第十一章模擬量輸入輸出

第十一章模擬量輸入輸出第1頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三在計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常需要模擬量輸出，去控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu),構(gòu)成控制系統(tǒng)。將計(jì)算機(jī)中的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，稱為D/A轉(zhuǎn)換；許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，參與測量和控制的物理量，往往是連續(xù)變化的模擬量通常計(jì)算機(jī)也需要對一些模擬信號（如電流、電流、溫度、壓力等）進(jìn)行檢測，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，稱為A/D轉(zhuǎn)換。第2頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三§11.1模擬量的輸入/輸出通道第3頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三1.模擬量輸入通道的組成能夠把生產(chǎn)過程的非電物理量轉(zhuǎn)換成電量（電流或電壓）的器件，被稱為傳感器。

變送器電流模1).傳感器2).信號處理環(huán)節(jié)電壓水平抗干擾調(diào)理電路3).多路轉(zhuǎn)換開關(guān)多個模擬信號共用一個A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣和轉(zhuǎn)換,CD4054CD4067等第4頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三4).采樣保持器在A/D進(jìn)行轉(zhuǎn)換期間，保持輸入信號不變的電路稱采樣保持電路。5).A/D轉(zhuǎn)換器核心環(huán)節(jié),將模擬輸入量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，以便由微機(jī)讀取，進(jìn)行分析處理。2.模擬量輸出通道的組成微機(jī)輸出的信號是數(shù)字信號，而有的執(zhí)行元件要求提供模擬的電流或電壓，故必須將模擬信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號。這個任務(wù)主要是由數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換器來完成。第5頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三§11.2D/A轉(zhuǎn)換器1.D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理D/A轉(zhuǎn)換器有兩種方式T型電阻網(wǎng)絡(luò)權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)４位R-2RT型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器

1).權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器需要精密電阻，不易集成，實(shí)際應(yīng)用少。2).T型電阻網(wǎng)絡(luò)第6頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三從每個節(jié)點(diǎn)G向右看，對地的等效電阻均為R，則每個節(jié)點(diǎn)對地電壓均為Vi=1/2Vi+1

流入該支路的電流為Ii=第7頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第8頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第9頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三電壓輸出型的D/A轉(zhuǎn)換器相當(dāng)于一個電壓源，內(nèi)電阻較小，選用這種芯片時，與它匹配的負(fù)載電阻應(yīng)較大，輸出一般為0~5V和0~10V。電流輸出的D/A轉(zhuǎn)換器，相當(dāng)于電流源，內(nèi)阻較大，選用這種芯片時，負(fù)載電阻不可太大。在實(shí)際應(yīng)用中，常選用電流輸出型的芯片來實(shí)現(xiàn)電壓輸出。此時，在電壓輸出端應(yīng)加上V/I轉(zhuǎn)換電路。第10頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三2.D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率描述D/A轉(zhuǎn)換器對微小輸入量變化的敏感程度，通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位等。對一個分辨率為n位的轉(zhuǎn)換器，能夠分辨滿刻度的2-n輸入信號。例如：滿量程為10V的8位D/A轉(zhuǎn)換器分辨率為10V×2-8=39mV。1).分辨率穩(wěn)定時間指D/A轉(zhuǎn)換器加上滿刻度的變化（如全“0”變?yōu)槿?”）時，其輸出達(dá)到穩(wěn)定所需的時間。一般為幾十微秒到幾微秒。2).穩(wěn)定時間第11頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三不同型號的D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電平相差較大。一般電壓型的D/A轉(zhuǎn)換器輸出為0~+5V或0~+10V。電流型的D/A轉(zhuǎn)換器，輸出電流為幾毫安至幾安。3).輸出電平對應(yīng)于給定的滿刻度數(shù)字量，D/A實(shí)際輸出與理論值之間的誤差，也稱為絕對精度。該誤差是由于D/A的增益誤差、零點(diǎn)誤差和噪聲等引起的。例如：滿量程時理論輸出值為10V,實(shí)際輸出值是在9.99V-10.01V之間，其轉(zhuǎn)換精度為10mV。。4).轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度為分辨率之半，即為LSB/2。LSB是分辨率，是指最低一位數(shù)字量變化引起的變化量。第12頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三5).相對精度6).線性誤差7).溫度系數(shù)3.典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片集成D/A芯片類型很多，按其轉(zhuǎn)換方式有并行和串行兩大類，串行慢，并行快。按生產(chǎn)工藝分有雙極型、MOS型等，它們的精度和速度各不相同。按字長分有8位、10位、12位等，按輸出形式分，有電壓型和電流型兩類。第13頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三1).DAC0832第14頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（1）DAC0832的引腳DI7~DI0：D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入信號。其中DI0為最低位，DI7為最高位。：片選輸入信號，低電平有效。：D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)寫入信號，低電平有效。ILE：輸入寄存器的允許信號，高電平有效。ILE信號和、共同控制選通輸入寄存器。、均為低電平，且ILE為高電平時，=1，輸入被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)立即被送至8位輸入寄存器輸出端；第15頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三當(dāng)上述三個控制信號任一個無效時，=“0”，輸入寄存器將D端數(shù)據(jù)鎖存，輸出端呈保持狀態(tài)；ILE=“0”時，也為“0”，輸出端便不隨D端而變化。：從輸入寄存器向DAC寄存器傳送D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的控制信號，低電平有效。：DAC寄存器的選通信號，低電平有效。當(dāng)和同時有效時，=“1”，輸入寄存器的數(shù)據(jù)被裝入DAC寄存器，并同時啟動一次D/A轉(zhuǎn)換。VCC：芯片電源，其值可在+5~+15V，典型值為+15V。AGND：模擬信號地。DGND：數(shù)字信號地。第16頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三Rfb：內(nèi)部反饋電阻引腳，用來外接D/A轉(zhuǎn)換器輸出增益調(diào)整電位器。IOUT1：D/A轉(zhuǎn)換器輸出電流1。當(dāng)輸入數(shù)字為全“1”時，其值最大值約為：

當(dāng)輸入數(shù)字為全“0”時，其值最小，即為0。

IOUT2：D/A轉(zhuǎn)換器輸出電流2。與IOUT1的關(guān)系：IOUT1+IOUT2=常數(shù)第17頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三電流穩(wěn)定時間：1μs。分辨率：8位線性誤差：0.2%FSR，即該芯片的線性誤差為滿量程的0.2%。非線性誤差：0.4%FSR。三種輸入方式：雙緩沖、單緩沖和直接輸入三種方式。數(shù)字輸入與TTL兼容。增益溫度系數(shù)：0.002%FSR/℃。低功耗：20mW。單電源：+5~+15V。參考電壓：－10V~+10V。（2）DAC0832的主要技術(shù)性能第18頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（3）DAC0832的工作方式DAC0832有三種工作方式：直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。①直通方式DAC0832內(nèi)部有兩個起數(shù)據(jù)緩沖器作用的寄存器，分別受IE1和IE2控制。如果它們皆為高電平，那么DI0～DI7上信號便可直通地到達(dá)“8位DAC寄存器”，進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。因此，ILE接+5V以及使CS、XFER、WR1和WR2接地，DAC0832就可在直通方式下工作。直通方式下工作的DAC0832常用于不帶微機(jī)的控制系統(tǒng)。第19頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三

②單緩沖單極性電壓輸出方式單緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的兩個數(shù)據(jù)緩沖器有一個處于直通方式，另一個受CPU的控制。

第20頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三單極性電壓輸出方式中，當(dāng)VREF端接+5V（或-5V）時，輸出電壓范圍是0～-5V(或0～+5V)。如果VREF端接+10V（或-10V）時，輸出電壓范圍是0～-10V（0～+10V）。③雙緩沖方式雙緩沖方式是指DAC0832內(nèi)部的兩個數(shù)據(jù)緩沖器均受CPU的控制。該方式的優(yōu)點(diǎn)：DAC0832的數(shù)據(jù)接收和啟動轉(zhuǎn)換可異步進(jìn)行；在D/A轉(zhuǎn)換的同時，進(jìn)行下一數(shù)據(jù)的接收，提高模擬輸出通道的轉(zhuǎn)換速率，可實(shí)現(xiàn)多個模擬輸出通道同時進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。第21頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第22頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三2).DAC1210DAC1210是NS公司生產(chǎn)的12位D/A轉(zhuǎn)換器芯片，是智能化儀表中常用的一種高性能的D/A轉(zhuǎn)換器。第23頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三4.D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器間的信號連接包括三部分，即數(shù)據(jù)線、控制線和地址線1).8位D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的接口第24頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三例1DAC0832用作波形發(fā)生器。根據(jù)圖接線，編寫程序，使其產(chǎn)生鋸齒波、三角波和方波。第25頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三1）鋸齒波程序.MODELSMALL.STACK100.DATAAddDA0832DBFEH .CODESAWPRG PROCFAR PUSHDS MOV AX,0 PUSHAX MOV AX,@DATA MOV DS,AXSawWve:OUTAddDA0832,ALINC ALJMP SawWve SAWPRGENDP END第26頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三2）三角波程序.MODELSMALL.STACK100.DATAAddDA0832DBFEH.CODETRIPRGPROCFARPUSHDSMOV AX,0PUSH AXMOV AX,@DATAMOV DS,AXXORAL,ALTriDwn:OUTAddDA0832,ALINCALCMPAL,0HJNZTriDwnTriUp:OUTAddDA0832,ALCMPAL,0HJNZTriUpJMPTriDwn TRIPRG ENDP END第27頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三3）方波程序.MODELSMALL.STACK100.DATAAddDA0832DBFEH.CODESQUPRGPROC FARPUSHDSMOV AX,0PUSHAXMOV AX,@DATAMOV DS,AXSquStrt:MOVAL,33HOUTAddDA0832,AL CALLDELAY MOVAL,0FFHOUTAddDA0832,AL CALL DELAY JMPSquStrt SQUPRGENDP第28頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三DELAYPROCMOVBX,40 DLA:DECBX JNEDLA DELAYENDP END2).12位D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的接口當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器分辨率大于8位時，與8位數(shù)據(jù)接口需要采取適當(dāng)措施。例如，對一個12位的D/A轉(zhuǎn)換器，可以分成低8位和高4位。首先把低8位數(shù)送低8位鎖存器，然后再把高4位送另一鎖存器。第29頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三端。

例2DAC1210的12位數(shù)據(jù)線與8位數(shù)據(jù)總線相連時，可將DAC1210輸入數(shù)據(jù)線的高8位DI11~DI4與8086CPU的數(shù)據(jù)總線DB7~DB0相連；而其低位DI3~DI0也接至8086CPU數(shù)據(jù)總線的DB7~DB4上，12位的數(shù)據(jù)輸入應(yīng)由兩次寫入操作完成。設(shè)DAC1210占用了0250H~0252H三個端口地址，為使兩次數(shù)據(jù)輸入端口地址是先偶（0250H）后奇（0251H），與其它編程習(xí)慣一致，將AB0地址線經(jīng)反相驅(qū)動器接至B1/端。第30頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第31頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三MOVDS,AX MOV DX,Add0DA1210MOV CL,04SHL BX,CLMOV AL,BHOUT DX,ALINC DX MOV AL,BLOUT DX,ALINC DX OUT DX,ALDAC1210PRG ENDPEND.MODELSMALL.STACK100.DATAAdd0DA1210DW250HAdd1DA1210DW251HAdd2DA1210DW252H.CODEDAC1210PRGPROCFARPUSHDSMOV AX,0PUSHAXMOV AX,@DATA第32頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三§11.3A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是模擬信號源與計(jì)算機(jī)或其他數(shù)字系統(tǒng)之間聯(lián)系的橋梁，它的任務(wù)是將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，以便計(jì)算機(jī)或數(shù)字系統(tǒng)進(jìn)行處理、存儲、控制和顯示。在工業(yè)控制和數(shù)據(jù)采集及許多其他領(lǐng)域中，A/D轉(zhuǎn)換器是不可缺少的重要組成部分。由于應(yīng)用特點(diǎn)和要求的不同，需要采用不同工作原理的A/D轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器主要有以下各種類型：逐位比較（逐次逼近）型、積分型以及計(jì)數(shù)型、并行比較型、電壓-頻率型（即V/F型）等。第33頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三1.信號變換中的采樣、量化和編碼模擬信號的大小隨著時間不斷地變化。為了通過轉(zhuǎn)換得到確定的值，對連續(xù)變化的模擬量按一定的規(guī)律和周期取出其中的某一瞬時值進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這個值稱為采樣值。1).采樣香農(nóng)定理表明：采樣頻率一般高于或至少等于輸入信號最高頻率的2倍，實(shí)際應(yīng)用中，采樣頻率可以達(dá)到信號最高頻率的4倍~8倍。對于變化較快的輸入模擬信號，A/D轉(zhuǎn)換前可采用采樣保持器）,使得在轉(zhuǎn)換期間保持固定的模擬信號值。第34頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三量化是把采樣值取整為最小單位的整數(shù)倍，這個最小單位稱為量化單位?。它等于輸入信號的最大范圍/數(shù)字量的最大范圍，對應(yīng)于數(shù)字量1。例如，把0~4V的模擬電壓轉(zhuǎn)換成3位二進(jìn)制數(shù)表示的數(shù)字信號，那么量化單位?=4V/23=0.5V。模擬電壓在0~0.5V之間，取二進(jìn)制數(shù)000；在0.5V~1V之間取001；在1V~1.5V之間取010；……。2).量化第35頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三量化得到的數(shù)值通常用二進(jìn)制表示，對有正負(fù)極性（雙極性）的模擬量一般采用偏移碼表示，數(shù)值為負(fù)時符號位為0，為正時符號位為1。例如，8位二進(jìn)制偏移碼10000000代表數(shù)值0，00000000代表負(fù)電壓滿量程，11111111代表正電壓滿量程。3).編碼第36頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三2.A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理1).逐次逼近型的A/D轉(zhuǎn)換器控制邏輯電路先設(shè)定SAR寄存器的最高位為“1”，其余位為“0”，該值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換成電壓Vc，然后將Vc與模擬輸入電壓Vx比較。如果Vx≥Vc，說明SAR最高位的“1”應(yīng)予保留；如果Vx<Vc，說明SAR該位應(yīng)予清零。然后再對SAR寄存器的次高位置“1”，依上述方法進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換和比較。第37頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三逐次逼近式的A/D轉(zhuǎn)換器的主要特點(diǎn)是：（1）轉(zhuǎn)換速度快，在1~100μs以內(nèi)，分辨率可以達(dá)18位，特別適用于工業(yè)控制系統(tǒng)。（2）轉(zhuǎn)換時間固定，不隨輸入信號的變化而變化。（3）抗干擾能力相對積分型的差。2).∑-?型A/D轉(zhuǎn)換器第38頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三模擬信號的量化過程：輸入信號X與反饋信號W反相求和，得到量化的誤差信號B，經(jīng)積分器積分，輸出的信號C輸入至量化器進(jìn)行量化，得到由0和1組成的數(shù)字序列D，數(shù)字序列D又經(jīng)過一位的DAC轉(zhuǎn)換器反饋至求和節(jié)點(diǎn)，形成閉合的反饋環(huán)路。反饋環(huán)路將強(qiáng)迫輸出數(shù)字系列D對應(yīng)的模擬平均值等于輸入信號的采樣X的平均值。量化過程可能帶來量化噪聲，量化噪聲的引入制約了轉(zhuǎn)換精度?！??型A/D轉(zhuǎn)換器對量化噪聲的處理是由數(shù)字低通濾波器完成的，其作用是實(shí)現(xiàn)低通濾波和減取樣的功能?！??型A/D轉(zhuǎn)換器屬于過采樣轉(zhuǎn)換器，是目前精度最高的一種轉(zhuǎn)換器，具有高分辨率、高性價(jià)比和低功耗等優(yōu)點(diǎn)。第39頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三3).雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器由積分器、檢零比較器、計(jì)數(shù)器、控制邏輯和時鐘信號等組成。雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器有兩個輸入電壓：一個是被測模擬量輸入電壓，一個是標(biāo)準(zhǔn)電壓。A/D轉(zhuǎn)換器首先對未知的輸入電壓Vi進(jìn)行固定時間Ti的積分，然后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回到初始值。對標(biāo)準(zhǔn)電壓進(jìn)行積分的時間Ti正比于輸入模擬電壓，輸入電壓越大，則反向積分時間越長。第40頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三用高頻率標(biāo)準(zhǔn)時鐘脈沖來測量這個時間，反向積分過程中對脈沖的計(jì)數(shù)值就是對應(yīng)于輸入模擬電壓的數(shù)字量。雙積分型的A/D轉(zhuǎn)換器電路簡單，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，這是突出的優(yōu)點(diǎn)。但轉(zhuǎn)換速度比較慢，常用的A/D轉(zhuǎn)換芯片的轉(zhuǎn)換時間為毫秒級。因此適用于模擬信號變化緩慢，采樣速率要求較低，而對精度較高，或現(xiàn)場干擾較嚴(yán)重的場合。如數(shù)字電壓表。4).V/F轉(zhuǎn)換器V/F轉(zhuǎn)換器用作模/數(shù)轉(zhuǎn)換具有良好的精度、線性和積分輸入特性，能提供其他類型轉(zhuǎn)換器無法達(dá)到的性能。第41頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三傳感器一般輸出模擬量小信號電流或電壓，經(jīng)過信號調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)成滿足V/F轉(zhuǎn)換器輸入要求的電壓信號。V/F轉(zhuǎn)換器把這些模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的TTL頻率信號，經(jīng)光電耦合后送入計(jì)算機(jī)，也可以送入I/O口、計(jì)數(shù)器輸入端或中斷源輸入端上。采用V/F轉(zhuǎn)換器與計(jì)算機(jī)接口有接口簡單，占用計(jì)算機(jī)接口少、頻率信號輸入靈活、抗干擾性能好、便于遠(yuǎn)距離傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)。因此在一些非快速過程的前向通道中，愈來愈趨向使用V/F轉(zhuǎn)換來代替通常的A/D轉(zhuǎn)換。第42頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三3.A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率反映A/D轉(zhuǎn)換器對輸入微小變化響應(yīng)的能力，通常用數(shù)字輸出最低位（LSB）所對應(yīng)的模擬輸入的電平值表示。例如，8位A/D轉(zhuǎn)換器能對模擬輸入信號滿量程的1/28=1/256的增量作出反應(yīng)。n位A/D能反應(yīng)1/2n滿量程的模擬輸入信號電平。分辨率與轉(zhuǎn)換器的位數(shù)有關(guān)，因此，可用數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率，即n位二進(jìn)制數(shù)，最低位所具有的權(quán)值，就是它的分辨率。1).分辨率2).精度精度有絕對精度和相對精度兩種表示方法。第43頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三絕對精度是指對應(yīng)于一個給定的數(shù)字量的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬量輸入之差。通常以數(shù)字量的最小有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)值表示絕對精度，如：±1LSB、±LSB/2、±LSB/4等。（1）絕對精度相對精度即絕對誤差與滿量程之比，一般用百分比來表示。例如，滿量程為5V，8位A/D芯片，若其絕對精度為±LSB/2，則其最小有效位的量化單位△=19.53mV，其絕對精度為△/2=9.77mV，其相對精度為9.77mV/5V=0.195%。（2）相對精度第44頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三轉(zhuǎn)換時間是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間，即由發(fā)出啟動轉(zhuǎn)換命令信號到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號開始有效的時間間隔。轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率。例如AD0809的轉(zhuǎn)換時間為100μs，其轉(zhuǎn)換速率為10kHz。3).轉(zhuǎn)換時間電源靈敏度是指A/D轉(zhuǎn)換芯片的供電電源的電壓發(fā)生變化時，產(chǎn)生的轉(zhuǎn)換誤差。一般用電源電壓變化1%時相當(dāng)?shù)哪M量變化的百分?jǐn)?shù)來表示。4).電源靈敏度量程是指所能轉(zhuǎn)換的模擬輸入電壓范圍，分單極性、雙極性兩種類型。5).量程第45頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三例如，單極性：量程為0~+5V，0~+10V，0~+20V；雙極性：量程為－5~+5V，－10~+10V。多數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器的輸出邏輯電平與TTL電平兼容。在考慮數(shù)字量輸出與微處理器的數(shù)據(jù)總線接口時，應(yīng)注意是否要三態(tài)邏輯輸出、是否要對數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存等。6).輸出邏輯電平由于溫度會對比較器、運(yùn)算放大器、電阻網(wǎng)絡(luò)等產(chǎn)生影響，故只在一定的溫度范圍內(nèi)才能保證額定精度指標(biāo)。一般A/D轉(zhuǎn)換器的工作溫度范圍為（0~70℃），軍用品的工作溫度范圍為（－55~+125℃）。7).工作溫度范圍第46頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三4.典型的A/D轉(zhuǎn)換器芯片1).ADC0809ADC0809是逐次逼近型8位單片A/D轉(zhuǎn)換芯片。片內(nèi)有8路模擬開關(guān)，可輸入八個模擬量。單極性，量程為0~5V。典型的轉(zhuǎn)換速度為100μs。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與CPU總線接口。其性能價(jià)格比有明顯的優(yōu)勢，是目前比較廣泛采用的芯片之一?？蓱?yīng)用于對精度和采樣速度要求不高的場合或一般的工業(yè)控制領(lǐng)域。第47頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（1）ADC0809的邏輯結(jié)構(gòu)及引腳第48頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三由8路單端輸入的多路開關(guān)和地址鎖存與譯碼邏輯組成。①模擬輸入部分ADDA為最低位，ADDC為最高位，通常分別接在地址線的低3位。該信號的上升沿將ADDA、ADDB和ADDC選擇線的狀態(tài)鎖存入多路開關(guān)地址寄存器中。IN0~IN7：8個通道模擬量輸入引腳。ADDA、ADDB和ADDC：多路開關(guān)地址選擇線，輸入。ALE：地址所存信號，輸入，高電平有效。第49頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三EOC：轉(zhuǎn)換完成信號，輸出，高電平有效。②變換器部分主要由控制邏輯、逐次逼近寄存器SAR（8位）、比較器及電阻網(wǎng)絡(luò)四部分組成。控制邏輯提供轉(zhuǎn)換器的時鐘CLK和啟動信號START。轉(zhuǎn)換完成時，發(fā)出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC信號。CLK：轉(zhuǎn)換時鐘，輸入。其頻率不能高于10~640kHz。若CLK=500kHz時，轉(zhuǎn)換速度為128ms。START：啟動轉(zhuǎn)換信號，輸入，高電平有效。該信號上升沿清除ADC的內(nèi)部寄存器而在下降沿啟動內(nèi)部控制邏輯，開始A/D轉(zhuǎn)換工作。當(dāng)EOC為”1”時，表示轉(zhuǎn)換已完成。第50頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三輸入端REF(+)和REF(－)決定了輸入模擬電壓的最大值和最小值。通常把REF(+)接到VCC(+5V)電源上，REF(－)接到地端GND。作用是使ADC0809能直接與CPU接口。③三態(tài)輸出緩沖器部分D0~D7：8位數(shù)字量的輸出。當(dāng)OE為”1”時，輸出鎖存器脫離三態(tài)，數(shù)據(jù)輸出。OE：允許輸出信號，高電平有效。④基準(zhǔn)電壓部分第51頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（2）ADC0809的時序第52頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三AD574A是常用12位逐次逼近式的ADC芯片。轉(zhuǎn)換時間為25~35μs。其運(yùn)行方式靈活，可進(jìn)行12位轉(zhuǎn)換，也可作8位轉(zhuǎn)換；轉(zhuǎn)換結(jié)果可直接12位輸出，也可先輸出高8位，后輸出低4位。可直接與8位、12位和16位的CPU接口。輸入可設(shè)置成單極性，也可設(shè)置成雙極性。片內(nèi)有時鐘電路，無需加外部時鐘。AD574A適用于對精度和速度要求較高的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和實(shí)時控制系統(tǒng)。2.AD574A第53頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第54頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（1）AD574A的引腳功能DB11~DB0：輸出數(shù)據(jù)線。DB11為MSB位（最大有效位），DB0為LSB位（最小有效位）。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量經(jīng)過片內(nèi)輸出三態(tài)緩沖器后，由這些數(shù)據(jù)線DB11~DB0輸出。：片選信號，低電平有效。CE：片使能信號，高電平有效。該引腳為低電平時，表示啟動轉(zhuǎn)換；高電平時，表示可輸出數(shù)據(jù)。R/：讀/啟動轉(zhuǎn)換信號。第55頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三A0和12/：配合用于控制轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)長度是12位或8位，以及數(shù)據(jù)輸出的格式（是12位一次輸出還是先輸出高8位，后輸出低4位）。A0=0，表示啟動一次12位轉(zhuǎn)換；A0=1，表示啟動一次8位轉(zhuǎn)換。12/=1表示12位數(shù)據(jù)并行輸出。

STS：此引腳的模擬量輸入范圍是0~+10V；如果接成雙極性工作方式，輸入范圍可以是－5V~+5V。20VIN：此引腳的模擬量輸入范圍是0~+20V；若為雙極性，輸入范圍可為－10V~+10V。BIPOFFSET：此引腳的連接方式，與模擬量是單極性還是雙極性有關(guān)。第56頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三REFOUT：參考電壓輸出端。REFIN：參考電壓輸入端。（2）AD574A的控制邏輯和時序當(dāng)CE=1且=0時，AD574A才能進(jìn)行一次有效的操作；當(dāng)CE、同時有效，而R/為低電平時是啟動轉(zhuǎn)換，R/為高電平是讀出數(shù)據(jù)。由A0來選擇12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換還是8位轉(zhuǎn)換。若12/端接+5V，則并行輸出12位數(shù)字；若12/端接數(shù)字地，則由A0控制是讀出高8位還是低4位。第57頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三第58頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三（3）單極性與雙極性的輸入方式第59頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三5.A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器連接應(yīng)用舉例A/D轉(zhuǎn)換芯片與CPU接口時，除了要有數(shù)據(jù)信息的傳送外，還應(yīng)有控制信息和狀態(tài)信息。一般模擬輸入量來自采樣保持器，而轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)數(shù)據(jù)緩沖器由數(shù)據(jù)輸入端口輸入至A/D轉(zhuǎn)換器的啟動端，使A/D轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換。A/D轉(zhuǎn)換需要一定的轉(zhuǎn)換時間，是否轉(zhuǎn)換完成，由A/D轉(zhuǎn)換器的狀態(tài)信號決定。此狀態(tài)信息可由CPU通過狀態(tài)端口讀入測試。當(dāng)CPU通過查詢狀態(tài)信號引腳，判斷A/D芯片已轉(zhuǎn)換完成時，則CPU輸出允許輸入信號，然后通過數(shù)據(jù)端口將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果讀入。第60頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三1).8位A/D轉(zhuǎn)換芯片與CPU接口舉例第61頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三設(shè)定8255A的PA口為輸入，PB口為輸出，均為方式0，PC4為輸入；8255A四個端口地址為FFFCH,FFFDH,FFFEH,FFFFH。.MODELSMALL.STACK100.DATAAdd8255PADW FFFCHAdd8255PBDW FFFDHAdd8255PCDW FFFEHAdd8255CTDW FFFFH.CODE查詢方式程序：第62頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三ADC0809PRGPROCFAR PUSHDS MOV AX,0 PUSHAX MOV AX,@DATA MOV DS,AX MOV AL,0B8H;8255A工作方式設(shè)定MOV DX,Add8255CT;8255A控制端口地址 OUT DX,AL;送8255A方式字 MOV AL,0BH;選IN3端和ALE信號MOVDX,Add8255PB;8255A的PB口地址OUTDX,AL ;送IN3通道地址第63頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三MOVAL,1BH ;START←PB4=1OUTDX,AL ;啟動A/D轉(zhuǎn)換MOVAL,0BHOUTDX,AL;START←PB4=0MOVDX,Add8255PC;8255A的PC口地址TEST:INAL,DX ;讀C口狀態(tài) AND AL,10H;檢測EOC狀態(tài) JZTEST ;如未轉(zhuǎn)換完，再測試轉(zhuǎn)換完則繼續(xù)

MOVDX,Add8255PA;8255A的PA口地址 INAL,DX ;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果ADC0809PRGENDP END第64頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三若采用中斷方式讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，其他條件不變。8259A兩個端口地址為FFFEH,FFFFH，第65頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三.MODELSMALL.STACK100.DATAAdd8255PADW FFFCHAdd8255PB DW FFFDHAdd8255PCDW FFFEHAdd8255CTDW FFFFHAdd8259EADW FFFEHAdd8259OADW FFFFH.CODEADC0809PRG PROCFAR PUSHDS 第66頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三MOV AX,0PUSHAXMOV AX,@DATAMOV DS,AXMOVAL,0B0H;8255A工作方式設(shè)定MOV DX,Add8255CT ;8255A控制字端口地址OUT DX,AL;送8255A方式字MOV AL,0BH;選IN3輸入端和地址鎖存信號MOV DX,Add8255PB ;8255A的PB口地址OUT DX,AL;送IN3通道地址MOVDX,Add8259EAMOV AL,13H第67頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三OUT DX,ALMOV DX,Add8259OAMOV AL,40HOUT DX,ALMOV AL,03HOUT DX,ALMOV AL,0FBHOUT DX,ALMOV AL,1BH ;START←PB4=1OUT DX,AL ;啟動A/D轉(zhuǎn)換MOV AL,0BOUT DX,AL ;START←PB4=0第68頁，共76頁，2023年，2月20日，星期三WAIT:STIJMPWAIT;等中斷或者繼續(xù)執(zhí)行其他程序ADC0809PRGENDP END當(dāng)AD轉(zhuǎn)換結(jié)束時，EOC變高電平滿足中斷條件，向CPU發(fā)中斷申請，如果CPU允許中斷則進(jìn)入