微機(jī)接口第八章AD-DA-4學(xué)時(shí)

第五節(jié)模擬接口第四節(jié)數(shù)/模、模/數(shù)轉(zhuǎn)換1#爐溫度計(jì)A/DA/DA/DA/D數(shù)據(jù)選擇器

2#爐溫度計(jì)3#爐溫度計(jì)4#爐溫度計(jì)數(shù)據(jù)分配器D/AD/AD/AD/A1#爐溫控2#爐溫控3#爐溫控4#爐溫控

模擬輸出通道的作用是為了實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)過程的控制，將計(jì)算機(jī)對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行加工、處理后的數(shù)據(jù)信號(hào)輸出至執(zhí)行機(jī)構(gòu)。

在一個(gè)微型計(jì)算機(jī)檢測(cè)與控制系統(tǒng)中，往往由模擬輸入通道和模擬輸出通道構(gòu)成。

模擬輸入通道的作用就是將生產(chǎn)過程中所需檢測(cè)的連續(xù)變化的物理量轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)所能接收和識(shí)別的數(shù)字信號(hào)。溫度、壓力、車床轉(zhuǎn)速、加工部件位移量、轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)角……實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖模擬輸入通道模擬輸出通道實(shí)時(shí)檢測(cè)與控制系統(tǒng)的構(gòu)成圖D/A轉(zhuǎn)換器D3D2D1D0V000000001V0=VREF/8=E0200010V1=E0210100V2=E0221000V3=E023…………1111V=V0+V1+V2+V3●

一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換DAC原理●

1、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)作用：計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。組成：由運(yùn)算放大器和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成。(DigitaltoAnalogConverter)E0=VREF/8（加權(quán)電流法）-+I-I+U-U+IfUoR1RbRfUI+-I1表現(xiàn)出輸出電壓與數(shù)字量之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系缺點(diǎn)：隨著位數(shù)的增加電阻阻值范圍太寬，不利于集成。K0閉合時(shí)T形權(quán)電阻轉(zhuǎn)換●

2、T形權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)從ABCD各點(diǎn)看進(jìn)去的等效電阻都是R。D點(diǎn)電壓：VREFC點(diǎn)電壓：VREF/2B點(diǎn)電壓：VREF/4A點(diǎn)電壓：VREF/8K3閉合時(shí):Ii=VREF/2RK2閉合時(shí):Ii=VREF/4RK1閉合時(shí):Ii=VREF/8RK0閉合時(shí):Ii=VREF/16R開關(guān)都閉合時(shí)輸出電壓D/A轉(zhuǎn)換器8032●

二、DAC芯片舉例DAC0832是CMOS工藝制造的8位電流輸出型雙緩沖D/A轉(zhuǎn)換器，片內(nèi)帶有數(shù)據(jù)鎖存器，可與微處理器直接相連。

●

1、

DAC0832引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 數(shù)字接口的引腳模擬輸出引腳DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖雙緩沖器結(jié)構(gòu)被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)保存在DAC寄存器中時(shí)，下一個(gè)數(shù)據(jù)可以裝入輸入寄存器中，轉(zhuǎn)換速度快。LE=1寄存器輸出隨輸入變化LE=0輸出被鎖存8032工作方式●

2、DAC0832的工作方式

根據(jù)對(duì)DAC0832的輸入鎖存器和DAC寄存器的不同控制方法，DAC0832有如下三種工作方式：(1)直通方式在直通方式下，數(shù)據(jù)不鎖存，此時(shí)，被轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)一旦到達(dá)輸入端口D7~D0，即可進(jìn)入轉(zhuǎn)換器且輸出。(2)單緩沖方式單緩沖方式是將兩個(gè)寄存器之一始終置于直通方式，另一個(gè)寄存器處于鎖存方式。(3)雙緩沖方式兩個(gè)寄存器都處于鎖存狀態(tài)，在這種工作方式下，能夠?qū)σ粋€(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，輸入另一個(gè)數(shù)據(jù)，提高了D/A轉(zhuǎn)換速率。DAC0832的主要技術(shù)指標(biāo)●

3、DAC0832的主要技術(shù)指標(biāo) （4）線性度：

當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出的模擬量按比例變化的程度。理想的D/A轉(zhuǎn)換器是線性的，但實(shí)際上有誤差，模擬輸出偏離理想輸出的最大值稱為線性誤差。一般電流型D/A轉(zhuǎn)換器在幾百納秒到幾個(gè)微秒之內(nèi)；而電壓型D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換較慢，取決于運(yùn)算放大器的響應(yīng)時(shí)間。（3）精度：

D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位（如1/2LSB）。（1）分辨率：D/A轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)；或1個(gè)二進(jìn)制增量所代表的模擬量大小。位數(shù)多分辨率也就高。分辨率=模擬輸出的滿量程值/(2n-1)(n為二進(jìn)制數(shù)據(jù)的位數(shù)）例如：V滿=5V，8位的D/A轉(zhuǎn)換器分辨率為5/256=20mV。（2）轉(zhuǎn)換時(shí)間：數(shù)字量輸入到模擬量輸出達(dá)到穩(wěn)定所需的時(shí)間。例如：D/A分辨率為20mV，則精度為±10mV。DAC芯片與主機(jī)的連接●

4、DAC與主機(jī)的連接

MOV AL，BUF MOV DX，PORT OUT DX，ALD7~D0IOWA9~A0系統(tǒng)總線DI0~7WR1ILECSDAC0832譯碼器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-A+5VVout+5V200H1)單緩沖方式。DAC芯片與主機(jī)的連接MOV AL，BLOUT PORT1，ALOUT PORT2，AL

2)雙緩沖方式的系統(tǒng)連接。鎖存到輸入寄存器D7~D0IOWA9~A0系統(tǒng)總線DI0~7WR1ILECSDAC0832譯碼器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-A+5VVout+5VPROT1PROT2鎖存到DAC寄存器，并開始轉(zhuǎn)換DAC芯片與主機(jī)的連接采用兩級(jí)鎖存電路的系統(tǒng)連接的另一種形式DAC芯片的應(yīng)用●

5、DAC的應(yīng)用 MOV DX，PORT MOV AL，0FFHRepeat：INC AL OUT DX，AL JMP Repeat若改變鋸齒波斜率，可用NOP或延時(shí)指令控制，如下：

Vt利用D/A轉(zhuǎn)換器，輸出一個(gè)鋸齒電壓。例VtMOV DX，PORT MOV AL，0FFHRepeat：INC AL OUT DX，AL CALL DELAY1 JMP RepeatDELAY1：MOVCX，DATA1DELAY2：LOOPDELAY1 RETDAC芯片的應(yīng)用例三角波MOV DX，0AH ；端口地址=0AH MOV AL，00H ；送下限值SJ0: OUT DX，AL ；將數(shù)據(jù)輸出到A口

INC AL ；AL加1 JNZ SJ0 ；上限為FFH，沒到上限，繼續(xù)循環(huán)

DECALSJ1: DEC AL ；到上限，AL減1 OUT DX，AL JNZ SJ1 ；若沒到下限，轉(zhuǎn)SJ1繼續(xù)減1輸出

INC AL JMP SJ0 ；到下限，轉(zhuǎn)SJ0重新從下限開始CALLDELAYCALLDELAY如果沒有這條指令波形的情況？VtDAC芯片的應(yīng)用例梯形波MOV DX，0AH MOV AL，00H ；從0開始

OUT DX，AL ；將數(shù)據(jù)輸出到A口TX0：INC AL ；AL加1 OUT DX，AL CMP AL，0FFH ；檢查到上限否

JNZ TX0 ；上限為FFH，沒到上限，繼續(xù)循環(huán)

MOV CX，0FFH ；上限到，延時(shí)TX1： NOP LOOP TX1TX2： DEC AL ；AL減1 OUT DX，AL CMP AL，00H ；檢查到下限否

JNZ TX2 ；上限為00H，沒到下限，繼續(xù)循環(huán)

MOV CX，0FFH ；下限到，延時(shí)TX3： NOP LOOP TX3 JMP TX0 ；轉(zhuǎn)TX0開始下一個(gè)周期Vt如果10V對(duì)應(yīng)FFH當(dāng)輸出8V時(shí)保持5ms的梯形波？8v對(duì)應(yīng)CCHA/D轉(zhuǎn)換器●

三、模/數(shù)轉(zhuǎn)換ADC原理作用：將連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換成n位二進(jìn)制數(shù)字量。A/D轉(zhuǎn)換器(AnalogtoDigitalConverter)方法：計(jì)數(shù)比較法、逐次逼近法、雙積分法及電壓頻率轉(zhuǎn)換法等。●

1、計(jì)數(shù)比較法A/D轉(zhuǎn)換器 基本思想

被測(cè)電壓和一個(gè)均勻增長(zhǎng)的電壓斜坡不斷地比較，直到二者相等，比較過程結(jié)束，并輸出一個(gè)代表被測(cè)電壓值的二進(jìn)制數(shù)值。缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度慢。A/D轉(zhuǎn)換器●

2、逐次逼近法A/D轉(zhuǎn)換器 10種砝碼512g128g256g……2g1g……“1”“0”“1”稱得結(jié)果1010100011=512+128+32+2+1=625(g)基本思想首先置最高位為1，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后與輸入的模擬量比較，模擬>D/A，置1正確;模擬<D/A將此位置0。移向下一位。逐次逼近法進(jìn)行n次比較。計(jì)數(shù)比較法進(jìn)行2n次比較。512512256128512A/D轉(zhuǎn)換方法●

3、雙積分法A/D轉(zhuǎn)換器 第一時(shí)段積分器對(duì)輸入電壓Vi進(jìn)行積分，在固定的T1時(shí)刻得到積分電壓VO第二時(shí)段積分器對(duì)基準(zhǔn)電壓VREF進(jìn)行反相積分，積分電壓等于0時(shí)對(duì)應(yīng)△t被轉(zhuǎn)換的電壓VI越大，VO就越大，△t就越長(zhǎng)，若在△t時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)，則計(jì)數(shù)值即為被轉(zhuǎn)換電壓的等效數(shù)字值。精度可以很高，但速度較慢。工作過程分為兩個(gè)時(shí)間段：T1和△tA/D轉(zhuǎn)換器●

4、A/D轉(zhuǎn)換步驟 采樣→保持→量化→編碼量化：就是A/D轉(zhuǎn)換電路把離散信號(hào)的幅值數(shù)字化的過程。a.采樣和保持b.量化和編碼采樣保持電路采樣時(shí)開關(guān)閉合，輸入電壓VIN向電容充電，CH電壓與輸入電壓一致。保持時(shí)開關(guān)斷開,CH電壓保持在開關(guān)斷開瞬間的值。

由于A/D轉(zhuǎn)換需要一定時(shí)間，對(duì)于高速變化的信號(hào)源，在轉(zhuǎn)換期間，其值可能已發(fā)生變化，引起轉(zhuǎn)換誤差，因此為了“凍結(jié)”輸入信號(hào)的瞬時(shí)值采用采樣保持器。VINVOUTCH編碼：把已經(jīng)量化的模擬數(shù)值用二進(jìn)制數(shù)碼、BCD碼等表示。采樣保持電路S/H實(shí)現(xiàn)ADC實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換器●

四、ADC芯片舉例

理想的A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)于CPU應(yīng)該是一個(gè)簡(jiǎn)單的輸入接口，或表現(xiàn)為一個(gè)只讀ROM。在A/D轉(zhuǎn)換器與CPU接口中必須考慮如下問題：①A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間；②A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字輸出特性；③A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率和微處理器數(shù)據(jù)總線的位數(shù)；④A/D轉(zhuǎn)換器的控制和狀態(tài)信號(hào)。通用ADC芯片的外部引腳A/D0809引腳●

1、

ADC0809引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu) 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換輸入地址鎖存有效輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換完成輸出信號(hào)讀允許信號(hào)時(shí)鐘信號(hào)輸入端ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)框輸出部分ALE將編碼后的通道號(hào)鎖存，模擬量進(jìn)入比較器三條模擬通道地址線用來(lái)選擇8個(gè)模擬量輸入通道IN0~IN7轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換的核心A/D轉(zhuǎn)換器●

2、

ADC0809的主要參數(shù) a.分辨率:是指A/D轉(zhuǎn)換對(duì)微小輸入變化的敏感程度，通常用轉(zhuǎn)化器輸出數(shù)字量最低有效位所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電平值表示。通常也可以簡(jiǎn)單地用數(shù)字量的位數(shù)表示分辨率。b.精度：實(shí)際值與理論值之間的最大偏差。c.轉(zhuǎn)換時(shí)間按轉(zhuǎn)換速度可分為超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間≤330ns），次超高速（330~3.3μs），高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間<20μs）,中速（20~300μs）低速（轉(zhuǎn)換時(shí)間>300μs）等。d.輸出邏輯電平e.溫度系數(shù)和增益系數(shù)例如：1個(gè)10位A/D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換一個(gè)滿量程為5V的電壓，則它能分辨的最小電壓為5000mV／1024≈5mV。12位A/D轉(zhuǎn)換器能分辨的最小電壓為5000/4096≈

1mV。A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸出位數(shù)越多,其分辨率就越高！8259的IR5ADC芯片的應(yīng)用1例編程啟動(dòng)ADC，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后采用中斷處理方式。1)主程序；數(shù)據(jù)段

ADTEMPDB0；給定一個(gè)臨時(shí)變量；代碼段

…；設(shè)置中斷向量等工作

STI；開中斷

MOVDX，298HOUTDX，AL;與AL值無(wú)關(guān)

……；其他工作啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換器接口的主要操作①進(jìn)行通道選擇。②發(fā)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)③讀取“轉(zhuǎn)換結(jié)束”狀態(tài)信號(hào)?？梢陨暾?qǐng)中斷或DMA請(qǐng)求。④讀取轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。

OEADC芯片的應(yīng)用12)中斷服務(wù)程序ADINT PROC PUSH AX ；保護(hù)寄存器

PUSH DX PUSH DS MOV AX，@data ；設(shè)置數(shù)據(jù)段DS MOV DS，AX

MOV DX，298H IN AL，DX ；讀A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)字量

MOV ADTEMO，AL ；送入緩沖區(qū)

MOV AL，20H ；發(fā)送EOI命令

OUT 20H，AL POP DS ；恢復(fù)寄存器

POP DX POP AX IRET ；中斷返回ADINT ENDP也可以替換為送顯示程序ADC芯片的應(yīng)用2a)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；數(shù)據(jù)段counter EQU8BUFDBcounterDUP(0) ；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)；代碼段

MOVBX，OFFSETBUFMOVCX，counterMOVDX，220H ；從IN0開始轉(zhuǎn)換start1: OUT DX，AL ；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

PUSH DX編程啟動(dòng)ADC，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，采用查詢處理方式例228H220HADC芯片的應(yīng)用22）查詢讀取

MOV DX，228H ；查詢是否轉(zhuǎn)換結(jié)束start2: IN AL，DX ；讀入狀態(tài)信息

TEST AL，80H ；D7=1，轉(zhuǎn)換結(jié)束否? JZ start2 ；沒有結(jié)束，繼續(xù)查詢

POP DX ；轉(zhuǎn)換結(jié)束

IN AL，DX ；讀取數(shù)據(jù)

MOV [BX]，AL ；存入緩沖區(qū)

INC BX INC DX LOOP start1 ；轉(zhuǎn)向下一個(gè)模擬通道228H220HOE端有效才能讀取CS2READ同時(shí)有效AD570轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)據(jù)輸出無(wú)三態(tài)緩沖器，不能直接與CPU數(shù)據(jù)總線相連，為此，電路中采用8255A并行接口芯片作為AD570與CPU的接口電路。

(1)硬件連接例轉(zhuǎn)換開始轉(zhuǎn)換結(jié)束(2)軟件編程

MOVDX，303H;8255A命令口

MOVAL，98H;工作方式字

OUTDX，AL;10011000B MOVAL，01H;置PC0=1，使B/C=1準(zhǔn)備發(fā)啟動(dòng)信號(hào)

OUTDX，AL MOVAX，0040H;內(nèi)存數(shù)據(jù)區(qū)段址

MOVDS，AX MOVBX，00H ;偏移地址

MOVCX，256 ;采樣次數(shù)AGAIN：MOVAL，00H ;再置PC0=0，即置B/C=O OUTDX，AL ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換并維持低電平WAIT1：MOVDX，302H;查PC7=0，即查轉(zhuǎn)換結(jié)束DR=0? INAL，DXB/CCPUPA0~7PC0PC7

D0~7B/CDRIN波形輸入8255AAD570CS(300~303)ADC芯片的應(yīng)用3SHLAL，1 ；判斷PC7=1? JCWAIT1 ;未結(jié)束，等待；否則，讀數(shù)

MOVDX，300H;從A口讀數(shù)

INAL，DX MOV[BX]，AL;存數(shù)于內(nèi)存

MOVDX，303H;置PC0=1，使啟動(dòng)信號(hào)B/C變高電平

MOVAL，01H;撤銷啟動(dòng)信號(hào)

OUTDX，AL INCBX ;內(nèi)存加1LOOPAGAIN ;次數(shù)減1,未完,繼續(xù)

MOVAX，4C00H INT21H轉(zhuǎn)換開始轉(zhuǎn)換結(jié)束CPUPA0~7PC0PC7

D0~7B/CDRIN波形輸入8255AAD570CS(300~303)ADC芯片的應(yīng)用3P251應(yīng)用舉例第8章掌握內(nèi)容●

10、數(shù)據(jù)通信的基本概念●

11、異步通信及同步通信格式●

12、8251的結(jié)構(gòu)及引腳●

14、8251的編程應(yīng)用●

13、8251的作用●

1、8255的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用●

2、8255的三種工作方式●

3、8255的初始化編程及應(yīng)用●5、DMA方式的信號(hào)走向及順序●

6、8237的引腳及功能●

7、8237的工作在主方式及從方式的區(qū)別●

8、8237的四種工作方式●

9、8237的編程步驟及應(yīng)用●

4、8237的四種工作方式●

15、D/A兩種基本轉(zhuǎn)換原理●16、DAC與CPU連接考慮的問題●

17、DAC編程波形輸出的應(yīng)用●

18、A/D三種基本轉(zhuǎn)換原理●19、ADC的編程應(yīng)用●20、DAC及ADC的主要性能指標(biāo)例中斷方式進(jìn)行A/D至D/A的數(shù)據(jù)控制ADC芯片的應(yīng)用4編程流程圖ADC芯片的應(yīng)用4程序如下：

STACKSEGMENTPARASTACK‘STACK’DB200DUP(0)STACKENDSDATASEGMENTBUFRDB512DUP(0)ADCEQU0FFD4H;ADC端口

PIC0EQU0FFDCH;8259A的偶地址端口

PIC1EQU0FFDEH;8259A的奇地址端口

DACEQU0FFD6H;DAC端口

DATAENDSCODESEGMENT ASSUMECS:CODE，DS:DATA，SS:STACK ;中斷向量裝入ADC芯片的應(yīng)用4START:MOVAX，CODE MOVCS，AX MOVAX，DATA MOVDS,AX MOVAX，STACK MOVSS，AX CLDMOVAX，00H MOVES，AX MOVDI，80H×4;中斷號(hào)*4→DIMOVAX，OFFSETREAD_INT STOSW;裝入中斷向量的偏移值

MOVAX,CS;取主程序的段址作為服務(wù)程序的段址

STOSW;裝人中斷向量的段值

MOVDI，OFFSETBUFR;設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)首址

MOVCX，512;采樣次數(shù)

ADC芯片的應(yīng)用4;8259A初始化

CLI;關(guān)中斷

MOVAL，13H;寫ICW1:(邊沿觸發(fā)，單片，需要ICW4)MOVDX，PICO;8259A端口(A0=0) OUTDX，AL MOVAL，80H;寫ICW2(中斷號(hào)高5位) MOVDX，PIC1;8259A端口(A0=1) OUTDX，AL MOVAL，01H;寫ICW4(非緩沖，正常結(jié)束，16位機(jī)) OUTDX，AL;8259A端口(A0=1) ;開放IR0中斷請(qǐng)求

MOVDX，PIC1;8259A端口(A0=1)奇端口

INAL，DX;寫OCW1(允許IR0請(qǐng)求中斷) ANDAL，OFEH OUTDX，AL ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換AGAIN：MOVAX，00H;寫入的數(shù)據(jù)可以取任意值

MOVDX，ADC;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換(CS、WR同時(shí)有效) OUTDX，AL STI;開中斷 ADC芯片的應(yīng)用4HLT ;等待中斷請(qǐng)求

CLI ;關(guān)中斷

DECCX ;次數(shù)減1 JNZAGAIN ;次數(shù)未到，繼續(xù)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換

;屏蔽IR0中斷請(qǐng)求

MOVDX，PIC1 ;8259A端口(A0=1) INAL，DX ;次數(shù)已到，屏蔽IR0 ORAL，01H OUTDX，AL MOVAX，OFF00H;返回監(jiān)控

PUSHAX MOVAX，0000H PUSHAX;FF000H RET;監(jiān)控程序首地址

ADC芯片的應(yīng)用4;中斷服務(wù)程序READ_INTPROCFARPUSHAX ;寄存