微機技術(shù)第13章模擬接口課件

1、第 13 章第 13 章第13章 模擬接口教學(xué)重點 DAC 0832及其與主機的連接 ADC 0809及其與主機的連接第13章 模擬接口教學(xué)重點模擬量與數(shù)字量模擬量連續(xù)變化的物理量數(shù)字量時間和數(shù)值上都離散的量模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADCDAC數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模擬量與數(shù)字量模擬量連續(xù)變化的物理量數(shù)字量時間和數(shù)值13.1 模擬輸入輸出系統(tǒng)數(shù)字信號模擬信號現(xiàn)場信號1現(xiàn)場信號2現(xiàn)場信號n微型計算機放大器放大器放大器多路開關(guān)低通濾波傳感器低通濾波傳感器低通濾波傳感器A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器數(shù)字信號受控對象控制信號模擬信號D/A轉(zhuǎn)換器放大驅(qū)動電路傳感器將各種現(xiàn)場的物理量測量出來并轉(zhuǎn)換成電信號（模擬電壓或電流） 放

2、大器把傳感器輸出的信號放大到ADC所需的量程范圍低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，以增加信噪比多路開關(guān)把多個現(xiàn)場信號分時地接通到A/D轉(zhuǎn)換器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號，并在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變13.1 模擬輸入輸出系統(tǒng)數(shù)字信號模擬信號現(xiàn)場信號1現(xiàn)場信13.2 D/A轉(zhuǎn)換器DAC數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模擬量數(shù)字量13.2 D/A轉(zhuǎn)換器DAC模擬量數(shù)字量13.2.1 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理數(shù)字量 按權(quán)相加 模擬量1101B 123122021120 1313.2.1 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理數(shù)字量 按權(quán)相加 D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI

3、2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF電阻網(wǎng)絡(luò)基準電壓電子開關(guān)D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（1）Iout2Iout1RfbRfbVD/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（2）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗2R運算放大器虛地D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（2）Iout2Iout1RfbRfbVD/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（3）VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vd/2RVREF/（42R）I2Vd/2RVREF/（22R）I3Vd/2RVR

4、EF/（12R）D/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（3）VaVREFI0Vd/2RVD/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（4）Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREFD/A轉(zhuǎn)換器的原理圖（4）Iout1I0I1I2I313.2.2 DAC0832芯片DAC0832是典型的8位電流輸出型通用DAC芯片LE2LE1 RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器 DGNDDI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout2Iout113.2.2 DAC0832芯片DAC0832是典型的8位DAC0832的

5、內(nèi)部結(jié)構(gòu)LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器DGNDDI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFERDAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)LE2LE1RfbAGNDDAC081. DAC0832的數(shù)字接口8位數(shù)字輸入端DI0DI7（DI0為最低位）輸入寄存器（第1級鎖存）的控制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（第2級鎖存）的控制端XFER*、WR2*1. DAC0832的數(shù)字接口8位數(shù)字輸入端直通鎖存器的工作方式兩級緩沖寄存器都是直通鎖存器LE1，直通（輸出等于輸入）LE0，鎖存（輸出保持不變）LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0

6、DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1直通鎖存器的工作方式兩級緩沖寄存器都是直通鎖存器LE2LE1DAC0832的工作方式：直通方式LE1LE21輸入的數(shù)字數(shù)據(jù)直接進入D/A轉(zhuǎn)換器LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式LE1LE21LE2LDAC0832的工作方式：單緩沖方式LE11，或者LE21兩個寄存器之一始終處于直通狀態(tài)另一個寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方式：單緩沖方式LE11，或者LE2DAC0832的工

7、作方式：雙緩沖方式兩個寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)能夠?qū)σ粋€數(shù)據(jù)進行D/A轉(zhuǎn)換的同時；輸入另一個數(shù)據(jù)LE2LE1DAC0832輸入寄存器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)換器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方式：雙緩沖方式兩個寄存器都處于受控（緩2. DAC0832的模擬輸出Iout1、Iout2電流輸出端Rfb反饋電阻引出端（電阻在芯片內(nèi)）VREF參考電壓輸入端10V10VAGND模擬信號地VCC電源電壓輸入端5V15VDGND數(shù)字信號地2. DAC0832的模擬輸出Iout1、Iout2電流單極性電壓輸出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGND

8、ADIVREF單極性電壓輸出VoutIout1RfbRfbIout2單極性電壓輸出：例子設(shè) VREF5VDFFH255時，最大輸出電壓：Vmax（255/256）5V4.98VD00H時，最小輸出電壓：Vmin（0/256）5V0VD01H時，一個最低有效位（LSB）電壓：VLSB（1/256）5V0.02VVout（D/2n）VREF單極性電壓輸出：例子設(shè) VREF5VVout（D/2雙極性電壓輸出：電路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20雙極性電壓輸出：電路R1（R）R3（2R）R2（2R）R

9、fb雙極性電壓輸出：公式取 R2R32R1得 Vout2（2Vout1VREF）因 Vout1（D/28）VREF故 Vout2（D27）/27）VREF雙極性電壓輸出：公式取 R2R32R1雙極性電壓輸出：例子設(shè) VREF5VDFFH255時，最大輸出電壓：Vmax（255128）/1285V4.96VD00H時，最小輸出電壓：Vmin（0128）/1285V5VD81H129時，一個最低有效位電壓：VLSB（129128/1285V0.04VVout（D27）/27）VREF雙極性電壓輸出：例子設(shè) VREF5VVout（D273. 輸出精度的調(diào)整RfbIout2Iout1Vout+_AGN

10、D調(diào)零電位器調(diào)滿刻度電位器電源5VADI10K1M1KVREF3. 輸出精度的調(diào)整RfbIout2Iout1Vout+_A4. 地線的連接DGNDAGND模擬電路數(shù)字電路ADCDAC模擬電路數(shù)字電路模擬地數(shù)字地公共接地點4. 地線的連接DGNDAGND模擬電路數(shù)字電路ADCDAC13.2.3 DAC芯片與主機的連接DAC芯片相當于一個“輸出設(shè)備”，至少需要一級鎖存器作為接口電路考慮到有些DAC芯片的數(shù)據(jù)位數(shù)大于主機數(shù)據(jù)總線寬度，所以分成兩種情況：1. 主機位數(shù)等于或大于DAC芯片位數(shù)2. 主機位數(shù)小于DAC芯片位數(shù)13.2.3 DAC芯片與主機的連接DAC芯片相當于一個“1. 主機位數(shù)大于或等

11、于DAC芯片的連接mov al,bufmov dx,portdout dx,al譯碼ABD0D7CLKDACVout+_ALS273 IOW1. 主機位數(shù)大于或等于DAC芯片的連接mov al,bufDAC0832單緩沖方式 WR1 CS IOW5V+5VRfbIout2Iout1 WR2XFERDGNDAGNDD0D7DI0D17VccILEVREFVout+_A譯碼ABDAC0832單緩沖方式 WR1 CS IOW5V+5VR2. 主機位數(shù)小于DAC芯片的連接數(shù)字數(shù)據(jù)需要多次輸出接口電路也需要多個（級）鎖存器保存多次輸出的數(shù)據(jù)并需要同時將完整的數(shù)字量提供給DAC轉(zhuǎn)換器CPUDAC8位12位

12、2. 主機位數(shù)小于DAC芯片的連接數(shù)字數(shù)據(jù)需要多次輸出CPU兩級鎖存電路模擬輸出12位DAC第2級12位鎖存控制第1級低8位鎖存控制第1級高4位鎖存控制D0D74位鎖存器4位鎖存器8位鎖存器8位鎖存器由同一個信號控制關(guān)鍵的一級鎖存無需輸出數(shù)據(jù)兩級鎖存電路模擬輸出第2級12位鎖存控制第1級低8位鎖存控制簡化的兩級鎖存電路模擬輸出12位DAC第2級12位鎖存控制第1級低8位鎖存控制D0D74位鎖存器8位鎖存器8位鎖存器由同一個信號控制關(guān)鍵的一級鎖存需要輸出高4位數(shù)據(jù)mov dx,port1mov al,blout dx,almov dx,port2mov al,bhout dx,al簡化的兩級鎖存

13、電路模擬輸出第2級12位鎖存控制第1級低8位鎖13.2.4 DAC芯片的應(yīng)用mov dx,portdmov al,0repeat:out dx,alinc aljmp repeat13.2.4 DAC芯片的應(yīng)用mov dx,portd輸出正向鋸齒波2次數(shù)據(jù)輸出的時間間隔02LSB1LSB255LSB254LSB鋸齒波周期輸出正向鋸齒波2次數(shù)據(jù)輸出的時間間隔02LSB1LSB25513.3 A/D轉(zhuǎn)換器模擬量數(shù)字量模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADC13.3 A/D轉(zhuǎn)換器模擬量數(shù)字量模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器13.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理存在多種A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，各有特點，分別應(yīng)用于不同的場合4種常用的轉(zhuǎn)換技術(shù)計數(shù)器

14、式逐次逼近式雙積分式并行式13.3.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理存在多種A/D轉(zhuǎn)換技術(shù)，1. 計數(shù)器式以最低位為增減量單位的逐步計數(shù)法時鐘復(fù)位數(shù)字輸出比較器模擬輸入計數(shù)器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束1. 計數(shù)器式以最低位為增減量時鐘數(shù)字輸出比較器模擬輸入計2. 逐次逼近式從最高位開始的逐位試探法時鐘復(fù)位數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束比較器模擬輸入寄存器D/A轉(zhuǎn)換器2. 逐次逼近式從最高位開始時鐘數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束比較器模擬3. 雙積分式兩個積分階段實質(zhì)是電壓/時間變換IREFIinVinVREF積分器比較器V/IV/I時鐘啟動計數(shù)計數(shù)器數(shù)字輸出T2T1Vc固定斜率時間可變固定時間斜率可變轉(zhuǎn)換結(jié)束3. 雙積分式兩個積分階段

15、IREFIinVinVREF積分4. 并行式速度快成本高直接比較法編碼電路VinVREF數(shù)字輸出比較器RRRRRRR/2R/24. 并行式速度快成本高VinVREF數(shù)字輸出比較器RRR13.3.2 ADC0809芯片具有A/D轉(zhuǎn)換的基本功能CMOS工藝制作8位逐次逼近式ADC轉(zhuǎn)換時間為100 s包含擴展部件多路開關(guān)三態(tài)鎖存緩沖器13.3.2 ADC0809芯片具有A/D轉(zhuǎn)換的基本功能ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809地址鎖存和譯碼OE通道選擇開關(guān)ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位三態(tài)鎖存緩沖器DACVcc比較器CLOCKSTARTGNDVREF(

16、+)VREF(-)ALE逐次逼近寄存器SAR定時和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOCADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖ADC0809地址鎖存OEADDA1. ADC0809的模擬輸入提供一個8通道的多路開關(guān)和尋址邏輯IN0IN7：8個模擬電壓輸入端ADDA、ADDB、ADDC：3個地址輸入線ALE：地址鎖存允許信號ALE的上升沿用于鎖存3個地址輸入的狀態(tài)，然后由譯碼器從8個模擬輸入中選擇一個模擬輸入端進行A/D轉(zhuǎn)換1. ADC0809的模擬輸入提供一個8通道的多路開關(guān)和尋址2. ADC0809的轉(zhuǎn)換時序D0D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100s2s+8T(最大)200

17、ns(最小)轉(zhuǎn)換啟動信號轉(zhuǎn)換結(jié)束信號2. ADC0809的轉(zhuǎn)換時序D0D7OEEOCSTART3. ADC0809的數(shù)字輸出ADC0809內(nèi)部鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量具有三態(tài)數(shù)字量輸出端D0D7配合輸出允許信號OE當輸出允許信號OE為高電平有效時，將三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從D0D7輸出3. ADC0809的數(shù)字輸出ADC0809內(nèi)部鎖存轉(zhuǎn)換后的4. ADC0809的轉(zhuǎn)換公式輸入模擬電壓輸出數(shù)字量基準電壓正極基準電壓負極4. ADC0809的轉(zhuǎn)換公式輸入模擬電壓輸出數(shù)字量基準電壓單極性轉(zhuǎn)換示例基準電壓VREF(+)5V，VREF()0V輸入模擬電壓Vin1.5VN （1.50）（50）25676.87

18、74DH單極性轉(zhuǎn)換示例基準電壓VREF(+)5V，VREF()雙極性轉(zhuǎn)換示例基準電壓VREF(+)5V，VREF()5V輸入模擬電壓Vin1.5VN （1.55）（55）25689.6905AH雙極性轉(zhuǎn)換示例基準電壓VREF(+)5V，VREF()13.3.3 ADC芯片與主機的連接ADC芯片相當于“輸入設(shè)備”，需要接口電路提供數(shù)據(jù)緩沖器主機需要控制轉(zhuǎn)換的啟動主機還需要及時獲知轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，并進行數(shù)據(jù)輸入等處理13.3.3 ADC芯片與主機的連接ADC芯片相當于“輸入1. 數(shù)據(jù)輸出線的連接與主機的連接可分成兩種方式直接相連：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的ADC芯片通過三態(tài)鎖存器相連：適用于不帶三態(tài)鎖

19、存器的ADC芯片，也適用帶有三態(tài)鎖存緩沖器的芯片ADC芯片的數(shù)字輸出位數(shù)大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線位數(shù)，需把數(shù)據(jù)分多次讀取1. 數(shù)據(jù)輸出線的連接與主機的連接可分成兩種方式2. A/D轉(zhuǎn)換的啟動（1）啟動信號一般有兩種形式脈沖信號啟動轉(zhuǎn)換電平信號啟動轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換啟動轉(zhuǎn)換結(jié)束2. A/D轉(zhuǎn)換的啟動（1）啟動信號一般有兩種形式轉(zhuǎn)換啟動轉(zhuǎn)2. A/D轉(zhuǎn)換的啟動（2）主機產(chǎn)生啟動信號有兩種方法編程啟動軟件上，執(zhí)行一個輸出指令硬件上，利用輸出指令產(chǎn)生ADC啟動脈沖，或產(chǎn)生一個啟動有效電平定時啟動啟動信號來自定時器輸出2. A/D轉(zhuǎn)換的啟動（2）主機產(chǎn)生啟動信號有兩種方法3. 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的處理不同的處理方式對應(yīng)程序設(shè)計

20、方法不同 查詢方式把結(jié)束信號作為狀態(tài)信號 中斷方式把結(jié)束信號作為中斷請求信號 延時方式不使用轉(zhuǎn)換結(jié)束信號 DMA方式把結(jié)束信號作為DMA請求信號3. 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號的處理不同的處理方式對應(yīng)程序設(shè)計方法不同13.3.4 ADC芯片的應(yīng)用例12.2 編程啟動、轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷處理例12.3 編程啟動、轉(zhuǎn)換結(jié)束查詢處理13.3.4 ADC芯片的應(yīng)用例12.2 編程啟動、轉(zhuǎn)換中斷方式D0D7220hIRQ2A0A9譯碼VccD0D7EOCADDAADDBADDCALE模擬輸入（05V）500KHzCLOCKVREF(+)+5VIN0OESTARTGNDVREF(-) IOR IOW中斷方式D0D7220hI

21、RQ2A0A9譯碼VccD0主程序;數(shù)據(jù)段adtemp db 0;給定一個臨時變量;代碼段;設(shè)置中斷向量等工作sti;開中斷mov dx,220hout dx,al;啟動A/D轉(zhuǎn)換;其他工作例13.2主程序;數(shù)據(jù)段例13.2中斷服務(wù)程序adintprocsti;開中斷push ax;保護寄存器push dxpush dsmov ax,data;設(shè)置數(shù)據(jù)段DSmov ds,axmov dx,220hin al,dx;讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量mov adtemp,al;送入緩沖區(qū)例13.2中斷服務(wù)程序adintproc例13.2中斷服務(wù)程序mov al,20h;發(fā)送EOI命令out 20h,alpop ds;恢復(fù)寄存器pop dxpop axiret;中斷返回adintendp例