第2章--模拟量输入-输出通道接口技术.ppt

1、第2章 模拟量I/O通道接口技术,接口： 计算机与外设之间相连接的部件。可以是电路板、元器件等。如显卡、网卡、并行接口、串行接口、A/D转换器、D/A转换器、MODEM等。 接口的功能： 寻址功能、输入/输出功能、信号转换功能（串转并、并转串、A/D、D/A等）、数据缓冲功能等。 模拟量输入/输出通道接口，是微机控制系统中重要的硬件部分。,本章主要内容 21 多路开关及采样保持器 22 模拟量输出通道接口技术 23 模拟量输入通道接口技术,2.1 多路开关及采样/保持器（1）,本节内容：采样定理、多路开关、采样/保持器 2.1.1 采样定理 采样定理即香浓（Shannon）定理： 对于有限带宽

2、信号x(t) ，即 | f | f max ， x(t) =0，而x*(t)是x(t)的理想采样信号， 若采样频率 f s 2f max ，则由x*(t)可以 完全地恢复x(t) 。 一般f s 至少取4f max ，实际中取10倍 是很平常的。 采样频率 f s（或周期T）理论计算 困难，常用经验值。,2.1 多路开关及采样/保持器（2）,2.1.2 多路开关 多路开关的作用是分时地选择多路模拟量中之一路进行传输。可以是输入，多到一进行A/D转换；也可以是输出，一到多将D/A转换结果输出。前者叫多路开关，后者叫多路分配器。 现在的多路开关均为集成电路，有跟多中型号可供选择，见表2-1。多路开

3、关的一个重要参数是接通电阻，不会是0。,2.1 多路开关及采样/保持器（3）,2.1.3 采样/保持器 A/D转换器将模拟量转换成数字量需要一定的时间，而模拟量是随时间变化的，有可能在转换过程中模拟信号发生变化，因此会产生错误的转换结果。 采样/保持器（Sample/Hold）就是对模拟信号进行瞬间（微秒或更短）采样，然后保持其电压值，供A/D转换器进行转换。,2.2 模拟量输出通道接口技术（1）,本节内容：D/A转换原理、8位和12位D/A转换器及接口 2.2.1 D/A转换原理 D/A转换器的主要参数之一是分别率，即转换器的位数，有8位的、10位的、12位的等。 转换原理： 将数字量先 转

4、换成模拟电 流（借助网络 电阻），然后 用运放器转换 成模拟电压。,2.2 模拟量输出通道接口技术（2）,2.2.2 8位D/A转换器及其接口技术 主要介绍DAC0832 一、普通型D/A转换器DAC0832 1、主要特点 8位、稳定时间为1s、数据输入可双缓冲单缓冲或直通、低功耗约200mW、电平与TTL兼容、单电源供电（+5+15V）。,2.2 模拟量输出通道接口技术（3）,2、结构与原理 由4部分构成： 输入控制、输入锁存、转换寄存、D/A转换器,2.2 模拟量输出通道接口技术（4）,3、引脚信号 D7D0：数字量输入 ILE ：输入锁存允许（高） WR1：输入锁存器写选通（低） WR2

5、：DAC寄存器写选通（低） XFER：数据传送控制（低） IOUT1：DAC电流输出1，当输入数字量为全1时，IOUT1为最大值。 IOUT2：DAC电流输出2，当输入数字量为全1时，IOUT2为最小值， IOUT1+IOUT2=常数，IOUT2常接地。 Rfb：反馈信号输入端 VREF：参考电压输入端 AGND：模拟地 DGND：数字地 CS：片选信号,二、微型计算机信号 1、MCS-51单片机引脚信号,2.2 模拟量输出通道接口技术（6）,2、MCS-51单片机的内部资源,2.2 模拟量输出通道接口技术（7）,3、8086处理器引脚信号 1）地址总线 20位 AD0AD15、A16A19

6、它们均分时地输出地址 2）数据总线 16位 AD0AD15，分时传输数据 3）控制总线 RD、WR（读写），ALE（地址锁存），DEN（数据允许），DT/R（方向控制），INTR、INTA（中断请求与应答），HOLD、HLDA（总线请求与应答）等,2.2 模拟量输出通道接口技术（8）,三、8位D/A转换器与微型机的接口 注意： 1）数字量输入、2）模拟量输出、3）控制信号连接 1、DAC0832与微型机的接口 为单缓冲方式，输入锁存器锁存、转换器寄存器直通。,地址译码器74LS138,74LS138功能表,2.2 模拟量输出通道接口技术（10）,2、应用编程 试对DAC0832进行编程，使其输

7、出锯齿波。设0832的片选地址为PORTDA。 主程序段： MOVDX，PORTDA MOVAL，0 LP：OUTDX，AL CALLDELAY INCAL JMPLP,延时子程序： DELAY： MOVCX，DATA DELP：NOP LOOPDELP RET,2.2 模拟量输出通道接口技术（11）,四、其它的8位D/A转换器 1、电压输出型D/A转换器AD558,2.2 模拟量输出通道接口技术（12）,2、多通道D/A转换器AD7226,2.2 模拟量输出通道接口技术（13）,2.2.3 高于8位的D/A转换器 有10位的、12位的、14位的、以及更多位数的D/A转换器。 使用上与8位转换

8、器不同的是与微机接口时，数据要分两次或三次输入。,2.3 模拟量输入通道接口技术（1）,本节主要讲8位A/D转换器ADC0809 2.3.1 A/D转换原理 其方法有： 计数法、逐次逼近法、双积分法、V/F转换法等。（略） A/D转换器的主要参数有分别率、转换速度等。 分别率 即转换器的位数，有8位的、10位的、12位的等。 转换速度 即转换的快慢，有高速的（ s量级）、中速的（百s量级）、低速的（数十ms量级）等。 转换精度 即转换的精确程度、误差的大小，用最低有效位的几分之一表示。如1/2LSB,2.3 模拟量输入通道接口技术（2）,2.3.2 8位A/D转换器ADC0808/0809 D

9、AC0808和DAC0809 相同，区别仅在于精度 不同，前者为1/2LSB， 后者为1LSB 。 1、电路组成 由多路模拟开关、A/D 转换器、三态输出锁存器， 三部分组成。,ADC0809内部逻辑结构,2.3 模拟量输入通道接口技术（3）,2.3 模拟量输入通道接口技术（4）,2 、引脚信号 IN0IN7：8个模拟量输入端 START：转换启动信号输入端 EOD：转换结束信号输出端 OE：转换结果输出允许输入端 ADDA、ADDB、ADDC： 通道号选择输入端 ALE：地址锁存信号输入端 CLK：时钟输入端 D0D7：数字信号输出端 VREF(+)、VREF(-)：参考电压输入,2.3 模

10、拟量输入通道接口技术（5）,3 、转换原理 启动脉冲START和地址锁存脉冲的上升沿将地址锁存，把选中通道的模拟量送到A/D转换器；在START信号的下降沿启动A/D转换，转换器进行逐次逼近转换，在转换过程中EOC为低；转换结束后EOC信号由低变高，可以读取转换结果。 4、主要技术指标 单一5V供电 模拟量范围：05V 分别率：8位 精度：ADC0808为1/2LSB， ADC0809为1LSB 功耗：为15mW 时钟范围：101280kHz 转换时间：时钟500kHz时为128s,2.3 模拟量输入通道接口技术（6）,5、DAC0809与微型机的接口技术,注意以下信号的连接： 1）模拟量的输

11、入 极性、电平 2）数字量的输出 位数、是否有锁存 3）A/D转换的启动 电平或脉冲启动 4）转换结束信号 转换中为低，结束为高 作中断或查询读取结果 5）参考电源 VREF 单、双极性电源 6）接地 7）时钟,2.3 模拟量输入通道接口技术（6）,5、DAC0809与微型机的接口技术 （1）微机以查询方式与ADC0809连接 注意以下信号的连接： 1）模拟量的输入 极性、电平 2）数字量的输出 位数、是否有锁存 3）A/D转换的启动 电平或脉冲启动 4）转换结束信号 转换中为低，结束为高 作中断或查询读取结果 5）参考电源 VREF 单、双极性电源 6）接地 7）时钟,图2-37 ADC08

12、09工作于查询方式,2.3 模拟量输入通道接口技术（7）,（2）软件编程 设8个模拟通道的端口地址为220H227H（亦为数据输出的地址），转换状态的端口地址为238H23FH。80X86汇编程序如下。 DATASEGMENT；定义数据段 COUNTEREQU8 BUFDBCOUNTER DUP（0）；数据缓冲区 DATAENDS ；数据段结束 * CODESEGMENT；定义代码段 MAINPROCFAR；主程序 ASSUME：CS：CODE，DS：DATA START：MOV AX，DATA；设置数据段 MOVDS，AX MOVBX，OFFSETBUF；数据存放首地址 MOVCX，COUN

13、TER；检测数据个数送CX MOVDX，220H；准备检测通道的地址,2.3 模拟量输入通道接口技术（8）,START1:OUTDX，AL；启动A/D转换 PUSHDX MOVDX，238H；准备查询地址 START2：INAL，DX；读入状态信息 TESTAL，80H；检查转换是否结束 JZSTART2；为0则未结束，继续查询 POPDX；弹出数据地址 INAL，DX；读取转换结果 MOVBX，AL；存入缓冲区 INCBX， INCDX LOOPSTART1；转向下一模拟通道检测 。,2.3 模拟量输入通道接口技术（9）,。；数据处理 MOVAX，4C00H；返回DOS INT21H MAI

14、NENDP CODEENDS ENDSTART,2.3 模拟量输入通道接口技术（10）,2.3.3 其它的A/D转换器 1、其它的8位A/D转换器 1）普通型A/D转换器AD7574 主要特点： 单5V供电、功耗低 （30mW）、速度高 （15 s ）、有三态 输出锁存器等。 BUSY： 状态信 号，0示正在转换； 1示转换结束。 BOFS：二进制偏 移，接地输出的为二 进制数；接高，且输 入为双极性，则输出 为二进制偏移码。,2.3 模拟量输入通道接口技术（11）,2）带仪器放大器的A/D转换器AD670 主要特点： 内部有精密放大 器，可以直接输入传 感器送来的小信号， 在内部放大成05V 的标准信号；其它方 面基本与AD7574相同。 START：1示正在 转换；0示转换结束。 BPO/UPO：极性选 择，单极性应接地。 FORMAT：,2.3 模拟量输入通道接口技术（12）,2、高于8位A/D的转换器 12位A/D转换器AD574 AD574是美国模拟器件公司（Analog Devices）生产的12位逐次逼近型快速A/D转换器。主要特点： 12位、转换速度位35 s 、转换误差为0.05%、内部有三态输出缓冲器、与COMS及TTL电平兼容等。,2.3 模拟量输入通道接口技术（13）,作 业,2.1 什么叫接口？接口的作用是什么？ 2.6 采样/保持器有什么用处？