接口_第9章AD與DA轉(zhuǎn)換器接口

1、第第9 9章章 A/DA/D與與D/AD/A轉(zhuǎn)換器接口轉(zhuǎn)換器接口9.1 模擬量接口 在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，采集對(duì)象往往是連續(xù)變化的物理量，因此需要對(duì)連接變化的物理量進(jìn)行采樣、保持，再把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量交給計(jì)算機(jī)處理。計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量有時(shí)需要轉(zhuǎn)換為模擬量去控制某些執(zhí)行元件。 A/D轉(zhuǎn)換器完成模擬量數(shù)字量的轉(zhuǎn)換 D/A轉(zhuǎn)換器完成數(shù)字量模擬量的轉(zhuǎn)換下圖是一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)：控制對(duì)象微機(jī)系統(tǒng)傳感器執(zhí)行部件ADCDAC功放運(yùn)放模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量下圖是一個(gè)分時(shí)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)：模擬輸入模擬輸出ADCDAC驅(qū)動(dòng)器接收器多路掃描器多路掃描器傳輸線9.1 A/D轉(zhuǎn)換器 A/D轉(zhuǎn)換器就是把模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的過(guò)

2、程。數(shù)字量便于計(jì)算機(jī)的處理，是自動(dòng)控制過(guò)程的重要步驟。 A/D轉(zhuǎn)換的原理很多,常見(jiàn)的有雙積分式、逐次逼近式、計(jì)數(shù)式等。輸出碼制有二進(jìn)制、BCD碼等；輸出數(shù)據(jù)寬度（二進(jìn)制）有8位、12位、16位、20位等。1、A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)l分辨率 指A/D轉(zhuǎn)換器能夠把模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制的位數(shù)。例：用1個(gè)10位ADC轉(zhuǎn)換一個(gè)滿量程為5V的電壓,則可能分辨的最小電壓率為5000mV/1024=5mV。若模擬輸入值小于5mV，則ADC無(wú)反映，輸出保持不變。 可見(jiàn)，ADC的數(shù)字量輸出位數(shù)越多，其分辨率就越高。當(dāng)分辯率大于微機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，每次轉(zhuǎn)換都需要兩次數(shù)據(jù)的傳輸。l 轉(zhuǎn)換時(shí)間 從轉(zhuǎn)換啟動(dòng)開始到轉(zhuǎn)

3、換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時(shí)間。 轉(zhuǎn)換時(shí)間的快慢將會(huì)影響ADC接口與CPU交換數(shù)據(jù)的方式。對(duì)于低中速的ADC一般采用查詢或中斷方式，對(duì)于高速的ADC應(yīng)采用DMA方式。2、A/D轉(zhuǎn)換器的外部特性任何一種A/D轉(zhuǎn)換器一般具有以下信號(hào)線：l 模擬信號(hào)輸入線，有單通道與多通道之分。l 數(shù)字量輸出線，線的數(shù)目決定了分辨率。l 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)線（輸入），每次啟動(dòng)只能轉(zhuǎn)換一次 數(shù)據(jù)。l 轉(zhuǎn)換結(jié)束線（輸出），表示ADC作一次轉(zhuǎn)換結(jié) 束的狀態(tài)。9.3 A/D轉(zhuǎn)換器與CPU接口的原理和方法1、A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的連接l ADC的啟動(dòng)信號(hào) 有脈沖啟動(dòng)和電平啟動(dòng)兩種。l ADC的輸入信號(hào) 有單通道和多通道之分。

4、l ADC的輸出信號(hào) ADC輸出是否有鎖存； ADC的分辨率是否與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線一致。l ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào) 作為查詢和中斷的依據(jù)。2、A/D轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)傳輸 數(shù)據(jù)的傳送可采用查詢、中斷和DMA方式。不同的方式的電路組成和編程方法不同。A/D采集的速度取決于： A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間T； 將數(shù)據(jù)存入內(nèi)存所需要的數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間。 則采集數(shù)據(jù)的頻率上限為： f0 =1/(T+ )上述幾種方法采集數(shù)據(jù)的速度是： 查詢 中斷 DMA方式高低9.4 A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)1、A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)方案的分析 ADC的模擬量輸入是否是多通道？ ADC分辨率是否大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的寬度？ ADC內(nèi)部是否有三態(tài)輸出鎖存

5、？ ADC的啟動(dòng)是電平啟動(dòng)還是脈沖啟動(dòng)？ ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)采用哪種傳輸方式？ ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)要進(jìn)行怎么樣的處理？ ADC接口采用什么元器件組成？2、A/D轉(zhuǎn)換器的接口設(shè)計(jì)例9.1 查詢方式的ADC接口電路設(shè)計(jì)l 要求 利用ADC0804采集100個(gè)數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)以查詢方式傳輸?shù)絻?nèi)存BUFR區(qū)。接口電路采用普通IC芯片組成。 l 分析 ADC0804是單個(gè)模擬量輸入； ADC0804的分辨率為8位，并具有三態(tài)輸出鎖存器； ADC0804的啟動(dòng)方式為脈沖啟動(dòng)； 數(shù)據(jù)傳輸方式為查詢方式。 l 硬件電路：l 軟件流程圖：程序如下：DATA SEGMENTSTART_P EQU 310H; 轉(zhuǎn)換啟動(dòng)

6、端口 STATE_P EQU 311H; 狀態(tài)端口 DATA_P EQU 310H; 數(shù)據(jù)端口 BUFR DB 100（0） DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA BEGIN:MOV AX,DATAMOV DS,AXMOV SI,OFFSET BUFR; 緩沖區(qū)指針 MOV CX,100; 采樣次數(shù) START:MOV DX,START_P; 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 MOV AL,00H;（可以是其它值） OUT DX,AL；使CS和WR同時(shí)有效 WAIT1:MOV DX,STATE_P; 查轉(zhuǎn)換結(jié)束 IN AL,DX AND AL,80H; 查D7=0

7、（INTR=0？） JNZ WAIT1; 未結(jié)束，等待 MOV DX,DATA_P; 已結(jié)束，讀數(shù)據(jù) IN AL,DX MOVSI,AL; 數(shù)據(jù)傳輸?shù)紹UFR區(qū) INC SI；緩沖區(qū)地址加1 DEC CX; 采樣次數(shù)減1 JNZ START; 未完，繼續(xù)啟動(dòng) MOV AX,4C00H; 已完，退出 INT 21H CODE ENDS END BEGIN 例9.2 中斷方式的ADC接口設(shè)計(jì)l 要求 采用ADC0809，從通道7采集100個(gè)數(shù)據(jù)，采集的數(shù)據(jù)以中斷方式傳輸?shù)絻?nèi)存緩沖區(qū)，并將轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC連到IRQ4上，請(qǐng)求中斷。l 分析 要實(shí)現(xiàn)上述設(shè)計(jì)要求，至少有3個(gè)方面的問(wèn)題需要考慮： 被控對(duì)

8、象ADC0809的特性； 接口電路結(jié)構(gòu)形式； 中斷處理。 ADC0809外部特性ADC0809內(nèi)部邏輯原理圖CLOCK START通道選擇開關(guān)通道地址鎖存和譯碼定時(shí)和控制逐次逼近寄存器輸出三態(tài)鎖存器開關(guān)樹組比較器IN0IN1 IN7ADDAADDBADDCALE VR（+） VR（-） D0D1D7EOCOE 模擬輸入 數(shù)字輸出A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 輸出允許 通道選擇地址 通道地址鎖存ADC0809的時(shí)序圖 接口電路結(jié)構(gòu)形式 采用可編程接口芯片82C55A 中斷處理 本例題是利用微機(jī)系統(tǒng)的中斷資源，故不需做中斷系統(tǒng)的硬件連接和82C59A的初始化。只需做兩件事：l 中斷向量的修改（IRQ

9、4）；l 開放IRQ4的中斷和CPU中斷。 l 硬件設(shè)計(jì)。 本接口電路應(yīng)能提供如下信號(hào): ADC0809模擬量通道號(hào)選擇信號(hào) 啟動(dòng)信號(hào) 讀數(shù)據(jù)允許信號(hào) EOC的中斷請(qǐng)求:直接連到系統(tǒng)總線的IRQ4上。82C55A的4個(gè)端口地址是: 300H（A口）、301H（B口）、302H（C口）、 303H（命令口）。 由82C55A接口芯片實(shí)現(xiàn)中斷方式的ADC接口電路原理l 軟件設(shè)計(jì)通道7的數(shù)據(jù)采集相關(guān)程序段：MOVDX，303H；82C55初始化,A口輸出（為鎖地址）MOVAL，80HOUTDX，ALMOVAL，0EH；置PC7=0，使START和ALE無(wú)效OUTDX，ALMOVAL，0CH；置PC6

10、=0，使OE無(wú)效OUTDX，ALMOV DX，300H；鎖通道地址MOVAL，07HOUTDX，ALMOVAX，350CH；獲取IRQ4的中斷向量并保存INT21HMOVOLD_OFF，BXMOVBX，ESMOVOLD_SEG，BXCLIMOVAX，250CH；置新中斷向量MOVDX，SEG A_DMOVDS，DXMOVDX，OFFSET A_DINT21HMOVAX，DATA；恢復(fù)數(shù)據(jù)段MOVDS，AXSTIINAL，21H；開放IRQ4ANDAL，0EFHOUT21H，ALMOVCX，100；設(shè)置采集字節(jié)數(shù)MOVSI，OFFSET BUFF；設(shè)置內(nèi)存指針MOVDX，303H；82C55初始

11、化,A口輸入MOVAL，90HOUTDX，ALBEGIN：MOVDX，303H；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換MOVAL，0FH；產(chǎn)生ALE鎖存信號(hào)OUTDX，ALNOPNOPMOVAL，0EH ；產(chǎn)生START啟動(dòng)脈沖信號(hào)OUTDX，ALSTI；開中斷HLT；等待中斷DECCX；采樣次數(shù)減1JNZBEGIN；沒(méi)完，繼續(xù)CLI；已完，關(guān)中斷MOVAX，250CH；恢復(fù)IRQ4的原中斷向量MOVDX，OLD_SEGMOVDS，DXMOVDX，OLD_OFFINT21HMOVAX，DATA；恢復(fù)數(shù)據(jù)段MOVDS，AXSTIINAL，21HORAL，10H；屏蔽IRQ4OUT21H，ALMOVAX，4C00H；返回DOS

12、INT21HA_DPROCFAR；中斷服務(wù)程序PUSHAX；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)PUSH DXCLI；關(guān)中斷MOVDX，303H；打開三態(tài)鎖存器MOVAL，0DHOUTDX，AL；置PC6=1高M(jìn)OVDX，300HINAL，DX；從PA口讀數(shù)據(jù)MOVSI，AL；存取數(shù)據(jù)INCSI；內(nèi)存地址指針加1MOVDX，303H；關(guān)閉三態(tài)鎖存器MOVAL，0CHOUTDX，AL；置PC6=0低MOVAL，20H；發(fā)中斷結(jié)束命令OUT20H，ALPOPDX；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)POPAXSTI；開中斷IRET；中斷返回 A_D ENDP例9.4 DMA方式的ADC接口電路設(shè)計(jì)l 電路l初始化編程根據(jù)題意只涉及以下幾個(gè)寄存器的操作：

13、 選定傳送通道及工作方式（工作方式寄存器）。 設(shè)置DMA屏蔽字（屏蔽寄存器），端口=0BH。 設(shè)定傳輸?shù)目傋止?jié)數(shù)（字節(jié)數(shù)寄存器），端口 =03H（通道1） 設(shè)定傳送的存儲(chǔ)器地址（地址寄存器），端口 =02H（通道1） 寫清除先/后觸發(fā)器，端口=0CH。返回程序清單： CLI ；關(guān)中斷 MOV AL，04H；命令字，禁止82C37A工作 OUT 08H，AL MOV AL，01000101B ；工作方式：?jiǎn)我粋鬏敺绞剑?；地址加1，非自動(dòng)預(yù)置， ；DMA寫，通道1 OUT 0BH，AL ；送入工作方式寄存器 OUT 0CH，AL ；清先/后觸發(fā)器（軟命令） MOV AL，03H ；頁(yè)面地址（最高

14、4位地址） OUT 83H，AL ；寫入DMA頁(yè)面地址寄存器 MOV AL，00H ；基地址低8位 OUT 02H，AL ；低8位地址寫入通道1的基與 ；當(dāng)前地址寄存器 MOV AL，04H ；基地址高8位 OUT 02H，AL ；高8位地址寫入通道1的基與 ；當(dāng)前地址寄存器 MOV AL，0FFH ；字節(jié)數(shù)低8位 OUT 03H，AL ；字節(jié)數(shù)低8位寫入通道1的基與 ；當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器 MOV AL，0FH ；字節(jié)數(shù)高8位 OUT 03H，AL ；字節(jié)數(shù)高8位寫入通道1的基與；當(dāng)前字節(jié)計(jì)數(shù)器 STI ；CPU開中斷 MOV AL，01H ；清通道1的屏蔽位，允許DREQ1 OUT 0AH，AL

15、 ；開通道1，接收DREQ1的到來(lái) 9.5 D/A轉(zhuǎn)換器1、D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)l 分辨率 指DAC能夠把多少位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成模擬量。例：DAC0832能夠把8位二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成電流， 所以DAC0832的分辨率是8位。l 轉(zhuǎn)換時(shí)間 從數(shù)字量輸入到DAC完成轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。2、D/A轉(zhuǎn)換器的外部特性DAC的外部信號(hào)線包括: 數(shù)字信號(hào)輸入線； 模擬信號(hào)輸出線； CS信號(hào)線和WR（或WR1，WR2）信號(hào)線（用 于形成DAC的啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)）； 數(shù)據(jù)輸入鎖存控制線； 模擬量輸出通道地址線。9.6 D/A轉(zhuǎn)換器與CPU接口的原理和方法1、D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的連接 DAC與CPU的接口包括硬件連接

16、和軟件編程。DAC與CPU之間的數(shù)據(jù)傳輸是無(wú)條件傳輸。 DAC接口電路的結(jié)構(gòu)形式也有下列幾種： 采用中小規(guī)模邏輯芯片； 利用可編程并行I/O接口芯片； 采用GAL器件。2、D/A轉(zhuǎn)換器接口的主要任務(wù)D/A與A/D有很多不同之處，表現(xiàn)在： DAC一般不需要專門的控制信號(hào)去觸發(fā)，只要 CPU把數(shù)據(jù)送到它的輸入端，就開始轉(zhuǎn)換。 DAC不提供轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)信號(hào)。DAC主要解決的是： CPU與DAC之間的數(shù)據(jù)緩沖問(wèn)題； 當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器的分辯率大于數(shù)據(jù)總線的寬度 時(shí)，CPU必須分兩次傳送和同時(shí)選通。3、D/A轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)方案分析 DAC的模擬量輸出是否是多通道？ DAC的分辨率是否大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的寬度？

17、DAC芯片內(nèi)部是否有三態(tài)輸入鎖存器？ DAC的啟動(dòng)方式，只有脈沖觸發(fā)一種。DAC不設(shè)專門的轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，是利用CS和IOW共同進(jìn)行假寫操作，來(lái)實(shí)現(xiàn)脈沖啟動(dòng)的。 DAC的數(shù)據(jù)傳輸方式，只有無(wú)條件傳輸一種。 DAC接口電路采用什么元器件組成？9.7 D/A轉(zhuǎn)換器接口電路設(shè)計(jì)例9.5 DAC0832接口電路設(shè)計(jì)l 要求 通過(guò)DAC0832產(chǎn)生鋸齒波和三角波，按任意鍵，停止輸出。l 分析 DAC0832是單通道模擬量輸出，不需通道選擇； DAC0832有兩級(jí)緩沖鎖存器，它有3種工作方式： 雙緩沖方式、單緩沖方式和直通方式。8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器DI7DI0ILELE1LE2CS

18、WR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模擬地 )&DGND(數(shù)字地 )VCCDAC0832引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)：DAC0832有三種工作方式：（1）雙緩沖方式（LE1和LE2分別控制）（2）單緩沖方式（其中LE1和LE2有一個(gè)直通）（3）直通方式（LE1和LE2均為直通）1：輸出隨輸入變化0：鎖存注：在DAC實(shí)際連接中，要注意區(qū)分“模擬地”和“數(shù)字地”的連接，為了避免信號(hào)串?dāng)_，數(shù)字量部分只能連接到數(shù)字地，而模擬量部分只能連接到模擬地。l 硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的方案很多，本例采用8255做CPU與DAC的接口，并DAC工作在直通方式DAC0832DI0-7ILECSWR1

19、WR2XFER8255APA PB4PB3PB2PB1PB0CPURfbIO1IO2-+至示波器B口輸出做控制信號(hào)l 軟件設(shè)計(jì)以下程序是產(chǎn)生三角波的程序；8255初始化MOV DX，303H ；8255的命令口MOV AL，10000000B ；8255的方式字OUT DX，AL ；指定B口控制DAC的轉(zhuǎn)換MOV DX，301H ；8255A的B口地址MOV AL，00010000B ；置DAC0832為直通工作方式 OUT DX，AL ；生成三角波的循環(huán)MOV DX，300H ；8255A的A口地址MOV AL，0H ；輸出數(shù)據(jù)從0開始L1：OUT DX，AL INC AL；輸出數(shù)據(jù)加1 J

20、NZ L1 ；AL是否加滿？未滿繼續(xù) MOV AL，0FFH；已滿，AL置全1L2：OUT DX，AL DEC AL；輸出數(shù)據(jù)減1 JNZ L2；AL是否減到0？不為0繼續(xù) JMP L1；為0，AL加1 0FFHDAC0832雙緩沖方式的典型用法：多目標(biāo)的同時(shí)控制CPUDAC0832DAC0832控制點(diǎn)控制點(diǎn)被控對(duì)象 DAC0832最適合要求多片DAC同時(shí)轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)，下圖的時(shí)序關(guān)系表示，兩個(gè)數(shù)據(jù)分別用CS1和CS2鎖存到兩個(gè)DAC0832的輸入寄存器中，最后用XFER信號(hào)的上升沿將它們同時(shí)鎖存到各自的DAC寄存器中。數(shù)據(jù)1數(shù)據(jù)2數(shù)據(jù)1輸入到數(shù)據(jù)2輸入到1#鎖存2#鎖存DAC寄存器鎖存DATA

21、BUSCS1CS2WR1WR2XFER用來(lái)進(jìn)行同時(shí)多點(diǎn)的控制方法例9.6 DAC1210接口電路設(shè)計(jì)l 要求 通過(guò)ADC1210產(chǎn)生并輸出50個(gè)方波l 分析 ADC1210的分辨率是12位，且內(nèi)部有三態(tài)鎖存，數(shù)據(jù)要分兩次傳送。DAC1210的3個(gè)端口的地址分別為： 316H（y0）：鎖存高8位數(shù)據(jù)端口； 317H（y1）：鎖存低4位數(shù)據(jù)端口； 318H（y2）：第2級(jí)鎖存端口。8位輸入鎖存器4位輸入鎖存器12位DAC存儲(chǔ)器12位相乘型D/A轉(zhuǎn)換器LELELELSBMSBDI11 15DI10 16DI9 17DI8 18DI7 19DI6 20DI5 4DI4 5DI3 6DI2 7DI1 8DI0 9BYTE1 23 / BYTE2CS 1 WR1 2XFER 21WR2 2210 Vref14 Iout213 Iout111 Rfb24 Vcc3 AGND24 DGNDl DAC1210內(nèi)部結(jié)構(gòu)有兩種數(shù)據(jù)對(duì)齊格式： “右對(duì)齊”：從低位對(duì)齊（先送低，后送高） “左對(duì)齊”：從高位對(duì)齊（先送高，后送低）特別注意： 設(shè)置兩個(gè)鎖存器，分別鎖存高字節(jié)和低 字節(jié)。 同時(shí)選通兩個(gè)鎖存器進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。l 硬件設(shè)計(jì)（左對(duì)