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文档简介
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A/D、D/A转换器接口2A/D和D/A转换:在实时检测和控制等应用中,常常需要将连续变化的模拟量如温度、压力、流量等都要转换成离散的数字量,输入到计算机中处理。经过计算机处理的数字量经D/A转换器转换成为模拟量输出,实现对被控对象的控制。若输入的是非电的模拟信号,还需经传感器转换成电信号。模拟通道接口包含的数/模(D/A)(DigittoAnalog)和模/数(A/D)(AnalogtoDigit)转换器,是计算机与外界联系的重要接口。
3计算机检测控制系统示意图
被控对象微型计算机传感器执行部件运放A/DD/A功放模拟量模拟量数字量数字量(多块)采集板(多块)驱动板49.6.1D/A转换器主要功能:是将数字量转换为模拟量。特点:接收、保持和转换的是数字信息,不存在随温度和时间的漂移问题,因而电路的抗干扰性能较好。常见D/A转换芯片:DAC0830系列(8位);DAC1208系列(12位);59.6.1.3D/A转换芯片的主要性能指标1)分辨率:定义:指D/A转换器能够转换的二进制位数。位数越多,分辨率越高,越灵敏。计算:一个位数为n位的转换器,其
分辨率=VFS/2n。VFS——满量程电压值D/A转换器有单极性和双极性之分。例:如果D/A分辨率为8位,转换后的电压满量程为+5V(单极性),则能分辨的最小电压为5v/28=20mv;如果为双极性,电压满量程为-5V~+5V,则能分辨的最小电压为10v/28=40mv62)转换时间:
指从输入数字量到完成转换、输出达到稳定所需要的时间。电流型D/A转换较快,电压型D/A转换较慢。3)精度:定义:指D/A转换器实际输出电压与理论值之间所存在的最大误差。表示方法:有两种,一种是以满量程的百分数为单位,另一种是以最低位(LSB)作为单位表示。例如,某个8位D/A的精度为±1/2LSB,则它的精度是(1/2)×(VFS/28)=±VFS/512精度=±分辨率/279.6.1.18位D/A转换器DAC08301.特点:具有两个输入数据寄存器的8位DAC,可以寄存来自数据总线的数据信息,可采用单缓冲、双缓冲或者直接输入的形式接在系统总线上;D/A转换器除了实现模拟输出控制外,也可以用来产生各种脉冲波形,如三角波、梯形波等等。DAC0830为电流型D/A转换器。82.内部结构双缓冲器(要转换的数据先送到输入锁存器,但不进行转换。只有数据送到DAC寄存器时才能开始转换)。2个端口地址(分别对应输入锁存器和DAC寄存器)8位输入锁存器8位DAC寄存器8位D/A转换器LE2LE1D7D0ILECSXFERWR2WR1VREFIOUT1IOUT2RFBAGNDVCCDGND图9.20DAC0830内部结构9工作说明:ILE为高电平CPU执行OUT指令CS和WR1同时为低电平使LE1为高电平锁存器输出随输入变化CPU写操作完成CS和WR1都变为高电平使LE1为低电平数据锁存到输出锁存器(一级锁存)XFER和WR2同时为低电平使LE2为高电平锁存器数据送到DAC寄存器XFER和WR2任一为高电平使LE2为低电平DAC寄存器中数据被锁存(二级锁存)开始D/A转换103.引脚功能CS:片选信号。ILE:数据锁存允许信号。WR1:输入锁存写选通信号。WR2:DAC寄存器写选通信号。XFER:传送控制信号D0~D7:8位数据输入端,D7为最高位。VCCILEWR2XFERD4D5D6D7(MSB)IOUT2IOUT1CSWR1AGNDD3D2D1(LSB)D0VREFRFBDGNDDAC0830DAC0831DAC0832图9.19DAC0830/0831/0832引脚图11IOUT1,IOUT2:模拟电流输出端。当DAC寄存器中的数字全为“1”时,IOUT1最大;全为0时,IOUT1为0,IOUT1+IOUT2=常数。
RFB:反馈电阻引出端,可以直接接到外部运算放大器的输出端。VCC:电源电压输入端。范围为+5V~+15V。VREF:参考电压输入端。此端可以接1个电压,范围为+10V~-10V,此电压越稳定,模拟输出精度越高。AGND:模拟地。DGND:数字地。124.工作方式 DAC0830系列有三种工作方式:双缓冲方式单缓冲方式直通方式1)双缓冲方式特点:就是把DAC0830的输入锁存器和DAC寄存器都接成受控锁存方式。13适用于多路D/A同时进行转换的系统通过CS和WR1,CPU将多个数据分时输入到每片DAC中并锁存;使各片DAC上的XFER和WR信号同时为低电平(有效),则各片DAC中数据送到其DAC寄存器并锁存,使多个DAC片同时开始转换,实现多点控制。优点:进行D/A转换的同时,可接收下一个转换数据,从而提高了转换速度。例:设输入锁存器地址为200H,DAC寄存器地址为201H,则完成1次D/A转换的程序如下: MOVDX,200H ;将要转换的数据(AL)送到输入锁存器 OUTDX,AL MOVDX,201H ;将输入锁寸器数据送到DAC寄存器并开始转换 OUTDX,AL ;[AL]中可以为任意值142)单缓冲方式特点:使DAC0830的输入锁存器和DAC寄存器1个处于直通方式,另1个处于受控的锁存方式。适用于系统只有1路D/A转换,或虽有多路转换但不要求同步输出的场合。一般使DAC寄存器处于直通方式,使输入锁存器受控。执行下面几条指令完成1次D/A转换MOVDX,300H ;将AL中数据送到DAC寄存器OUTDX,AL DAC0830WR1CSILEWR2XFERIOW地址译码器+5V153)直通方式特点:使输入锁存器和DAC寄存器都处于直通方式。数据一旦输入就立即进行D/A转换。由于不使用缓冲寄存器,故不能直接与CPU或系统总线相连。若要使CPU与DAC相连,则要在CPU和DAC0830之间外加8255或外加锁存器。DAC0830WR1CSILEWR2XFER+5V165.输出方式 DAC0830为电流输出型D/A转换器,要获得模拟电压输出,则需要外接运算放大器。(1)单极性模拟电压输出若要输出双极性电压,则需在输出端外接2个运算放大器。连接图(图9.21)VREFRFBIOUT2IOUT1
+-+DB+5VVOAGNDDAC0830图9.21单极性输出方式17(2)双极性模拟电压输出若要输出双极性电压,则需在输出端外接2个运算放大器。连接图(图9.22)VREFRFBIOUT2IOUT1
+-+DB+5VVOAGNDDAC0830图9.22双极性输出方式
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186.应用举例利用8255A及DAC0830产生一个锯齿波,硬件电路如下图所示。DAC0830采用直通方式工作。其中8255A的端口地址为0E000
0E003H。 (1)完成8255的初始化程序 (2)完成控制DAC转换的程序 (3)完成生成锯齿波的程序 (4)完成生成三角波的程序8086或8088-++VO8255ADAC0830PA0
PA7PB4PB3PB2PB1PB0D0
D7VREFILERFBCSWR1IOUT2WR2IOUT1XFER+5V19分析:(1)8255初始化8255的A口工作在方式0,输出;B口工作在方式0作输出。方式命令字:80H;控制端口:0E003H
;8255初始化 MOVDX,0E003H MOVAL,80H ;设置8255的控制字 OUTDX,AL(2)B口控制DAC转换DAC0830工作在直通方式,故只需使ILE为高电平,CS、WR1、WR2和XFER为低电平,即PB7~PB0输出10H
;B口控制DAC的转换
MOVDX,0E001H MOVAL,10H ;设置0830为直通工作方式 OUTDX,AL20(3)生成锯齿波AL中存放初值0:0
255时产生1个波形(L1)锯齿宽度由延时时间决定。
;生成锯齿波
MOVDX,0E000H MOVAL,0H ;[AL]中为待发送的数据, L1: OUTDX,AL ;向DAC送数据 INCAL NOP ;延时 JMPL121(4)生成三角波AL中存放初值0:0
255时产生波形前半步(L2)255
0时产生波形后半部(L3)
;生成三角波
MOVDX,0E000H MOVAL,0H L2: OUTDX,AL INCAL JNZL2 MOVAL,0FFH L3: OUTDX,AL DECAL JNZL3 JMPL2229.6.1.212位D/A转换器DAC1208系列特点:三种工作方式:双缓冲、单缓冲和直通方式分辨率:12位内部结构内部结构和DAC0830相似(图9.24)。不同点:多1个4位输入锁存器(多了1个端口)字节1/字节2:用于区分8位输入锁存器和4位输入锁存器。高电平时若WR1、WR2有效,则2个输入锁存器均被选中,低电平时若WR1、WR2有效,则只有4位输入锁存器被选中。3个端口:8位输入锁存器、4位输入锁存器和DAC寄存器238位输入锁存器LELED11D0字节1/字节2CSXFERWR2WR1VREFIOUT1IOUT2RFBVCCAGND图9.24DAC1208系列内部结构4位输入锁存器12位DAC寄存器LE12位D/A转换器DGND24
VREFRFBIOUT2IOUT1
+-+D0VOAGNDDAC1208图9.25DAC1208系列芯片与IBMPC总线连接
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D11WR1PC扩展槽XFER字节1/字节2D4地址译码电路WR2DGNDCSA0~A9IOWD0D7AEN
|Y0Y1Y2AD58125与PC总线的连接(图9.25)。DAC的D4~D0连接到PC总线的D7~D4DAC三个端口地址为: 220H(Y0)——8位输入锁存器端口地址 221H(Y1)——4位输入锁存器端口地址
222H(Y2)——DAC寄存器端口地址工作过程:传送高8位数据
传送低4位数据
D/A转换工作程序:BX中存放待转换的数据 START:MOVDX,220H ;[DX]=220H(8位锁存器地址) MOVCL,4 SHLBX,CL ;BX: MOVAL,BH ;AL:
H4L4M4H4L4M4H4M426 OUTDX,AL ;输出高8位数据 INCDX ;[DX]=221H(4位输入锁存器地址) MOVAL,BL ;AL: OUTDX,AL ;写入低4位 INCDX ;[DX]=222H(DAC寄存器地址) OUTDX,AL ;启动D/A转换,AL中可为任意数 HLTY0=0IOW=0字节1/字节2=1XFER=1WR1=0WR2=0D7~D0
D11~D4Y1=0IOW=0字节1/字节2=0XFER=1WR1=0WR2=0D7~D4
D3~D0Y2=0IOW=0字节1/字节2=1XFER=0WR1=0WR2=0D/A转换L4279.6.2A/D转换器A/D转换器的主要功能:是将模拟量转换为数字量。类型:逐次逼近型:易于用集成工艺实现,具有较高分辨率和转换速度。实际应用较多。V/F转换型双积分型:电路简单,抗干扰能力强,但转换速度慢A/D转换主要芯片:ADC0809(8位);AD574A/AD674A系列(12位);289.6.2.5A/D转换器的主要性能指标1)分辨率:与DAC的分辨率一样,通常用A/D位数来表示。数字量位数越多分辨率越高。输入量程相同,其输出的位数越多其分辨率越高。例如:输入量程为0~5V,则8位A/D的分辨率为5V/28=20mV;而10位分辨率为5V/210=5mV。2)绝对精度ADC转换后所得数字量所代表的模拟输入值与实际模拟输入值之差。通常用数字量最低位所代表的模拟输入值VLSB表示。3)转换时间和转换速率ADC完成1次对模拟量的测量到数字量转换完成所需要的时间。转换速率:转换时间的倒数。分级:低速(>1ms);中速(1ms
1
s);高速(<1
s);超高速(<1ns)299.6.2.18位A/D转换器ADC08091.特点:分辨率为8位,逐次逼近型ADC;
转换速度取决于时钟频率,时钟频率范围10~1280K,当CLK=500KHz时,转换时间为128us,当CLK=750KHz时,转换时间为100us;
除了含有8位逐次逼近型数/模转换器外,还有锁存控制的8通道多路转换开关;
输出具有三态输出缓冲器;单-5V电源供电,此时模拟电压输入范围为0~5V。9个端口:8个数据端口,1个状态端口。302.内部结构VCC逐次逼近寄存器(SAR)树型开关(D/A)OE8位输出锁存和三态门D0D78路通道选择开关IN0
IN7通道地址锁存与译码ADDAADDBADDCALEVREF(-)VREF(+)GND定时与控制STARTCLOCKEOC比较器A/D图9.26ADC0809原理图313.ADC0809主要引脚IN0~IN7:8路模拟电压输入端。通过ADDA,ADDB和ADDC3个地址译码来选通其中某一路。D0~D7:A/D转换后的8位数字量输出。D7为最高位。ADDC、ADDB、ADDA:选择8个模拟通道中某一个的作为输入端。只有在ALE引脚有效时,三个引脚才能控制选择,否则不能控制选择。2827262524232221201918171615IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVREF(+)GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VREF(-)D2图9.27ADC0809引脚图32ALE:地址锁存控制信号,该引脚有效时,ADDC、ADDB、ADDA才能选择8路模拟量中的某1路。START:A/D转换启动信号,高电平有效。由CPU执行输出指令产生。上升沿时所有内部寄存器清0;下降沿时启动A/D转换,A/D转换期间START应保持低电平。
EOC:转换结束信号,高电平有效。转换开始后该信号为低电平,经过64个时钟周期后转换结束,该信号变为高电平。在中断方式下,此信号可作为中断请求信号,在查询方式下,可作为A/D转换完毕的状态信号。
OE:输出允许信号输入端,高电平有效。高电平时:打开输出缓冲器三态门,转换结果输出到数据总线;低电平时:输出数据线呈高阻态。中断方式下,该信号为CPU发出的中断响应信号。33VREF(-)、VREF(+):参考电压输入,VREF(-)的值限定输入模拟电压的最小值,VREF(+)
的值限定输入模拟电压的最大值。两个参考电压分别对应的输出为00H、FFH。通常情况下VREF(+)接Vcc(+5V),VREF(-)接GND(0),即模拟输入电压0~5V对应输出为00H~FFH,输入模拟电压VIN
和输出数字量N之间的关系为:28VIN
N+VREF(-)
=[VREF(+)-VREF(-)]其中:VIN
处于[VREF(-),VREF(+)]之间,N为十进制数例:参考电压为0、5V时,80H(128)对应的输入电压VIN=(5-0)*128/256+0=2.5V
可分辨的最小电压为5V/255=0.02V。344.ADC0809工作时序时序图参见图9.28一次A/D转换的工作过程:ALE有效(选择模拟通道,接收模拟量输入)START有效(启动A/D转换)EOC有效(A/D转换结束)OE有效(输出数据D7~D0到总线上)A/D转换(>=64个时钟周期)355.ADC0809应用采用ADC0809与CPU之间相连,采用查询方式,对8路模拟信号分别采样一次,并将结果存入数据段中BUFFER开始的数据区中。硬件电路如下图所示,设状态标志端口地址为308H,此引脚通过三态门与D0相连。完成数据采集程序。≥1D0D2D1D7.…Y1Y0G3CBAG2G1A9AENA8A7A6A5A4A374LS138EOCALESTARTOECBAADC0809CIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7D0D7…D2D1IOR≥1≥1IOWA2A1A
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