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1、 第8章 模拟量的输入输出1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2模拟量的输入输出通道3模拟量I/O通道：模拟接口电路的任务模拟电路的任务0010110110101100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4模拟量的输入通道n传感器（Transducer）非电量电压、电流 n变送器（Transformer）转换成标准的电信号n信号处理（Signal Processing）放大
2、、整形、滤波 5模拟量的输入通道l多路转换开关（Multiplexer）多选一l采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变lA/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lD/A变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量l低通滤波平滑输出波形l放大驱动提供足够的驱动电压，电流7数/模（D/A）变换器8掌握：lD/A变换器的工作原理lD/A变换器的主要技术指标lDAC0832的三种工作模式lDAC0832的应用9一、D/A变换器的工作原理模拟开关电阻网络运算放大器VrefRf 模拟开关 电阻网络VO数字量10基本变换原理l
3、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：VinRf VOR 11基本变换原理l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：VinRf VOR1Rn12权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8这里，上式中的n=813基本变换原理l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VO无贡献14基本变换原理l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
4、制代码 就对应不同输出电压VO；l当代码在0FFH之间变化时，VO相应地在0(255/256)Vref之间变化；l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)。15实际的D/A转换器R-2R梯形电阻网络16二、主要技术指标l分辨率（Resolution）n输入的二进制数每1个最低有效位 (LSB)使输出变化的程度。l表示：n可用输入数字量的位数来表示，如8位 、10位等；n也可用一个LSB （Least Significant Bit）使输出变化的程度来表示。17分辩率例l一个满量程为5V的10位D/A变换器，1 LSB的变
5、化将使输出变化：5/(210-1) = 5/1023= 0.04888V= 48.88mV18转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差l影响转换精度的因素：分辩率电源波动温度变化19转换时间l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tV1/2 LSBtCVFULL20三、典型的D/A转换器DAC0832特点：l8位电流输出型D/A转换器lT型电阻网络l差动输出21DAC0832的内部结构22主要引脚功能输入寄存器控制信号：lD7D0：输入数据线lILE：输入锁存允许lCS：片选信号lWR1：写输入锁存器23主要引脚功能用于DAC寄存器的控制信号：lWR2：写D
6、AC寄存器lXFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器24主要引脚功能其它引线：lVREF：参考电压。-10V+10V，一般为+5V或+10VlIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入lRfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出lAGND、DGND：模拟地和数字地 25工作模式单缓冲模式双缓冲模式无缓冲模式26单缓冲模式l使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通 ，即芯片只占用一个端口地址。lCPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程 序为：MOV DX，PORTMOV AL，DATAOUT DX，AL与系统的 连接见教 材p332图27双缓冲模式（标准模式）
7、l对输入寄存器和DAC寄存器均需控制。l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。l此时芯片占用两个端口地址。l优点：n数据接收与D/A转换可异步进行；n可实现多个DAC同步转换输出l分时写入、同步转换 28工作时序写输入 寄存器写DAC 寄存器29双缓冲模式同步转换例译码器A10-A00832-10832-2port1port2port330MOV AL ，data MOV DX ，port1 OUT DX ，AL MOV DX，port2 OUT DX ，AL MOV DX ，port3 OUT DX ，AL HL
8、T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寄存器地址31无缓冲器模式l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。l不能直接与数据总线连接，需外加并行接口( 如74LS373、8255等)。32四、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33模/数（A/D）转换器34要点：lA/D转换器的一般工作原理；lA/D转换器的主要技术指标；lA/D转换器的应用n与系统的连接n数据采集程序的编写35A/D转换器l用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号的 装置，简称
9、ADC，是模拟系统与计算机之间的接口部件。36A/D转换器类型l计数型A/D转换器-速度慢、价格低，适用于慢速系统l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l逐位反馈型A/D转换器-转换精度高、速度快、抗干扰性差37一、A/D转换器的工作原理l逐位反馈型A/D转换器n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38二、主要技术指标l转换精度n量化误差n非线性误差n其它误差l总误差=各误差的均方根39量化间隔l一个最低有效位对应的模拟量=Vmax /（2n-1）l例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨 率为： 5V/255=19.6mV40量
10、化误差l绝对量化误差=1/2 l相对量化误差=（1/2） 1LSB 100%l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%41转换时间l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。42输入动态范围l允许转换的电压的范围。如05V、010V等。43三、典型的A/D转换器芯片ADC0809：l8通道（8路）输入l8位字长 l逐位逼近型l转换时间100s l内置三态输出缓冲器44主要引脚功能lD7D0：输出数据线（三态）lIN0IN7：8通道（路）模拟输入lADDA、ADD
11、B、ADDC：通道地址lALE：通道地址锁存lSTART：启动转换lEOC：转换结束状态输出lOE：输出允许（打开输出三态门）lCLK：时钟输入（10KHz1.2MHz）45内部结构IN7IN08 个 模 拟 输 入 通 道START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-)ADDC ADDB ADDAALE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/A8选146工作时序47ADC0809的工作过程由时序图知ADC0809的工作过程如下：l送通道地址，以选择要转换的模拟输入；l锁存通道地址到内部地址锁存器；
12、l启动A/D变换；l判断转换是否结束；l读转换结果48ADC0809的应用l芯片与系统的连接l编写相应的数据采集程序49芯片与系统的连接模拟输入端Ini ：l单路输入l多路输入多路输入时ADDC ADDB ADDAIN0 IN1 IN2 IN3 IN4ADC0809输入0 输入1 输入2 输入3 输入4CPU指定 通道号单路输入时ADDC ADDB ADDAIN4ADC0809输入+5V50通道地址线ADDA-ADDC的连接l多路输入时，地址线不能接死，要通过一个接口芯片与数据总线 连接。接口芯片可以选用：简单接口芯片74LS273，74LS373等（占用一个I/O地址）可编程并行接口8255
13、（占用四个I/O地址）ADDC ADDB ADDAIN0 IN1 IN2 IN3 IN4ADC0809输 入 DB74LS273Q2 Q1 Q0CP来自I/O 译码D0-D7ADDC ADDB ADDAIN0 IN1 IN2 IN3 IN4ADC0809DB8255PB2 PB1 PB0CS#来自I/O 译码D0-D7A1 A0A1 A051数据输出线D0-D7的连接l可直接连到DB上，或通过另外一个输入接口与DB相 连；l两种方法均需占用一个I/O地址D0-D7ADC0809DBOE来自I/O 译码D0-D7ADC0809DBOE来自I/O 译码直接连DB通过输入接口连DB74LS244+5
14、VDIDOE1# E2#52ALE和START端的连接l独立连接：用两个信号分别进行控制需占用两个I/O端口或两个 I/O线；l统一连接：用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存，下降沿实现启 动转换只需占用一个I/O端口或一个I/O线。ADC0809ALESTART独立连接来自I/O 译码1来自I/O 译码2ADC0809ALESTART统一连接来自I/O 译码53ADC0809与系统的连接例D0IN0A15-A0IORIOWD7-D0D7-D0EOCOESTARTALE ADDC ADDB ADDA译码器ADC0809I/O接口54判断转换结束的方法l软件延时等待（比如延时1ms）n此时不用EO
15、C信号，CPU效率最低l软件查询EOC状态。l把EOC作为中断申请信号，接到8259的IN端。n在中断服务程序中读入转换结果，效率较 高55数据采集程序流程初始化 送通道地址送ALE信号送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？NY结 束Y送下一路通道地址 （1）（1）N56第7章作业解l试分别编写产生从C口的PC7引脚输出一个正脉冲和从 PC3引脚输出一个负脉冲的程序段(PA、PB、PC和控 制寄存器的地址为320H、321H、322H、323H) 57第7章作业解MOV DX，322HMOV AL，10000000BOUT DX，ALCALL DELAYMOV AL，00001000BOUT DX，ALMOV DX，323HMOV AL，10000000BOUT DX，ALMOV AL，00001110BOUT DX，ALMOV AL，00000111B58第7章作业解DELAY PROCPUSH CXMOV CX，0A：LOOP APOP CXRET DELAY ENDP59作业：l8.5l8.7l8.8l8.13l8.1460
