微型計(jì)算機(jī)原理及接口技術(shù)第12章-模擬量輸入輸出課件

1、第 12 章 模擬量輸入/輸出 本章主要內(nèi)容12.1 模擬量的輸入/輸出通道 12.2 D/A轉(zhuǎn)換器 12.3 A/D轉(zhuǎn)換器 12.1 模擬量的輸入/輸出通道1. 傳感器 12.1.1 模擬量輸入通道的組成12.1 模擬量的輸入/輸出通道 能夠把生產(chǎn)過(guò)程的非物理量轉(zhuǎn)換成電量（電流或電壓）的器件。 變送器將傳感器輸出的微弱電信號(hào)或電阻值等非電量轉(zhuǎn)換成010mA或420mA的電流信號(hào)或05V的電壓信號(hào)，這些變送器有如溫度變送器、壓力變送器、流量變送器等。 12.1.1 模擬量輸入通道的組成 2. 信號(hào)處理環(huán)節(jié) 不同的傳感器的輸出電信號(hào)各不相同，因此需要經(jīng)過(guò)信號(hào)處理環(huán)節(jié)，將傳感器輸出的信號(hào)放大或處理

2、成與A/D轉(zhuǎn)換器所要求的輸入相適應(yīng)的電壓水平。另一方面，傳感器與現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)相連接，處于惡劣工作環(huán)境，其輸出疊加有干擾信號(hào)。因此信號(hào)處理包括有低通濾波電路，以濾除干擾信號(hào)。 3. 多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 對(duì)于多個(gè)模擬信號(hào)的采集，為了節(jié)約成本，可以用多路模擬開(kāi)關(guān)，使多個(gè)模擬信號(hào)共用一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換。12.1.1 模擬量輸入通道的組成 4. 采樣保持器 在A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，保持輸入信號(hào)不變的電路稱(chēng)采樣保持電路。由于輸入模擬信號(hào)是連續(xù)變化的，而A/D轉(zhuǎn)換器要完成一次轉(zhuǎn)換是需要時(shí)間的，這段時(shí)間稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間。A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間越長(zhǎng)，對(duì)同樣頻率的模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換精度的影響就越大。為了保證轉(zhuǎn)換精度，可采

3、用采樣保持器，使得在A/D轉(zhuǎn)換期間，保持采樣輸入信號(hào)的大小不變。 5. A/D轉(zhuǎn)換器 是模擬量輸入通道的核心環(huán)節(jié)。其功能是將模擬輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便微機(jī)讀取，進(jìn)行分析處理。微機(jī)輸出的信號(hào)是數(shù)字信號(hào)，而有的執(zhí)行元件要求提供模擬的電流或電壓，故必須將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。這個(gè)任務(wù)主要是由數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器來(lái)完成。D/A轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而微機(jī)輸出的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)總線(xiàn)上穩(wěn)定的時(shí)間很短，因此在微機(jī)與D/A轉(zhuǎn)換器間必須用鎖存器來(lái)保持?jǐn)?shù)字量的穩(wěn)定。經(jīng)過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器得到的模擬信號(hào)，一般要經(jīng)過(guò)低通濾波器，使其輸出波形平滑。同時(shí)為了能驅(qū)動(dòng)受控設(shè)備，可以

4、采用功率放大器作為模擬量輸出的驅(qū)動(dòng)電路。 12.1.2 模擬量輸出通道的組成12.1 模擬量的輸入/輸出通道 12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理12.2 D/A轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換：將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，模擬量輸出，控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)或控制系統(tǒng)D/A轉(zhuǎn)換方式T形電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 1. 權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)算放大器構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 2. T型電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放構(gòu)成的D/A轉(zhuǎn)換器 從每個(gè)節(jié)點(diǎn)G向右看，對(duì)地的等效電阻均為R，則每個(gè)節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓均為Vi=1/2Vi+1 流入該支路的

5、電流： Ii=12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 從式（12-4）中可看出，輸出電壓Vo只與數(shù)字量的輸入有關(guān)，并且是線(xiàn)性的。 有些場(chǎng)合需要輸出電流信號(hào)，以便與標(biāo)準(zhǔn)儀表相配接或滿(mǎn)足長(zhǎng)距離傳送的要求。因而，D/A的輸出形式有電壓、電流兩大類(lèi)型，如圖12-4(a)和(b)所示。12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 12.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)12.2 D/A轉(zhuǎn)換器 DAC（Digital Analog Converter）性能指標(biāo)是選用DAC芯片型號(hào)的依據(jù)，也是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)1. 分辨率是指D/A轉(zhuǎn)換器能分辨的最小輸出模擬增量，取決于輸入數(shù)

6、字量的二進(jìn)制為位數(shù) 一個(gè)n位的DAC所能分辨的最小電壓增量： 1/2n 滿(mǎn)量程值如：滿(mǎn)量程為10V 的8位 DAC分辨率為10V2-8 = 9mv；一個(gè)同樣量程的16位 DAC的分辨率高達(dá)10V2-16=153V2. 穩(wěn)定時(shí)間12.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 3. 輸出電平不同型號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電平相差較大。一般電壓型的D/A轉(zhuǎn)換器輸出為0+5V或0+10V。電流型的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電流為幾毫安至幾安。穩(wěn)定時(shí)間指D/A轉(zhuǎn)換器加上滿(mǎn)刻度的變化（如全“0”變?yōu)槿?”）時(shí)，其輸出達(dá)到穩(wěn)定（一般穩(wěn)定到與1/2LSB（最低有效位）值相當(dāng)?shù)哪M量范圍內(nèi)）所需的時(shí)間。一般為幾十毫微秒到幾微

7、秒。12.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 4. 轉(zhuǎn)換精度 指滿(mǎn)量程時(shí)DAC的實(shí)際模擬輸出值和理論值的接近程度對(duì)T 型電阻網(wǎng)絡(luò)的DAC，其轉(zhuǎn)換精度與參考電壓VREF、電阻值和電子開(kāi)關(guān)的誤差有關(guān)如：滿(mǎn)量程時(shí)理論輸出值為10V，實(shí)際輸出值在9.99V-10.01V之間，轉(zhuǎn)換精度為10mv通常，DAC的轉(zhuǎn)換精度為分辨率之半，即為L(zhǎng)SB/2（LSB是分辨率，是指最低一位數(shù)字量變化引起的變化量）注：轉(zhuǎn)換精度和分辨率的區(qū)別12.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo) 5. 相對(duì)精度在滿(mǎn)刻度已校準(zhǔn)的情況下，在整個(gè)刻度范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于任一數(shù)碼的模擬量輸出與理論值之差。對(duì)于線(xiàn)性的D/A轉(zhuǎn)換器，相對(duì)精度是非線(xiàn)性度。一般

8、有兩種方法表示：一種是將偏差用數(shù)字量的最低位的位數(shù)LSB表示；一種是用該偏差相對(duì)滿(mǎn)刻度的百分比表示。6. 線(xiàn)性誤差相鄰兩個(gè)數(shù)字輸入量之間的差應(yīng)是1LSB，即理想的轉(zhuǎn)換特性應(yīng)是線(xiàn)性的。在滿(mǎn)刻度范圍內(nèi)，偏離理想的轉(zhuǎn)換特性的最大值稱(chēng)為線(xiàn)性誤差。1. DAC 0832 12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片12.2 D/A轉(zhuǎn)換器 （1） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳（2）DAC0832的主要技術(shù)性能12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 電流穩(wěn)定時(shí)間：1s。分辨率：8位線(xiàn)性誤差：0.2% FSR，即該芯片的線(xiàn)性誤差為滿(mǎn)量程的0.2%。非線(xiàn)性誤差：0.4% FSR。三種輸入方式：雙緩沖、單緩沖和直接輸入三種方式。數(shù)字輸入

9、與TTL兼容。增益溫度系數(shù)：0.002% FSR/。低功耗：20mW。單電源：+5+15V。參考電壓：10V+10V。（3）DAC0832的工作方式12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 直通方式 單緩沖方式 雙緩沖方式 直通方式 DAC0832內(nèi)部有兩個(gè)起數(shù)據(jù)緩沖器作用的寄存器，分別受LE1和LE2控制。如果它們皆為高電平，那么DI0DI7上信號(hào)便可直通地到達(dá)“8位DAC寄存器”，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換 ILE接+5V以及使CS、XFER、WR1和WR2接地，DAC0832就可在直通方式下工作 直通方式下的DAC0832常用于不帶微機(jī)的控制系統(tǒng)12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 單緩沖方式 指DAC

10、0832內(nèi)部的兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器有一個(gè)處于直通方式，另一個(gè)受MCS-51的控制 適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 單極性電壓輸出電路： 若VREF端接+5V（或-5V）時(shí)，輸出電壓范圍是0-5V (或0+5V) 若VREF端接+10V（或-10V）時(shí)，輸出電壓范圍是0-10 V（0+10V）輸出電壓?jiǎn)螛O性電壓雙極性電壓12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 DAC0832雙極性電壓輸出參考電路VOUT = -5+2Va-5V+5V2K該方式下，CPU要對(duì)DAC0832進(jìn)行兩步寫(xiě)操作：首先將數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸入寄存器；其次將輸入寄存器的內(nèi)容寫(xiě)入DAC寄存

11、器。優(yōu)點(diǎn)：DAC0832的數(shù)據(jù)接收和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換可異步進(jìn)行；在D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，進(jìn)行下一數(shù)據(jù)的接收，提高模擬輸出通道的轉(zhuǎn)換速率，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)模擬輸出通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。 12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 雙緩沖方式應(yīng)用：圖形顯示、坐標(biāo)定位等 12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 2. DAC 1210 （1） 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳輸入：12位數(shù)字量。輸出：模擬量電流IOUT1和IOUT2。電流穩(wěn)定時(shí)間：1s。功耗：20mW。工作電壓：?jiǎn)我?5+15V電源。參考電壓：可工作在10V+10V范圍內(nèi)。輸入邏輯電平：與TTL兼容。芯片內(nèi)有鎖存器，可直接連到CPU的數(shù)據(jù)總線(xiàn)上。工作環(huán)境溫度范圍：40+85。

12、三種輸入方式：雙緩沖、單緩沖和直接輸入三種方式。（2）DAC1210的主要技術(shù)性能12.2.3 典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器間的信號(hào)連接包括三部分，即數(shù)據(jù)線(xiàn)、控制線(xiàn)和地址線(xiàn)。 12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接 應(yīng)用舉例 12.2 D/A轉(zhuǎn)換器 1. 8位D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的接口 例12-1 DAC0832用作波形發(fā)生器。試根據(jù)圖12-7接線(xiàn)，編寫(xiě)程序，使其產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波，如圖12-10所示。 12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 解：在圖12-7中，運(yùn)算放大器OA輸出端VOUT直接反饋到Rfb，故這種接線(xiàn)產(chǎn)生的模擬輸出電壓是單極性的。1）鋸齒波

13、程序12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 .MODEL SMALL.STACK 100.DATAAddDA0832DBFEH.CODESAWPRGPROC FARPUSHDSMOVAX, 0PUSHAXMOVAX, DATAMOVDS, AXSawWve: OUT AddDA0832 , ALINC ALJMP SawWveSAWPRGENDPEND12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 2）三角波程序.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAddDA0832DBFEH.CODETRIPRGPROC FARPUSHDSMOVAX, 0PUSHAXMOVAX,

14、 DATAMOVDS, AXXOR AL, AL12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 TriDwn: OUT AddDA0832, AL ；線(xiàn)性下降段 INC AL CMP AL, 0H JNZ TriDwn ；若未完，則轉(zhuǎn)TriDwnTriUp: OUT AddDA0832, AL ；線(xiàn)性上升段 DEC AL CMP AL, 0H JNZ TriUp ；若未完，則TriUp JMP TriDwn ；若已完，則循環(huán)TRIPRGENDP END12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 3）方波程序.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAddDA0832DBFE

15、H.CODESQUPRGPROC FARPUSHDSMOVAX, 0PUSHAXMOVAX, DATAMOVDS, AXSquStrt: MOV AL, 33HOUT AddDA0832, AL ；置上限電平12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 CALL DLYPRG ；形成方波頂寬MOV AL, 0FFHOUT AddDA0832, AL ；置下限電平CALL DLYPRG ；形成方波底寬JMP SquStrt ；循環(huán)SQUPRGENDPDLYPRGPROCMOVBX, 40；延時(shí)子程序DLA:DECBXJNEDLADLYPRGENDPEND12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連

16、接應(yīng)用舉例 例12-2 DAC 1210的12位數(shù)據(jù)線(xiàn)與8位數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連時(shí)，可將DAC 1210輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)的高8位DI11DI4與8086CPU的數(shù)據(jù)總線(xiàn)DB7DB0相連；而其低位DI3DI0也接至8086CPU數(shù)據(jù)總線(xiàn)的DB7DB4上，12位的數(shù)據(jù)輸入應(yīng)由兩次寫(xiě)入操作完成，如圖12-11所示。設(shè)DAC 1210占用了0250H0252H三個(gè)端口地址，為使兩次數(shù)據(jù)輸入端口地址是先偶（0250H）后奇（0251H），與其它編程習(xí)慣一致，將A0地址線(xiàn)經(jīng)反相驅(qū)動(dòng)器接至B1/B2端。12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 2. 16位D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的接口 12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微

17、處理器連接應(yīng)用舉例 程序： ;設(shè)BX寄存器中低12位為待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量.MODEL SMALL.STACK 100.DATA12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 Add0DA1210 DW250HAdd1DA1210 DW251HAdd2DA1210 DW252H .CODEDAC1210PRG PROCFARPUSHDSMOVAX, 0PUSHAXMOVAX, DATAMOVDS, AX12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 MOVDX, Add0DA1210；DAC 1210的基地址MOVCL, 04SHLBX, CL；BX中的12位數(shù)左移4位MOVAL, BH；高8位

18、數(shù)(AL)OUTDX, AL；寫(xiě)入高8位INCDX；修改DAC 1210端口地址MOVAL, BL；低4位數(shù)(AL)OUTDX, AL；寫(xiě)入低4位INCDX；修改DAC 1210端口地址OUTDX, AL；啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換DAC1210PRG ENDPEND12.2.4 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 模擬信號(hào)的大小隨著時(shí)間不斷地變化。為了通過(guò)轉(zhuǎn)換得到確定的值，對(duì)連續(xù)變化的模擬量按一定的規(guī)律和周期取出其中的某一瞬時(shí)值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個(gè)值稱(chēng)為采樣值。香農(nóng)定理表明：采樣頻率一般高于或至少等于輸入信號(hào)最高頻率的2倍，實(shí)際應(yīng)用中，采樣頻率可以達(dá)到信號(hào)最高頻率的4倍8倍。 12.3.1 信號(hào)變換中的采樣、

19、量化和 編碼12.3 A/D轉(zhuǎn)換器 1. 采樣 2. 量化 量化是把采樣值取整為最小單位的整數(shù)倍，這個(gè)最小單位稱(chēng)為量化單位。它等于輸入信號(hào)的最大范圍/數(shù)字量的最大范圍，對(duì)應(yīng)于數(shù)字量1。12.3.1 信號(hào)變換中的采樣、量化和編碼 2. 量化 量化是把采樣值取整為最小單位的整數(shù)倍，這個(gè)最小單位稱(chēng)為量化單位。它等于輸入信號(hào)的最大范圍/數(shù)字量的最大范圍，對(duì)應(yīng)于數(shù)字量1。3. 編碼 量化得到的數(shù)值通常用二進(jìn)制表示，對(duì)有正負(fù)極性（雙極性）的模擬量一般采用偏移碼表示，數(shù)值為負(fù)時(shí)符號(hào)位為0，為正時(shí)符號(hào)位為1。12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理12.3 A/D轉(zhuǎn)換器 逐次逼近法電壓頻率（V/F）轉(zhuǎn)換法雙積分法

20、轉(zhuǎn)換方法逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器V/F轉(zhuǎn)換器-法-型A/D轉(zhuǎn)換器12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 1. 逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器 思想：A/D轉(zhuǎn)換是在逐次比較過(guò)程中形成，形成的數(shù)字量存放在N位寄存器中，先形成最高位，然后是次高位，一位位地，最后形成最低位 “控制電路”工作后便使“N位寄存器”中最高位置“1”而其余位清零，“N位D/A轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)”根據(jù)“N位寄存器”中內(nèi)容產(chǎn)生Vc電壓，其值為滿(mǎn)量程Vx的一半，并送入比較器進(jìn)行比較若VxVc，則比較器輸出邏輯“1”，通過(guò)“控制電路”使“N位寄存器”中最高位的“1”保留，次高位再置1，繼續(xù)比較若Vx Vc，最高位清0，保留次高位保留

21、1，重復(fù)上述比較過(guò)程后當(dāng)Vx=Vc時(shí)，這樣，A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量就形成了， “N位寄存器”中得到和模擬電壓V相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量 過(guò)程： 12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 特點(diǎn)：（1）轉(zhuǎn)換速度快，在1100s以?xún)?nèi)，分辨率可以達(dá)18位，特別適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，不隨輸入信號(hào)的變化而變化。（3）抗干擾能力相對(duì)積分型的差。-型A/D轉(zhuǎn)換器是一種高精度轉(zhuǎn)換器，其原理框圖如圖12-14所示，由模擬和數(shù)字兩大部分組成。該類(lèi)型的轉(zhuǎn)換器主要通過(guò)模擬信號(hào)的數(shù)字化和量化噪聲的處理實(shí)現(xiàn)的。 12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 2. -型A/D轉(zhuǎn)換器 模擬信號(hào)的量化過(guò)程：輸入信號(hào)X與反饋信號(hào)W反相求和

22、，得到量化的誤差信號(hào)B，經(jīng)積分器積分，輸出的信號(hào)C輸入至量化器進(jìn)行量化，得到由0和1組成的數(shù)字序列D，數(shù)字序列D又經(jīng)過(guò)一位的DAC轉(zhuǎn)換器反饋至求和節(jié)點(diǎn)，形成閉合的反饋環(huán)路。反饋環(huán)路將強(qiáng)迫輸出數(shù)字系列D對(duì)應(yīng)的模擬平均值等于輸入信號(hào)的采樣X(jué)的平均值。量化過(guò)程可能帶來(lái)量化噪聲，量化噪聲的引入制約了轉(zhuǎn)換精度。12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 -型A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)量化噪聲的處理是由數(shù)字低通濾波器完成的，其作用是實(shí)現(xiàn)低通濾波和減取樣的功能。-型A/D轉(zhuǎn)換器屬于過(guò)采樣轉(zhuǎn)換器，是目前精度最高的一種轉(zhuǎn)換器，具有高分辨率、高性?xún)r(jià)比和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 3. 雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器

23、由積分器、檢零比較器、計(jì)數(shù)器、控制邏輯和時(shí)鐘信號(hào)等組成。雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器有兩個(gè)輸入電壓：一個(gè)是被測(cè)模擬量輸入電壓，一個(gè)是標(biāo)準(zhǔn)電壓。12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 電路先對(duì)未知的輸入電壓進(jìn)行固定時(shí)間的積分，然后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回到初始值，則對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行積分的時(shí)間T正比于輸入模擬電壓，輸入電壓越大，則反向積分時(shí)間越長(zhǎng)。用高頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖來(lái)測(cè)量這個(gè)時(shí)間，反向積分過(guò)程中對(duì)脈沖的計(jì)數(shù)值就是對(duì)應(yīng)于輸入模擬電壓的數(shù)字量思路： 能消除干擾和電源噪聲，精度高，速度慢 主要用于數(shù)字式測(cè)量?jī)x表中特點(diǎn)： 12.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理 具有良好的精度、線(xiàn)性度和積分輸入特

24、性，能提供其他類(lèi)型轉(zhuǎn)換器無(wú)法達(dá)到的性能特點(diǎn)： V/F轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)接口的優(yōu)點(diǎn)：接口簡(jiǎn)單，占用計(jì)算機(jī)接口少；頻率信號(hào)輸入靈活；抗干擾性能好；便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)取Ｒ虼嗽谝恍┓强焖龠^(guò)程的前向通道中，愈來(lái)愈趨向使用V/F轉(zhuǎn)換來(lái)代替通常的A/D轉(zhuǎn)換 12.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)12.3 A/D轉(zhuǎn)換器 轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值 實(shí)際上分辨率就等于1LSB=1/2n 滿(mǎn)刻度值，其中n為A/D轉(zhuǎn)換器的位數(shù) 分辨率通常用位數(shù)表示，如8位、10位、12位等1. 分辨率 如：對(duì)于一個(gè)10位轉(zhuǎn)換器的分辨率為1/1024，顯然，位數(shù)越多，分辨率就越高 指對(duì)應(yīng)于一個(gè)給定的數(shù)字量的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬量

25、輸入之差 實(shí)際上對(duì)應(yīng)于同一個(gè)數(shù)字量其模擬量輸入不是固定值，而是一個(gè)范圍 絕對(duì)誤差與滿(mǎn)量程之比，一般用“%”來(lái)表示 （2）相對(duì)精度 （1）絕對(duì)精度 如：一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換電路，理論上5V應(yīng)對(duì)應(yīng)數(shù)字量80H 實(shí)際上4.997V到4.999V都將產(chǎn)生數(shù)字量80H，則絕對(duì)誤差將是 (4.997+4.999)/2 5 = - 2mV12.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 2. 精度 12.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，即由發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)開(kāi)始有效的時(shí)間間隔。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)稱(chēng)為轉(zhuǎn)換速率。 3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間 電源靈敏度是指A/D轉(zhuǎn)換芯片的供電電源的電壓發(fā)生變化時(shí)，

26、產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差。一般用電源電壓變化1%時(shí)相當(dāng)?shù)哪M量變化的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。4. 電源靈敏度12.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 量程是指所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分單極性、雙極性?xún)煞N類(lèi)型。例如，單極性：量程為0+5V，0+10V，0+20V；雙極性：量程為5+5V，10+10V。5. 量程 多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出邏輯電平與TTL電平兼容。在考慮數(shù)字量輸出與微處理器的數(shù)據(jù)總線(xiàn)接口時(shí)，應(yīng)注意是否要三態(tài)邏輯輸出、是否要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存等。6. 輸出邏輯電平 12.3.3 A/D轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 由于溫度會(huì)對(duì)比較器、運(yùn)算放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)生影響，故只在一定的溫度范圍內(nèi)才能保證額定精度指標(biāo)。一般A/D轉(zhuǎn)

27、換器的工作溫度范圍為（070），軍用品的工作溫度范圍為（55+125）。7. 工作溫度范圍 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片12.3 A/D轉(zhuǎn)換器 是一種8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。1. ADC0809ADC0809的性能指標(biāo)：分辨率：8位時(shí)鐘頻率：500640kHz轉(zhuǎn)換時(shí)間：100s未經(jīng)調(diào)整誤差：1/2LSB和1LSB模擬量輸入電壓范圍：05V功耗：15mW12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 ADC0809由八路模擬開(kāi)關(guān)、地址鎖存與譯碼器、比較器、256電阻階梯、樹(shù)狀開(kāi)關(guān)、逐次逼近式寄存器SAR、控制電路和三態(tài)輸出鎖存器等組成 （1）內(nèi)部結(jié)構(gòu)12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 八路模

28、擬開(kāi)關(guān)及地址鎖存與譯碼器 八路模擬開(kāi)關(guān)用于輸入IN0IN7上八路模擬電壓。地址鎖存和譯碼器在ALE信號(hào)控制下可以鎖存ADDA、ADDB和ADDC上地址信號(hào)，經(jīng)譯碼后選擇IN0IN7上哪一路模擬電壓送入比較器 256電阻階梯和樹(shù)狀開(kāi)關(guān)2VSTD010011.5 RABCDRGNDR0.5 R VREF4 V2.5 V1.5 V0.5 V0 VD11012.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 三態(tài)輸出鎖存器和控制電路 三態(tài)輸出鎖存器用于鎖存A/D轉(zhuǎn)換完成后的數(shù)字量 CPU使OE引腳變?yōu)楦唠娖骄涂梢詮摹叭龖B(tài)輸出鎖存器”取走A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 逐次逼近寄存器 SAR在A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程中存放暫態(tài)數(shù)字量，在A

29、/D轉(zhuǎn)換完成后存的放對(duì)應(yīng)輸入電壓V數(shù)字量，并可送到“三態(tài)輸出鎖存器” 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 （2）ADC0809START：“啟動(dòng)脈沖”輸入線(xiàn)，該線(xiàn)上正脈沖由CPU送來(lái)，寬度應(yīng)大于100ns，上升沿清零SAR，下降沿啟動(dòng)ADC工作 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 CLOCK：時(shí)鐘輸入線(xiàn)，用于為ADC0809提供逐次比較所需時(shí)鐘脈沖序列，輸入范圍101280KHz，通常應(yīng) 用值：500640KHz，當(dāng)時(shí)鐘=640KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間100s。 通常由ALE分頻后提供Vref(+)和Vref(-)：參考電壓輸入線(xiàn)，用于給電阻階梯網(wǎng)絡(luò)供給標(biāo)準(zhǔn)電壓。 Vref(+)常和Vcc相連，

30、 Vref(-) 常接地EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束輸出線(xiàn)，該線(xiàn)上高電平表示A/D轉(zhuǎn)換已結(jié)束，數(shù)字量已鎖入“三態(tài)輸出所存器”。可用做中斷輸入，也可供查詢(xún)OE：“輸出允許”線(xiàn)，高電平時(shí)能使2-12-8引腳上輸出轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 （3）ADC0809的時(shí)序是12位逐次逼近式的ADC芯片。12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 2. AD574A特點(diǎn)：轉(zhuǎn)換時(shí)間為2535s?？蛇M(jìn)行12位轉(zhuǎn)換，也可作8位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接12位輸出，也可先輸出高8位，后輸出低4位。輸入可設(shè)置成單極性，也可設(shè)置成雙極性。片內(nèi)有時(shí)鐘電路，無(wú)需加外部時(shí)鐘。 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 （1）

31、AD574A的引腳12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 （2）AD574A的控制邏輯和時(shí)序 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 AD574A的模擬量可為單極性和雙極性，單極性的輸入電壓范圍為0+10V或0+20V；雙極性的輸入電壓范圍為5+5V或10+10V。 （3）單極性與雙極性的輸入方式12.3.4 典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片 圖12-23為ADC 0809芯片通過(guò)并行接口8255與CPU（8088）的接口。ADC 0809的輸出數(shù)據(jù)通過(guò)8255的PA口輸入給CPU，而地址譯碼信號(hào)ADDA、ADDB和ADDC以及地址鎖存信號(hào)ALE由8255的PB口的PB

32、3PB0提供。A/D轉(zhuǎn)換的狀態(tài)信息EOC則由PC4輸入。 12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接 應(yīng)用舉例 12.3 A/D轉(zhuǎn)換器 1. 8位A/D轉(zhuǎn)換芯片與CPU接口舉例 12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 分析：首先確定數(shù)據(jù)的輸入方式，選擇8255A的工作方式。在本例中，假定以查詢(xún)方式讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，則可設(shè)定8255A的PA口為輸入，PB口為輸出，均為方式0，PC4為輸入；由圖12-23所示，8255A四個(gè)端口地址為FFFCH, FFFDH, FFFEH, FFFFH。 12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 .MODEL SMALL.STACK 100.

33、DATAAdd8255PA DWFFFCHAdd8255PB DWFFFDHAdd8255PC DWFFFEHAdd8255CT DWFFFFH .CODEADC0809PRG PROCFARPUSHDSMOVAX, 0PUSHAXMOVAX, DATAMOVDS, AX12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 程序：MOVAL, 98H;8255A工作方式設(shè)定MOVDX, Add8255CT;8255A控制端口地址OUTDX, AL;送8255A方式字MOVAL, 0BH;選IN3端和ALE信號(hào)MOVDX, Add8255PB;8255A的PB口地址OUTDX, AL;送IN3通道地

34、址MOVAL, 1BH;STARTPB4=1OUTDX, AL;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換MOVAL, 0BH OUTDX, AL;STARTPB4=0MOVDX, Add8255PC;8255A的PC口地址TEST:INAL, DX;讀C口狀態(tài)ANDAL, 10H;檢測(cè)EOC狀態(tài)JZTEST;如未轉(zhuǎn)換完，再測(cè)試;轉(zhuǎn)換完則繼續(xù)12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 MOVDX, Add8255PA;8255A的PA口地址INAL, DX;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC0809PRG ENDPEND12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 若采用中斷方式讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，其他條件不變，具體連線(xiàn)如圖

35、12-25。8259A兩個(gè)端口地址為FFFEH, FFFFH 程序：.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAdd8255PA DWFFFCHAdd8255PB DWFFFDH12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 Add8255PC DWFFFEHAdd8255CT DWFFFFHAdd8259EA DWFFFEHAdd8259OA DWFFFFH .CODEADC0809PRGPROCFARPUSHDSMOVAX, 0PUSHAXMOVAX, DATAMOVDS, AXMOVAL, 90H; 8255A工作方式設(shè)定MOVDX, Add8255CT;8255A控制字端

36、口地址OUTDX, AL;送8255A方式字12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 MOVAL, 0BH;選IN3輸入端和地址鎖存信號(hào)MOVDX, Add8255PB;8255A的PB口地址OUTDX, AL;送IN3通道地址MOVDX, Add8259EAMOVAL, 13HOUTDX, ALMOVDX, Add8259OAMOVAL, 40HOUTDX, ALMOVAL, 03HOUTDX, ALMOVAL, 0FBHOUTDX, ALMOVDX, Add8255PB;8255A的PB口地址MOVAL, 1BH;STARTPB4=1OUTDX,AL;啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 ;初始化8259AMOVAL, 0BHOUTDX, AL;STARTPB4=0WAIT:STIJMPWAIT;等中斷或者繼續(xù)執(zhí)行其他程序ADC0809PRGENDPEND12.3.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例 當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC變高電平滿(mǎn)足中斷條件，向CPU發(fā)中斷申請(qǐng)，如果CPU允許中斷則進(jìn)入中斷服務(wù)程序（主體部分）：MOVDX, Add8255PA;8255A的A口地址