wjyl12數(shù)模轉(zhuǎn)換及模數(shù)轉(zhuǎn)換接口

數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口第12章1主要內(nèi)容：D/A轉(zhuǎn)換器的引腳、連接及編程A/D轉(zhuǎn)換器的引腳、連接及編程212.1D/A轉(zhuǎn)換器接口模擬量I/O接口的作用：實(shí)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(jì)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3模擬量I/O接口的作用：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(jì)算機(jī)4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)換放大驅(qū)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換輸出接口微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入接口物理量變換信號(hào)處理信號(hào)變換I/O接口輸入通道輸出通道5模擬量的輸入通道傳感器（Transducer）

非電量→電壓、電流

變送器（Transformer）

轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)信號(hào)處理（SignalProcessing）

放大、整形、濾波

6模擬量的輸入通道多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（Multiplexer）多選一采樣保持電路（SampleHolder，S/H）保證變換時(shí)信號(hào)恒定不變A/D變換器（A/DConverter）模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量7模擬量的輸出通道D/A變換器（D/AConverter）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(dòng)

提供足夠的驅(qū)動(dòng)電壓，電流812.1.1數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器掌握：D/A變換器的工作原理D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)DAC0832的三種工作模式DAC0832的應(yīng)用9一、D/A轉(zhuǎn)換器的基本構(gòu)成

模擬開關(guān)

電阻網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算放大器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)VrefRf

模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)VO數(shù)字量∑10二、基本轉(zhuǎn)換原理運(yùn)放的放大倍數(shù)足夠大時(shí)，輸出電壓VO與輸入電壓Vin的關(guān)系為：VinRf

VO∑R

11基本變換原理若輸入端有n個(gè)支路,則輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關(guān)系為：VinRf

VO∑R1Rn…12基本變換原理令每個(gè)支路的輸入電阻為2iRf,并令Vin為一基準(zhǔn)電壓Vref，則有13基本變換原理如果每個(gè)支路由一個(gè)開關(guān)Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si斷開，則上式變換為若Si=1,該項(xiàng)對(duì)VO有貢獻(xiàn)；若Si=0,該項(xiàng)對(duì)VO無貢獻(xiàn)對(duì)應(yīng)的電路14權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf

VOS1S2S3S4S5S6S7S8這里，上式中的n=815基本變換原理如果用8位二進(jìn)制代碼來控制圖中的S1～S8(Di=1時(shí)Si閉合；Di=0時(shí)Si斷開)，則不同的二進(jìn)制代碼就對(duì)應(yīng)不同輸出電壓VO；當(dāng)代碼在0～FFH之間變化時(shí)，VO相應(yīng)地在0～-(255/256)Vref之間變化；為控制電阻網(wǎng)絡(luò)各支路電阻值的精度，實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換器采用R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)，它只用兩種阻值的電阻(R和2R)。16R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)17三、主要技術(shù)指標(biāo)分辨率（Resolution）輸入的二進(jìn)制數(shù)每±1個(gè)最低有效位(LSB)使輸出變化的程度?？捎幂斎霐?shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位等；也可用一個(gè)LSB使輸出變化的程度來表示。18分辯率例一個(gè)滿量程為5V的10位D/A變換器，±1LSB的變化將使輸出變化

5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV（LSB-LeastSignificantBit）19轉(zhuǎn)換精度（誤差）實(shí)際輸出值與理論值之間的最大偏差可用最小量化階⊿來度量：⊿=±1/2LSB也可用滿量程的百分比來度量：如0.05%FSR(FSR-FullScaleRange)20轉(zhuǎn)換時(shí)間從開始轉(zhuǎn)換到與滿量程值相差±1/2LSB所對(duì)應(yīng)的模擬量所需要的時(shí)間tV1/2LSBtCVFULL21四、典型的D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832特點(diǎn)：8位電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器T型電阻網(wǎng)絡(luò)差動(dòng)輸出22DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)23主要引腳功能輸入寄存器控制信號(hào)：D7～D0：輸入數(shù)據(jù)線ILE：輸入鎖存允許CS：片選信號(hào)WR1：寫輸入鎖存器24主要引腳功能用于DAC寄存器的控制信號(hào)：WR2：寫DAC寄存器XFER：允許輸入鎖存器的數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器25主要引腳功能其它引線：VREF：參考電壓。-10V～+10V，一般為+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A轉(zhuǎn)換差動(dòng)電流輸出。用于連接運(yùn)算放大器的輸入Rfb：內(nèi)部反饋電阻引腳，接運(yùn)放輸出AGND、DGND：模擬地和數(shù)字地26工作時(shí)序?qū)戄斎爰拇嫫鲗慏AC寄存器27工作模式單緩沖模式雙緩沖模式無緩沖模式28單緩沖模式使輸入鎖存器或DAC寄存器二者之一處于直通，即芯片只占用一個(gè)端口地址。CPU只需一次寫入即開始轉(zhuǎn)換。寫入數(shù)據(jù)的程序?yàn)椋?/p>

MOVDX，PORTMOVAL，DATAOUTDX，AL與系統(tǒng)的連接見教材p352圖29雙緩沖模式（標(biāo)準(zhǔn)模式）對(duì)輸入寄存器和DAC寄存器均需控制；當(dāng)輸入寄存器控制信號(hào)有效時(shí)，數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器中；再在DAC寄存器控制信號(hào)有效時(shí)，數(shù)據(jù)才寫入DAC寄存器，并啟動(dòng)變換；此時(shí)芯片占用兩個(gè)端口地址；優(yōu)點(diǎn)：數(shù)據(jù)接收與D/A轉(zhuǎn)換可異步進(jìn)行；可實(shí)現(xiàn)多個(gè)DAC同步轉(zhuǎn)換輸出

分時(shí)寫入、同步轉(zhuǎn)換。30雙緩沖模式同步轉(zhuǎn)換例譯碼器A10-A00832-10832-2port1port2port331MOVAL，data

MOVDX，port1

0832-1的輸入寄存器地址OUTDX，ALMOVDX，port2

0832-2的輸入寄存器地址OUTDX，ALMOVDX，port3

DAC寄存器地址OUTDX，ALHLT雙緩沖模式的數(shù)據(jù)寫入程序32無緩沖器模式使內(nèi)部的兩個(gè)寄存器都處于直通狀態(tài)。模擬輸出始終跟隨輸入變化。不能直接與數(shù)據(jù)總線連接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。33五、D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用

信號(hào)發(fā)生器

用于閉環(huán)控制系統(tǒng)向D/A轉(zhuǎn)換器寫入某種按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可在輸出端獲得相應(yīng)的各種波形3412.2模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器掌握：A/D轉(zhuǎn)換器的一般工作原理；A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)；A/D轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用與系統(tǒng)的連接數(shù)據(jù)采集程序的編寫35（A/D）轉(zhuǎn)換器用途用于將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的裝置，簡(jiǎn)稱ADC，是模擬系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的接口部件。36（A/D）轉(zhuǎn)換器類型計(jì)數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器

-------速度慢、價(jià)格低，適用于慢速系統(tǒng)雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器

-------分辯率高、抗干擾性好、轉(zhuǎn)換速度慢，適用于中速系統(tǒng)逐位反饋型A/D轉(zhuǎn)換器

-------轉(zhuǎn)換精度高、速度快、抗干擾性差37一、A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理逐位反饋型A/D轉(zhuǎn)換器

類似天平稱重量時(shí)的嘗試法，逐步用砝碼的累積重量去逼近被稱物體。38二、主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換精度

量化誤差非線性誤差其它誤差總誤差=各誤差的均方根39量化間隔一個(gè)最低有效位對(duì)應(yīng)的模擬量，即△=Vmax/（2n-1）例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，則其分辨率為：5V/255=19.6mV40量化誤差絕對(duì)量化誤差=1/2△相對(duì)量化誤差=（1/2）х1LSBх100%例：設(shè)滿量程電壓=10V，A/D變換器位數(shù)=10位，則：絕對(duì)量化誤差≈10/211=4.88mV相對(duì)量化誤差≈1/211*100%=0.049%41轉(zhuǎn)換時(shí)間實(shí)現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換需要的時(shí)間。精度越高（字長(zhǎng)越長(zhǎng)），轉(zhuǎn)換速度越慢。42輸入動(dòng)態(tài)范圍允許轉(zhuǎn)換的電壓的范圍。如0～5V、0～10V等。43三、典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809：P3208通道（8路）輸入8位字長(zhǎng)逐位逼近型轉(zhuǎn)換時(shí)間100μs內(nèi)置三態(tài)輸出緩沖器44主要引腳功能D7～D0：輸出數(shù)據(jù)線（三態(tài)）IN0～I(xiàn)N7：8通道（路）模擬輸入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址ALE：通道地址鎖存START：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)輸出OE：輸出允許（打開輸出三態(tài)門）CLK：時(shí)鐘輸入（10KHz～1.2MHz）45內(nèi)部結(jié)構(gòu)P321STARTEOCCLKOED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7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(shí)序與控制地址鎖存及譯碼D/A8個(gè)模擬輸入通道8選146工作時(shí)序47ADC0809的工作過程由時(shí)序圖知ADC0809的工作過程如下：送通道地址，以選擇要轉(zhuǎn)換的模擬輸入；鎖存通道地址到內(nèi)部地址鎖存器；啟動(dòng)A/D變換；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果48ADC0809的應(yīng)用芯片與系統(tǒng)的連接編寫相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集程序49芯片與系統(tǒng)的連接模擬輸入端Ini：?jiǎn)温份斎攵嗦份斎雴温份斎霑r(shí)ADDCADDBADDAIN4ADC0809輸入多路輸入時(shí)ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入0輸入1輸入2輸入3輸入4CPU指定通道號(hào)+5V50通道地址線ADDA-ADDC的連接多路輸入時(shí)，地址線不能接死，要通過一個(gè)接口芯片與數(shù)據(jù)總線連接。接口芯片可以選用：簡(jiǎn)單接口芯片74LS273，74LS373等（占用一個(gè)I/O地址）可編程并行接口8255（占用四個(gè)I/O地址）ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入DB74LS273Q2Q1Q0CP來自I/O譯碼D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#來自I/O譯碼D0-D7A1A0A1A051數(shù)據(jù)輸出線D0-D7的連接可直接連到DB上，或通過另外一個(gè)輸入接口與DB相連；兩種方法均需占用一個(gè)I/O地址D0-D7ADC0809DBOE來自I/O譯碼D0-D7ADC0809DBOE來自I/O譯碼直接連DB通過輸入接口連DB74LS244+5VDIDOE1#E2#52ALE和START端的連接獨(dú)立連接：用兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行控制——需占用兩個(gè)I/O端口或兩個(gè)I/O線；統(tǒng)一連接：用一個(gè)脈沖信號(hào)的上升沿進(jìn)行地址鎖存，下降沿實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換——只需占用一個(gè)I/O端口或一個(gè)I/O線。ADC0809ALESTART獨(dú)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53判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束的方法軟件延時(shí)等待（比如延時(shí)1ms），此時(shí)不用EOC信號(hào)------CPU效率最低軟件查詢EOC狀態(tài)把EOC作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，接到8259的IR端在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，效率高EOC通過一個(gè)三態(tài)門連到數(shù)據(jù)總線的某個(gè)D端三態(tài)門占用一個(gè)I/O端口地址CPU效率低54ADC0809與系統(tǒng)的連接例D0IN0A15--A0IORIOWD7--D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA譯碼器ADC080955判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束的程序

用延時(shí)等待的方法