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1、计算机软件计算机软件1本讲稿第一页，共六十页主要内容：主要内容：模拟量输入输出通道的组成模拟量输入输出通道的组成D/A转换器的工作原理、连接及编程转换器的工作原理、连接及编程A/D转换器的工作原理、连接及编程转换器的工作原理、连接及编程2本讲稿第二页，共六十页模拟量的输入输出通道模拟量的输入输出通道3本讲稿第三页，共六十页模拟量模拟量I/O通道：通道：模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传感传感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微

2、型型计计算算机机执行机执行机构构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道变变送送器器4本讲稿第四页，共六十页模拟量的输入通道模拟量的输入通道n传感器（传感器（Transducer）非电量非电量电压、电流电压、电流 n变送器（变送器（Transformer）转换成标准的电信号转换成标准的电信号n信号处理（信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波放大、整形、滤波 5本讲稿第五页，共六十页模拟量的输入通道模拟量的输入通道l多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer）多选一多选一l采样保持电路（采样

3、保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变lA/D变换器（变换器（A/D Converter）模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量6本讲稿第六页，共六十页模拟量的输出通道模拟量的输出通道lD/A变换器（变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量l低通滤波低通滤波 平滑输出波形平滑输出波形l放大驱动放大驱动 提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流7本讲稿第七页，共六十页数数/模（模（D/A）变换器）变换器8本讲稿第八页，共六十页掌握：掌握：lD/A变换器的工作原理变换器的工作原理lD/A变换器的主要技术指标变

4、换器的主要技术指标lDAC0832的三种工作模式的三种工作模式lDAC0832的应用的应用9本讲稿第九页，共六十页一、一、D/A变换器的工作原理变换器的工作原理 模拟开关模拟开关 电阻网络电阻网络 运算放大器运算放大器VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量10本讲稿第十页，共六十页基本变换原理基本变换原理l运放的放大倍数足够大时，输出电压运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入与输入 电压电压Vin的关系为：的关系为：VinRf VOR 11本讲稿第十一页，共六十页基本变换原理基本变换原理l若输入端有若输入端有n个支路个支路,则输出电压则输出电压VO与输入电压与输入电

5、压Vi的关系为：的关系为：VinRf VOR1Rn12本讲稿第十二页，共六十页权电阻网络权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8这里，上式中的这里，上式中的n=813本讲稿第十三页，共六十页基本变换原理基本变换原理l如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关Si控制，控制，Si=1表表示示Si合上，合上，Si=0表示表示Si断开，则上式变换为断开，则上式变换为若若Si=1,该项对该项对VO有贡献；有贡献；若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献14本讲稿第十四页，共六十页基本变换原理基本变换原理l如果用如果用8位二进制代码来

6、控制图中的位二进制代码来控制图中的S1S8(Di=1时时Si闭合；闭合；Di=0时时Si断开断开)，则不同的二进制代码，则不同的二进制代码就对应不同输出电压就对应不同输出电压VO；l当代码在当代码在0FFH之间变化时，之间变化时，VO相应地在相应地在 0(255/256)Vref之间变化；之间变化；l为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻阻值的电阻(R和和2R)。15本讲稿第十五页，共六十页实际的实际的D/A转换器转换器 R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络16本讲

7、稿第十六页，共六十页二、主要技术指标二、主要技术指标l分辨率（分辨率（Resolution）n输入的二进制数每输入的二进制数每1个最低有效位个最低有效位(LSB)使输出变使输出变化的程度。化的程度。l表示：表示：n可用输入数字量的位数来表示，如可用输入数字量的位数来表示，如8位、位、10位等；位等；n也可用一个也可用一个LSB（Least Significant BitLeast Significant Bit）使输出变化使输出变化的程度来表示。的程度来表示。17本讲稿第十七页，共六十页分辩率例分辩率例l一个满量程为一个满量程为5V的的10位位D/A变换器，变换器，1 LSB的变的变化将使输出

8、变化：化将使输出变化：5/(210-1)=5/1023 =0.04888V =48.88mV18本讲稿第十八页，共六十页转换精度（误差）转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差实际输出值与理论值之间的最大偏差l影响转换精度的因素：影响转换精度的因素：分辩率分辩率 电源波动电源波动 温度变化温度变化 19本讲稿第十九页，共六十页转换时间转换时间l从开始转换到与满量程值相差从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB1/2 LSB所对应所对应的模拟量所需要的时间的模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL20本讲稿第二十页，共六十页三、典型的三、典型的D/A转换器转换器DAC0832特

9、点：特点：l8位电流输出型位电流输出型D/A转换器转换器lT型电阻网络型电阻网络l差动输出差动输出21本讲稿第二十一页，共六十页DAC0832的内部结构的内部结构22本讲稿第二十二页，共六十页主要引脚功能主要引脚功能输入寄存器控制信号：输入寄存器控制信号：lD7D0：输入数据线：输入数据线lILE：输入锁存允许：输入锁存允许lCS：片选信号：片选信号lWR1：写输入锁存器：写输入锁存器23本讲稿第二十三页，共六十页主要引脚功能主要引脚功能用于用于DAC寄存器的控制信号：寄存器的控制信号：lWR2：写：写DAC寄存器寄存器lXFER：允许输入锁存器的数据传送到：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄

10、寄存器存器24本讲稿第二十四页，共六十页主要引脚功能主要引脚功能其它引线：其它引线：lVREF：参考电压。：参考电压。-10V+10V，一般为，一般为+5V或或+10VlIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出。转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入用于连接运算放大器的输入lRfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出：内部反馈电阻引脚，接运放输出lAGND、DGND：模拟地和数字地：模拟地和数字地 25本讲稿第二十五页，共六十页工作模式工作模式单缓冲模式单缓冲模式双缓冲模式双缓冲模式无缓冲模式无缓冲模式26本讲稿第二十六页，共六十页单缓冲模式单缓冲模式l使输入锁存器或使输入锁存器或DAC寄

11、存器二者之一处于直通，寄存器二者之一处于直通，即芯片只占用一个端口地址。即芯片只占用一个端口地址。lCPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为：序为：MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL与系统的与系统的连接见教连接见教材材p332图图27本讲稿第二十七页，共六十页双缓冲模式（标准模式）双缓冲模式（标准模式）l对输入寄存器和对输入寄存器和DAC寄存器均需控制。寄存器均需控制。l当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入 寄存器中；再在寄存器中；再在DAC寄存器控制信号有效时，寄存器控制信号

12、有效时，数据才写入数据才写入DAC寄存器，并启动变换。寄存器，并启动变换。l此时芯片占用两个端口地址。此时芯片占用两个端口地址。l优点：优点：n数据接收与数据接收与D/A转换可异步进行；转换可异步进行；n可实现多个可实现多个DAC同步转换输出同步转换输出l分时写入、同步转换分时写入、同步转换28本讲稿第二十八页，共六十页工作时序工作时序写输入写输入寄存器寄存器写写DAC寄存器寄存器29本讲稿第二十九页，共六十页双缓冲模式同步转换例双缓冲模式同步转换例译码器译码器A10-A00832-10832-2port1port2port330本讲稿第三十页，共六十页MOV AL，data MOV DX，p

13、ort1OUT DX，ALMOV DX，port2OUT DX，AL MOV DX，port3OUT DX，AL HLT双缓冲模式的数据写入程序双缓冲模式的数据写入程序0832-1的输入寄存器地址的输入寄存器地址0832-2的输入寄存器地址的输入寄存器地址DAC寄存器地址寄存器地址31本讲稿第三十一页，共六十页无缓冲器模式无缓冲器模式l使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。出始终跟随输入变化。l不能直接与数据总线连接，需外加并行接口不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如如74LS373、8255等等)。32本讲稿第三十二页，共六

14、十页四、四、D/A转换器的应用转换器的应用 信号发生器信号发生器 用于闭环控制系统用于闭环控制系统向向D/A转换器写入某种按规律变转换器写入某种按规律变化的数据，即可在输出端获得相化的数据，即可在输出端获得相应的各种波形应的各种波形33本讲稿第三十三页，共六十页模模/数（数（A/D）转换器）转换器34本讲稿第三十四页，共六十页要点：要点：lA/D转换器的一般工作原理；转换器的一般工作原理；lA/D转换器的主要技术指标；转换器的主要技术指标；lA/D转换器的应用转换器的应用n与系统的连接与系统的连接n数据采集程序的编写数据采集程序的编写35本讲稿第三十五页，共六十页A/D转换器转换器l用于将连续

15、变化的模拟信号转换为数字信号的用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号的装置，简称装置，简称ADC，是模拟系统与计算机之间的，是模拟系统与计算机之间的接口部件。接口部件。36本讲稿第三十六页，共六十页A/D转换器类型转换器类型l计数型计数型A/D转换器转换器 -速度慢、价格低，适用于慢速系统速度慢、价格低，适用于慢速系统l双积分型双积分型A/D转换器转换器 -分辩率高、抗干扰性好、转换速度慢，适用于中速分辩率高、抗干扰性好、转换速度慢，适用于中速 系统系统l逐位反馈型逐位反馈型A/D转换器转换器 -转换精度高、速度快、抗干扰性差转换精度高、速度快、抗干扰性差37本讲稿第三十七页，共六十页一、一、

16、A/D转换器的工作原理转换器的工作原理l逐位反馈型逐位反馈型A/D转换器转换器n类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体去逼近被称物体38本讲稿第三十八页，共六十页二、主要技术指标二、主要技术指标l转换精度转换精度n量化误差量化误差n非线性误差非线性误差n其它误差其它误差l总误差总误差=各误差的均方根各误差的均方根39本讲稿第三十九页，共六十页量化间隔量化间隔l一个最低有效位对应的模拟量一个最低有效位对应的模拟量 =Vmax/（2n-1）l例：某例：某8位位ADC的满量程电压为的满量程电压为5V，则其分辨，则其分辨率为：率为：5

17、V/255=19.6mV40本讲稿第四十页，共六十页量化误差量化误差l绝对量化误差绝对量化误差=1/2 l相对量化误差相对量化误差=（1/2）1LSB 100%l例：例：设满量程电压设满量程电压=10V，A/D变换器位数变换器位数=10位，位，则：则：绝对量化误差绝对量化误差 10/211=4.88mV相对量化误差相对量化误差 1/211*100%=0.049%41本讲稿第四十一页，共六十页转换时间转换时间l实现一次转换需要的时间。精度越高（字长越实现一次转换需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。长），转换速度越慢。42本讲稿第四十二页，共六十页输入动态范围输入动态范围l允许转换的电

18、压的范围。允许转换的电压的范围。如如05V、010V等。等。43本讲稿第四十三页，共六十页三、典型的三、典型的A/D转换器芯片转换器芯片ADC0809：l8通道（通道（8路）输入路）输入l8位字长位字长 l逐位逼近型逐位逼近型l转换时间转换时间100s l内置三态输出缓冲器内置三态输出缓冲器44本讲稿第四十四页，共六十页主要引脚功能主要引脚功能lD7D0：输出数据线（三态）：输出数据线（三态）lIN0IN7：8通道（路）模拟输入通道（路）模拟输入lADDA、ADDB、ADDC：通道地址：通道地址lALE：通道地址锁存：通道地址锁存lSTART：启动转换：启动转换lEOC：转换结束状态输出：转换

19、结束状态输出lOE：输出允许（打开输出三态门）：输出允许（打开输出三态门）lCLK：时钟输入（：时钟输入（10KHz1.2MHz）45本讲稿第四十五页，共六十页内部结构内部结构IN7IN08个个模模拟拟输输入入通通道道START EOC CLK OED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALE比较器比较器8路模路模拟开拟开关关逐位逼近寄存器逐位逼近寄存器SAR树状开关树状开关电阻网络电阻网络三态三态输出输出锁存锁存器器时序与控制时序与控制地址地址锁存锁存及及译码译码D/A8选选146本讲稿第四十六页，共六十页工作时序工作时序47本讲稿第四十七页，共六十页ADC0809的工

20、作过程的工作过程由时序图知由时序图知ADC0809的工作过程如下：的工作过程如下：l送通道地址，以选择要转换的模拟输入；送通道地址，以选择要转换的模拟输入；l锁存通道地址到内部地址锁存器；锁存通道地址到内部地址锁存器；l启动启动A/D变换；变换；l判断转换是否结束；判断转换是否结束；l读转换结果读转换结果48本讲稿第四十八页，共六十页ADC0809的应用的应用l芯片与系统的连接芯片与系统的连接l编写相应的数据采集程序编写相应的数据采集程序49本讲稿第四十九页，共六十页芯片与系统的连接芯片与系统的连接模拟输入端模拟输入端Ini：l单路输入单路输入l多路输入多路输入多路输入时多路输入时ADDCAD

21、DBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入输入0输入输入1输入输入2输入输入3输入输入4CPU指定指定通道号通道号单路输入时单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入输入+5V50本讲稿第五十页，共六十页通道地址线通道地址线ADDA-ADDC的连接的连接l多路输入时，地址线不能接死，要通过一个接口芯片与数据总线连接。多路输入时，地址线不能接死，要通过一个接口芯片与数据总线连接。接口芯片可以选用：接口芯片可以选用：简单接口芯片简单接口芯片74LS273，74LS373等（占用一个等（占用一个I/O地址）地址）可编程并行接口可编程并行接口8255（占用四个（占用四

22、个I/O地址）地址）ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输输入入DB74LS273Q2Q1Q0CP来自来自I/O译译码码D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#来自来自I/O译译码码D0-D7A1A0A1A051本讲稿第五十一页，共六十页数据输出线数据输出线D0-D7的连接的连接l可直接连到可直接连到DB上，或通过另外一个输入接口与上，或通过另外一个输入接口与DB相连；相连；l两种方法均需占用一个两种方法均需占用一个I/O地址地址D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译译码码D0-

23、D7ADC0809DBOE来自来自I/O译译码码直接连直接连DB通过输入接口连通过输入接口连DB74LS244+5VDIDOE1#E2#52本讲稿第五十二页，共六十页ALE和和START端的连接端的连接l独立连接：独立连接：用两个信号分别进行控制用两个信号分别进行控制需占用两个需占用两个I/O端口或两个端口或两个I/O线；线；l统一连接：统一连接：用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存，下降沿实现启动转换用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存，下降沿实现启动转换只需占用一个只需占用一个I/O端口或一个端口或一个I/O线。线。ADC0809ALESTART独立连接独立连接来自来自I/O译译码码1来自来自

24、I/O译译码码2ADC0809ALESTART统一连接统一连接来自来自I/O译译码码53本讲稿第五十三页，共六十页ADC0809与系统的连接例与系统的连接例D0IN0A15-A0 IOR IOWD7-D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA译译码码器器ADC0809I/O接接口口54本讲稿第五十四页，共六十页判断转换结束的方法判断转换结束的方法l软件延时等待软件延时等待（比如延时（比如延时1ms）n此时不用此时不用EOC信号，信号，CPU效率最低效率最低l软件查询软件查询EOC状态。状态。l把把EOC作为中断申请信号作为中断申请信号，接到，接到8259的的IN端。端。n

25、在中断服务程序中读入转换结果，效率较高在中断服务程序中读入转换结果，效率较高55本讲稿第五十五页，共六十页数据采集程序流程数据采集程序流程 初始化初始化 送通道地址送通道地址送送ALE信号信号送送START信号信号读读EOC状态状态送读允许送读允许OE信号信号EOC=1？读转换结果读转换结果采集结束否？采集结束否？NY结结 束束Y送下一路通道地址送下一路通道地址（1）（1）N56本讲稿第五十六页，共六十页第第7章作业解章作业解l试分别编写产生从试分别编写产生从C口的口的PC7引脚输出一个正脉冲和从引脚输出一个正脉冲和从PC3引脚输出一个负脉冲的程序段引脚输出一个负脉冲的程序段(PA、PB、PC

26、和控制寄和控制寄存器的地址为存器的地址为320H、321H、322H、323H)57本讲稿第五十七页，共六十页第第7章作业解章作业解MOV DX，322HMOV AL，10000000BOUT DX，ALCALL DELAYMOV AL，00001000BOUT DX，ALMOV DX，323HMOV AL，10000000BOUT DX，ALMOV AL，00001110BOUT DX，ALMOV AL，00000111B58本讲稿第五十八页，共六十页第第7章作业解章作业解DELAY PROC PUSH CX MOV CX，0 A：LOOP A POP CX RETDELAY ENDP59本讲稿第五十九页，共六十页作业：作业：l8.5l8.7l8.8l8.13l8.14谢谢！60本讲稿第六十页，共六十页