常見外設接口及應用4

8.4模擬輸入輸出接口術語解釋A/D轉換（模數(shù)轉換）:將模擬信號轉換為數(shù)字信號。D/A轉換（數(shù)模轉換）:將數(shù)字信號轉換為模擬信號。A/D轉換器（DAC

DigtaltoAnalogConverter）:將模擬信號轉換為數(shù)字信號的器件。D/A轉換器（ADC

AnalogtoDigtalConverter）:將數(shù)字信號轉換為模擬信號的器件。8.4模擬輸入輸出接口本章學習要求1.了解模擬輸入輸出系統(tǒng)。2.了解常用DAC和ADC的主要性能指標。3.掌握常用ADC和DAC接口芯片（DAC0832,ADC0809）的應用。4.結合已學第6章中的接口芯片,并能應用實際中如與8255,8254的綜合應用等.8.4.1模擬輸入輸出系統(tǒng)計算機測量控制系統(tǒng)計算機控制對象傳感器放大器濾波器A/DD/A放大器執(zhí)行部件8.4.2模擬輸出接口技術一、DAC工作原理二、DAC主要指標三、典型DAC芯片四、DAC接口技術五、應用舉例一、DAC工作原理1.運算放大器2.反相比例電路3.反相求和電路4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器1.集成運算放大器+-VoI-I+V+V-

V-

V+開環(huán)放大倍數(shù)

K

=Vo反相輸入端同相輸入端1.集成運算放大器集成運算放大器的特點：1.開環(huán)放大倍數(shù)非常大（105-107）。輸出Vo受電源電壓限制，絕對值一般在15V以下，故：兩輸入端的差值非常小，即:V+=V-(稱虛短路)2.輸入阻抗非常大。輸入端的電流非常小，即：

I+=I-=0（稱虛斷路）3.輸出阻抗非常小。輸出端驅動能力大，帶負載能力強。1.集成運算放大器理想運算放大器：1.開環(huán)放大倍數(shù)→∞。

V+=V-(稱虛短路)2.輸入阻抗→∞。

I+=I-=0（稱虛斷路）3.輸出阻抗=0。

實際的運算放大器非常接近理想運放大器。2.反相比例電路RoIf+-RiVoViIiI-I+V+V-反饋電阻2.反相比例電路反相比例電路特點：V-=V+=0(虛短路）：Ii=Vi

-V-Ri=Vi

RiIf=V-

-VoRo=Vo

RoI-=I+=0(虛斷路）：Ii=If+I-=If所以：即在理想運算放大器下，放大倍數(shù)與運放外部的電阻有關與運放本身的參數(shù)無關

RoIf+-RiVoViIiI-I+V+V-Vi

Ri=Vo

RoVoVi=

Ro

Ri3.反相求和電路+-RoVoIfI-I+V+V-R1I1R2I2R3I3R4V1V2V3V4I43.反相求和電路反相求和電路特點：+-RoVoIfI-I+V+V-R1I1R2I2R3I3R4V1V2V3V4I4I1+I2+I3+I4=If+I-=IfV1

R1+V2

R2+V3

R3+V4

R4=

Vo

RoVo

=-(Ro

R1V1+Ro

R2V2

+Ro

R3V3

+Ro

R4V4)4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器原理分析：D/A轉換器將數(shù)字量轉換成模擬量

輸入量是數(shù)字量，輸出量是模擬量。輸出量與輸入量應成比例關系，即：

Vo=D×Vi數(shù)字量D=Dn-1…D1…D0B=Dn-1×2n-1+…+D1×21+D0×20

將數(shù)字量的每一位按權值轉換為對應的模擬量，再將各模擬量相加，所得之和就是整個數(shù)字量對應的模擬量。4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器D/A轉換電路的組成：VREF基準電壓電阻網(wǎng)絡+-RoVo數(shù)字量輸入模擬開關運算放大器模擬量輸出4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器：數(shù)字量Vo+-RoVREFSn-1Dn-12RIn-1RSn-2Dn-22RIn-2RS1D12RI1RS0D02RI02RI=VREF/RI/21I/22I/2n-1I/2nIi模擬量模擬開關T型電阻網(wǎng)絡參考電壓4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器T型電阻網(wǎng)絡特點:只有R和2R兩種電阻;各節(jié)點向左和向上看的等效電阻均為2R;整個網(wǎng)絡的等效電阻為R。4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器若共有n條分支，各支電流Ij

為：In-1

=In-2

=VREF21RVREF22RI0

=121I=122I=I==2n-1VREF2nR=2n-2VREF2nR=20VREF

2nR12nVREF2nR4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器輸入數(shù)字量Dj控制模擬開關Sj：

當Dj

為0時，開關Sj

接地，支電流Ij

流向地；當Dj

為1時，開關Sj

接運放，支電流Ij流向運放。4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器流入運放的電流Ii

為各支電流之和：

Ii=Dn-1×In-1+Dn-2×In-2+…+D1×I1+D0×I0

=(Dn-1×2n-1+…+D1×21+D0×20)=DVREF2nRVREF2nR4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器輸出電壓

Vo=-Ii×Ro=-D=D×△

即輸出Vo與輸入數(shù)字量成正比。調整Ro

和VREF

可調整模擬輸出電壓Vo?！鳛樽畹臀粩?shù)字量變化時對應的模擬輸出增量=-VREFRo2nRVREFRo2nR4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器例：8位D/A轉換器如圖，基準電壓VREF=10V，Ro=R。4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器10

R28RVREFRo2nR分析△=-=-=-0.039V當數(shù)字量為00000000B時，Vo=0當數(shù)字量為00000001B時，Vo=1×

△=-0.039V當數(shù)字量為10000000B時，Vo=128×

△=-5V

當數(shù)字量為11111111B時，Vo=255×

△=-9.96V

基準電壓VREF=10V，Ro=R：

輸出電壓Vo=-Ii

×

Ro=-D=D×

△VREFRo2nR4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器注意：當數(shù)字量為全1時，輸出Vo并不等于VREFI/21I/22I/2n-1I/2n原因是4.T型電阻網(wǎng)絡式D/A轉換器數(shù)字輸入量模擬輸出量000001010011100101110111實際滿量程標稱滿量程

對單極性n位轉換器：上例中標稱滿量程

FS=2n×

△-10V實際滿量程

=(2n–1)×

△-9.96V

二、DAC主要指標1.分辨率2.轉換精度3.線性誤差4.建立時間5.轉換速率二、DAC主要指標1.分辨率

指D/A轉換器所能產(chǎn)生的最小模擬增量，是數(shù)字量最低有效位LSB所對應的模擬值△。10...00二、DAC主要指標

常用相對值（百分值）表示。分辨率=△

/

滿量程

=△

/

(

2n×

△)

=

1/

2n

也可直接用D/A轉換器的位數(shù)表示。如：8位D/A轉換器的分辨率為8位。

10位D/A轉換器的分辨率為10位。二、DAC主要指標

2.轉換精度指模擬輸出實際值與理想輸出值之間的偏差。用于衡量D/A轉換器將數(shù)字量轉換成模擬量時，所得模擬量的精確程度。數(shù)字量理想值實際值

00h0

-0.001V01h

-0.039V

-0.041V10h

-5V

-5.002VFFh

-9.96V

-9.968V二、DAC主要指標

注意：精度與分辨率是兩個不同的參數(shù)。

精度取決于D/A轉換器各個部件的制作誤差。

分辨率取決于D/A轉換器的位數(shù)。二、DAC主要指標

3.線性誤差理想情況下DAC的轉換特性應該是線性的，但實際上輸出特性并非是理想線性的。數(shù)字輸入量模擬輸出量實際滿量程標稱滿量程000001010011100101110111實際特性理想特性線性誤差將實際轉換特性偏離理想轉換特性的最大值稱為線性誤差。二、DAC主要指標4.建立時間指從數(shù)字輸入端發(fā)生變化(如從全“0”變?yōu)槿?”)

到模擬輸出達到穩(wěn)定(即終值±1/2LSB)所需的時間。

一般為幾十ns到幾個μs例

DAC0832為1μs00H

FFH0V

-9.96V二、DAC主要指標二、DAC主要指標

5.轉換速率指大信號工作狀態(tài)下，模擬輸出電壓的最大變化速度。主要取決于運算放大器的參數(shù)。單位V/μs建立時間越大，轉換速率越低。應用時，應選擇轉換速率大于數(shù)字輸入信號變化率。-5.0V

-9.96V三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位并行、中速(建立時間1us)、電流型、低廉。

20個引腳、雙列直插式三、典型DAC芯片-DAC0832芯片DAC0832結構框圖:

它由一個8位輸入寄存器、一個8位DAC寄存器和一個8位D/A轉換器三大部分組成，D/A轉換器采用了T型R-2R電阻網(wǎng)絡。8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFB三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBVREF：參考電壓輸入。一般此端外接一個精確、穩(wěn)定的電壓基準源。UREF可在-10V至+10V范圍內選擇。VCC：芯片電源電壓（一般取+5V～+15V）。三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBDGND：數(shù)字地，是控制電路中各種數(shù)字電路的零電位。AGND：模擬地，是放大器、A/D和D/A轉換器中模擬電路的零電位。

任何導線都可以被理解成電阻，因此，盡管連在一起的“地”，其各個位置上的電壓也并非一致的，對于數(shù)字電路，由于噪聲容限較高，通常是不需要考慮“地”的形式的，但對于模擬電路而言，這個不同地方的“地”對測量的精度是構成影響的，因此，通常是把數(shù)字電路部分的地和模擬部分的地分開布線，只在板中的一點把它們連接起來。三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBDI7～DI0：數(shù)字量輸入信號。其中DI0為最低位，DI7為最高位。Rfb：反饋電阻引出端,此端可接運算放大器輸出端。三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBIOUT1：DAC輸出電流1。當DAC鎖存器中為全1時，IOUT1最大（滿量程輸出），約為；為全0時，IOUT1為0。一般接運放的負輸入端。

IOUT2：DAC輸出電流2。它作為運算放大器的另一個差分輸入信號。滿足IOUT1+IOUT2＝滿量程輸出電流。一般接運放的正輸入端（接地）。

255VREF256RFB三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBILE：輸入鎖存允許信號，高電平有效。

CS：片選信號，低電平有效。WR1：寫信號1，低電平有效。當ILE、CS、WR1同時有效時:LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。WR1上升沿:

LE下降沿，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器。LE下降沿鎖存三、典型DAC芯片-DAC0832芯片三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBLE下降沿鎖存XFER：轉移控制信號，低電平有效。WR2：寫信號2，低電平有效。當XFER、WR2同時有效時：LE=1，DAC寄存器輸出隨輸入而變化。WR2上升沿：LE下降沿，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，數(shù)據(jù)進入D/A轉換器，開始D/A轉換。四、DAC接口技術DAC0832與微機系統(tǒng)的連接：1)單緩沖工作方式一個寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個工作于受控鎖存器狀態(tài)

2)雙緩沖工作方式兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)，四、DAC接口技術1)單緩沖工作方式:

一個寄存器工作于直通狀態(tài)，

一個工作于受控鎖存器狀態(tài)在不要求多相D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。四、DAC接口技術+-Voport數(shù)據(jù)線地址譯碼PC總線IOWA0~A9D0~D7+5VCSDAC0832DI0~DI7IOUT1IOUT2RFBXFER

WR2WR1ILE單緩沖工作方式:

輸入寄存器工作于受控狀態(tài)DAC寄存器工作于直通狀態(tài)四、DAC接口技術PC總線I/O寫時序A15~A0CLKIOWT4T1T2T3TwD7~D0port轉換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,data;取數(shù)字量MOVDX,portOUTDX,ALD/A轉換IOUT2DI7~DI0LE2IOUT1LE1CSWR1ILE&WR2XFER&輸入寄存RFB-+VoIOWA9~A0D7~D0+5VPC總線port地址譯碼DAC寄存四、DAC接口技術port數(shù)據(jù)線地址譯碼PC總線IOWA0~A9D0~D7+5VXFERDAC0832DI0~DI7+-VoIOUT1IOUT2RFBCS

WR1WR2ILE單緩沖工作方式:

輸入寄存器工作于直通狀態(tài)DAC寄存器工作于受控狀態(tài)四、DAC接口技術PC總線I/O寫時序A15~A0CLKIOWT4T1T2T3TwD7~D0port轉換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,data;取數(shù)字量MOVDX,portOUTDX,ALIOUT2DI7~DI0LE1CSWR1ILE&輸入寄存VoD7~D0+5VPC總線portWR2IOWA9~A0XFERD/A轉換LE2IOUT1RFB-+DAC寄存地址譯碼&四、DAC接口技術

2)

雙緩沖工作方式:兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)DAC0832PC總線數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2CS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND四、DAC接口技術轉換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,data;取數(shù)字量MOVDX，port1OUTDX,AL;打開第一級鎖存MOVDX,port2OUTDX,AL;打開第二級鎖存IOUT2DI7~DI0LE1CSWR1ILE&輸入寄存VoD7~D0+5VPC總線port2WR2IOWA9~A0XFERD/A轉換LE2IOUT1RFB-+DAC寄存地址譯碼&port1四、DAC接口技術當要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。思考：相應的程序如何編寫？地址譯碼port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉換DI7~DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉換DI7~DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7~D0A9~A0IOWPC總線+5v+5v四、DAC接口技術code

SEGMENTASSUMECS:code,DS:codedatav1DB11h,12h,13h,14h,15h,16h,17h,18h,19h,1Ahdatav2DB21h,22h,23h,24h,25h,26h,27h,28h,29h,2Ahstart:MOVAX,code MOVDS,AXLEASI,data_v1 LEABX,data_v2 MOVCX,10next: MOVAL,[SI];取V1的數(shù)據(jù)

OUTport1,AL

;打開第一片0832第一級鎖存

MOVAL,[BX];取V2的數(shù)據(jù)

OUTport2,AL;打開第二片0832第一級鎖存

OUTport3,AL

;打開兩片0832的第二級鎖存

INCSI INCBX LOOPnext MOVAH,4CH INT21Hcode ENDS

END

start編程：利用上圖，將datav1和datav2處的兩組數(shù)據(jù)，一一對應轉換成模擬量同時輸出。五、應用舉例例1：連線如圖，計算當數(shù)字量為0CDH時的輸出Vo。DAC0832PC總線數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2DGNDCS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2轉換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,0CDHMOVDX，port1OUTDX,ALMOVDX,port2OUTDX,AL五、應用舉例分析：

當數(shù)字量為0FFH=255時，IOUT1=Vo=-IOUT1

×RFB=-

所以：當數(shù)字量為0CDH=205，VREF=-5V時：

Vo=-

=4V數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2DGNDCS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2五、應用舉例注意：

Vo的輸出與參考電壓VREF、以及輸出的連接方法（同相還是反相）有關。數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2DGNDCS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port24V上例中，若VREF接的是-10V,則Vo=8V

-10V8V10V若VREF接的是10V,則Vo=-8V-8V五、應用舉例例2

利用上例連線圖，編程輸出一鋸齒波。tVo4V0V五、應用舉例codeSEGMENT

ASSUMECS:codestart:MOVCX,8000H;波形個數(shù)

MOVAL,0;鋸齒谷值next:MOVDX,port1;打開第一級鎖存

OUTDX,ALMOVDX,port2;打開第二級鎖存

OUTDX,AL

CALLdelay

;控制鋸齒波的周期

INCAL;修改輸出值

CMPAL,0CEH;比較是否到鋸齒峰值

JNZnext;未到跳轉

MOVAL,0;重置鋸齒谷值

LOOPnext

;輸出個數(shù)未到跳轉

MOV