4）把一个）把一个 D/A D/A 转换器的输出分配到几个输出点，以转换器的输出分配到几个输出点，以 保证输出的稳定性。保证输出的稳定性。微机

18、控制技术2采样样保持器工作原理2 2采样保持器工作原理采样保持器工作原理（1 1）S SH H 有两种工作方式：有两种工作方式： 采样方式采样方式 采样保持器的输出跟随模拟量输入电压。采样保持器的输出跟随模拟量输入电压。 保持方式保持方式 采样保持器的输出保持在命令发出时刻的模采样保持器的输出保持在命令发出时刻的模 拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到 采样命令）时为止。采样命令）时为止。微机控制技术2采样样保持器工作原理微机控制技术图图2-9 2-9 描述上述采样保持过程的示意曲线图描述上述采样保持过程的示意曲线图3常用采样样保持器3 3常用采样保

19、持器常用采样保持器 AD AD 公司公司 AD582AD582、AD585AD585、AD346AD346、AD389AD389、ADSHCADSHC8585。 国家半导体公司国家半导体公司 LF198 / 298 / 398 LF198 / 298 / 398 等。等。微机控制技术3常用采样样保持器（1 1）LF198/298/398 LF198/298/398 的结构的结构 结构结构 由双极型绝缘栅场效应管组成由双极型绝缘栅场效应管组成 （低偏差电压和宽频带）（低偏差电压和宽频带） 使用一个单独的端子实现输人偏置电压的调整，使用一个单独的端子实现输人偏置电压的调整， 特点特点 采样速度快，

20、保持下降速度慢，精度高等特点。采样速度快，保持下降速度慢，精度高等特点。 允许带宽允许带宽 1MHz1MHz，输入电阻为，输入电阻为 10101010。 作为单一的放大器时，其电流增益精度为作为单一的放大器时，其电流增益精度为 0.0020.002， 采样时间小于采样时间小于 6s6s时，时， 精度可达精度可达 0.010.01。微机控制技术3常用采样样保持器 当保持电容为当保持电容为 1F1F时，其下降速度为时，其下降速度为5mV5mVminmin。 结型场效应管与结型场效应管与 MOS MOS 电路相比：电路相比： 抗干扰能力强，且不受温度影响。抗干扰能力强，且不受温度影响。 设计保证，即

21、使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入设计保证，即使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入馈送到输出端。馈送到输出端。 LF198LF198的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入 允许直接与允许直接与 TTLTTL、PMOSPMOS、CMOSCMOS电平相连。电平相连。 其门限值为其门限值为 1.4V1.4V。 LF198 LF198 供电电源可以从供电电源可以从 5V 5V 到到 18V18V。微机控制技术3常用采样样保持器 图图2-6 2-6 LF198 LF198LF298LF298LF398LF398原理图原理图微机控制技术（2 2）LF

22、198LF198LF298LF298LF398LF398芯片引脚功能芯片引脚功能 VINVIN：模拟量电压输入；：模拟量电压输入； VOUTVOUT：模拟量电压输出；：模拟量电压输出； 逻辑、逻辑参考：控制逻辑、逻辑参考：控制 S/H S/H 的工作方式。的工作方式。 引脚引脚 8 8 接高电平，采样接高电平，采样 低电平，保持。低电平，保持。 偏置（偏置（OFFSETOFFSET）：可用外接电阻调整）：可用外接电阻调整 S/H S/H 的偏差的偏差 CHCH：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。 V+V+、V- V- ：电源引脚。电源变化范围为：电源引脚

23、。电源变化范围为 5V 5V 到到 10V 10V 。 3常用采样样保持器微机控制技术22 DA 转换转换器及其接口技术术 典型的微型机控制系统典型的微型机控制系统 由模拟量输入通道、微型机、模拟量输出通道组成由模拟量输入通道、微型机、模拟量输出通道组成 其中：其中： 模拟量输入通道主要完成模拟量输入通道主要完成 模拟量（模拟量（ A Analog nalog ）到数字量（）到数字量（ D Digital igital ）的转换。）的转换。 微型机主要完成数据处理、控制量计算、输出等。微型机主要完成数据处理、控制量计算、输出等。 模拟量输出通道主要完成模拟量输出通道主要完成 数字量（数字量（

24、D Digital igital ）到模拟量（）到模拟量（ A Analog nalog ）的转换）的转换D/A 转换转换器分类类1. 1. 按按 D/A D/A 转换器输出方式分类转换器输出方式分类 电流输出型：电流输出型： 如如 DAC0832DAC0832，AD7522 AD7522 等。等。 电压输出型：电压输出型： 如如 AD558AD558，AD7224 AD7224 等。等。( ( 单极性输出、双极性输出单极性输出、双极性输出 ) )。2. 2. 按输入数字量位数分类按输入数字量位数分类 有有 8 8 位、位、10 10 位、位、12 12 位和位和 16 16 位等。位等。3.

25、3.结构结构: : 双双 D/AD/A（AD7528 AD7528 ）、）、4 4 通道通道D/AD/A（ AD7226 AD7226 ）转换器）转换器 串行串行 D/A D/A 转换器（转换器（ DAC80 DAC80 ）等。）等。4.4.其它其它: : 直接接收直接接收 BCD BCD 码（如码（如AD7525AD7525）。）。 直接输出直接输出 4 420mA 20mA 标准电流的标准电流的 D/A D/A 转换器（转换器（ 如如AD1420 /1 422 AD1420 /1 422 ）。）。22 DA 转换转换器及其接口技术术2.2.1 82.2.1 8位位D/AD/A转换器及其接口

26、技术转换器及其接口技术2.2.2 2.2.2 高于高于8 8位的位的D/AD/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术22 .1 8位DA转换转换器及其接口技术术 1 1普通型普通型 D/A D/A 转换器转换器 DAC 0832DAC 08322 2D/A D/A 转换器的输出方式转换器的输出方式3. 8 3. 8 位位 D/A D/A 转换器与微型机的接口及程序设计转换器与微型机的接口及程序设计微机控制技术1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 1 1普通型普通型 D/A D/A 转换器转换器 DAC 0832DAC 0832 美国数据公司产品美国数据公司产品 ，8 8 位位 D/A

27、 D/A 转换器。转换器。 与与 CPU CPU 完全兼容。完全兼容。 采用采用 CMOS CMOS 工艺工艺: : 功耗低，输出漏电流误差较小。功耗低，输出漏电流误差较小。 特殊的电路结构可与特殊的电路结构可与 TTL TTL 逻辑输入电平兼容逻辑输入电平兼容。微机控制技术1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832微机控制技术（1 1）DAC 0832 DAC 0832 的结构及原理的结构及原理 图图2-72-7 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 寄存器命令控制寄存

28、器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832微机控制技术XFER 内部结构内部结构 二级缓冲，一级转换，逻辑电路二级缓冲，一级转换，逻辑电路 图图2-142-14中，中， 为寄存器命令。为寄存器命令。 当当 l l时，寄存器的输出随输入而变化；时，寄存器的输出随输入而变化； 0 0时，数据被锁存在寄

29、存器中。时，数据被锁存在寄存器中。LELELE 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1） （8 8位位数数据据锁锁存器控制存器控制8 8位位 DAC DAC 寄存器控制寄存器控制根据不同的接法，可根据不同的接法，可将将 DAC0832 DAC0832 设设计计成成单缓单缓冲、冲、双缓双缓冲、直通冲、直通 三三种种工工作方式作方式 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1） （ 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1） （ 寄存器命令控制寄存

30、器命令控制 （1 1） （1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832（2 2）DAC 0832DAC 0832的引脚功能的引脚功能 数据数据 D D7 7D D0 0：数字量输入：数字量输入 I IOUT1OUT1：DAC DAC 电流输出电流输出1 1。 I IOUT2OUT2：DAC DAC 电流输出电流输出2 2。 控制控制 CS CS：片选信号：片选信号 I ILELE：输人锁存允许信号：输人锁存允许信号 WR1 WR1：输入：输入锁存器写选通信号锁存器写选通信号 WR2: DAC WR2: DAC 寄存器写选通信号寄存器写选通信号 XFER XFER：数据传送控制信号：数据传送控

31、制信号 R Rfbfb: : 反馈电阻反馈电阻微机控制技术D D7 7D D0 0 = 0FFH= 0FFHI IOUT1OUT1 输输出最大出最大值值D D7 7D D0 0 = 00H= 00HI IOUT1OUT1 输输出出为为0 0I IOUT2OUT2 = = 常数常数- I- IOUT1OUT1采用单极性输出时，采用单极性输出时， I IOUT2OUT2 接地接地为外部运算放大器提供反馈电阻为外部运算放大器提供反馈电阻（可用片内电阻（可用片内电阻 / / 外接电阻）外接电阻）1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 V VREFREF：参考电压输入线。：参考电压输入线。 要求

32、外接一精密电源。要求外接一精密电源。 当当 V VREF REF 为为 10V 10V ( ( 或或5V 5V ) )时，时， 可获得满量程四象限的可乘操作。可获得满量程四象限的可乘操作。微机控制技术输输出出电压电压的的极极性性两两者符者符号号之之积积输出电压的数值取决于输出电压的数值取决于输入的数字量输入的数字量1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 电源与地电源与地 Vcc Vcc：数字电路供电电压，一般为：数字电路供电电压，一般为 +5V +15V +5V +15V。 AGND AGND：模拟地。：模拟地。 DGND DGND：数字地。：数字地。 两种不同性质的地，应单独连接，两

33、种不同性质的地，应单独连接， 但在一般情况下，最后总有一点接在一起，但在一般情况下，最后总有一点接在一起， 以提高抗干扰的能力。以提高抗干扰的能力。微机控制技术2D/A 转换转换器的输输出方式2 2D/A D/A 转换器的输出方式转换器的输出方式 （1 1）电压输出）电压输出 外接一级运算放大器，构成单极性电压输出；外接一级运算放大器，构成单极性电压输出； （图（图2-82-8） 外接两级运算放大器，构成双极性电压输出。外接两级运算放大器，构成双极性电压输出。 （图（图2-92-9） （2 2）电流输出）电流输出 直接输出电流。直接输出电流。微机控制技术2D/A 转换转换器的输输出方式微机控制

34、技术图图2-8 DAC08322-8 DAC0832单极性电压输出电路单极性电压输出电路 P29P29极性与极性与 VREFVREF反相；反相；数值与输入数字量相关数值与输入数字量相关VREF VREF 可接：可接：5V 5V 10V10V 微机控制技术图图2-9 DAC08322-9 DAC0832双极性电压输出电路双极性电压输出电路 P30P30REFOUTOUTVRRVRRV132322V VOUT2 OUT2 = - R= - R3 3 I I33 = - R3 = - R3 ( I ( I1 1+I+I2 2 )I I3 32D/A 转换转换器的输输出方式注意：注意： Vout1 V

35、out1 与与 V VREF REF 反相反相 Vout2 Vout2 与与 输入反相输入反相 R1=2R R1=2R，R2=RR2=R，R3=2RR3=2R 图图2-9 2-9 可求出可求出 D/AD/A 转换器的总输出电压转换器的总输出电压REFOUTOUTVRRVRRV132322REFOUTOUTVRRVRRV22212微机控制技术REFOUTVV12（2-1）代入代入R1R1、R2R2、R3 R3 的值，可得的值，可得2D/A 转换转换器的输输出方式设设 V VREFREF = +5V = +5V，则由式（，则由式（2-12-1）可得出：）可得出：当当 V VOUT1 OUT1 =

36、0V = 0V 时，时， V VOUT2 OUT2 = -5V= -5V； V VOUT1 OUT1 = -2.5V = -2.5V 时，时， V VOUT2 OUT2 = 0V= 0V； V VOUT1 OUT1 = -5V = -5V 时，时， V VOUT2 OUT2 = +5V= +5V。微机控制技术双极双极性性输输出出时输时输入入数数字量字量与输与输出模出模拟拟量之量之间间的的关关系系见见 表表2-72-7 P302D/A 转换转换器的输输出方式设设 VREF= +5VVREF= +5V，则由式（，则由式（2-12-1）可得出：）可得出：D D7 7 D D0 0 V VOUT1OU

37、T1 V VOUT2OUT200000000 0V -5V00000000 0V -5V1 0000000 -2.5V 0V1 0000000 -2.5V 0V1 1 1 1 1 1 1 1 -5V +5V1 1 1 1 1 1 1 1 -5V +5V。微机控制技术3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计3. 8 3. 8 位位 D/A D/A 转换器与微型机的接口及程序设计转换器与微型机的接口及程序设计 包括三个方面：包括三个方面：（1 1）数字量输入）数字量输入（2 2）模拟量输出）模拟量输出（3 3）外部控制信号的连接）外部控制信号的连接微机控制技术3. 8 位 D

38、/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计（1 1）数字量输入端的连接）数字量输入端的连接 考虑两个问题：考虑两个问题： 位数位数 D/A D/A 转换器的位数是否与微型机匹配？转换器的位数是否与微型机匹配？ 匹配，可直接连接；匹配，可直接连接； 不匹配，可将数字量分批传送。不匹配，可将数字量分批传送。 D/A D/A 转换器的内部是否设有输入锁存器？转换器的内部是否设有输入锁存器？ 若没有，须在若没有，须在CPUCPU与与D/AD/A转转换器之间增设锁存器；换器之间增设锁存器； 若有，则可直接连接。若有，则可直接连接。微机控制技术3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计

39、设计（2 2）外部控制信号的连接）外部控制信号的连接 片选信号，由地址线经译码器控制。片选信号，由地址线经译码器控制。 写信号，写信号， 由微型机的由微型机的 信号控制。信号控制。 启动信号，启动信号常为片选及写信号的合成。启动信号，启动信号常为片选及写信号的合成。 参考电平，由输出极性决定。参考电平，由输出极性决定。RW微机控制技术3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计（3 3）D/AD/A转换器与微型机的接口及程序设计应用举例转换器与微型机的接口及程序设计应用举例 8 8 位位 D/AD/A 转换器与转换器与 8031 8031 单片机的接口。单片机的接口。 选用选

40、用 DAC0832DAC0832，分析：，分析： 数据位数数据位数 单极性电压输出单极性电压输出 DAC0832 DAC0832 内部含有两极数字量锁存器，直接与内部含有两极数字量锁存器，直接与 8031 8031 接口。接口。 微机控制技术3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计图图2.10 2.10 含锁存器的含锁存器的D/AD/A转换器与单片机的连接转换器与单片机的连接微机控制技术3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计图图2.102.10中，中，DAC0832 DAC0832 工作于双缓冲工作于双缓冲 方式：方式： 用用 P2.1 P2.1

41、控制控制 ， 用用 P2.0P2.0 控制控制 ， 信号同时控制信号同时控制 和和 。 锁存允许信号锁存允许信号 I ILE LE 接高电平。接高电平。RXFE2WRCSWR1WR微机控制技术分析：LELE（1 1）= CS & WR1 & I CS & WR1 & I LELELELE（2 2）= WR WR2 2 & & RXFE分析：LELE（1 1）= CS & WR1 & I CS & WR1 & I LELELELE（2 2）= WR WR2 2 & & RXFE 执执行行 MOVX D

42、PTR, A MOVX DPTR, A 中中LE(1) = 1,LE(1) = 1,指令指令执执行完行完毕毕，LE(1) = 0LE(1) = 0P2.1= 0P2.1= 0P2.0= 1P2.0= 1 执执行行 MOVX DPTR, A MOVX DPTR, A 中中LE(1) = 1,LE(1) = 1,指令指令执执行完行完毕毕，LE(1) = 0LE(1) = 0P2.1= 0P2.1= 0P2.0= 1P2.0= 13. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计设设: : 第一级地址为第一级地址为 0FDFFH0FDFFH，第二级地址为，第二级地址为 0FEFFH0FE

43、FFH， 则完成则完成 图图2.10 2.10 所示的所示的 D/A D/A 转换程序为：转换程序为： STARTSTART： MOV DPTRMOV DPTR，#0FDFFH #0FDFFH ；建立；建立D/AD/A转换器地址指转换器地址指针针 MOV AMOV A， #nnH #nnH ；待转换的数字量送；待转换的数字量送A A MOVX DPTR MOVX DPTR，A A ；输出；输出D/AD/A转换数字量转换数字量 INC DPH INC DPH ；求第二级地址；求第二级地址 MOVX DPTR MOVX DPTR ，A A ；完成；完成D/AD/A转换转换微机控制技术3. 8 位

44、D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计图图2.10 2.10 加以改动加以改动: : 将将 P2.0 P2.0 接到和两个控制端，接到和两个控制端，P2.1P2.1不用，即可实现不用，即可实现 单缓冲方式。单缓冲方式。 只要执行上述程序段中的前只要执行上述程序段中的前 3 3 条指令，便可同时条指令，便可同时 打开两级数据寄存器，完成打开两级数据寄存器，完成 D/AD/A 转换。转换。 在无特殊要求时，尽量采用单缓冲形式。在无特殊要求时，尽量采用单缓冲形式。 只有在要求同时输入两个或两个以上数据的情况只有在要求同时输入两个或两个以上数据的情况 下，才需要采用两级缓冲的形式下，才需要采

45、用两级缓冲的形式。微机控制技术单缓单缓冲方式接线图线图222 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术 增加增加 D/A D/A 转换器的位数可提高转换精度，转换器的位数可提高转换精度， 更高位数更高位数 D/A D/A 转换器的原理与转换器的原理与 8 8 位位 D/AD/A 转换器基本一样转换器基本一样, , 不同的是在与微型机进行接口时，不同的是在与微型机进行接口时， 数据要分两次或三次输入。数据要分两次或三次输入。微机控制技术222 高于8位D/A转换转换器及其接口技术术1 11212位位 D/A D/A 转换器转换器 AD667AD6672. 2. 高于高于 8 8位位 D/A D/A

46、 转换器及其接口转换器及其接口112位 D/A 转换转换器 AD6671 11212位位 D/A D/A 转换器转换器 AD667 (AD667 (图图2.11)2.11) 片内含两级数据输入锁存器，片内含两级数据输入锁存器， 建立时间短和精度高的特点。建立时间短和精度高的特点。 总线逻辑由总线逻辑由4 4个独立寻址的锁存器组成。个独立寻址的锁存器组成。 分为两级，第一级分为两级，第一级: :包括包括 3 3个个 4 4 位寄存器，位寄存器， 第二级第二级:12:12位位 D/AD/A 转换器转换器。 微机控制技术可以方便的可以方便的 与与4 4位位、8 8位位、1212位位、1616位位微型

47、机接口微型机接口避免产生虚假的模避免产生虚假的模拟量输出拟量输出112位 D/A 转换转换器 AD667图图2.11 AD6672.11 AD667的原理结构图的原理结构图微机控制技术112位 D/A 转换转换器 AD667表表2.7 AD667 2.7 AD667 真值表真值表A1A2A3A4操 作 1 无操作 1 1 1 1 无操作 01 1 1 0选通第一级低四位寄存器 01 1 01 选通第一级中四位寄存器 01 01 1 选通第一级高四位寄存器 001 1 1 从第一级向第二级置数 00000所有锁存器均透明 CS微机控制技术允允许两个许两个及以上寄存器及以上寄存器同同时时被被选选通

48、通A1A2A3A4操 作 1 无操作 1 1 1 1 无操作 01 1 1 0选通第一级低四位寄存器 01 1 01 选通第一级中四位寄存器 01 01 1 选通第一级高四位寄存器 001 1 1 从第一级向第二级置数 00000所有锁存器均透明 CS2. 高于 8位 D/A 转换转换器及其接口2. 2. 高于高于 8 8位位 D/A D/A 转换器及其接口转换器及其接口【例】以【例】以 AD667 AD667 为例为例 介绍介绍 1212位位 D/AD/A转换器与转换器与 8031 8031 的接口连接的接口连接 及程序设计的方法。及程序设计的方法。 微机控制技术2. 高于 8位 D/A 转

49、换转换器及其接口图图2.12 122.12 12位位D/AD/A转换器转换器AD667AD667与与80318031的接口的接口 微机控制技术2. 高于 8位 D/A 转换转换器及其接口（1 1）硬件电路设计）硬件电路设计 AD667 AD667 由两级缓冲器组成。由两级缓冲器组成。 8031 8031为为8 8位机。位机。 待转换的数字量分低待转换的数字量分低 8 8 位和高位和高 4 4 位两步传入位两步传入 AD667 AD667。 由由 P2 P2口产生的高口产生的高 8 8 位地址信息位地址信息, , 经经 74LS138 74LS138 产生产生 AD667 AD667 的片选信号

50、的片选信号 由由 P2.1P2.1、P2.0 P2.0 控制输入寄存器的选通信号。控制输入寄存器的选通信号。微机控制技术 各寄存器的地址分析各寄存器的地址分析 G1 C B AG1 C B AP2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0P2.7 P2.6 P2.5 P2.4 P2.3 P2.2 P2.1 P2.0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 10 1 低低8 8位寄存器位寄存器 1 0 1 0 高高4 4位和位和1212位位D/ D/ A A转换器转换器 2. 高于 8位 D/A 转换转换器及其接口（2 2）软件设计）软件设计 地址确定

51、地址确定 将低将低 8 8 位地址设为位地址设为 0FFH0FFH 则则 AD667 AD667 的地址为的地址为 81FFH 81FFH 和和 82FFH82FFH。 将数据分批传送将数据分批传送: : 先将待传送的数据按照要求的格式排列好，先将待传送的数据按照要求的格式排列好， 并存放在以并存放在以 DATA DATA 为首地址的内部为首地址的内部 RAM RAM 中中。 编程编程微机控制技术2. 高于 8位 D/A 转换转换器及其接口图图2.12 2.12 所示的所示的 1212位位 D/A D/A 转换程序：转换程序：MOV R0MOV R0，#DATA #DATA ；建立数据存放地址

52、指针；建立数据存放地址指针MOV DPTRMOV DPTR，#81FFH #81FFH ；建立；建立D/AD/A地址指针地址指针MOV AMOV A，R0 R0 MOVX DPTR MOVX DPTR ，A A ；传送低；传送低8 8位数据位数据INC DPH INC DPH ；修改；修改D/AD/A地址地址INC R0 INC R0 ；指向高；指向高4 4位数据存放的位数据存放的RAMRAM单元单元MOV AMOV A，R0 R0 ；取高；取高4 4位数据位数据MOVX DPTR MOVX DPTR ，A A ；传送高；传送高4 4位数据及进行位数据及进行1212位位D/AD/A转转换换微机

53、控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术 模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。模拟量输入通道的任务是将模拟量转换成数字量。 能够将模拟量转换成数字量称为模一数转换器，能够将模拟量转换成数字量称为模一数转换器，简称简称 A AD D 转换器。转换器。微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术A AD D转换器的种类转换器的种类: :（1 1）按转换原理分）按转换原理分 计数器式计数器式 结构简单，转换速度慢，现在基本不用。结构简单，转换速度慢，现在基本不用。 双积分式双积分式 精度高，抗干扰能力强，但速度较慢，精度高，抗干扰能力强，但速度较慢

54、， 常用于数字电压表。常用于数字电压表。 逐次逼近型逐次逼近型 速度较快，结构比较简单，速度较快，结构比较简单， 是计算机系统中应用最多的一种。是计算机系统中应用最多的一种。 并行并行 A/D A/D 速度最快，但结构复杂，价钱贵，速度最快，但结构复杂，价钱贵， 一般用于军事。一般用于军事。微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术 V/F V/F 变换变换 结构简单，成本低，精度高，适合于远程应用。结构简单，成本低，精度高，适合于远程应用。（2 2）按位数来分，有）按位数来分，有 8 8 位，位，10 10 位、位、12 12 位、位、16 16 位等。位等。 位数越

55、高，其分辨率也越高，但价格也越贵。位数越高，其分辨率也越高，但价格也越贵。（3 3）按结构分）按结构分 单一的单一的 A AD D 转换器转换器 ( (如如 ADC 0801ADC 0801、AD673 AD673 等等) ) 内含多路开关的内含多路开关的 A AD D 转换器转换器 ( ( 如如ADC0809ADC0809，AD7581 )AD7581 ) 均带有均带有8 8路多路开关路多路开关 ) )。 多功能多功能 A AD D 转换芯片转换芯片( ( 如如 AD 363 )AD 363 ) 内设内设16 16 路多路开关路多路开关、数据放大器数据放大器、S SH H、12 12 位位

56、A AD D。微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术（4 4）按输出方式分）按输出方式分 串行串行 A/D A/D 转换器转换器 ( (如如 MAX195 )MAX195 ) 并行并行 A/D A/D 转换器转换器 ( (如如 ADC 0809 )ADC 0809 )微机控制技术2. 3 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术2.3.1 8 2.3.1 8 位位A/DA/D转换器转换器2.3.2 82.3.2 8位位A/DA/D转换器接口技术转换器接口技术2.3.3 82.3.3 8位位A/DA/D转换器程序设计转换器程序设计2.3.4 2.3.4 高于高于8

57、 8位位A/DA/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术2.3.5 2.3.5 串行串行A/DA/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术2. 31 8 位A/D转换转换器 多通道多通道 A/D A/D 转换器转换器 ADC0808/0809ADC0808/0809 内含内含: 8 : 8 位位 A/DA/D 转换电路转换电路 ( ( 逐次逼近型逐次逼近型 ) ) 8 8 路多路开关路多路开关 地址译码器、锁存器地址译码器、锁存器 输出数据锁存器输出数据锁存器 具有较高的转换速度和精度 受温度影响较小 能较长时间保证精度 重现性好 功耗较低微机控制技术市售市售产产品品还还有有: :AD7581

58、(AD7581 (含含 8 8 路多路路多路开关开关) )ADC0816/0817 (ADC0816/0817 (含含 16 16 路多路路多路开关开关) )等等微机控制技术图图2-13 AD0808/08092-13 AD0808/0809原理原理图图0 01 10 02. 31 8位A/D转换转换器（1 1）电路组成及转换原理）电路组成及转换原理 八通道多路模拟开关。八通道多路模拟开关。 控制控制 C C、B B、A A 和地址锁存允许和地址锁存允许 ALE ALE 端子，端子， 可使其中一个通道被选中。可使其中一个通道被选中。 逐次逼近型逐次逼近型 A/D A/D 转换器转换器 组成组成

59、: :比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、比较器、控制逻辑、输出锁存缓冲器、 逐次逼近寄存器以、逐次逼近寄存器以、 开关树组、开关树组、256R256R梯型解码网络梯型解码网络微机控制技术D/AD/A2. 31 8位A/D转换转换器 控制逻辑控制逻辑 控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取控制逐次逼近寄存器从高位到低位逐次取 “ “1”1”， 将此数字量送到开关树组（将此数字量送到开关树组（8 8位），位）， 用以控制开关用以控制开关 K7 K7K0 K0 是否与参考电平相连。是否与参考电平相连。 参考电平经参考电平经 256R 256R 梯型电阻网络梯型电阻网络 输出一个模拟电压输出一个模拟电压

60、 V VC C。 V VC C 与输入模拟量与输入模拟量 V VX X 在比较器中进行比较。在比较器中进行比较。 当当 V VC C V VX X 时，该位时，该位 D Di i0 0； 若若 V VC CVVX X ，则，则 D Di i1 1，且一直保持到比较结束。，且一直保持到比较结束。 从从 D D7 7D D0 0 比较比较 8 8 次，逐次逼近寄存器中的数字量，次，逐次逼近寄存器中的数字量， 此数字量送人输出锁存器，此数字量送人输出锁存器， 同时发出转换结束信号同时发出转换结束信号 ( EOC=1 )( EOC=1 )。微机控制技术A/D A/D 转换转换是在是在 D/A D/A 基基础础上上实现实现的的2. 31 8 位A/D转换转换器（2 2）ADC0808/08