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1、1,第8章 模拟量的输入输出,2,主要内容：,模拟量输入输出通道的组成 D/A转换器的工作原理、连接及编程 A/D转换器的工作原理、连接及编程,3,模拟量的输入输出通道,4,模拟量I/O通道：,模拟接口电路的任务,模拟电路的任务,00101101,10101100,工 业 生 产 过 程,传感器,放大 滤波,多路转换 & 采样保持,A/D 转换,放大 驱动,D/A 转换,输出 接口,微 型 计 算 机,执行机构,输入 接口,物理量 变换,信号 处理,信号 变换,I/O 接口,输入通道,输出通道,变 送 器,5,模拟量的输入通道,传感器（Transducer） 非电量电压、电流 变送器（Tran
2、sformer） 转换成标准的电信号 信号处理（Signal Processing） 放大、整形、滤波 多路转换开关（Multiplexer） 多选一 采样保持电路（Sample Holder，S/H） 保证变换时信号恒定不变 A/D变换器（A/D Converter） 模拟量转换为数字量,6,模拟量的输出通道,D/A变换器（D/A Converter） 数字量转换为模拟量 低通滤波 平滑输出波形 放大驱动 提供足够的驱动电压，电流,7,闭环控制系统应用案例,水泥厂增湿塔出口温度控制系统,8,数/模（D/A）变换器,9,掌握：,D/A变换器的工作原理 D/A变换器的主要技术指标 DAC0832
3、的三种工作模式 DAC0832的应用,10,一、D/A变换器的工作原理,组成： 模拟开关 电阻网络 运算放大器,11,基本变换原理,当运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为：,12,基本变换原理,若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：,13,n=8的权电阻网络,2R 4R 8R 16R 32R 64R 128R 256R,Vref,Rf,VO,S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8,14,基本变换原理,如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为,若Si=1,该项对VO有贡献； 若Si=0,该项对V
4、O无贡献,15,基本变换原理,如果用8位二进制代码来控制图中的S1S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，则不同的二进制代码就对应不同输出电压VO； 当代码在0FFH之间变化时，VO相应地在 0(255/256)Vref之间变化； 为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。,16,实际的D/A转换器 R-2R梯形电阻网络,17,二、主要技术指标,分辨率（Resolution） 输入的二进制数每1个最低有效位 (LSB)使输出变化的程度。 分辨率表示方法： 可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等； 也可用一个LS
5、B （Least Significant Bit）使输出变化的程度来表示。,18,分辩率例,一个满量程为5V的10位D/A变换器，1 LSB的变化所引起输出模拟量的变化为： 5/(210-1) = 5/1023 = 0.04888V = 48.88mV,19,转换精度（误差）,实际输出值与理论值之间的最大偏差 影响转换精度的因素： 分辩率 电源波动 温度变化 ,20,转换时间,从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间,21,三、典型D/A转换器DAC0832,特点： 8位电流输出型D/A转换器 T型电阻网络 差动输出,22,DAC0832的内部结构,23,主要引脚功能
6、,输入寄存器控制信号： D7D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器,24,主要引脚功能,用于DAC寄存器的控制信号： WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器,25,主要引脚功能,其它引线： VREF：参考电压。 -10V+10V，一般为+5V或+10V IOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出。 用于连接运算放大器的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 AGND、DGND：模拟地和数字地,26,工作模式,单缓冲模式 双缓冲模式 无缓冲模式,27,单缓冲模式,使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即芯片只占
7、用一个端口地址。 CPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为： MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL,28,单缓冲模式例,利用教材图8-12所示线路图输出三角波： 端口地址：0278H 最大输出值5V，对应数字量：FFH 最小输出值0V，对应数字量：00H MOV DX，0278H MOV AL，0 NET1： OUT DX，AL INC AL CMP AL，0FFH JNZ NET1 DEC AL,NET2： OUT DX，AL DEC AL CMP AL，0 JNZ NET2 JMP NET1,29,双缓冲模式（标准模式）,对输入寄存器和DAC寄存器均需控
8、制。 当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入 寄存器中；再在DAC寄存器控制信号有效时， 数据才写入DAC寄存器，并启动变换。 此时芯片占用两个端口地址。 优点： 数据接收与D/A转换可异步进行； 可实现多个DAC同步转换输出。 分时写入、同步转换。,30,工作时序,写输入寄存器,写DAC寄存器,31,双缓冲模式同步转换例,32,MOV AL，data MOV DX，port1 OUT DX，AL MOV DX，port2 OUT DX，AL MOV DX，port3 OUT DX，AL HLT,双缓冲模式的数据写入程序,0832-1的输入寄存器地址,0832-2的输入寄存器地址,DAC寄存
9、器地址,33,无缓冲器模式,使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。 不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。,34,四、D/A转换器的应用,信号发生器 用于闭环控制系统,向D/A转换器写入某种按规律变化的数据，即可在输出端获得相应的各种波形,35,模/数（A/D）转换器,36,要点：,A/D转换器的一般工作原理 A/D转换器的主要技术指标 A/D转换器的应用 与系统的连接 数据采集程序的编写,37,A/D转换器,用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号的装置，简称ADC，是模拟系统与计算机之间的接口部件。,38,A/D转换器类型,计数型A/D
10、转换器 -速度慢、价格低，适用于慢速系统 双积分型A/D转换器 -分辩率高、抗干扰性好、转换速度慢，适用于中速 系统 逐位反馈型A/D转换器 -转换精度高、速度快、抗干扰性差,39,一、A/D转换器的工作原理,逐位反馈型A/D转换器 类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体,40,二、主要技术指标,转换精度 量化误差 非线性误差 其它误差 总误差=各误差的均方根,41,量化间隔,一个最低有效位对应的模拟量 =Vmax /（2n-1） 例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为： 5V/255=19.6mV,42,量化误差,绝对量化误差 绝对量化误差=1/2 相对量化误
11、差 相对量化误差=（1/2） 100% 例： 设满量程电压=10V，A/D变换器位数=10位，则： 绝对量化误差 10/211 = 4.88mV 相对量化误差 1/211 *100% = 0.049%,43,转换时间,实现一次转换需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。,44,输入动态范围,允许转换的电压的范围。 如05V、010V等。,45,三、典型的A/D转换器芯片,ADC0809： 8通道（8路）输入 8位字长 逐位逼近型 转换时间100s 内置三态输出缓冲器,46,主要引脚功能,D7D0：输出数据线（三态） IN0IN7：8通道（路）模拟输入 ADDA、ADDB、ADDC：通道
12、地址 ALE：通道地址锁存 START：启动转换 EOC：转换结束状态输出 OE：输出允许（打开输出三态门） CLK：时钟输入（10KHz1.2MHz）,47,内部结构,IN7,IN0,8 个模拟输入通道,START EOC CLK,OE,D7 D0,VREF(+) VREF(-),ADDC ADDB ADDA ALE,比较器,8路模拟开关,逐位逼近寄存器SAR,树状开关,电阻网络,三态输出锁存器,时序与控制,地址锁存及 译码,D/A,8选1,48,工作时序,49,ADC0809的工作过程,由时序图知ADC0809的工作过程如下： 送通道地址，以选择要转换的模拟输入； 锁存通道地址到内部地址锁
13、存器； 启动A/D变换； 判断转换是否结束； 读转换结果,50,ADC0809的工作流程,Y,N,51,判断转换结束的方法,软件延时等待（比如延时120us） 此时不用EOC信号，CPU效率最低 软件查询EOC状态。 把EOC作为中断申请信号，接到8259的IN端。 在中断服务程序中读入转换结果，效率较高,52,ADC0809的应用,芯片与系统的连接 通常情况下需要经数字接口与系统连接 编写相应的数据采集程序 从数据采集到存储,53,ADC0809与系统的连接例,单路模拟量输入：,54,ADC0809与系统的连接例,多路模拟量输入：,55,数据采集程序流程,初始化,送通道地址,送ALE信号,送
14、START信号,读EOC状态,送读允许OE信号,EOC=1？,读转换结果,采集结束否？,N,Y,结 束,Y,送下一路通道地址,（1）,（1）,N,56,A/D转换器应用例题8.14,8255的地址范围 0000001111110100 0000001111110111 设计与系统的连接线路图 单路模拟量输入，无需连接通道地址和地址锁存信号； 利用8255的A口和B口读取转换结果，C端口输出和输入各种控制信息。,58,8255初始化程序,INIT PROC NEAR PUSH DX PUSH AX MOV DX，03F7H MOV AL，9AH OUT DX，AL MOV AL，01H ；PC0
15、初始置1 OUT DX，AL MOV AL，02H OUT DX，AL ；PC1初始置0 POP AX POP DX RET INIT ENDP,59,数据采集程序,START：MOV AX，SEG DATA MOV DS，AX LEA SI，DATA CALL INIT MOV DX，03F6H MOV AL，03H OUT DX，AL NOP MOV AL，01H OUT DX，AL WAITT：IN AL，DX,AND AL，40H JZ WAITT AND AL，0FEH OUT DX，AL MOV DX，03F5H IN AL，DX MOV SI，AL INC SI MOV DX，03F4H IN AL，DX MOV SI，AL HLT,60,谢谢大家！,
