第08章 模拟量通道接口

模拟量通道接口概述D/A转换器

A/D转换器第八章模拟量通道接口

▲实时控制和数据处理时，采集的外部信号或被控对象参数往往是连续变化的模拟量。▲但是，计算机只能处理不连续的数字量。▲因此，需要数模转换A/D和D/A。第八章模拟量通道接口

图8-1微机自动测控系统的基本组成2.模拟量转换器的性能指标

第一节模拟量通道接口概述第八章模拟量通道接口

DAC（数/模转换器）

模拟量转换器分类ADC（模/数转换器）

第一节模拟量通道接口概述第八章模拟量通道接口

1)D/A转换器的主要性能指标▲分辨率：定义：D/A转换器能分辨的最小输出电压增量，常为满量程的倍。例如：10V满量程的8位DAC芯片，分辨率；

10V满量程的16位DAC芯片，分辨率。

▲转换精度

：定义：D/A转换器实际输出值和理论值的接近程度。

例如：若满量程输出理论值为10V，实际值为9.99V-10.01V，则转换精度。

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▲偏移量误差

：定义：输入数字量为0时，输出模拟量对0的偏移值，常可通过DAC的外接和电位计加以调整。

▲线性度

：定义：D/A转换器实际转换特性和理想直线间的最大偏差。通常，线性度（为分辨率）。

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2)A/D转换器的主要性能指标

▲分辨率：定义：使输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二进制的位数表示。

例如：12位ADC的分辨率就是12位，或者说分辨率为满刻度FS的。一个10V满刻度的12位ADC能分辨的输入电压变化最小值是。

▲量化误差

：定义：ADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的误差。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。

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▲偏移误差

：定义：当输入信号为0时，输出信号不为0的值称为偏移误差（或称零值误差）。假定ADC没有非线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电压值就是偏移误差。▲满刻度误差

：定义：满刻度输出数码所对应的实际输入电压与理想输入电压之差称为满刻度误差（又称增益误差）。

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▲线性度

：定义：转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差称为线性度。

▲绝对精度

：定义：在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输入与理论模拟输入之差的最大值称为绝对精度。▲转换速率

：定义：ADC的转换速率是能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。

1.D/A转换器原理▲D/A转换器实际上是把输入数字量中的每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加，即“按权展开，然后相加”。因此，D/A转换器内部必须有一个解码网络，以实现按权值分别进行D/A转换；▲解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和T型电阻网络。现代D/A转换器的解码网络大多采用T型电阻网络。

●为了说明T型电阻网络原理，现以4位D/A转换器为例加以介绍。如图8-2所示

第二节D/A转换器

第八章模拟量通道接口

第二节D/A转换器

第八章模拟量通道接口

图8-2T型电阻网络型D/A转换器

◆输入数字量：b3b2b1b0

输出电压：Vout若，则该电路可认为是D/A转换器。第二节D/A转换器

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★求证2.D/A转换器DAC0832

▲DAC0832是目前较为常用的DAC芯片中的一种，它是由美国国家半导体公司（NationalSemiconductorCorporation）研制的。

●下面对DAC0832的内部结构、引脚功能以及与CPU的连接进行介绍。

第二节D/A转换器

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▲DAC0832是一个8位的D/A转换芯片，其内部由三部分电路组成：

●“8位输入寄存器”用于存放CPU送来的数字量；●“8位DAC寄存器”用于存放待转换数字量；●“8位D/A转换电路”。

第二节D/A转换器

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1)DAC0832的结构与引脚功能

图8-3DAC0832内部结构图第二节D/A转换器

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●D7~D0：输入数据线；●ILE

：输入锁存允许；●：片选信号；●：写输入寄存器；●：写DAC寄存器；

●：传送控制线。

●：参考电压-10V~+10V

；●，：D/A转换差动电流输出；

●：电源电压；●：内部反馈电阻；●，：模拟地和数字地。

图8-4DAC0832外部引脚图

第二节D/A转换器

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2)DAC0832的工作方式DAC0832工作方式直通方式

双缓冲器方式

单缓冲器方式134★①直通方式

●DAC0832直通工作方式如图8-5所示。

将两个寄存器（输入寄存器和DAC寄存器）的5个控制信号（ILE、、、、）均预先置为有效，两个寄存器都开通处于数据接收状态，模拟输出始终跟随输入变化。

第二节D/A转换器

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图8-5DAC0832直通方式的电路

★②单缓冲器方式

●DAC0832单缓冲器工作方式如图8-6所示。

将两个寄存器（输入寄存器和DAC寄存器）的3个控制信号（ILE、、）均预先置为有效;接单片机的，接单片机的P2.7口。第二节D/A转换器

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●这样DAC0832的地址为7FFFH则执行下列三条指令就可以将一个数字量转换为模拟量：

MOV DPTR,#7FFFH ；端口地址送DPTRMOV A,#DATA ；8位数字量送累加器AMOVX @DPTR,A ；向DAC0832写入数字量，同时启动转换

第二节D/A转换器

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图8-6DAC0832单缓冲方式的电路

第二节D/A转换器

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●图8-8是DAC0832双缓冲方式的接口电路。★③双缓冲器方式

●双缓冲方式的转换要有两个步骤：①令，将数据写入输入寄存器；②令，将输入寄存器的内容写入DAC寄存器。第二节D/A转换器

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图8-8DAC0832双缓冲方式的电路

●例：图8-8中的两个模拟输出分别作为示波器的X、Y方向的位移，则单片机执行下面的程序后，可使示波器上的光点根据参数X、Y的值同步移动。假设参数X、Y已分别存于工作寄存器R1、R2中。第二节D/A转换器

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解：MOVDPTR,#0DFFFH；指向DAC0832(1)的数据输入寄存器

MOVA,R1 ；X方向数据送入AMOVX@DPTR,A ；将X写入DAC0832(1)的数据输入寄存器

MOVDPTR,#0BFFFH ；指向DAC0832(2)的数据输入寄存器

MOVA,R2 ；Y方向数据送入AMOVX@DPTR,A ；将Y写入DAC0832(2)的数据输入寄存器

MOVDPTR,#7FFFH ；指向两片DAC0832的DAC寄存器

MOVX@DPTR,A ；两片DAC同时启动转换，同步输出

3.D/A转换应用举例▲下列给出应用DAC0832芯片完成D/A转换的实例第二节D/A转换器

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实例8-1：根据如图8-6所示的单缓冲方式接口电路，请编写出产生锯齿波、三角波和方波的程序。第二节D/A转换器第八章模拟量通道接口图8-9例8-1产生的波形第二节D/A转换器第八章模拟量通道接口解：相应程序如下：锯齿波程序

ORG 1000HSTART:MOV DPTR,#7FFFH MOVX @DPTR,A INC A SJMP START END

第二节D/A转换器第八章模拟量通道接口②三角波程序

ORG 1000HSTART: CLR A MOV DPTR,#7FFFHDOWN: MOVX @DPTR,A ；线性下降段

INC A JNZ DOWN ；若未完，DOWN MOV A,#0FEHUP: MOVX @DPTR,A ；线性上升段

DEC A JNZ UP ；若未完，则UP SJMP DOWN ；若已完，则循环

END

第二节D/A转换器第八章模拟量通道接口③方波程序

ORG 1000HSTART: MOV DPTR,#7FFFHLOOP: MOV A,#33H MOVX @DPTR,A ；置上限电平

ACALLDELAY ；形成方波顶宽

MOV A,#0FFH MOVX @DPTR,A ；置下限电平

ACALL DELAY ；形成方波底宽

SJMP LOOP ；循环DELAY: . . . END

▲A/D转换器是一种能把输入模拟电压或电流变成与它成正比的数字量

。▲A/D转换器从原理上通常可分为以下四种：

计数器式A/D转换器、

双积分式A/D转换器、

逐次逼近式A/D转换器和

并行A/D转换器。▲本书仅对计算机中广泛采用的逐次逼近式A/D转换器进行介绍

。第八章模拟量通道接口

第三节A/D转换器1.逐次逼近式A/D转换原理

▲逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索原理来实现的A/D转换器。●如图8-10所示

第三节A/D转换器

第八章模拟量通道接口

图8-10逐次逼近式A/D转换器示意框图2.A/D转换器ADC0809★①ADC0809的结构与引脚功能

●ADC0809芯片的内部结构如图8-11所示。

●片内含8路模拟开关，可允许8路模拟量输入。由于片内有三态输出锁存器，因此可直接与系统总线相连。第三节A/D转换器

第八章模拟量通道接口

▲ADC0809是逐次逼近式8位A/D转换芯片。第三节A/D转换器

第八章模拟量通道接口

图8-11ADC0809的内部结构图第三节A/D转换器

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图8-12ADC0809引脚图★ADC0809引脚图:●IN0-IN7：8路模拟信号输入端；●ADDA、ADDB、ADDC：模拟通道的地址选择线输入

；

●ALE：地址锁存允许信号输入；●CLK：外部时钟输入端

；●D0~D7：数字量输出端

；

●OE：输出允许信号输入，高电平有效；

●START：启动信号输入，高电平有效

；●EOC：转换结束信号输出，高电平有效

；

●、：正负基准电压输入端；●:正电源电压（+5V）；●GND：接地端。

第三节A/D转换器

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★被选模拟量路数和地址的关系如表8-1所示:

被选模拟电压路数ADDCADDBADDAIN0000IN1001IN2010IN3011IN4100IN5101IN6110IN7111★②ADC0809与MCS-51单片机的接口

◆芯片ADC0809的A/D转换程序有3种编写方式：查询方式、中断方式和延时方式。

a.查询方式

ADC0809的EOC端与单片机的任一位I/O口线相连。启动A/D转换信号后，经过一小段延时后再不断查询此I/O脚，直到EOC由低电平变为高电平，则转换结束，再读A/D的值。

第三节A/D转换器

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b.中断方式

在图8-13中，ADC0809的EOC端通过反相器接到单片机的外中断端。在程序设计中开启中断。第三节A/D转换器

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c.延时方式

启动A/D转换后，不查询、不中断，延时一段时间后直接读取A/D转换值，此种方式可节省单片机硬件资源。但要注意延时时间不能小于A/D转换器的转换时间，否则A/D转换尚未结束，便得到不正确的转换结果。第三节A/D转换器

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图8-13ADC0809与AT89C51的接口电路图

3.A/D转换应用举例▲下列给出应用ADC0809芯片完成A/D转换的实例第三节A/D转换器

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实例8-2：在图8-13所示的ADC0809与AT89C51的接口电路中，请分别用查询方式和中断方式实现8路模拟量依次转换为数字量，并分别存入内存30H-37H单元。

第三节A/D转换器第八章模拟量通道接口解：①应用查询方式：

ORG 0000H LJMP START ……START:MOV R0,#30H ；置缓冲区地址

MOV DPTR,#7FF8H ；指向IN0的通道地址

MOV R1,#08H ；置通道数

CLR EX0 ；禁止中断

LOOP: MOVX @DPTR,A ；启动A/D转换

MOV R2,#20H ；延时查询

第三节A/D转换器第八章模拟量通道接口DELAY:DJNZR2,DELAY