第八章模数转换

第八章模数转换第一页，共三十六页，编辑于2023年，星期四8.1模拟量输入/输出通道模拟量I/O接口的作用模拟量输入/输出通道的组成第二页，共三十六页，编辑于2023年，星期四

一、模拟量I/O接口的作用：模拟量D/A传感器执行元件A/D数字量数字量模拟量模拟量输入(数据采集)模拟量输出(过程控制)计算机实际工业生产环境——连续变化的模拟量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量

计算机内部——离散的数字量二进制数、十进制数、十六进制数工业生产过程的闭环控制返回第三页，共三十六页，编辑于2023年，星期四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二、模拟量输入/输出通道的组成返回第四页，共三十六页，编辑于2023年，星期四8.2D/A转换及其接口D/A转换的基本原理D/A转换器的性能参数8位D/A转换器DAC0832及其接口D/A转换器的应用第五页，共三十六页，编辑于2023年，星期四

一、D/A转换的基本原理

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

VOR

用一个阻值可以由输入的数字量控制的电阻网络代替R，用参考电压Vref

代替Vin电阻网络Vref第六页，共三十六页，编辑于2023年，星期四D/A转换器的基本组成

数字开关

电阻网络运算放大器权电阻网络T形电阻网络VrefRf

电阻网络VO数字量∑数字开关第七页，共三十六页，编辑于2023年，星期四1．权电阻式D/A转换器SnDn2nRSn-1Dn-12n-1RSn-2Dn-22n-2RS1D12RRfVrefV0_

A+

权电阻D/A转换原理第八页，共三十六页，编辑于2023年，星期四1,该项对VO有贡献；0,该项对VO无贡献Si=说明：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；网络中应用的大电阻很难制造，且电阻值的精度很难符合要求！第九页，共三十六页，编辑于2023年，星期四2．T型电阻网络式D/A转换器B0B1B2B3A0A1A2A3D0D1D2D3I0I1I2I32R

2R2R

2R2R

RR

R0

12

3RfV0_+AVrefT型电阻网络式D/A转换器返回第十页，共三十六页，编辑于2023年，星期四二、D/A转换器的性能参数1．分辨率分辨率是指最小输出电压和最大输出电压之比，即表示DAC所能分辨的最小模拟信号的能力，通常以其二进制位数表示分辨率。 2．转换精度绝对转换精度指满刻度数字量输入时，模拟量输出接近理论值的程度；相对转换精度一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数来表示。3．非线性误差

D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。4．转换速率/建立时间转换速率实际是由建立时间来反映的。建立时间是指数字量为满刻度值时，DAC的模拟输出电压达到某个规定值（比如，98％满量程）时所需要的时间。返回第十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期四三、8位D/A转换器DAC0832及其接口1．DAC0832的内部结构2.DAC0832的引脚特性3．DAC0832与CPU的接口DAC0832主要性能参数：分辨率8位；转换时间1μs；参考电压±10V；单电源＋5V～＋15V；功耗20mW。第十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期四1、DAC0832的内部结构和工作原理CSWR1ILEDI7～DI0LE1LE2IOUT2VREFIOUT1Rfb模拟地DGNDAGNDVCC数字地8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器DAC0832逻辑结构框图WR2XFER第十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期四2.DAC0832的引脚特性【1】引脚分布第十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期四【2】DAC0832的引脚信号定义DI7～DI0：8位数字量输入信号，其中DI0为最低位，DI7为最高位。CS＃:片选输入信号，低电平有效。WR1＃：数据写入信号1，低电平有效。ILE：输入寄存器的允许信号，高电平有效。XFER＃：传送控制信号（通道控制信号），低电平有效。WR2＃：数据写入信号2，低电平有效IOUT1：电流输出1，当DAC寄存器中全为“1”时，输出电流最大IOUT2：电流输出2，它与IOUT1的关系是：IOUT1＋IOUT2＝常数Rfb：内部反馈电阻引脚，该电阻在芯片内VREF：参考电压输入端，可接正负电压，范围为-10～+10V。VCC：芯片电源，+5～+15V，典型值为+15V。AGND：模拟地，芯片模拟信号接地点。DGND：数字地，芯片数字信号接地点。第十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期四3．DAC0832与CPU的接口（1）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；（2）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；（3）双缓冲方式。两个寄存器都分别处于各自受控状态；DAC0832的工作方式第十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期四【1】直通方式不能直接与数据线连接，须加并行接口（例如273、8255等）第十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期四【2】单缓冲方式（Ⅰ）

——一个处于直通方式，另一个处于受控的锁存方式第十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期四【2】单缓冲方式（Ⅱ）

——两个输入寄存器同步受控的方式第十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期四【3】双缓冲方式+5VD7～D0IOW地址总线地址译码320H321H+5VILEVREFDI7～DI0DAC0832VCCRfbIOUT1IOUT2WR1WR2CSXFERAGNDDGND_+

V0第二十页，共三十六页，编辑于2023年，星期四例8-1

利用双缓冲方式，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。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转换第二十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期四例8-2双缓冲模式同步转换例译码器第二十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期四MOVAL，data

MOVDX，port10832-1的输入寄存器地址OUTDX，ALMOVDX，port2

0832-2的输入寄存器地址OUTDX，ALMOVDX，port3

DAC寄存器地址OUTDX，ALHLT双缓冲模式的数据写入程序返回第二十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期四四、D/A转换器的应用信号发生器

用于闭环控制系统（向D/A转换器写入某种按规律变化的数据，即可在输出端获得相应的各种波形）返回第二十四页，共三十六页，编辑于2023年，星期四8.3A/D转换及其接口A/D转换的基本原理A/D转换器的性能参数8位A/D转换器ADC0809及其接口第二十五页，共三十六页，编辑于2023年，星期四一、A/D转换的基本原理VoVIND7D1D0

逐次逼近式A/D转换原理_+比较器逐次逼近寄存器(SAR)控制电路输出缓冲寄存器D/A转换器启动信号CLK时钟转换结束返回第二十六页，共三十六页，编辑于2023年，星期四二、A/D转换器的性能参数转换时间和转换频率：完成一次模拟量转换为数字量需要时间即为A/D转换时间；转换频率是转换时间的倒数。量化误差与分辨率：分辨率指转换器对输入电压微小变化响应能力的度量；量化误差和分辨率是统一的，提高分辩率即可减小量化误差。转换精度：反映了一个实际A/D转换器在量化值上与一个理想A/D转换器进行A/D转换的差值。返回第二十七页，共三十六页，编辑于2023年，星期四三、8位A/D转换器ADC0809及其接口1．ADC0809的内部结构2．ADC0809的引脚特性3．ADC0809与CPU的接口0809主要技术指标：分辨率：8位；转换时间：取决于芯片的时钟频率，最大允许值为800kHz。第二十八页，共三十六页，编辑于2023年，星期四1．ADC0809的内部结构第二十九页，共三十六页，编辑于2023年，星期四2．ADC0809的引脚特性【1】引脚分布第三十页，共三十六页，编辑于2023年，星期四【2】引脚信号定义IN7～IN0：8通道模拟量输入信号。ADDC、ADDB、ADDA：通道号选择信号ALE：通道号锁存控制端。D7～D0：结果数据输出端。其中D7为最高有效位。START：启动A/D转换信号，高电平有效EOC：转换结束信号，高电平有效OE：输出使能信号，高电平有效，REF（+）、REF（-）：参考电压输入。第三十一页，共三十六页，编辑于2023年，星期四3．ADC0809与CPU的接口◆延时等待法

利用CPU执行一条OUT指令，启动ADC转换，然后CPU执行软件延时程序，延时结束，CPU执行IN指令，打开三态输出锁存器取走数据。◆查询法

在CPU启动ADC芯片转换后，可去执行其他任务，然后通过定时查询EOC状态，若该信号有效（即转换结束）就取走数据。◆中断法

当ADC转换结束，由EOC信号向CPU发出中断请求，CPU相应中断，在中断服务服务子程序中读取转换结果。第三十二页，共三十六页，编辑于2023年，星期四

例8-3编写实现A/D转换的程序第三十三页，共三十六页，编辑于2023年，星期四

在本例中，假定以查询方式读取A/D转换后的结果，则8255A可设定A口为输入，B口为输出，均为方式0，PC4为输入。

START：MOVAL，98H；8255A初始化，方式0，A口输入，B口输出

MOVDX，PCONT；8255A控制字端口地址

OUTDX，AL；送8255A方式字

MOVAL，0BH；送IN3输入端和地址锁存信号

MOVAL，PORTB；8255A的B口地址

OUTDX，AL；送IN3通道地址

MOVAL，1BH；START←PB4＝1