第12章ADDA转换器接口

1、接口与通讯技术接口与通讯技术武汉科技大学武汉科技大学计算机科学与技术学院计算机科学与技术学院第第1212章章A/D D/AA/D D/A转换器接口转换器接口 本章内容本章内容12.1 12.1 模拟量接口模拟量接口12.2 A/D12.2 A/D转换器转换器12.3 A/D12.3 A/D转换器接口设计的任务与方法转换器接口设计的任务与方法12.4 A/D12.4 A/D转换器接口设计转换器接口设计12.5 D/A12.5 D/A转换器转换器12.6 D/A12.6 D/A转换器接口设计的任务与方法转换器接口设计的任务与方法12.7 D/A12.7 D/A转换器接口设计转换器接口设计12.1

2、12.1 模拟量接口模拟量接口模拟量接口的作用模拟量接口模入接口、模出接口12.2 A/D12.2 A/D转换器转换器A/DA/D转换器转换器(ADC)(ADC)：将模拟量转换成数字量的线性电路器件A/DA/D转换器的分类转换器的分类按速度分按速度分按分辨率分：按分辨率分：4位、8位、10位、12位按转换原理分按转换原理分直接转换型直接转换型：逐次逼近逐次逼近(较高分辨率及速度)、并联比较间接转换型间接转换型：积分型积分型(抗干扰、高分辨率、但速度慢)、电压/频率、电压/脉宽超高速(330ns)次超高速(330ns3.3s)高速(3.3s20s)中速(20s300s)慢速(300s) 12.2

3、.1 A/D12.2.1 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 分辨率分辨率：ADC能把模拟量转换成二进制数的位数。位数越多,分辨率越高 转换时间转换时间：从输入启动信号到转换结束，得到稳定的数字量所需的时间，一般为ms或s级。中速和低速采用查询或中断方式；高速采用DMA方式12.2.2 A/D12.2.2 A/D转换器的外部特性转换器的外部特性 模拟信号输入线模拟信号输入线：单通道/多通道 数字量输出线数字量输出线：分辨率 转换启动线转换启动线：启动方式脉冲启动、电平启动 转换结束线转换结束线：查询/引发中断/请求DMAADC必须必须由外部启动由外部启动几种几种A/DA/D转换芯片

4、外部引脚转换芯片外部引脚STS=0CE. .(R/C=0). .CSAD574CCSCADC1210STATUS下降沿CONVCMDADC1131JBUSY=1STARTADC7570INTRCS. .WRADC0804DRB/C=0AD570EOCSTARTADC0809转换结束状态转换结束状态启动信号启动信号芯片型号芯片型号12.3 A/D12.3 A/D转换器接口设计的任务与方法转换器接口设计的任务与方法12.3.1 A/D12.3.1 A/D转换器与转换器与CPUCPU的连接的连接1. ADC转换的启动信号：转换的启动信号：脉冲(读写脉冲)/电平(经锁存);单个/多个组合2. ADC模

5、拟量输入模拟量输入(单通道/多通道)的控制信号的控制信号多通道：多通道：通道地址线、通道地址锁存信号线3. ADC数字量输出的控制信号数字量输出的控制信号输出是否有三态锁存输出是否有三态锁存是否能直接与CPU数据线相连分辨率是否与系统数据总线宽度一致分辨率是否与系统数据总线宽度一致数据是否分两次传输4. ADC的转换结束信号：的转换结束信号：高有效/低有效12.3.2 A/D12.3.2 A/D转换器的数据传输转换器的数据传输设：T为ADC的转换时间；为将转换结果存入内存单元的时间，则采样速率上限采样速率上限0=1/(T+) ADCADC与内存交换信息的方式与内存交换信息的方式中、低速ADC查

6、询或中断方式高速ADCDMA方式超高速ADC在板RAM：ADC板上设置RAM，数据就近存放12.3.3 A/D12.3.3 A/D转换器的数据在线处理转换器的数据在线处理基本程序结构是循环程序：启动、采集并进行相应的处理12.4 A/D12.4 A/D转换器接口设计转换器接口设计12.4.1 A/D12.4.1 A/D转换器接口设计应考虑的问题转换器接口设计应考虑的问题分析和设计ADC接口(软、硬件)应考虑的问题：(1)单通道/多通道是否需要通道选择(2)分辨率是否加锁存器并提供选通信号(3)ADC内部是否有三态输出锁存器能否与数据总线直接连接(4)启动方式脉冲/电平(5)数据传输方式无条件/

7、查询/中断/DMA(6)转换结果的处理显示/打印/远距离传输等(7)接口电路采用的元器件普通IC/可编程并口/GAL器件等12.4.2 A/D12.4.2 A/D转换器接口设计转换器接口设计例例12.112.1 利用ADC0804采用查询方式，采集100个数据存入内存BUF区，接口采用普通IC芯片组成分析：分析：ADC0804的工作特性8位转换器，内部有三态输出锁存器，负脉冲启动INTRINTR:转换结束信号,低有效CSCS=WRWR=0,启动; CSCS=RDRD=0,结果输出硬件设计硬件设计: :AENA09D07系统总线IORIOWINTRCSADC0804AINRDWRDB07译码电路

8、D7311H310H例例12.112.1查询方式查询方式ADCADC接口软件设计接口软件设计DATASEGMENTSTART_PEQU 310H;启动端口STATE_PEQU 311H;状态端口DATA_PEQU 310H;数据端口BUFDB 100 DUP(0);数据缓冲区DATAENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATABEGIN:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DI,OFFSET BUFMOV CX,100START:MOV AL,00H;启动(任意值)MOV DX,START_POUT DX,ALWT:MOV DX,STATE_PIN A

9、L,DXAND DX,80H ;转换结束?JNZ WTMOV DX,DATA_P;读转换结果IN AL,DXMOV DI,ALINC DILOOP START MOV AX,4C00HINT 21HCODEENDSEND BEGIN开始Y读取转换状态(INTR)启动转换(CS、WR有效)D7=0?采样次数已到?修改缓存区指针读数据退出程序结束YNN12.4.2 A/D12.4.2 A/D转换器接口设计转换器接口设计例例12.212.2 采用ADC0809从通道7采集100个数据，利用IRQ4以中断方式存入BUF缓冲区ADC0809ADC0809的主要特性的主要特性8个模拟通道、逐次逼近型,正脉

10、冲启动,有三态输出锁存器ADC0809ADC0809的内部结构的内部结构通道选择开关IN0IN1IN7通道地址锁存及译码ADDAADDBADDC开关树组 (256R)逐次逼近寄存器(SAR)定时和控制比较器输出 锁存器 (三态)ALED07EOCOECLKSTARTVR(+)VR(-)A/DADC0809ADC0809的外部特性的外部特性ININ0 0ININ7 7：通道07的模拟量输入D D0 07 7：数字量输出ADDCADDC、ADDBADDB、ADDAADDA：通道(07)选择ALEALE：通道地址锁存,正脉冲有效STARTSTART：启动信号，正脉冲有效，上升沿所有寄存器清0，下降沿

11、开始转换EOCEOC：转换结束，高有效OEOE：允许输出，高有效注：通常，注：通常，通道选择由数据信号完成START与ALE相连:选择通道的同时启动例例12.212.2中断方式中断方式ADCADC接口的硬件设计接口的硬件设计中断的处理：中断的处理：中断向量修改、中断开放/屏蔽、中断结束命令D07ADDCADC0809STARTIN0ADDAADDBPB1EOCOEALEIN1IN7PA0782C55AIRQ4PC7PC6PB2PB0例例12.212.2中断方式中断方式ADCADC接口的软件设计接口的软件设计DATASEGMENTOLD_OFFDW ?OLD_SEGDW ?BUFDB 100 D

12、UP(?)DATAENDSCODESEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATASTART:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV DX,303H;82C55A初始化MOV AL,90HOUT DX,ALMOV AL,0EH;START和ALE无效OUT DX,ALMOV AL,0CH;OE无效OUT DX,ALMOV AX,350CH;保存原中断向量INT 21HMOV OLD_SEG,ESMOV OLD_OFF,BXCLIMOV AX,250CH;设置新中断向量MOV DX,SEG A_DMOV DS,DXMOV DX,OFFSET A_DINT 21HMOV AX,D

13、ATAMOV DS,AXIN AL,21HAND AL,0EFH;开放IRQ4OUT 21H,ALMOV CX,100MOV DI,OFFSET BUFMOV DX,301HMOV AL,07H;选通道7OUT DX,ALBEGIN:MOV DX,303H;给START和ALE送正脉冲MOV AL,0FHOUT DX,ALNOPNOPMOV AL,0EHOUT DX,ALSTIHLT;等待中断LOOP BEGINMOV AX,250CH;还原中断向量MOV DS,OLD_SEGMOV DX,OLD_OFFINT 21HCLIIN AL,21HOR AL,10HOUT 21H,ALMOV AX,

14、4C00HINT 21HA_DPROC FARPUSH AXPUSH DXMOV DX,303HMOV AL,0DH;OE有效OUT DX,ALMOV DX,300HIN AL,DX;读数据MOV DI,ALINC DIMOV DX,303HMOV AL,0CH;OE无效OUT DX,ALMOV AL,20H;EOI命令OUT 20H,ALPOP DXPOP AXSTIIRETA_DENDPCODEENDSEND START例例12.212.2中断方式中断方式ADCADC接口的软件设计接口的软件设计( (续续) )12.4.2 A/D12.4.2 A/D转换器接口设计转换器接口设计例例12.3

15、12.3 采用8位ADC采集4KB数据，利用82C37A的CH1以DMA方式存入首址为30400H的内存区硬件电路设计硬件电路设计ADC、S/H、ADC启动逻辑、DMA申请及响应逻辑D07S/HAD07ADCEOCRDCPCDU1Q1&1RESETDACK1IORVCCDREQ1VCCDIRLS245ABGSTART至DMACTPDMADMA方式方式ADCADC接口设计接口设计ADC_SETUPPROC NEARCLIMOV AL,05H;屏蔽通道1OUT 0AH,ALMOV AL,45H;方式字OUT 0BH,ALOUT 0CH,AL;清先/后触发器;设置页面地址(高4位)MOV A

16、L,03HOUT 83H,AL;设置基地址(低16位)MOV AX,0400HOUT 02H,ALMOV AL,AHOUT 02H,AL;设置传输字节数MOV AX,1000HDEC AX;N-1送入计数器OUT 03H,ALMOV AL,AHOUT 03H,ALSTIMOV AL,01H;开放CH1OUT 0AH,ALRETADC_SETUPENDP例例12.3 12.3 DMA方式ADC接口设计DMA传输的参数设定程序CHCH1 1的方式字的方式字45H45H单字节，地址加1，非自动预置，DMA写12.5 D/A12.5 D/A转换器转换器D/AD/A转换器转换器(DAC)(DAC)将数字

17、量转换成模拟量的线性电路器件12.5.1 D/A12.5.1 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1.分辨率分辨率DAC能够转换的二进制数的位数；分辨率大于数据总线宽度时，需分两次写入数据2.转换时间转换时间从输入数字量到转换结束，输出达到最终值并稳定所需的时间。电流型快(ns或s级)；电压型慢12.5.2 D/A12.5.2 D/A转换器的外部特性转换器的外部特性(1)数字信号输入线(2)模拟信号输出线(3)数据输入锁存控制信号线，如：CS和WR(或WR1、WR2)(4)模拟量输出通道地址线多通道12.6 D/A12.6 D/A转换器接口设计的任务与方法转换器接口设计的任务与方法1

18、2.6.1 D/A12.6.1 D/A转换器与转换器与CPUCPU的连接的连接DAC无启动和转换结束信号；输入是否有三态锁存器12.6.2 D/A12.6.2 D/A转换器与转换器与CPUCPU之间的数据交换方式之间的数据交换方式无条件传输两次传输数据间隔应不小于DAC的转换时间12.6.3 D/A12.6.3 D/A转换器接口设计需考虑的问题转换器接口设计需考虑的问题分辨率若大于数据总线宽度，分两次传输若芯片内无三态输入锁存器，需加锁存器并提供锁存信号模拟量输出是否多通道，是否需要提供通道选择线DAC无专门的启动信号，写入数字量就开始转换与CPU的数据传输方式无条件DAC接口电路的元器件普通

19、IC芯片、可编程并口、GAL12.7 D/A12.7 D/A转换器接口设计转换器接口设计例例12.412.4 通过DAC0832产生锯齿波和三角波，按任意键结束DAC0832DAC0832主要特性主要特性8位DAC，内部有两级三态缓冲器DAC寄 存 器输入寄存器D/A转 换 器D07&IO1IO2&LE1LE2ILECSWR1WR2LEi=1:相应缓冲器打开 0:相应缓冲器关闭XFERILE=1,CS=WR1=0,写入第1级缓冲器XFER=WR2=0,写入第2级缓冲器,并开始转换DAC0832DAC0832的工作方式的工作方式CSWR1WR2XFERDAC0832ILED07+

20、5VA直通方式直通方式 (需外加锁存器)CSWR1WR2XFERDAC0832ILED07+5VA单缓冲方式单缓冲方式(2)(2)YIOW单缓冲方式单缓冲方式(1)(1)YCSWR1WR2XFERDAC0832ILED07+5VAIOW;转换数据NMOV AL,NOUT P,AL 直通方式直通方式单缓冲方式单缓冲方式CSWR1WR2XFERDAC0832ILED07+5VA双缓冲方式双缓冲方式Y0IOWY1;转换数据N MOV AL,NOUT P0,ALOUT P1,AL 双缓冲方式双缓冲方式DAC0832DAC0832双缓冲方式的应用双缓冲方式的应用多个模拟通道要求同时更新数据所有DAC0832的ILE接高电平,WR1、WR2与IOW相连,CS和XFER的连接如图CSXFER0832(1)AY1CSXFER0832(2)AY2CSXFER0832(n)AYnY设更新的数据分别为N1、N2NnMOV AL,N1OUT P1,ALMOV AL,N2OUT P2,ALMOV AL,NnOUT Pn,ALOUT P,AL波形发生器硬件、软件设计波形发生器硬件、软件设计CSWR1WR2XFERDAC0832ILED07A82C55APA07PB4PB3PB2PB1PB0CPU输出锯齿波的软件输出锯齿波的软件CODESE