潘新民-微型计算机控制技术(第二版)课件-第2章.精编版

1、 第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 在微型机控制系统与智能化仪器中在微型机控制系统与智能化仪器中 被测物理量多为模拟量，被测物理量多为模拟量， 而计算机只能接收数字量。而计算机只能接收数字量。 在检测在检测/ /控制系统中控制系统中 必须先把传感器输出的模拟量转换成数字量，必须先把传感器输出的模拟量转换成数字量， 才能送到计算机进行数据处理，实现控制或显示。才能送到计算机进行数据处理，实现控制或显示。 能够变模拟量为数字量的器件能够变模拟量为数字量的器件 称作模称作模/ /数转换器（简称数转换器（简称 A/D A/D 转换器）。转换器）。 微机控制技术

2、第二章第二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技术输出通道的接口技术 经计算机处理后的以数字量输出。经计算机处理后的以数字量输出。 大多数执行机构只能接收模拟量。大多数执行机构只能接收模拟量。 （如电动执行机构、气动执行机构以及直流电机等）（如电动执行机构、气动执行机构以及直流电机等） 必须把数字量变成模拟量必须把数字量变成模拟量 即完成数即完成数/ /模转换（简称模转换（简称D/AD/A转换）。转换）。 可见可见: A/D: A/D、D/A D/A 转换是微型机接收、处理、控制转换是微型机接收、处理、控制 模拟量参数过程中必不可少的环节。模拟量参数过程中必不可少的环节。 微机控制技术 2

3、1 多路开关开关及采样样保持器 多路开关、采样多路开关、采样/ /保持器保持器 是微型机控制系统的重要元件，是微型机控制系统的重要元件， 是计算机进行多路控制、采集数据是计算机进行多路控制、采集数据 必不可少的组成部分。必不可少的组成部分。 本节主要介绍他们的原理及应用。 微机控制技术 21 多路开关开关及采样样保持器 2 21 11 1 多路开关多路开关 2 21 12 2 采样保持器采样保持器 微机控制技术 211 多路开关多路开关 多路开关的主要用途多路开关的主要用途 (1)(1)把多个模拟量参数分时地接通送入把多个模拟量参数分时地接通送入 A/D A/D 转换器转换器 即完成多到一的转

4、换。称为多路开关。即完成多到一的转换。称为多路开关。 (2)(2)把经计算机处理后输出把经计算机处理后输出 且由且由 D/A D/A 转换器转换成的模拟信号转换器转换成的模拟信号 按顺序输出到不同的控制回路按顺序输出到不同的控制回路/ /外部设备，外部设备， 即完成一到多的转换。称多路分配器即完成一到多的转换。称多路分配器 或反多路开关。或反多路开关。 微机控制技术 211 多路开关多路开关 2.2.多路开关的种类：多路开关的种类： (1)(1)单向多路开关，单向多路开关， 如如 AD7501AD7501（8 8路），路），AD7506AD7506（1616路）。路）。 (2)(2)双向多路开

5、关，双向多路开关， 如如CD4051CD4051（8 8路），路），CD4067CD4067（1616路）。路）。 (3)(3)差动输入多路开关差动输入多路开关 如如 CD4052 (CD4052 (双双4 4通道通道), CD4053 (), CD4053 (三重二通道三重二通道) ) CD4097 ( CD4097 (双双8 8通道通道) )。 (4)(4)多路输入多路输入/ /多路数出矩阵多路开关多路数出矩阵多路开关 如如88168816（1616入入8 8出）等。出）等。 微机控制技术 211 多路开关多路开关 3.3.半导体多路开关半导体多路开关 （1 1）采用标准的双列直插式结构，

6、尺寸小，便于安排）采用标准的双列直插式结构，尺寸小，便于安排 （2 2）直接与）直接与 TTLTTL（或（或 CMOSCMOS）电平相兼容；）电平相兼容； （3 3）内部带有通道选择译码器，使用方便；）内部带有通道选择译码器，使用方便； （4 4）可采用正或负双极性输入；）可采用正或负双极性输入； （5 5）转换速度快，）转换速度快， 通常导通通常导通/ /关断时间为关断时间为 1s1s 有些产品已达到几十几百有些产品已达到几十几百nsns。 （6 6）寿命长，无机械磨损；）寿命长，无机械磨损； （7 7）接通电阻低，一般小于）接通电阻低，一般小于100,100,有的可达几个有的可达几个。 （

7、8 8）断开电阻高，通常达）断开电阻高，通常达109109以上。以上。 微机控制技术 广泛应用广泛应用 211 多路开关多路开关 1. CD40511. CD4051 2. CD4067B/CD4097B2. CD4067B/CD4097B 3. 3. 多路开关的扩展多路开关的扩展 微机控制技术 1. CD4051 微机控制技术 图图2- 1 2- 1 CD4051CD4051 原理原理电电路路图图 0 0 1 1 0 0 0 0 1. CD40511. CD4051 1. CD4051 0 0 0 0 0 0 1 1 1. CD4051 （1 1）CD4051 CD4051 的组成：的组成：

8、 逻辑转换单元逻辑转换单元 完成完成 TTL TTL 到到 CMOS CMOS 的转换。的转换。 输入电平范围大输入电平范围大: : 数字量为数字量为 3 315V15V， 模拟量可达模拟量可达 15VP-P 15VP-P。 二进制二进制 3 3：8 8译码器译码器 对选择输入端对选择输入端 C C、B B、A A的状态进行译码，的状态进行译码， 以控制所选电路以控制所选电路 TG TG 的开的开/ /关，使某一路开关接通，关，使某一路开关接通， 将输入和输出通道接口。将输入和输出通道接口。 电子开关电子开关 TG TG 用来接通或断开输入用来接通或断开输入/ /输出通道。输出通道。 微机控制

9、技术 15V15V 1. CD4051 （2 2）控制原理）控制原理 禁止输入端禁止输入端 INH INH 3 3个通道选择输入端个通道选择输入端 C C、B B、A A C C、B B、A A 的信号编码的信号编码 用来选择用来选择 8 8个通道之一被接通。个通道之一被接通。 微机控制技术 INH INH 接高电平接高电平 所有通道全部断开所有通道全部断开 1. CD4051 （3 3）用法）用法 用作多路开关用作多路开关 8 8 进进 1 1 出出 用作分路路开关用作分路路开关 1 1 进进 8 8 出出 微机控制技术 改改变变 C C、B B、A A 的的值值, , 改改变变接通的通道接

10、通的通道 1. CD4051 表表2-2 CD40512-2 CD4051真值表真值表 微机控制技术 输入状态输入状态接通通道接通通道 INHINHC CB BA ACD4051CD4051 0 00 00 00 00#0# 0 00 00 01 11#1# 0 00 01 10 02#2# 0 01 11 11 17#7# 2. CD4067B/CD4097B 2. CD4067B/CD4097B 2. CD4067B/CD4097B CD4067B CD4067B 和和 CD4097B CD4097B 相比相比: : 相同相同: :原理基本，原理基本， 不同不同: : CD4067B CD

11、4067B 单单1616路，双向、路，双向、 4 4个选择控制端个选择控制端: D: D、C C、B B 、A A CD4097B CD4097B 双双 8 8 路，双向、路，双向、 3 3个选择控制端个选择控制端: C: C、B B 、A A CD4051 CD4051 单单 8 8 路，双向、路，双向、 3 3个选择控制端个选择控制端: C: C、B B 、A A 微机控制技术 2. CD4067B/CD4097B 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 2. CD4067B/CD4097B 矩阵式多路开关（补充）矩阵式多路开关（补充） IN OUT 输输入入选择选择 输输出出选择选择 可

12、可将将一一个输个输入信入信号传号传至至 到到 任任选输选输出通道出通道 3.多路开关开关的扩扩展 3. 3.多路开关的扩展多路开关的扩展 （1 1）由于被测参数多，应用中需要扩展。）由于被测参数多，应用中需要扩展。 （2 2）作法：）作法： 将两个多路开关串联可成倍增加路数。将两个多路开关串联可成倍增加路数。 采用译码器可组成通路更多的多路开关。采用译码器可组成通路更多的多路开关。 微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 （2 2）扩展方法）扩展方法 输入通道 :不变，只是把2#CD4051的8个通道编号为 815。 输出通道 :把两个CD4051的OUT/IN并联。通道选择控 制管脚 C、B

13、、A同名并联，并分别接到D2、D1和D 0。 禁止端:用做两个CD4051的选择控制，由D3控制。当D 3=0时，1#CD4051工作，2#截止。当D3=1时，正 好相反。 微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 由于两个多路开关只有两种状态，1 # 多路开关工作， 2 # 就得停止，或者相反。所以，只用一根地址总线 即可作为两个多路开关的允许控制端的选择信号，而 两个多路开关的通道选择输入端共用一组地址（或数 据）总线。 微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 微机控制技术 图图2-4 CD40512-4 CD4051的扩展电路的扩展电路 （3 3）扩展电）扩展电路路 由两个由两个CD405

14、1CD4051构成的构成的1616通通 道多路开关道多路开关 OUT/IN OUT/IN 端连端连 在一起在一起 两两片片 IN IN 端端 并联并联两两片片 IN IN 端端 串串联联 非非门门 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 3.多路开关开关的扩扩展 （3 3）工作原理）工作原理 图图2-82-8中，中， 改变数据总线改变数据总线D2D0D2D0（或地址总线（或地址总线A2A2A0A0）的状态）的状态 即可得到分别选择即可得到分别选择IN7IN7IN0IN0的的8 8个通道之一。个通道之一。 D3D3用来控制两个多路开关的用来控制两个多路开关的INHINH输入端的电平。输入端的电平

15、。 其真值表，如表其真值表，如表3-43-4所示。所示。 微机控制技术 3.多路开关开关的扩扩展 INHCBA接通通道 00000# 00011# 00102# 01117# 10008# 10019# 101010# 111115# 微机控制技术 （3 3）真值真值表表 INH INH 为为 0 0： 选选通通 1# 1# 芯片芯片 （1N01N0IN7IN7） INH INH 为为 1 1： 选通选通 2# 2# 芯片芯片 （IN8IN15IN8IN15） 在在 INH INH 为为 0 0 的前提下，由的前提下，由 C C、B B、A A 的的 编码决编码决定被定被选选通通 的通道。的通

16、道。 3.多路开关开关的扩扩展 若需要通道数很多，若需要通道数很多， 可通过译码器控制可通过译码器控制 CD4051 CD4051 的控制端的控制端 INHINH， 把多个把多个 CD4051 CD4051 芯片组合起来，芯片组合起来， 构成更多通道构成更多通道 或或 差动输入系统。差动输入系统。 对于其它多路开关芯片同样适用。对于其它多路开关芯片同样适用。 微机控制技术 讨论讨论 212 采样样保持器 1 1采样保持器的用途采样保持器的用途 2 2采样保持器工作原理采样保持器工作原理 3 3常用采样保持器常用采样保持器 微机控制技术 1采样样保持器的用途 1 1采样保持器（采样保持器（S S

17、ample/ample/H Holdold）的用途）的用途 （1 1）保持采样信号不变，以便完成）保持采样信号不变，以便完成 A/D A/D 转换；转换； （2 2）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量；）同时采样几个模拟量，以便进行数据处理和测量； （3 3）减少）减少 D/A D/A 转换器的输出毛刺，从而消除输出电压转换器的输出毛刺，从而消除输出电压 的峰值及缩短稳定输出值的建立时间；的峰值及缩短稳定输出值的建立时间； （4 4）把一个）把一个 D/A D/A 转换器的输出分配到几个输出点，以转换器的输出分配到几个输出点，以 保证输出的稳定性。保证输出的稳定性。 微机控制技术 2采

18、样样保持器工作原理 2 2采样保持器工作原理采样保持器工作原理 （1 1）S SH H 有两种工作方式：有两种工作方式： 采样方式采样方式 采样保持器的输出跟随模拟量输入电压。采样保持器的输出跟随模拟量输入电压。 保持方式保持方式 采样保持器的输出保持在命令发出时刻的模采样保持器的输出保持在命令发出时刻的模 拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到拟量输入值，直到保持命令撤消（即再度接到 采样命令）时为止。采样命令）时为止。 。 微机控制技术 2采样样保持器工作原理 微机控制技术 图图2-9 2-9 描述上述采样保持过程的示意曲线图描述上述采样保持过程的示意曲线图 3常用采样样保持器 3 3常

19、用采样保持器常用采样保持器 AD AD 公司公司 AD582AD582、AD585AD585、AD346AD346、AD389AD389、ADSHCADSHC 8585。 国家半导体公司国家半导体公司 LF198 / 298 / 398 LF198 / 298 / 398 等。等。 微机控制技术 3常用采样样保持器 （1 1）LF198/298/398 LF198/298/398 的结构的结构 结构结构 由双极型绝缘栅场效应管组成由双极型绝缘栅场效应管组成 （低偏差电压和宽频带）（低偏差电压和宽频带） 使用一个单独的端子实现输人偏置电压的调整，使用一个单独的端子实现输人偏置电压的调整， 特点特

20、点 采样速度快，保持下降速度慢，精度高等特点。采样速度快，保持下降速度慢，精度高等特点。 允许带宽允许带宽 1MHz1MHz，输入电阻为，输入电阻为 10101010。 作为单一的放大器时，其电流增益精度为作为单一的放大器时，其电流增益精度为 0.0020.002， 采样时间小于采样时间小于 6s6s时，时， 精度可达精度可达 0.010.01。微机控制技术 3常用采样样保持器 当保持电容为当保持电容为 1F1F时，其下降速度为时，其下降速度为5mV5mVminmin。 结型场效应管与结型场效应管与 MOS MOS 电路相比：电路相比： 抗干扰能力强，且不受温度影响。抗干扰能力强，且不受温度影

21、响。 设计保证，即使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入设计保证，即使是在输入信号等于电源电压时，也可以将输入 馈送到输出端。馈送到输出端。 LF198LF198的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入的逻辑输入全部为具有低输入电流的差动输入 允许直接与允许直接与 TTLTTL、PMOSPMOS、CMOSCMOS电平相连。电平相连。 其门限值为其门限值为 1.4V1.4V。 LF198 LF198 供电电源可以从供电电源可以从 5V 5V 到到 18V18V。 微机控制技术 3常用采样样保持器 图图2-6 2-6 LF198 LF198 LF298LF298 LF398LF398 原理图原

22、理图 微机控制技术 （2 2）LF198LF198LF298LF298LF398LF398芯片引脚功能芯片引脚功能 VINVIN：模拟量电压输入；：模拟量电压输入； VOUTVOUT：模拟量电压输出；：模拟量电压输出； 逻辑、逻辑参考：控制逻辑、逻辑参考：控制 S/H S/H 的工作方式。的工作方式。 引脚引脚 8 8 接高电平，采样接高电平，采样 低电平，保持。低电平，保持。 偏置（偏置（OFFSETOFFSET）：可用外接电阻调整）：可用外接电阻调整 S/H S/H 的偏差的偏差 CHCH：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。：保持电容引脚。用来连接外部保持电容。 V+V+、V- V- ：

23、电源引脚。电源变化范围为：电源引脚。电源变化范围为 5V 5V 到到 10V 10V 。 3常用采样样保持器 微机控制技术 22 DA 转换转换器及其接口技术术 典型的微型机控制系统典型的微型机控制系统 由模拟量输入通道、微型机、模拟量输出通道组成由模拟量输入通道、微型机、模拟量输出通道组成 其中：其中： 模拟量输入通道主要完成模拟量输入通道主要完成 模拟量（模拟量（ A Analog nalog ）到数字量（）到数字量（ D Digital igital ）的转换。）的转换。 微型机主要完成数据处理、控制量计算、输出等。微型机主要完成数据处理、控制量计算、输出等。 模拟量输出通道主要完成模拟

24、量输出通道主要完成 数字量（数字量（ D Digital igital ）到模拟量（）到模拟量（ A Analog nalog ）的转换）的转换 D/A 转换转换器分类类 1. 1. 按按 D/A D/A 转换器输出方式分类转换器输出方式分类 电流输出型：电流输出型： 如如 DAC0832DAC0832，AD7522 AD7522 等。等。 电压输出型：电压输出型： 如如 AD558AD558，AD7224 AD7224 等。等。( ( 单极性输出、双极性输出单极性输出、双极性输出 ) )。 2. 2. 按输入数字量位数分类按输入数字量位数分类 有有 8 8 位、位、10 10 位、位、12

25、12 位和位和 16 16 位等。位等。 3.3.结构结构: : 双双 D/AD/A（AD7528 AD7528 ）、）、4 4 通道通道D/AD/A（ AD7226 AD7226 ）转换器）转换器 串行串行 D/A D/A 转换器（转换器（ DAC80 DAC80 ）等。）等。 4.4.其它其它: : 直接接收直接接收 BCD BCD 码（如码（如AD7525AD7525）。）。 直接输出直接输出 4 420mA 20mA 标准电流的标准电流的 D/A D/A 转换器（转换器（ 如如AD1420 /1 422 AD1420 /1 422 ）。）。 22 DA 转换转换器及其接口技术术 2.2

26、.1 82.2.1 8位位D/AD/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 2.2.2 2.2.2 高于高于8 8位的位的D/AD/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 22 .1 8位DA转换转换器及其接口技术术 1 1普通型普通型 D/A D/A 转换器转换器 DAC 0832DAC 0832 2 2D/A D/A 转换器的输出方式转换器的输出方式 3. 8 3. 8 位位 D/A D/A 转换器与微型机的接口及程序设计转换器与微型机的接口及程序设计 微机控制技术 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 1 1普通型普通型 D/A D/A 转换器转换器 DAC 0832DAC 0

27、832 美国数据公司产品美国数据公司产品 ，8 8 位位 D/A D/A 转换器。转换器。 与与 CPU CPU 完全兼容。完全兼容。 采用采用 CMOS CMOS 工艺工艺: : 功耗低，输出漏电流误差较小。功耗低，输出漏电流误差较小。 特殊的电路结构可与特殊的电路结构可与 TTL TTL 逻辑输入电平兼容逻辑输入电平兼容。 微机控制技术 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 微机控制技术 （1 1）DAC 0832 DAC 0832 的结构及原理的结构及原理 图图2-72-7 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1

28、 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 微机控制技术 XFER 内部结构内部结构 二级缓冲，一级转换，逻辑电路二级缓冲，一级转换，逻辑电路 图图2-142-14中，中， 为寄存器命令。为寄存器命令。 当当 l l时，寄存器

29、的输出随输入而变化；时，寄存器的输出随输入而变化； 0 0时，数据被锁存在寄存器中。时，数据被锁存在寄存器中。 LE LE LE 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1）LELE（1 1）= I= ILE LE CS CSWR1WR1 （2 2）LELE（2 2）= WR2 = WR2 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1） （ 8 8位位数数据据锁锁存器控制存器控制 8 8位位 DAC DAC 寄存器控制寄存器控制 根据不同的接法，可根据不同的接法，可将将 DAC0832 DAC0832 设设 计计成成单缓单缓冲、冲、双缓双缓冲、直通冲、直通 三三种种工工 作方式作方式 寄存器命令控制寄存

30、器命令控制 （1 1） （ 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1） （ 寄存器命令控制寄存器命令控制 （1 1） （ 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 （2 2）DAC 0832DAC 0832的引脚功能的引脚功能 数据数据 D D7 7D D0 0：数字量输入：数字量输入 I IOUT1OUT1：DAC DAC 电流输出电流输出1 1。 I IOUT2OUT2：DAC DAC 电流输出电流输出2 2。 控制控制 CS CS：片选信号：片选信号 I ILELE：输人锁存允许信号：输人锁存允许信号 WR1 WR1：输入：输入锁存器写选通信号锁存器写选通信号 WR2: DAC WR

31、2: DAC 寄存器写选通信号寄存器写选通信号 XFER XFER：数据传送控制信号：数据传送控制信号 R Rfbfb: : 反馈电阻反馈电阻 微机控制技术 D D7 7D D0 0 = 0FFH= 0FFH I IOUT1OUT1 输输出最大出最大值值 D D7 7D D0 0 = 00H= 00H I IOUT1OUT1 输输出出为为0 0 I IOUT2OUT2 = = 常数常数- I- IOUT1OUT1 采用单极性输出时，采用单极性输出时， I IOUT2OUT2 接地接地 为外部运算放大器提供反馈电阻为外部运算放大器提供反馈电阻 （可用片内电阻（可用片内电阻 / / 外接电阻）外接

32、电阻） 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 V VREFREF：参考电压输入线。：参考电压输入线。 要求外接一精密电源。要求外接一精密电源。 当当 V VREF REF 为为 10V 10V ( ( 或或5V 5V ) )时，时， 可获得满量程四象限的可乘操作。可获得满量程四象限的可乘操作。 微机控制技术 输输出出电压电压的的极极性性两两者符者符号号 之之积积 输出电压的数值取决于输出电压的数值取决于 输入的数字量输入的数字量 1普通型 D/A 转换转换器 DAC 0832 电源与地电源与地 Vcc Vcc：数字电路供电电压，一般为：数字电路供电电压，一般为 +5V +15V +5

33、V +15V。 AGND AGND：模拟地。：模拟地。 DGND DGND：数字地。：数字地。 两种不同性质的地，应单独连接，两种不同性质的地，应单独连接， 但在一般情况下，最后总有一点接在一起，但在一般情况下，最后总有一点接在一起， 以提高抗干扰的能力。以提高抗干扰的能力。 微机控制技术 2D/A 转换转换器的输输出方式 2 2D/A D/A 转换器的输出方式转换器的输出方式 （1 1）电压输出）电压输出 外接一级运算放大器，构成单极性电压输出；外接一级运算放大器，构成单极性电压输出； （图（图2-82-8） 外接两级运算放大器，构成双极性电压输出。外接两级运算放大器，构成双极性电压输出。

34、（图（图2-92-9） （2 2）电流输出）电流输出 直接输出电流。直接输出电流。 微机控制技术 2D/A 转换转换器的输输出方式 微机控制技术 图图2-8 DAC08322-8 DAC0832单极性电压输出电路单极性电压输出电路 P29P29 极性与极性与 VREFVREF反相；反相； 数值与输入数字量相关数值与输入数字量相关 VREF VREF 可接：可接：5V 5V 10V10V 微机控制技术 图图2-9 DAC08322-9 DAC0832双极性电压输出电路双极性电压输出电路 P30P30 REFOUTOUT V R R V R R V 1 3 2 3 22 V VOUT2 OUT2

35、= - R= - R3 3 I I33 = - R3 = - R3 ( I ( I1 1+I+I2 2 ) I I3 3 2D/A 转换转换器的输输出方式 注意：注意： Vout1 Vout1 与与 V VREF REF 反相反相 Vout2 Vout2 与与 输入反相输入反相 R1=2R R1=2R，R2=RR2=R，R3=2RR3=2R 图图2-9 2-9 可求出可求出 D/AD/A 转换器的总输出电压转换器的总输出电压 REFOUTOUT V R R V R R V 1 3 2 3 22 REFOUTOUT V R R V R R V 2 22 12 微机控制技术 REFOUT VV 1

36、 2 （2-1） 代入代入R1R1、R2R2、R3 R3 的值，可得的值，可得 2D/A 转换转换器的输输出方式 设设 V VREFREF = +5V = +5V，则由式（，则由式（2-12-1）可得出：）可得出： 当当 V VOUT1 OUT1 = 0V = 0V 时，时， V VOUT2 OUT2 = -5V= -5V； V VOUT1 OUT1 = -2.5V = -2.5V 时，时， V VOUT2 OUT2 = 0V= 0V； V VOUT1 OUT1 = -5V = -5V 时，时， V VOUT2 OUT2 = +5V= +5V。 微机控制技术 双极双极性性输输出出时输时输入入数

37、数字量字量与输与输出模出模拟拟量之量之间间的的关关系系 见见 表表2-72-7 P30 2D/A 转换转换器的输输出方式 设设 VREF= +5VVREF= +5V，则由式（，则由式（2-12-1）可得出：）可得出： D D7 7 D D0 0 V VOUT1 OUT1 V VOUT2 OUT2 00000000 0V -5V00000000 0V -5V 1 0000000 -2.5V 0V1 0000000 -2.5V 0V 1 1 1 1 1 1 1 1 -5V +5V1 1 1 1 1 1 1 1 -5V +5V。 微机控制技术 3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设

38、计设计 3. 8 3. 8 位位 D/A D/A 转换器与微型机的接口及程序设计转换器与微型机的接口及程序设计 包括三个方面：包括三个方面： （1 1）数字量输入）数字量输入 （2 2）模拟量输出）模拟量输出 （3 3）外部控制信号的连接）外部控制信号的连接 微机控制技术 3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计 （1 1）数字量输入端的连接）数字量输入端的连接 考虑两个问题：考虑两个问题： 位数位数 D/A D/A 转换器的位数是否与微型机匹配？转换器的位数是否与微型机匹配？ 匹配，可直接连接；匹配，可直接连接； 不匹配，可将数字量分批传送。不匹配，可将数字量分批传送。

39、 D/A D/A 转换器的内部是否设有输入锁存器？转换器的内部是否设有输入锁存器？ 若没有，须在若没有，须在CPUCPU与与D/AD/A转转换器之间增设锁存器；换器之间增设锁存器； 若有，则可直接连接。若有，则可直接连接。 微机控制技术 3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计 （2 2）外部控制信号的连接）外部控制信号的连接 片选信号，由地址线经译码器控制。片选信号，由地址线经译码器控制。 写信号，写信号， 由微型机的由微型机的 信号控制。信号控制。 启动信号，启动信号常为片选及写信号的合成。启动信号，启动信号常为片选及写信号的合成。 参考电平，由输出极性决定。参考电平

40、，由输出极性决定。 RW 微机控制技术 3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计 （3 3）D/AD/A转换器与微型机的接口及程序设计应用举例转换器与微型机的接口及程序设计应用举例 8 8 位位 D/AD/A 转换器与转换器与 8031 8031 单片机的接口。单片机的接口。 选用选用 DAC0832DAC0832，分析：，分析： 数据位数数据位数 单极性电压输出单极性电压输出 DAC0832 DAC0832 内部含有两极数字量锁存器，直接与内部含有两极数字量锁存器，直接与 8031 8031 接口。接口。 微机控制技术 3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及

41、程序设计设计 图图2.10 2.10 含锁存器的含锁存器的D/AD/A转换器与单片机的连接转换器与单片机的连接 微机控制技术 3. 8 位 D/A 转换转换器与与微型机的接口及程序设计设计 图图2.102.10中，中，DAC0832 DAC0832 工作于双缓冲工作于双缓冲 方式：方式： 用用 P2.1 P2.1 控制控制 ， 用用 P2.0P2.0 控制控制 ， 信号同时控制信号同时控制 和和 。 锁存允许信号锁存允许信号 I ILE LE 接高电平。接高电平。 RXFE 2WR CS WR1 WR 微机控制技术 分析： LELE（1 1）= CS R4 ;采样次数加采样次数加1 1 MOV

42、 MOV P2P2，#0A0H ; #0A0H ; 恢复存放数据指针恢复存放数据指针 MOV MOV A A，R4 ;R4 ; MOV MOV R0R0，A ;A ;存放新数据地址指针存放新数据地址指针 MOV MOV R6R6，#10H ;#10H ;恢复通道计算机初值恢复通道计算机初值 AJMP AJMP AGAINAGAIN 微机控制技术 3. 延时时方式 3. 3. 延时方式延时方式 不同的不同的 A/D A/D 转换器的转换时间不同转换器的转换时间不同, , 程序的延时时间取决于所选定的芯片程序的延时时间取决于所选定的芯片, , 为保证读书的正确性为保证读书的正确性, ,常将程序的延

43、时时间略大于实常将程序的延时时间略大于实 际转换时间。际转换时间。 延时时间的获取延时时间的获取: :软件延时程序，软件延时程序， 硬件延时。硬件延时。 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 采用高位数采用高位数 A/D A/D 转换器可提高转换精度。转换器可提高转换精度。 如如： 12 12 位位 A/D A/D 转换器转换器 AD574AD574 由于位数不同，所以与由于位数不同，所以与 CPUCPU 的接口的接口 及程序设计方法也不同。及程序设计方法也不同。 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 1 1AD574 AD574 的结构及原理的

44、结构及原理 美国模拟器件公司（美国模拟器件公司（Analog DevicesAnalog Devices）产品）产品 12 12 位逐次逼近型位逐次逼近型 A/D A/D 转换器转换器 转换速度最快为转换速度最快为 35S 35S 转换误差转换误差0.050.05 价格适中价格适中 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 （1 1）内部结构）内部结构 由三部分组成：由三部分组成： 模拟芯片：模拟芯片： 高性能高性能 1212位位 D/AD/A转换器转换器 AD565AD565、参考电压数字芯片、参考电压数字芯片 数字芯片：数字芯片： 控制逻辑电路、逐次逼近型寄存器、三态输

45、出缓冲器控制逻辑电路、逐次逼近型寄存器、三态输出缓冲器 控制逻辑部分：控制逻辑部分： 发出启动发出启动/ /停止时钟信号及复位信号，停止时钟信号及复位信号， 控制转换过程。控制转换过程。 转换过程结束后，输出一个标志状态转换过程结束后，输出一个标志状态 STSSTS（低电平有效）。（低电平有效）。 微机控制技术 快速、单片结构、电流输出型、快速、单片结构、电流输出型、 建立时间为建立时间为200ns200ns 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 微机控制技术 图图2-22 AD5742-22 AD574结构原理图结构原理图 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 输入模拟量

46、信号：允许两种量程、两种极性接法。输入模拟量信号：允许两种量程、两种极性接法。 单极性：单极性：010V 010V ，020V020V 双极性：双极性：5V 5V ，10V10V 输出数字量信号：输出数字量信号： 可分两次（一次可分两次（一次 8 8 位，一次位，一次 4 4 位）读出，位）读出， 或或 12 12 位一次读出。位一次读出。 当当 START START 信号出现高电平时，信号出现高电平时， STS STS 开始变为高电平（开始变为高电平（BUSYBUSY），）， 直到转换过程结束，才变为低电平（直到转换过程结束，才变为低电平（EOCEOC）。）。 微机控制技术 （1 1）转换

47、器的启动和数据读出由）转换器的启动和数据读出由 CECE、 和和 R/ R/ 引脚来控制。引脚来控制。 CE CE 1 1 0 0 时时, ,转换过程开始转换过程开始 R/ R/ 0 0 CE CE1 1 0 0 时时, , 数据可以被读出。数据可以被读出。 R/ R/ 1 1 CSC CS CS C C 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 2 2AD574A AD574A 的引脚及功能的引脚及功能 图2-40 （2 2）数据格式选择端）数据格式选择端 当当 1 1时，双字节输出时，双字节输出( 12( 12位位 DB DB 同时生效同时生效) ) 用于用于 12/1

48、6 12/16 位微型计算机系统。位微型计算机系统。 若若 0 0，单字节输出，可与，单字节输出，可与 8 8 位位 CPU CPU 接口。接口。 AD574A AD574A采用向左对齐的数据格式。采用向左对齐的数据格式。 与与 A0 A0 配合，使数据分两次输出配合，使数据分两次输出: : A0 A00 0，高，高 8 8 位数有效。位数有效。 A0A01 1，输出低，输出低 4 4 位数据加位数据加 4 4位附加位附加 0 0。 8/12 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 8/12 8/12 8/12 注意注意: : 引脚必须直接接至引脚必须直接接至 +5V +

49、5V 或数字地或数字地 此引脚只作数字量输出格式的选择，此引脚只作数字量输出格式的选择， 对转换操作不对转换操作不 起作用起作用 8/12 （3 3）A A0 0为字节选择端为字节选择端 两个作用两个作用: : 转换前设置转换前设置, ,选择字节长度选择字节长度 设设 A0A0l l，按，按 8 8位位A/DA/D转换，转换完成时间为转换，转换完成时间为1010 s; s; A0 A00 0，按，按1212位位A/DA/D转换，转换时间为转换，转换时间为 2525 s s。 ( (与与 的状态无关的状态无关 ) ) 与与8 8位微处理器兼容时，选择读出字节。位微处理器兼容时，选择读出字节。 在

50、读周期中，在读周期中，A0A00 0，高，高8 8位数据有效；位数据有效； A0A01 1，则低，则低4 4位数据有效。位数据有效。 8/12 注意注意：如果如果 12/8 12/8 1 1， 则则 A0 A0 的状态不起作用。的状态不起作用。 AD574A控制信号组合表，如表2-9所示。 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 3 3AD574AAD574A的应用的应用 根据模拟信号的性质根据模拟信号的性质, ,有单极性有单极性 / / 双极性输入两种工作方式。双极性输入两种工作方式。 （1 1）单极性输入）单极性输入 单极性模拟量输入有两种量程，单极性模拟量输入有两种量程，0 01

51、0 V 10 V 和和 0 020 V20 V。 若无需进行零位调整，若无需进行零位调整， 将补偿调整引脚将补偿调整引脚 BIP OFF BIP OFF 直接接至引脚直接接至引脚 9 9。 不需要进行满量程调整时，不需要进行满量程调整时， 可于引脚可于引脚 8 8 和和 10 10 之间接一个固定的之间接一个固定的50 50 金属膜电阻，金属膜电阻， 如图如图2-232-23（a a）所示。）所示。 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 微机控制技术 图图2-23 2-23 单极性模拟量输入电路的连接单极性模拟量输入电路的连接 无需无需 0 0 位位 调调整整 无需无需

52、 满满量程量程调调整整 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 （2 2）双极性输入）双极性输入 两种额定的模拟输入范围：两种额定的模拟输入范围： 5V (5V (输入接脚输入接脚 13 13 和脚和脚 9 9 之间之间) ) 10V (10V (输入接脚输入接脚 14 14 和脚和脚 9 9 之间之间) ) 双极性模拟量输入电路图，如图双极性模拟量输入电路图，如图 2 - 24 2 - 24 所示。所示。 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 微机控制技术 图图2-24 2-24 双极性模拟量输入电路的连接双极性模拟量输入电路的连接 P47P47 234 高于

53、8位A/D转换转换器及其接口技术术 4. 4. 高于高于 8 8位的位的A/DA/D转换器接口技术及程序设计转换器接口技术及程序设计 (1)(1) 对于高于对于高于 8 8 位的位的 A/D A/D 转换器与转换器与 8 8 位位 CPU CPU 接口时接口时 数据的传送需分步进行。数据的传送需分步进行。 (2) (2) 数据分割形式有向左对齐和向右对齐两种格式数据分割形式有向左对齐和向右对齐两种格式 (3) (3) 读取数字采取分步读出方式。读取数字采取分步读出方式。 (4) (4) 用读控制信号线和地址译码信号来控制。用读控制信号线和地址译码信号来控制。 (5) (5) 在分步读取数据时，

54、需要提供不同的地址信号。在分步读取数据时，需要提供不同的地址信号。 Y1 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 微机控制技术 图图2-25 AD574A2-25 AD574A与微型机接口电路与微型机接口电路 单极单极性性 按按8 8位位转换转换 1212位向左位向左对齐对齐 5.5.应用应用 (1)(1)硬件设计硬件设计 ( ( 图图2.25 )2.25 ) A/D A/D 数字量输出数字量输出 直接与单片机数据总线接口直接与单片机数据总线接口 ( ( 内部含三态锁存器内部含三态锁存器 ) )。 采用采用 12 12 位位 向左对齐输出格式向左对齐输出格式 将将 A/D

55、 A/D 低低 4 4 位位 DBDB3 3DBDB0 0 接到接到 8031 8031 高高4 4位位 DBDB11 11DBDB8 8 上。上。 读出时读出时: :第一次输出第一次输出 DB11DB11DB4DB4（高（高8 8位），位）， 第二次输出第二次输出 DBDB3 3 DBDB0 0（低（低4 4位），位）， ( DB( DB7 7DBDB4 4 为为 0000H )0000H ) 转换结束信号的处理转换结束信号的处理 标志位标志位 STS STS 接到接到 P1.0P1.0位。位。( (供查询供查询 ) ) 。 ( P1.0 = STS = 0 ( P1.0 = STS = 0

56、 时读入数据时读入数据 ) ) 微机控制技术 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 (2)(2)逻辑控制逻辑控制 ( (寻址、启动和读出寻址、启动和读出) ) 数据读出方式选择数据读出方式选择: : 数据格式选择端数据格式选择端 0V 0V（接地）（接地）( (分两次输出分两次输出) ) 启动启动A/DA/D和读取转换结果，用和读取转换结果，用CECE， 和和 R/ R/ 控制。控制。 CS CS 接地，芯片总是被选中；接地，芯片总是被选中； CE CE由由 和和 两信号通过一个与非门控制。两信号通过一个与非门控制。 ( (不论处于读还是写状态下，不论处于读还是写状态下，CE1)CE

57、1) R/ R/ 控制端由控制端由 P0.1 P0.1 控制。控制。 P0.1=0 P0.1=0，启动，启动 A/D A/D 转换转换 P1.0=1 P1.0=1，则读取，则读取 A/D A/D 转换结果。转换结果。 字节控制端字节控制端A0A0由由P0.0P0.0控制。控制。 在转换过程中，在转换过程中，A0=0A0=0，按，按1212位转换；位转换； 读数时，读数时，P0.0=0P0.0=0读取高读取高8 8位数据，位数据， P0.0=1 P0.0=1，则读取底，则读取底4 4位数据。位数据。 8/12 CSC WRRD 微机控制技术 C 234 高于8位A/D转换转换器及其接口技术术 (4) A/D 574 (4) A/D 574 地址地址 启动转换地址启动转换地址; 0FCH ; 0FCH