第13章 模拟量输入输出通道

第13章模拟量输入/输出通道第13章模拟量输入/输出通道本章重点：掌握A/D和D/A转换器接口的工作原理、性能参数和常用接口芯片的功能和应用。本章难点：在实际应用中正确地连接A/D和D/A转换器接口芯片，并编写正确的应用程序。在一个实际的系统中需用传感器把各种物理参数(如压力和温度等)测量出来，并转换为电信号，再经过A/D转换器，传送给微型计算机；微型计算机加工处理后，通过D/A转换器去控制各种参数量。把模拟量转换成数字量的器件，称为模数转换器，简称为A/D(AnologtoDigit)。把数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器，简称为D/A(DigittoAnolog)。一般的A/D转换过程是通过采样、保持、量化和编码4个步骤完成的，这些步骤往往是合并进行的。13.1概述为了实现数字量到模拟量的转换，必须将每位代码按其权值的大小转换成相应的模拟量，然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量对应的模拟量，这就是D/A转换的基本原理。D/A转换器主要由电阻网络、电子开关、基准电压及运算放大器组成。13.2数/模（D/A）转换器接口13.2.1D/A转换原理1.分辨率2.转换精度3.线性度4.温度灵敏度5.建立时间13.2.3DAC0832原理及应用1.主要性能指标1）8位，单极性，数据线与TTL兼容；2）二级数据锁存（第一级为输入锁存）；3）20脚双列直插式封装13.2.2D/A转换器性能参数2.引脚功能DAC0832有20个引脚，按双列直插式排列。引脚图如图所示，具体功能如下：DI7～DI08位数字量输入端。ILE允许输入锁存信号，高电平有效。13.2.3DAC0832原理及应用输入寄存器选择信号，低电平有效，它和ILE信号一起来决定是否起作用；CS1WR输入寄存器的写选通信号，必须和、ILE同时有效；1WR1WRCS13.2.3DAC0832原理及应用传送控制信号，用来控制是否起作用。写信号2，在传送控制信号有效的情况下，用它将输入寄存器的数字传送到DAC寄存器，同时D/A转换器开始转换。XFER2WR2WR13.2.3DAC0832原理及应用Vcc芯片逻辑电源，范围为+5～+15V。AGND模拟量地。DGND数字量地。IOUT1模拟电流输出1，当DAC寄存器中全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0。13.2.3DAC0832原理及应用IOUT2模拟电流输出2，IOUT2为一个常数和IOUT1的差。Rfb反馈电阻引出端。反馈电阻被制作在芯片内，用做外接运算放大器的反馈电阻，它与内部的R-2R电阻相匹配。VREF参考电压输入端，它的范围为-10～+10V。13.2.3DAC0832原理及应用3.数/模转换器的应用DAC0832内部有两个寄存器，可以工作在直通方式、单缓冲方式及双缓冲方式。如果工作在直通方式，则没有锁存功能：如果工作在缓冲方式，则有一级或二级锁存能力。13.2.3DAC0832原理及应用3.数/模转换器的应用1)单缓冲方式DAC0832工作在单缓冲方式下的一种连接电路如图13-15所示。在实际应用中，经常需要用到一个有规律变化的电压去控制某个过程。可以利用D/A转换器产生各种波形，如方波、三角波、锯齿波以及它们的复合波形和不规则波形等。13.2.3DAC0832原理及应用1)单缓冲方式编程改变0832输入的数字量，在VOUT产生方波、三角波、锯齿波。设DAC的输入寄存器的地址为FFF0H。①锯齿波MOVDX，0FFFOHMOVAL，00HL1：OUTDX，ALINCALJMPL11)单缓冲方式②三角波MOVDX，0FFF0HMOVAL，00HL1：OUTDX，ALINCALJNZL1MOVAL，0FFHL2：OUTDX，ALDECALJNZL2JMPL1③方波MOVDX，0FFF0HL1：MOVAL，00HOUTDX，ALCALLDELAYMOVAL，0FFHOUTDX，ALCALLDELAYJMPL1其中，DELAY为一个延时子程序，根据所需的方波周期设置延时时间。1)单缓冲方式DAC0832工作于双缓冲方式的连接电路图如图所示。CPU执行第一条输出指令，将数据输入输入寄存器，第二条输出指令，将输入寄存器的数据输入DAC寄存器。这两条输出指令所用的地址是不同的。2)双缓冲方式计数器对时钟脉冲加1计数，产生从0开始的数字量，经D/A转换器转换成模拟电压V0，V0和待转换电压Vi进行比较，若ViVo则Vc=l，继续计数：若Vi≤Vo则输出Vc=0，停止计数，计数器输出的数字量与输入模拟电压Vi相等效的数字量。13.3模/数(A/D)转换器接口1分辨率(位数)2转换时间3量程4绝对精度5相对精度13.3.1A/D转换器的性能参数ADC0809是CMOS工艺制作的8通道的8位逐次逼近式ADC，其输出具有三态锁存和缓冲能力，易于和微处理器相连。结构图如图所示，各引脚功能如下：13.3.2ADC0809芯片IN0～IN7：8路模拟量输入端。ADDC，ADDB，ADDA：地址输入端，用以选择8个模拟量之一。ALE：地址锁存允许信号。START：启动A/D转换控制信号输入端。其上升沿使内部逐次逼近寄存器复位，下降沿启动A/D转换。CLOCK：时钟脉冲输入端。频率范围为10～1280kHz。DB7～DB0：8位数字量输出端。EOC：转换结束信号。输出、高电平有效。OE：输出允许信号。VREF(+)、VREF(-)：基准电源正负端。VCC：电源电压，十5V。GND：地线。1．A/D转换器与系统连接时需考虑的问题(1)数据输出线的连接(2)模拟输入电压的连接(3)A/D转换的启动信号(4)转换结束信号的处理方式当A/D转换结束，ADC输出一个转换结束信号数据。CPU可有多种方法读取转换结果：①查询方式；②中断方式；③延时方式；④DMA方式；⑤时钟的提供；⑥参考电压的接法。13.3.3模/数转换器应用2.ADC0809芯片和系统的连接举例设某系统对8路模拟量分时进行数据采集，选用ADC0809芯片进行A/D转换，转换结果采用查询方式传送，所以除了一个传送转换结果的输入端口外，还需要传送8个模拟量的选择信号和A/D转换的状态信息。因此，可以采用8255A作为ADC0809和CPU的连接接口，将A口设为方式0的输入方式，用于传送转换结果，B口不用，用C口的PC2～PC0输出8路模拟量的选择信号，PC3输出ADC0809的控制信号，而ADC0809的状态可由PC7输入，所以，将C口也设为方式0，低4位为输出方式，高4位为输入方式。13.3.3模/数转换器应用现假设8255A的端口A、B、C及控制口地址分别为2F0H，2F1H，2F2H和2F3H，A/D转换结果的存储区首地址设为400H。采样顺序从IN0～IN7。程序如下：MOVDX，2F3H；2F3H是8255的控制口MOVAL，10011000B；置A组，B组为方式0，A口和C口高4位OUTDX，AL；输入，C口低4位输出MOVSI,400H；存放数据首地址MOVCX，08HMOVBH，00HLOPl：ORBH，08HMOVAL，BHMOVDX，2F2H；8255C口地址OUTDX，AL；启动A/D转换ANDBH，0F7HH；PC3置0MOVAL，BHOUTDX，AL；产生START和ALE的下降沿LOP2：INAL，DX；读入C口TESTAL，80H；测试K7JZLOP2；为0，继续查询MOVDX，2F0H；8255A口地址INAL，DX；读入A/D转换结果MOV[SI]，AL；存储数据INCSIINCBHLOOPLOPl；8路没完，继续HLT本章完谢谢大家