汇编与接口AD

1、118 84 4模数转换原理模数转换原理 A/D转换器是把模拟电压信号转换成n位二进制数的器件。 模/数转换过程分为四个步骤：采样、保持、量化和编码。 对每个采样值输出一个n位数，量化过程是个近似过程，只能从这2n个数字中选取一个作为采样的近似值。 21 采样、保持量化和编码电路示意图 31 1采样(取样、抽样) 在连续变化的模拟量上按一定的规律(周期地)取出其中某一些瞬时值(样点)来代表这个连续的模拟量。这个过程就是采样(Sample)。因此，采样是将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续变化的、离散的模拟量。 换句话说，采样是把一个时间上连续变化的模拟量转换为一串时间间隔相等、幅度取决

2、于输入模拟量的脉冲。 采样是通过采样器(电子模拟开关)实现的。 2保持 保持是在非采样期间使采样得到的模拟量值保持不变。 41采样控制脉冲输入模拟波形 采样 保持 图8.37 采样保持波形图51 3采样定理 理论和实践证明，为了准确无误地用采样信号来表示实际模拟信号VI，采样频率fs必须不小于信号VI的最高次谐波分量的频率fimax的两倍，即 fs2fimax这就是采样定理（香农定理）。 这里的最高频率指的是包括干扰信号在内的输入信号经频谱分析后得到的最高频率分量。恢复指的是样品序列fs(t)通过截止频率为fimax的理想低通滤波器后，能得到原始信号f(t)。 在应用中，一般取采样频率fs为最

3、高频率fimax的48倍。现在的问题是实际工作中如何知道输入信号f(t)的频谱，特别是它的最高频率fimax。 采样频率越高，对原始信号的恢复越好，但会增加数据量，对计算机完成采样处理的速度、存储容量等提出较高的要求。61 4量化 量化过程是模/数转换的核心。所谓量化，就是以一定的量化单位，把数值上连续的模拟量转换为时间上离散的模拟信号后，通过量化装置转变为数值上离散的阶跃量的过程。或者说，量化的过程就是A/D转换电路把离散信号的幅值数字化的过程。 例如，用天平称量重物就是量化过程。 从原理上讲，量化相当于只取近似整数商的除法运算。 量化单位用q表示，量化就是用基本的量化单位q的个数来表示采样

4、一保持电路得到的模拟电压值。图8.38 量化特性和误差特性 71 例如，分析图8.2(b)三位ADC的转换关系图，由零至满刻度(FSR)的模拟输入范围被划分成1/8、2/8、7/8共为23个值，这些数值称为量化阶梯。而相邻各量化阶梯值之间中点值(1/16、2/16、15/16)称为比较电平，采样后的模拟信号瞬时值同比较电平相比较，并赋给相应的量化阶梯值的过程称为量化。例如，若瞬时值为7/32 FSR，因3/167/324/16，故赋值为2/8 FSR。各量化阶梯间的差值通常用V= n FSR表示。比较电平选择在量化阶梯之间的中点处，可获得最小的量化误差LSB。 81 5编码 编码就是把已经量化

5、的模拟数值(它一定是量化电平的整数倍)用二进制数码、BCD码或其它码来表示，比如在图8.2(b)中7/32 FSR量化后为2/8 FSR， 对量化结果用3位二进制进行编码为010。 采样和保持是由S/H电路来完成，量化和编码是由ADC来实现。因为转换期间S/H器工作于保持方式，所以，ADC进行转换的采样值实际是每次采样结束时的瞬时值。 至此，完成了A/D转换的全过程，将各采样点的模拟电压转换成了与之一一对应的二进制数码。91 841 A/D转换器基本工作原理转换器基本工作原理 A/D转换器基本的工作原理比较典型的有并行转换、逐次逼近和积分工作原理。 1并行A/D转换器 速度最快、成本最高、原理

6、最简单。 采用直接比较法， 2n 个电阻、2n1个比较器、一个编码器。其转换速度只受比较器、编码器延迟时间的限制。 因为转换器的成本随分辨率的提高而迅速增加，所以并行A/D转换器分辨率通常不高于5位。 图8.39 并行A/D转换器原理框图101 2逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器 逐次逼近式ADC的基本特点是：二分搜索，反馈比较，逐次逼近。 逐次逼近式ADC由电压比较器C、D/A转换器、逐次逼近寄存器（SAR）、控制逻辑和输出缓冲器等部分组成。 转换前寄存器各位清0，采用从最高位开始的逐位试探法“低于”，该位1保留，“高于：，该位清0。图8.40 逐次逼近式A/D转换器原理框图 特点：是

7、中速（1ms1s ）、816位A/D转换器的主流产品。111 3双积分式双积分式A/D转换器转换器 基本原理：对输入模拟电压和参考电压进行两次积分，变换成与输入电压平均值成正比的时间间隔，利用时钟脉冲和计数器测出此时间间隔。由于它是取输入电压的平均值进行变换，因此这种转换器具有很强的抗工频干扰能力，在数字测量中得到广泛应用。 实质是电压时间变换。不需DAC而省掉了高精度电阻网络，故能以相对低的成本实现高分辨率，但二次积分过程使它的转换时间长。典型的8位芯片转换时间是10ms。121 4VF转换式转换式ADC V/F转换式ADC是将电压转换为相应频率的脉冲信号的一种变换电路，通常简称为V/F变换

8、器。 经常采用的有恢复型、反馈型和恒流源恢复型等几种。恒流源恢复型电路由积分器、比较器、比较电压VC、控制电路和计数器组成。 V/F变换器的转换速度较低，但它在转换线性度、精度、抗干扰能力和积分输入特性等方面具有独特的优点。 131 5 A/D的性能参数和术语的性能参数和术语 （1）分辨率）分辨率 分辨率表示A/D转换器对模拟输入电压微小变化的分辨能力，即由它能确定A/D可以辨别的变化的最小模拟量。它是数字输出的最低位(LSB)所对应的模拟输入电平值。 由于分辨率与转换器的位数n有直接关系，所以也常用二进制位数来表示分辨率。 （2）量化误差(Quantizing Error) 量化误差是在A/

9、D转换中由于整量化所产生的固有误差。对于舍入(四舍五入)量化法，量化误差在LSB之间。这个量化误差的绝对值是转换器的分辨率和满量程范围的函数。 141 （3）转换时间）转换时间(Conversion Time) A/D完成一次转换所需要的时间。即从输入转换启动信号开始到转换结束所经历的时间。转换时间的倒数称为转换速率。例如转换时间是100ns，转换率为10MHz。 （4）绝对精度 绝对精度(或绝对误差)是指对应于某个数字量的实际模拟输入值与理论模拟输入值之差。实际模拟输入值是指一个范围，因为在一定范围内的模拟值具有相同的数字输出。通常规定，对应于某一数字量的模拟输入量范围的中间值为实际输入值。

10、151 （5）相对精度 较普遍采用的定义是指满度值校准以后，任一数字输出所对应的实际模拟输入值与理论值(中间值)之差。对于线性A/D，相对精度就是非线性度。 ADC芯片按速度分档可分为四类：转换时间大于lms的为低速，1ms1s的为中速，小于1s的为高速，小于1ns为超高速。 1618 85 5 模数转换芯片及接口技术模数转换芯片及接口技术 851 ADC08080809 CMOS数据采集器件 1主要特性主要特性 分辨率为8位。 转换时间为100s。 工作温度范围为4085。 功耗为15mW。 8个模拟输入通道，通道地址锁存并译码。171 采用了由电阻阶梯和开关组成的开关树型D/A，能确保无漏

11、码。 总的不可调误差在LSB和1LSB的范围。 不需作零或者满刻度校准。 单一5V电源供电。模拟输入电压范围为05V。 与TTL兼容三态数据输出，易于与微处理器相连。 时钟频率为10KHz1280 KHz 。181 2结构和引脚结构和引脚 ADC08080809由模拟输入、A/D转换和数字输出三部分构成。 191 3工作时序工作时序 2014 ADC0809与与8086MPU接口接口 （1）采用查询法 ADC0809与MPU采用查询法的接口电路： 211 通道地址ADDA，ADDB，ADDC分别接到地址总线的A0、A1、A2上。 从接口电路知：通道选择与启动转换端口为50H57H，状态端口40

12、H，输出允许OE端口48H。 221 假设仅对模拟通道IN0进行A/D转换。采用查询方式的程序如下(对0通道采样一个点)： OUT 50H，AL ；选通IN0，启动A/D转换 CALL DELAY ；延时8T+2s。W： IN AL，40H ；输入EOC标志 TEST AL，01H ；未结束，返回等待 JZ W IN AL，48H ；结束，把结果送入AL中231 若对IN0IN78个通道的模拟量各采样100个点，并转换成数字量的采用查询方式的程序如下： MODEL SMALL DATA WP DB 800 DUP（？） CODE STARTUP MOV BX，OFFSET WP ；设置数据存储

13、指针 MOV CL，100 ；设置计数初值 N：MOV DX，0050H P：OUT DX，AL ；选通一个通道，启动A/D； AL中内容无意义。 CALL DELAY ；延时8T+2s。241W：IN AL，40H ；输入EOC标志 TEST AL，01H ；测试状态 JZ W ；未结束，返回等待 IN AL，48H ；结束，读数据 MOV BX，AL ；存数 INC BX ；修改存储地址指针 INC DX ；修改A/D通道地址 CMP DX，0058H ；判断八个通道是否转换完 JNZ P ；未完，返回启动新通道 DEC CL ；100个点是否采样完了， 未完返回再启动IN0通道 JNZ

14、N ；100个点完了，结束。 EXIT END251 （2）采用中断响应法 ADC0809与8086MPU采用中断响应法的接口电路： （通道的地址ADDA，ADDB，ADDC分别接到数据总线的D0，D1，D2上）。261 假设ADC0809端口地址为98H，仅对模拟通道IN3进行A/D转换。采用中断响应法的程序为： CLI MOV AL，03H ；选通IN3，并启动 OUT 98H，AL A/D转换 NOP NOP STI而在中断服务程序中用一条指令 IN AL，98H ；读取转换结果的数字量271 若对IN0IN78个通道的模拟量各采样100个点，并转换成数字量采用中断方式的程序如下： MO

15、DEL SMALL DATA BUF DB 800 DUP（？） ADDR DW BUF NUM DB 0 COUNT DB 100 CODE STARTUP MOV AL，13H ；8259A初始化，ICW1 OUT 20H，AL MOV AL，70H ；ICW2（IR2中断类型号72H） OUT 21H，AL MOV AL，01H ；ICW4 OUT 21H，AL 281 PUSH DS MOV AX，0， ；中断向量表段基址 MOV DS，AX MOV BX，OFFSET XY ；中断服务程序偏移地址 MOV SI，SEG XY ；中断服务程序段地址 MOV 01C8H，BX ； 73H

16、4=01C8H MOV 01CAH，SI POP DS MOV BL，00H MOV AL，BL ；设置通道初值IN0 OUT 98H，AL ；启动A/D MOV DI，0FFFFH ；有限延时，等待中断 PP： MOV SI， 0FFFFH LL： DEC SI JNZ LL DEC DI JNZ PP EXIT291 XY PROC FAR USES AX，BX ； 中断服务程序 STI IN AL，98H ；读数据 MOV BX，ADDR ；取缓冲区地址 MOV BX，AL ；存数据 INC BX ；修改地址 MOV ADDR，BX INC NUM ；修改通道 CMP NUM，08H ；

17、八个通道是否转换完 JNZ START ；未完。启动下一个通道 DEC COUNT ；100个点是否转换完 JZ DONE ；转换完结束 MOV NUM，0 ；未转换完，重新启动通道0 START： MOV AL，NUM OUT 98H，AL DONE： CLI ；关中断 MOV AL，20H OUT 20H，AL ；向8259A发一般中断结束命令 IRET ；中断返回 XY ENDP END301 5模模/数转换器芯片使用时需注意的两类问题数转换器芯片使用时需注意的两类问题 一类是如何保证ADC正常转换。包括： 模拟输入电压的范围和极性； 与采样保持电路输出的连接； 参考电压VREF的设定； 芯片时钟输入信号的供给； 启动转换的控制方式： 311启动转换的控制方式： 脉冲启动转换：施加符合要求的脉冲