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1、第十一章 数模（D/A）转换与模数（A/D）转换接口 第一节 概 述一、实时过程控制控制系统的结构及组成第二节 D/A转换 一、数/模转换器的原理(组成）二、八位D/A转换器DAC0832三、12位D/A转换器DAC1210第三节 模拟/数字（A/D）转换一、逐次逼近式模/数（A/D）转换器原理二、逐次逼近式A/D转换器基本组成三、典型模/数转换器ADC0809第十一章 数模（D/A）转换与模数（A/D）转换接口 第一节第一节 概概 述述控制对象多路开关MUX采样保持器S/HI/O接口A/D转换器传感器传感器放大滤波放大滤波计算机执行部件多路开关MUXI/O接口D/A转换器包括A/D和D/A的
2、实时控制系统一、实时过程控制控制系统的结构及组成. 传感器：把控制对象的各种参数的物理量用传感器测量出来，并转换成电信号。. 放大器：把传感器输出的信号(一般为mV或 V)放大到 A/D转换所需的量程范围。. 低通滤波器：抑制干扰，提高信躁比。. 多路开关：对传感器输出的多路信号进行切换，用一路装 置进行测量和控制。5. 采样保持电路：对模拟信号进行采样并保持以保证A/D转 换的正确性。第二节 D/AD/A转换转换 一、数/模转换器的原理(组成）。I1I2I3Ifd1d2d3d4R2R4R8RS1S2S4S3Io+VoVR =5VI4Rf = R/2若d1d2d3d4=1000第一节 D/A转
3、换器接口一、数/模转换原理1、数/模转换器的基本组成：数据输入逻辑电路电子开关基准电压电阻网络模拟电流输出2、T型电阻解码网络：+_D3D2D1D0VRRRR2R2R2R2R2RRV0II3I2I1I0I=I3D3+I2D2+I1D1+I0D0 VR=24R(23D3+22D2+21D1+20D0)2/16二、八位D/A转换器DAC083213141516456781211932010IEDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1WR2XFER19118217VREFIOUT2IOUT1R1bR1bVccDGND8位D/A转换器8位DAC寄存器8位输入寄存器DAC0832
4、的内部结构图AGNDIE主要技术指标：分辨率： 8位转换时间： 1 S满量程误差：1LSB参考电压： 10V单电源： +5V+15V1. 芯片介绍2. 芯片的输出电路0832-+R数字量输入iVOUTVOUT = - iR0832-+R数字量输入iVOUTR1R2VOUT = iR(1+R2 / R1)0832-+R1数字量输入-+R4VOUTVREFR2R3IOUT1IOUT2双极性输出3. DAC0832与CPU接口方式DAC0832WR2WR1CSXFERVcc5VD7-D0Vo+AIOUT2IOUT1AGNDDGNDVREFILE5V地址总线DAC0832与8位数据总线微机的连接图地址
5、译码WRIO/M单缓冲方式：ILE接高电平；CS、WR1、WR2、XFER接控制输出端（连接方式有多种形式）；当对DAC0832进行写操作时（执行OUT指令），数字量直接被转换成模拟量。直通方式：ILE接高电平；CS、WR1、WR2、XFER直接接地。D/A转换器的输出随着总线数据的变化而变化。单缓冲方式的应用例例1 设DAC的口地址为80H， 要求输出05V的锯齿波START： MOV AL，0FFHAGAIN： INC AL OUT 80H，AL CALL DELAY JMP AGAIN阶梯的宽度由延时时间决定例例2 要求DAC输出一三角波，波形下限电压为，上限电压为。下限电压对应的数字量
6、为：0.5*256/5=26=1AH上限电压对应的数字量为：2.5*256/5=128=80HBEGIN： MOV AL，1AHUP ： OUT 80H，AL INC AL CMP AL，81H JNZ UP DEC ALDOWN： OUT 80H，AL DEC AL CMP AL，19H JNZ DOWN JMP BEGIN双缓冲方式： 第一种应用情况：在前一个数据转换的同时，CPU将下一个数据先输入至输入寄存器，然后再在某个时刻启动D/A转换。地址译码320H321HDAC0832Vcc5VD7-D0Vo+AIOUT2IOUT1AGNDDGNDVREFILE5V地址总线DAC0832与8位
7、数据总线微机的连接图WR1WR2IOWRCSXFERMOV DX，320HMOV AL，DATAOUT DX，ALINC DXOUT DX，AL-+CS XFER WR2ILE WR1DAC1-+ XFER WR2ILE WR1DAC2-+CS XFER WR2ILE WR1DAC3译码器ABCS1CS2CS3XFERIO/MWRVO1VO2VO3第二种应用情况：在多路DAC系统中，需要同步D/A转换时，采用双缓冲方式。在不同的时刻将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，各个DAC转换。8/16DAC1210的内部结构图B1/B21516171819204510
8、14131132412D11D10D9D8D7D6D5D4CSWR1WR2XFER23121222VREFIOUT2IOUT1R1bR1bVccDGND12位D/A转换器12位DAC寄存器8位输入寄存器AGND4位输入寄存器D3D2D1D06789LELELE三、12位D/A转换器DAC12101. 芯片介绍主要技术指标：分辨率： 12位转换时间：1 S满量程误差：1LSB参考电压范围： 25V单电源范围： +5V+15V控制引脚CS、 B1/B2、WR1作为输入寄存器的输入控制； WR2 、XFER作为DAC寄存器的输入控制2. DAC1210与8位CPU接口方式D7D0-+RiVOUT地址
9、译码D11D0WR1WR2B1/B2CSXFERABIOWA0IOUT1IOUT2RFBDAC1210 控制DAC1210的转换共要用到3个I/O端口，CS引脚的口地址为220H-221H，其中220H选通8位输入寄存器，221H选通4位输入寄存器；XFER引脚的口地址为222H-223H，任一个地址都可启动D/A转换。若待转换的数字量在BX寄存器的低12位，则完成一次D/A转换的程序如下START： MOV DX，220H MOV CL，4 SHL BX，CL MOV AL，BH OUT DX，ALINC DXMOV AL，BLOUT DX，ALINC DXOUT DX，AL第三节第三节 模
10、拟模拟/ /数字（数字（A/DA/D）转换）转换一、逐次逼近式模/数（A/D）转换器原理 实现A/D转换的方法有多种，而逐次逼近式A/D转换具有速度快，分辨率高等优点获得了广泛的应用。这种A/D转换器的比较过程与天平的称重的过程相似。若一台天平具有32克、16克、 8克、 4克、 2克和1克等6种砝码，需要称量的物体重量为克。称量从最重的砝码试起，过程如下表所示。M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27（克）DAC控制逻辑SAR缓冲器+-VRViCLK输出数据逐次逼近式A/D转换器原理框图二、逐次逼近式A/D转换器基本组成控制逻辑(SAR)：移位寄存器、数据寄存
11、器、时序电路及去留码逻辑电路；DAC:产生电子砝码；比较器：对输入电压与电子砝码进行比较，并由控制逻辑决定该砝码的去留。 设转换器的位数n=4，相应的电子砝码分别为、。Vi=3V,则转换过程及结果如表所示。三、典型模/数转换器ADC08091. 芯片简介8路模拟开关控制与时序SAR树状开关电阻网络三态输出锁存缓冲器地址锁存与译码IN7IN0ADDAADDBADDCALEVcc GNDVREF+VREF-OED7D0EOCCLKSTARTADC0809功能方框图主要功能分辨率：8位转换误差：1/2LSB1LSB转换时间：100 S时钟频率：640KHZ测量路数：8路输出：三态缓冲单一5V供电，对
12、应输入模拟电压范围05V2. ADC0809工作时序STARTALE通道地址EOCOEDATA64CLK选择当前转换的通道，即将通道编码送地址锁存器；通过执行OUT指令在START，ALE上产生一个正脉冲，锁存通道编码并启动A/D；A/D转换开始后，EOC变低，经过64个时钟周期后，转换结束，EOC变高；转换结束后，通过执行IN指令设法在OE脚上产生一个正脉冲，打开输出缓冲器的三态门读入转换数据。 直接连接MOV AL，07HOUT 84H，ALCALL DELAY120IN AL，84H若采用中断方式，可用ADC0809的EOC输出端作为CPU的中断申请信号，在中断服务程序中读入转换后的数据
13、。ADC0809具有三态输出缓冲器，可以与CPU直接连接。若地址译码器的输出Y1的地址为84H87H，则采用无条件传送方式从输入通道IN7读入一个模拟量的程序为：译码8分频OEALESTARTADDCADDBADDAD7D0EOCCLOCKA7A0D7D0CLKNcIORIOWY1VccVREF+VREF-GND+5VADC0809直接与微处理器的连接ADC0809IN7IN03. ADC0809与微处理器的连接 通过并行接口芯片同CPU连接ADC 0809通过8255A的接口原理图译码Y1Y0IOWRIORDD7 D0A0A1A7 A2CLK8088总线8255APB4PB2PB1PB0PA
14、PC7WRRDDBA0A1CS问题：用一片8255A并行接口芯片控制ADC0809的转换过程；分析：8255A有三个8位的并行口，可用PB口输出0809的通道选择编码和控制ADC的启动，PC口输入ADC的状态。 PA口作为他用，实现：首先完成CPU与8255的连接，然后根据分析完成ADC与8255的连接+5VCLOCKALESTARTADDCADDBADDAEOCOEVccVREF+VREF-GNDADC0809IN7IN0D7D08分频Y0地址为80H83HY1 地址为84H87H例：对ADC0809的IN0至IN7巡回进行采样一次，并将采样的数据存放在以DATA开始的内存单元中。第一步：程
15、序初始化MOV AL，98H ；8255方式0，PA口输入，OUT 83H，AL ；PB口输出，PC口高四位输入MOV SI，OFFSET DATA ；置内存首址MOV AX，0H ；开关初始编码MOV CX，8第二步：输出通道号启动ADCAGA：MOV AL，AH ；输出开关编码 OUT 81H，AL ADD AL，10H ；启动ADC OUT 81H，AL SUB AL，10H OUT 81H，AL第三步：判ADC转换结束否？结束则读入数据，存入内存。否则再判LOP： IN AL，82H ；检查EOC TEST AL，80H JZ LOP ；EOC=0，继续查询 IN AL，84H ；EO
16、C=1，读入数据 MOV SI，AL ；存入内存第四步：修改循环变量判测量完否？未完继续INC SI ；修改指针INC AH ；修改开关编码LOOP AGA ；未完继续12-3 某8位D/A转换器的端口地址为220H，参考电压为5V，试编程产生如下波形：（1）下限为0V，上限为5V的三角波；（2）下限为，上限为4V的梯形波。（1）；三角波 MOV DX，220H MOV AL，0FFH UP： INC AL OUT DX，AL CMP AL，0FFH JNZ UPDOWN： DEC AL OUT DX，AL CMP AL，00H JNZ DOWN JMP UP2）；梯形波：下限3DH，上限0C
17、DH MOV DX，220H MOV AL，3CH UP： INC AL OUT DX，AL CMP AL，0CDH JNZ UP CALL DELAY-20MSDOWN： DEC AL OUT DX，AL CMP AL，3CH JNZ DOWN CALL DELAY-20MS CALL DELAY-20MS JMP UP12-5（1）画出DAC1210与8位CPU的硬件连接图，若转换数据存在BUFF开始的单元中，试编写完成一次转换的程序；（2）画出DAC1210与16位CPU的硬件连接图，若转换数据存在BUFF开始的单元中，试编写完成一次转换的程序MOV BX，BUFFMOV DX，220HMOV CL，4 SHL BX，CLMOV AL，BHOUT DX，ALINC DXMOV AL，BLOUT DX，ALINC DXOUT DX，ALD7D0-+RiVOUT地址译码D11D0WR1WR2B1/B2CSXFERABIOWA0IOUT1IOUT2RFBDAC1210D11D0-+RiVOUT地址译码D11D0WR1WR2B1/B2CSXFERABIOWA0IOUT1IOUT2RFBDAC1210MOV AX，BUFFMOV DX，220HOUT DX，AX
