常見外設(shè)接口及應(yīng)用4

8.4模擬輸入輸出接口術(shù)語解釋A/D轉(zhuǎn)換（模數(shù)轉(zhuǎn)換）:將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。D/A轉(zhuǎn)換（數(shù)模轉(zhuǎn)換）:將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號。A/D轉(zhuǎn)換器（DAC

DigtaltoAnalogConverter）:將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的器件。D/A轉(zhuǎn)換器（ADC

AnalogtoDigtalConverter）:將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號的器件。8.4模擬輸入輸出接口本章學(xué)習(xí)要求1.了解模擬輸入輸出系統(tǒng)。2.了解常用DAC和ADC的主要性能指標(biāo)。3.掌握常用ADC和DAC接口芯片（DAC0832,ADC0809）的應(yīng)用。4.結(jié)合已學(xué)第6章中的接口芯片,并能應(yīng)用實際中如與8255,8254的綜合應(yīng)用等.8.4.1模擬輸入輸出系統(tǒng)計算機測量控制系統(tǒng)計算機控制對象傳感器放大器濾波器A/DD/A放大器執(zhí)行部件8.4.2模擬輸出接口技術(shù)一、DAC工作原理二、DAC主要指標(biāo)三、典型DAC芯片四、DAC接口技術(shù)五、應(yīng)用舉例一、DAC工作原理1.運算放大器2.反相比例電路3.反相求和電路4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器1.集成運算放大器+-VoI-I+V+V-

V-

V+開環(huán)放大倍數(shù)

K

=Vo反相輸入端同相輸入端1.集成運算放大器集成運算放大器的特點：1.開環(huán)放大倍數(shù)非常大（105-107）。輸出Vo受電源電壓限制，絕對值一般在15V以下，故：兩輸入端的差值非常小，即:V+=V-(稱虛短路)2.輸入阻抗非常大。輸入端的電流非常小，即：

I+=I-=0（稱虛斷路）3.輸出阻抗非常小。輸出端驅(qū)動能力大，帶負(fù)載能力強。1.集成運算放大器理想運算放大器：1.開環(huán)放大倍數(shù)→∞。

V+=V-(稱虛短路)2.輸入阻抗→∞。

I+=I-=0（稱虛斷路）3.輸出阻抗=0。

實際的運算放大器非常接近理想運放大器。2.反相比例電路RoIf+-RiVoViIiI-I+V+V-反饋電阻2.反相比例電路反相比例電路特點：V-=V+=0(虛短路）：Ii=Vi

-V-Ri=Vi

RiIf=V-

-VoRo=Vo

RoI-=I+=0(虛斷路）：Ii=If+I-=If所以：即在理想運算放大器下，放大倍數(shù)與運放外部的電阻有關(guān)與運放本身的參數(shù)無關(guān)

RoIf+-RiVoViIiI-I+V+V-Vi

Ri=Vo

RoVoVi=

Ro

Ri3.反相求和電路+-RoVoIfI-I+V+V-R1I1R2I2R3I3R4V1V2V3V4I43.反相求和電路反相求和電路特點：+-RoVoIfI-I+V+V-R1I1R2I2R3I3R4V1V2V3V4I4I1+I2+I3+I4=If+I-=IfV1

R1+V2

R2+V3

R3+V4

R4=

Vo

RoVo

=-(Ro

R1V1+Ro

R2V2

+Ro

R3V3

+Ro

R4V4)4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器原理分析：D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量

輸入量是數(shù)字量，輸出量是模擬量。輸出量與輸入量應(yīng)成比例關(guān)系，即：

Vo=D×Vi數(shù)字量D=Dn-1…D1…D0B=Dn-1×2n-1+…+D1×21+D0×20

將數(shù)字量的每一位按權(quán)值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的模擬量，再將各模擬量相加，所得之和就是整個數(shù)字量對應(yīng)的模擬量。4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換電路的組成：VREF基準(zhǔn)電壓電阻網(wǎng)絡(luò)+-RoVo數(shù)字量輸入模擬開關(guān)運算放大器模擬量輸出4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器：數(shù)字量Vo+-RoVREFSn-1Dn-12RIn-1RSn-2Dn-22RIn-2RS1D12RI1RS0D02RI02RI=VREF/RI/21I/22I/2n-1I/2nIi模擬量模擬開關(guān)T型電阻網(wǎng)絡(luò)參考電壓4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器T型電阻網(wǎng)絡(luò)特點:只有R和2R兩種電阻;各節(jié)點向左和向上看的等效電阻均為2R;整個網(wǎng)絡(luò)的等效電阻為R。4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器若共有n條分支，各支電流Ij

為：In-1

=In-2

=VREF21RVREF22RI0

=121I=122I=I==2n-1VREF2nR=2n-2VREF2nR=20VREF

2nR12nVREF2nR4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量Dj控制模擬開關(guān)Sj：

當(dāng)Dj

為0時，開關(guān)Sj

接地，支電流Ij

流向地；當(dāng)Dj

為1時，開關(guān)Sj

接運放，支電流Ij流向運放。4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器流入運放的電流Ii

為各支電流之和：

Ii=Dn-1×In-1+Dn-2×In-2+…+D1×I1+D0×I0

=(Dn-1×2n-1+…+D1×21+D0×20)=DVREF2nRVREF2nR4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器輸出電壓

Vo=-Ii×Ro=-D=D×△

即輸出Vo與輸入數(shù)字量成正比。調(diào)整Ro

和VREF

可調(diào)整模擬輸出電壓Vo?！鳛樽畹臀粩?shù)字量變化時對應(yīng)的模擬輸出增量=-VREFRo2nRVREFRo2nR4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器例：8位D/A轉(zhuǎn)換器如圖，基準(zhǔn)電壓VREF=10V，Ro=R。4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器10

R28RVREFRo2nR分析△=-=-=-0.039V當(dāng)數(shù)字量為00000000B時，Vo=0當(dāng)數(shù)字量為00000001B時，Vo=1×

△=-0.039V當(dāng)數(shù)字量為10000000B時，Vo=128×

△=-5V

當(dāng)數(shù)字量為11111111B時，Vo=255×

△=-9.96V

基準(zhǔn)電壓VREF=10V，Ro=R：

輸出電壓Vo=-Ii

×

Ro=-D=D×

△VREFRo2nR4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器注意：當(dāng)數(shù)字量為全1時，輸出Vo并不等于VREFI/21I/22I/2n-1I/2n原因是4.T型電阻網(wǎng)絡(luò)式D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字輸入量模擬輸出量000001010011100101110111實際滿量程標(biāo)稱滿量程

對單極性n位轉(zhuǎn)換器：上例中標(biāo)稱滿量程

FS=2n×

△-10V實際滿量程

=(2n–1)×

△-9.96V

二、DAC主要指標(biāo)1.分辨率2.轉(zhuǎn)換精度3.線性誤差4.建立時間5.轉(zhuǎn)換速率二、DAC主要指標(biāo)1.分辨率

指D/A轉(zhuǎn)換器所能產(chǎn)生的最小模擬增量，是數(shù)字量最低有效位LSB所對應(yīng)的模擬值△。10...00二、DAC主要指標(biāo)

常用相對值（百分值）表示。分辨率=△

/

滿量程

=△

/

(

2n×

△)

=

1/

2n

也可直接用D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)表示。如：8位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為8位。

10位D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率為10位。二、DAC主要指標(biāo)

2.轉(zhuǎn)換精度指模擬輸出實際值與理想輸出值之間的偏差。用于衡量D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量時，所得模擬量的精確程度。數(shù)字量理想值實際值

00h0

-0.001V01h

-0.039V

-0.041V10h

-5V

-5.002VFFh

-9.96V

-9.968V二、DAC主要指標(biāo)

注意：精度與分辨率是兩個不同的參數(shù)。

精度取決于D/A轉(zhuǎn)換器各個部件的制作誤差。

分辨率取決于D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)。二、DAC主要指標(biāo)

3.線性誤差理想情況下DAC的轉(zhuǎn)換特性應(yīng)該是線性的，但實際上輸出特性并非是理想線性的。數(shù)字輸入量模擬輸出量實際滿量程標(biāo)稱滿量程000001010011100101110111實際特性理想特性線性誤差將實際轉(zhuǎn)換特性偏離理想轉(zhuǎn)換特性的最大值稱為線性誤差。二、DAC主要指標(biāo)4.建立時間指從數(shù)字輸入端發(fā)生變化(如從全“0”變?yōu)槿?”)

到模擬輸出達(dá)到穩(wěn)定(即終值±1/2LSB)所需的時間。

一般為幾十ns到幾個μs例

DAC0832為1μs00H

FFH0V

-9.96V二、DAC主要指標(biāo)二、DAC主要指標(biāo)

5.轉(zhuǎn)換速率指大信號工作狀態(tài)下，模擬輸出電壓的最大變化速度。主要取決于運算放大器的參數(shù)。單位V/μs建立時間越大，轉(zhuǎn)換速率越低。應(yīng)用時，應(yīng)選擇轉(zhuǎn)換速率大于數(shù)字輸入信號變化率。-5.0V

-9.96V三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位并行、中速(建立時間1us)、電流型、低廉。

20個引腳、雙列直插式三、典型DAC芯片-DAC0832芯片DAC0832結(jié)構(gòu)框圖:

它由一個8位輸入寄存器、一個8位DAC寄存器和一個8位D/A轉(zhuǎn)換器三大部分組成，D/A轉(zhuǎn)換器采用了T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)。8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFB三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBVREF：參考電壓輸入。一般此端外接一個精確、穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源。UREF可在-10V至+10V范圍內(nèi)選擇。VCC：芯片電源電壓（一般取+5V～+15V）。三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBDGND：數(shù)字地，是控制電路中各種數(shù)字電路的零電位。AGND：模擬地，是放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。

任何導(dǎo)線都可以被理解成電阻，因此，盡管連在一起的“地”，其各個位置上的電壓也并非一致的，對于數(shù)字電路，由于噪聲容限較高，通常是不需要考慮“地”的形式的，但對于模擬電路而言，這個不同地方的“地”對測量的精度是構(gòu)成影響的，因此，通常是把數(shù)字電路部分的地和模擬部分的地分開布線，只在板中的一點把它們連接起來。三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBDI7～DI0：數(shù)字量輸入信號。其中DI0為最低位，DI7為最高位。Rfb：反饋電阻引出端,此端可接運算放大器輸出端。三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBIOUT1：DAC輸出電流1。當(dāng)DAC鎖存器中為全1時，IOUT1最大（滿量程輸出），約為；為全0時，IOUT1為0。一般接運放的負(fù)輸入端。

IOUT2：DAC輸出電流2。它作為運算放大器的另一個差分輸入信號。滿足IOUT1+IOUT2＝滿量程輸出電流。一般接運放的正輸入端（接地）。

255VREF256RFB三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBILE：輸入鎖存允許信號，高電平有效。

CS：片選信號，低電平有效。WR1：寫信號1，低電平有效。當(dāng)ILE、CS、WR1同時有效時:LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化。WR1上升沿:

LE下降沿，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器。LE下降沿鎖存三、典型DAC芯片-DAC0832芯片三、典型DAC芯片-DAC0832芯片8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFBLE下降沿鎖存XFER：轉(zhuǎn)移控制信號，低電平有效。WR2：寫信號2，低電平有效。當(dāng)XFER、WR2同時有效時：LE=1，DAC寄存器輸出隨輸入而變化。WR2上升沿：LE下降沿，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，數(shù)據(jù)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，開始D/A轉(zhuǎn)換。四、DAC接口技術(shù)DAC0832與微機系統(tǒng)的連接：1)單緩沖工作方式一個寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個工作于受控鎖存器狀態(tài)

2)雙緩沖工作方式兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)，四、DAC接口技術(shù)1)單緩沖工作方式:

一個寄存器工作于直通狀態(tài)，

一個工作于受控鎖存器狀態(tài)在不要求多相D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。四、DAC接口技術(shù)+-Voport數(shù)據(jù)線地址譯碼PC總線IOWA0~A9D0~D7+5VCSDAC0832DI0~DI7IOUT1IOUT2RFBXFER

WR2WR1ILE單緩沖工作方式:

輸入寄存器工作于受控狀態(tài)DAC寄存器工作于直通狀態(tài)四、DAC接口技術(shù)PC總線I/O寫時序A15~A0CLKIOWT4T1T2T3TwD7~D0port轉(zhuǎn)換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,data;取數(shù)字量MOVDX,portOUTDX,ALD/A轉(zhuǎn)換IOUT2DI7~DI0LE2IOUT1LE1CSWR1ILE&WR2XFER&輸入寄存RFB-+VoIOWA9~A0D7~D0+5VPC總線port地址譯碼DAC寄存四、DAC接口技術(shù)port數(shù)據(jù)線地址譯碼PC總線IOWA0~A9D0~D7+5VXFERDAC0832DI0~DI7+-VoIOUT1IOUT2RFBCS

WR1WR2ILE單緩沖工作方式:

輸入寄存器工作于直通狀態(tài)DAC寄存器工作于受控狀態(tài)四、DAC接口技術(shù)PC總線I/O寫時序A15~A0CLKIOWT4T1T2T3TwD7~D0port轉(zhuǎn)換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,data;取數(shù)字量MOVDX,portOUTDX,ALIOUT2DI7~DI0LE1CSWR1ILE&輸入寄存VoD7~D0+5VPC總線portWR2IOWA9~A0XFERD/A轉(zhuǎn)換LE2IOUT1RFB-+DAC寄存地址譯碼&四、DAC接口技術(shù)

2)

雙緩沖工作方式:兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)DAC0832PC總線數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2CS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND四、DAC接口技術(shù)轉(zhuǎn)換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,data;取數(shù)字量MOVDX，port1OUTDX,AL;打開第一級鎖存MOVDX,port2OUTDX,AL;打開第二級鎖存IOUT2DI7~DI0LE1CSWR1ILE&輸入寄存VoD7~D0+5VPC總線port2WR2IOWA9~A0XFERD/A轉(zhuǎn)換LE2IOUT1RFB-+DAC寄存地址譯碼&port1四、DAC接口技術(shù)當(dāng)要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。思考：相應(yīng)的程序如何編寫？地址譯碼port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7~DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7~DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7~D0A9~A0IOWPC總線+5v+5v四、DAC接口技術(shù)code

SEGMENTASSUMECS:code,DS:codedatav1DB11h,12h,13h,14h,15h,16h,17h,18h,19h,1Ahdatav2DB21h,22h,23h,24h,25h,26h,27h,28h,29h,2Ahstart:MOVAX,code MOVDS,AXLEASI,data_v1 LEABX,data_v2 MOVCX,10next: MOVAL,[SI];取V1的數(shù)據(jù)

OUTport1,AL

;打開第一片0832第一級鎖存

MOVAL,[BX];取V2的數(shù)據(jù)

OUTport2,AL;打開第二片0832第一級鎖存

OUTport3,AL

;打開兩片0832的第二級鎖存

INCSI INCBX LOOPnext MOVAH,4CH INT21Hcode ENDS

END

start編程：利用上圖，將datav1和datav2處的兩組數(shù)據(jù)，一一對應(yīng)轉(zhuǎn)換成模擬量同時輸出。五、應(yīng)用舉例例1：連線如圖，計算當(dāng)數(shù)字量為0CDH時的輸出Vo。DAC0832PC總線數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2DGNDCS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2轉(zhuǎn)換一個數(shù)據(jù)的程序段：MOVAL,0CDHMOVDX，port1OUTDX,ALMOVDX,port2OUTDX,AL五、應(yīng)用舉例分析：

當(dāng)數(shù)字量為0FFH=255時，IOUT1=Vo=-IOUT1

×RFB=-

所以：當(dāng)數(shù)字量為0CDH=205，VREF=-5V時：

Vo=-

=4V數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2DGNDCS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2五、應(yīng)用舉例注意：

Vo的輸出與參考電壓VREF、以及輸出的連接方法（同相還是反相）有關(guān)。數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2DGNDCS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port24V上例中，若VREF接的是-10V,則Vo=8V

-10V8V10V若VREF接的是10V,則Vo=-8V-8V五、應(yīng)用舉例例2

利用上例連線圖，編程輸出一鋸齒波。tVo4V0V五、應(yīng)用舉例codeSEGMENT

ASSUMECS:codestart:MOVCX,8000H;波形個數(shù)

MOVAL,0;鋸齒谷值next:MOVDX,port1;打開第一級鎖存

OUTDX,ALMOVDX,port2;打開第二級鎖存

OUTDX,AL

CALLdelay

;控制鋸齒波的周期

INCAL;修改輸出值

CMPAL,0CEH;比較是否到鋸齒峰值

JNZnext;未到跳轉(zhuǎn)

MOVAL,0;重置鋸齒谷值

LOOPnext

;輸出個數(shù)未到跳轉(zhuǎn)

MOV