第八章模拟输入输出接口

1、1第8章 模拟量输入输出接口2主要内容：n模拟量输入输出通道的组成nD/A转换器的工作原理、连接及编程nA/D转换器的工作原理、连接及编程3模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道8.1 8.1 模拟量的输入输出通道4模拟量的输入通道n传感

2、器（传感器（Transducer）n非电量非电量电压、电流电压、电流 n变送器（变送器（Transformer）n转换成标准的电信号转换成标准的电信号n信号处理（信号处理（Signal Processing）n放大、整形、滤波放大、整形、滤波n多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer）n多选一多选一n采样保持电路（采样保持电路（Sample Holder，S/H）n保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变nA/D变换器（变换器（A/D Converter）n模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量5模拟量的输出通道nD/A变换器（变换器（D/A Converter）n数字量转换为模拟

3、量数字量转换为模拟量n低通滤波低通滤波n平滑输出波形平滑输出波形n放大驱动放大驱动n提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流6模拟量输入输出应用案例n水泥厂增湿塔出口温度控制系统水泥厂增湿塔出口温度控制系统7掌握：nD/AD/A变换器的工作原理变换器的工作原理nD/AD/A变换器的主要技术指标变换器的主要技术指标nDAC0832DAC0832的三种工作模式的三种工作模式nDAC0832DAC0832的应用的应用8.2 8.2 数数/ /模（模（D/AD/A）变换器）变换器88.2.1 D/AD/A变换器的工作原理n组成：组成：n模拟开关模拟开关n电阻网络电阻网络n运算放大器运算放大器V

4、refRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量9基本变换原理n当运放的放大倍数足够大时，输出电压当运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输与输入电压入电压Vin的关系为：的关系为：VinRf VOR 10n若输入端有若输入端有n个支路个支路, 则输出电压则输出电压VO与输入电与输入电压压Vi的关系为：的关系为：VinRf VOR1Rnn令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令并令Vin为一基准为一基准电压电压Vref，则有，则有n如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关Si控制，控制，Si=1表示表示Si合合上，上，Si=0表示表示Si断开，则上式变换为

5、断开，则上式变换为 nn0frefrefiii=1i=1f11V = -RV= -V2 R2n0irefii=11V = -SV2若Si=1,该项对VO有贡献若Si=0,该项对VO无贡献12n=8的权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8权电阻网络13n如果用如果用8 8位二进制代码来控制图中的位二进制代码来控制图中的S S1 1S S8 8(D(Di i=1=1时时S Si i闭合；闭合；D Di i=0=0时时S Si i断开断开) )，则不同的二进制代码，则不同的二进制代码就对应不同输出电压就对应不同输出电压V VO O；

6、n当代码在当代码在0 0FFHFFH之间变化时，之间变化时，V VO O相应地在相应地在 0 0(255/256)V(255/256)Vrefref之间变化；之间变化；n为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/AD/A转换器采用转换器采用R-2RR-2R T T形电阻网络形电阻网络，它只用两种，它只用两种阻值的电阻阻值的电阻(R(R和和2R)2R)。T形电阻网络倒T型电阻网络178.2.2 主要技术指标n分辨率（分辨率（Resolution）n输入的二进制数每输入的二进制数每1个最低有效位个最低有效位 (LSB)使输出使输出变化的程度。变化的程度。

7、LSB: Least Significant Bit( LSB: Least Significant Bit(最低有效位最低有效位) ) MSB MSB：Most Significant Bit (Most Significant Bit (最高有效位最高有效位) ) FSR: Full Scale Range FSR: Full Scale Range ( (满量程满量程) )n分辨率表示方法：分辨率表示方法：n可用输入数字量的位数来表示，如可用输入数字量的位数来表示，如8位、位、10位等；位等；n也可用一个也可用一个LSB （Least Significant BitLeast Signi

8、ficant Bit）使输出变使输出变化的程度来表示。化的程度来表示。18分辩率例n一个满量程为一个满量程为5V的的10位位D/A变换器，变换器，1 LSB的的变化所引起输出模拟量的变化为：变化所引起输出模拟量的变化为： 5/(210-1) = 5/1023 = 0.04888V = 48.88mV19转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差实际输出值与理论值之间的最大偏差n影响转换精度的因素：影响转换精度的因素： 分辩率分辩率 电源波动电源波动 温度变化温度变化 20转换时间n从开始转换到与满量程值相差从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB1/2 LSB所对所对应的模拟量所需要的时

9、间应的模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL218.2.3 典型D/AD/A转换器DAC0832DAC0832特点：特点：n8位电流输出型位电流输出型D/A转换器转换器nT型电阻网络型电阻网络n差动输出差动输出22主要引脚功能输入寄存器控制信号：输入寄存器控制信号：nD D7 7D D0 0：输入数据线：输入数据线nILEILE：输入锁存允许：输入锁存允许nCSCS：片选信号：片选信号nWRWR1 1：写输入锁存器：写输入锁存器23DAC0832内部结构 D0D0D7D7：8 8位数据总线，完成数字量位数据总线，完成数字量D D输入。输入。 CSCS：片选信号（输入），低电平有效。

10、片选信号（输入），低电平有效。 I Iout1out1和和Iout2Iout2：电流输出电流输出“1”1”和电流输出和电流输出“2”2”。当数据为全。当数据为全“1”1”时，时，Iout1Iout1输出电流最大；为全输出电流最大；为全“0”0”时输出电流最小时输出电流最小。I Iout1out1 +I +Iout2out2= =常数常数。主要引脚功能 ILEILE：数据锁存允许信号（输入），高电平有效。：数据锁存允许信号（输入），高电平有效。 WR1WR1、WR2WR2：WR1WR1是第是第1 1写输入信号，写输入信号，WR2WR2是第是第2 2写输入信号，均写输入信号，均是低电平有效。是低电

11、平有效。WR1WR1与与ILEILE信号共同控制信号共同控制输入寄存器输入寄存器；WR2WR2与与XFERXFER信号合在一起控制信号合在一起控制DACDAC寄存器寄存器。 XFERXFER：数据传送控制信号数据传送控制信号( (输入输入),),低电平有效低电平有效 。 RfbRfb：内部集成反馈电阻（内部集成反馈电阻（15K15K），），DAC0832DAC0832是电流输出型是电流输出型D/AD/A转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流转换器，为得到电压的转换输出，使用时需在两个电流输出端接运算放大器，输出端接运算放大器，R Rfbfb可作为运算放大器的反馈电阻。可作为运算放大器

12、的反馈电阻。 VrefVref: :外加高精度基准电压输入端，内部电阻网络相连接，外加高精度基准电压输入端，内部电阻网络相连接，可正可负，范围为可正可负，范围为-10V-10V+10V+10V； DGNDDGND: :数字地数字地; ;AGNDAGND: :模拟地模拟地 26工作模式单缓冲模式单缓冲模式双缓冲模式双缓冲模式无缓冲模式无缓冲模式27单缓冲模式n是是使使DAC0832DAC0832的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，的两个输入寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。而另一个处于受控锁存方式。如果如果8 8位位DACDAC寄存器寄存器处于处于直通方式，应使直通方式，应

13、使WR2=0WR2=0和和XFER=0XFER=0。可把这两个信号固定。可把这两个信号固定接地。把接地。把WR1WR1接接80868086的的WRWR，ILEILE接高电平，接高电平，CSCS接高位地接高位地址线或地址译码输出，由单片机控制输入寄存器。址线或地址译码输出，由单片机控制输入寄存器。+-Voport数 据 线地址译码PC总线IOWA0A9D0D7+5VCSDAC0832DI0DI7IOUT1IOUT2RFBXFER WR2WR1ILE单缓冲工作方式 : 输入寄存器工作于受控状态DAC寄存器工作于直通状态单缓冲模式连接图129PC 总线I/O写时序A15A0CLKIOWT4T1T2T

14、3TwD7D0port转换一个数据的程序段：MOV AL, data ;取数字量MOV DX, portOUT DX, ALD/A转换IOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&输入寄存RFB-+VoIOWA9A0D7D0+5VPC总线port地址译码DAC寄存30port数 据 线地址译码PC总线IOWA0A9D0D7+5VXFERDAC0832DI0DI7+-VoIOUT1IOUT2RFBCS WR1WR2ILE单缓冲工作方式 : 输入寄存器工作于直通状态DAC寄存器工作于受控状态31PC 总线I/O写时序A15A0CLKIOWT4T1T2T3

15、TwD7D0port转换一个数据的程序段：MOV AL, data ;取数字量MOV DX, portOUT DX, ALIOUT2DI7DI0LECSWR1ILE&输入寄存VoD7D0+5VPC总线portWR2IOWA9A0XFERD/A转换LEIOUT1RFB-+DAC寄存地址译码&32双缓冲模式（标准模式）n对输入寄存器和对输入寄存器和DACDAC寄存器均需控制。寄存器均需控制。n两个步骤两个步骤： （1 1）将数据写入输入寄存器；）将数据写入输入寄存器； （2 2）将输入寄存器的内容写入）将输入寄存器的内容写入DACDAC寄存器寄存器n此时芯片占用两个端口地址。此时芯

16、片占用两个端口地址。n优点：优点：n数据接收与数据接收与D/AD/A转换可异步进行；转换可异步进行；n可实现多个可实现多个DACDAC同步转换输出。同步转换输出。n分时写入、同步转换。分时写入、同步转换。33工作时序写输入写输入寄存器寄存器写写DAC寄存器寄存器34转换一个数据的程序段：MOV AL, data ;取数字量MOV DX，port1OUT DX, AL ;打开第一级锁存MOV DX, port2OUT DX, AL ;打开第二级锁存IOUT2DI7DI0LECSWR1ILE&输入寄存VoD7D0+5VPC总线port2WR2IOWA9A0XFERD/A转换LEIOUT1R

17、FB-+DAC寄存地址译码&port135例例1 1 当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。方式。地址译码port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换DI7DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换DI7DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7D0A9A0IOWPC总线+5v+5v36code SEGMENT ASSUME CS: code, DS:codedatav1 DB 11h, 12h, 13h, 14h, 15h, 16h, 17h, 18h, 19h, 1Ahdatav2 DB

18、21h, 22h, 23h, 24h, 25h, 26h, 27h, 28h, 29h, 2Ahstart: MOV AX, codeMOV DS, AX LEA SI, data_v1LEA BX, data_v2MOV CX, 10next:MOV AL, SI ;取V1的数据OUT port1, AL ;打开第一片0832第一级锁存MOV AL, BX ;取V2的数据OUT port2, AL ;打开第二片0832第一级锁存OUT port3, AL ;打开两片0832的第二级锁存INC SIINC BXLOOP nextMOV AH, 4CHINT 21HcodeENDSEND sta

19、rt编程 ：将datav1和datav2处的两组数据，转换成模拟量同时输出。37例2 应用举例(调幅）计算当数字量为0CDH时的输出Vo。DAC0832PC总线数 据 线WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2DGNDCS地址译码A0A9XFERVREF-5Vport1port2转换一个数据的程序段：MOV AL, 0CDHMOV DX，port1OUT DX, ALMOV DX, port2OUT DX, AL38调幅分析： 当数字量为0FFH=255时， IOUT1 = Vo = - IOUT1 RFB= - FBREF256R255V2562

20、55 VREF所以： 当数字量为0CDH=205，VREF= -5V时： Vo = - = 4V256205VREF数据线WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2DGNDCS地址译码A0A9XFERVREF-5Vport1port239注意： Vo的输出与参考电压VREF、 以及输出的连接方法（同相还是反相）有关。数据线WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2DGNDCS地址译码A0A9XFERVREF-5Vport1port24V上例中，若VREF接的是-10V, 则 Vo = 8V -10V8V10

21、V若VREF接的是10V, 则 Vo = -8V-8V40例3 利用上例连线图，编程输出一锯齿波。tVo4V0V41调频：code SEGMENT ASSUME CS:codestart: MOV CX, 8000H ;波形个数 MOV AL, 0 ;锯齿谷值next: MOV DX, port1 ;打开第一级锁存 OUT DX, AL MOV DX, port2 ;打开第二级锁存 OUT DX, AL CALL delay ;控制锯齿波的周期 INC AL ;修改输出值 CMP AL, 0CEH ;比较是否到锯齿峰值 JNZ next ;未到跳转 MOV AL, 0 ;重置锯齿谷值 LOOP

22、 next ;输出个数未到跳转 MOV AH, 4CH ;返回DOS INT 21H；子程delay （略）code ENDS END start Vo4V0VCDH424V0VVot实际输出的波形图tVo4V0V不是43无缓冲器模式n输入寄存器和输入寄存器和DACDAC寄存器共用一个地址，同时选通输出。寄存器共用一个地址，同时选通输出。直通方式直通方式WR1=WR2=XFER=0WR1=WR2=XFER=0时，数据可以从输入端经时，数据可以从输入端经两个寄存器直接进入两个寄存器直接进入D/AD/A转换器，数字量输入后就能进行转换器，数字量输入后就能进行A/DA/D转换。转换。n不能直接与数据

23、总线连接，需外加并行接口不能直接与数据总线连接，需外加并行接口( (如如74LS37374LS373、82558255等等) )。448.3 模数（A/D）转换器nA/DA/D转换器的一般工作原理转换器的一般工作原理nA/DA/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标nA/DA/D转换器的应用转换器的应用n与系统的连接与系统的连接n数据采集程序的编写数据采集程序的编写A/DA/D转换的四个步骤转换的四个步骤: :采样采样保持保持量化量化编码编码采样采样/ /保持：由采样保持电路（保持：由采样保持电路（S/HS/H）完成完成量化量化/ /编码：由编码：由ADCADC电路完成（电路完成（ADCA

24、DC：ADAD转换器）转换器）8.3.1 8.3.1 采样和保持采样和保持n采样采样n将一个时间上连续变化的模拟量转为时间上断续变化的（离散的）将一个时间上连续变化的模拟量转为时间上断续变化的（离散的）模拟量。模拟量。n即：把时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串，脉冲串中即：把时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串，脉冲串中每个脉冲的幅度取决于采样时的输入信号的幅度。每个脉冲的幅度取决于采样时的输入信号的幅度。n保持保持n将采样得到的模拟量值保持下来，使之等于采样控制脉冲存在的将采样得到的模拟量值保持下来，使之等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。最后瞬间的采样值。n目的：目的： A/DA

25、/D转换期间保持采样值恒定不变。转换期间保持采样值恒定不变。n对于变化缓慢的信号，可省略采样保持电路对于变化缓慢的信号，可省略采样保持电路采样保持电路（采样保持电路（S/HS/H）n由由MOS管采样开关管采样开关T、保持电容保持电容CH和运放构成的跟随器三和运放构成的跟随器三部分组成。部分组成。S(t)=1S(t)=1时，时，T T导通，导通，V Vinin向向C CH H充电，充电，V VC C和和V Voutout跟踪跟踪V Vinin变化，即对变化，即对V Vinin采样。采样。S(t)=0S(t)=0时，时，T T截止，截止，V Voutout将保持前一瞬间采样的数值不变将保持前一瞬间

26、采样的数值不变。CHTVoutVin采样控制采样控制S(t)VC采样保持电路的波形采样保持电路的波形 A/D转换就是对转换就是对ti时刻时刻所保持的采样电压（每所保持的采样电压（每次采样结束时的输入电次采样结束时的输入电压）进行转换。压）进行转换。Voutt1 t2 t3 t4 t5 t6 t7 t8 tS(t)tVint采样周期的确定采样周期的确定n通常采用通常采用等时间间隔等时间间隔采样。采样。n采样频率采样频率 fS 不能低于不能低于 2fmax（ fmax 为输入信号为输入信号Vin中最高次谐波分量的频率）；中最高次谐波分量的频率）；nfS 的的上限受计算机的速度、存储容量、器件速上限

27、受计算机的速度、存储容量、器件速度、成本等条件的限制度、成本等条件的限制n实际应用中一般取实际应用中一般取 fS 为为 fmax 的的4-5倍倍8.3.2 8.3.2 量化和编码量化和编码n量化量化就是用标准量化电平的个数来表示采样的模拟电压值。就是用标准量化电平的个数来表示采样的模拟电压值。即把时间上离散而数值上连续的模拟量以一定的准确度变即把时间上离散而数值上连续的模拟量以一定的准确度变换为时间上、数值上都离散的具有标准量化级的等效数字换为时间上、数值上都离散的具有标准量化级的等效数字值。（值。（量化电平的大小取决于量化电平的大小取决于A/D变换器的字长变换器的字长）n只有当电压值正好等于

28、量化电平的整数倍时，量化后才是准确值，只有当电压值正好等于量化电平的整数倍时，量化后才是准确值，否则量化后的结果都只能是输入模似量的近似值。这种由于量化否则量化后的结果都只能是输入模似量的近似值。这种由于量化而产生的误差叫做量化误差。而产生的误差叫做量化误差。n量化误差是由于量化误差是由于量化电平的有限性量化电平的有限性造成的，属于原理性误差，只造成的，属于原理性误差，只能减小，无法消除。能减小，无法消除。n减小量化误差的根本办法是减小量化电平（即增加字长）。减小量化误差的根本办法是减小量化电平（即增加字长）。n编码编码是把已经量化的模拟数值（它是量化电平的整数倍）是把已经量化的模拟数值（它是

29、量化电平的整数倍）用二进制码、用二进制码、BCD码或其它编码来表示。码或其它编码来表示。Vint000016个量化级个量化级100010010010010001101000101011001110量化电平小量化电平小Vint0000010100111001011111108个量化级个量化级100？量化电平大量化电平大8.3.3 A/D转换器的分类n根据根据A/DA/D转换原理和特点的不同，可把转换原理和特点的不同，可把ADCADC分成分成两大类：两大类：直接直接ADCADC和和间接间接ADCADC。n直接直接ADCADC是将模拟电压直接转换成数字量，常用的是将模拟电压直接转换成数字量，常用的有

30、：有：n逐次逼近式逐次逼近式ADCADC、计数式计数式ADCADC、并行转换式并行转换式ADCADC等。等。n 间接间接ADCADC是将模拟电压先转换成中间量，如脉冲周是将模拟电压先转换成中间量，如脉冲周期期T T、脉冲频率脉冲频率f f、脉冲宽度脉冲宽度等，再将中间量变成等，再将中间量变成数字量。常见的有：数字量。常见的有：n单积分式单积分式ADCADC、双积分式双积分式ADCADC，V/FV/F转换式转换式ADCADC等。等。各种ADC的优缺点n计数式计数式ADC：最简单，但转换速度最慢。最简单，但转换速度最慢。n并行转换式并行转换式ADC：速度最快，但成本最高。速度最快，但成本最高。n逐

31、次逼近式逐次逼近式ADC：转换速度和精度都比较高，且比较简单转换速度和精度都比较高，且比较简单，价格低，所以在微型机应用系统中最常用。，价格低，所以在微型机应用系统中最常用。n双积分式双积分式ADC：转换精度高，抗干扰能力强，但转换速度转换精度高，抗干扰能力强，但转换速度慢，一般应用在精度高而速度不高的场合，如测量仪表。慢，一般应用在精度高而速度不高的场合，如测量仪表。nV/F转换式转换式ADC：在转换线性度、精度、抗干扰能力等方面在转换线性度、精度、抗干扰能力等方面有独特的优点，且接口简单、占用计算机资源少，缺点也是有独特的优点，且接口简单、占用计算机资源少，缺点也是转换速度慢。在一些输出信

32、号动态范围较大或传输距离较远转换速度慢。在一些输出信号动态范围较大或传输距离较远的低速过程的模拟输入通道中应用较为广泛。的低速过程的模拟输入通道中应用较为广泛。528.3.4 A/DA/D转换器的工作原理n逐位反馈型逐位反馈型A/D转换器转换器n类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体去逼近被称物体Vi-+逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器D/A转换器转换器Vc比较器比较器数字量输出数字量输出控制电路控制电路模拟量输入模拟量输入工作原理解释1 类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积

33、重量去逼近被称物体近被称物体。例如。例如：用用8 8个砝码个砝码2 20 0g g，2 21 1g g，2 27 7g g，可以称出，可以称出1 1255g255g之间之间的物体的物体。现有一物体，用砝码称出其重量（假定重量为。现有一物体，用砝码称出其重量（假定重量为176g176g）。1）ADCADC从高到低从高到低逐次给SARSAR的每一位“置1”（即加上不同权重的砝码），SAR相当于放法码的称盘；2）每次SARSAR中的数据经D/AD/A转换为电压V VC C ；3）V VC C与输入电压V Vi i比较，若V VC CVVi i，保持当前位的1，否则当前位置0；4）从高到低逐次比较下去

34、，直到SARSAR的每一位都尝试完；5）SARSAR内的数据就是与V Vi i相对应的2进制数。54T1T8T7T6T5T4T3T2.52.53.754.3754.694.844.734.8050时钟A/D启动A/D结束Vi/Vt工作原理解释255如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123的AD转换.具体过程如下： 当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“0”； 当第一个 T1 到来，逐次逼近寄存器 最高位D7置“1”， 8位D/A转换器输入为10000000B， 输出Vo为满度的一半5V，即满量值的128/255。 若VoVi，比较器输出低电平， 控制电路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(

35、反之，置“1”)； 56当第二个 到来，逐次逼近寄存器D6位置“1”， D/A转换器的数字量输入为01000000B， 输出电压为2.5V，VoVi，D 7=0V0Vi，D 7=0010000002.5V0Vi，D 6=1V0Vi，D 6=1011000003.75V0Vi ，D 5=1V0Vi ，D 5=1011100004.375V0Vi ，D 4=1V0Vi ，D 4=1011110004.69V0Vi ，D 3=1V0Vi，D 2=0V0Vi，D 2=0011110104.76V0Vi ，D 1=1V0Vi ，D 1=1011110114.80V0Vi ，D 0=1V0Vi ，D 0=

36、10 0646464+32=9664+32=9664+32+16=11264+32+16=11264+32+16+8=12064+32+16+8=12064+32+16+8=12064+32+16+8=12064+32+16+8+2=12264+32+16+8+2=12264+32+16+8+2+1=12364+32+16+8+2+1=123主要技术指标n精度精度 n量化间隔量化间隔( (分辨率分辨率) = ) = V Vmaxmax/ /电平数电平数( (即满量程即满量程值，值，2n-1）例：某例：某8 8位位ADCADC的满量程电压为的满量程电压为5V5V，则其分辨率为，则其分辨率为 5V

37、/255=19.6mV 5V/255=19.6mV n量化误差量化误差: : 用数字（离散）量表示连续量时，由于数字用数字（离散）量表示连续量时，由于数字量量字长有限字长有限而无法精确地表示连续量所造成的误差。而无法精确地表示连续量所造成的误差。( (字字长越长，精度越高长越长，精度越高) )绝对量化误差绝对量化误差 = = 量化间隔量化间隔/2 = (/2 = (满量程电压满量程电压/(2/(2n n-1)/2-1)/2相对量化误差相对量化误差 = 1/2 = 1/2 * * 1/ 1/量化电平数目量化电平数目 * * 100%100%例：满量程电压例：满量程电压=10V=10V，A/DA/

38、D变换器位数变换器位数=10=10位，则位，则 绝对量化误差绝对量化误差 10/2 10/21111 = 4.88mV = 4.88mV 相对量化误差相对量化误差 1/2 1/21111 * *100% = 0.049%100% = 0.049%n转换时间转换时间转换一次需要的时间。精度越高（字长越长），转换速转换一次需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。度越慢。n输入动态范围输入动态范围允许转换的电压的范围。如允许转换的电压的范围。如05V、-5V+5V、 010V等。等。608.4 典型的A/DA/D转换器AD0809n8通道（通道（8路）输入路）输入n8位字长位字长 n逐位逼近

39、型逐位逼近型n转换时间转换时间100s n内置三态输出缓冲器内置三态输出缓冲器61主要引脚功能nD7D7D0D0：输出数据线（三态）：输出数据线（三态）nIN0IN0IN7IN7：8 8通道（路）模拟输入通道（路）模拟输入nADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC：通道地址：通道地址nALEALE：通道地址锁存：通道地址锁存nSTARTSTART：启动转换：启动转换nEOCEOC：转换结束状态输出：转换结束状态输出nOEOE：输出允许（打开输出三态门）：输出允许（打开输出三态门）nCLKCLK：时钟输入（：时钟输入（10KHz10KHz1.2MHz1.2MHz）62内部结构IN7I

40、N08个个模模拟拟输输入入通通道道START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-)ADDCADDBADDAALE比较器比较器8路模路模拟开拟开关关逐位逼近寄存器逐位逼近寄存器SAR树状开关树状开关电阻网络电阻网络三态三态输出输出锁存锁存器器时序与控制时序与控制地址地址锁存锁存及及译码译码D/A8选选163工作时序64ADC0809的工作过程把把通道地址送到通道地址送到ADDAADDAADDCADDC上，选择一个模拟输入；上，选择一个模拟输入；在通道地址信号有效期间，在通道地址信号有效期间，ALEALE上的上的上升沿上升沿使该地址锁存使该地址锁存到内部地址锁存器；到内部地址

41、锁存器；STARTSTART引脚上的引脚上的下降沿下降沿启动启动A/DA/D变换；变换；变换开始后，变换开始后，EOCEOC引脚呈现引脚呈现低电平低电平，EOCEOC重新变为重新变为高电平高电平时时表示转换结束；表示转换结束；OEOE信号打开信号打开输出锁存器的三态门送出结果。输出锁存器的三态门送出结果。65ADC0809的工作流程 送通道地址送通道地址通道地址锁存通道地址锁存启动启动A/D变换变换转换结束否？转换结束否？送送OE开门信号开门信号读取转换结果读取转换结果YN66判断转换结束的方法n软件延时等待软件延时等待（比如延时（比如延时120us）n此时不用此时不用EOC信号，信号，CPU

42、效率最低效率最低n软件查询软件查询EOCEOC状态。状态。n把把EOCEOC作为中断申请信号作为中断申请信号，接到，接到8259的的IN端。端。n在中断服务程序中读入转换结果，效率较高在中断服务程序中读入转换结果，效率较高67ADC0809的应用n芯片与系统的连接芯片与系统的连接n通常情况下需要经数字接口与系统连接通常情况下需要经数字接口与系统连接n编写相应的数据采集程序编写相应的数据采集程序n从数据采集到存储从数据采集到存储（1）单路输入 模拟信号可连接到任何一个输入端； 根据输入端的连接将地址线接固定电平。（2）多路输入 输入信号分别连接到不同的输入端； 使用通道地址编号选择要转换哪一路输

43、入（动态选择）。多路输入时多路输入时ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入输入0输入输入1输入输入2输入输入3输入输入4CPU指定指定通道号通道号单路输入时单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入输入+5VADC0809ADC0809接口电路设计接口电路设计模拟量输入n地址锁存信号地址锁存信号ALE和启动转换信号和启动转换信号STARTn独立连接独立连接：用两个信号分别进行控制：用两个信号分别进行控制需占用两个需占用两个I/O端口端口或两个或两个I/O线线(用用8255时时)；n统一连接统一连接：用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存、下降沿实：

44、用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存、下降沿实现启动转换现启动转换只需占用一个只需占用一个I/O端口或一个端口或一个I/O线线(用用8255时时) 。 ADC0809ALESTART独立连接独立连接来自来自I/O译码译码1来自来自I/O译码译码2ADC0809ALESTART统一连接统一连接来自来自I/O译码译码 n转换结束信号线转换结束信号线EOC的连接方法的连接方法n软件延时软件延时 (比如延时比如延时1ms)不用不用EOC信号信号nCPU效率低，只能按最大转换时间延时，兼容性差效率低，只能按最大转换时间延时，兼容性差n简单，容易实现简单，容易实现n查询查询EOC状态状态nEOC通过一个三态

45、门连到数据总线通过一个三态门连到数据总线n三态门要占用一个三态门要占用一个I/O端口地址端口地址nCPU效率低，兼容性好效率低，兼容性好n把把EOC作为中断申请信号作为中断申请信号，向，向CPU申请中断申请中断n在中断服务程序中读入转换结果在中断服务程序中读入转换结果nCPU效率高，兼容性好效率高，兼容性好71数据采集程序流程 初始化初始化 送通道地址送通道地址送送ALE信号信号送送START信号信号读读EOC状态状态送读允许送读允许OE信号信号EOC=1？读转换结果读转换结果采集结束否？采集结束否？NY结结 束束Y送下一路通道地址送下一路通道地址 （1）（1）ND0A15-A0IOR#IOW#D7-D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA译译码码器器ADC0809模拟信模拟信号输入号输入IN0A/DA/D转换器应用例1 1（查询方式）（查询方式）进行一次进行一次A/DA/D转换的程序段转换的程序段n用延时等待的方法用延时等待的方法MOVMOV