微機(jī)原理及應(yīng)用課件第8章

第8章

模擬接口電路2主要內(nèi)容：模擬量輸入輸出通道的組成D/A轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器一、模擬量的輸入輸出通道模擬量I/O通道：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接口輸入通道輸出通道變送器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)的電信號信號處理（SignalProcessing）放大、整形、濾波多路轉(zhuǎn)換開關(guān)（Multiplexer）多選一采樣保持電路（SampleHolder，S/H）保證變換時信號恒定不變A/D變換器（A/DConverter）模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量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)動提供足夠的驅(qū)動電壓，電流模擬量的輸出通道二、數(shù)/模（D/A）變換器7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81.D/A變換器的工作原理組成：模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)運(yùn)算放大器VrefRf

模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)VO數(shù)字量∑9基本變換原理當(dāng)運(yùn)放的放大倍數(shù)足夠大時，輸出電壓VO與輸入電壓Vin的關(guān)系為：VinRf

VO∑R

10基本變換原理若輸入端有n個支路,則輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關(guān)系為：VinRf

VO∑R1Rn…n=8的權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)設(shè)：Si=1表示Si合上，Si=0表示Si斷開，則：2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf

VOS1S2S3S4S5S6S7S8Rb

12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Si閉合；Di=0時Si斷開)，則不同的二進(jìn)制代碼就對應(yīng)不同輸出電壓VO；當(dāng)代碼在0～FFH之間變化時，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)。13實(shí)際的D/A轉(zhuǎn)換器

____R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)142.主要技術(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。分辨率表示方法：可用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位等；也可用一個LSB（LeastSignificantBit）使輸出變化的程度來表示。15分辯率例一個滿量程為5V的10位D/A變換器，±1LSB的變化所引起輸出模擬量的變化為：=0.04888V5/(210-1)=5/1023=48.88mV16轉(zhuǎn)換精度（誤差）實(shí)際輸出值與理論值之間的最大偏差影響轉(zhuǎn)換精度的因素：分辯率電源波動溫度變化┇17轉(zhuǎn)換時間從開始轉(zhuǎn)換到與滿量程值相差±1/2LSB所對應(yīng)的模擬量所需要的時間tV1/2LSBtCVFULL183.典型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)差動輸出19主要引腳功能輸入寄存器控制信號：D7～D0：輸入數(shù)據(jù)線ILE：輸入鎖存允許CS：片選信號WR1：寫輸入鎖存器DAC寄存器的控制信號：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20DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)21工作模式單緩沖模式雙緩沖模式無緩沖模式22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)椋篗OVDX，PORTMOVAL，DATAOUTDX，AL23雙緩沖模式（標(biāo)準(zhǔn)模式）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有效時，數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器中，并同時位于DAC寄存器的輸入端；在DAC寄存器控制信號有效時，數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器，并啟動變換。此時芯片占用兩個端口地址。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DAC同步轉(zhuǎn)換輸出。分時寫入同步轉(zhuǎn)換24工作時序?qū)戄斎爰拇嫫鲗慏AC寄存器25雙緩沖模式同步轉(zhuǎn)換例譯碼器A10-A00832-10832-2port1port2port326MOVAL，data

MOVDX，port1OUTDX，ALMOVDX，port2OUTDX，ALMOVDX，port3OUTDX，ALHLT雙緩沖模式的數(shù)據(jù)寫入程序0832-1的輸入寄存器地址0832-2的輸入寄存器地址DAC寄存器地址27無緩沖器模式使內(nèi)部的兩個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)。284.D/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用信號發(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)的各種波形三、模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器30要點(diǎn)：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31A/D轉(zhuǎn)換器用于將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的裝置，簡稱ADC，是模擬系統(tǒng)與計算機(jī)之間的接口部件。32A/D轉(zhuǎn)換器類型計數(shù)型A/D轉(zhuǎn)換器

-------速度慢、價格低，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331.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的嘗試法，逐步用砝碼的累積重量去逼近被稱物體342.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35量化間隔一個最低有效位對應(yīng)的模擬量△=Vmax/（2n-1）例：某8位ADC的滿量程電壓為5V，則其分辨率為：

5V/255=19.6mV36量化誤差絕對量化誤差絕對量化誤差=1/2△相對量化誤差相對量化誤差=（1/2）×△

×1%例：設(shè)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≈1/211*1%=0.049%37其他指標(biāo)轉(zhuǎn)換時間實(shí)現(xiàn)一次轉(zhuǎn)換需要的時間。精度越高（字長越長），轉(zhuǎn)換速度越慢。動態(tài)范圍允許轉(zhuǎn)換的電壓范圍383.典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片ADC0809：8通道（8路）輸入8位字長逐位逼近型轉(zhuǎn)換時間100μs內(nèi)置三態(tài)輸出緩沖器39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：啟動轉(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：時鐘輸入（10KHz～1.2MHz）40內(nèi)部結(jié)構(gòu)IN7IN08路模擬輸入通道STARTEOCCLKOED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALE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選141工作時序42ADC0809的工作過程由時序圖知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A/D變換；判斷轉(zhuǎn)換是否結(jié)束；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果43ADC0809的工作流程送通道地址通道地址鎖存啟動A/D變換轉(zhuǎn)換結(jié)束否？送OE開門信號讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果YN44判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束的方法軟件延時等待（比如延時120us）此時不用EOC信號，CPU效率最低軟件查詢EOC狀態(tài)。把EOC作為中斷申請信號，接到中斷控制器的IN端。在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果，效率較高45ADC0809的應(yīng)用硬件連接通常情況下A/D轉(zhuǎn)換器需要經(jīng)數(shù)字接口與系統(tǒng)連接數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計從數(shù)據(jù)采集到存儲ADC0809與系統(tǒng)的連接一般需通過數(shù)字接口與系統(tǒng)連接獲取轉(zhuǎn)換結(jié)果及狀態(tài)信息（EOC）需通過輸入接口選擇通道地址、輸出地址鎖存（ALE）及啟動變換（START）信號需通過輸出接口由于ALE和START信號的特點(diǎn)，通常將兩者并聯(lián)后，連接到數(shù)字輸出接口。46ALESTART輸出接口01ALE0STARTADC0809與系統(tǒng)的連接當(dāng)僅采集單路模擬量時此時通道可由硬件確定，系統(tǒng)無須輸出通道地址，則也無須地址鎖存。當(dāng)循環(huán)采集多路模擬量時系統(tǒng)須通過軟件方式循環(huán)輸出不同的通道地址，及相應(yīng)的地址鎖存信號。47工作時序ADC0809與系統(tǒng)的連接單路模擬量輸入：D0IN0A15--A0

D7--D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA譯碼器ADC0809數(shù)字I/O接口輸出接口IORIOW50ADC0809與系統(tǒng)的連接例D0IN0A15--