第七章模拟量输入输出

微机原理与接口技术第七章模拟量的输入输出17.1模拟量的输入/输出通道7.2D/A转换器一、D/A转换器的基本原理及技术指标二、典型D/A转换器芯片DAC0832三、D/A转换器的应用7.3A/D转换器一、A/D转换器的基本原理及技术指标二、典型A/D转换器芯片ADC080927.1模拟量的输入/输出通道3工业现场传感器变送器信号处理环节多路转换开关采样保持电路A/D转换器微型计算机D/A转换器锁存器接口整形滤波驱动放大执行器件7.2D/A转换器4一、D/A转换器的基本原理及技术指标1、D/A转换器的基本原理N位数字量输入模拟开关电阻网络运算放大器……模拟电压输出D/A转换器结构示意图电阻网络：权电阻网络；R-2R“T”形网络基本运算放大器ViRiRfVo-+I多路输入的运算放大器权电阻网络VrefR2RfVo-+R1RnS1S2Sn……I6若是各支路上的输入电阻R1,R2…Rn分别为21R，22R…2nR,即每一位电阻值都具有权值2j（j为该电阻所在的位数），且由一个开关Sj来控制，当Sj合上时Sj=1，Sj断开时Sj=0，并令Vref=(Rf/R)Vi,则Vo为：所有开关Sj断开时，Vo=0所有开关Sj闭合时，Vo最大：D/A转换原理：如果用二进制编码来控制图中每一路的Sj，当第j路的二进制码为1时，使Sj闭合;当第j路的二进制码为0时，使Sj打开，则数字量的变化就转换成了模拟量的变化。D/A转换器的转换精度与基准电压Vref和权电阻的精度以及数字量的位数n有关。显然，n越大，转换精度就越高，但同时所需的权电阻的数量就越多。由于在集成电路中制造高阻值的精密电阻比较困难，因此常用R-2R“T”形电阻网络来代替权电阻网络。7RfVo-+2RRV22RRV12RRVn-1Vref2R2RV0…Vi其中，D为输入的数字量，n为数字量位数8若Rf/R=1，n=8，则：数字量输入驱动放大数据缓冲数据锁存……模拟电压输出D/A转换器原理框图模拟开关电阻网络……D0D1DnD/A转换器的输出形式有电流、电压两大类。电压输出型的D/A转换器的输出电压一般为0~5V或0~10V，它相当于一个电压源，内阻较小，可带动较大负载；电流输出型相当于一个电流源，内阻较大，与之匹配的负载电阻不能太大2、D/A转换器的技术指标1）分辨率：输入每变化一个最低有效位使输出变化的程度，可用数字量的位数表示，比如8位，10位等，也可定义为输入数字量等于1时的电压值与输入数字量等于最大值时的满度模拟值之比。例如，对一个n位的D/A转换器，若其满度电压值为V，其最低有效位对应的电压值为V/(2n-1),则该D/A转换器的分辨率为1/(2n-1)。若用百分比表示，则为[V/(2n-1)]100%2）转换精度：转换结果相对实际值的偏差。有两种表示方法：绝对转换精度：实际的输出值与理论值之间的差距相对转换精度：绝对精度除以满量程输出的百分数例如，一个D/A转换器的绝对转换精度为0.05V，若输出满刻度值为5V，则相对转换精度为1%93）转换时间：从数字量输入到输出模拟量达到与终值相差1/2LSB(最低有效位)相当的模拟量时所需的时间。4）线性误差：D/A转换器实际的输出曲线与理想曲线（一条直线）之间的最大误差。通常用这个最大差值折合成的数字量来表示例如一个D/A转换器的线性误差小于1/2LSB，表示用它进行D/A转换时，其输出模拟量与理想值之差最多不会超过1/2LSB的输入量产生的输出值5）动态范围：最大和最小输出值范围10二、典型D/A转换器芯片DAC0832111、

引线及内部结构VccILE#WR2#XFERD4D5D6D7Iout2Iout1#CS#WR1AGNDD332D1D0VrefRfbDGND1 202 193 184 175 166 157 148 139 1210 11DAC0832管脚图D7～D0：8位数据输入端#CS:片选ILE：输入寄存器选通，它与#CS，#WR1一起将要转换的数据送入输入寄存器#WR1：输入寄存器的写入控制#WR2：数据变换（DAC）寄存器的写入控制#XFER：传送控制。它与#WR2一起把输入寄存器的数据装入数据变换寄存器12VccILE#WR2#XFERD4D5D6D7Iout2Iout1#CS#WR1AGNDD332D1D0VrefRfbDGND1 202 193 184 175 166 157 148 139 1210 11DAC0832管脚图IOUT1：模拟电流输出端1，当DAC寄存器中内容为0FFH时，IOUT1电流最大；当DAC寄存器中内容为00H时，IOUT1电流最小；IOUT2：模拟电流输出端2。一般，IOUT1+IOUT2=常数Ffb：反馈电阻引出端，接运算放大器的输出Vcc:电源输入线

(+5v~+15v)Vref:基准电压输入线

(-10v~+10v)AGND:模拟地DGND:数字地2、主要技术指标分辨率：8位

线性误差：(0.05%~0.2%)满刻度转换时间：1us 功耗：20mW13图8.2.2

DAC0832的逻辑结构143、

工作方式及线路连接1）单缓冲：输入寄存器或DAC寄存器中的任意一个工作在直通状态，而另一个工作在受控锁存状态。在只有单路模拟输出或虽有多路模拟输出但不要求同时刷新模拟输出时，可采用这种方式译码电路VCCILED0~7VREF#WR1RFBIOUT1IOUT2#CS#XFER#WR2DGNDAGND–+Vout图8.2.3DAC0832单缓冲工作方式D0~7#IOW地址总线#IOW+5V设0832地址为PORT，待转换数据放在DATA单元，则完成D/A转换的程序段：MOVAL,DATAMOVDX,PORTOUTDX,ALHLT152）双缓冲：CPU对0832进行两步写操作：先将数据写入输入寄存器再将输入寄存器的内容写入DAC寄存器双缓冲方式的优点是数据接收和启动转换可以异步进行，可以在D/A转换的同时接收下一个数据译码电路VCCILED0~7VREF#WR1RFB#WR2IOUT1#XFERIOUT2#CSDGNDAGND–+Vout图8.2.3DAC0832双缓冲工作方式D0~7#IOW地址总线#IOW+5VY0Y1程序段：MOVAL,DATAMOVDX,PORT1OUTDX,ALMOVDX,PORT2OUTDX,ALHLT163）直通：不缓冲，CPU送来的数字量直接送到DAC，除ILE外全部控制信号为低电平。此时0832一直处于D/A转换状态，即模拟输出端始终跟踪输入端D0~D7的变化。由于这种方式下0832不能直接与8088CPU的数据总线相连接，故很少使用三、D/A转换器的应用171、

信号源：产生锯齿波，三角波，方波，正弦波等波形VCCILED0~7VREF#WR1RFBIOUT1IOUT2#CS#XFER#WR2DGNDAGND–+VoutD0~7#IOW+5VA9A6A5A4A3A8A7A2A1A0A15A14A13A12A11A10&端口地址：0278H18例1：输出锯齿波，周期任意

MOVDX,0278H MOVAL,0NXT:

OUTDX,AL DECAL JMPNXT例2：输出正向锯齿波，周期任意。起止电压分别为1V和4V。已知0832输出电压范围为0~5V分析：1V和4V对应的数字量为：1/5*255=51 4/5*255=20419DELAYPROC MOVCX,100DLY: LOOPDLY RETDELAYENDP MOVDX,0278HNXT1:

MOVAL,51NXT2:

OUTDX,AL INCAL CALLDELAY CMPAL,204 JNANXT2 HLT2、工业控制器：用于调速系统和伺服控制系统中的电机转速控制207.3A/D转换器一、A/D转换器的基本原理及技术指标1、A/D转换器的工作原理（逐次逼近型A/D转换器）D0~D7控制电路逐次逼近寄存器SARD/A转换DACVIVO比较器SAR如天平称重，从最高位试探性的置1（是满量程的一半），通过比较VO和VI的大小，决定1的走向，然后继续比较，直到SAR的所有位都被确定。转换结束后，SAR中的二进制码就是A/D转换器的输出2、A/D转换器的技术指标1）精度A、量化误差：量化间隔：Δ=输入满度电压值/最大数字量输出=Vmax/(2n-1),其中n为A/D转换器的位数量化误差=Δ/2量化误差也可用（1/2）LSB表示B、非线性误差：在整个变换量程范围内，数字量所对应的模拟输入信号的实际值与理论值之间的最大差值C、其他误差：电源波动引起的误差，温漂误差，零漂误差，参考电压误差等213）转换时间：完成一次A/D转换需要的时间，即从发出起的转换命令到转换结束信号有效之间的时间间隔4）输入动态范围：模拟输入电压的范围，也称量程。A/D转换器模拟电压输入分为单极性和双极性单极性动态范围：0~+5v,0~+10v,0~+20v双极性动态范围：-5~+5v,-10+10v22二、典型A/D转换器芯片ADC0809231、

引线及内部结构D0-D7：输出数据线；IN0-IN7：8路模拟电压输入端；ADDA，ADDB，ADDC：三路地址输入，ADDA是最低位，ADDC是最高位；START：启动信号输入端，上升沿清零，下降沿有效；ALE：地址锁存信号，用来锁存ADDA～ADDC的地址输入，上升沿有效；24EOC：转换结束信号，该引脚低电平表示正在变换，高电平表示一次变换已结束OE：读允许信号，高电平有效，在其有效期间，CPU将转换后的数据读入CLK：时钟输入端，由外部提供，其时钟频率决定转换时间的长短，时钟频率的范围为10KHz-1.2MHzVREF(+)、VREF(-)：参考电压输入端VCC：5V电源输入；GND：地。内部结构逐次逼近寄存器8位D/A变换器比较器地址寄存器ADDAADDBADDC8路模拟开关IN0IN1…IN7…三态输出锁存器时序及逻辑控制……CLKSTARTEOCOE数字量输出…模拟输入选择部分转换部分输出部分输入通道与地址的关系：ADDCADDBADDA对应的模拟通道ADDCADDBADDA对应的模拟通道000001010011IN0IN1IN2IN3100101110111IN4IN5IN6IN72、ADC0809的工作时序EOC通道地址ADDA-CCLKSTARTALEOE数据D0-D764个时钟周期转换时间3、ADC0809的主要技术指标分辨率：8位

转换时间：100us 电源：0~5vD0I0~~D7I7#E1#E21A15A14A13A12A11A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0&1#IORD0~D774LS244连接方法1#G2A#G2BGBAC#IOW#Y01#Y11#Y2D0I0~D7#E1#E274LS244D0Q7~Q6D7Q2Q1CPQ074LS27374LS138ADC0809D0~D7

EOC…STARTALEOEADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN74、ADC0809与系统的连接方法#IOW1A15A14A13A12A11A10A7A2&#IORD0~D7连接方法2&D0PA0~~D7PA7PC1

8255ADC0809D0~D7EOCSTARTALEOEADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7PB4PB5PB2PB1PB0A1A0#RD#WR#CSA1A0A9A8A6A5A4A33、ADC0809的应用采用连接方法2,8255的口地址为0378H~037BH。8255的三个口均工作在方式0，A口作输入口，输入转换后的结果；B口作输出口，用来输出通道地址、发出地址锁存信号和启动转换信号；C口低4位作输入口，用来读取转换状态，高4位没用要求：依次从8个通道采集数据。采用查询方式进行转换。8255初始化子程序：INIT_8255 PROCNEAR MOV DX,037BH MOVAL,91H OUT DX,AL RETINIT_8255ENDP数据采集程序：START: