10.第十章 模拟接口.ppt

1、第 10章,第10章 模拟接口,教学重点 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,数字量时间和数值上都离散的量,概念： 模拟输入输出系统,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）,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,10.1 D/A转换器的接口方法,模拟量,数字量,数字量 按权相加 模拟量,一、 D/A转换的基本

2、原理,D/A（Digit to Analog)转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。,V0,Rf,Vi,R,V0 = -,Rf,R,Vi,若输入端有n个支路，则输入和输出的关系可表示为：,V0 = -,Rf ,n,I=1,R,Vi,1,V0,Rf,Vref,32R,V0 = -,n,I=1,2i,Si,1,运算放大器的输入可以是权电阻网络，如图所示。,2R,4R,8R,16R,64R,128R,256R,S1,S3,S2,S4,S5,S6,S7,S8,Vref,其中Vref为基准电压,所有开关,Si断开时，,V00。,所有开关,Si闭合时，,V0。,256,255,Vref,D/A

3、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,I0Vd/2RVREF/（82R） I1Vd/2RVREF/（42R） I2Vd/2RVREF/（22R） I3Vd/2RVREF/（12R）,D/A转换器的原理图（4）,Iout1I0I1I2I3 VREF/2R（1/81/41/21） RfbR VoutIout1Rfb VREF（20212223）/24,Vout（D/2n）VREF,实际的D/A转换电路的原理框图,运算 放大器,电 流 开 关,电 阻 网 络,数据锁存器,数据缓冲

4、器,N位数字量输入,电压输出,通常D/A转换器的输出电压范围有05V、0 10V、0 25V、0 5V、0 10V几种。对于非标准的电压范围，可以在输出端再加运算放大器来调整。,D/V,D/I,数字量输入,数字量输入,VOUT,IOUT,D/A转换器输出的两种形式,电压输出型,电流输出型,相当于一个电压源,相当于一个电流源,二、D/A转换器及其连接特性,D/A转换器的主要参数, 分辨率（resolution）：DAC对模拟量的分辨能力，它是最低有效位（LSB）对应的模拟值，通常以二进制位数来表示。 精度（accuracy）：DAC转换的精确程度 绝对精度(absolute)：实际输出与理想输出

5、之差。通常由增益误差，零点误差、线性误差、噪声等综合引起。（LSB）, 相对精度(relative)：满量程值校准后，任一数字输入的模拟输出与它理论值之差。1.0（1.0VFS）。 备注：精度为n位指：最大可能误差为VE= VFS 精度：构成DAC各部件的精度及稳定性 分辨率：取决于DAC位数 转换时间（建立时间） 电流型较快：n百us几us 电压型较慢：（运放） 线性度：线性变化程度。 还有温度系数、电源敏感系数等。,D/A转换器的连接特性 输入缓冲能力：三态输入缓冲/锁存器 输入数据宽度：单次、分次输入 输入码制： 模拟量类型：电流（运放电压）、电压 模拟量极性：单极性、双极性,二、 DA

6、C0832芯片,DAC0832是典型的8位电流输出型通用DAC芯片,DAC0832的内部结构,1. DAC0832的数字接口,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*,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,三、D/A转换器与微处理器的接口方法,CPU对DAC的数据传送是一种无条件传送。 主要任务：解决CPU与DAC之间的数据缓冲

7、问题。,1.接口的任务,2.接口电路结构形式,采用中小规模逻辑芯片构成接口与CPU连接。 利用通用并行I/O接口芯片与CPU连接。 采用GAL器件。,REF(-),REF(-),),REF(,OUT,V,2n,V,V,V,+,-,=,+,N,VREF（+）：限定模拟电压的最大值 VREF（-）： 限定模拟电压的最小值。（单极性、双极性) VREF（+） VREF（-）：量程 模拟电压V 和数字量N之间的关系为：,OUT,单极性：,80H对应的输出电压: VOUT= （5-0）*128/256 +0 = 2.5V 能分辨的最小电压为 5v/256=20 mv,双极性：,则80H对应的输出电压:

8、VOUT= （5+5）*128/256 -5 = 0 能分辨的最小电压为 10v/256=40 mv,输出模拟量的极性：,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（缓冲）状态 能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据,单极性电压输出,Vou

9、tIout1Rfb （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，最大输出电压： Vmax（25

10、5128）/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,3. 输出精度的调整,4. 地线的连接,DAC芯片与主机的连接,DAC芯片相当于一个“输出设备”，至少需要一级锁存器作为接口电路 考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主机数据总线宽度，所以分成两种情况： 1. 主机位数等于或大于DAC芯片位数 2. 主机位数小于DAC芯片位数,1. 主机位数大于或等于DAC芯片的连接,mov al,buf mov dx,portd out dx

11、,al,DAC0832单缓冲方式,2. 主机位数小于DAC芯片的连接,数字数据需要多次输出 接口电路也需要多个（级）锁存器保存多次输出的数据 并需要同时将完整的数字量提供给DAC转换器,两级锁存电路,简化的两级锁存电路,mov dx,port1 mov al,bl out dx,al mov dx,port2 mov al,bh out dx,al,10.2 D/A转换器接口电路设计,主要考虑： 输入缓冲能力 分辨率,IOR,CPU,1,+5V,AEN,IOW,A09,译码 电路,DB18,I0 GND,1,D0,D07,Y0,Y1,LM710,74LS273,DAC0808,一、 8位片内无

12、缓存的D/A芯片的使用 应用：利用DAC0808制作数字电压表,UO,R,VREF（+）,U1,Y0:318H Y1:319H,UO,AL,AL,74LS125,74LS33,74LS32,C,9,4,3,二、片内有三态输入缓冲器的8位D/A接口设计,1.要求 通过D/A转换器DAC0832产生任意波形，如矩形波、梯形波、三角波、正弦波以及锯齿波等。,2. 分析 （1）连接特性（P262图10.2） （2）DAC0832的工作特性（三种工作方式） 直通式 单缓冲式 双缓冲式 3.设计(P261程序）,DAC0832的内部结构（P262图10.2),DATA,BUS,CS1,CS2,WR1,WR

13、2,XFER,数据1输入到,1输入寄存器锁存,2输入寄存器锁存,数据2输入到,DAC输入寄存器锁存,开始转换,图10.3DAC0832时序图,应用：控制DAC0832输出三角波,DI07,ILE,CS,WR1,WR2,XFER,IO1 IO2,CPU,8255A,PA07,DAC0832,PB4,PB0,1,0,0,0,0,VOUT,PB1,PB2,PB3,P263线路图,(1)硬件设计,RFB,程序,MOV DX,303H MOV AL,1000 0000B OUT DX,AL MOV DX,301H MOV AL,0001 0000B OUT DX,AL MOV DX,300H MOV A

14、L,0H L1: OUT DX,AL,INC AL JNZ L1 ;AL!=00H MOV AL,0FFH L2: OUT DX,AL INC AL JNZ L2 JMP L1,（2）软件编程,2.锯齿波发生器 MOVDX，0FFF0H MOVAL，00H L1：OUTDX，AL INCAL JMPL1,3.方波发生器 MOVDX，0FFF0H L1：MOVAL，00H OUTDX，AL CALLDELAY MOVAL，0FFH OUTDX，AL CALLDELAY JMPL1,设DAC的输入寄存器的地址为FFF0H,AEN,IOW,A09,D07,D07 Q07,BUF1,D07 Q07,B

15、UF2,D07,D811,IO1 IO2,译码 电路,Y0,Y1,三、 12位片内无缓存的D/A芯片的使用,C,C,C,D/A,FFH,06H,DAC芯片的应用,mov dx,portd mov al,0 repeat:out dx,al inc al jmp repeat,输出正向锯齿波,10.3 A/D转换器接口基本原理与方法,模拟量,数字量,一、 A/D转换的基本原理,存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合 4种常用的转换技术 计数器式 逐次逼近式 双积分式 并行式,A/D转换器的外部特性,（1）模拟信号输入线,（2）数字量输出线,（3）转换启动线（输入）,（4）转换结束

16、线（输出）,P267表10.1,二、A/D转换器与微处理器的接口方法,A/D转换器与CPU的连接 需考虑的问题： （1）A/D转换器的分辨率 (2) A/D转换器的输出锁存器 (3) A/D转换器的启动信号,2. A/D转换器接口的主要操作,进行通道选择以代码形式从数据线(或地址线)上发出 发转换启动信号 取回“转换结束”状态信号 读取转换数据 发采样/保持(S/H)控制信号,3. A/D转换器数据的传送,查询方式 中断方式 DAM方式 设置RAM,4. A/D转换器接口电路的结构形式,(1)采用中小规模逻辑电路 (2)采用通用的可编程并行接口芯片 (3)采用GAL器件,10.4 查询方式的A

17、/D转换器接口电路设计,主要考虑因素： 输出锁存、分辨率、启动信号、数传方式、接口电路形式,一、12位片内带有三态输出锁存器的A/D接口设计,要求 进行12位转换，转换结果分两次输出，以左对齐方式存放在首地址为400H的内存区。共采集64个数据。ADC与CPU之间采用查询方式交换数据。采用AD574作A/D转换器。 2.分析(见P270-271) 3.设计,AEN,IOW,IOR,A09,D0D7,DB114,DB30,CS,STS,A0,R/C,CE,12/8,译码 电路,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

18、 out dx,al;启动A/D转换 ;其他工作,例12.2,中断服务程序,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 adtemp,al;送入缓冲区,例12.2,中断服务程序,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12.2,查询方式,8通道 模拟输入 （05V）,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12.3,查询读取,mov dx,238h;查询是否