第12章AD DA转换器接口

接口与通讯技术武汉科技大学计算机科学与技术学院第12章A/DD/A转换器接口本章内容12.1模拟量接口12.2A/D转换器12.3A/D转换器接口设计的任务与方法12.4A/D转换器接口设计12.5D/A转换器12.6D/A转换器接口设计的任务与方法12.7D/A转换器接口设计12.1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12.2A/D转换器A/D转换器(ADC)：将模拟量转换成数字量的线性电路器件A/D转换器的分类按速度分按分辨率分：4位、8位、10位、12位按转换原理分直接转换型：逐次逼近(较高分辨率及速度)、并联比较间接转换型：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(330ns～3.3µs)高速(3.3µs～20µs)中速(20µs～300µs)慢速(>300µs)12.2.1A/D转换器的主要技术指标分辨率：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：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12.2.2A/D转换器的外部特性模拟信号输入线：单通道/多通道数字量输出线：分辨率转换启动线：启动方式——脉冲启动、电平启动转换结束线：查询/引发中断/请求DMAADC必须由外部启动几种A/D转换芯片外部引脚STS=0CE.(R/C=0).CSAD574CCSCADC1210STATUS下降沿CONVCMDADC1131JBUSY=1STARTADC7570INTRCS.WRADC0804DRB/C=0AD570EOCSTARTADC0809转换结束状态启动信号芯片型号12.3A/D转换器接口设计的任务与方法12.3.1A/D转换器与CPU的连接1.ADC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模拟量输入(单通道/多通道)的控制信号 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——数据是否分两次传输4.ADC的转换结束信号：高有效/低有效12.3.2A/D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0=1/(T+)ADC与内存交换信息的方式 中、低速ADC——查询或中断方式 高速ADC——DMA方式 超高速ADC——在板RAM：ADC板上设置RAM，数据就近存放12.3.3A/D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12.4A/D转换器接口设计12.4.1A/D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/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12.4.2A/D转换器接口设计例12.1

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：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

INTR:转换结束信号,低有效

CS=WR=0,启动;CS=RD=0,结果输出硬件设计:AENA0～9D0～7系统总线IORIOWINTRCSADC0804AINRDWRDB0～7译码电路D7311H310H例12.1查询方式ADC接口软件设计DATA SEGMENTSTART_P EQU310H ;启动端口STATE_P EQU311H ;状态端口DATA_P EQU310H ;数据端口BUF DB100DUP(0) ;数据缓冲区DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATABEGIN: MOVAX,DATA MOVDS,AX MOVDI,OFFSETBUF MOVCX,100START: MOVAL,00H ;启动(任意值) MOVDX,START_P OUTDX,ALWT: MOVDX,STATE_P INAL,DX ANDDX,80H ;转换结束? JNZWT

MOVDX,DATA_P ;读转换结果

INAL,DX MOV[DI],AL INCDI LOOPSTART MOVAX,4C00H INT21HCODE ENDS ENDBEGIN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YNN12.4.2A/D转换器接口设计例12.2

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ADC0809的主要特性——8个模拟通道、逐次逼近型,正脉冲启动,有三态输出锁存器ADC0809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)ALED0～7EOCOECLKSTARTVR(+)VR(-)A/DADC0809的外部特性IN0～IN7：通道0～7的模拟量输入D0～7：数字量输出ADDC、ADDB、ADDA：通道(0～7)选择ALE：通道地址锁存,正脉冲有效START：启动信号，正脉冲有效，上升沿所有寄存器清0，下降沿开始转换EOC：转换结束，高有效OE：允许输出，高有效注：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12.2中断方式ADC接口的硬件设计中断的处理：中断向量修改、中断开放/屏蔽、中断结束命令D0～7ADDCADC0809STARTIN0ADDAADDBPB1EOCOEALEIN1IN7…PA0～782C55AIRQ4PC7PC6PB2PB0例12.2中断方式ADC接口的软件设计DATA SEGMENTOLD_OFF DW?OLD_SEG DW?BUF DB100DUP(?)DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATASTART: MOVAX,DATA MOVDS,AX MOVDX,303H ;82C55A初始化

MOVAL,90H OUTDX,AL MOVAL,0EH ;START和ALE无效

OUTDX,AL MOVAL,0CH ;OE无效

OUTDX,AL MOVAX,350CH ;保存原中断向量

INT21H MOVOLD_SEG,ES MOVOLD_OFF,BX

CLI MOVAX,250CH ;设置新中断向量

MOVDX,SEGA_D MOVDS,DX MOVDX,OFFSETA_D INT21H MOVAX,DATA MOVDS,AX INAL,21H ANDAL,0EFH ;开放IRQ4 OUT21H,AL MOVCX,100 MOVDI,OFFSETBUF MOVDX,301H MOVAL,07H ;选通道7 OUTDX,ALBEGIN: MOVDX,303H ;给START和ALE送正脉冲

MOVAL,0FH OUTDX,AL NOP NOP MOVAL,0EH OUTDX,AL STI HLT ;等待中断

LOOPBEGIN MOVAX,250CH ;还原中断向量

MOVDS,OLD_SEG MOVDX,OLD_OFF INT21H CLI INAL,21H ORAL,10H OUT21H,AL MOVAX,4C00H INT21HA_D PROCFAR PUSHAX PUSHDX MOVDX,303H MOVAL,0DH ;OE有效

OUTDX,AL MOVDX,300H INAL,DX ;读数据

MOV[DI],AL INCDI MOVDX,303H MOVAL,0CH ;OE无效

OUTDX,AL MOVAL,20H ;EOI命令

OUT20H,AL POPDX POPAX STI IRETA_D ENDPCODE ENDS ENDSTART例12.2中断方式ADC接口的软件设计(续)12.4.2A/D转换器接口设计例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——ADC、S/H、ADC启动逻辑、DMA申请及响应逻辑D0～7S/HAD0～7ADCEOCRDCP<RQDU2R>CDU1Q1&1RESETDACK1IORVCCDREQ1VCCDIRLS245ABGSTART至DMACTPDMA方式ADC接口设计ADC_SETUP PROCNEAR CLI MOVAL,05H ;屏蔽通道1

OUT0AH,AL MOVAL,45H ;方式字

OUT0BH,AL OUT0CH,AL ;清先/后触发器

;设置页面地址(高4位) MOVAL,03H OUT83H,AL ;设置基地址(低16位) MOVAX,0400H OUT02H,AL MOVAL,AH OUT02H,AL

;设置传输字节数

MOVAX,1000H DECAX ;N-1送入计数器

OUT03H,AL MOVAL,AH OUT03H,AL STI MOVAL,01H ;开放CH1 OUT0AH,AL RETADC_SETUP ENDP例12.3DMA方式ADC接口设计——DMA传输的参数设定程序

CH1的方式字45H——单字节，地址加1，非自动预置，DMA写12.5D/A转换器D/A转换器(DAC)——将数字量转换成模拟量的线性电路器件12.5.1D/A转换器的主要技术指标1.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——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µs级)；电压型慢12.5.2D/A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12.6D/A转换器接口设计的任务与方法12.6.1D/A转换器与CPU的连接——DAC无启动和转换结束信号；输入是否有三态锁存器12.6.2D/A转换器与CPU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12.6.3D/A转换器接口设计需考虑的问题①分辨率若大于数据总线宽度，分两次传输②若芯片内无三态输入锁存器，需加锁存器并提供锁存信号③模拟量输出是否多通道，是否需要提供通道选择线④DAC无专门的启动信号，写入数字量就开始转换⑤与CPU的数据传输方式——无条件⑥DAC接口电路的元器件——普通IC芯片、可编程并口、GAL12.7D/A转换器接口设计例12.4

通过DAC0832产生锯齿波和三角波，按任意键结束DAC0832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D0～7&&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DAC0832的工作方式CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VA直通方式(需外加锁存器)CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VA单缓冲方式(2)YIOW单缓冲方式(1)YCSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VAIOW;转换数据NMOVAL,NOUTP,AL直通方式单缓冲方式CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VA双缓冲方式Y0IOWY1;转换数据NMOVAL,NOUTP0,ALOUTP1,AL双缓冲方式DAC0832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、N2…NnMOVAL,N1OUTP1,ALMOVAL,N2OUTP2,AL…MOVAL,NnOUTPn,ALOUTP,AL波形发生器硬件、软件设计CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7A82C55APA0～7PB4PB3PB2PB1PB0CPU输出锯齿波的软件CODE SEGMENT ASSUMECS:CODESTART: MOVDX,303H MOVAL,80H ;82C55A方式字

OUTDX,AL MOVDX,301H MOV