第二章模拟量输入输出通道的接口技术

1、 在工业生产过程中，被测参数都是模拟量，在工业生产过程中，被测参数都是模拟量，微型计算机处理的数据只能是数字量，大多数执微型计算机处理的数据只能是数字量，大多数执行机构只能接受模拟量，所以行机构只能接受模拟量，所以A/D和和D/A转换是微转换是微型计算机接收、处理、控制模拟量参数过程中不型计算机接收、处理、控制模拟量参数过程中不可缺少的环节。可缺少的环节。 微型计算机速度很快，而模拟量的变化速度微型计算机速度很快，而模拟量的变化速度一般较慢，则可用一台计算机采样或控制多个参一般较慢，则可用一台计算机采样或控制多个参数，这样参数需要分时地被采样和控制。数，这样参数需要分时地被采样和控制。第二章第

2、二章 模拟量输入模拟量输入/输出通道的接口技输出通道的接口技术术 单片机和被控实体间的接口示意图单片机和被控实体间的接口示意图2.1 多路开关及采样保持器 2.1.1 数据采样定理2.1.2 多路开关 2.1.3 采样/保持器 2.1.1 数据采样定理 计算机控制系统就是把连续变化的量变计算机控制系统就是把连续变化的量变成离散量后再进行处理，因此称做离散系统或成离散量后再进行处理，因此称做离散系统或采样数据系统。采样数据系统。 离散系统的采样形式有：离散系统的采样形式有：周期采样：周期采样：周期采样就是以相同的时间间隔进行采样。周期采样就是以相同的时间间隔进行采样。多阶采样：多阶采样：随机采样

3、：随机采样：根据需要选择采样时刻根据需要选择采样时刻 1rttttkrkkrk常量，是周期性的重复，即采样前后波形的变化采样前后波形的变化图图)(常量1Tttkk 通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连通常，连续函数的频带宽度是有限的，为一孤立的连续频谱，设其包括的最高频率为续频谱，设其包括的最高频率为fmax ，采样频率为，采样频率为fs。 香农定理：若香农定理：若fs2fmax，则可以由采样信号完全恢复出原始，则可以由采样信号完全恢复出原始 信号。信号。 在实际应用中，在实际应用中， fs至少取至少取4fmax 。返回2.1.2 多路转换开关 多多 反反路路 多多转转 路路换换 A

4、/D 微机微机 D/A 转转开开 换换关关 开开 关关完成多到一的转换完成多到一的转换完成一到多的转换完成一到多的转换2.1.2 多路转换开关 多路开关的分类：多路开关的分类：从用途上分从用途上分 双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的双向：既能实现多到一的转换，也能实现一到多的转换转换单向：只能实现多到一的转换单向：只能实现多到一的转换从输入信号的连接方式上分从输入信号的连接方式上分 单端输入单端输入双端输入（或差动输入）双端输入（或差动输入） 1 1、CD4051CD4051 CD4051 CD4051是单端双向是单端双向8 8通道多路开关，其引脚结构如下图所示。通道多路开关，其引脚

5、结构如下图所示。 图中第图中第6 6脚脚INHINH为禁止输入端。为禁止输入端。 当当INH=1INH=1时，通道断开；当时，通道断开；当INH=0INH=0时，通道接通时，通道接通 C C、B B、A A为二进制控制输入端，改变为二进制控制输入端，改变C C、B B、A A的数值，可的数值，可以译出以译出8 8种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其真值真值表表如下表所示。如下表所示。 改变图中改变图中IN/OUT0IN/OUT07 7及及OUT/INOUT/IN的传递方向，则可用作的传递方向，则可用作多多路开关或反多路开关路开关或反多路开关。CD

6、4051CD4051引脚图引脚图多路转换开关（多到一的转换）：多路转换开关（多到一的转换）： ININ：1 1、2 2、4 4、5 5、1212、1313、1414、1515 OUT OUT：3 3反多路转换开关（一到多的转换）：反多路转换开关（一到多的转换）： ININ：3 3 OUT OUT： 1 1、2 2、4 4、5 5、1212、1313、1414、15152 2、CD4067B/CD4097BCD4067B/CD4097B1 1）CD4067BCD4067B是单端双向是单端双向1616通道多路开关。通道多路开关。 第第1515脚为脚为INHINH，当，当INH=1INH=1时，通道

7、断开；当时，通道断开；当INH=0INH=0时，时，通道接通。通道接通。 D D、C C、B B、A A为二进制控制输入端，改变为二进制控制输入端，改变D D、C C、B B、A A的数值，可以译出的数值，可以译出1616种状态，并选中其中之一，使输入种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其输出接通。其真值表真值表见表见表2.32.3所示。所示。 改变图中改变图中IN/OUT0IN/OUT01515及及OUT/INOUT/IN的传递方向，则可用的传递方向，则可用作作多路开关或反多路开关多路开关或反多路开关。多路转换开关（多到一的转换）：多路转换开关（多到一的转换）： ININ：2 2、3 3

8、、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、1616、1717、1818、1919、2020、 2121、2222、2323 OUT OUT：1 1反多路转换开关（一到多的转换）：反多路转换开关（一到多的转换）： ININ：1 1 OUT OUT：2 2、3 3、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、9 9、1616、1717、1818、1919、2020、 2121、2222、23232 2、CD4067B/CD4097BCD4067B/CD4097B2 2）CD4097BCD4097B是双端双向是双端双向8 8通道多路开关，允许两个通道信号的同步输入。通道多路开关，允许两个通道信号

9、的同步输入。 第第1313脚为脚为INHINH，当，当INH=1INH=1时，通道断开；当时，通道断开；当INH=0INH=0时，通道接通。时，通道接通。 C C、B B、A A为二进制控制输入端，改变为二进制控制输入端，改变C C、B B、A A的数值，可以译出的数值，可以译出8 8种种状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其状态，并选中其中之一，使输入输出接通。其真值表真值表见下表所示。见下表所示。 改变图中改变图中IN/OUT0IN/OUT07 7及及OUT/INOUT/IN的传递方向，则可用作的传递方向，则可用作多路开关或多路开关或反多路开关反多路开关。INHCBA选中通道号00000

10、#（9、23）00011#（8、22）00102#（7、21）00113#（6、20）01004#（5、19）01015#（4、18）01106#（3、16）01117#（2、15）多路转换开关（多到一的转换）：多路转换开关（多到一的转换）： ININ：（：（9 9、2323）、（）、（8 8、2222）、（）、（7 7、2121）、（）、（6 6、2020）、）、（5 5、1919）、（）、（4 4、1818）、（）、（3 3、1616）、（）、（2 2、1515） OUTOUT：（：（1 1、1717）反多路转换开关（一到多的转换）：反多路转换开关（一到多的转换）： ININ： （1 1、

11、1717） OUTOUT：（：（9 9、2323）、（）、（8 8、2222）、（）、（7 7、2121）、（）、（6 6、2020）、）、（5 5、1919）、（）、（4 4、1818）、（）、（3 3、1616）、（）、（2 2、1515）2 2、多路转换开关的扩展、多路转换开关的扩展 当采样的通道比较多，可以将两个或两当采样的通道比较多，可以将两个或两个以上的多路开关并联起来，组成个以上的多路开关并联起来，组成82或或162的多路开关。的多路开关。 下面以下面以CD4051为例说明多路开关的扩为例说明多路开关的扩展方法。两个展方法。两个8路开关扩展成路开关扩展成16路的多路路的多路开关的

12、方法。开关的方法。用用CD4051多路开关组成的多路开关组成的16路模拟开关接线图路模拟开关接线图数据总线数据总线D3D0为通道选择信号为通道选择信号 D3：控制两个多路开关的允许输入端：控制两个多路开关的允许输入端INH D2D0：用于选择：用于选择8个通道个通道返回用用CD4051多路开关组成的多路开关组成的16路模拟开关接线图路模拟开关接线图数据总线数据总线D3D0为通道选择信号为通道选择信号 D3：控制两个多路开关的允许输入端：控制两个多路开关的允许输入端INH D2D0：用于选择：用于选择8个通道个通道 D3=1：左边左边CD4051的的INH=0，通道接通，可选择，通道接通，可选择

13、18通道通道右边右边CD4051的的INH=1，通道断开，通道断开 D3=0 ：左边左边CD4051的的INH=1，通道断开，通道断开右边右边CD4051的的INH=0，通道接通，可选择，通道接通，可选择916通道通道返回用用CD4051多路开关组成的多路开关组成的16路模拟开关接线图路模拟开关接线图数据总线数据总线D3D0为通道选择信号为通道选择信号 D3：控制两个多路开关的允许输入端：控制两个多路开关的允许输入端INH D2D0：用于选择：用于选择8个通道个通道 D3=1：左边左边CD4051的的INH=0，通道接通，可选择，通道接通，可选择18通道通道右边右边CD4051的的INH=1，

14、通道断开，通道断开 D3=0 ：左边左边CD4051的的INH=1，通道断开，通道断开右边右边CD4051的的INH=0，通道接通，可选择，通道接通，可选择916通道通道返回D3=0D3=1 模拟量转变成数字量后才能进入计算机系统，模拟量转变成数字量后才能进入计算机系统，A/D转换过程需转换过程需要一定的时间，为了保证要一定的时间，为了保证A/D转换的精度，必须在转换的精度，必须在A/D转换进行时转换进行时保持待转换值不变，在保持待转换值不变，在A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化。转换结束后又能跟踪输入信号的变化。同时，在模拟量输出通道中，为了使各输出通道得到一个平滑的同时，在模拟量输出通

15、道中，为了使各输出通道得到一个平滑的模拟量输出，也必须保持有一个恒定的值，能够完成这两项任务模拟量输出，也必须保持有一个恒定的值，能够完成这两项任务的器件叫做采样的器件叫做采样保持器，也叫做保持器，也叫做S/H。2.1.2 采样保持器 1、工作方式、工作方式 采样方式：采样方式：采样保持器的输出跟随模拟量输入变化，即输出跟随输入。采样保持器的输出跟随模拟量输入变化，即输出跟随输入。保持方式：保持方式：输出保持在进入保持方式这一时刻的输入不变。输出保持在进入保持方式这一时刻的输入不变。2 2、工作原理、工作原理 最简单的采样最简单的采样/保持器是由开关和电容组成，保持器是由开关和电容组成，如下图

16、所示。如下图所示。K K闭合时：闭合时：V VX X经限流电阻经限流电阻R R向电容充电，使输出向电容充电，使输出 VoutVout跟随输入跟随输入V VX X变化变化采样状态采样状态K K断开时：由于电容具有一定的容量，仍能使断开时：由于电容具有一定的容量，仍能使 输出输出VoutVout保持不变保持不变保持状态保持状态2 2、工作原理、工作原理 图图2.6所示的采样所示的采样保持器保持器LF198/LF298/LF398工工作原理：作原理：引脚引脚8为高电平时，开关为高电平时，开关S闭合，输出跟随输入闭合，输出跟随输入引脚引脚8为低电平时，开关为低电平时，开关S断开，输出保持不变断开，输出

17、保持不变采样方式采样方式保持方式保持方式3、输入输出特性、输入输出特性3、输入输出特性、输入输出特性4 4、作用、作用保持模拟量信号不变，以便完成保持模拟量信号不变，以便完成A/DA/D转换转换同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理同时采样几个模拟信号，以便进行数据处理和测量和测量减少减少D/AD/A转换器的输出转换器的输出“毛刺毛刺”保证输出电压的稳定性保证输出电压的稳定性返回 模拟量输出通道主要完成数字量到模拟量的模拟量输出通道主要完成数字量到模拟量的转换，也就是转换，也就是D/A转换。转换。D/A转换器的分类：转换器的分类：1、按输入数字量位数来分：、按输入数字量位数来分：8位、位、10

18、位、位、12位、位、16位等位等2、按输出形式分：、按输出形式分： 2.2 模拟量输出通道的接口技术模拟量输出通道的接口技术 单极性输出单极性输出双极性输出双极性输出电流输出型电流输出型电压输出型电压输出型D/A转换器的原理 D/A转换器的原理转换器的原理 “按权展开，然后相加按权展开，然后相加”：D/A转换器把输入数字量中的每位都按其权值分别转换器把输入数字量中的每位都按其权值分别转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。转换成模拟量，并通过运算放大器求和相加。 因此，因此，D/A转换器内部必须要有一个解码网转换器内部必须要有一个解码网络，以实现按权值分别进行络，以实现按权值分别进行D/A转换

19、。转换。 解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络解码网络通常有两种：二进制加权电阻网络和和T型电阻解码网络。型电阻解码网络。 为了说明为了说明T型电阻网络的工作原理，现以四位型电阻网络的工作原理，现以四位D/A转换器为例加以讨论，如下图所示。转换器为例加以讨论，如下图所示。T型电阻网络型型电阻网络型D/A转换器图转换器图 设b3、b2、b1、b0全为“1”，即S3、S2、S1、S0全部和“1”端相连 则根据电流定律，有：RVIIRVIIRVIIRVRVIREFREFREFREFREF401041214232433222222222222RVIIIIIREFout402301231222221

20、由于S3S0的状态是受b3b0控制的，并不一定全是“1”。若它们中有些位为“0”，S3S0中相应开关会因和“0”端相连而无电流流过，所以Iout1还与b3b0的状态有关。 则 A点虚地 则001122331IbIbIbIbIoutRVbbbbREF400122332222211outRfIIfRfoutRIVfREFRRVbbbb4001223322222140012233222221REFVbbbb所以对于n位T型电阻网络其中nREFnnnnoutVbbbbV2222200122111 nREFVB2001121122222 bbbbBnnnn例题：对于一个8位D/A转换器， 已知VREF=

21、10V，数字量输入为10011101，求模拟量输出？解：80012233445566772222222221REFVbbbbbbbbnREFoutVBV2VVREF108n8023456721021202121212020211V13. 61, 0, 1, 1, 1, 0, 0, 101234567bbbbbbbb2.2.1 8位D/A转换器及其接口技术 1、普通型、普通型D/A转换器转换器DAC0832（电流输出型）（电流输出型）1）DAC0832的结构及原理的结构及原理& DAC0832芯片为芯片为20引引脚，双列直插式封装。其引脚，双列直插式封装。其引脚排列如图所示。脚排列如图所示。（1

22、）数字量输入线数字量输入线D7D0（8条）条） （2）控制线控制线（5条）条） （3）输出线输出线（3条）条） （4）电源线电源线（4条）条） CSWR1AGNDD7D6D0D1D2D3D4D5VREFRfDGNDVccILEWR2XFERIout2Iout1DAC08321109876543220141516171819131211（1）数字量输入线）数字量输入线D7D0： D7D0常和常和CPU数据总线相连，用数据总线相连，用于输入于输入CPU送来的待转换数字量。送来的待转换数字量。（2）控制线）控制线 /CS片选线片选线 ILE 数据锁存允许信号数据锁存允许信号 /XFER 数据传送控制

23、信号数据传送控制信号 /WR1和和/WR2 写信号输入线写信号输入线（3）输出线）输出线 Rf 反馈电阻端，接到运算放大器输出端反馈电阻端，接到运算放大器输出端 Io u t 1和和Io u t 2 模拟电流输出线，接到运算放大器模拟电流输出线，接到运算放大器 输入端输入端 （4）电源线）电源线 VCC 电源输入线电源输入线 VREF 参考电压参考电压 DGND 数字量地线数字量地线 AGND 模拟量地线模拟量地线DAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成8位输入寄存器：用来存放位输入寄存器：用来存放CPU送来的数字量，使输入数字量送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存。由得到缓

24、冲和锁存。由/LE1加以控制。加以控制。 ILE=1且且/CS=0且且/WR1=0M1=1/LE1=1 8位输入寄存器接收信号位输入寄存器接收信号 否则否则8位输入寄存器锁存数据位输入寄存器锁存数据100&11DAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成8位位DAC寄存器：用来存放待转换的数字量。由寄存器：用来存放待转换的数字量。由LE2加以控制。加以控制。/WR2=0且且/XFER=0M3=1LE2=1 8位位DAC寄存器输出跟随输入寄存器输出跟随输入 否则否则8位位DAC寄存器锁存数据寄存器锁存数据&001DAC0832内部由三部分电路组成内部由三部分电路组成8位位D/A转换电路

25、：由转换电路：由8位位T型电阻网络和电子开关组成。型电阻网络和电子开关组成。T型电阻网络：输出和数字量成正比的模拟电流型电阻网络：输出和数字量成正比的模拟电流电子开关：受电子开关：受8位位DAC寄存器输出控制寄存器输出控制& 因因DAC0832是电流输出型是电流输出型D/A转换芯转换芯片，为了取得电压输出，需在电流输出片，为了取得电压输出，需在电流输出端接运算放大器，端接运算放大器，Rf为运算放大器的反为运算放大器的反馈电阻端。运算放大器的接法如下图所馈电阻端。运算放大器的接法如下图所示示。 2、D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 D/A转换器的输出方式只与模拟量输转换器的输出方式只与模拟

26、量输出端的连接方式有关，与其位数无关。出端的连接方式有关，与其位数无关。 1）单极性输出）单极性输出 2）双极性输出）双极性输出 1. 单极性输出 在需要单极性输出的情况下，可以采用下图所示接线。在需要单极性输出的情况下，可以采用下图所示接线。DAC单极性输出接法图单极性输出接法图其中其中8n256REFoutVBV001122334455667722222222bbbbbbbbB2562 n22表达式（表达式（2-2）的比例关系可以用下图来表示。）的比例关系可以用下图来表示。单极性输出线性关系图单极性输出线性关系图VVout00HFFH80HB-1/2VREF-VREF+VREF256REF

27、outVBV2. 双极性输出 在需要双极性输出的情况下，可以采用下图所示接线。在需要双极性输出的情况下，可以采用下图所示接线。DAC双极性输出接法图双极性输出接法图因为因为A点虚地，所以可得点虚地，所以可得其中其中128128REFoutVBV001122334455667722222222bbbbbbbbB3225622011321321REFoutoutoutREFVBVRVIRVIRVIIII 上图中，运算放大器上图中，运算放大器OA2的作用是将运算放大器的作用是将运算放大器OA的单向输出转变为双向输出。的单向输出转变为双向输出。表达式（表达式（2-3）的比例关系可）的比例关系可以用右图

28、来表示。以用右图来表示。128128REFoutVBV双极性输出线性关系图双极性输出线性关系图3、8位位D/A转换器与微型计算机的接口及转换器与微型计算机的接口及程序设计程序设计数字量输入数字量输入模拟量输出模拟量输出外部控制信号的连接外部控制信号的连接数字量输入端的连接数字量输入端的连接考虑两方面考虑两方面D/A转换器的位数转换器的位数D/A转换器的内部结构：转换器的内部结构：D/A转换器内部没有转换器内部没有输入锁存器时，必须在输入锁存器时，必须在CPU与与D/A转换器之转换器之间增设锁存器或间增设锁存器或I/O口；若有输入锁存器时，口；若有输入锁存器时，则可直接连接。则可直接连接。 最常

29、用的最常用的DAC0832与单片机的接口连接与单片机的接口连接时，只需要将时，只需要将P0口的口的8位口线与位口线与D/A转换转换器的器的8位数字输入端一一对应连接即可。位数字输入端一一对应连接即可。模拟量输出模拟量输出电流输出电流输出电压输出电压输出外部控制信号的连接外部控制信号的连接 外部控制信号主要是片选信号、写信号外部控制信号主要是片选信号、写信号及启动信号，此外还有电源及参考电平。及启动信号，此外还有电源及参考电平。片选信号片选信号由地址线或地址译码器提供由地址线或地址译码器提供写信号写信号由单片机的由单片机的/WR信号提供信号提供启动信号启动信号一般为片选信号及写信号的合成一般为片

30、选信号及写信号的合成 连接方式有三种：直通方式、单缓冲方连接方式有三种：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。式和双缓冲方式。1. 直通方式直通方式 所谓的直通方式就是所谓的直通方式就是DAC0832的两个内部寄的两个内部寄存器（存器（“8位输入寄存器位输入寄存器”和和“8位位DAC寄存器寄存器”）始终处于直通的状态。始终处于直通的状态。 ILE接接+5V，/CS、/XFER、/WR1、/WR2接地接地 即即 ILE=1 /CS=0 /XFER=0 /WR1=0 /WR2=0DAC0832在直通方式下工作在直通方式下工作2. 单缓冲方式单缓冲方式 所谓的单缓冲方式就是使所谓的单缓冲方式就是使DAC

31、0832的两个内部的两个内部寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控寄存器中有一个处于直通方式，而另一个处于受控的锁存方式；或者两个内部寄存器同时处在选通及的锁存方式；或者两个内部寄存器同时处在选通及锁存工作状态。锁存工作状态。接法接法 8位输入寄存器处于直通状态，位输入寄存器处于直通状态，8位位DAC寄存器处于受寄存器处于受控锁存状态控锁存状态 ILE接高电平，接高电平，/WR1和和/CS接地接地8位位DAC寄存器处于直通状态，寄存器处于直通状态， 8位输入寄存器处于位输入寄存器处于受控锁存状态受控锁存状态 ILE接高电平，接高电平， /WR2和和/XFER接地接地两个寄存器同时处在选通

32、及锁存工作状态两个寄存器同时处在选通及锁存工作状态 ILE接高电平接高电平 /CS和和/XFER同时接芯片选中信号同时接芯片选中信号 /WR1和和/WR2同时接写操作控制信号同时接写操作控制信号 在实际应用中，如果只有一路模拟量在实际应用中，如果只有一路模拟量输出。单缓冲方式接线如下图所示。输出。单缓冲方式接线如下图所示。 3. 双缓冲方式双缓冲方式 所谓双缓冲方式，就是把所谓双缓冲方式，就是把DAC0832的两个锁存器都接成受控锁存方式。双的两个锁存器都接成受控锁存方式。双缓冲方式缓冲方式DAC0832的连接如下图所示。的连接如下图所示。注意：由于两个锁存器分别占据两个地址，因此在程序中需注

33、意：由于两个锁存器分别占据两个地址，因此在程序中需要使用两条传送指令，才能完称一个数字量的模拟转换。要使用两条传送指令，才能完称一个数字量的模拟转换。AO1AO2+_2R2RVout+5VILEVccVREFRfIout1Iout2WR1DI0DI7WR2XFERCSP0.0P0.7ALEEA8031WR锁存器译码器FFHFEHDAC0832R/CS和和/XFER分别接分别接两个不同的地址通道两个不同的地址通道D/A转换器与单片机的接口及程序设计应用举例转换器与单片机的接口及程序设计应用举例 在单片机系统中采用统一编址的方式，在单片机系统中采用统一编址的方式，寻址时将寻址时将I/O端口视为外部

34、存储单元，所以端口视为外部存储单元，所以用访问外部存储器的指令即可完成对用访问外部存储器的指令即可完成对I/O端端口的访问。口的访问。 MOVX DPTR, A MOVX Ri, A (i=0,1)DPTR：表示以：表示以DPTR为数据指针的间接寻为数据指针的间接寻址，用于对外部址，用于对外部64KRAM/ROM寻址寻址Ri：表示寄存器间接寻址：表示寄存器间接寻址D/A转换器与单片机的接口及程序设计应用举例转换器与单片机的接口及程序设计应用举例 不带锁存器的不带锁存器的D/A转换器与单片机的连接转换器与单片机的连接D/A转换器与单片机的接口及程序设计应用举例转换器与单片机的接口及程序设计应用举

35、例 带锁存器的带锁存器的D/A转换器与单片机的连接转换器与单片机的连接DAC0832采用双缓冲连接方式采用双缓冲连接方式ILE固定接高电平，固定接高电平，P2.1/CS，P2.0/XFER， /WR/WR1和和/WR2D/A转换器与单片机的接口及程序设计应用举例转换器与单片机的接口及程序设计应用举例 程序：程序：START:MOV DPTR, #0FDFFH FDH=11111101B,P2.1=0,即即/CS=0 MOV A, #nnH MOVX DPTR,A执行该指令时，执行该指令时，/WR=0，则，则/WR1=0此时此时ILE=1,/CS=0,/WR1=0,打开第一级输入寄存器，把数据打

36、开第一级输入寄存器，把数据送入该寄存器送入该寄存器 INC DPHFDH+1H=FEH=11111110B,P2.0=0,即即/XFER=0 MOVX DPTR,A执行该指令时，执行该指令时，/WR=0，则，则/WR2=0此时此时/XFER=0,/WR2=0,打开第二级打开第二级8位位DAC寄存器，完成寄存器，完成D/A转换转换2.2.3 高于高于8位的位的D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 1、12位位D/A转换器转换器AD6670011100102.2.3 高于高于8位的位的D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 1、12位位D/A转换器转换器AD667 AD667真值表真值表

37、/CS A3 A2 A1 A0操作操作1X X X X无操作无操作X1 1 1 1 无操作无操作01 1 1 0 选通第一级低四位寄存器选通第一级低四位寄存器01 1 0 1 选通第一级中四位寄存器选通第一级中四位寄存器01 0 1 1 选通第一级高四位寄存器选通第一级高四位寄存器00 1 1 1 从第一级向第二级置数从第一级向第二级置数00 0 0 0 所有寄存器均透明所有寄存器均透明2.2.3 高于高于8位的位的D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 2、高于、高于8位位D/A转换器极其接口转换器极其接口010011选通低选通低8位位101100选通高选通高4位和位和12位位D/A寄存

38、器寄存器2.3 模拟量输入通道接口技术 A/D转换器是一种能把输入的模拟量变转换器是一种能把输入的模拟量变成与它成正比的数字量的电子仪器。成与它成正比的数字量的电子仪器。 类型：类型：计数器式计数器式A/D转换器转换器双积分式双积分式A/D转换器转换器逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器转换器并行并行A/D转换器转换器A/D转换原理 逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器是一种采用对分搜索转换器是一种采用对分搜索原理来实现原理来实现A/D转换的方法，逻辑框图如下图所转换的方法，逻辑框图如下图所示。由示。由N位寄存器、位寄存器、N位位D/A转换器、比较器和转换器、比较器和控制逻辑四个部分组成。控制逻辑四个

39、部分组成。逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器逻辑框图转换器逻辑框图工作原理工作原理举例：举例：返回举例：举例：t0时刻发出启动信号时刻发出启动信号t0：令：令D3=1，余下为，余下为0 则则B=1000 XREFnREFCVVVBV1682D3=1 t1：D3=1，令，令D2=1， 余下为余下为0，则，则B=1100XREFnREFCVVVBV16122D2=0 t2：D3=1，D2=0，令，令D1=1 余下为余下为0，则，则B=1010D1=0 XREFnREFCVVVBV16102t3：D3=1，D2=0，D1=0，令，令D0=1 余下为余下为0，则，则B=1001D1=1 XREFnREF

40、CVVVBV1692则数字输出为则数字输出为1001 2.3.1 8位A/D转换器ADC0808/08091 1、ADC0809ADC0809的内部逻辑结构的内部逻辑结构 ADC0809ADC0809是一个是一个8 8位的逐次逼近式位的逐次逼近式A/DA/D转换器。其内部逻辑转换器。其内部逻辑结构如下图所示。结构如下图所示。 8 8通道多路模拟开关：可通道多路模拟开关：可选通选通8 8个模拟通道，允许个模拟通道，允许8 8路模拟量分时输入，共路模拟量分时输入，共用一个用一个A/DA/D转换器进行转转换器进行转换。换。地址锁存与译码器：用地址锁存与译码器：用来选通来选通IN0IN7IN0IN7上

41、的一路上的一路模拟量输入模拟量输入。A/DA/D转换器：用来完成模转换器：用来完成模拟量的拟量的A/DA/D转换。转换。三态输出缓冲锁存器：三态输出缓冲锁存器：用于锁存用于锁存A/DA/D转换完的数转换完的数字量，由字量，由OEOE控制。控制。OEOE为为高点平时有效。高点平时有效。2 2、引脚结构、引脚结构ADC0809采用双列直插式封装，采用双列直插式封装，共有共有28条引脚。条引脚。（1）模拟量输入线（）模拟量输入线（8条）条）（2）地址输入和控制线（）地址输入和控制线（4条）条）（3）数字量输出及控制线（）数字量输出及控制线（11条）条） （4）电源线及其他（）电源线及其他（5条）条）

42、 模拟量输入线模拟量输入线ININ7 7ININ0 0：用来输入模拟量：用来输入模拟量地址输入和控制线地址输入和控制线 ALEALE地址锁存允许输入线地址锁存允许输入线 A A、B B、CC地址输入线地址输入线数字量输出及控制线数字量输出及控制线 STARTSTART转换启动信号，为高电平时转换开始转换启动信号，为高电平时转换开始 EOCEOC转换结束信号转换结束信号 EOC=1EOC=1转换结束转换结束 EOC=0EOC=0正在进行正在进行A/DA/D转换转换 OEOE输出允许信号输出允许信号 OE=1OE=1输出转换得到的数据输出转换得到的数据 OE=0OE=0输出数据线呈高阻状态输出数据

43、线呈高阻状态 D D7 7D D0 0数字量输出线数字量输出线电源线及其它电源线及其它 V VCCCC+5V+5V电源线电源线 GNDGND地线地线 V VREFREF（+ +）和和V VREFREF（- -）参考电压参考电压 CLOCKCLOCK时钟输入信号线时钟输入信号线返回表2-1 被选通道和地址的关系返回返回ADC0808/0809的典型应用 111/RD/ WR/ADDRESS/INTERRUPTINTERRUPTOEEOCSTARTALE10进行进行A/D转换：转换：001A/D转换结束：转换结束：110001000模拟量输入信号的连接模拟量输入信号的连接数字量输出引脚的连接数字量

44、输出引脚的连接A/DA/D转换器的启动方式转换器的启动方式转换结束信号的处理方法转换结束信号的处理方法参考电平的连接参考电平的连接时钟的连接时钟的连接接地问题接地问题2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 1 1、模拟量输入信号的连接、模拟量输入信号的连接有些有些A/DA/D转换器的输入允许是单极性，也可转换器的输入允许是单极性，也可以是双极性，用户可通过改变外接线路来改以是双极性，用户可通过改变外接线路来改变量程。变量程。如果需要多通道输入方式，则可采用如果需要多通道输入方式，则可采用选用单通道选用单通道A/DA/D芯片，在模拟量输入端加多路开芯片，在模拟量输入端加多路开关

45、，采样关，采样保持器保持器选用带多路开关的选用带多路开关的A/DA/D转换器转换器2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 2 2、数字量输出引脚的连接、数字量输出引脚的连接内部不含输出锁存器的，则需要通过锁存器内部不含输出锁存器的，则需要通过锁存器或或I/OI/O接口与微机相连。接口与微机相连。内部含输出锁存器的，则可直接与微机相连，内部含输出锁存器的，则可直接与微机相连，有时为了增加控制功能，也可采用有时为了增加控制功能，也可采用I/OI/O接口接口连接。连接。2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 3 3、A/DA/D转换器的启动方式转换器的启动方式一般

46、分为脉冲启动和电平启动一般分为脉冲启动和电平启动脉冲启动：在启动转换输入引脚引入一个脉脉冲启动：在启动转换输入引脚引入一个脉冲即可冲即可电平启动：在启动转换输入引脚上加上要求电平启动：在启动转换输入引脚上加上要求的电平，且在转换过程中，必须保持这一电的电平，且在转换过程中，必须保持这一电平。平。高电平启动高电平启动低电平启动低电平启动2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 4 4、转换结束信号的处理方法转换结束信号的处理方法中断方式：中断方式： 将转换结束信号接到微机的中断申请引脚或允许中断将转换结束信号接到微机的中断申请引脚或允许中断的的I/OI/O接口的相应引脚上。转换结

47、束时，即提出中断申请，接口的相应引脚上。转换结束时，即提出中断申请，微机响应后，在中断服务程序中读取数据。微机响应后，在中断服务程序中读取数据。查询方式：查询方式： 将转换结束信号经三态门送到将转换结束信号经三态门送到CPUCPU数据总线或数据总线或I/OI/O接口接口的某一位上，微机向的某一位上，微机向A/DA/D转换器发出启动信号后，便开始转换器发出启动信号后，便开始查询查询A/DA/D转换是否结束，一旦查询到转换结束，则读出数转换是否结束，一旦查询到转换结束，则读出数据。据。软件延时方法：软件延时方法： 微机启动微机启动A/DA/D转换后，就根据转换芯片完成转换所需要转换后，就根据转换芯

48、片完成转换所需要的时间，调用一段软件延时程序，延时程序执行完后，的时间，调用一段软件延时程序，延时程序执行完后，A/DA/D转换也已完成，则可读出数据。转换也已完成，则可读出数据。2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 5 5、参考电平的连接、参考电平的连接采用外电源供给采用外电源供给在在A/DA/D转换器内部设置精密参考电源转换器内部设置精密参考电源模拟量信号为单极性时，模拟量信号为单极性时，V VREFREF(-)(-)接模拟地，接模拟地， V VREFREF(+)(+)接参考电源正端接参考电源正端模拟量信号为双极性时，模拟量信号为双极性时， V VREFREF(+)(+

49、)和和V VREFREF(-)(-)分别参考电源正、负端分别参考电源正、负端2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 6 6、时钟的连接、时钟的连接由芯片内部提供由芯片内部提供由外部时钟提供由外部时钟提供可采用单独的振荡器可采用单独的振荡器用用CPUCPU时钟经分频后，送至时钟经分频后，送至A/DA/D转换器的时钟端子转换器的时钟端子7 7、接地问题、接地问题模拟地和数字地要分别连接。模拟地和数字地要分别连接。2.3.2 8位位A/D转换器的接口技术转换器的接口技术 A/DA/D转换器的程序设计主要分三步：转换器的程序设计主要分三步：启动启动A/DA/D转换转换ADC0809和

50、和MCS-51连接时，要给连接时，要给START端送端送一个一个100ns宽的启动正脉冲宽的启动正脉冲查询或等待查询或等待A/DA/D转换结束转换结束ADC0809和和MCS-51连接时，根据连接时，根据EOC的状态的状态来判断转换是否结束来判断转换是否结束读出转换结果读出转换结果ADC0809和和MCS-51连接时，使连接时，使OE端为高电平，端为高电平，读出读出A/D转换后的数据转换后的数据2.3.3 8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 1 1、采用中断方式、采用中断方式 将将A/DA/D转换器的结束信号与单片机的中转换器的结束信号与单片机的中断请求引脚相连，一旦转换结束后，即通

51、过断请求引脚相连，一旦转换结束后，即通过中断申请引脚向中断申请引脚向CPUCPU申请中断，申请中断，CPUCPU响应中断，响应中断，读出数据。读出数据。2.3.3 8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 1 1、采用中断方式、采用中断方式 2.3.3 8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 1010001111010012 2、采用查询方式、采用查询方式 将将A/DA/D转换器的结束信号送到转换器的结束信号送到CPUCPU数据数据总线或总线或I/OI/O接口的某一位上，转换开始后便接口的某一位上，转换开始后便开始查询转换是否结束，一旦结束，就读出开始查询转换是否结束，一旦结束，就读

52、出转换结果。转换结果。2.3.3 8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 2 2、采用查询方式、采用查询方式2.3.3 8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 110011001010102 2、采用查询方式例题、采用查询方式例题START: MOV R0,#00H START: MOV R0,#00H ；建立外部；建立外部RAMRAM缓冲区地址指针缓冲区地址指针 MOV P2,#0A0HMOV P2,#0A0H MOV R3,#00H MOV R3,#00H ；置采样次数计数器初值；置采样次数计数器初值 MOV R4,#00HMOV R4,#00H MOV R6,#08H MOV

53、 R6,#08H ；设通道计数器初值；设通道计数器初值AGAIN0: MOV DPTR,#7FF0H AGAIN0: MOV DPTR,#7FF0H ；通道地址寄存器设初值；通道地址寄存器设初值7FF0H=0111111111110000B,P2.7=0,P0.0=0,P0.1=0,P0.2=0,7FF0H=0111111111110000B,P2.7=0,P0.0=0,P0.1=0,P0.2=0,选中选中0 0号通道号通道AGAIN: MOVX DPTR,A AGAIN: MOVX DPTR,A ；启动；启动A/DA/D转换转换执行该指令时，执行该指令时，/WR=0,/WR=0,又因为又因为

54、P2.7=0,P2.7=0,则则STRAT=1STRAT=1 JB P1.7,LOOP0 JB P1.7,LOOP0 直接位为直接位为1 1，转移，即，转移，即EOC=1EOC=1，转换结束，转换结束LOOP1: JNB P1.7,LOOP1 LOOP1: JNB P1.7,LOOP1 ；等待转换结束；等待转换结束 直接位不为直接位不为1 1，转移，即，转移，即EOC=0EOC=0，转换仍在进行，转换仍在进行LOOP0: MOVX A,DPTR LOOP0: MOVX A,DPTR ；读转换结束结果；读转换结束结果执行该指令时，执行该指令时，/RD=0,/RD=0,又因为又因为P2.7=0P2

55、.7=0，则，则OE=1OE=1 MOVX R0,A MOVX R0,A ；存入；存入RAMRAM单元单元 INC DPTR INC DPTR ；修改通道号；修改通道号7FF1H=0111111111110001B,P2.7=0,P0.0=1,P0.1=0,P0.2=0,7FF1H=0111111111110001B,P2.7=0,P0.0=1,P0.1=0,P0.2=0,选中选中1 1号通道号通道 INC P2 INC P2 ；修改；修改RAMRAM地址地址 DJNZ R6,AGAIN DJNZ R6,AGAIN ；判断通道计数器是否为；判断通道计数器是否为0 0减减1 1不为不为0 0，转

56、移，转移 DJNZ R3,DONE DJNZ R3,DONE ；判断采样次数计数器是否为；判断采样次数计数器是否为0 0 RET RETDONE: INC R4DONE: INC R4 MOV P2,#0A0H MOV P2,#0A0H MOV A,R4 MOV A,R4 MOV R0,A MOV R0,A MOV R6,#08H MOV R6,#08H AJMP AGAIN0 AJMP AGAIN03 3、采用延时方式、采用延时方式 设计时已经将设计时已经将A/DA/D芯片选定，则其转换芯片选定，则其转换过程所需要的时间也是定值。此时，可采用过程所需要的时间也是定值。此时，可采用延时的方法，

57、确定读取结果的时间。延时的方法，确定读取结果的时间。2.3.3 8位位A/D转换器的程序设计转换器的程序设计 2.3.4 高于高于8位的位的A/D转换器及其接口技术转换器及其接口技术 1、AD574的结构及原理的结构及原理 AD574是是12位的带三态缓冲器的逐次逼近型位的带三态缓冲器的逐次逼近型A/D转换器转换器由两部分电路组成：由两部分电路组成：模拟部分：由高模拟部分：由高性能的性能的12位位D/A转转换器换器AD565和参和参考电压组成。考电压组成。数字部分：由数字部分：由控制逻辑电路、控制逻辑电路、逐次逼近型寄存逐次逼近型寄存器和三态输出缓器和三态输出缓冲器组成冲器组成2、AD574的

58、引脚及功能的引脚及功能AD574为为28脚双列直插式封装，引脚排列如下图所脚双列直插式封装，引脚排列如下图所示。示。模拟量输入线（模拟量输入线（3条）条）数字量输出线（数字量输出线（13条）条）控制线（控制线（6条）条）测试测试/调零线（调零线（3条）条）电源线（电源线（3条）条）2.3.4 高于高于8位的位的A/D转换器及其接口技转换器及其接口技术术 1）模拟量输入线）模拟量输入线 10VIN10量程的模拟电压输入端量程的模拟电压输入端20VIN20量程的模拟电压输入端量程的模拟电压输入端AGND模拟地模拟地2）数字量输出线）数字量输出线 DB11DB012根数据线根数据线DGND数字地数字地3）测试）测试/调零线调零线 REF TN 内部解码网络所需参考电压输入端内部解码网络所需参考电压输入端REF OUT 内部参考电压输出端内部参考电压输出端BIP OFF 补偿调整端补偿调整端4）电源线）电源线 VL +5V电源线电源线VCC +12V+15V电源线电源线VEE -12V-15V电源线电源线返回返回5）控制线）控制线 /CS片选信号片选信号CE片选使能端片选使能端R/C读出读出/转换控制端转换控制端 R/C=0启动启动A/D转换转换R/C=1允许读出允许读出A/D转换后的数据转换后的数据STS转换结束信号（转换结束信号（BUSY/EOC） STS=1处于处于A/D转换