第二章 输入输出接口及通道4

1、2 I/O接口技术和接口技术和I/O通道通道n2.1 概述概述n2.2 I/O控制方式控制方式n2.3 I/O接口设计接口设计n2.4 I/O通道通道n2.5 D/A转换器转换器n2.6 A/D转换器转换器22.6 A/D转换器转换器n2.6.1 分类分类n2.6.2 主要技术参数主要技术参数n2.6.3 ADC0809及其接口电路及其接口电路n本章小结本章小结2.6.1 分类分类 1）逐位逼近式）逐位逼近式 2）双积分式）双积分式 3）计数器式）计数器式41 1）逐位逼近式）逐位逼近式5再对下一位再对下一位D D2 2进行比较，同样先使进行比较，同样先使D D2 2 1 1，与上一位，与上一

2、位D D3 3位一起即位一起即11001100进入进入D/AD/A转换器，转换为转换器，转换为V VO O 12 12再进入比较器，与再进入比较器，与V VININ 9 9比比较，因较，因V VININ V VO O，则使，则使D D2 2 0 0；当启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下，当启动信号作用后，时钟信号在控制逻辑作用下，首先使寄存器的最高位首先使寄存器的最高位D D3 3 1 1，其余为，其余为0 0， 此数字量此数字量10001000经经D/AD/A转转换器转换成模拟电压即换器转换成模拟电压即V VO O 8 8，送到比较器输入端与被转换的模，送到比较器输入端与被转换的模拟量

3、拟量V VININ = 9 = 9进行比较，控制逻辑根据比较器的输出进行判断。当进行比较，控制逻辑根据比较器的输出进行判断。当V VININ V VO O，则保留，则保留D D3 3 = 1 = 1；最后一位最后一位D D0 0 1- 1-即即10011001经经D/AD/A转换为转换为V VO O 9 9，再与，再与V VININ 9 9比较，比较，因因V VININ V VO O，保留，保留D D0 0 1 1。比较完毕，寄存器中的数字量。比较完毕，寄存器中的数字量10011001即即为模拟量为模拟量9 9的转换结果，存在输出锁存器中等待输出。的转换结果，存在输出锁存器中等待输出。再下一位

4、再下一位D D1 1位也是如此，位也是如此，D D1 1 1 1即即10101010，经，经D/AD/A转换为转换为V VO O = 10 = 10，再与再与V VININ 9 9比较，因比较，因V VININ V VO O，则使，则使D D1 1 0 0；6例：四位例：四位A/D转换器，满刻度值为转换器，满刻度值为5V，现若输入，现若输入3.5V模拟电压，模拟电压，试分析其逐次逼近的转换过程。试分析其逐次逼近的转换过程。VVq3125. 0254VV5 . 223125. 03当最高位置当最高位置1时，对应转换模拟电压值为时，对应转换模拟电压值为量化单位量化单位课后第课后第11题。题。72）

5、双积分式）双积分式8转换原理：在转换开始信号控制下，开关接通模拟输入端，输入转换原理：在转换开始信号控制下，开关接通模拟输入端，输入的模拟电压的模拟电压V VININ在固定时间在固定时间T T内对积分器上的电容内对积分器上的电容C C充电（正向积充电（正向积分），时间一到，控制逻辑将开关切换到与分），时间一到，控制逻辑将开关切换到与V VININ极性相反的基准电极性相反的基准电源上，此时电容源上，此时电容C C开始放电（反向积分），同时计数器开始计数。开始放电（反向积分），同时计数器开始计数。当比较器判定电容当比较器判定电容C C放电完毕时就输出信号，由控制逻辑停止计数放电完毕时就输出信号，由

6、控制逻辑停止计数器的计数，并发出转换结束信号。这时计数器所记的脉冲个数正器的计数，并发出转换结束信号。这时计数器所记的脉冲个数正比于放电时间。比于放电时间。 放电时间放电时间T T1 1或或T T2 2又正比于输入电压又正比于输入电压V VININ，即输入电压大，则放，即输入电压大，则放电时间长，计数器的计数值越大。因此，计数器计数值的大小反电时间长，计数器的计数值越大。因此，计数器计数值的大小反映了输入电压映了输入电压V VININ在固定积分时间在固定积分时间T T内的平均值。内的平均值。 此种此种A/DA/D转换器的常用品种有输出为转换器的常用品种有输出为3 3位半位半BCDBCD码（二进

7、制编码的十进制数）码（二进制编码的十进制数）的的ICL7107ICL7107、MC14433MC14433、输出为、输出为4 4位半位半BCDBCD码的码的ICL7135ICL7135等。等。应用场合：信号变化缓慢、模拟量输入速率要求较低，转换精度应用场合：信号变化缓慢、模拟量输入速率要求较低，转换精度要求较高和现场干扰较严重的情况下。要求较高和现场干扰较严重的情况下。优点：消除干扰和电源噪声能力强，精度高；缺点：转换速度慢。优点：消除干扰和电源噪声能力强，精度高；缺点：转换速度慢。9 分辨率是指分辨率是指A/D转换器对微小输入信号变化的敏感程度。分转换器对微小输入信号变化的敏感程度。分辨率越

8、高，转换时对输入量微小变化的反应越灵敏。通常用数字辨率越高，转换时对输入量微小变化的反应越灵敏。通常用数字量的位数来表示，如量的位数来表示，如8位、位、10位、位、12位等。若分辨率为位等。若分辨率为n，则：，则：1）分辨率）分辨率分辨率分辨率= =满量程满量程/ /2 2n n 2.6.2 主要技术参数主要技术参数10相对精度相对精度用相对于满量程的百分比来表示。用相对于满量程的百分比来表示。2）转换精度）转换精度- -转换后所得结果相对于实际值的准确度转换后所得结果相对于实际值的准确度A/DA/D转换器的转换精度可以用转换器的转换精度可以用绝对精度绝对精度和和相对精度相对精度来表示。来表示

9、。绝对精度绝对精度，常用数字量的位数表示，常用数字量的位数表示，LSB/2 LSB/2 。最低有效值的位最低有效值的位数数LSBLSB（Least Significant Bit)Least Significant Bit)来表示，来表示，1LSB = V1LSB = VREFREF/ 2/ 2n n 。例如，对于一个例如，对于一个8位位05V的的A/D转换器，求其分辨率、绝对误差和转换器，求其分辨率、绝对误差和相对百分误差。相对百分误差。分辨率为：分辨率为：mVVVFS5 .19256528绝对误差为：绝对误差为：mV5 .192565258相对误差为：相对误差为：%39. 0%100256

10、1%10021811 A/D A/D转换器完成一次转换所需的时间称为转换时间。如转换器完成一次转换所需的时间称为转换时间。如逐位逼近式逐位逼近式A/D A/D 转换器的转换时间为微秒级，双积分式转换器的转换时间为微秒级，双积分式A/DA/D转换器的转换时间为毫秒级。转换器的转换时间为毫秒级。3）转换时间）转换时间课后第课后第12题。题。122.6.3 ADC0809及其接口电路及其接口电路n 1）ADC0809芯片介绍芯片介绍n 2）ADC0809应用举例应用举例 131） ADC0809芯片介绍芯片介绍8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D转换器；分辨率为转换器；分辨率为1/ 21/ 2

11、8 8 0.39 % 0.39 %模拟电压转换范围是模拟电压转换范围是 0 - +5 V0 - +5 V；标准转换时间为；标准转换时间为100100 s s采用采用2828脚双立直插式封装脚双立直插式封装14IN0IN0IN7IN7：8 8路模拟量输入端。允许模拟量分时输入，共用一个路模拟量输入端。允许模拟量分时输入，共用一个A/DA/D转换器。转换器。ALEALE：地址锁存允许信号，输入高电平有效。上升沿时锁存：地址锁存允许信号，输入高电平有效。上升沿时锁存3 3位通道选择信号。位通道选择信号。A A、B B、C C：3 3位地址线即模拟量通道选择线。位地址线即模拟量通道选择线。ALEALE

12、为高电平时，地址译码。为高电平时，地址译码。STARTSTART：启动：启动A/DA/D转换信号，输入，高电平有效。上升沿时将转换器内部清转换信号，输入，高电平有效。上升沿时将转换器内部清零，下降沿时启动零，下降沿时启动A/DA/D转换。转换。EOCEOC：转换结束信号，输出，高电平有效。：转换结束信号，输出，高电平有效。OEOE：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开三态输出缓冲器，：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开三态输出缓冲器，将将A/DA/D转换得到的转换得到的8 8位数字量送到数据总线上。位数字量送到数据总线上。D0D0D7D7：8 8位数字量输出。位数字量输出

13、。D0D0为最低位，为最低位，D7D7为最高位。由于有三态输出锁存，为最高位。由于有三态输出锁存，可与主机数据总线直接相连。可与主机数据总线直接相连。CLOCKCLOCK：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为640kHz640kHz时，时，A/DA/D转换时间为转换时间为100100 s s。VR+VR+，VR-VR-：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电压范围，通常：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电压范围，通常VR+ VR+ = = 5V DC5V DC，VR- = 0V DCVR- = 0V DC。VccVcc：工作电源，：工作电源， 5VDC5V

14、DC。GNDGND：电源地。：电源地。各引脚功能如下：各引脚功能如下：15ADC0809的内部转换时序的内部转换时序ALEC.B.ASTARTEOCOEDO7DO0图2-12 ADC0809的转换时序转换过程如下：转换过程如下：首先首先ALEALE的上的上升沿将地址代码锁存、译码升沿将地址代码锁存、译码后选通模拟开关中的某一路，后选通模拟开关中的某一路，使该路模拟量进入到使该路模拟量进入到A/DA/D转换转换器中。同时器中。同时START START 的上升沿的上升沿将转换器内部清零，下降沿将转换器内部清零，下降沿起动起动A/DA/D转换，即在时钟的作转换，即在时钟的作用下，逐位逼近过程开始，

15、用下，逐位逼近过程开始，转换结束信号转换结束信号EOCEOC即变为低即变为低电平。当转换结束后，电平。当转换结束后，EOCEOC恢复高电平，此时，如果对恢复高电平，此时，如果对输出允许输出允许OEOE输入一高电平命输入一高电平命令，则可读出数据。令，则可读出数据。162）应用举例）应用举例1 指定指定8路模拟电压输入端口路模拟电压输入端口地址为地址为78H7FH，转换结束，转换结束信号以中断方式与信号以中断方式与CPU联络，联络，采用采用74LS138作输入通道地作输入通道地址译码器，要求画出址译码器，要求画出ADC0809与与8086的连接原理的连接原理电路图。电路图。17分析：分析：nAD

16、C0809数据输出带三态输出门，故可以直接接到数据输出带三态输出门，故可以直接接到CPU数据数据总线上；总线上；n8路模拟电压输入地址为路模拟电压输入地址为78H7FH，则低，则低3位地址线位地址线A2A0分分别接模数转换器别接模数转换器ADC0809的采样地址输入端的采样地址输入端C、B、A上，上，用于选通用于选通8路输入通路中的一路；路输入通路中的一路；n用一条输出指令即可启动某一通路开始转换，即使用一条输出指令即可启动某一通路开始转换，即使ADC0809的的START和和ALE端得到一个启动正脉冲信号；端得到一个启动正脉冲信号；n转换结束后，转换结束后，ADC0809从从EOC端发出一个

17、正脉冲信号，通过端发出一个正脉冲信号，通过中断程序控制器中断程序控制器8259A向向CPU发出中断请求，发出中断请求，CPU响应中断响应中断后，转去执行中断服务程序。后，转去执行中断服务程序。18例例2将一个由电位器产生的模拟信将一个由电位器产生的模拟信号转换成微机所能接受的数字号转换成微机所能接受的数字量信号，转换结果送入微机内量信号，转换结果送入微机内存中，并显示在屏幕上。采样存中，并显示在屏幕上。采样点取点取256256个。个。需要转换的模拟量靠电位器旋转得需要转换的模拟量靠电位器旋转得到到, ,模拟量电压范围模拟量电压范围:05V:05V，由，由IN0IN0口口输入；输入；ALEALE

18、与与STARTSTART相联，以便锁存通道相联，以便锁存通道地址同时开始地址同时开始A/DA/D采样转换；采样转换；ADC0809ADC0809时钟频率范围为时钟频率范围为101280kHz101280kHz，用，用500kHz500kHz，由，由8MHz8MHz经经74LS39374LS393分频得到；分频得到；ADC0809ADC0809转换结束信号转换结束信号EOCEOC产生中产生中断请求信号使断请求信号使CPUCPU读入转换后的数读入转换后的数据。程序略。据。程序略。19本章小结本章小结 模拟量输入通道是计算机测控系统、智能测量仪表以及以微模拟量输入通道是计算机测控系统、智能测量仪表以及以微处理器为基础组成的各种产品的重要组成部分。处理器为基础组成的各种产品的重要组成部分。 本章按照系统内信号的流向，依次介绍模拟量输入通道的各本章按照系统内信号的流向，依次介绍模拟量输入通道的各个组成部分信号调理、多路模拟开关、前置放大器、采样保持个组成部分信号调理、多路模拟开关、前置放大器、采样保持器、器、A/DA/D转换器及其接口电路与转换器及其接口电路与A/DA/D转换模板的结构原理与功能作转换模板的结构原理与功能作用，其中有些环节可以根据实际需要来选择取舍。比如输入信号用，其中有些环节可以根据实