模擬量的輸入輸出課件

1、第8章 模擬量的輸入輸出1第8章 節(jié) 目 錄8.1 模擬量的輸入輸出通道8.2 數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器8.3 模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器章2第8章作業(yè)8.10; 8.14章3 模擬量I/O接口的作用：實際工業(yè)生產(chǎn)環(huán)境連續(xù)變化的模擬量 例如：電壓、電流、壓力、溫度、位移、流量 計算機(jī)內(nèi)部離散的數(shù)字量二進(jìn)制數(shù)、十進(jìn)制數(shù)工業(yè)生產(chǎn)過程的閉環(huán)控制 概 述 模擬量D/A傳感器執(zhí)行元件A/D數(shù)字量數(shù)字量模擬量模擬量輸入(數(shù)據(jù)采集)模擬量輸出(過程控制)計算機(jī)4 8.1 模擬量I/O通道的組成模擬接口電路的任務(wù)模擬電路的任務(wù)0010110110101100工業(yè)生產(chǎn)過程傳感器放大濾波多路轉(zhuǎn)換&采樣保持A/D轉(zhuǎn)換放大

2、驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換輸出接口微型計算機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入接口物理量變換信號處理信號變換I/O接口整形濾波5模擬量輸出通道D/A變換器（D/A Converter） 數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量低通濾波 平滑輸出波形放大驅(qū)動 提供足夠的驅(qū)動電壓，電流節(jié)78.2 數(shù)/模（D/A）變換器8.2.1 D/A變換器的技術(shù)指標(biāo)分辨率（Resolution） 輸入的二進(jìn)制數(shù)每1個最低有效位(LSB)使輸出變化的程度。 一般用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示: 如8位、10位例：一個滿量程為5V的10位DAC，1 LSB的變化將使輸出變化 5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV8轉(zhuǎn)換時間從開始轉(zhuǎn)換到與滿量程值相差

3、1/2 LSB所對應(yīng)的模擬量所需要的時間tV1/2 LSBtCVFULLD/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)108.2.2 典型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器 T型電阻網(wǎng)絡(luò) 差動電流輸出11DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)12工作時序D/A轉(zhuǎn)換可分為兩個階段：/CS=0、/WR1=0、ILE=1，使輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器；/WR2=0、/XFER=0，數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器，并開始轉(zhuǎn)換。寫輸入寄存器寫DAC寄存器14工作方式單緩沖方式 使輸入鎖存器或DAC寄存器二者之一處于直通。 CPU只需一次寫入即開始轉(zhuǎn)換?？刂票容^簡單。151718雙緩沖方式同步轉(zhuǎn)換舉例A10-A0譯碼器0832-1

4、0832-2port1port2port319雙緩沖方式的程序段示例MOV AL，data1 ; 要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送ALMOV DX，port1 ; 0832-1的輸入寄存器地址送DXOUT DX，AL ; 數(shù)據(jù)送0832-1的輸入寄存器MOV AL，data2 ; 要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)送ALMOV DX，port2 ; 0832-2輸入寄存器地址送DXOUT DX，AL ; 數(shù)據(jù)送0832-2的輸入寄存器MOV DX，port3 ; DAC寄存器端口地址送DXOUT DX，AL ; 數(shù)據(jù)送DAC寄存器，并啟動同步轉(zhuǎn)換HLT20直通方式/CS=0、/WR1=0、ILE=1 /WR2=0、/XFER=0 特

5、點：0832一直處于轉(zhuǎn)換狀態(tài)，模擬輸出始終跟蹤數(shù)據(jù)輸入的變化。0021D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用函數(shù)發(fā)生器只要往D/A轉(zhuǎn)換器寫入按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可在輸出端獲得正弦波、三角波、鋸齒波、方波、階梯波、梯形波等函數(shù)波形。直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制。22 MOD DX，278H MOV AL，0NEXT：OUT DX，AL DEC AL JMP NEXT反向鋸齒波正向鋸齒波？節(jié)248.3 模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器用途將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便于計算機(jī)進(jìn)行處理。常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。類型計數(shù)型A/D變換器雙積分型A/D變換器逐位反饋型A/D變換器 25主要技術(shù)指標(biāo)精度 量化間隔(分辨率) = Vmax/電

6、平數(shù)(即滿量程值) 例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，則其分辨率為 5V/255=19.6mV 量化誤差: 用數(shù)字（離散）量表示連續(xù)量時，由于數(shù)字量字長有限而無法精確地表示連續(xù)量所造成的誤差。(字長越長，精度越高)27主要技術(shù)指標(biāo)（續(xù)）轉(zhuǎn)換時間：轉(zhuǎn)換一次需要的時間。精度越高（字長越長），轉(zhuǎn)換速度越慢。輸入動態(tài)范圍：允許轉(zhuǎn)換的電壓的范圍。如05V、010V等。絕對量化誤差 = 量化間隔/2 = (滿量程電壓/(2n-1)/2相對量化誤差 = 1/2 * 1/量化電平數(shù)目 * 100%例：滿量程電壓=10V，A/D變換器位數(shù)=10位，則 絕對量化誤差 10/211 = 4.88mV 相對量化誤差

7、 1/211 *100% = 0.049%28典型的A/D轉(zhuǎn)換器簡介ADC08098通道（8路）輸入8位字長 逐位逼近型轉(zhuǎn)換時間100s 內(nèi)置三態(tài)輸出緩沖器29引腳功能 D7D0：輸出數(shù)據(jù)線（三態(tài)）IN0IN7：8通道（路）模擬輸入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址（通道選擇）ALE：通道地址鎖存START：啟動轉(zhuǎn)換EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束，可用于查詢或作為中斷申請OE：輸出允許（打開輸出三態(tài)門）CLK：時鐘輸入（10KHz1.2MHz）VREF(+)、VREF(-)：基準(zhǔn)參考電壓30ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-)ADDCADDBADD

8、AALEIN0IN7比較器8路模擬開關(guān)逐位逼近寄存器SAR樹狀開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)三態(tài)輸出鎖存器時序與控制地址鎖存及譯碼D/A8個模擬輸入通道8選131工作時序 32ADC0809的工作過程根據(jù)時序圖，ADC0809的工作過程如下： 把通道地址送到ADDAADDC上，選擇模擬輸入； 在通道地址信號有效期間，ALE上的上升沿將該地址鎖存到內(nèi)部地址鎖存器； START引腳上的下降沿啟動A/D變換； 變換開始后，EOC引腳呈現(xiàn)低電平， EOC重新變?yōu)楦唠娖綍r表示轉(zhuǎn)換結(jié)束； OE信號打開輸出鎖存器的三態(tài)門送出結(jié)果 。33ADC0809與系統(tǒng)的連接 模擬輸入端INi單路輸入模擬信號可固定連接到任何一個輸入端地址

9、線根據(jù)輸入線編號固定連接(高電平或低電平)多路輸入時ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入0輸入1輸入2輸入3輸入4CPU指定通道號單路輸入時ADDCADDBADDAIN4ADC0809輸入+5V多路輸入模擬信號按順序分別連接到輸入端要轉(zhuǎn)換哪一路輸入，將其編號送到地址線上(動態(tài)選擇)34地址線ADDA-ADDC多路輸入時，通過一個接口芯片與數(shù)據(jù)總線連接。接口芯片可以選用：鎖存器74LS273，74LS373等（要占用一個I/O地址）可編程并行接口8255（要占用四個I/O地址）CPU用一條OUT指令把通道地址通過接口芯片送給0809ADDCADDBADDAIN

10、0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入DB74LS273Q2Q1Q0CP來自I/O譯碼D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0/CS來自I/O譯碼D0-D7A1A0A1A035數(shù)據(jù)輸出線D0-D7內(nèi)部已接有三態(tài)門，故可直接連到DB上也可另外通過一個輸入接口與DB相連上述兩種方法均需占用一個I/O地址D0-D7ADC0809DBOE來自I/O譯碼直接連DBD0-D7ADC0809DBOE來自I/O譯碼通過輸入接口連DB74LS244+5VDIDO/E1/E236地址鎖存ALE和啟動轉(zhuǎn)換START 獨立連接：用兩個信號分別進(jìn)行控制需占用兩個I/O端口或兩個I/O線(用8255時)； 統(tǒng)一連接：用一個脈沖信號的上升沿進(jìn)行地址鎖存，下降沿實現(xiàn)啟動轉(zhuǎn)換只需占用一個I/O端口或一個I/O線(用8255時) 。 ADC0809ALESTART獨立連接來自I/O譯碼1來自I/O譯碼2ADC0809ALESTART統(tǒng)一連接來自I/O譯碼37 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC軟件延時等待(比如延時1ms)不用EOC信號CPU效率最低軟件查詢EOC狀