《微机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 胡 蔷 第10章 开关量和模拟量接口技术》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微机原理及接口技术 教学课件 ppt 作者 胡 蔷 第10章 开关量和模拟量接口技术（49页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,第十章 开关量和模拟量接口技术,内容提要：本章主要介绍模拟量与数字量之间转换的概念：采样和量化、编码，A/D转换的主要指标，转换类型，常用的转换接口芯片及其应用。 学习目标：掌握模拟量与数字量的转换概念，模数转换的几种方式，主要技术指标，ADC0809的特点，常见的模数转换器。数模转换的主要技术指标，DAC0832的特点，工作方式，常见的数模转换器。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,2,第十章 开关量和模拟量接口技术,本章目录 10.1 概述 10.2 模数（A/D）转换 10.3 数模（D/A）转换 小结,机械工业出版社 微机原理及接口技术,3,10.1 概述,模拟量：工程实际中连续
2、变化的物理量，如温度、压力、流量、位移、速度等。通过传感器可转化为电压、电流或频率等信号。 数字量：计算机中处理的数据，由一位一位 的数位构成。为了使计算机能够处理模拟量，需 要实现模拟量与数字量之间的转换。模/数（A/D）转换器（ADC）可实现模拟量数字量的转换；为使计算机处理的结果能够控制生产设备，需要实现数字量与模拟量之间的转换。数/模（D/A）转换器（DAC）可实现数字量模拟量的转换。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,4,机械工业出版社 微机原理及接口技术,5,10.2.1 概念,10.2 模数（A/D）转换,1. 采样和量化,作用：我们经常遇到的物理参数，如电流、电压、温度、压力
3、、速度电量或非电量都是模拟量。模拟量的大小是连续分布的，且经常也是时间上的连续函数。因此要将模拟量转换成数字信号需经采样量化编码三个基本过程（数字化过程）。 采样：所谓采样过程(简称采样)是用采样开关(或采样单元)将模拟信号按一定时间间隔抽样成离散模拟信号的过程。即以周期时间间隔T，把时间与幅值连续的模拟信号转变为连串脉冲输出信号。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,6,按香农采样定理对模拟信号进行等时间间隔采样，将得到的一系列时域上的样值去代替u=f(t)，即用u0、u1、un代替u=f(t)。这些样值在时间上是离散的值，但在幅度上仍然是连续模拟量。如图10-2所示。,机械工业出版社 微机
4、原理及接口技术,7, 量化：量化过程就是用一组数码来逼近离散模拟信号的幅值，将其转换成数字信号。即用一定的量化阶距为单位，把数值上连续的模拟量转变为数值离散量。方法是用一个量化因子Q去度量；u0、u1、，便得到整量化的数字量。 u0=2.4Q 2Q 010 u1=4.0Q 4Q 100 u2=5.2Q 5Q 101 u3=5.8Q 5Q 101, 编码：将整量化后的数字量进行编码，以便微机读入和识别；编码仅是对数字量的一种处理方法。 例如：Q=0.5V/格，设用三位（二进编码） u0=2.4Q 2Q (010) 输入信号为单极性信号时：以二进制数进行量化编码，输入范围为05V的8位ADC，输入
5、输出关系如图10-3（a）所示。输入信号为双极性信号时：有三种编码方式：,机械工业出版社 微机原理及接口技术,8,1.偏移二进制码最高位为符号位，1为正， 0为负；其余位表示幅值。输入输出关系如 图10-3（b）所示。 2.原码输入为正，符号位为0，输入为负，符号位为1，其余位表示幅值。 3.补码符号位与偏移二进制码的符号位相反，其余位相同。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,9,2. 转换方式,（1）分类 按被转换的模拟量类型可分为时间/数字、电压/数字、机械变量/数字等。应用最多的是电压/数字转换器。电压/数字转换器又可分为多种类型： 按转换方式可分为：直接转换、间接转换。按输出方式分可
6、分为：并行、串行、串并行。 按转换原理可分为：计数式、比较式。 按转换速度可分为：低速、中速、高速。按转换精度和分辨率可分为：3位、4位、8位、10位、12位、14位、16位等等。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,10,（2）常用A/D转换方式 逐次逼近型：转换时间短，抗扰性差（电压比较），分辨率高，转换时间在0.1100s之间。ADC0809（8位），AD574（12位）。 双斜积分型：转换时间长，抗干扰能力强（积分），分辨率高，转换速度低，一般为11000ms。 MC14433（11位），ICL7135（14位）。 全并行比较型（Flash型）：采用多个比较器，转换速度高，分辨率一般在
7、8位以内。8位以上所需的电压比较器太多使芯片面积大、电路规模大，成本高。 分级型：减少并行比较ADC的位数，分级多次转换，减小电路规模，保持较高速度。 -型（过采样转换器）：高速1bit DAC+数字滤波，转换成低采样率高位数字，分辨率高。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,11,3. A/D转换器的工作原理, 计数器式A/D转换器 计数器式A/D转换器由计数器、D/A转换器及比较器组成。其原理框图如图10-4所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,12, 双积分式A/D转换器 如图10-5所示，双积分式A/D转换器的主要部件有积分器、比较器、计数器和标准电压源。,机械工业出版社 微机原
8、理及接口技术,13, 逐次逼近式A/D转换器 原理框图如图10-6所示。,工作原理如图10-7所示。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,14,设， ， （n=8），Vi与Vf的关系见表10-1。,表10-1 Vi与Vf的关系,机械工业出版社 微机原理及接口技术,15,4. A/D转换器主要性能指标,量化误差：量化误差是在A/D转换中由于整量化所产生的固有误差。 分辨率：单位数字量所对应模拟量增量。 转换误差：实际输出数字量与理论输出数字量间的差别。 转换时间：指是A/D完成一次转换所需要的时间。 绝对精度：指的是A/D转换器的输出端所产生的数字代码中，分别对应于实际需要的模拟输入值与理论上要
9、求的模拟输入值之差（由于量化，在一定范围内的所有模拟值都产生相同的数字输出，所以，这里模拟值都指的是该范围内的中间模拟值）。 相对精度：相对精度指的是满度值校准以后，任一数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。对于线性A/D，相对精度就是非线性度。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,16,10.2.2 ADC0809/0808,1. 内部逻辑框图,机械工业出版社 微机原理及接口技术,17, ADC0808（0809）是CMOS工艺的8位A/D转换器，逐次逼近型，数据输出有三态功能，转换时间为100s，功耗为15mW。 控制原理：模拟量输入；A/D转换器；数据输出。,2
10、. 引脚介绍,机械工业出版社 微机原理及接口技术,18,：8路模拟量单极性电压的输入引脚。 ：主电源输入端。 GND：模拟地数字地共用的接地端。 VREF（+）、VREF（-）：基准电源输入端， 使用中VREF（-）一般接地，VREF（+）最大 可接 ，要求不高时，VREF（+）接 的 电源。 ADD A、ADD B、ADD C：8选1模拟开关的三位通道地址输入端。用来选择对应的输入通道， C、B、A通常与系统数据总线的 、 、 连接。但也有与系统地址总线相连的，此种用法需小心处理端口地址的组织。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,19,表10-1 ADC0809通道地址编码,机械工业出版社
11、 微机原理及接口技术,20,21,3. A/D芯片与CPU接口,注：图中ADC0809芯片的八个模拟量输入端每次仅接通一个，是通过多路模拟开关来切换控制的。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,22,各工作阶段可用一个流程图来表示：,机械工业出版社 微机原理及接口技术,23,4. A/D芯片应用, ADC0808/9与CPU接口（查询法） 例10-1 假设仅对模拟通道IN0进行A/D转换。（对0通道采样一个点），接口电路如图10-13所示,机械工业出版社 微机原理及接口技术,24, ADC0808/9与CPU接口（中断法） 例10-2 接口电路如图10-14所示，与查询程序的区别在对EOC引脚
12、的使用上。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,25,例10-3 图10-15是由ADC0809、8255、8253和8259组成的数据采集系统。 由硬件连接可知：8255PA口工作于方式0输入；PB口工作于方式0输出；8253通道0工作于方式1，OUT0输出脉冲经非门后连接ADC0809的START和ALE，所以每个脉冲启动一次A/D转换。 EOC连接8259的IR0，EOC正跳变引起中断。 设：8255端口地址为70H73H，8253端口地址为74H77H，8259端口地址为78H79H。8259中断输入引脚IR0IR7的中断向量为30H37H。 编程实现：用8kHz采样频率连续采样200
13、0个数据，并将采样数据存入BUFFER开始的内存中。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,26,27,10.2.3 AD574,12位逐次比较型A/D转换器。转换时间为25s，转换精度为0.05%，片内有三态输出缓冲电路，可直接与各种8位或16位的微处理器相连，而无须附加逻辑接口电路，且能与CMOS及TTL电平兼容。,1. AD574的引脚功能,AD574为28脚双列直插式封装，其引脚如图10-16所示。,m,机械工业出版社 微机原理及接口技术,28,引脚的功能如下： ：片选信号端。 CE： 片启动信号。 R/ ：读出/转换控制信号。 12/ ：数据输出格式选择。 1: 12条数据线同时输出转
14、换结果， 0: 转换结果为两个单字节输出，即只有高8位或低4位有效。 A0：字节选择控制线。分转换期间和读出期间 在转换期间: 0: 进行12位转换（转换时间为25s）； 1: 进行8位转换（转换时间为16s） 在读出期间： 0: 高8位数据有效； 1: 低4位数据有效，中间4位为“0” ，高4位为三态。 因此当两次读出12位数据时，12位数据遵循左对齐原则，如下所示：,机械工业出版社 微机原理及接口技术,29,上述五个控制信号组合的真值表如表10-2所示:,STS：转换结束状态引脚。转换完成时为低电平。可作为状态信息被CPU查询，也可用它的下跳沿向CPU发出中断申请，通知A/D转换已完成，可
15、读取转换结果。,表10-2 AD574控制真值表,机械工业出版社 微机原理及接口技术,30,2. AD574的工作特性,工作状态由CE、R/、12/、A0五个控制信号决定，当CE=1，=0同时满足,才处于转换状态。AD574处于工作状态时，R/=0,启动A/D转换；R/=1为数据读出。12/和A0端用来控制转换字长和数据格式。A0=0按12位转换方式启动转换；A0=1按8位转换方式启动转换。 当AD574处于数据读出（R/=1）状态时，A0和12/成为数据输出格式控制端。12/=1对应12位并行输出；12/=0对应8位的双字节输出。其中A0=0时输出高8位。A0=1时输出低4位，并以4个0补足尾随的4位。 注意：12/端与TTL电平不兼容，故只能直接接+5V或地。另外A0在数据输出期间不能变化。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,31,3. AD574的单极性和双极性输入特性,单极性转换电路，可实现:010V或020V的转换。 双极性转换电路，可实现:-5+5V或-10+10V的转换。,机械工业出版社 微机原理及接口技术,32,10.2.3 几种A/D转换器比较,表10-4 几种A/D转换器比较,机械工业出版社 微机原理及接口技术,33,10.3 数模（D/A）转换,10.3.1 D/A转换主要技术指标,1.技术指标,（1）分辨率 单位数字量所对应模拟量增量。 （2）精度 分绝
