第8章常用接口芯片(3)

1、2022-1-1模拟量与数字量 模拟量连续变化的物理量n数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器2022-1-2模拟输入输出系统示意图数字信号数字信号模拟信号模拟信号现场信号现场信号1现场信号现场信号2现场信号现场信号n微型微型计算机计算机放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路开开关关低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器A/D转换器转换器采样保持器采样保持器数字信号数字信号受控对象受控对象控制信号控制信号模拟信号模拟信号D/A转换器转换器放大驱动电路放大

2、驱动电路传感器传感器将各种现场的物理量将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流）（模拟电压或电流） 放大器放大器把传感器输出的信号放大到把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围所需的量程范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比以增加信噪比多路开关多路开关把多个现场信号把多个现场信号分时地接通到分时地接通到A/D转换器转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，周期性地采样连续信号，并在并在A/D转换期间保持不变转换期间保持不变2022-1-3模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电

3、路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道2022-1-4数模与模数转换 数模（数模（D/A）转换及转换接口）转换及转换接口 模数（A/D）转换及转换接口Analog DataDigital Data2022-1-5数模（D/A）转换的基本原理数字量 模拟量1101B 132022-1-2D/A转

4、换器的原理图（1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF电阻网络电阻网络基准电压基准电压电子开关电子开关输入DAC的数字信号为D3D0，输出的模拟信号为 VoutDi为1，对应的开关Si闭合； Di为0，对应的开关Si打开。2022-1-2D/A转换器的原理图（2）VREFIout2Iout1RfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2R阻抗阻抗2R运算放大器运算放大器输入DAC的数字信号为D3D0，输出的模拟信号为 VoutDi为1，对应的开关

5、Si闭合； Di为0，对应的开关Si打开。2022-1-2D/A转换器的原理图（3）VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vc/2RVREF/（42R）I2Vb/2RVREF/（22R）I3Va/2RVREF/（12R）2022-1-2D/A转换器的原理图（4）Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREF2022-1-10单极性电压输出Vout = (D/28)VREF, D = 0255 Vout = 0 VREF 25

6、5/2562022-1-11双极性电压输出VOUT = 2VREFD/256 VREF = (2D/2561)VREFD = 0， VOUT = VREF；D = 128， VOUT = 0；D = 255， VOUT =(254/256) VREF Vout = VREF + VREFR2=R3=2R12022-1-12D/AD/A转换器的主要性能参数转换器的主要性能参数 1）分辨率分辨率 D/A转换器能够的转换二进制位数，位数越多分辨率越高。 2）转换时间转换时间 数字量输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止。 3）精度 D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有

7、效位作为衡量单位，如+1/2LSB。 4）线性度 理想的D/A转换器是线性的，实际有误差。线性度指，当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按比例关系变化的程度。2022-1-13D/A转换器的输入/输出特性 1）输入缓冲能力 是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入数字量。 2）输入数据宽度：8位、10位、12位 输入数据的位数是否大于微机系统数据总线的宽度。 3）电流型、电压型 DAC的输出是电流还是电压。 4）输入码制 DAC能接收哪些码制的数字量输入。单极性输出接收二进制或BCD码；双极性输出接收补码。 2022-1-14DAC0832的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832

8、VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER2022-1-15 DAC0832的数字信号 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*2022-1-16DAC0832的模拟输出 Iout1、Iout2 电流输出端 DAC0832为电流电流输出型，如果需要获得模拟电压输出，就必须外接转换电路。 Rfb 反馈电阻引出端（电阻在芯片内） VREF 基准电压输入端 10V10V VCC

9、电源电压输入端 5V DGND 数字信号地 AGND 模拟信号地2022-1-17DAC0832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）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout12022-1-181. 直通方式 LE1LE21 输入的数字数据直接进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout12022-1-192. 单缓冲方式 LE11，或者LE21 两个寄存器之一始终处于直通状态。一般是DAC寄存器。 另

10、一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout12022-1-203. 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。LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout12022-1-21DAC0832 的应用 实现D/A转换器和微处理器连接的关键是数据锁存问数据锁存问题。题。 当CPU向D/A转换器输出一个数据时，这个数据在数据总线上只持续很短的时间，必须有数据锁存器锁存数据，才能得到持续稳定的模拟量

11、输出。 CPU对DAC的数据传送采用无条件方式。2022-1-22DAC0832应用实例应用实例1： 采用单缓冲方式 1）要求要求：通过DAC0832产生锯齿波，按任意键停止波形输出。 2）分析分析：采用单缓冲方式，输入寄存器用来接收和保存来自于CPU的数据，DAC寄存器处于直通方式。 3）硬件设计硬件设计： 允许CPU对输入寄存器进行“写”操作（假设写端口地址是314H）。 因此DAC0832的CS*与I/O译码电路的输出进行连接，WR1*与IOW*进行连接。2022-1-23D0 D7DI0 DI7端口译码A0 A9AENCS*IOW*WR1*ILEWR2*XEFR*+-RfbI01I02

12、CPUDAC0832314H4）软件设计软件设计2022-1-24开始置AL=0(AL) 314H端口（DAC0832）有任意键按下？(AL)+1 AL结束YN2022-1-25DAC0832应用实例应用实例2：采用直通方式直通方式1. 要求：设计一个能产生三角波的函数波形发生器。2. 硬件设计 1）采用8255A作为DAC与CPU之间的接口芯片，A端口用于数据锁存和数据输出，B端口用来输出控制信号。 2）DAC0832的工作方式设置为直通方式，8255的B口须输出 00010000B。VoutVout（D/28）VREF2022-1-263. 程序设计程序设计MOVDX，303H；8255控

13、制口控制口MOVAL，80H； 全输出方式全输出方式OUTDX，ALMOVDX，301H；8255 B口地址口地址MOVAL，10H；置；置DAC0832直通工作方式直通工作方式OUTDX，AL LOP：MOV DX，300H ；8255A口地址口地址 MOV AL，00HLOP1： OUTDX，AL INCAL JNZLOP1MOVAL，0FFHLOP2： OUTDX，ALDECAL JNZLOP2JMPLOP2022-1-27数模与模数转换 数模（D/A）转换及转换接口 模数（模数（A/D）转换及转换接口）转换及转换接口Analog DataDigital Data2022-1-28 A/

14、D转换器基本原理 当转换器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器（SAR）清0，通过内部D/A转换器输出使输出电压V0为0，启动信号结束后开始A/D转换。 A/D转换开始后，控制电路先设定SAR最高位为1 、其余位为0；经过D/A转换后，将V0与Vi比较；如果Vi V0， SAR最高位为1，否则SAR最高位清0。 重复上述过程，直至SAR的最低位为止。2022-1-29 A/D转换器外部特性 (1)启动线启动线：由系统控制器或通过接口发出的一种控制信号，此信号一到，A/D转换器立即开始。 (2)转换结束线转换结束线：转换完毕由A/D转换器发出的一种状态信号，由它申请中断、DMA传送和中断查询用。 (

15、3)模拟信号输入线模拟信号输入线：来自被转换的对象，有单通道、多通道。 (4)数字量输出线数字量输出线：由ADC将数字量送给CPU。2022-1-30 A/D转换器连接特性（1）启动信号是电平还是脉冲；（2）芯片内是否有三态门输出锁存器 若有可直接与CPU数据线相连，否则要外加锁存器/可编程I/O接口；（3）输出数字量的形式，是二进制还是BCD码。2022-1-31ADC0809模数转换器 具有8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意通道进行A/D转换，得到8位二进制数字量。其主要技术指标如下： l输出：具有三态锁存/缓冲功能l分辨率：8位。l转换时间：100us。 l不可调误差：1LSB

16、。l功耗：15mW。l工作电压：+5V，参考电压标准值+5V。 l时钟频率：片内无时钟，需外加640KHz以下且不低于100KHz的时钟信号。2022-1-32 ADC0809内部功能结构内部功能结构2022-1-331、D7D0：8位数据输出线。 2、IN7IN0：8路模拟信号输入。 3、ADDC、ADDB、ADDA：8路模拟信号输入通道的地址选择线。4、ALE：地址锁存允许，其正跳变锁存ADDC、ADDB、ADDA ，经译码选通对应的模拟输入信号。ADC0809的外部引脚的外部引脚2022-1-345、START：启动信号。上升沿使片内所有寄存器清零，下降沿启动下降沿启动 A/D 转换转换

17、。 6、EOC：转换结束信号。转换开始后，此引脚变为低电平；转换一结束，此引脚变为高电平。 7、OE：输出允许信号，高电平有效。有效时，芯片内部三态（数据输出）锁存缓冲器被打开，转换结果送到D7D0。2022-1-358、CLOCK：时钟，最高可达1280KHz，由外部提供。9、REF（+）、REF（-）：参考电压正极、负极。通常REF（+）接Vcc，REF（-）接GND。 10、Vcc：电源，+5V，11、GND：地线 2022-1-36ADC0809的应用1、ADC0809与CPU直接连接 需要解决下列问题： 1）如何选择模拟信号的输入通道？ （输出通道号？） 2）如何启动模数转换？ 3）

18、如何获取模数转换后产生的数据信号？ （输入转换数据？）2022-1-37 ADC0809与系统总线直接连接与系统总线直接连接EOC可以作为中断请求信号可以作为中断请求信号, 传传送至中断控制器的送至中断控制器的IRQn2022-1-38 部分关键代码 MOV AL, 00000XXX；XXX ： 000111（通道号）MOV DX, 2F7H ；通过控制端口2F7H，输出通道号OUT DX, AL ；并且发出ALE（地址锁存）； ；延迟一段时间后延迟一段时间后，START下降沿启动A/D转换。 ；查询EOC MOV DX, 2F7H ；通过数据端口2F7H获取 IN AL, DX ；三态锁存缓冲器中的数据 2022-1-392. 利用8255A并行接口芯片构成查询方式下的A/D转换+5VAD0AD7D0D7PA0PA7D0D7CLOCKPB4500KHZPB0PB2ADDCADDAPB3ALEPC4EOCIN7VccIntel 80888255AADC0809STARTIN0OEREF(+)GNDREF(-)IRQ102022-1-40START