2013南航复试微机原理指定教材配套ppt第7章3

第7章微型机接口技术可编程定时/计数器√可编程并行接口√串行接口与串行通信√DMA控制器接口√模拟量输入/输出接口第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院27.6模拟量输入/输出接口(A/D,D/A)7.6.1模拟量输入通道:传感器、信号调理/处理环节（电路）、多路转换开关、采样保持器、模数转换器等;模出通道:+电压/电流(V/I)变换，或功率放大等;低通滤波器图7-63计算机控制系统与模拟量输入/输出通道模拟量输入通道模拟量输出通道7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院37.6.2并行和串行D/A转换器(DAC)—(1)基本原理图7-64T形电阻网络的DAC4位D/A转换器为例，数字量的每一位D3～D0分别控制一个模拟开关输出电压正比于数字量,Vref第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院47.6.2并行和串行D/A转换器(DAC)—(2)主要性能指标建立时间Ts:DAC转换速度快慢的一个重要参数，指DAC的数字输入发生满刻度值的变化时，其输出模拟信号电压（或电流）达到满刻度值1/2LSB时所需要的时间。对采用电流输出形式的DAC，其建立时间是很短的；而对电压输出形式的DAC，其建立时间主要取决输出运放所需的响应时间。一般DAC的建立时间为几ns至几ms。其他性能指标:绝对精度、相对精度、线性度、温度系数和非线性误差等。分辨率:指D/A转换器所能分辨最小量化信号的能力，是对微小输入量变化的敏感程度的描述，一般用转换器数字量的位数来表示。分辨率为n位的DAC，它能对满刻度的2-n倍的输入变换量做出反应。常见分辨率:8、10、12、14、16位等。需要基准电压Vref直接保证精度。第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院557.6.2并行和串行D/A转换器(DAC)—(3)典型8位DAC:DAC0832DAC0832是美国NSC公司生产的8位双缓冲D/A转换器，建立时间1ms；电流型输出；单电源供电+5V～+15V；低功耗200mW；基准电压范围±25V。第7章微型机接口技术图7-65DAC0832内部逻辑框图7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院67.6.2并行和串行D/A转换器(DAC)—(3)DAC0832结构与引脚图7-66DAC0832引脚图DAC0832是美国NSC公司生产的8位双缓冲D/A转换器，建立时间1ms；电流型输出；单电源供电+5V～+15V；低功耗200mW；基准电压范围±25V。引脚功能引脚功能D0～D7数据输入VCC电源输入ILE数据允许信号，高电平有效Iout1,Iout2电流输出线,Iout1+Iout2=常数/CS输入寄存器选择，低电平有效AGND模拟信号地/WR1输入寄存器写选通，低电平有效DGND数字信号地/WR2DAC寄存器写选通，低电平有效Rfb反馈电阻/XFER数据传送信号，低电平有效Vref基准电压输入第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院777.6.2并行和串行D/A转换器(DAC)—(3)典型8位DAC工作方式MOVDX，200H；DA锁存器地址为200HOUTDX，AL；AL数据送输入锁存器MOVDX，201H；DAC锁存器地址201HOUTDX，AL；数据写入锁存器并转换第7章微型机接口技术图7-67DAC0832三种工作方式:单缓冲双缓冲直通方式7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院887.6.2并行和串行D/A转换器(DAC)—(3)典型8位DAC输出方式图7-68（a）单极性输出：数字量00H～FFH对应模拟电压Vo的输出范围0～-Vref图7-68（b）双极性输出：Vo1经运放OP2电压偏移、放大后，数字量00H～FFH对应模拟电压Vo2输出范围-Vref～+Vref第7章微型机接口技术图7-68DAC0832的输出方式第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院97.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567NSC的DAC1210:结构与DAC0832类似，但12位输入寄存器由1个8位寄存器和1个4位寄存器构成，分两次写入后再启动转换，便于实现单片转换或多片同步转换。12位DAC:兼容8位CPU接口，一般都采用双缓冲器结构第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院10美国ADI公司的产品AD567:电流输出型高速12位D/A转换器，双输入缓冲结构，第一级由三个4位缓冲器组成，可直接连接8位或16位数据总线。7.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院11AD567主要特性:单片设计，片内集成高稳定电压基准源，10.000V1mV。与TTL和CMOS电平兼容。分辨率12位，非线性误差小于1LSB。电流型输出，最大2mA，建立时间500ns。电源电压范围12V～15V；低功耗300mW。7.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567DB11～DB0:12位数据总线地址信号A3～A0:确定输入锁存器第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院127.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567表7-9AD567控制真值表/CS/WRA0A1A2A3操作1×××××—×1××××—001110锁存第一级缓冲器低4位001101锁存第一级缓冲器中4位001011锁存第一级缓冲器高4位000111锁存第二级缓冲器000000所有锁存器均透明CSWR图7-70AD567的引脚图第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院13模拟量输出:支持双极性±2.5V、±5V、±10V输出，也可以单极性0～5V、0～10V输出7.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567输出范围连接3脚到连接4脚到连接1脚到0～+5V运放输出端2脚5脚0～+10V运放输出端运放输出端5脚-2.5～+2.5V运放输出端2脚6脚（串50Ω电阻）-5V～+5V运放输出端运放输出端6脚（串50Ω电阻）-10V～+10V悬空运放输出端6脚（串50Ω电阻）例:±5V输出BipoffVrefoutVrefin零位微调增益微调模拟地(5脚)和数字地(16脚)设计时一点连接提高精度和抗扰性第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院147.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567AD567与CPU接口:连接8位数据总线时，待转换的12位数字量至少分两次送出图7-73AD567与8位总线接口例(右对齐)图7-74AD567与12位总线接口例第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院15图7-73例:向右对齐电路连接，设待转换的数据在AX中,对应的地址为280H，输出程序：7.6.2并行和串行D/A转换器-(4)典型12位DAC—AD567AD567与CPU接口MOVDX，280HOUTDX，AL；A0,A1=0;A2,A3=1,写入第一级缓冲器中4位和低4位INCDXMOVAL，AH；同时打开第一级缓冲器高4位(写入原AH中低4位)OUTDX，AL；和第二级缓冲器（写入第一级缓冲器的8位锁存值）图7-72AD567的8位总线与12位数据格式第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院16串行DAC体积小，接口连线简单，易实现隔离传输，低功耗。7.6.2并行和串行D/A转换器-(5)串行D/A转换器图7-75MAX538芯片内部结构和引脚串行DAC:单路或多路分辨率:8、10、12位等典型芯片:MAX538:+5V供电,单路12位低功耗、电压输出25μs第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院17串行DAC体积小，接口连线简单，易实现隔离传输，低功耗。MAX538:+5V供电,单路12位低功耗、电压输出25μs7.6.2并行和串行D/A转换器-(5)串行D/A转换器引脚名定义引脚名定义DIN串行数据输入VDD电源SCLK串行时钟输入AGND模拟地/CS片选VOUT电压输出DOUT串行数据输出REFIN基准电压输入CS第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院18MAX538使用与SPI标准兼容（CPOL=CPHA=0）的三线串联接口。最简单的连线方式是：DAC的SCLK与SPI接口的SCK、DIN与MOSI、与I/O引脚、DOUT与MISO直接相连7.6.2并行和串行D/A转换器-(5)串行D/A转换器图7-76MAX538串行时序DAC编程:写入2个8位数据块共16位，串行数据在时钟作用下移位输入到DAC。MSB为首，前面可填入4位形成16位数(任意数，正常非级联模式下无须输入)CS第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院19设计:应保证tCL＞(tDO+tDS),最大串行时钟速率为1/(tDO+tDS)，约14MHz，数字量更新速率由片选信号决定，即16×(tCH+tCL)+tCSW，最快约1.14μs或877kHz7.6.2并行和串行D/A转换器-(5)串行D/A转换器图7-76MAX538串行时序输出DOUT允许级联两个或以上DAC。DIN数据将在延迟16个脉冲周期加一个时钟宽度之后出现在DOUT引脚上。复位电路保证上电时锁存器复位数值000H。CS第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院20AD567主要特性:单片设计，片内集成高稳定电压基准源，10.000V1mV。与TTL和CMOS电平兼容。分辨率12位，非线性误差小于1LSB。电流型输出，最大2mA，建立时间500ns。电源电压范围12V～15V；低功耗300mW。7.6.4并行和串行A/D转换器—(1)基本方法和特点DB11～DB0:12位数据总线地址信号A3～A0:确定输入锁存器第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院21（1）逐次逼近式A/D转换器7.6.4并行和串行A/D转换器—(1)基本方法和特点VIN与一个设定信号(由D/A转换器的输出Vo产生)相比较，根据比较结果(通过逐位改变)减小或增大设定信号，以便逼近输入信号。“相等”时，D/A转换器输入数=对应的模拟输入的数字量待转换的模拟输入信号CPU第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院22（2）双积分法A/D转换器7.6.4并行和串行A/D转换器—(1)基本方法和特点电子开关先把VX采样输入到积分器，积分器从0开始进行固定时间T的正向积分，时间T到后，开关将与VX极性相反的基准电压Vref输入到积分器进行反相积分，到输出为0V时停止反相积分转换速度较慢，但抗高频干扰性能好第7章微型机接口技术7.6模拟量输入/输出接口南京航空航天大学电子信息工程学院23分辨率:转换器对微小输入量变化的敏感程度，常用ADC输出数字量的位数(LSB)来表示例8位ADC:分辨率8位，变换范围0～255，当输入电压满刻度为5V时，对输入模拟电压的分辨能力为5.00V/255=19.6mV常用ADC分辨率:8、10、12、14位等。7.6.4并行和串行A/D转换器—(2)主要性能指标转换精度:由于模拟量是连续的，而数字量是离散的，所以在某个范围内的模拟量对应于某个数字量。转换精度反映了A/D转换器的实际输出范围与理论输出范围接近的程度。通常用数字量的最低有效位（L