10级微机原理14-模拟接口ok.ppt

1、第十四章 模拟接口及其应用,模拟接口,DAC 0832及其与主机的连接 ADC 0809及其与主机的连接,模拟量与数字量,模拟量连续变化的物理量,数字量时间和量值上都离散的量,模拟输入输出系统,自动控制系统的组成,传感器：将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流） ，如光电、压敏、热敏等 放大器：把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围 低通滤波器：用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比 多路开关：把多个现场信号分时地接通到A/D转换器 采样保持器：周期性地采样连续信号，并在A/D转换期间保持不变,采样过程,采样过程将时间连续的信号变成时间不连续的模拟信号。 这个过程是通

2、过模拟开关来实现的。模拟开关每隔一定的时间间隔一次，一个连续信号通过这个开关，就形成一系列的脉冲信号，称为采样信号。,采样保持器,保持：电容充电 对于变化缓慢的信号，可以不用 采样电路增益为1,量化过程,量化过程即是进行AD转换的过程，AD转换将采样后的模拟信号转换成数字量。 采样后的信号虽然时间上不连续，但幅度仍然连续，仍为模拟信号，必须经过量化，转换成数字信号，才能送入计算机。 量化过程会引入误差,编码,为了方便处理，通常将量化值进行二进制编码。 最大量化误差为12 LSB，对相同范围的模拟量，编码位数越多，量化误差越小。 数字表示格式 对无正负区分的单极性信号，所有的二进制编码位均表示其

3、数值大小。 对有正负的双极性信号则必须有一位符号位表示其极性，通常有三种表示方法： 原码 补码 移码：偏移二进制码，这种编码常用于双极性模拟量的转换。,D/A转换的基本原理,数字量 按权相加 模拟量,D/A转换器的原理图（1）T型电阻网络,D/A转换器的原理图（2）,D/A转换器的原理图（3）,VaVREF VbVREF/2 VcVREF/4 VdVREF/8,I3S3*Va/2RS3*VREF/（12R） I2S2*Vb/2RS2*VREF/（22R） I1S1*Vc/2RS1*VREF/（42R） I0S0*Vd/2RS0*VREF/（82R）,S0,S1,S2,S3=1/0,D/A转换器

4、的原理图（4）,Iout1I0I1I2I3 VREF/2R（S0/8S1/4S2/2S3） RfbR VoutIout1Rfb VREF（20S021S122S223S3）/24,Vout（D/2n）VREF,输出正向锯齿波,2次数据输出的时间间隔,0,DAC0832的内部结构,DAC0832的数字接口,组成：T型电阻网络电子开关 注意：不包含运放,电流输出 8位数字输入端 DI0DI7（DI0为最低位） 输入寄存器（第1级锁存）的控制端 ILE、CS*、WR1* DAC寄存器（第2级锁存）的控制端 XFER*、WR2*,直通锁存器的工作方式,两级缓冲寄存器都是直通锁存器 LE1，直通（输出等

5、于输入） LE0，锁存（输出保持不变）,DAC0832的工作方式：直通方式,LE1LE21 输入的数字数据直接进入D/A转换器,DAC0832的工作方式：单缓冲方式,LE11，或者LE21 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）,DAC0832的工作方式：双缓冲方式,两个寄存器都处于受控（双缓冲）状态 能够在对一个数据进行D/A转换的同时，输入另一个数据,DAC0832的模拟输出,Iout1、Iout2电流输出端 Rfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内） VREF参考电压输入端 10V10V AGND模拟信号地 VCC电源电压输入端 5V15V DGND数字信号地,单

6、极性电压输出,VoutIout1Rfb （D/28）VREF,单极性电压输出：例子,设 VREF5V DFFH255时，最大输出电压： Vmax（255/256）5V4.98V D00H时，最小输出电压： Vmin（0/256）5V0V D01H时，一个最低有效位（LSB）电压： VLSB（1/256）5V0.02V,Vout（D/2n）VREF,双极性电压输出：电路,双极性电压输出：公式,取 R2R32R1 得 Vout2（2Vout1VREF） 因 Vout1（D/28）VREF 故 Vout2（D27）/27）VREF,双极性电压输出：例子,设 VREF5V DFFH255时，最大输出电

7、压： Vmax（255128）/1285V4.96V D00H时，最小输出电压： Vmin（0128）/1285V5V D81H129时，一个最低有效位电压： VLSB（129128 ） /1285V0.04V,Vout（D27）/27）VREF,D/A转换的性能指标,分辨率：LSB所对应的模拟量的大小 如：8位DAC，分辨率为满量程的1/256 精度 绝对精度：给定数值的输出模拟量与理想值之差。 相对精度：满度校正后任意数码值的模拟输出与理想值之差。 用满量程（full-scale）误差表示：如0.1%，1/2LSB等 建立时间：输出稳定到终值的1/2LSB所需的时间。,输出精度的调整,地线

8、的连接,DAC0832与CPU接口示例,DAC0832与CPU接口示例,无条件传输方式 两级缓冲方式 必要时可以用8255作为前一级输出,DAC0832与CPU接口示例,设CS由A15A1经译码产生，当A15A1=200H时， CS有效。在CPU执行OUT指令时，若A0=0，DAC0832内部LE1有效，数据总线上的值（AL）送入数据输入寄存器; 若A0=1，DAC0832内部LE2有效，数据输入寄存器的值送DAC寄存器。 A0832 EQU 200H MOV AL，0 NEXT: MOV DX，A0832+0；A0=0 OUT DX，AL ；AL的值为待转换的数字 MOV DX，A0832+

9、1 ；A0=1 OUT DX，AL ；AL的值无关 INC AL JMP NEXT ;输出锯齿波,练习与思考：,1、如何控制锯齿波的周期？ 2、如何控制锯齿波的方向？ 3、如何产生三角波？ 4、如何产生阶梯波？ 5、如何产生任意周期波？,ADC转换的基本原理,ADC原理：用被变换信号与分层得到的若干量化刻度（Quantize Scale）值相比较，看它的幅值在哪两个刻度之间，然后取其整值的过程。 存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合 计数器式 逐次逼近式(ADC0809) 双积分式(数字万用表等) 缺点：转换速度是很低的；只能用于直流信号或慢变化信号的转换，例如制作数字万用表

10、等； 优点：一是精度高，且抗干扰能力强。 并行式,1. 计数器式,计数器式ADC原理,集成比较器是一种特殊的运算放大器，它有两个信号输入端V+和V-，一个输出端，当V+V-时，输出高电平，反之输出低电平。 由计数器对固定频率信号CLK进行计数，计数输出值送DAC，DAC的输出模拟量Vo与输入模拟量Vi在比较器中进行比较，随着计数的进行，Vo不断增加，当VoVi，计数器停止计数，此时的计数值即是模拟量Vi对应的数字量。 以最低位为增减量单位的逐步计数法（慢）,2. 逐次逼近式,逐次逼近ADC原理,数字量由逐次逼近寄存器SAR产生。 SAR使用对分搜索法产生数字量 以8位数字量为例，SAR首先产生

11、8位数字量的一半，即10000000B,试探模拟量的大小，若VoVi，清除最高位，若VoVi，保留最高位。 在最高位确定后，SAR又以对分搜索法确定次高位，即以低7位的一半y 1000000B(y为已确定位) 试探模拟量的大小。 重复这一过程，直到最低位bit0被确定，转换结束。 以最高位开始逐步试探，速度快。,3. 双积分式,双积分式ADC原理,基本思想是将被变换的电压转换成与其幅度成正比的时间（V/T转换）,然后对时间进行测量（计数高频时钟脉冲）。（平均值！） 先固定时间积分，得V0 再对电压固定积分（称“反向积分”），使输出V0 对反向积分的时间进行计数，计数值即ADC的数据,4. 并行

12、式,速度最快、成本高 直接比较法,ADC0809芯片,具有A/D转换的基本功能 CMOS工艺制作 8位逐次逼近式ADC 支持双极性模拟输入 转换时间为100 s 包含扩展部件 多路开关 三态锁存缓冲器,ADC0809的内部结构图,1. ADC0809的模拟输入,提供一个8通道的多路开关和寻址逻辑 IN0IN7：8个模拟电压输入端 ADDA、ADDB、ADDC：3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号 ALE的上升沿用于锁存3个地址输入的状态，然后由译码器从8个模拟输入中选择一个模拟输入端进行A/D转换,2. ADC0809的转换时序,3. ADC0809的数字输出,ADC0809内部锁存转换后

13、的数字量 具有三态数字量输出端D0D7 配合输出允许信号OE 当输出允许信号OE为高电平有效时，将三态锁存缓冲器的数字量从D0D7输出,4. ADC0809的转换公式,单极性转换示例,基准电压VREF(+)5V，VREF()0V 输入模拟电压Vin1.5V N （1.50）（50）256 76.8774DH,双极性转换示例,基准电压VREF(+)5V，VREF()5V 输入模拟电压Vin1.5V N （1.55）（55）25689.6905AH,ADC芯片与主机的连接,ADC芯片相当于“输入设备”，需要接口电路提供数据缓冲器 主机需要控制转换的启动 主机还需要及时获知转换是否结束，并进行数据输

14、入等处理 与主机的连接可分成两种方式 直接相连：用于输出带有三态锁存器的ADC芯片 通过三态锁存器相连：适用于不带三态锁存器的ADC芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片,A/D转换的启动（1）,启动信号一般有两种形式 脉冲信号启动转换 电平信号启动转换,转换启动,转换结束,A/D转换的启动（2）,主机产生启动信号有两种方法 编程启动 软件上，执行一个输出指令 硬件上，利用输出指令产生ADC启动脉冲，或产生一个启动有效电平 定时启动 启动信号来自定时器输出,转换结束信号的处理,不同的处理方式对应程序设计方法不同 查询方式把结束信号作为状态信号 中断方式把结束信号作为中断请求信号 延时方式不使用转

15、换结束信号 DMA方式把结束信号作为DMA请求信号,ADC芯片的应用,例1 编程启动、转换结束中断处理 例2 编程启动、转换结束查询处理,例1：中断方式,;数据段 adtemp db 0;给定一个临时变量 ;代码段 ;设置中断向量等工作 sti;开中断 mov dx,220h out dx,al;启动A/D转换 ;其他工作,例1 主程序,例1：中断服务程序（1）,adintproc sti;开中断 push ax;保护寄存器 push dx push ds mov ax, data;设置数据段DS mov ds,ax mov dx,220h in al,dx;读A/D转换的数字量 mov ad

16、temp,al;送入缓冲区,mov al,20h;发送EOI命令 out 20h,al pop ds;恢复寄存器 pop dx pop ax iret;中断返回 adintendp,例1：中断服务程序（2）,例2：查询方式,8通道 模拟输入 （05V）,例2：启动转换,;数据段 counterequ 8 bufdb counter dup(0);数据缓冲区 ;代码段 mov bx,offset buf mov cx,counter mov dx,220h;从IN0开始转换 start1:out dx,al;启动A/D转换 push dx,例2：查询读取,mov dx,238h;查询是否转换结束 start2:in al,dx;