第10章模拟接口与常用外设接口

1、Page 1第第1010章章 模拟接口与常用外设接口模拟接口与常用外设接口10.1 10.1 模拟接口系统概述模拟接口系统概述10.2 D/A10.2 D/A转换器及其接口转换器及其接口9.110.3 A/D10.3 A/D转换器及其接口转换器及其接口Page 210.1 模拟接口概述模拟接口概述 模拟接口是微型计算机与外部世界进行信息联系模拟接口是微型计算机与外部世界进行信息联系与转换的桥梁。模拟接口的核心器件是模与转换的桥梁。模拟接口的核心器件是模/数（数（A/D）转）转换器和数换器和数/模（模（D/A）转换器，其中模）转换器，其中模/数转换器是将模拟数转换器是将模拟量转换为数字量供量转换

2、为数字量供CPU处理，而数处理，而数/模转换器则是将计算模转换器则是将计算机中的数字量转换为模拟量用于输出或控制。机中的数字量转换为模拟量用于输出或控制。D/A和和A/D转换技术是数字技术发展的一个重要分支，在微机应用转换技术是数字技术发展的一个重要分支，在微机应用系统中占有重要地位。系统中占有重要地位。Page 310.2 D/A转换器及其接口转换器及其接口D/A转换器是把数字量变换成模拟量的线转换器是把数字量变换成模拟量的线性电路器件。性电路器件。 DAC的输出可以是电流也可以是电压，的输出可以是电流也可以是电压，输出电流的叫电流型输出电流的叫电流型DAC，输出电压的叫电，输出电压的叫电压

3、型压型DAC。对电流型。对电流型DAC，其电流在几毫，其电流在几毫安十几毫安；对电压型安十几毫安；对电压型DAC，其电压一般，其电压一般为为5V10V之间。有些高电压型可达之间。有些高电压型可达24V30V。若需将电流输出转换成电压输出，则采。若需将电流输出转换成电压输出，则采用运放进行转换。用运放进行转换。Page 41. D/A转换器的主要参数转换器的主要参数 (1) 分辨率分辨率 指指D/A转换器能够转换的二进制数的位数。转换器能够转换的二进制数的位数。 (2) 转换时间转换时间 指数字量从输入到完成转换，输出达到最终值并稳指数字量从输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止所需的时间。定

4、为止所需的时间。 (3) 精度精度 指指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差；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效位为衡量单位，例如一般采用数字量的最低有效位为衡量单位，例如 1/2LSB。如果分辨率为如果分辨率为8位，则它的精度是：位，则它的精度是： （1/2） （l/256）= 1/512。10.2.1 D/A转换器的主要参数及连接特性转换器的主要参数及连接特性Page 52. D/A转换器的连接特性转换器的连接特性u(1) 输入缓冲能力输入缓冲能力 DAC是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入数字量，这对不能长时间

5、在数据总线保持数据的微机系统中使用数字量，这对不能长时间在数据总线保持数据的微机系统中使用D/A转换器十分重要。带有三态输入锁存器的转换器十分重要。带有三态输入锁存器的 DAC，其输入数据线才能，其输入数据线才能与系统的数据总线直接连接；否则，两者不能直接连接，而需外加三与系统的数据总线直接连接；否则，两者不能直接连接，而需外加三态缓冲器。态缓冲器。u(2) 输入数据的宽度（即分辨率）输入数据的宽度（即分辨率） DAC有有 8位、位、10位、位、12位、位、14位和位和16位等。当位等。当 DAC的分辨率高于微机系统数据总线的宽度时，需分两的分辨率高于微机系统数据总线的宽度时，需分两次输入数字

6、量。次输入数字量。u(3) 输入码制输入码制 DAC能接收不同码制的数字量输入。一般对单极性输出能接收不同码制的数字量输入。一般对单极性输出的的DAC只能接收二进制码或只能接收二进制码或BCD码，对双极性输出的码，对双极性输出的DAC只能接收只能接收偏移二进制码或补码。偏移二进制码或补码。u(4) 输出模拟量的类型输出模拟量的类型 DAC的输出可以是电流也可以是电压，输出电的输出可以是电流也可以是电压，输出电流的叫电流型流的叫电流型DAC，输出电压的叫电压型，输出电压的叫电压型DAC。对电流。对电流型型DAC，其，其电流在几毫安十几毫安；对电压型电流在几毫安十几毫安；对电压型DAC，其电压一般

7、为，其电压一般为5V10V之之间。间。u(5) (5) 输出模拟量的极性输出模拟量的极性 DACDAC的模拟量输出有单极性输出也有双极性的模拟量输出有单极性输出也有双极性输出。输出。 Page 610.2.2.1 8位位D/A转换器转换器DAC0832 u1. DAC0832的主要特性的主要特性(1) 输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通数字输输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通数字输入。入。(2) 可以与通用微处理器直接连接。可以与通用微处理器直接连接。(3) 满足满足TTL电平规范的逻辑输入。电平规范的逻辑输入。(4) 分辨率为分辨率为8位，满刻度误差位，满刻度误差

8、1LSB，建立时间为，建立时间为1 s，功耗，功耗20 mW。(5) 电流输出型电流输出型D/A转换器。转换器。 Page 72. 内部结构及引脚内部结构及引脚 Page 8引脚功能说明如下引脚功能说明如下 u#CS#CS：片选信号，输入寄存器选择信号，低电平有效。片选信号，输入寄存器选择信号，低电平有效。uILE：输入锁存允许信号，高电平有效。输入锁存允许信号，高电平有效。u#WR1#WR1：写信号：写信号1，作为第一级锁存信号将输入数据锁存到输入寄存器，作为第一级锁存信号将输入数据锁存到输入寄存器中，中，WR1WR1必须和和必须和和ILE同时有效。同时有效。u#WR2#WR2：写信号写信号

9、2，将锁存在输入寄存器中的数据送到，将锁存在输入寄存器中的数据送到DAC寄存器中寄存器中进行锁存，此时传输控制信号必须有效。进行锁存，此时传输控制信号必须有效。u# #XTERXTER：传输控制信号。用来控制：传输控制信号。用来控制2。uD0D7：8位数据输入端。位数据输入端。D7为最高位为最高位MSB，D0为最低位为最低位LSB。uIOUT1：模拟电流输出端。常接运算放大器反相输入端，随模拟电流输出端。常接运算放大器反相输入端，随DAC中数中数据的变化而变化。据的变化而变化。uIOUT2：模拟电流输出端。：模拟电流输出端。IOUT2为一常数和为一常数和IOUT1的差，即的差，即IOUT1+I

10、OUT2=常数。常数。 Page 9uRfb：反馈电阻引出端。反馈电阻引出端。DAC0832内部已经有反馈电阻，所以，内部已经有反馈电阻，所以，Rfb端可以直接接到外部运算放大器的输出端。端可以直接接到外部运算放大器的输出端。uVREF：参考电压输入端。此端可接正电压，也可接负电压，范参考电压输入端。此端可接正电压，也可接负电压，范围为围为+10V- -10V。uVCC：芯片供电电压。范围为芯片供电电压。范围为+5V+15V，最佳工作状态是，最佳工作状态是+15V。uAgnd：模拟地，即模拟电路接地端。模拟地，即模拟电路接地端。uDGnd：数字地。：数字地。Page 103. DAC0832的

11、工作方式的工作方式 即数据经过双重缓冲后再送入即数据经过双重缓冲后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一转换电路，执行两次写操作才能完成一次次D/A转换，这种方式可在转换，这种方式可在D/A转换的同时进行下一数据的输入，可提高转换的同时进行下一数据的输入，可提高转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多模拟量转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多模拟量的场合。此时，要用多片的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。拟量。(1) 双缓冲方式双缓冲方式(2) 单缓冲方式单缓冲方式 不需要多个模拟

12、量同时输出时可采用此种方式。此时两个寄存器不需要多个模拟量同时输出时可采用此种方式。此时两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换器。转换器。这种方式只需执行一次写操作即可完成这种方式只需执行一次写操作即可完成D/A转换。转换。Page 11u(3) 直通方式直通方式u 此时两个寄存器均处于直通状态，因此要将此时两个寄存器均处于直通状态，因此要将#CS#CS、#WR1#WR1、#WR2#WR2和和#XFER#XFER端都接数字地，端都接数字地，ILE接高电平。数据直接送接高电平。数据直接送入入D/A转换电路。这种方式可用于一些不

13、采用微机的控转换电路。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统。制系统。Page 1210.2.3.2 D/A转换器转换器DAC0832与微机的接口与微机的接口Page 13256151输入数字量KVIRO256255152输入数字量KVIRO满码时：满码时：256255151KVIRO02OI2562输入数字量输入数字量RnROVVVPage 14单缓冲方式应用举例单缓冲方式应用举例 只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式，只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式，而用另一个锁存数据，而用另一个锁存数据，DAC就可处于单缓冲工作方就可处于单缓冲工作方式。一般是将式。一般是将#WR2和和#XF

14、ER都接地，使都接地，使DAC寄寄存器处于直通方式，另外把存器处于直通方式，另外把ILE接高电平，接高电平，#CS接接端口地址译码信号，端口地址译码信号，#WR1接接CPU系统总线的系统总线的#IOW，这样便可通过执行一条，这样便可通过执行一条OUT指令，选中该指令，选中该端口，使端口，使#CS和和#WR1有效，启动有效，启动D/A转换。转换。Page 15例：假定例：假定DAC的口地址为的口地址为80H，分析下列程序的，分析下列程序的执行结果。执行结果。STARTSTART：MOVMOVALAL，0FFH0FFHAGAINAGAIN：INCINCALALOUTOUT80H80H，ALAL；D

15、/AD/A转换转换CALLCALLDELAYDELAY；延时；延时JMPJMPAGAINAGAINPage 16例例2：假定：假定DAC0832工作时参考电压为工作时参考电压为+5V，端，端口地址为口地址为80H，要求由其形成正向和反向的三角波，要求由其形成正向和反向的三角波，波形下限的电压为波形下限的电压为0.5V，上限的电压为，上限的电压为2.5V。1LSB，数字量中最低位，数字量中最低位LSB=1时所对应的电压值。时所对应的电压值。 1LSB=5V/256=0.019V上限电压对应的数据为：上限电压对应的数据为：2.5V/0.019V=128=80H下限电压对应的数据为：下限电压对应的数

16、据为：0.5V/0.019V=26=1AHPage 17产生三角波的程序段如下：产生三角波的程序段如下：BEGIN：MOVAL，1AH；下限值；下限值UP：OUT80H，AL；D/A转换转换INCALCMPAL，81H；超过上限了吗？；超过上限了吗？JNZUPDECALDOWN：OUT80H，ALDECALCMPAL，19H；低于下限了吗？；低于下限了吗？JNZDOWNJMPAGAINPage 18用双缓冲式用双缓冲式D/A转换：转换：u第一种情况第一种情况 将将ILE接高电平，接高电平， #WR1#WR1、#WR2#WR2接接CPU的的#IOW#IOW，#CS#CS和和#XFER#XFER分

17、别接两个不同的分别接两个不同的I/O地址译地址译码信号。执行码信号。执行OUT指令时，指令时， #WR1#WR1、#WR2#WR2均变均变为低电平。这样，可先执行一条为低电平。这样，可先执行一条OUT指令，选指令，选中中#CS#CS端口，把数据写入寄存器；再执行第二条端口，把数据写入寄存器；再执行第二条OUT指令，选中指令，选中#XFER#XFER端口，把输入寄存器内端口，把输入寄存器内容写入容写入DAC寄存器，实现寄存器，实现D/A转换。转换。 Page 19u把一个数据经两次锁存，通过把一个数据经两次锁存，通过DAC0832输出输出的典型程序段如下：的典型程序段如下：MOVDX，320HM

18、OVAL，DATAOUTDX，ALINCDXOUTDX，ALPage 20u第第2种情况种情况在需要同步进行在需要同步进行D/A转换的多路转换的多路DAC系统中，采用双缓冲方系统中，采用双缓冲方式，可以在不同的时刻把要转换的数据分别打入各式，可以在不同的时刻把要转换的数据分别打入各DAC的输的输入寄存器，然后由一个转换命令同时启动多个入寄存器，然后由一个转换命令同时启动多个DAC的转换。的转换。 Page 21u图图10-8是一个用是一个用3片片DAC0832构成的构成的3路路DAC系统。图中系统。图中# #WR1WR1和和WR2WR2接接CPU的写信号的写信号# #WRWR，3个个DAC的的

19、#CS#CS引脚各引脚各由一个片选信号控制，由一个片选信号控制，3个个#XFER#XFER信号接在一起，接到第信号接在一起，接到第4个片选信号上。个片选信号上。ILE可以根据需要来控制，一般接高可以根据需要来控制，一般接高电平，保持选通状态。它也可以由微处理器形成的一个电平，保持选通状态。它也可以由微处理器形成的一个禁止信号来控制，该信号为低电平时，禁止将数据写入禁止信号来控制，该信号为低电平时，禁止将数据写入DAC寄存器。这样，可在禁止信号为高电平时，先用寄存器。这样，可在禁止信号为高电平时，先用3条输出指令选择条输出指令选择3个端口，分别将数据写入各个个端口，分别将数据写入各个DAC的的输

20、入寄存器；当数据都就绪后，再执行一次写操作，使输入寄存器；当数据都就绪后，再执行一次写操作，使#XFER#XFER变低，同时选通变低，同时选通3个个D/A的的DAC寄存器，实现同步寄存器，实现同步转换。转换。Page 2210.3 A/D转换器及其接口转换器及其接口A/D转换器的功能是将输入的模拟量转换为对转换器的功能是将输入的模拟量转换为对应的数字量供给计算机处理，它是微机在控制领应的数字量供给计算机处理，它是微机在控制领域应用中必不可少的器件。从转换原理来讲，实域应用中必不可少的器件。从转换原理来讲，实现现A/D转换的方法很多，常见的有计数式、双积转换的方法很多，常见的有计数式、双积分式、

21、逐次逼近式以及并行式等，其中逐次逼近分式、逐次逼近式以及并行式等，其中逐次逼近式易于集成且具有较高的分辨率和转换速度，目式易于集成且具有较高的分辨率和转换速度，目前市场上的前市场上的A/D转换芯片采用这种类型的较多。转换芯片采用这种类型的较多。 Page 2310.3.1 A/D转换器的主要参数及其外部特性转换器的主要参数及其外部特性 u(1) 分辨率分辨率 是指是指A/D转换器能够转换成二进制数的位数。转换器能够转换成二进制数的位数。 u(2) 转换时间转换时间 指从输入启动转换信号开始到转换结束，得到稳定指从输入启动转换信号开始到转换结束，得到稳定的数字输出量为止的时间。的数字输出量为止的

22、时间。1. A/D转换器的主要参数转换器的主要参数 Page 242. A/D转换器的外部连接特性转换器的外部连接特性 u(1) 模拟信号输入线模拟信号输入线 u(2) 数字量输出线数字量输出线 u(3) 转换启动线（输入）转换启动线（输入） u(4) 转换结束线（输出）转换结束线（输出） Page 2510.3.2 8位位A/D转换器芯片转换器芯片ADC0809 ADC0809为逐次逼近式为逐次逼近式A/D转换器，转换器，它具有它具有8个模拟量输入通道。它能与微个模拟量输入通道。它能与微型计算机的大部分总线兼容，可在程序型计算机的大部分总线兼容，可在程序的控制下选择的控制下选择8个通道之一进

23、行个通道之一进行A/D转换，转换，然后把得到的然后把得到的8位二进制数据送到微机位二进制数据送到微机的数据总线，供的数据总线，供CPU进行处理。进行处理。 Page 26芯片引脚芯片引脚 IN0IN7：模拟电压输入端，可分别模拟电压输入端，可分别接入接入8路单端（单极性）模拟量电压信路单端（单极性）模拟量电压信号。号。REF（+）、）、REF（- -）：基准电压的：基准电压的正极和负极，由此施加基准电压。正极和负极，由此施加基准电压。ADDA、ADDB、ADDC：模拟量输入模拟量输入通道地址选择线，当其值为通道地址选择线，当其值为000111时，分别对应时，分别对应8个模拟通道个模拟通道IN0

24、IN7。ALE：地址锁存允许输入信号，低电地址锁存允许输入信号，低电平向高电平的正跳变有效。此时锁存平向高电平的正跳变有效。此时锁存上述地址选择线状态，从而选通相应上述地址选择线状态，从而选通相应的模拟信号输入通道，以便进行的模拟信号输入通道，以便进行A/D转换。转换。Page 27STARTSTART：启动转换输入信号。为了启动启动转换输入信号。为了启动A/DA/D转换过程，应在此引脚转换过程，应在此引脚施加一个正脉冲，脉冲的上升沿将所有内部寄存器清零，在其施加一个正脉冲，脉冲的上升沿将所有内部寄存器清零，在其下降沿开始下降沿开始A/DA/D转换过程。转换过程。EOCEOC：转换完毕输出信号

25、，高电平有效。当此转换完毕输出信号，高电平有效。当此A/DA/D转换器用于与微转换器用于与微型计算机接口时，型计算机接口时，EOCEOC可用来申请中断。可用来申请中断。OEOE：允许输出信号（输入，高电平有效）。它为有效时，将输出允许输出信号（输入，高电平有效）。它为有效时，将输出寄存器中的数字代码放到数据总线上，供寄存器中的数字代码放到数据总线上，供CPUCPU读取。读取。CLOCKCLOCK：时钟输入信号。时钟频率决定了转换速度，一般不高于时钟输入信号。时钟频率决定了转换速度，一般不高于640640kHzkHz。D D0 0D D7 7：数字量输出。数字量输出。D D7 7为最高位，为最高

26、位，D D0 0为最低位。为最低位。 Page 28ADC 0809工作时序工作时序 Page 29ADC0809ADC0809操作过程如下操作过程如下 ：u(1) 首先，通过首先，通过ALE和和ADDA、ADD、ADDC地址信号线地址信号线把欲选通的模拟量输入通道地址送入把欲选通的模拟量输入通道地址送入ADC0809并锁存。并锁存。u(2) 发送发送A/D启动信号启动信号START，脉冲上升沿复位，在启动，脉冲上升沿复位，在启动脉冲下降沿开始转换。转换开始后，脉冲下降沿开始转换。转换开始后，EOCEOC变低，经过变低，经过6464个个时钟周期后，转换结束，时钟周期后，转换结束，EOCEOC变

27、为高电平。变为高电平。u(3) A/D转换完成后，转换完成后，EOC=1，可利用这一信号向，可利用这一信号向CPU请请求中断，或在查询方式下待求中断，或在查询方式下待CPU查询查询EOC信号为信号为1后进行后进行读数服务。读数服务。CPU通过发出通过发出OE信号读取信号读取A/D转换结果。转换结果。Page 30u例例10.1 有一有一A/D转换电路如图转换电路如图10-18所示，图中所示，图中ADC0809通过通过8255A同同8086CPU连接，要求从模拟通道连接，要求从模拟通道IN0开始转换，连续采样开始转换，连续采样24个数据，个数据，然后采样下一通道，同样采样然后采样下一通道，同样采样24个数据，直至个数据，直至IN7，采样后的数据存，采样后的数据存放在数据段中放在数据段中200