接口_第9章AD与DA转换器接口

1、第第9 9章章 A/DA/D与与D/AD/A转换器接口转换器接口9.1 模拟量接口 在计算机应用系统中，采集对象往往是连续变化的物理量，因此需要对连接变化的物理量进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理。计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件。 A/D转换器完成模拟量数字量的转换 D/A转换器完成数字量模拟量的转换下图是一个实时控制系统：控制对象微机系统传感器执行部件ADCDAC功放运放模拟量模拟量数字量数字量下图是一个分时数据传输系统：模拟输入模拟输出ADCDAC驱动器接收器多路扫描器多路扫描器传输线9.1 A/D转换器 A/D转换器就是把模拟量转换成数字量的过

2、程。数字量便于计算机的处理，是自动控制过程的重要步骤。 A/D转换的原理很多,常见的有双积分式、逐次逼近式、计数式等。输出码制有二进制、BCD码等；输出数据宽度（二进制）有8位、12位、16位、20位等。1、A/D转换器的主要技术指标l分辨率 指A/D转换器能够把模拟量转换成二进制的位数。例：用1个10位ADC转换一个满量程为5V的电压,则可能分辨的最小电压率为5000mV/1024=5mV。若模拟输入值小于5mV，则ADC无反映，输出保持不变。 可见，ADC的数字量输出位数越多，其分辨率就越高。当分辩率大于微机系统数据总线宽度时，每次转换都需要两次数据的传输。l 转换时间 从转换启动开始到转

3、换结束，得到稳定的数字量输出所需要的时间。 转换时间的快慢将会影响ADC接口与CPU交换数据的方式。对于低中速的ADC一般采用查询或中断方式，对于高速的ADC应采用DMA方式。2、A/D转换器的外部特性任何一种A/D转换器一般具有以下信号线：l 模拟信号输入线，有单通道与多通道之分。l 数字量输出线，线的数目决定了分辨率。l 转换启动线（输入），每次启动只能转换一次 数据。l 转换结束线（输出），表示ADC作一次转换结 束的状态。9.3 A/D转换器与CPU接口的原理和方法1、A/D转换器与CPU的连接l ADC的启动信号 有脉冲启动和电平启动两种。l ADC的输入信号 有单通道和多通道之分。

4、l ADC的输出信号 ADC输出是否有锁存； ADC的分辨率是否与系统数据总线一致。l ADC的转换结束信号 作为查询和中断的依据。2、A/D转换器数据传输 数据的传送可采用查询、中断和DMA方式。不同的方式的电路组成和编程方法不同。A/D采集的速度取决于： A/D转换器的转换时间T； 将数据存入内存所需要的数据传输时间。 则采集数据的频率上限为： f0 =1/(T+ )上述几种方法采集数据的速度是： 查询 中断 DMA方式高低9.4 A/D转换器接口设计1、A/D转换器接口设计方案的分析 ADC的模拟量输入是否是多通道？ ADC分辨率是否大于系统数据总线的宽度？ ADC内部是否有三态输出锁存

5、？ ADC的启动是电平启动还是脉冲启动？ ADC转换的数据采用哪种传输方式？ ADC转换的数据要进行怎么样的处理？ ADC接口采用什么元器件组成？2、A/D转换器的接口设计例9.1 查询方式的ADC接口电路设计l 要求 利用ADC0804采集100个数据，采集的数据以查询方式传输到内存BUFR区。接口电路采用普通IC芯片组成。 l 分析 ADC0804是单个模拟量输入； ADC0804的分辨率为8位，并具有三态输出锁存器； ADC0804的启动方式为脉冲启动； 数据传输方式为查询方式。 l 硬件电路：l 软件流程图：程序如下：DATA SEGMENTSTART_P EQU 310H; 转换启动

6、端口 STATE_P EQU 311H; 状态端口 DATA_P EQU 310H; 数据端口 BUFR DB 100（0） DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA BEGIN:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV SI,OFFSET BUFR; 缓冲区指针 MOV CX,100; 采样次数 START:MOV DX,START_P; 启动转换 MOV AL,00H;（可以是其它值） OUT DX,AL；使CS和WR同时有效 WAIT1:MOV DX,STATE_P; 查转换结束 IN AL,DX AND AL,80H; 查D7=0

7、（INTR=0？） JNZ WAIT1; 未结束，等待 MOV DX,DATA_P; 已结束，读数据 IN AL,DX MOVSI,AL; 数据传输到BUFR区 INC SI；缓冲区地址加1 DEC CX; 采样次数减1 JNZ START; 未完，继续启动 MOV AX,4C00H; 已完，退出 INT 21H CODE ENDS END BEGIN 例9.2 中断方式的ADC接口设计l 要求 采用ADC0809，从通道7采集100个数据，采集的数据以中断方式传输到内存缓冲区，并将转换结束信号EOC连到IRQ4上，请求中断。l 分析 要实现上述设计要求，至少有3个方面的问题需要考虑： 被控对

8、象ADC0809的特性； 接口电路结构形式； 中断处理。 ADC0809外部特性ADC0809内部逻辑原理图CLOCK START通道选择开关通道地址锁存和译码定时和控制逐次逼近寄存器输出三态锁存器开关树组比较器IN0IN1 IN7ADDAADDBADDCALE VR（+） VR（-） D0D1D7EOCOE 模拟输入 数字输出A/D 转换结束 启动转换 输出允许 通道选择地址 通道地址锁存ADC0809的时序图 接口电路结构形式 采用可编程接口芯片82C55A 中断处理 本例题是利用微机系统的中断资源，故不需做中断系统的硬件连接和82C59A的初始化。只需做两件事：l 中断向量的修改（IRQ

9、4）；l 开放IRQ4的中断和CPU中断。 l 硬件设计。 本接口电路应能提供如下信号: ADC0809模拟量通道号选择信号 启动信号 读数据允许信号 EOC的中断请求:直接连到系统总线的IRQ4上。82C55A的4个端口地址是: 300H（A口）、301H（B口）、302H（C口）、 303H（命令口）。 由82C55A接口芯片实现中断方式的ADC接口电路原理l 软件设计通道7的数据采集相关程序段：MOVDX，303H；82C55初始化,A口输出（为锁地址）MOVAL，80HOUTDX，ALMOVAL，0EH；置PC7=0，使START和ALE无效OUTDX，ALMOVAL，0CH；置PC6

10、=0，使OE无效OUTDX，ALMOV DX，300H；锁通道地址MOVAL，07HOUTDX，ALMOVAX，350CH；获取IRQ4的中断向量并保存INT21HMOVOLD_OFF，BXMOVBX，ESMOVOLD_SEG，BXCLIMOVAX，250CH；置新中断向量MOVDX，SEG A_DMOVDS，DXMOVDX，OFFSET A_DINT21HMOVAX，DATA；恢复数据段MOVDS，AXSTIINAL，21H；开放IRQ4ANDAL，0EFHOUT21H，ALMOVCX，100；设置采集字节数MOVSI，OFFSET BUFF；设置内存指针MOVDX，303H；82C55初始

11、化,A口输入MOVAL，90HOUTDX，ALBEGIN：MOVDX，303H；启动转换MOVAL，0FH；产生ALE锁存信号OUTDX，ALNOPNOPMOVAL，0EH ；产生START启动脉冲信号OUTDX，ALSTI；开中断HLT；等待中断DECCX；采样次数减1JNZBEGIN；没完，继续CLI；已完，关中断MOVAX，250CH；恢复IRQ4的原中断向量MOVDX，OLD_SEGMOVDS，DXMOVDX，OLD_OFFINT21HMOVAX，DATA；恢复数据段MOVDS，AXSTIINAL，21HORAL，10H；屏蔽IRQ4OUT21H，ALMOVAX，4C00H；返回DOS

12、INT21HA_DPROCFAR；中断服务程序PUSHAX；保护现场PUSH DXCLI；关中断MOVDX，303H；打开三态锁存器MOVAL，0DHOUTDX，AL；置PC6=1高MOVDX，300HINAL，DX；从PA口读数据MOVSI，AL；存取数据INCSI；内存地址指针加1MOVDX，303H；关闭三态锁存器MOVAL，0CHOUTDX，AL；置PC6=0低MOVAL，20H；发中断结束命令OUT20H，ALPOPDX；恢复现场POPAXSTI；开中断IRET；中断返回 A_D ENDP例9.4 DMA方式的ADC接口电路设计l 电路l初始化编程根据题意只涉及以下几个寄存器的操作：

13、 选定传送通道及工作方式（工作方式寄存器）。 设置DMA屏蔽字（屏蔽寄存器），端口=0BH。 设定传输的总字节数（字节数寄存器），端口 =03H（通道1） 设定传送的存储器地址（地址寄存器），端口 =02H（通道1） 写清除先/后触发器，端口=0CH。返回程序清单： CLI ；关中断 MOV AL，04H；命令字，禁止82C37A工作 OUT 08H，AL MOV AL，01000101B ；工作方式：单一传输方式， ；地址加1，非自动预置， ；DMA写，通道1 OUT 0BH，AL ；送入工作方式寄存器 OUT 0CH，AL ；清先/后触发器（软命令） MOV AL，03H ；页面地址（最高

14、4位地址） OUT 83H，AL ；写入DMA页面地址寄存器 MOV AL，00H ；基地址低8位 OUT 02H，AL ；低8位地址写入通道1的基与 ；当前地址寄存器 MOV AL，04H ；基地址高8位 OUT 02H，AL ；高8位地址写入通道1的基与 ；当前地址寄存器 MOV AL，0FFH ；字节数低8位 OUT 03H，AL ；字节数低8位写入通道1的基与 ；当前字节计数器 MOV AL，0FH ；字节数高8位 OUT 03H，AL ；字节数高8位写入通道1的基与；当前字节计数器 STI ；CPU开中断 MOV AL，01H ；清通道1的屏蔽位，允许DREQ1 OUT 0AH，AL

15、 ；开通道1，接收DREQ1的到来 9.5 D/A转换器1、D/A转换器的主要技术指标l 分辨率 指DAC能够把多少位二进制数转换成模拟量。例：DAC0832能够把8位二进制数转换成电流， 所以DAC0832的分辨率是8位。l 转换时间 从数字量输入到DAC完成转换所需要的时间。2、D/A转换器的外部特性DAC的外部信号线包括: 数字信号输入线； 模拟信号输出线； CS信号线和WR（或WR1，WR2）信号线（用 于形成DAC的启动转换信号）； 数据输入锁存控制线； 模拟量输出通道地址线。9.6 D/A转换器与CPU接口的原理和方法1、D/A转换器与CPU的连接 DAC与CPU的接口包括硬件连接

16、和软件编程。DAC与CPU之间的数据传输是无条件传输。 DAC接口电路的结构形式也有下列几种： 采用中小规模逻辑芯片； 利用可编程并行I/O接口芯片； 采用GAL器件。2、D/A转换器接口的主要任务D/A与A/D有很多不同之处，表现在： DAC一般不需要专门的控制信号去触发，只要 CPU把数据送到它的输入端，就开始转换。 DAC不提供转换结束状态信号。DAC主要解决的是： CPU与DAC之间的数据缓冲问题； 当D/A转换器的分辩率大于数据总线的宽度 时，CPU必须分两次传送和同时选通。3、D/A转换器的设计方案分析 DAC的模拟量输出是否是多通道？ DAC的分辨率是否大于系统数据总线的宽度？

17、DAC芯片内部是否有三态输入锁存器？ DAC的启动方式，只有脉冲触发一种。DAC不设专门的转换启动信号，是利用CS和IOW共同进行假写操作，来实现脉冲启动的。 DAC的数据传输方式，只有无条件传输一种。 DAC接口电路采用什么元器件组成？9.7 D/A转换器接口电路设计例9.5 DAC0832接口电路设计l 要求 通过DAC0832产生锯齿波和三角波，按任意键，停止输出。l 分析 DAC0832是单通道模拟量输出，不需通道选择； DAC0832有两级缓冲锁存器，它有3种工作方式： 双缓冲方式、单缓冲方式和直通方式。8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器DI7DI0ILELE1LE2CS

18、WR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模拟地 )&DGND(数字地 )VCCDAC0832引脚及内部结构：DAC0832有三种工作方式：（1）双缓冲方式（LE1和LE2分别控制）（2）单缓冲方式（其中LE1和LE2有一个直通）（3）直通方式（LE1和LE2均为直通）1：输出随输入变化0：锁存注：在DAC实际连接中，要注意区分“模拟地”和“数字地”的连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字地，而模拟量部分只能连接到模拟地。l 硬件设计硬件设计的方案很多，本例采用8255做CPU与DAC的接口，并DAC工作在直通方式DAC0832DI0-7ILECSWR1

19、WR2XFER8255APA PB4PB3PB2PB1PB0CPURfbIO1IO2-+至示波器B口输出做控制信号l 软件设计以下程序是产生三角波的程序；8255初始化MOV DX，303H ；8255的命令口MOV AL，10000000B ；8255的方式字OUT DX，AL ；指定B口控制DAC的转换MOV DX，301H ；8255A的B口地址MOV AL，00010000B ；置DAC0832为直通工作方式 OUT DX，AL ；生成三角波的循环MOV DX，300H ；8255A的A口地址MOV AL，0H ；输出数据从0开始L1：OUT DX，AL INC AL；输出数据加1 J

20、NZ L1 ；AL是否加满？未满继续 MOV AL，0FFH；已满，AL置全1L2：OUT DX，AL DEC AL；输出数据减1 JNZ L2；AL是否减到0？不为0继续 JMP L1；为0，AL加1 0FFHDAC0832双缓冲方式的典型用法：多目标的同时控制CPUDAC0832DAC0832控制点控制点被控对象 DAC0832最适合要求多片DAC同时转换的系统，下图的时序关系表示，两个数据分别用CS1和CS2锁存到两个DAC0832的输入寄存器中，最后用XFER信号的上升沿将它们同时锁存到各自的DAC寄存器中。数据1数据2数据1输入到数据2输入到1#锁存2#锁存DAC寄存器锁存DATA

21、BUSCS1CS2WR1WR2XFER用来进行同时多点的控制方法例9.6 DAC1210接口电路设计l 要求 通过ADC1210产生并输出50个方波l 分析 ADC1210的分辨率是12位，且内部有三态锁存，数据要分两次传送。DAC1210的3个端口的地址分别为： 316H（y0）：锁存高8位数据端口； 317H（y1）：锁存低4位数据端口； 318H（y2）：第2级锁存端口。8位输入锁存器4位输入锁存器12位DAC存储器12位相乘型D/A转换器LELELELSBMSBDI11 15DI10 16DI9 17DI8 18DI7 19DI6 20DI5 4DI4 5DI3 6DI2 7DI1 8DI0 9BYTE1 23 / BYTE2CS 1 WR1 2XFER 21WR2 2210 Vref14 Iout213 Iout111 Rfb24 Vcc3 AGND24 DGNDl DAC1210内部结构有两种数据对齐格式： “右对齐”：从低位对齐（先送低，后送高） “左对齐”：从高位对齐（先送高，后送低）特别注意： 设置两个锁存器，分别锁存高字节和低 字节。 同时选通两个锁存器进行D/A转换。l 硬件设计（左对