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1、第10章 模拟接口与常用外设接口10.1 模拟接口系统概述10.2 D/A转换器及其接口9.110.3 A/D转换器及其接口110.1 模拟接口概述 模拟接口是微型计算机与外部世界进行信息联系 与转换的桥梁。模拟接口的核心器件是模/数（A/D）转 换器和数/模（D/A）转换器，其中模/数转换器是将模拟 量转换为数字量供CPU处理，而数/模转换器则是将计算 机中的数字量转换为模拟量用于输出或控制。D/A和A/D 转换技术是数字技术发展的一个重要分支，在微机应用 系统中占有重要地位。210.2 D/A转换器及其接口D/A转换器是把数字量变换成模拟量的线 性电路器件。 DAC的输出可以是电流也可以是
2、电压， 输出电流的叫电流型DAC，输出电压的叫电 压型DAC。对电流型DAC，其电流在几毫安 十几毫安；对电压型DAC，其电压一般为 5V10V之间。有些高电压型可达24V30V 。若需将电流输出转换成电压输出，则采用运 放进行转换。31. D/A转换器的主要参数 (1) 分辨率 指D/A转换器能够转换的二进制数的位数。 (2) 转换时间 指数字量从输入到完成转换，输出达到最终值并稳 定为止所需的时间。 (3) 精度 指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差； 一般采用数字量的最低有效位为衡量单位，例如1/2LSB。 如果分辨率为8位，则它的精度是：（1/2）（l/256） =1/512。
3、10.2.1 D/A转换器的主要参数及连接特性42. D/A转换器的连接特性u(1) 输入缓冲能力 DAC是否带有三态输入缓冲器或锁存器来保存输入 数字量，这对不能长时间在数据总线保持数据的微机系统中使用D/A 转换器十分重要。带有三态输入锁存器的 DAC，其输入数据线才能 与系统的数据总线直接连接；否则，两者不能直接连接，而需外加三 态缓冲器。u(2) 输入数据的宽度（即分辨率） DAC有 8位、10位、12位、14位和 16位等。当 DAC的分辨率高于微机系统数据总线的宽度时，需分两 次输入数字量。u(3) 输入码制 DAC能接收不同码制的数字量输入。一般对单极性输出 的DAC只能接收二进
4、制码或BCD码，对双极性输出的DAC只能接收 偏移二进制码或补码。u(4) 输出模拟量的类型 DAC的输出可以是电流也可以是电压，输出电 流的叫电流型DAC，输出电压的叫电压型DAC。对电流型DAC，其 电流在几毫安十几毫安；对电压型DAC，其电压一般为5V10V之 间。u(5) 输出模拟量的极性 DAC的模拟量输出有单极性输出也有双极性 输出。 510.2.2.1 8位D/A转换器DAC0832 u1. DAC0832的主要特性(1) 输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直通数字输 入。(2) 可以与通用微处理器直接连接。(3) 满足TTL电平规范的逻辑输入。(4) 分辨率为8位，满
5、刻度误差1LSB，建立时间为1s，功耗20 mW。(5) 电流输出型D/A转换器。 62. 内部结构及引脚 7引脚功能说明如下 u#CS：片选信号，输入寄存器选择信号，低电平有效。uILE：输入锁存允许信号，高电平有效。u#WR1：写信号1，作为第一级锁存信号将输入数据锁存到输入寄存器 中，WR1必须和和ILE同时有效。u#WR2：写信号2，将锁存在输入寄存器中的数据送到DAC寄存器中进行锁存，此时传输控制信号必须有效。u#XTER：传输控制信号。用来控制2。uD0D7：8位数据输入端。D7为最高位MSB，D0为最低位LSB。uIOUT1：模拟电流输出端。常接运算放大器反相输入端，随DAC中数
6、据的变化而变化。uIOUT2：模拟电流输出端。IOUT2为一常数和IOUT1的差，即 IOUT1+IOUT2=常数。 8uRfb：反馈电阻引出端。DAC0832内部已经有反馈电阻，所以 ，Rfb端可以直接接到外部运算放大器的输出端。uVREF：参考电压输入端。此端可接正电压，也可接负电压，范 围为+10V-10V。uVCC：芯片供电电压。范围为+5V+15V，最佳工作状态是 +15V。uAgnd：模拟地，即模拟电路接地端。uDGnd：数字地。93. DAC0832的工作方式 即数据经过双重缓冲后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一 次D/A转换，这种方式可在D/A转换的同时进行下一数
7、据的输入，可提高转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输出多模拟量 的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统，每片对应一个模拟量。(1) 双缓冲方式(2) 单缓冲方式 不需要多个模拟量同时输出时可采用此种方式。此时两个寄存器 之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换器。 这种方式只需执行一次写操作即可完成D/A转换。10u(3) 直通方式u 此时两个寄存器均处于直通状态，因此要将#CS、#WR1、 #WR2和#XFER端都接数字地，ILE接高电平。数据直接送 入D/A转换电路。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统。1110.2.3.2 D/A转换器DAC
8、0832与微机的接口12满码时：13单缓冲方式应用举例只要把两个寄存器中的任何一个接成直通方式， 而用另一个锁存数据，DAC就可处于单缓冲工作方 式。一般是将#WR2和#XFER都接地，使DAC寄 存器处于直通方式，另外把ILE接高电平，#CS接 端口地址译码信号，#WR1接CPU系统总线的 #IOW，这样便可通过执行一条OUT指令，选中该 端口，使#CS和#WR1有效，启动D/A转换。14例：假定DAC的口地址为80H，分析下列程序的执 行结果。START：MOVAL，0FFH AGAIN：INCAL OUT80H，AL；D/A转换 CALLDELAY；延时 JMPAGAIN15例2：假定D
9、AC0832工作时参考电压为+5V，端 口地址为80H，要求由其形成正向和反向的三角波 ，波形下限的电压为0.5V，上限的电压为2.5V。1LSB，数字量中最低位LSB=1时所对应的电压值。1LSB=5V/256=0.019V上限电压对应的数据为：2.5V/0.019V=128=80H下限电压对应的数据为：0.5V/0.019V=26=1AH16产生三角波的程序段如下：BEGIN：MOVAL，1AH；下限值 UP：OUT80H，AL；D/A转换 INCAL CMPAL，81H；超过上限了吗？ JNZUP DECAL DOWN：OUT80H，AL DECAL CMPAL，19H；低于下限了吗？
10、JNZDOWN JMPAGAIN17用双缓冲式D/A转换：u第一种情况 将ILE接高电平， #WR1、#WR2接CPU的 #IOW，#CS和#XFER分别接两个不同的I/O地址译 码信号。执行OUT指令时， #WR1、#WR2均变为 低电平。这样，可先执行一条OUT指令，选中#CS端口，把数据写入寄存器；再执行第二条 OUT指令，选中#XFER端口，把输入寄存器内容 写入DAC寄存器，实现D/A转换。 18u把一个数据经两次锁存，通过DAC0832输出 的典型程序段如下：MOVDX，320HMOVAL，DATAOUTDX，ALINCDXOUTDX，AL19u第2种情况在需要同步进行D/A转换的
11、多路DAC系统中，采用双缓冲方式 ，可以在不同的时刻把要转换的数据分别打入各DAC的输入 寄存器，然后由一个转换命令同时启动多个DAC的转换。 20u图10-8是一个用3片DAC0832构成的3路DAC系统。图中 #WR1和WR2接CPU的写信号#WR，3个DAC的#CS引脚各由 一个片选信号控制，3个#XFER信号接在一起，接到第4 个片选信号上。ILE可以根据需要来控制，一般接高电平，保持选通状态。它也可以由微处理器形成的一个禁 止信号来控制，该信号为低电平时，禁止将数据写入 DAC寄存器。这样，可在禁止信号为高电平时，先用3 条输出指令选择3个端口，分别将数据写入各个DAC的输入寄存器；
12、当数据都就绪后，再执行一次写操作，使 #XFER变低，同时选通3个D/A的DAC寄存器，实现同步转换。2110.3 A/D转换器及其接口A/D转换器的功能是将输入的模拟量转换为对应的数字量供给计算机处理，它是微机在控制领 域应用中必不可少的器件。从转换原理来讲，实 现A/D转换的方法很多，常见的有计数式、双积分式、逐次逼近式以及并行式等，其中逐次逼近式 易于集成且具有较高的分辨率和转换速度，目前 市场上的A/D转换芯片采用这种类型的较多。 2210.3.1 A/D转换器的主要参数及其外部特性 u(1) 分辨率 是指A/D转换器能够转换成二进制数的位数。 u(2) 转换时间 指从输入启动转换信号
13、开始到转换结束，得到稳定 的数字输出量为止的时间。1. A/D转换器的主要参数 232. A/D转换器的外部连接特性 u(1) 模拟信号输入线 u(2) 数字量输出线 u(3) 转换启动线（输入） u(4) 转换结束线（输出） 2410.3.2 8位A/D转换器芯片ADC0809 ADC0809为逐次逼近式A/D转换器 ，它具有8个模拟量输入通道。它能与微型计算机的大部分总线兼容，可在程序 的控制下选择8个通道之一进行A/D转换 ，然后把得到的8位二进制数据送到微机 的数据总线，供CPU进行处理。 25芯片引脚 IN0IN7：模拟电压输入端，可分别 接入8路单端（单极性）模拟量电压信号。REF
14、（+）、REF（-）：基准电压的正极和负极，由此施加基准电压。ADDA、ADDB、ADDC：模拟量输入 通道地址选择线，当其值为000111 时，分别对应8个模拟通道IN0IN7。ALE：地址锁存允许输入信号，低电平向高电平的正跳变有效。此时锁存 上述地址选择线状态，从而选通相应 的模拟信号输入通道，以便进行A/D转换。26START：启动转换输入信号。为了启动A/D转换过程，应在此引脚 施加一个正脉冲，脉冲的上升沿将所有内部寄存器清零，在其 下降沿开始A/D转换过程。EOC：转换完毕输出信号，高电平有效。当此A/D转换器用于与微 型计算机接口时，EOC可用来申请中断。OE：允许输出信号（输入
15、，高电平有效）。它为有效时，将输出 寄存器中的数字代码放到数据总线上，供CPU读取。CLOCK：时钟输入信号。时钟频率决定了转换速度，一般不高于 640kHz。D0D7：数字量输出。D7为最高位，D0为最低位。 27ADC 0809工作时序 28ADC0809操作过程如下 ：u(1) 首先，通过ALE和ADDA、ADD、ADDC地址信号线 把欲选通的模拟量输入通道地址送入ADC0809并锁存。u(2) 发送A/D启动信号START，脉冲上升沿复位，在启动脉冲下降沿开始转换。转换开始后，EOC变低，经过64个 时钟周期后，转换结束，EOC变为高电平。u(3) A/D转换完成后，EOC=1，可利用
16、这一信号向CPU请 求中断，或在查询方式下待CPU查询EOC信号为1后进行 读数服务。CPU通过发出OE信号读取A/D转换结果。2910.3.4 应用举例 u例10.1 有一A/D转换电路如图10-18所示，图中ADC0809通过8255A 同8086CPU连接，要求从模拟通道IN0开始转换，连续采样24个数据 ，然后采样下一通道，同样采样24个数据，直至IN7，采样后的数据 存放在数据段中2000H开始的数据区中。试按此要求编写控制程序。 30地址分配位图为：A8A7A6A5A4A3A2A1A01 1 1 0 0 0 0 0 00 0 10 1 00 1 1A2 A1 A0ADDA ADDB ADDCA4 A3 A2C B A根据地址分配位图，可知：8255各端口地址为：1C0H1C3HADC0809的IN0IN7的地址为：1C8H1CBH、1CCH1CF
