微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用第12章AD及DA轉(zhuǎn)換

1、1微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用21 12 23 3轉(zhuǎn)換主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換主要性能指標(biāo)D/AD/A轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口A/DA/D轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口3 微型計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字形式的信息，但是在實(shí)際工微型計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字形式的信息，但是在實(shí)際工程中大量遇到的是連續(xù)變化的物理量。例如程中大量遇到的是連續(xù)變化的物理量。例如 溫度、壓力、溫度、壓力、流量、光通量、位移量以及連續(xù)變化的電壓、電流等等。流量、光通量、位移量以及連續(xù)變化的電壓、電流等等。 對于非電信號(hào)的物理量，必須先由傳感器進(jìn)行檢測，對于非電信號(hào)的物理量，必須先由傳感器進(jìn)行檢測，并且轉(zhuǎn)換為電信號(hào)并且轉(zhuǎn)換為電信號(hào), ,

2、然后經(jīng)過放大器放大為然后經(jīng)過放大器放大為0 05V5V電平的模電平的模擬量。擬量。 模擬通道接口的作用就是實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的模擬通道接口的作用就是實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換。模轉(zhuǎn)換。模/ /數(shù)數(shù)(A/D)(A/D)轉(zhuǎn)換就是把輸入的模擬量變?yōu)閿?shù)字量，轉(zhuǎn)換就是把輸入的模擬量變?yōu)閿?shù)字量，供微型計(jì)算機(jī)處理。數(shù)供微型計(jì)算機(jī)處理。數(shù)/ /模模(D/A)(D/A)轉(zhuǎn)換就是將微型計(jì)算機(jī)處轉(zhuǎn)換就是將微型計(jì)算機(jī)處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量輸出。 4 A/DA/D和和D/AD/A的主要性能指標(biāo)有：的主要性能指標(biāo)有： 1. 1. 分辨率分辨率(resolution)(resolut

3、ion) 分辨率是指轉(zhuǎn)換器對輸出的數(shù)字量與輸入的模擬量或分辨率是指轉(zhuǎn)換器對輸出的數(shù)字量與輸入的模擬量或輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量的分辨能力，通常用二進(jìn)制輸出的模擬量與輸入的數(shù)字量的分辨能力，通常用二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)來表示轉(zhuǎn)換器的分辨率。位數(shù)越多分辨率也就越數(shù)的位數(shù)來表示轉(zhuǎn)換器的分辨率。位數(shù)越多分辨率也就越高。對于高。對于n n位轉(zhuǎn)換器，其分辨率為整個(gè)模擬量的位轉(zhuǎn)換器，其分辨率為整個(gè)模擬量的1/21/2n n。 2. 2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間指轉(zhuǎn)換器完成一次模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換所花轉(zhuǎn)換時(shí)間指轉(zhuǎn)換器完成一次模擬量與數(shù)字量轉(zhuǎn)換所花的時(shí)間。這個(gè)參數(shù)直接影響到系統(tǒng)的速度。的時(shí)間。這個(gè)參數(shù)直接影響到系統(tǒng)

4、的速度。 1 1 轉(zhuǎn)換的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換的主要性能指標(biāo)53. 3. 量化誤差量化誤差 量化誤差是指實(shí)際輸出值與理論值之間的誤差，量化誤差是指實(shí)際輸出值與理論值之間的誤差，量化量化誤差是轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換分辨率直接造成的誤差是轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換分辨率直接造成的。 由于輸入模擬量是連續(xù)變化的由于輸入模擬量是連續(xù)變化的, ,只有當(dāng)它的值為只有當(dāng)它的值為0.0196V0.0196V的整數(shù)倍時(shí)，模擬量值才能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，否的整數(shù)倍時(shí)，模擬量值才能準(zhǔn)確轉(zhuǎn)換成對應(yīng)的數(shù)字量，否則模擬量將被則模擬量將被“四舍五入四舍五入”后由相近的數(shù)字量輸出。后由相近的數(shù)字量輸出。 例如例如 0.025V0.025V被轉(zhuǎn)換成被轉(zhuǎn)

5、換成01H01H輸出，輸出，0.032V0.032V被轉(zhuǎn)換成被轉(zhuǎn)換成02H02H輸輸出，出，最大誤差為最大誤差為1/21/2個(gè)最低有效位個(gè)最低有效位，這就是量化誤差。，這就是量化誤差。 具有具有8 8位分辨率的位分辨率的A/DA/D轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸入轉(zhuǎn)換器，當(dāng)輸入0 05V5V電壓時(shí)，對電壓時(shí)，對應(yīng)的數(shù)字輸出為應(yīng)的數(shù)字輸出為00H00HFFHFFH，即輸入每變化，即輸入每變化0.0196V0.0196V時(shí)，輸出時(shí)，輸出就變化就變化1 1。 1 1 轉(zhuǎn)換的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換的主要性能指標(biāo)61 13 3轉(zhuǎn)換主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換主要性能指標(biāo)D/AD/A轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口A/DA/D轉(zhuǎn)換器及其

6、微機(jī)接口轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口2 27 由于由于D/AD/A轉(zhuǎn)換器與微型計(jì)算機(jī)接口時(shí)，微型計(jì)算機(jī)是靠轉(zhuǎn)換器與微型計(jì)算機(jī)接口時(shí)，微型計(jì)算機(jī)是靠輸出指令輸出數(shù)字量供輸出指令輸出數(shù)字量供DACDAC轉(zhuǎn)換之用，而輸出指令送出的數(shù)轉(zhuǎn)換之用，而輸出指令送出的數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)總線上的時(shí)間是短暫的據(jù)在數(shù)據(jù)總線上的時(shí)間是短暫的 ( (不足一個(gè)輸出周期不足一個(gè)輸出周期) )，所，所以以DACDAC和微型計(jì)算機(jī)間，需有數(shù)據(jù)寄存器來保持微型計(jì)算機(jī)和微型計(jì)算機(jī)間，需有數(shù)據(jù)寄存器來保持微型計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)輸出的數(shù)據(jù)，供，供DACDAC轉(zhuǎn)換用。轉(zhuǎn)換用。 目前生產(chǎn)的目前生產(chǎn)的DACDAC芯片可分為芯片可分為2 2類類，一類芯片內(nèi)部設(shè)置

7、有一類芯片內(nèi)部設(shè)置有數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器，不需外加電路就可直接與微型計(jì)算機(jī)接口。，不需外加電路就可直接與微型計(jì)算機(jī)接口。另一類芯片內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器另一類芯片內(nèi)部沒有數(shù)據(jù)寄存器，因此不能直接與微型計(jì)，因此不能直接與微型計(jì)算機(jī)接口，必須通過并行接口與微型計(jì)算機(jī)接口。算機(jī)接口，必須通過并行接口與微型計(jì)算機(jī)接口。 下面分別介紹這二類下面分別介紹這二類DACDAC芯片與微型計(jì)算機(jī)的接口方法。芯片與微型計(jì)算機(jī)的接口方法。 2 2 數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其與微型計(jì)算機(jī)的接口數(shù)模轉(zhuǎn)換器及其與微型計(jì)算機(jī)的接口82.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832 DAC0832 DAC0832是具有

8、是具有2020條條引線的雙列引線的雙列直插式直插式CMOSCMOS器件，它內(nèi)器件，它內(nèi)部具有兩級部具有兩級數(shù)據(jù)寄存器，數(shù)據(jù)寄存器，完成完成8 8位電位電流流DADA轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。1.DAC08321.DAC0832的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)92.DAC08322.DAC0832與微型計(jì)算機(jī)的接口與微型計(jì)算機(jī)的接口 由于由于DAC0832DAC0832內(nèi)部有輸入寄存器和內(nèi)部有輸入寄存器和DACDAC寄存器，所以它寄存器，所以它不需要外加其他電路便可以與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接不需要外加其他電路便可以與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線直接相連。根據(jù)相連。根據(jù)DAC0832DAC0832的的5 5個(gè)控制信號(hào)的不同連接方式，使得

9、個(gè)控制信號(hào)的不同連接方式，使得它可以有它可以有3 3種工作方式種工作方式。 1) 1) 直通方式直通方式 將將 、 、 和和 接地，接地，ILEILE接高電平接高電平, ,就能使得兩個(gè)寄就能使得兩個(gè)寄存器跟隨輸入的數(shù)字量變化，存器跟隨輸入的數(shù)字量變化，DACDAC的輸出也同時(shí)跟隨變化。的輸出也同時(shí)跟隨變化。直通方式常用于連續(xù)反饋控制的環(huán)路中。直通方式常用于連續(xù)反饋控制的環(huán)路中。 2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083210 2) 2) 單緩沖工作方式單緩沖工作方式 將其中一個(gè)寄存器工作在直通狀態(tài)，另一個(gè)處于受控將其中一個(gè)寄存器工作在直通狀態(tài)，另一個(gè)處于受控的鎖存

10、器狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中的鎖存器狀態(tài)。在實(shí)際應(yīng)用中, ,如果只有一路模擬量輸出如果只有一路模擬量輸出, ,或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出，就可采用單緩沖或雖有幾路模擬量但并不要求同步輸出，就可采用單緩沖方式。方式。 單緩沖方式連接的方法有單緩沖方式連接的方法有3 3種：種： 第第1 1種方法為使種方法為使DACDAC寄存器處于直通方式。寄存器處于直通方式。 第第2 2種方法是使輸入寄存器處于直通方式。種方法是使輸入寄存器處于直通方式。 第第3 3種方法是使輸入寄存器和種方法是使輸入寄存器和DACDAC寄存器同時(shí)處于受控寄存器同時(shí)處于受控的鎖存器狀態(tài)。的鎖存器狀態(tài)。2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換

11、器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832112.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083212單緩沖方式連接如下圖所示，單緩沖方式連接如下圖所示，將數(shù)據(jù)區(qū)將數(shù)據(jù)區(qū)BUFFBUFF中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬電壓輸出的程序如下。擬電壓輸出的程序如下。2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083213 stack segment stack stack segment stack stackstack dw 32 dup(0) dw 32 dup(0) stack ends stack ends data segment data seg

12、ment BUF DB 23 BUF DB 23，4545，6767， COUNT EQU $-BUF COUNT EQU $-BUF data ends data ends code segment code segment start proc far start proc far MOV BX MOV BX，OFFSET BUFOFFSET BUF MOV CX MOV CX，COUNTCOUNT AGAIN AGAIN： MOV DXMOV DX，380H380H MOV AL MOV AL，BXBX OUT DX OUT DX，ALAL INC BX INC BX LOOP AGAI

13、N LOOP AGAIN end start end start2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083214例例1 1 產(chǎn)生鋸齒波。產(chǎn)生鋸齒波。 在許多應(yīng)用中在許多應(yīng)用中, ,要求有一個(gè)線性增長的鋸齒波電壓來控制檢要求有一個(gè)線性增長的鋸齒波電壓來控制檢測過程、移動(dòng)記錄筆或移動(dòng)電子束等。對此可通過測過程、移動(dòng)記錄筆或移動(dòng)電子束等。對此可通過DAC0832DAC0832的輸?shù)妮敵龆私舆\(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)。出端接運(yùn)算放大器來實(shí)現(xiàn)。產(chǎn)生鋸齒波的電路連接如下圖所示，程序如下。產(chǎn)生鋸齒波的電路連接如下圖所示，程序如下。 2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832

14、DAC083215 stack segment stack stack segment stack stackstack dw 32 dup(0) dw 32 dup(0) stack ends stack ends code segment code segment start proc far start proc far assume ss assume ss：stackstack，cscs：codecode MOV DX MOV DX，380H380H AGAIN AGAIN： INC ALINC AL OUT DX OUT DX，ALAL PUSH AX PUSH AX MOV AH

15、 MOV AH，11 11 ；1111號(hào)功能調(diào)用號(hào)功能調(diào)用 INT 21H INT 21H CMP AL CMP AL，0 0 ；有鍵入；有鍵入AL=FFHAL=FFH，無鍵入，無鍵入AL=0AL=0 POP AX POP AX JE AGAIN JE AGAIN ；無鍵入繼續(xù)；無鍵入繼續(xù) ret ret start endp start endp code ends code ends end start end start2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083216 兩個(gè)寄存器都處于受控方式。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)寄存器的兩個(gè)寄存器都處于受控方式。為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)寄存器的

16、可控，應(yīng)當(dāng)給它們各分配一個(gè)端口地址，以便能按端口地可控，應(yīng)當(dāng)給它們各分配一個(gè)端口地址，以便能按端口地址進(jìn)行操作。數(shù)址進(jìn)行操作。數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換采用兩步寫操作來完成?？稍谀＾D(zhuǎn)換采用兩步寫操作來完成。可在DACDAC轉(zhuǎn)換輸出前一個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，將下一個(gè)數(shù)據(jù)送到輸入寄存轉(zhuǎn)換輸出前一個(gè)數(shù)據(jù)的同時(shí)，將下一個(gè)數(shù)據(jù)送到輸入寄存器，以提高器，以提高DADA轉(zhuǎn)換速度。還可用于多路數(shù)轉(zhuǎn)換速度。還可用于多路數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換系統(tǒng)模轉(zhuǎn)換系統(tǒng), ,以以實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)同步輸出的目的。實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)同步輸出的目的。 3) 3) 雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832

17、17 下圖為下圖為DAC0832DAC0832與微型計(jì)算機(jī)接口的雙緩沖方式連與微型計(jì)算機(jī)接口的雙緩沖方式連接電路。這時(shí)，輸入寄存器和接電路。這時(shí)，輸入寄存器和DACDAC寄存器分別控制，故占寄存器分別控制，故占用兩個(gè)端口地址：用兩個(gè)端口地址：380H 380H 和和 384H384H。380H380H選通輸入寄存器，選通輸入寄存器，384H384H選通選通DACDAC寄存器。寄存器。 2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083218例例2 2 用用DAC0832DAC0832控制繪圖儀控制繪圖儀 X-Y X-Y繪圖儀由繪圖儀由X X、Y Y兩個(gè)方向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中一

18、個(gè)電兩個(gè)方向的電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其中一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿機(jī)控制繪圖筆沿X X方向運(yùn)動(dòng)方向運(yùn)動(dòng), ,另一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿另一個(gè)電機(jī)控制繪圖筆沿Y Y方方向運(yùn)動(dòng)，從而繪出圖形。因此對向運(yùn)動(dòng)，從而繪出圖形。因此對X-YX-Y繪圖儀的控制有繪圖儀的控制有兩點(diǎn)兩點(diǎn)基本要求：基本要求：一是需要兩路一是需要兩路D/AD/A轉(zhuǎn)換器分別給轉(zhuǎn)換器分別給X X通道和通道和Y Y通道通道提供模擬信號(hào)提供模擬信號(hào)，二是兩路模擬量要同步輸出二是兩路模擬量要同步輸出。 2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083219 兩路模擬量輸出是為了使繪圖筆能沿兩路模擬量輸出是為了使繪圖筆能沿X-YX-Y軸作平面

19、運(yùn)軸作平面運(yùn)動(dòng)動(dòng), ,而模擬量同步輸出則是為了使繪制的曲線光滑而模擬量同步輸出則是為了使繪制的曲線光滑。否則。否則繪制出的曲線就是臺(tái)階狀的。為此就要使用兩片繪制出的曲線就是臺(tái)階狀的。為此就要使用兩片DAC0832DAC0832，并采用雙緩沖方式連接，如下圖所示。并采用雙緩沖方式連接，如下圖所示。 2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC083220繪圖儀的驅(qū)動(dòng)子程序?yàn)椋豪L圖儀的驅(qū)動(dòng)子程序?yàn)椋?HTY PROC HTY PROC PUSH CX PUSH CX PUSH DX PUSH DX MOV DX MOV DX，380H380H OUT DXOUT DX，AL A

20、L ；輸出；輸出X X MOV DX MOV DX，384H384H XCHG AH XCHG AH，ALAL OUT DXOUT DX，AL AL ；輸出；輸出Y Y MOV DX MOV DX，388H 388H ；X X、Y Y送送DACDAC寄存器寄存器 OUT DXOUT DX，ALAL POP DX POP DX POP CX POP CX HTY ENDP HTY ENDP2.1 82.1 8位數(shù)模轉(zhuǎn)換器位數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832212.2 102.2 10位位DADA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD7520AD7520 AD7520 AD7520為不帶數(shù)據(jù)鎖存器的為不帶數(shù)據(jù)鎖存器

21、的1010位數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路，其外位數(shù)摸轉(zhuǎn)換電路，其外部引線如下圖所示。部引線如下圖所示。 b1 b1b10b10為數(shù)據(jù)輸入線，為數(shù)據(jù)輸入線，b1b1為為MSBMSB，b10b10為為LSBLSB。VDDVDD為為電源端（電源端（5V5V15V15V）,VREF,VREF為為基準(zhǔn)電壓端，基準(zhǔn)電壓端，RFERFE為反饋輸為反饋輸入端，入端，GNDGND為數(shù)字地，為數(shù)字地，Iout1Iout1和和Iout2Iout2為電流輸出端。為電流輸出端。 AD7520 AD7520也是電流型輸出的也是電流型輸出的DADA轉(zhuǎn)換器，將電流轉(zhuǎn)換成電轉(zhuǎn)換器，將電流轉(zhuǎn)換成電壓輸出的原理及電路均與壓輸出的原理及電路均與DA

22、C0832DAC0832相同。相同。 22 由于由于 AD7520AD7520自身不帶鎖存器，所以與計(jì)算機(jī)的接口方自身不帶鎖存器，所以與計(jì)算機(jī)的接口方法可以仿照法可以仿照DAC0832DAC0832，用數(shù)據(jù)輸出寄存器做，用數(shù)據(jù)輸出寄存器做AD7520AD7520的輸入寄的輸入寄存器和存器和DACDAC寄存器，如下圖所示。若為單緩沖方式，則只寄存器，如下圖所示。若為單緩沖方式，則只須輸入寄存器和須輸入寄存器和DACDAC寄存器中的任一個(gè)即可。寄存器中的任一個(gè)即可。 2.2 102.2 10位位DADA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD7520AD7520 23 還可以只用還可以只用8 8位數(shù)據(jù)線，但多用位數(shù)據(jù)線，

23、但多用1 1片片74LS7474LS74做做AD7520AD7520的的輸入數(shù)字量接口，如下圖所示。輸入數(shù)字量接口，如下圖所示。 2.2 102.2 10位位DADA轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD7520AD7520 24 若待轉(zhuǎn)換的若待轉(zhuǎn)換的1010位數(shù)據(jù)在位數(shù)據(jù)在AXAX中，則完成一次中，則完成一次DADA轉(zhuǎn)換的程轉(zhuǎn)換的程序段如下：序段如下： MOV DXMOV DX，380H380HXCHG AHXCHG AH，ALALOUT DXOUT DX，ALALXCHG AHXCHG AH，ALALMOV DXMOV DX，384H384HOUT DXOUT DX，ALAL2.2 102.2 10位位DADA

24、轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器AD7520AD7520 251 1轉(zhuǎn)換主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換主要性能指標(biāo)A/DA/D轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口3 3D/AD/A轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口轉(zhuǎn)換器及其微機(jī)接口2 226 A/D轉(zhuǎn)換器工作原理 ADC是把模擬量是把模擬量(通常是模擬電壓通常是模擬電壓)信信號(hào)轉(zhuǎn)換為號(hào)轉(zhuǎn)換為n位二進(jìn)制數(shù)字量信號(hào)的電路。位二進(jìn)制數(shù)字量信號(hào)的電路。這種轉(zhuǎn)換通常分這種轉(zhuǎn)換通常分4步進(jìn)行：步進(jìn)行：采樣采樣保持保持量化量化編碼編碼 前兩步在采樣保持電路中完成，后兩前兩步在采樣保持電路中完成，后兩步在步在A/D轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)換過程中同時(shí)實(shí)現(xiàn)。27圖圖10.910.928 采樣器相當(dāng)于一個(gè)受控的理

25、想開關(guān)，采樣器相當(dāng)于一個(gè)受控的理想開關(guān)，s(t)=1時(shí)，開關(guān)閉合，時(shí)，開關(guān)閉合，fs(t)=f(t)；s(t)=0時(shí)開關(guān)斷時(shí)開關(guān)斷開，開，fs(t)=0。如用數(shù)字邏輯式表示，即為：。如用數(shù)字邏輯式表示，即為：fs(t)=f(t)s(t)，s(t)=1或或0，也可用波形圖表示，也可用波形圖表示， 從波形圖可見，在從波形圖可見，在s(t)=1期間，輸出跟蹤期間，輸出跟蹤輸入變化，相當(dāng)于輸出把輸入的輸入變化，相當(dāng)于輸出把輸入的“樣品樣品”采下采下來了。所以也可把采樣電路叫做跟蹤電路。來了。所以也可把采樣電路叫做跟蹤電路。2930 保持保持 所謂保持，就是將采樣得到的模擬量值所謂保持，就是將采樣得到的

26、模擬量值保持下來，即是說，保持下來，即是說，s(t)=0s(t)=0期間，使輸出不是期間，使輸出不是等于等于0 0，而是等于采樣控制脈沖存在的最后瞬，而是等于采樣控制脈沖存在的最后瞬間的采樣值?？梢姡３职l(fā)生在間的采樣值?？梢?，保持發(fā)生在s(t)=0s(t)=0期間。期間。實(shí)際中進(jìn)行實(shí)際中進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，就是轉(zhuǎn)換時(shí)所用的輸入電壓，就是這種保持下來的采樣電壓，也就是每次采樣結(jié)這種保持下來的采樣電壓，也就是每次采樣結(jié)束時(shí)的輸入電壓。束時(shí)的輸入電壓。31 所謂量化，就是用基本的量化電平所謂量化，就是用基本的量化電平q的個(gè)數(shù)來表的個(gè)數(shù)來表示采樣示采樣保持電路得到的模擬電壓值。這一

27、過程實(shí)質(zhì)上保持電路得到的模擬電壓值。這一過程實(shí)質(zhì)上是把時(shí)間上離散而數(shù)字上連續(xù)的模擬量以一定的準(zhǔn)確度是把時(shí)間上離散而數(shù)字上連續(xù)的模擬量以一定的準(zhǔn)確度變?yōu)闀r(shí)間上、數(shù)字上都離散的、量級化的等效數(shù)字值。變?yōu)闀r(shí)間上、數(shù)字上都離散的、量級化的等效數(shù)字值。量級化的方法通常有兩種：只舍不入法和有舍有入法量級化的方法通常有兩種：只舍不入法和有舍有入法(四四舍五入法舍五入法)。 顯然，對于連續(xù)變化的模擬量，只有當(dāng)數(shù)值正好顯然，對于連續(xù)變化的模擬量，只有當(dāng)數(shù)值正好等于量化電平的整數(shù)倍時(shí)，量化后才是準(zhǔn)確值。等于量化電平的整數(shù)倍時(shí)，量化后才是準(zhǔn)確值。 量化和編碼32編碼就是把已經(jīng)量化的模擬數(shù)值編碼就是把已經(jīng)量化的模擬數(shù)

28、值(它一定是量它一定是量化電平的整數(shù)倍化電平的整數(shù)倍)用二進(jìn)制數(shù)碼、用二進(jìn)制數(shù)碼、BCD碼或其他碼或其他碼來表示。碼來表示。 至此，即完成了至此，即完成了A/D轉(zhuǎn)換的全過程，將轉(zhuǎn)換的全過程，將各采樣點(diǎn)的模擬電壓轉(zhuǎn)換成了與之一一對應(yīng)的各采樣點(diǎn)的模擬電壓轉(zhuǎn)換成了與之一一對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)碼。二進(jìn)制數(shù)碼。33 實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有逐次逼近法、轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有逐次逼近法、雙積分法及電壓頻率轉(zhuǎn)換法等。雙積分法及電壓頻率轉(zhuǎn)換法等。. 逐次逼近法逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 逐次逼近法逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換是一個(gè)具有反饋回路的閉路系轉(zhuǎn)換是一個(gè)具有反饋回路的閉路系統(tǒng)。統(tǒng)。A/D轉(zhuǎn)換器可劃分

29、成轉(zhuǎn)換器可劃分成3大部分：比較環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)大部分：比較環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、比較標(biāo)準(zhǔn)、比較標(biāo)準(zhǔn)(D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器)。 下下 圖就是逐次逼近法圖就是逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器的原理電路。其主轉(zhuǎn)換器的原理電路。其主要原理為：將一個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)要原理為：將一個(gè)待轉(zhuǎn)換的模擬輸入信號(hào)VIN與一個(gè)與一個(gè)“推推測測”信號(hào)信號(hào)V1相比較，根據(jù)推測信號(hào)是大于還是小于輸入相比較，根據(jù)推測信號(hào)是大于還是小于輸入信號(hào)來決定減小還是增大該推測信號(hào)，以便向模擬輸入信號(hào)來決定減小還是增大該推測信號(hào)，以便向模擬輸入信號(hào)逼近。推測信號(hào)由信號(hào)逼近。推測信號(hào)由D/A變換器的輸出獲得，當(dāng)推測變換器的輸出獲得，當(dāng)推測信號(hào)與模擬輸入信

30、號(hào)信號(hào)與模擬輸入信號(hào)“相等相等”時(shí)，向時(shí)，向D/A轉(zhuǎn)換器輸入的轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字即為對應(yīng)的模擬輸入的數(shù)字。數(shù)字即為對應(yīng)的模擬輸入的數(shù)字。34圖圖35 其其“推測推測”的算法是這樣的，它使二進(jìn)制計(jì)數(shù)的算法是這樣的，它使二進(jìn)制計(jì)數(shù)器中的二進(jìn)制數(shù)的每一位從最高位起依次置器中的二進(jìn)制數(shù)的每一位從最高位起依次置1。每接。每接一位時(shí)，都要進(jìn)行測試。若模擬輸入信號(hào)一位時(shí)，都要進(jìn)行測試。若模擬輸入信號(hào)VIN小于推小于推測信號(hào)測信號(hào)V1，則比較器的輸出為零，并使該位置零；否，則比較器的輸出為零，并使該位置零；否則比較器的輸出為則比較器的輸出為1，并使該位保持，并使該位保持1。無論哪種情。無論哪種情況，均應(yīng)繼續(xù)比較

31、下一位，直到最末位為止。此時(shí)況，均應(yīng)繼續(xù)比較下一位，直到最末位為止。此時(shí)在在D/A變換器的數(shù)字輸入即為對應(yīng)于模擬輸入信號(hào)的變換器的數(shù)字輸入即為對應(yīng)于模擬輸入信號(hào)的數(shù)字量，將此數(shù)字輸出，即完成其數(shù)字量，將此數(shù)字輸出，即完成其A/D轉(zhuǎn)換過程。轉(zhuǎn)換過程。36 各種型號(hào)的各種型號(hào)的ADCADC芯片都具有如下的信號(hào)線：數(shù)據(jù)輸出線芯片都具有如下的信號(hào)線：數(shù)據(jù)輸出線D0D0D7D7(8(8位位ADC)ADC)，啟動(dòng)，啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換信號(hào)轉(zhuǎn)換信號(hào)SCSC與轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)與轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOCEOC。 首先計(jì)算機(jī)啟動(dòng)首先計(jì)算機(jī)啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，ADCADC送出送出EOCEOC信

32、信號(hào)通知計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用輸入指令從號(hào)通知計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)用輸入指令從ADCADC的數(shù)據(jù)輸出線的數(shù)據(jù)輸出線D0D0D7D7讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 ADC ADC與微型計(jì)算機(jī)的接口就是要正確處理上述與微型計(jì)算機(jī)的接口就是要正確處理上述3 3種信號(hào)種信號(hào)與微型計(jì)算機(jī)的連接問題。與微型計(jì)算機(jī)的連接問題。 ADC ADC 的數(shù)據(jù)輸出端的連接要視其內(nèi)部是鎖存器還是三態(tài)的數(shù)據(jù)輸出端的連接要視其內(nèi)部是鎖存器還是三態(tài)輸出鎖存緩沖器。若是三態(tài)輸出鎖存緩沖器，則可直接與微輸出鎖存緩沖器。若是三態(tài)輸出鎖存緩沖器，則可直接與微型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連；若是鎖存器，則應(yīng)將其數(shù)據(jù)輸出型計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連；若是鎖存器，則

33、應(yīng)將其數(shù)據(jù)輸出端通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連。端通過三態(tài)緩沖器與數(shù)據(jù)總線相連。 3 3 模數(shù)轉(zhuǎn)換器模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADCADC及其與微型計(jì)算機(jī)的接口及其與微型計(jì)算機(jī)的接口 373.1 3.1 8 8位逐次逼近式位逐次逼近式A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器ADC0808ADC0808 ADC0808ADC0808內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)383.2 ADC08083.2 ADC0808與微型計(jì)算機(jī)的接口與微型計(jì)算機(jī)的接口 由于由于ADC0808ADC0808芯片內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)鎖存三態(tài)緩沖器芯片內(nèi)部集成了數(shù)據(jù)鎖存三態(tài)緩沖器, ,其其數(shù)據(jù)輸出線可以直接與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。數(shù)據(jù)輸出線可以直接與計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)總線相連。 所以

34、，所以，設(shè)計(jì)設(shè)計(jì) ADC0808ADC0808與微型計(jì)算機(jī)的接口，主要是對與微型計(jì)算機(jī)的接口，主要是對模擬通道的選擇、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)的控制和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制模擬通道的選擇、轉(zhuǎn)換啟動(dòng)的控制和讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的控制等方面的設(shè)計(jì)等方面的設(shè)計(jì)。 用用ADC0808ADC0808對對8 8路模擬信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集，各采集路模擬信號(hào)進(jìn)行循環(huán)采集，各采集100100個(gè)數(shù)據(jù)分別存入個(gè)數(shù)據(jù)分別存入8 8個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中的無條件傳送的接口電路如個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)中的無條件傳送的接口電路如下圖所示。下圖所示。 393.2 ADC08083.2 ADC0808與微型計(jì)算機(jī)的接口與微型計(jì)算機(jī)的接口 40無條件傳送的采集程序如下：無條件傳送的采集

35、程序如下： stack segment stack stack segment stack stackstack dw 32 dup(0) dw 32 dup(0) stack ends stack ends data segment data segment COUNT EQU 100 COUNT EQU 100 BUFF DB COUNT BUFF DB COUNT8 DUP(0)8 DUP(0) data ends data ends code segment code segment start proc far start proc far assume ss assume ss：s

36、tackstack，cscs：codecode，dsds：datadata MOV BX MOV BX，OFFSET BUFFOFFSET BUFF MOV CX MOV CX，COUNTCOUNT OUTLP OUTLP： PUSH BXPUSH BX MOV DX MOV DX，380H 380H ；指向；指向0 0通道地址通道地址 INLOP INLOP： OUT DXOUT DX，AL AL ；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，鎖存模擬通道地址；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換，鎖存模擬通道地址 MOV AX MOV AX，50000 50000 ；延時(shí)，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；延時(shí)，等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 WTWT： DEC AXDEC AX JNZ

37、 WT JNZ WT; ADC0808; ADC0808的轉(zhuǎn)換時(shí)間為的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100S100S 3.2 ADC08083.2 ADC0808與微型計(jì)算機(jī)的接口與微型計(jì)算機(jī)的接口 41 IN AL IN AL，DX DX ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV BX MOV BX，ALAL ADD BX ADD BX，COUNT COUNT ；指向下一通道的存放地址；指向下一通道的存放地址 INC DX INC DX ；指向下一通道的地址；指向下一通道的地址 CMP DX CMP DX，388H 388H ；8 8個(gè)通道都采集了嗎？個(gè)通道都采集了嗎？ JB INLOP JB INLOP POP

38、BX POP BX ；0 0通道存放地址彈出通道存放地址彈出 INC BX INC BX ；指向；指向0 0通道的下一存放地址通道的下一存放地址 LOOP OUTLP LOOP OUTLP ret ret start endp start endp code ends code ends end start end start3.2 ADC08083.2 ADC0808與微型計(jì)算機(jī)的接口與微型計(jì)算機(jī)的接口 423.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 AD574AD574系列包括系列包括AD574AD574、AD674AD674、AD77

39、4AD774和和AD1674AD1674等型等型號(hào)的芯片，是號(hào)的芯片，是ADAD公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的1212位逐次逼近型位逐次逼近型ADC ADC 。 AD574AD574系列片內(nèi)具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器和時(shí)鐘信系列片內(nèi)具有三態(tài)輸出鎖存緩沖器和時(shí)鐘信號(hào)號(hào)。43模擬信號(hào)輸入及輸入極性信號(hào)模擬信號(hào)輸入及輸入極性信號(hào) 10VIN10VIN：0V0V+10V+10V的單極性或的單極性或-5V-5V+5V+5V的雙極性輸入線。的雙極性輸入線。20VIN20VIN：0V0V+20V+20V的單極性或的單極性或-10V-10V+10V+10V雙極性輸入線。雙極性輸入線。REFOUTREFOUT：片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸

40、出線。片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸出線。REFINREFIN：片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸入線。片內(nèi)基準(zhǔn)電壓輸入線。BIPOFFBIPOFF：極性調(diào)節(jié)線。極性調(diào)節(jié)線。(1)(1)芯片引線芯片引線 3.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 44 模擬量從模擬量從10VIN10VIN或或20VIN20VIN輸入，輸入極性由輸入，輸入極性由REFINREFIN、REFOUTREFOUT和和BIPOFFBIPOFF的外部電路確定。的外部電路確定。3.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 45AD574AD574與微型計(jì)

41、算機(jī)的接口信號(hào)與微型計(jì)算機(jī)的接口信號(hào) 12/ 12/ ：1212位轉(zhuǎn)換或位轉(zhuǎn)換或8 8位轉(zhuǎn)換線。位轉(zhuǎn)換線。 ：片選線，低電平選通芯片。片選線，低電平選通芯片。A0A0：端口地址線。端口地址線。 R/R/ ：讀結(jié)果讀結(jié)果/ /啟動(dòng)轉(zhuǎn)換線，高電平讀結(jié)果，低電平啟啟動(dòng)轉(zhuǎn)換線，高電平讀結(jié)果，低電平啟 動(dòng)轉(zhuǎn)換。動(dòng)轉(zhuǎn)換。 CECE：芯片允許線，高電平允許轉(zhuǎn)換。芯片允許線，高電平允許轉(zhuǎn)換。 3.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 46 這這5 5個(gè)信號(hào)之間的邏輯關(guān)系如下表，它是接口設(shè)計(jì)的個(gè)信號(hào)之間的邏輯關(guān)系如下表，它是接口設(shè)計(jì)的主要依據(jù)。主要依據(jù)。

42、AD574AD574的真值表的真值表 STS STS 轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示，轉(zhuǎn)換期間為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后轉(zhuǎn)換狀態(tài)指示，轉(zhuǎn)換期間為高電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束后輸出變?yōu)榈碗娖?。輸出變?yōu)榈碗娖健?各信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系如下圖所示。各信號(hào)之間的時(shí)序關(guān)系如下圖所示。 3.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 473.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 48電源線與地線電源線與地線 VLVL：+5V+5V電源。電源。VCCVCC：12V/15V12V/15V參考電壓源。參考電壓源。VEEVEE：-12V/-15V-12V/-15V參考電壓源。參考電壓源。DCDC：數(shù)字地。數(shù)字地。ACAC：模擬地。模擬地。3.3 123.3 12位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片位數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片AD574AD574及其微機(jī)接口及其微機(jī)接口 49(2)AD574(2)AD574與微型計(jì)算機(jī)的接口與微型計(jì)算機(jī)的接口 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的端口地址為啟動(dòng)轉(zhuǎn)換的端口地址為381H,381H,查詢的端口地址為查詢的端口地址為384H,384H,讀取高讀取高8 8位數(shù)據(jù)的端口