《微机原理与接口技术》第八章PPT.pptx

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1、1主要内容：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A/D转换器的工作原理、连接及编程第1页/共59页28.18.1模拟量输入输出通道模拟量I/O接口的作用：n实际工业生产环境连续变化的模拟量 n例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 n计算机内部离散的数字量n二进制数、十进制数n工业生产过程的闭环控制第2页/共59页3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)计算机第3页/共59页4模拟量I/O通道的组成：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00101101101011

2、00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第4页/共59页5模拟量的输入通道n传感器（Transducer）非电量电压、电流 n变送器（Transformer）转换成标准的电信号n信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波 第5页/共59页6模拟量的输入通道多路转换开关（Multiplexer）多选一采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/D Converter

3、）模拟量转换为数字量第6页/共59页7模拟量的输出通道D/A变换器（D/A Converter）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，电流第7页/共59页88.2 8.2 数/模（D/A）变换器掌握：D/A变换器的工作原理D/A变换器的主要技术指标DAC0832的三种工作模式DAC0832的应用第8页/共59页9一、D/A变换器的基本构成 模拟开关 电阻网络 运算放大器权电阻网络R-2R梯形电阻网络VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量第9页/共59页10二、基本变换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：Vin

4、Rf VOR 第10页/共59页11基本变换原理若输入端有n个支路,则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：VinRf VOR1Rn第11页/共59页12基本变换原理令每个支路的输入电阻为2iRf,并令Vin为一基准电压Vref，则有第12页/共59页13基本变换原理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无贡献无贡献对应的电路第13页/共59页14权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8这里，上式中的n=8

5、第14页/共59页15基本变换原理如果用8位二进制代码来控制图中的S1S8(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0FFH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)。第15页/共59页16R-2R梯形电阻网络第16页/共59页17三、主要技术指标分辨率（Resolution）输入的二进制数每1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可用一个LSB使输出变化的程度来

6、表示。第17页/共59页18分辩率例一个满量程为5V的10位D/A变换器，1 LSB的变化将使输出变化 5/(210-1)=5/1023 =0.04888V =48.88mV（LSB-Least Significant Bit）第18页/共59页19转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差影响转换精度的因素：分辩率 电源波动 温度变化 第19页/共59页20转换时间从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL第20页/共59页21四、典型的D/A转换器DAC0832特点：8位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动输出第21页/共59

7、页22DAC0832的内部结构第22页/共59页23主要引脚功能输入寄存器控制信号：D7D0：输入数据线ILE：输入锁存允许CS：片选信号WR1：写输入锁存器第23页/共59页24主要引脚功能用于DAC寄存器的控制信号：WR2：写DAC寄存器XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器第24页/共59页25主要引脚功能其它引线：VREF：参考电压。-10V+10V，一般为+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出AGND、DGND：模拟地和数字地 第25页/共59页26工作时序写输入寄存器写DAC寄存器第26

8、页/共59页27工作模式单缓冲模式双缓冲模式无缓冲模式第27页/共59页28单缓冲模式使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即芯片只占用一个端口地址。CPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为：MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL与系统的连接见教材p352图第28页/共59页29双缓冲模式（标准模式）对输入寄存器和DAC寄存器均需控制；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DAC寄存器控制信号有效时，数据才写入DAC寄存器，并启动变换；此时芯片占用两个端口地址；优点：数据接收与D/A转换可异步进行；可实现多个DAC同步转换输出 分时写入、

9、同步转换。第29页/共59页30双缓冲模式同步转换例译码器译码器A10-A00832-10832-2port1port2port3第30页/共59页31MOV AL，data MOV DX，port1 0832-1的输入寄存器地址OUT DX，ALMOV DX，port2 0832-2的输入寄存器地址OUT DX，AL MOV DX，port3 DAC寄存器地址OUT DX，AL HLT双缓冲模式的数据写入程序第31页/共59页32无缓冲器模式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。不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。第32页/共59页3

10、3五、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第33页/共59页348.3 8.3 模/数（A/D）转换器掌握：A/D转换器的一般工作原理；A/D转换器的主要技术指标；A/D转换器的应用与系统的连接数据采集程序的编写第34页/共59页35（A/D）转换器用途用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号的装置，简称ADC，是模拟系统与计算机之间的接口部件。第35页/共59页36（A/D）转换器类型计数型A/D转换器 -速度慢、价格低，适用于慢速系统双积分型A/D转换器 -分辩率高、抗干扰性好、转换速度慢，适用于中速 系统逐位

11、反馈型A/D转换器 -转换精度高、速度快、抗干扰性差第36页/共59页37一、A/D转换器的工作原理逐位反馈型A/D转换器 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。第37页/共59页38二、主要技术指标转换精度 量化误差 非线性误差 其它误差总误差=各误差的均方根第38页/共59页39量化间隔一个最低有效位对应的模拟量，即 =Vmax/（2n-1）例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为：5V/255=19.6mV第39页/共59页40量化误差绝对量化误差=1/2 相对量化误差=（1/2）1LSB 100%例：设满量程电压=10V，A/D变换器位数=10位，则：绝

12、对量化误差 10/211=4.88mV相对量化误差 1/211*100%=0.049%第40页/共59页41转换时间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。第41页/共59页42输入动态范围允许转换的电压的范围。如05V、010V等。第42页/共59页43三、典型的A/D转换器芯片ADC0809：8通道（8路）输入8位字长 逐位逼近型转换时间100s 内置三态输出缓冲器第43页/共59页44主要引脚功能D7D0：输出数据线（三态）IN0IN7：8通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址ALE：通道地址锁存START：启动转换EOC：转换结束状态输出OE：输出

13、允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（10KHz1.2MHz）第44页/共59页45内部结构START EOC CLK OED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7比较器比较器8路模拟开关逐位逼近寄存器SAR树状开关电阻网络三态输出锁存器时序与控制地址锁存及译码D/A8个模拟输入通道8选选1第45页/共59页46工作时序第46页/共59页47ADC0809的工作过程由时序图知ADC0809的工作过程如下：送通道地址，以选择要转换的模拟输入；锁存通道地址到内部地址锁存器；启动A/D变换；判断转换是否结束；读转换结果第47页/共59页48ADC0809的应用

14、芯片与系统的连接编写相应的数据采集程序第48页/共59页49芯片与系统的连接模拟输入端Ini：单路输入多路输入单路输入时单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入输入多路输入时多路输入时ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809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+5V第49页/共59页50通道地址线ADDA-ADDC的连接多路输入时，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：简单接口芯片74LS273，74LS373等（占用一个I/O地址）可编程并行接口8255（占用四个I/O地址）A

15、DDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输输入入DB74LS273Q2Q1Q0CP来自来自I/O译码译码D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#来自来自I/O译码译码D0-D7A1A0A1A0第50页/共59页51数据输出线D0-D7的连接可直接连到DB上，或通过另外一个输入接口与DB相连；两种方法均需占用一个I/O地址D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译码译码D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译码译码直接连直接连DB通过输入接口连通过输入接口连DB74LS244+5VD

16、IDOE1#E2#第51页/共59页52ALE和START端的连接独立连接：用两个信号分别进行控制需占用两个I/O端口或两个I/O线；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只需占用一个I/O端口或一个I/O线。ADC0809ALESTART独立连接独立连接来自来自I/O译码译码1来自来自I/O译码译码2ADC0809ALESTART统一连接统一连接来自来自I/O译码译码第52页/共59页53ADC0809与系统的连接例D0IN0A15-A0IORIOWD7-D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA译码器ADC0809第53页/共59页54判断转

17、换结束的方法软件延时等待（比如延时1ms），此时不用EOC信号-CPU效率最低软件查询EOC状态把EOC作为中断申请信号，接到8259的IR端在中断服务程序中读入转换结果，效率较高EOC通过一个三态门连到数据总线的某个D端三态门占用一个I/O端口地址CPU效率低第54页/共59页55判断转换结束的程序 用延时等待的方法 MOV DX,start_portOUT DX,AL ;启动转换CALL DELAY_1MS ;延时1msMOV DX,oe_portIN AL,DX ;读入结果 第55页/共59页56判断转换结束的程序用查询EOC状态的方法 MOV DX,start_port OUT DX,AL ;启动转换LL:MOV DX,eoc_port IN AL,DX AND AL,01H ;测试EOC状态 JZLL MOVDX,oe_port IN AL,DX ;读入结果 第56页/共59页57数据采集程序流程 初始化 送通道地址送ALE信号送START信号读EOC状态送读允许OE信号EOC=1？读转换结果采集结束否？NY结 束Y送下一路通道地址（1）（1）N第57页/共59页58作业：8.58.78.88.138.14第58页/共59页59谢谢您的观看！第59页/共59页