微机接口与编程第六章模拟量输入输出1(DA)

-1-模拟量的输入输出通道在工业生产中，往往要对许多自然信号进行研究，例如温度、压力、流量等，称为模拟量。这些模拟量是一些时间连续、取值连续的物理量，不能直接被计算机处理；必须先转化成离散的数字信号，再输入计算机识别和处理；又必须把计算机发出的控制命令等转化为模拟信号，去驱动模拟调节执行机构。这两个过程，都需要数/模和模/数转换接口来完成。1第六章模拟量输入输出主要内容：数/模(D/A)转换及

典型的D/A转换器

DAC1210和DAC0832；模/数(A/D)转换及典型的A/D转换器ADC0809和AD1674（AD574）。要点：输入、转换及输出是如何控制的？2第六章模拟量输入输出§6.1模拟量输入与输出通道的组成P318图6.1模拟量输入、输出通道结构框图模拟接口电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工业生产过程传感器放大滤波多路转换&采样保持A/D转换放大驱动D/A转换输出接口微型计算机执行机构输入接口物理量变换信号处理信号变换I/O接口输入通道输出通道变送器3传感器（Transducer）

非电量→电压、电流

常用传感器的分类传感器的种类很多，应用十分广泛。按可以被测量的性质分为热工量、机械量、物性合成分量和状态量。（1）热工量包括温度、温差、压力、压差、流量、流速、风速等传感器。（2）机械量包括力、速度、加速度、几何尺寸、振动、光洁度、产品计数等传感器。（3）物性合成分量包括气体化学成分、液体化学成分、酸碱度（PH值）、咸度、浓度、粘度、密度等。（4）状态量包括颜色、透明度、磨损量、气体泄漏、表面质量等。此外，还可以按传感器输出量的性质、传感器的结构以及传感器的工作原理进行分类。4变送器（Transformer）

转换成标准的电信号5信号处理（SignalProcessing）放大、整形、滤波多路转换开关（Multiplexer）多选一采样保持电路（SampleHolder，S/H）对高速变化的信号源,冻结时变信号的瞬时值，保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/DConverter）模拟量转换为数字量6-7-D/A变换器（D/AConverter）

数字量转换为模拟量低通滤波

平滑输出波形放大驱动

提供足够的驱动电压，电流7D/A转换的工作原理VO=D×VR其中，VR为基准电压，D=Di×2i，n为输入位数式表明模拟输出与数字量输入成正比，一般D/A转换器都是依据该原理设计。D/A转换的形式较多，在集成电路中，一般采用电阻解码网络，其结构如图8-3所示。§6.2D/A(数/模)转换器8D/A转换器结构9运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为：VinRf

VO∑R

10若输入端有n个支路,则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：VinRf

VO∑R1Rn…11权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf

VOS1S2S3S4S5S6S7S8I7=Vref/(256R)I5=Vref/(64R)Vo=-Rf*(I1+I2+….)12如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为若Si=1,该项对VO有贡献；若Si=0,该项对VO无贡献13如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，则不同的二进制代码就对应不同输出电压VO；当代码在0～FFH之间变化时，VO相应地在0～(255/256)Vref之间变化；为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。14所有开关断开，Vo=0反馈电阻Rf＝R当S7闭合时，Vo=-(VRef/(256R))Rf

=-(1/256)VRef

多个开关闭合，各个贡献的Vo相加全部开关闭合，Vo=-255/256VRef

15P321图6.3R-2R梯形电阻网络与S0无关，2点电位相等所以总有：Vi=Vi+1/2而输出电压，Vo=-(I0+I1+…)Rf16四位二进制数转换为模拟量为例，用T型电阻解码网络加运算放大器实现D/A转换，其结构如图8-4所示。T型电阻网络的D/A转换器17用Di（i=3,2,1,0）控制电子开关Ki，当Di=0时，Ki接通“地”；当Di=1时，Ki接通运算放大器的“虚地”。无论Ki接至何处，A、B、C、D点的等效电阻均为R。其中：18【例】有一8位D/A转换器，其基准电压VREF为-10V，若当输入量全0时、全1时模拟输出电压是多少？若输入量为10101010时，模拟输出电压是多少？19P323图6.6电流型D/A连接电压输出方式2点电位相等所以有：i*R=Vout*R1/(R1+R2)-i*R=Vout20数字量0对应VI=0,VOUT=-VRef数字量80H对应VI=-1/2VRef,VOUT=0数字量0FFH对应VI=-VRef,VOUT=VRef双极性输出和偏移码P323图6.7这种称为偏移的二进制编码，在双极性的A/D、D/A应用VOUT=-R4*(V1/R2+VRef/R3)

（设R4=R3=2R2)=-(2V1+Vref)21P322图6.4D/A转换器原理框图D/A22P240图5.6I/O写周期数据保持到上升沿后238位D/A转换器与CPU的典型连接OUTDR,AL1:写入（相通，对DR端口执行IO输出时）0:锁存（断开）8D锁存器，如74LS27324DAC0832主要特性电流输出型D/A转换器。数字输入端具有双重缓冲功能，与所有通用微处理器可直接接口。可以工作在双缓冲、单缓冲或直通数字输入。满足TTL电平规范的逻辑输入。分辨率为8位，满刻度误差+1LSB，建立时间为lμs，功耗20mW。二、D/A转换电路25DAC0832逻辑结构框图1：写入0：锁存1：写入0：锁存26DAC0832⑴8位双缓冲电流输出型D/A转换器件⑵控制信号：ILECSWR1=1，DI输入寄存器 =0，输入寄存器锁存WR2XFER=1,输入寄存器转换 =0，转换寄存器锁存⑶工作方式:双缓冲、单缓冲、直通⑷接口要求:以双缓冲方式为例分别送出有关信号(两个译码加IOW),CPU用2个I/O地址、执行2条OUT指令27DAC0832的工作方式直通方式。当CS、WR1、WR2、XFER都接数字地，ILE接高电平时，芯片即处于直通状态单缓冲方式。此方式是使两个寄存器中任一个处于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态或两个寄存器同步受控双缓冲方式。双缓冲方式的一大用途是数据接收和启动转换可以异步进行，即在对某数据转换的同时，能进行下一数据的接收，以提高转换速率28①双缓冲方式数据经过双重缓冲后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一次D/A转换。该方式可在D/A转换的同时进行下一个数据的输入，提高了转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。如图8-7所示。29在这种方式下，需要执行两条输出指令才能启动D/A转换器，若DAC0832输入寄存器端口地址为n，DAC寄存器的端口地址为n+1，则完成数字量到模拟量的转换需要如下指令。MOVDX，nOUTDX，AL；打开输入寄存器，数据装入并锁存INCDXOUTDX，AL；打开DAC寄存器，数据通过，送D/A转换器第一条输出指令打开DAC0832的输入寄存器，把AL中的数据送入输入寄存器并锁存起来。第二条输出指令打开DAC0832的DAC寄存器，使输入寄存器的数据通过DAC寄存器送D/A转换器中进行转换，此时，AL中数值与转换结果无关，该指令执行时实际上无CPU的数据输出给DAC寄存器，而是利用执行指令时出现的I/O写信号打开DAC寄存器。30②单缓冲方式若不需要多个模拟量同时输出时，可采用单缓冲方式。此时，两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换电路。该方式只需执行一次写操作，即可完成D/A转换

在这种方式下，若DAC0832端口地址为n，则完成数字量到模拟量的转换需要如下指令。MOVDX，nOUTDX，AL31D7~D0IOWA9~A0AEN系统总线DI0~7WR1ILECSDAC0832译码器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVoutDAC0832单缓冲方式连接+5V200H32③直通方式在直通方式时，两个寄存器处于直通状态，需要将端都接数字地，ILE接高电平。数据直接送入D/A转换电路进行D/A转换。该方式可用于一些不采用微型计算机的控制系统中。

、

33输出极性1.单极性反向输出-+RfbVouti∑IOUT1IOUT2

AGNDDAC0832

VOUTiRfb

Rfb342.单极性同向输出+-i∑IOUT1DAC0832RVoutVinR1

R2IOUT2VinIVout

I正向比例放大：353.双极性输出-A1+Vout

IOUT1

IOUT2DAC0832RfbVREF＋VREFD0D1D2D3D4D5D6D7R-A2+2R2RVREFV1加法电路（输出反相）VOUT＝2(－V1)－VREF双极性Vout=2VREF/2n×D-VREF3637DAC0832D/A转换器应用利用D/A转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、锯齿波等，以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。这些复合波形利用标准的调试设备是很难产生的。硬件设计可利用图8-9提供的接口，程序如下：①锯齿波MOV DX,21BH ；8255A控制端口地址MOV AL,82HOUT DX,AL ；设置8255A端口工作方式为0，输出MOV DX,218H ；8255A端口A地址MOV AL,00H ；输出数据初值LOP:OUT DX,AL ；产生锯齿波INC ALJMP LOP程序中，输入的数据从0开始逐渐增大，至0FFH后再恢复到0，重复此过程，即可得到正向锯齿波，若数据从0FFH逐渐减小至0，则形成负向锯齿波。38②三角波利用正、负向锯齿波组合，可产生三角波。MOV DX,21BH；8255A控制端口地址MOV AL,82HOUT DX,ALL：MOV DX,218HMOV AL,00H；输出数据正向初值L1：OUT DX,ALINC ALJNZ L1MOV AL,0FFH；输出数据负向初值L2：OUT DX,ALDEC ALJNZ L2JMP L394041（3）方波MOV DX,21BH ；8255A控制端口地址MOV AL,82HOUT DX,ALMOV DX,218HREP:MOV AL,00HOUT DX,AL ；输出低电平CALL WAIT ；输出延时MOV AL,0FFHOUT DX,AL ；输出高电平CALL WAITJMP REP其中，WAIT为延时子程序，通过延时时间确定方波宽度。42DAC0832与CPU的接口例+5VD7～D0IOW地址总线地址译码320H321H+5VILEVREFDI7～DI0DAC0832VCCRfbIOUT1IOUT2WR1WR2CSXFERAGNDDGND_+DAC0832与8位微处理器的连接例V043例： MOVDX，320H；指向输入寄存器 MOVAL，DATA；DATA为被转换的数据 OUTDX，AL；数据打入输入寄存器 INCDX；指向DAC寄存器 OUTDX，AL；选通DAC寄存器，启动D/A转换设CS的端口地址为320H，XFER的端口地址为321H。编写数据通过DAC0832进行D/A转换输出的程序段。44P325图6.9DAC1210逻辑结构框图

-12位D/A转换器DAC1210及其接口1：写入0：锁存1：写入0：锁存1：写入0：锁存45⑴12位双缓冲电流输出型D/A转换器件⑵控制信号：CS、WR1同为0时：若B1/B2=1,写12位若B1/B2=0,只写低4位WR2、XFER同为0,输入寄存器转换⑶