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1、1,第8章 模拟量的输入输出,2,第8章 节 目 录,8.1 模拟量的输入输出通道 8.2 数/模（D/A）转换器 8.3 模/数（A/D）转换器,章,3,第8章作业,8.10; 8.14,章,4,模拟量I/O接口的作用： 实际工业生产环境连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部离散的数字量 二进制数、十进制数 工业生产过程的闭环控制,概 述,5,8.1 模拟量I/O通道的组成,6,模拟量输入通道,传感器（Transducer）非电量电压、电流 变送器（Transformer）转换成标准的电信号 信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波 多路
2、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,7,模拟量输出通道,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,节,8,8.2 数/模（D/A）变换器,8.2.1 D/A变换器的技术指标,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。一般用输入数字量的位数来表示: 如8位、10位 例：一个满量程为5V的10位DAC，1 LSB的变化将使输出变化 5/
3、(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV,9,D/A转换器的主要技术指标,转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差。一般用最小量化阶来度量，如1/2 LSB也可用满量程的百分比来度量，如0.05% FSR (LSB-Least Significant Bit, FSR-Full Scale Range),10,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,D/A转换器的主要技术指标,11,8.2.2 典型D/A转换器,DAC08328位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动电流输出,12,DAC0832内部结构,13,引脚功能,D7
4、D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 /CS：片选信号 /WR1：写输入锁存器上述三个信号用于把数据写入到输入锁存器 /WR2：写DAC寄存器 /XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器上述二个信号用于启动转换 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，接运放的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 AGND、DGND：模拟地和数字地,14,工作时序,D/A转换可分为两个阶段： /CS=0、/WR1=0、ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器； /WR2=0、/XFER=0，数据传送到DAC寄存器，并开始转换。,
5、15,工作方式,单缓冲方式使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通。CPU只需一次写入即开始转换。控制比较简单。,16,双缓冲方式（标准方式）转换要有两个步骤：将数据写入输入寄存器/CS=0、/WR1=0、ILE=1将输入寄存器的内容写入DAC寄存器/WR2=0、/XFER=0 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,17,18,19,双缓冲方式同步转换举例,A10-A0,译码器,0832-1,0832-2,port1,port2,port3,20,双缓冲方式的程序段示例,MOV AL，data1 ; 要转换的数据送AL MOV DX，port1
6、 ; 0832-1的输入寄存器地址送DX OUT DX，AL ; 数据送0832-1的输入寄存器MOV AL，data2 ; 要转换的数据送AL MOV DX，port2 ; 0832-2输入寄存器地址送DX OUT DX，AL ; 数据送0832-2的输入寄存器MOV DX，port3 ; DAC寄存器端口地址送DX OUT DX，AL ; 数据送DAC寄存器，并启动同步转换 HLT,21,直通方式/CS=0、/WR1=0、ILE=1/WR2=0、/XFER=0 特点：0832一直处于转换状态，模拟输出始终跟踪数据输入的变化。,0,0,22,D/A转换器的应用,函数发生器只要往D/A转换器写
7、入按规律变化的数据，即可在输出端获得正弦波、三角波、锯齿波、方波、阶梯波、梯形波等函数波形。 直流电机的转速控制。,23,24,MOD DX，278HMOV AL，0 NEXT：OUT DX，ALDEC ALJMP NEXT,反向锯齿波,正向锯齿波？,节,25,8.3 模/数（A/D）转换器,用途 将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。常用于数据采集系统。 类型 计数型A/D变换器 双积分型A/D变换器 逐位反馈型A/D变换器,26,8.3.1 工作原理及技术指标,逐次逼近型A/D转换器 结构：由D/A转换器、比较器和逐次逼近寄存器SAR组成。,27,主要技术指标,精度 量
8、化间隔(分辨率) = Vmax/电平数(即满量程值) 例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为 5V/255=19.6mV 量化误差: 用数字（离散）量表示连续量时，由于数字量字长有限而无法精确地表示连续量所造成的误差。(字长越长，精度越高),28,主要技术指标（续）,转换时间：转换一次需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。 输入动态范围：允许转换的电压的范围。如05V、010V等。,绝对量化误差 = 量化间隔/2 = (满量程电压/(2n-1)/2 相对量化误差 = 1/2 * 1/量化电平数目 * 100% 例：满量程电压=10V，A/D变换器位数=10位，则绝对量化误差
9、 10/211 = 4.88mV相对量化误差 1/211 *100% = 0.049%,29,典型的A/D转换器简介,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,30,引脚功能,D7D0：输出数据线（三态） IN0IN7：8通道（路）模拟输入 ADDA、ADDB、ADDC：通道地址（通道选择） ALE：通道地址锁存 START：启动转换 EOC：转换结束，可用于查询或作为中断申请 OE：输出允许（打开输出三态门） CLK：时钟输入（10KHz1.2MHz） VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压,31,ADC0809内部结构,32,工作
10、时序,33,ADC0809的工作过程,根据时序图，ADC0809的工作过程如下： 把通道地址送到ADDAADDC上，选择模拟输入； 在通道地址信号有效期间，ALE上的上升沿将该地址锁存到内部地址锁存器； START引脚上的下降沿启动A/D变换； 变换开始后，EOC引脚呈现低电平， EOC重新变为高电平时表示转换结束； OE信号打开输出锁存器的三态门送出结果 。,34,ADC0809与系统的连接,模拟输入端INi 单路输入 模拟信号可固定连接到任何一个输入端 地址线根据输入线编号固定连接(高电平或低电平),多路输入 模拟信号按顺序分别连接到输入端 要转换哪一路输入，将其编号送到地址线上(动态选择
11、),35,地址线ADDA-ADDC 多路输入时，通过一个接口芯片与数据总线连接。接口芯片可以选用： 锁存器74LS273，74LS373等（要占用一个I/O地址） 可编程并行接口8255（要占用四个I/O地址） CPU用一条OUT指令把通道地址通过接口芯片送给0809,36,数据输出线D0-D7 内部已接有三态门，故可直接连到DB上 也可另外通过一个输入接口与DB相连 上述两种方法均需占用一个I/O地址,37,地址锁存ALE和启动转换START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(用8255时)；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(用8255时) 。,38,转换结束信号EOC 软件延时等待(比如延时1ms)不用EOC信号 CPU效率最低 软件查询EOC状态 EOC通过一个三态门连到数据总线的D0(其他也可以) 三态门要占用一个I/O端口地址 CPU效率低 把EOC作为中断申请信号，接到8259的IR端 在中断服务程序中读入转换结果，效率高,39,40,8255地址：378H37BH,41,8255地址：378H37BH,4,5,42,节,
