數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口及其應(yīng)用PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口及其應(yīng)用數(shù)模轉(zhuǎn)換與模數(shù)轉(zhuǎn)換接口及其應(yīng)用例如：電壓、電流、壓力、溫度、位移、流量等。例如：電壓、電流、壓力、溫度、位移、流量等。例如：二進(jìn)制數(shù)例如：二進(jìn)制數(shù)00101110l數(shù)字量數(shù)字量時(shí)間和數(shù)值上都離散的量時(shí)間和數(shù)值上都離散的量。第1頁(yè)/共78頁(yè)2、模擬量輸入輸出通道、模擬量輸入輸出通道控控制制對(duì)對(duì)象象溫度溫度流量流量傳感傳感器器傳感傳感器器多多路路開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān)采采樣樣保保持持器器A/D 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器換器數(shù)字量數(shù)字量微微機(jī)機(jī)系系統(tǒng)統(tǒng)控制控制數(shù)字量數(shù)字量I/O接口接口鎖鎖存存器器D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換放大放大驅(qū)動(dòng)驅(qū)動(dòng)模擬量模擬量模擬電量模擬電量信號(hào)信號(hào)處理處理信號(hào)信號(hào)處理處理非電量

2、非電量第2頁(yè)/共78頁(yè) 把外部的把外部的物理量物理量（例如：聲音、溫度、壓力、流（例如：聲音、溫度、壓力、流量量 等）轉(zhuǎn)換成等）轉(zhuǎn)換成電流或電壓信號(hào)電流或電壓信號(hào)。2、信號(hào)處理、信號(hào)處理 傳感器輸出的信號(hào)比較微弱，需要經(jīng)過(guò)傳感器輸出的信號(hào)比較微弱，需要經(jīng)過(guò)放大放大，獲得，獲得ADCADC 所要求的輸入電平范圍。所要求的輸入電平范圍。 安裝在現(xiàn)場(chǎng)的安裝在現(xiàn)場(chǎng)的傳感器傳感器及其及其傳輸線路傳輸線路容易受到容易受到干擾信號(hào)干擾信號(hào)的的 影響，需要加接影響，需要加接濾波濾波電路，濾去干擾信號(hào)。電路，濾去干擾信號(hào)。第3頁(yè)/共78頁(yè)3、多路開(kāi)關(guān)（、多路開(kāi)關(guān)（Multiplexer） 需要監(jiān)測(cè)或控制的需要監(jiān)

3、測(cè)或控制的模擬量模擬量往往多于一個(gè)?？梢允褂枚嗦吠嘤谝粋€(gè)?？梢允褂枚嗦?模擬開(kāi)關(guān)，輪流接通其中的一路，使多個(gè)模擬信號(hào)共用模擬開(kāi)關(guān)，輪流接通其中的一路，使多個(gè)模擬信號(hào)共用 一個(gè)一個(gè)ADC進(jìn)行進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。4、A/D轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（Analog Digit Converter, ADC） 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送計(jì)算機(jī)處理，它是輸入通將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，送計(jì)算機(jī)處理，它是輸入通道的道的核心核心環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 AD轉(zhuǎn)換器輸入模擬信號(hào)通常有以下幾種電壓范圍：轉(zhuǎn)換器輸入模擬信號(hào)通常有以下幾種電壓范圍： 單極性單極性05V、010V、020V; 雙極性雙極性2.5V、5V、10V等。等。第4頁(yè)

4、/共78頁(yè) A/DA/D轉(zhuǎn)換期間，轉(zhuǎn)換期間，保持輸入信號(hào)不變保持輸入信號(hào)不變的電路稱為采樣的電路稱為采樣/ /保持電路保持電路。 轉(zhuǎn)換開(kāi)始之前，采樣轉(zhuǎn)換開(kāi)始之前，采樣/ /保持電路保持電路采集采集輸入信號(hào)（采樣）；輸入信號(hào)（采樣）； 轉(zhuǎn)換進(jìn)行過(guò)程中，它向轉(zhuǎn)換進(jìn)行過(guò)程中，它向A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器保持保持固定的輸出（保持）。固定的輸出（保持）。6、 D/A轉(zhuǎn)換器（轉(zhuǎn)換器（Digit Analog Converter, DAC） D/A轉(zhuǎn)換器將成數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。轉(zhuǎn)換器將成數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量輸出。第5頁(yè)/共78頁(yè) 1）傳感器的定義）傳感器的定義 傳感器傳感器（Sensor/Transduc

5、er）是借助是借助檢測(cè)元件檢測(cè)元件接收一種形式的接收一種形式的信息信息，并按一定的規(guī)律將所獲取的信息并按一定的規(guī)律將所獲取的信息轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換成成另一種信息另一種信息的裝的裝置。置。 目前，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為目前，經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換后的信號(hào)大多為電信號(hào)電信號(hào)。因而。因而從狹義上講，從狹義上講，傳感器傳感器是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電是把外界輸入的非電信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的裝置信號(hào)的裝置。物理量物理量電量電量傳感器傳感器第6頁(yè)/共78頁(yè)2）傳感器的構(gòu)成）傳感器的構(gòu)成 傳感器一般由傳感器一般由敏感元件敏感元件、轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件和和輔助元件輔助元件組成。組成。被測(cè)信息被測(cè)信息敏感元件敏感元件轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元

6、件輔助電源輔助電源信號(hào)調(diào)理電路信號(hào)調(diào)理電路輸出信息輸出信息 敏感元件敏感元件：直接感受被測(cè)量，并直接感受被測(cè)量，并輸出輸出與被測(cè)量成確定關(guān)系與被測(cè)量成確定關(guān)系 的某一物理量的元件。的某一物理量的元件。 轉(zhuǎn)換元件轉(zhuǎn)換元件：是指?jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性氖侵競(jìng)鞲衅髦心軐⒚舾性妮敵隽枯敵隽哭D(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為 適于傳輸和測(cè)量的適于傳輸和測(cè)量的電信號(hào)電信號(hào)部分。部分。 輔助元件輔助元件：信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換的元件信號(hào)調(diào)節(jié)和轉(zhuǎn)換的元件。第7頁(yè)/共78頁(yè)3）傳感器的分類）傳感器的分類第8頁(yè)/共78頁(yè)毛發(fā)濕度計(jì)毛發(fā)濕度計(jì)干濕球濕度計(jì)干濕球濕度計(jì)第9頁(yè)/共78頁(yè)第10頁(yè)/共78頁(yè) 壓電式傳感器壓電式傳感器是利用某些物質(zhì)的是

7、利用某些物質(zhì)的壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)將被測(cè)量轉(zhuǎn)將被測(cè)量轉(zhuǎn)換為電量的一種傳感器。換為電量的一種傳感器。 某些物質(zhì)如某些物質(zhì)如石英石英，當(dāng)受到外力時(shí)，不僅幾何尺寸發(fā)生，當(dāng)受到外力時(shí)，不僅幾何尺寸發(fā)生變化，而且內(nèi)部極化，表面上有電荷出現(xiàn)，形成變化，而且內(nèi)部極化，表面上有電荷出現(xiàn)，形成電場(chǎng)電場(chǎng)；當(dāng)外力消失時(shí)，材料又重新回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，這種現(xiàn)象當(dāng)外力消失時(shí)，材料又重新回復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，這種現(xiàn)象稱為稱為壓電效應(yīng)壓電效應(yīng)。 第11頁(yè)/共78頁(yè)高壓進(jìn)氣口高壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口低壓進(jìn)氣口第12頁(yè)/共78頁(yè)第13頁(yè)/共78頁(yè) 碼盤(pán)式角度碼盤(pán)式角度-數(shù)字傳感器數(shù)字傳感器 碼盤(pán)式傳感器是建立在碼盤(pán)式傳感器是建立在編碼器編碼器的

8、基礎(chǔ)上的，它能夠?qū)⒌幕A(chǔ)上的，它能夠?qū)⒔墙嵌榷绒D(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)換為數(shù)字編碼數(shù)字編碼，是一種數(shù)字式的傳感器。，是一種數(shù)字式的傳感器。碼盤(pán)碼盤(pán)由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多由光學(xué)玻璃制成，其上刻有許多同心碼道同心碼道，碼道的，碼道的條數(shù)就是數(shù)碼的位數(shù)，每位碼道上都有按一定規(guī)律排列條數(shù)就是數(shù)碼的位數(shù)，每位碼道上都有按一定規(guī)律排列的透光和不透光部分，即亮區(qū)和暗區(qū)。的透光和不透光部分，即亮區(qū)和暗區(qū)。第14頁(yè)/共78頁(yè) 由由光源光源1發(fā)出的光線，經(jīng)發(fā)出的光線，經(jīng)透鏡透鏡2變成一束平行光照射在變成一束平行光照射在碼盤(pán)碼盤(pán)3上，通過(guò)透上，通過(guò)透光部分的光線經(jīng)光部分的光線經(jīng)狹縫狹縫4照射到照射到光電元件光電元件5上，光上

9、，光電電元件的排列與碼道一一對(duì)元件的排列與碼道一一對(duì)應(yīng)，對(duì)應(yīng)于亮區(qū)和暗區(qū)的光應(yīng)，對(duì)應(yīng)于亮區(qū)和暗區(qū)的光電電元件輸出的信號(hào)，前者為元件輸出的信號(hào)，前者為“1”，后者為，后者為“0”。 當(dāng)碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)至不同位置時(shí)，光電元件輸出信號(hào)的組合，反映出按一定當(dāng)碼盤(pán)旋轉(zhuǎn)至不同位置時(shí)，光電元件輸出信號(hào)的組合，反映出按一定規(guī)律編碼的數(shù)字量，代表了碼盤(pán)軸的角位移大小。規(guī)律編碼的數(shù)字量，代表了碼盤(pán)軸的角位移大小。第15頁(yè)/共78頁(yè)2.1.3 D/A2.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)2.1.2 R-2R 2.1.2 R-2R 倒倒T T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2.1.1 D/A2

10、.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理第16頁(yè)/共78頁(yè)2.1.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)權(quán)的大小，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的大小，轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的的模擬量模擬量，然后將代表各位的，然后將代表各位的模擬量相加模擬量相加，所得的總模，所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。量的轉(zhuǎn)換。uo或 io輸出D/Ad0d1dn1輸入)2222(00112211oddddKunnnnu第17頁(yè)/共78頁(yè)mVKuDKuuiiiO5270mVDKuuiiiO4521215

11、20370)(例例1、一個(gè)、一個(gè)8位位D/A轉(zhuǎn)換電路，輸入為轉(zhuǎn)換電路，輸入為00000001時(shí)，時(shí)，輸出電壓為輸出電壓為5mV，則輸入數(shù)字量為，則輸入數(shù)字量為00001001時(shí)，時(shí)，輸出電壓有多大？輸出電壓有多大？第18頁(yè)/共78頁(yè) D/A轉(zhuǎn)換器的基本組成轉(zhuǎn)換器的基本組成: 數(shù)數(shù)碼碼 寄寄存存器器 n n位位模模擬擬開(kāi)開(kāi)關(guān)關(guān) 解解碼碼 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò) 求求和和 電電路路 基基準(zhǔn)準(zhǔn)電電壓壓 n n位位數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入 模模擬擬量量 輸輸出出 存放數(shù)字存放數(shù)字量的各位數(shù)碼量的各位數(shù)碼由輸入數(shù)字量控制由輸入數(shù)字量控制產(chǎn)生權(quán)電流產(chǎn)生權(quán)電流將權(quán)電流相加產(chǎn)將權(quán)電流相加產(chǎn)生與輸入成正比生與輸入成正比的模擬電壓

12、的模擬電壓根據(jù)輸入的數(shù)字量的方式分，可分為：根據(jù)輸入的數(shù)字量的方式分，可分為：串行串行DAC：串行輸入方式的：串行輸入方式的D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。并行并行DAC：并行輸入方式的：并行輸入方式的D/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。第19頁(yè)/共78頁(yè)S0S3S2S11 0 1 0 1 0 1 0RRFd3d0d1d2URuo +RR2R2R2R2R2RIRABCD分別從虛線分別從虛線A、B、C、D處向左看的二端網(wǎng)絡(luò)處向左看的二端網(wǎng)絡(luò)等效電阻都是等效電阻都是R。不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的不論模擬開(kāi)關(guān)接到運(yùn)算放大器的反相輸入端反相輸入端（虛地）還是接（虛地）還是接到到地地，即不論輸入數(shù)字信號(hào)是，即不論輸入數(shù)字信號(hào)

13、是1還是還是0，各支路的電流不變。，各支路的電流不變。從參考電壓從參考電壓UR處輸入的電流處輸入的電流IR為：為：RUIRR2.1.2 R-2R 倒倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器參考電壓參考電壓模擬開(kāi)關(guān)模擬開(kāi)關(guān)第20頁(yè)/共78頁(yè)S0S3S2S11 0 1 0 1 0 1 0RRFd3d0d1d2URuo +RR2R2R2R2R2RIRABCDI3I2I1I0IRUIIRUIIRUIIRUIIRRRRRRRR403122132161 281241 221各支路電流IR為：第21頁(yè)/共78頁(yè)S0S3S2S11 0 1 0 1 0 1 0RRFd3d0d1d2URuo +RR2R2R2R

14、2R2RIRABCDI3I2I1I0I)(0011223343322110022222ddddRUdIdIdIdIIR)2222(2001122334oddddRRUIRuFRF第22頁(yè)/共78頁(yè)256255REFV 256129REFV 256128REFV 256127REFV 2561REFV 2560REFV8位位D/A轉(zhuǎn)換器的輸入轉(zhuǎn)換器的輸入/輸出關(guān)系輸出關(guān)系000000001000000011111110000000011000000111111111模擬量模擬量 數(shù)字量數(shù)字量MSB LSB第23頁(yè)/共78頁(yè)當(dāng)當(dāng)n=3時(shí)，時(shí)，DAC的輸出與輸入轉(zhuǎn)換特性圖，輸出的輸出與輸入轉(zhuǎn)換特性圖

15、，輸出為階梯波。為階梯波。 ULSB1000001010 011 100234567BUmuO 或 iO101 110 11176543210000 001 010 011 100 101 110 111uo(V)D第24頁(yè)/共78頁(yè)（1）分辨率分辨率 分辨率分辨率是指是指D/A轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比轉(zhuǎn)換器的最小輸出電壓與最大輸出電壓之比。 最小輸出電壓最小輸出電壓就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位為就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量最低位為1，其余各位，其余各位均為均為0時(shí)的輸出電壓。時(shí)的輸出電壓。 最大輸出電壓最大輸出電壓就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量全部為就是對(duì)應(yīng)于輸入數(shù)字量全部為1時(shí)的輸出電壓時(shí)的輸出

16、電壓。10位位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為：轉(zhuǎn)換器的分辨率為：001. 010231121102.1.3 D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)參數(shù)的主要技術(shù)參數(shù)分辨率分辨率可用輸入二進(jìn)制數(shù)的可用輸入二進(jìn)制數(shù)的有效位數(shù)有效位數(shù)n表示。表示。第25頁(yè)/共78頁(yè)第26頁(yè)/共78頁(yè)AD558的輸出的輸出模擬電壓范圍模擬電壓范圍為為 02.56V分辨率分辨率= 2.56V/256第27頁(yè)/共78頁(yè)2、AD558與與PC機(jī)的連接圖機(jī)的連接圖 第28頁(yè)/共78頁(yè)FFHV00HTt用用AD588產(chǎn)生鋸齒波模擬信號(hào)。產(chǎn)生鋸齒波模擬信號(hào)。第29頁(yè)/共78頁(yè)CODESEGMENTASSUME CS：CODESTART： MOV

17、CX，256MOV AL，0LOOP1:OUT 30C，AL；輸出AL內(nèi)容CALL DELAY；延時(shí)INC AL；AL內(nèi)容加1LOOP LOOP1；循環(huán)256次JMP START；重新輸出下一個(gè)鋸齒波用用AD588產(chǎn)生鋸齒波模擬信號(hào)程序產(chǎn)生鋸齒波模擬信號(hào)程序：第30頁(yè)/共78頁(yè)第31頁(yè)/共78頁(yè)第一級(jí)緩沖第一級(jí)緩沖 第二級(jí)緩沖第二級(jí)緩沖 參參考考電電壓壓輸輸入入端端 2 2倍電路倍電路 第32頁(yè)/共78頁(yè)第33頁(yè)/共78頁(yè)引腳引腳輸入輸入/輸出輸出描述描述名稱名稱序號(hào)序號(hào)CLK7I串行接口時(shí)鐘。引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，將輸入的數(shù)字量移入串行接口寄存器串行接口時(shí)鐘。引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，將輸入的數(shù)字量移入

18、串行接口寄存器DACA12ODAC A模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸出DACB11ODAC B模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸出DACC10ODAC C模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸出DACD9ODAC D模擬信號(hào)輸出模擬信號(hào)輸出DATA6I串行接口二進(jìn)制輸入端串行接口二進(jìn)制輸入端GND1I地回路及參考終端地回路及參考終端LDAC13I加載加載DAC。當(dāng)引腳出現(xiàn)高電平時(shí)，即使有數(shù)字量被讀入串行口也不會(huì)對(duì)。當(dāng)引腳出現(xiàn)高電平時(shí)，即使有數(shù)字量被讀入串行口也不會(huì)對(duì)DAC的輸出進(jìn)行更新。的輸出進(jìn)行更新。只有當(dāng)引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，只有當(dāng)引腳從高電平變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，DAC輸出才更新。輸出才更新。LOAD8I串口加載控制。當(dāng)串口加

19、載控制。當(dāng)LDAC是低電平，并且是低電平，并且LOAD引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，數(shù)字量被保引腳出現(xiàn)下降沿時(shí)，數(shù)字量被保存到鎖存器，隨后輸出端產(chǎn)生模擬電壓。存到鎖存器，隨后輸出端產(chǎn)生模擬電壓。REFA2I輸入到輸入到DAC A的參考電壓。這個(gè)電壓的參考電壓。這個(gè)電壓定義了輸出模擬量的范圍定義了輸出模擬量的范圍。REFB3I輸入到輸入到DAC B的參考電壓。這個(gè)電壓定義了輸出模擬量的范圍。的參考電壓。這個(gè)電壓定義了輸出模擬量的范圍。REFC4I輸入到輸入到DAC C的參考電壓。這個(gè)電壓定義了輸出模擬量的范圍。的參考電壓。這個(gè)電壓定義了輸出模擬量的范圍。REFD5I輸入到輸入到DAC D的參考電壓。這個(gè)電壓

20、定義了輸出模擬量的范圍。的參考電壓。這個(gè)電壓定義了輸出模擬量的范圍。VDD14I正電源正電源第34頁(yè)/共78頁(yè)第35頁(yè)/共78頁(yè)數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式 (LDAC更新更新DAC輸出輸出) 數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式數(shù)據(jù)寫(xiě)入方式 (LOAD更新更新DAC輸出輸出) TLC5620TLC5620數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)格式2位位DAC選擇信號(hào)選擇信號(hào)A1A0，1位范圍信號(hào)位位范圍信號(hào)位RNG，8位數(shù)據(jù)位，最高位數(shù)據(jù)位，最高位在前。位在前。第36頁(yè)/共78頁(yè)各個(gè)輸出電壓由下式給出： 式中CODE范圍是0到255， RNG（范圍位）是0或1，包含在串行控制字中，當(dāng)RNG為0時(shí)，輸出范圍在1倍參考電壓和地電壓之間，當(dāng)RNG為1

21、時(shí)，輸出范圍在兩倍參考電壓和地電壓之間。第37頁(yè)/共78頁(yè)第38頁(yè)/共78頁(yè)DATACLKLOADLDACREFAREFBREFCREFDDACADACBDACCDACDPC0PC1PC2PC3TLC56208255ATLC5620與與8086 CPU的接口的接口 第39頁(yè)/共78頁(yè)DAC_PROC PROC FAR ；這是對(duì)；這是對(duì)DAC的子程序的子程序 PUSH AX PUSH CX PUSH DX PUSHF MOV CL，5 ；先把；先把AX內(nèi)容左移內(nèi)容左移5位位SHL AX，CLMOV DX，AX ；DX為串行輸出的數(shù)據(jù)，最高位為通道選擇為串行輸出的數(shù)據(jù)，最高位為通道選擇MOV CX

22、，11 ；循環(huán)；循環(huán)11次次DAC_PROC1:MOV AL，0 ；預(yù)置對(duì)；預(yù)置對(duì)DATA線的置位復(fù)位字線的置位復(fù)位字SHL DX，1 ；取串行輸出位；取串行輸出位ADC AL，0 ；把串行輸出位送到置位復(fù)位字的第；把串行輸出位送到置位復(fù)位字的第0位位OUT 86H，AL ；把；把DATA線上串行輸出位內(nèi)容線上串行輸出位內(nèi)容MOV AL，00000010B ；發(fā)送；發(fā)送CLK負(fù)脈沖負(fù)脈沖OUT 86H，ALMOV AL，00000011BOUT 86H，ALLOOP DAC_PROC1 ；循環(huán)；循環(huán)第40頁(yè)/共78頁(yè)第41頁(yè)/共78頁(yè)第42頁(yè)/共78頁(yè)第43頁(yè)/共78頁(yè)dn-1d1d0數(shù)字量輸

23、出(n位)ADC的數(shù)字化編碼電路 CPS SCADC采樣-保持電路采樣展寬信號(hào)輸入模擬電壓ui(t)us(t)模擬電子開(kāi)關(guān)模擬電子開(kāi)關(guān)S在采樣脈沖在采樣脈沖CPS的控制下重復(fù)接通、斷開(kāi)的的控制下重復(fù)接通、斷開(kāi)的過(guò)程。過(guò)程。S接通時(shí)，接通時(shí)，ui(t)對(duì)對(duì)C充電，為充電，為采樣過(guò)程采樣過(guò)程；S斷開(kāi)時(shí)，斷開(kāi)時(shí)，C上的電壓保持不變，為上的電壓保持不變，為保持過(guò)程保持過(guò)程。在保持過(guò)程中，采樣的。在保持過(guò)程中，采樣的模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組模擬電壓經(jīng)數(shù)字化編碼電路轉(zhuǎn)換成一組n位的二進(jìn)制數(shù)輸出位的二進(jìn)制數(shù)輸出。三、三、 AD轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù)轉(zhuǎn)換器及其接口技術(shù) 1、A/D轉(zhuǎn)換器的基本過(guò)程轉(zhuǎn)換器的

24、基本過(guò)程第44頁(yè)/共78頁(yè) A/D轉(zhuǎn)換器按照工作原理的不同可分為：轉(zhuǎn)換器按照工作原理的不同可分為： 直接直接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器和和間接間接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器。 直接直接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器是將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量；是將輸入模擬電壓直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字量； 間接間接A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器是先將是先將輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換成中間量，如時(shí)間，如時(shí)間或頻率，然后將這些中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量?；蝾l率，然后將這些中間量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 常用的直接常用的直接A/D轉(zhuǎn)換器有轉(zhuǎn)換器有并聯(lián)比較型并聯(lián)比較型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器和和逐次逼近逐次逼近型型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器。常用的間接。常用的間接A/D轉(zhuǎn)換器有中間

25、量為時(shí)間的轉(zhuǎn)換器有中間量為時(shí)間的雙積雙積分型分型A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器，中間量為頻率的，中間量為頻率的電壓頻率轉(zhuǎn)換型電壓頻率轉(zhuǎn)換型A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器。 第45頁(yè)/共78頁(yè)3、逐次逼近型、逐次逼近型ADC 工作原理可用天平秤重過(guò)程作比喻來(lái)說(shuō)明。若工作原理可用天平秤重過(guò)程作比喻來(lái)說(shuō)明。若有四個(gè)砝碼共重有四個(gè)砝碼共重15克，每個(gè)重量分別為克，每個(gè)重量分別為8、4、2、1克。設(shè)待秤重量克。設(shè)待秤重量Wx = 13.4克，可以用下表步驟來(lái)克，可以用下表步驟來(lái)秤量：秤量：砝碼重砝碼重第一次第一次第二次第二次第三次第三次第四次第四次加加4克克加加2克克加加1克克8 克克砝碼總重砝碼總重 待測(cè)重量待測(cè)重量Wx ，

26、故保留，故保留砝碼總重仍砝碼總重仍 待測(cè)重量待測(cè)重量Wx ，故撤除，故撤除砝碼總重砝碼總重 待測(cè)重量待測(cè)重量Wx ，故保留，故保留暫時(shí)結(jié)果暫時(shí)結(jié)果8 克克12 克克12 克克13 克克 結(jié)結(jié) 論論第46頁(yè)/共78頁(yè)(1)電路結(jié)構(gòu)：電路結(jié)構(gòu)：VREF=-10V, VI I=6.84V=6.84V I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 3、逐次逼近型、逐次逼近型ADC第47頁(yè)/共78頁(yè)轉(zhuǎn)換原

27、理轉(zhuǎn)換原理 I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 1 0 0 0 1 0 0 0 5VVI5V 1VI=6.84VVREF= -10V第一個(gè)第一個(gè)CP：第48頁(yè)/共78頁(yè)第二個(gè)第二個(gè)CP： I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器

28、 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 0 1 0 0 1 1 0 0 7.5V10VI7.5V VI=6.84VVREF= -10V第49頁(yè)/共78頁(yè)第三個(gè)第三個(gè)CP： I 啟動(dòng)脈沖啟動(dòng)脈沖 CP 時(shí)鐘時(shí)鐘 電壓電壓 比較器比較器 控制邏控制邏輯電路輯電路 移位寄位器移位寄位器 數(shù)據(jù)寄存器數(shù)據(jù)寄存器 模擬模擬 量輸入量輸入 數(shù)字?jǐn)?shù)字 量輸出量輸出 D/A 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器 O VREF D0 D1 Dn-2 Dn-1 0 0 1 0 1 0 1 0 6.25V I 6.25V 101 I=6.84VVREF=10V第50頁(yè)/共78頁(yè)最高位為最高位為1的轉(zhuǎn)換電壓的轉(zhuǎn)換電壓為為VD727 V

29、REF/ 28 5V，其余，其余各位為各位為1的的轉(zhuǎn)換電壓逐轉(zhuǎn)換電壓逐位按位按1/2衰衰減。減。 7.50000 6.2500 6.8750 6.5625 6.71875 6.796875 6.835937 0.00 5.0000 10 s CP 啟啟動(dòng)動(dòng)脈脈沖沖 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 O V 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換時(shí)時(shí)間間 = 80 s t / s 10000000 A=6.84VVREF=10V1 10 01 10 01 11 11 11 11100000010100000101100001010100010101100101011101

30、0101111第51頁(yè)/共78頁(yè)（1）分辨率分辨率 A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率用轉(zhuǎn)換器的分辨率用輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)輸出二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)表示，位數(shù)越表示，位數(shù)越多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化多，誤差越小，轉(zhuǎn)換精度越高。例如，輸入模擬電壓的變化范圍為范圍為05V，輸出，輸出8位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為位二進(jìn)制數(shù)可以分辨的最小模擬電壓為5V2820mV；（2）相對(duì)精度相對(duì)精度 在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上。相對(duì)精在理想情況下，所有的轉(zhuǎn)換點(diǎn)應(yīng)當(dāng)在一條直線上。相對(duì)精度是指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。度是指實(shí)際的各個(gè)轉(zhuǎn)換點(diǎn)偏離理想特性的誤差。（3）轉(zhuǎn)換速度轉(zhuǎn)換速

31、度 轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速度是指完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從轉(zhuǎn)換時(shí)間是指從接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)接到轉(zhuǎn)換控制信號(hào)開(kāi)始，到輸出端得到穩(wěn)定的數(shù)字輸出信號(hào)所經(jīng)過(guò)的這段時(shí)間。所經(jīng)過(guò)的這段時(shí)間。模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)模數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)第52頁(yè)/共78頁(yè)第53頁(yè)/共78頁(yè)模擬輸入模擬輸入允許輸出允許輸出(OE)數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù)輸出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)（START） 轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束 (EOC)ADCCPU第54頁(yè)/共78頁(yè)第55頁(yè)/共78頁(yè)N1 EQU START_PORTN2 EQU OE_PORT.BUFF DB 256 DUP (?

32、) ；定義一個(gè)數(shù)組，元素個(gè)數(shù)；定義一個(gè)數(shù)組，元素個(gè)數(shù)256 . MOV BX ， OFFSET BUFF ；定義子程序入口參數(shù)；定義子程序入口參數(shù) MOV CX，256 CALL PROC_ADC ；調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序；調(diào)用數(shù)據(jù)采集子程序利用延時(shí)等待法進(jìn)行利用延時(shí)等待法進(jìn)行256個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換程序。第56頁(yè)/共78頁(yè)查詢法是由查詢法是由CPU來(lái)檢查來(lái)檢查EOC信號(hào)信號(hào)。當(dāng)CPU啟動(dòng)ADC芯片開(kāi)始轉(zhuǎn)換后，可執(zhí)行其他任務(wù)，再通過(guò)狀態(tài)端口狀態(tài)端口檢查ADC是否轉(zhuǎn)換結(jié)束。下圖是查詢ADC的接口電路，有兩個(gè)端口。CPU先通過(guò)Y0（譯碼器輸出）所示端口地址執(zhí)行一條IN指令指令，產(chǎn)生一個(gè)高電平有

33、效的START信號(hào)信號(hào)，啟動(dòng)ADC開(kāi)始轉(zhuǎn)換。當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束產(chǎn)生EOC信號(hào)，CPU通過(guò)Y1端口地址執(zhí)行一條IN指令指令，查詢查詢EOC信號(hào)信號(hào)。EOC信號(hào)通過(guò)三態(tài)門(mén)接數(shù)據(jù)線D0上，查詢到D0為1，則ADC轉(zhuǎn)換好數(shù)據(jù)，CPU再執(zhí)行一條IN指令，發(fā)出OE信號(hào)，取入數(shù)據(jù)。第57頁(yè)/共78頁(yè)實(shí)際應(yīng)用中，由于ADC直接與外部的模擬信號(hào)相連，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)的干擾信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，可能會(huì)通過(guò)ADC芯片影響CPU的正常工作。在實(shí)際ADC接口電路中，常用8255A作為ADC與CPU的接口電路。下圖為使用8255A作為接口的軟件查詢方式下的A/D轉(zhuǎn)換。工作過(guò)程工作過(guò)程：8255A的A口作為輸入，方式1工作。ADC的START信

34、號(hào)由PC7提供，EOC信號(hào)接PC4， PC4接收EOC信號(hào)后，將PA7 PA0上數(shù)據(jù)鎖存到A口的數(shù)據(jù)輸入緩沖器，同時(shí)從PC5發(fā)出輸入緩沖區(qū)滿信號(hào)IBFA，CPU讀入C口的狀態(tài)，查詢到IBFA為1，將8255A中數(shù)據(jù)取走，同時(shí)啟動(dòng)下一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換 。第58頁(yè)/共78頁(yè)第59頁(yè)/共78頁(yè)第60頁(yè)/共78頁(yè)3）中斷法接口電路）中斷法接口電路使用中斷方法，可提高CPU的利用率，當(dāng)ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束，由EOC信號(hào)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)中斷在中斷服務(wù)子程序中讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。 由CPU執(zhí)行一條IN指令指令，啟動(dòng)ADC轉(zhuǎn)換；同時(shí)將D觸發(fā)器清0。使得中斷請(qǐng)求信號(hào)無(wú)效，此時(shí)，CPU只管去執(zhí)行其他程序，一旦AD

35、C轉(zhuǎn)換好數(shù)據(jù)，EOC信號(hào)使D觸發(fā)器置1，向8259A發(fā)出中斷請(qǐng)求。若CPU響應(yīng)中斷，則轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序；CPU執(zhí)行一條IN指令，使OE信號(hào)有效信號(hào)有效，讀入ADC緩沖區(qū)轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，同時(shí)，START信號(hào)有效，啟動(dòng)下一條數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，并將中斷請(qǐng)求信號(hào)變?yōu)闊o(wú)效，開(kāi)始下一個(gè)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。第61頁(yè)/共78頁(yè)模模擬擬輸輸入入部部分分控控制制邏邏輯輯地址地址譯碼譯碼輸入輸入選通選通基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓輸入端輸入端第62頁(yè)/共78頁(yè)第63頁(yè)/共78頁(yè)管腳說(shuō)明：管腳說(shuō)明： ADC0809芯片有芯片有28個(gè)管腳，為雙列直插式封裝。個(gè)管腳，為雙列直插式封裝。 功能說(shuō)明：功能說(shuō)明： IN7IN08個(gè)模擬量輸入通道；個(gè)模擬

36、量輸入通道； ADDA，ADDB和和ADDC通道端口地址選擇線。通道端口地址選擇線。A為低地為低地址，址，C為高地址。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表為高地址。其地址狀態(tài)與通道對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)表10-1。 ALE地址鎖存信號(hào)。由低電平到高電平跳變時(shí)，將地址地址鎖存信號(hào)。由低電平到高電平跳變時(shí)，將地址狀態(tài)線的狀態(tài)鎖存，選擇相應(yīng)的輸入通道。狀態(tài)線的狀態(tài)鎖存，選擇相應(yīng)的輸入通道。 START轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。START上升沿時(shí)，復(fù)位上升沿時(shí)，復(fù)位ADC0809；START下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開(kāi)始進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換；在在A/D轉(zhuǎn)換期間，轉(zhuǎn)換期間，START應(yīng)保持低電平。應(yīng)保持

37、低電平。第64頁(yè)/共78頁(yè) D7D0數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，數(shù)據(jù)輸出線。為三態(tài)緩沖輸出形式，D0為最低為最低位，位，D7為最高。為最高。 OE輸出允許信號(hào)。有效時(shí)將輸出寄存器中的數(shù)據(jù)放輸出允許信號(hào)。有效時(shí)將輸出寄存器中的數(shù)據(jù)放到數(shù)據(jù)總線上；到數(shù)據(jù)總線上；OE=0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻；OE=1，輸出，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。 EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。EOC=0，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；，正在進(jìn)行轉(zhuǎn)換；EOC=1,轉(zhuǎn)換結(jié)束。在使用中，該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的轉(zhuǎn)換結(jié)束。在使用中，該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)

38、求信號(hào)使用。第65頁(yè)/共78頁(yè) CLK 時(shí)鐘信號(hào)。時(shí)鐘信號(hào)。ADC0809的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所的內(nèi)部沒(méi)有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用需時(shí)鐘信號(hào)由外界提供，因此有時(shí)鐘信號(hào)引腳。通常使用頻率為頻率為500KHz的時(shí)鐘信號(hào)。的時(shí)鐘信號(hào)。 Vcc +5V電源。電源。 REF參考電源電壓，用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較參考電源電壓，用來(lái)與輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行比較，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為，作為逐次逼近的基準(zhǔn)。其典型值為+5V（REF(+)=+5V, REF(-)=-5V）。）。第66頁(yè)/共78頁(yè)C B A0 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 1被選擇的通道IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7表表10-1 通道選擇表通道選擇表第67頁(yè)/共78頁(yè)第68頁(yè)