微机接口第10章DAAD(2010.03)

1、,主讲教师: 李朝纯 ,微机接口与通信,武汉理工大学计算机科学 与技术学院,接口技术主讲：李朝纯,第10章 D/A、A/D转换接口,接口技术主讲：李朝纯,第10章 D/A、A/D转换接口 概 述 A/D和D/A转换器是把微型计算机的应用领域扩展 到检测和过程控制的必要装置，是把计算机和生产过 程、科学实验过程联系起来的重要桥梁。下图给出了 A/D、D/A转换器在微机检测和控制系统中的应用实例 框图。,接口技术主讲：李朝纯,1,接口技术主讲：李朝纯,10.1 D/A 转换技术 一、DA转换器及其接口 D/A转换器的功能是把二进制数字量电信号转换 为与其数值成正比的模拟量电信号。在D/A参数中 一

2、个最重要的参数就是分辨率，它是指输入数字量 发生单位数码变化时，所对应输出模拟量(电压或电 流)的变化量。,接口技术主讲：李朝纯,实现D/A转换器和微型计算机接口技术的关键 是数据锁存问题。有些D/A转换器芯片本身带有 锁存器，但也有些D/A从转换器芯片本身不带锁 存器。此时一些并口芯片如8212，74LS273及可 编程的并行I/O接口芯片8255A均可作为D/A转换 的锁存器。,接口技术主讲：李朝纯,10.1.1 D/A转换器工作原理 D/A转换器完成数字量 模拟量的转换，这在计算机 和模拟信号发生器中应用非常普遍。,D/A,DATA,Alanogy,接口技术主讲：李朝纯,10.1.2 D

3、/A转换器的主要性能参数 D/A转换器的主要性能指标包括以下6个方面。 （1）分辨率（Resolution） 分辨率表示D/A转换器对输入模拟信号的分辨能力。 具体指D/A转换器能分辨的最小电压值。 用输入端待进行转换的二进制数的位数来表示，位数越 多，分辨率越高。 例如: 一个D/A转换器能转换8位二进制数,转换后的满量 程电压为5V，则它的分辨率的最小电压是。 5V/28 19.5 mv 位数越多，分辨率越高。,接口技术主讲：李朝纯,(2)线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按比例 变化的程度。 线性误差：模拟量输出值与理想输出值之间偏离的最大值。 (3)转换精度：指D/A转换

4、器实际输出与理论值之间的误差，一 般采用数字量的最低有效位作为衡量单位。 如：1/2LSB表示，当D/A分辨率为20mV，则精度10mV. (4)转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需的时间。 一般电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内； 而电压型D/A转换器转换较慢，取决于运算放大器 的响应时间。 （5）温度系数 （6）工作温度范围,接口技术主讲：李朝纯,10.2.1 D/A转换器及其接口概述 D/A转换器与微机接口的关键是数据的锁存, 若D/A转换器不带锁存器，可采用并行芯片 8212，74LS232及可编程并行I/O接口芯片8255 均可作为D/A转换器的锁存器。,接口技术主讲：

5、李朝纯,10.2.2 并行8位D/A转换芯片AD558及其接口 1、 AD558的内部结构框图,AD558的输出 模拟电压范围 为 02.56V 分辨率= 2.56V/256,接口技术主讲：李朝纯,2、AD558与PC机的连接图,CS 和 CE分别接 地址30BH和IOW,接口技术主讲：李朝纯,分析程序执行结果 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE START: MOV CX,256 MOV AL,0 MOV DX,30CH LOOP1: OUT DX,AL ; 输出AL内容 CALL DELAY ; 延时 INC AL ;AL加1 LOOP LOOP1 ;循环256次 JM

6、P START ; CODE ENDS END START,接口技术主讲：李朝纯,10.2.3 串行8位D/A转换器TLC5620,第一级缓冲,第二级缓冲,接口技术主讲：李朝纯,10.2.4 12位DA转换及接口,接口技术主讲：李朝纯,10.2.5 DAC0832的内部结构和引脚功能 一、 DAC0832的内部结构 DAC0832是美国数据公司的8位双缓冲D/A转换器， 片内带有数据锁存器,可与微处理器直接连接。 其主要性能指标如下: （1）电流建立时间：1s。 （2）单电源：+5 +15V。 （3）VREF输入端电压: 10V。 （4）分辨率：8位。 （5）功率耗能：200mW。 DAC 0

7、832的逻辑结构如图10.3所示,接口技术主讲：李朝纯,接口技术主讲：李朝纯,二、DAC0832引脚功能 引脚信号如图10.4所示。,Rf,D3,AGND,WR1,CS,(LSB)D0,D1,DAC0832,2,9,7,5,4,15,17,19,10,12,14,IOUT2,D7(MSB),XFER,ILE,D6,D4,接口技术主讲：李朝纯,接口技术主讲：李朝纯,三、DAC0832的工作方式 根据对DAC0832的输入锁存器和D/A转换器的寄存器不 同的控制方法，DAC0832有如下3种工作方式。 直通方式 单缓冲方式 双缓冲方式 （1）单缓冲方式 单缓冲方式就是使DAC 0832的输入寄存器

8、和DAC寄存器 有一个处于直通方式，另一个处于受控的锁存方式。 一般将XFER和WR2接地，使DAC寄存器处于直通状态， ILE接+5V，WR1接CPU的IOW，CS接I/O地址译码器 输出，以便为输入锁存器确定地址。 采用单缓冲方式连接如图10-3所示。,接口技术主讲：李朝纯,接口技术主讲：李朝纯,在单缓冲方式下执行下面两条指令就能完成一 次D/A转换。 MOV AL，80H MOV DX，200H ；DAC0832的地址为200H OUT DX，AL ；AL中数据送DAC寄存器,接口技术主讲：李朝纯,（2）双缓冲方式 这种方式适用于多路D/A同时进行转换的系统。就是先分别 使DAC 083

9、2的输入寄存器接收数据，再控制这些 DAC 0832 同时传送数据到DAC寄存器以实现多个D/A转换同步输出。 第一级缓冲：ILE=1 CS、WR=0 LE1=1 数据 输入寄存器 随之 ；CS、WR=1 LE1=0 数据被锁存于输入DAC寄存器中 第二级缓冲：WR2、XFER=0 LE2=1 输入寄存器中数据 DAC寄存器中 D/A转换：WR、XFER的上升沿将DAC中的数据锁存， 并开始进行D/A转换。 * LE=1 数据传送 0 数据锁存,接口技术主讲：李朝纯,双缓冲方式的优点是： 在进行D/A转换的同时，可接收下一个转换数据， 从而提高了转换速度。 设输入寄存器的地址为200H，DAC

10、寄存器的地址为20lH， 则完成一次D/A转换的参考程序段如下: MOV DX, 200H ；送输入锁存器地址 MOV AL，XXH ；XX为待转换的数据 OUT DX，AL ；AL中的数据送输入寄存器锁存 MOV DX，201H ；送DAC寄存器地址 OUT DX, AL ；数据写入DAC寄存器并转换,接口技术主讲：李朝纯,（3）直通方式 当CS、WR1、WR2和XFER均接地,ILE接+5V时 DAC0832处于直通方式，输入端D0D7一旦有 数据输入就立即进行D/A转换。 例如：采用8255A作为DAC与CPU之间的接口芯片， 并把 8255A 的 PA口作为数据输出，通过它把 数据传送

11、到DAC 0832，而B口的PB0PB4 5根 线作为控制信号来控制DAC0832的工作方式及 转换操作。 硬件设计如下页图所示：,接口技术主讲：李朝纯, 硬件设计如下页图所示：,接口技术主讲：李朝纯, 软件设计 ；8255初始化 MOV DX，303H ；8255A的命令口 MOV AL, 10000000B ；8255A方式字 OUT DX, AL ；指派B口控制DAC的转换 MOV DX，301H ；8255A的口地址 MOV AL，00010000B ；置8255A为直通 OUT DX，AL ；工作方式,接口技术主讲：李朝纯,10.2.6 DAC与微处理器的接口 （1） 不带数据输入寄

12、存器的DAC的连接,模拟地,IOUT2,Rf,Verf,IOUT1,A0,A9,D0,接口技术主讲：李朝纯,A0,A9,接口技术主讲：李朝纯,A9,A0,74LS273,74LS273,74LS273,74LS273,DAC,12位,译 码 器,图10.8 12位D/A转换器通过 两级数据缓冲器 与8位总线的连接,接口技术主讲：李朝纯,实现此功能的程序段如下： MOV AL，DATA_LOW ；低8位数据 MOV DX，PORT_FL ；低8位地址 OUT DX，AL ；低8位数据送第一级锁存器 MOV AL，DATA_HIGH ；高8位数据 MOV DX，PORT_FH ；高8位地址 OUT

13、 DX，AL ；高8位数据送第一级锁存器 MOV DX，PORT_S OUT DX，AL ；把数据送入第二级锁存器,接口技术主讲：李朝纯,图10 DAC1210内部结构,（2）带有数据输入寄存器的DAC的连接,接口技术主讲：李朝纯,1,接口技术主讲：李朝纯,在上图所示的DAC1210连接电路中，电位器W2用于调零、 W1用于DAC满刻度修正。设译码器Y0端口地址为340H,用 该电路的输出程序如下： MOV DX，340 MOV AL，DATAH OUT DX，AL ;输出高8位数据到锁存器 INC DX MOV AL，DATAL ;低4位数据输出到锁存器 OUT DX，AL MOV DX，3

14、42H OUT DX，AL ;输出12位数据到12位DAC寄存器,接口技术主讲：李朝纯,（2）带有数据输入寄存器的DAC的连接 带有数据输入寄存器的D/A转换器的典型芯片为DAC0832。 DAC0832的外部连接线路如图10.9所示,M/IO,DGND,WR2,XFER,IOUT2,Rf,IOUT1,接口技术主讲：李朝纯,（3）应用举例 利用DAC可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等） 的 输出，如输出锯齿波、三角波的程序段如下： ；生成三角波的循环 MOV DX，300H ；8255的A口地址 MOV AL，OH ；输出数据从0开始 L1：OUT DX，AL INC AL ；输出数据

15、加1 JNZ L1 ；AL是否加满？未满，继续 MOV AL，OFFH ；已满，AL置全“1” L2：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1,0,产生,接口技术主讲：李朝纯,输出锯齿波程序段如下： TRG： MOV DX，200H MOV AL，0 TN： OUT DX，AL INC AL JNZ TN JMP TN ,接口技术主讲：李朝纯,10.3 A/D 转换器及其接口技术 P271 10.3.2 AD转换与微机接口技术原理 1、 三态总线输入问题 有的ADC芯片带有三态输出缓冲器，其控制端 为OE(输

16、出允许)。若不带三态缓冲器的ADC芯片 (如AD570芯片)与微机接口，必须使用三态器件， 如：8255A，74LS273等。 2、 时间配合问题 A/D芯片一般有三个信号要求控制： 启动转换信号 (START)， 转换结束信号 (EOC)， 允许输出信号 (OE)。,接口技术主讲：李朝纯,10.3.2 AD转换与微机接口电路 1、 延时等待法接口电路,接口技术主讲：李朝纯,PROC_ADC PROC FAR；这是一个数据采集子程序 AGAIN: OUT N1，AL；启动ADC CALL DELAY；延时 IN AL，N2 ；取数 MOV BX，AL；存入数组 INC BX；数组指针加1 LO

17、OP AGAIN；循环 RET PROC_ADC ENDP,接口技术主讲：李朝纯,2、查询法接口电路 图10.18 查询法ADC接口电路,查询 EOC状态,接口技术主讲：李朝纯,3、中断法接口电路 图10.20 中断法ADC接口电路,EOC状态 引起中断,接口技术主讲：李朝纯,10.3.4 ADC 0809的内部结构及引脚功能 1、ADC 0809的内部结构,接口技术主讲：李朝纯,INO IN7,8通道模拟信号输入端，输入电压范围05V,图10.22 ADC0809 引脚功能,C,B,A,EOC,START,ALE,A/D转换结束信号,启动 转换,通道地址琐存信号,模拟通道地址输入端,三态的8

18、位数据输出,ADC0809,ADDC ADDB ADDA 通道选择 0 0 0 通道0 0 0 1 通道1 0 1 0 通道2 0 1 1 通道3 1 0 0 通道4 1 0 1 通道5 1 1 0 通道6 1 1 1 通道7,2、ADC0809 引脚功能：,接口技术主讲：李朝纯,3、ADC0809的有关参数 * ADC0809为 8 位转换器，其分辨率为满量程电压的1/256 分辨率指A/D转换器可转换成数字量的最小电压。是反映 A/D转换器对最小模拟输入值的敏感度。 * 分辨率通常是用A/D转换器输出数字量的位数来表示。 比如 8位、10位、12位等。 A/D转换器的输出数字量位数越多，其

19、分辨率越高。 如：8位ADC满量程为5V,则分辨率为： 5000mV/256 20mV 10位ADC满量程为5V,则分辨率为： 5000mV/1024 5mV,接口技术主讲：李朝纯,4、数据输出线和微处理器的连接 （1）直接和数据总线交换信息,接口技术主讲：李朝纯,例如: 假设DAC0809端口地址为PORT_DAC，要把第4通道的模 拟量转换成数字量送到AL寄存器中，则只需执行下列 程序即可。 START： MOV AL，04H OUT PORT_DAC，AL ；送通道地址 CALL DELAY ；调延时子程序 IN AL，PORT_DAC ；读取转换数字量 （2）通过I/O接口芯片或三态门

20、锁存器与数据总线连接,接口技术主讲：李朝纯,10.3 D/A、A/D转换技术应用 10.3.1 DAC0832的应用 利用图11.9的接口电路可使DAC0832产生锯齿波和三角 波。图中，DAC0832采用单缓冲方式工作。 产生锯齿波的程序段如下： MOV DX，PORTA ；PORTA为DAC端口地址 MOV AL，0H ；初值 L1: OUT DX，AL ；向DAC送数据 CALL DELAY ；调用延迟子程序 INC AL JMP L1 DELAY: MOV CX，DATA ；往CX中送延迟常数 LOOP DELAY RET,接口技术主讲：李朝纯,产生三角波的程序段如下： MOV DX，

21、PORTA ；PORTA为DAC端口地址 MOV AL，0H ；输出数据从0开始 L2: OUT DX，AL INC AL ；输出数据加1 JNZ L2 ；AL是否加满？未满，继续 MOV AL，0FFH ；已满，AL置全”1” L3: OUT DX，AL DEC AL ；输出数据减1 JNZ L3 ；AL是否减到”0”？不是，继续 JMP L2,接口技术主讲：李朝纯,10.3.5 ADC0809的应用,ADC0809,IN7,IN0,OE,ALE,START,300H 300H,D0,接口技术主讲：李朝纯,实现上述数据采集过程的参考程序如下： MOV BX,BUFFER ；置数据缓冲区首地址

22、 MOV CX,08H ；设置通道数 MOV DX,300H ；通道IN0口地址 L1：OUT DX,AL ；启动A/D转换（AL可为任意数） PUSH DX ；保存通道口地址 MOV DX,308H ；指向状态口地址 L2：IN AL,DX ；读EOC状态 TEST AL,01H ；转换是否结束? JZ L2 ；若未结束，等待 POP DX ；转换结束，恢复通道口地址 IN AL,DX ；读取转换数据 MOV BX,AL ；转换结果送缓冲区 INC DX ；指向下一个输入通道 INC BX ；指向下一个缓冲单元 LOOP Ll ；判断8路模拟量是否全部采样完毕,接口技术主讲：李朝纯,图10.

23、24 定时中断方式的A/D转换 分析： 1. 8253 通道0 工作在方式2，其OUT0 输出负脉冲经反向后 作为START信号，启动A/D转换； 2. ADC0809的EOC作为中断申请信号接8259从片的IR2。 ADC转换结束后EOC有效，触发8259发中断请求给CPU。 3.CPU在中断服务中通过8255的A口取走ADC0809转换好的 数据。 4.数据采集要求0.1S 内采集200个数据。则采样频率为： fOUT = 200/0.1S = 2000HZ 即要求8253的输出频率为2kHZ ，分频系数N为： N = fCLK / fOUT = 1MHZ / 2kHZ = 500,接口技

24、术主讲：李朝纯,DATA SEGMENT P278 BUFF DB 200 DUP（ ？） BUFFP DW ？ COUNT DB ？ DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME DS：DATA，CS：CODE START: MOV AX，DATA MOV DS，AX,接口技术主讲：李朝纯,INT-ADC PROC PUSH AX PUSH BX PUSHF IN AL，80H MOV BX，BUFF-P MOV BX，AL INC BX DEC COUTER JNZ INT-ADC1 MOV AL,00001000B OUT 86H,AL MOV AL,20H OUT 20H

25、,AL INT-ADC1: POPF POP BX POP AX IRET,接口技术主讲：李朝纯,ADC 0809与微处理器的连接 1. 直接连接-ADC 0809具有三态缓冲器,接口技术主讲：李朝纯,分析：1）Y1地址译码为：84H87H 2）Y1与IOW 经 2# 或非门控制0809的启动信号 START 和 ALE 3）Y1与 IOR 经 1# 或非门控制0809的输出允许 OE 4）通道地址选择信号ADDA、ADDB、ADDC同数据 总线 D2 D1 D0 连接. 5）从IN7 读入模拟量，ADC0809的转换时间为100 s MOV AL，07H ；选输入通道 OUT 84H，AL

26、；发启动信号 CALL DELAY100 ；延时100 s IN AL，84H ；读入数据 HLT,接口技术主讲：李朝纯,2. 通过并行接口同微处理器的连接 (8255 端口地址80H83H),接口技术主讲：李朝纯,MOV AL，88H ；8255初始化 OUT 83H，AL MOV AL，00H ；取通道号 0 OUT 81H，AL ；启动ADC 0809 ADD AL，10H OUT 81H，AL ； SUB AL，10H OUT 81H，AL ； LOP：IN AL，82H ；读入状态EOC TEST AL，80H JZ LOP ；EOC=0，继续查询 IN AL，84H ；EOC=1，

27、OE有效,允许输出,CPU采样数据 HLT,接口技术主讲：李朝纯,应用举例:,接口技术主讲：李朝纯,要求：从IN0开始，连续采样24个数据，然后采样下一通道， 同样采样24个数据，直至IN7 。 采样后的数据存放到2000H 开始的数据区中。 电路分析：8255的端口地址，CS 的产生，EOC信号的检测 译码电路输入地址线的值 地址线 0 0 0 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 二进制 0 0 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 1 1 十六进制 1 C 0 3 H 二进制 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 二进制 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 0 0 十六进制 1 C 8 F H,接口技术主讲：李朝纯,程序： START：MOV AL，92H MOV DX，1C3H OUT DX，AL MOV AX，DATA1 MOV DS，AX LEA SI，2000H ；地址指针指向缓冲区 MOV BL，8 ；大循环次数 MOV DX，1C8H ； IN0开始转换,接口技术主讲：李朝纯,LOP1：MOV CX，18H ；每个