第8章(模擬)(1).ppt

第八章可編程接口技術(shù) 1 2 3 4 8255A 8253 8254 8251A DAC0832 5 ADC0809 模擬接口技術(shù)概述 模擬量是連續(xù)變化的 數(shù)字量是離散變化的計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量 不能直接處理模擬量需要轉(zhuǎn)換 模擬接口的作用就是實(shí)現(xiàn)模擬量和數(shù)字量之間的轉(zhuǎn)換模數(shù) A D 轉(zhuǎn)換是把采集到的模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量 供計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理數(shù)模 D A 轉(zhuǎn)換是將處理后的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量 用于輸出或控制外部設(shè)備 計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中的模擬接口 采樣 保持電路 采樣跟蹤狀態(tài) 在采樣跟蹤期間應(yīng)盡可能快地接受輸入信號(hào) 使輸出和輸入信號(hào)保持一致 采樣保持狀態(tài) 把采樣結(jié)束瞬間的輸入信號(hào)保持下來(lái) 使輸出和保持的信號(hào)一致當(dāng)輸入信號(hào)變化速率較快時(shí) 必須采用采樣 保持電路 否則轉(zhuǎn)換出的數(shù)字信號(hào)是個(gè)不穩(wěn)定的值 如果輸入信號(hào)變化緩慢 則可省去保持電路 香農(nóng) Shannon 采樣定理 當(dāng)采樣器的采樣頻率高于或等于連續(xù)信號(hào)的最高頻率時(shí) 原信號(hào)才能通過采樣器而無(wú)失真地復(fù)現(xiàn)出來(lái) 量化與編碼 量化過程 采樣信號(hào)經(jīng)量化后成為數(shù)字信號(hào)的過程 A D轉(zhuǎn)換的過程就是量化過程 量化的過程就是編碼的過程 單極性信號(hào) 無(wú)符號(hào)數(shù) 雙極性信號(hào) 有符號(hào)數(shù) 符號(hào) 數(shù)值碼 類似于原碼表示法 增加1位符號(hào)位 0 正 1 負(fù)補(bǔ)碼 與計(jì)算機(jī)的補(bǔ)碼表示法相同 偏移二進(jìn)制碼 符號(hào)與補(bǔ)碼相反 4位雙極性編碼表 模 數(shù)轉(zhuǎn)換器 ADC 的技術(shù)指標(biāo) 分辨率 指ADC對(duì)輸入電壓微小變化響應(yīng)能力的度量 它是數(shù)字輸出的最低位 LSB 所對(duì)應(yīng)的模擬輸入電平值 若輸入電壓的滿刻度值為VFS 轉(zhuǎn)換器的位數(shù)為n 則分辨率為2 nVFS 由于分辨率與轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n直接有關(guān) 所以常用位數(shù)來(lái)表示分辨率 若輸入電壓滿刻度值為VFS 10V 則10位ADC的分辨率為2 10 10V 0 01V 精度 絕對(duì)精度是指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字代碼 實(shí)際需要的模擬輸入值與理論上要求的模擬輸入值之差 相對(duì)精度 又稱線性度 是指滿刻度值校準(zhǔn)后 任意數(shù)字輸出所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬輸入值 中間值 與理論值 中間值 之差 轉(zhuǎn)換時(shí)間 指ADC完成一次轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間 即從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束并得到穩(wěn)定的數(shù)字量輸出所需要的時(shí)間 通常為 s級(jí) 一般來(lái)說(shuō) 轉(zhuǎn)換時(shí)間大于1ms的為低速 1ms 1 s的為中速 1 s 1ns的為高速 小于1ns的為超高速 量程 指所能轉(zhuǎn)換的輸入電壓范圍 常用的有0 5V 0 10V 5V 5V 10V 10V等 數(shù) 模轉(zhuǎn)換器 DAC 的技術(shù)指標(biāo) 分辨率 指LSB所對(duì)應(yīng)的模擬量的大小 用于確定能由DAC產(chǎn)生的最小模擬量的大小 通常用DAC的位數(shù)表示 例如 分辨率為8位的DAC具有滿量程電壓的1 256 即1 28 的分辨率 精度 絕對(duì)精度是指在數(shù)字輸入端加上給定的代碼時(shí) 在輸出端實(shí)際測(cè)得的模擬輸出值 電流或電壓 同理論輸出值之差 相對(duì)精度是指在滿量程值校準(zhǔn)后 各種數(shù)字輸入的模擬量輸出與理論值之差 可把各種輸入的誤差畫成曲線 對(duì)線性DAC而言 相對(duì)精度就是非線性度 精度特征通常是以滿量程電壓VFS的百分?jǐn)?shù)或以最低有效位 LSB 的分?jǐn)?shù)形式給出 也可用DAC的位數(shù)表示 例如 精度 0 1 是指 最大誤差VFS的 0 1 若滿量程為5V時(shí) 最大誤差為VE 5mV n位DAC的精度為 1 2 LSB是指 最大可能誤差為 1 2 1 2n VFS 1 2n 1 VFS 精度為n位是指 最大可能誤差為 1 2n VFS 建立時(shí)間 是指在數(shù)字輸入端輸入滿量程代碼后 DAC的模擬輸出穩(wěn)定到 最終值 1 2LSB 時(shí)所需的時(shí)間 當(dāng)輸出的模擬量為電流時(shí) 建立時(shí)間很短 當(dāng)輸出的模擬量為電壓時(shí) 建立時(shí)間取決于運(yùn)算放大器輸出所需的時(shí)間 如下圖中的ts即為建立時(shí)間 數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832 DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 采用了二次緩沖輸入數(shù)據(jù)方式 輸入寄存器及DAC寄存器 可以在輸出的同時(shí) 采集下一個(gè)數(shù)字量 從而提高轉(zhuǎn)換速度 一片DAC0832只能轉(zhuǎn)換一路輸入數(shù)字量 多路轉(zhuǎn)換需要多片DAC0832 ILE 輸入鎖存允許CS 片選WR1 寫信號(hào)1 與ILE和CS一起控制 將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)輸入并鎖存于輸入寄存器中WR2 寫信號(hào)2 與XFER一起控制 將輸入寄存器中的數(shù)據(jù)傳送到DAC寄存器中XFER 傳送控制信號(hào) 在控制多個(gè)DAC0832同時(shí)輸出時(shí)特別有用D7 D0 8位數(shù)字輸入IOUT1 DAC電流輸出1 邏輯電平為1的各位輸出電流之和IOUT2 DAC電流輸出2 邏輯電平為0的各位輸出電流之和Rfb 反饋電阻 制作在芯片內(nèi) 作運(yùn)算放大器的反饋電阻VREF 基準(zhǔn)電壓輸入VCC 邏輯電源 5 15V 最佳用 15VAGND 模擬地 芯片模擬信號(hào)接地點(diǎn)DGND 數(shù)字地 芯片數(shù)字信號(hào)接地點(diǎn)LE 寄存器鎖存命令 DAC的輸出電路 vOUT iR vOUT iR 1 R2 R1 電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出 反相電壓 同相電壓 單極性與雙極性輸出電路 R4 R3 2R2 單極性 雙極性 0832雙極性 DAC與CPU的接口 只有數(shù)據(jù)線 片選和寫入控制信號(hào)與CPU有關(guān) 接口較簡(jiǎn)單無(wú)需應(yīng)答 直接把數(shù)據(jù)輸出給DAC若DAC芯片內(nèi)帶有鎖存器 CPU就可把DAC芯片當(dāng)作一個(gè)并行輸出端口若DAC芯片內(nèi)無(wú)鎖存器 CPU就把DAC芯片當(dāng)作一個(gè)并行輸出的外設(shè) 在CPU和DAC之間還需要增加并行輸出的接口 如8255A MOVAL 0FHOUT80H AL 模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809 ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 基本D A轉(zhuǎn)換器 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 轉(zhuǎn)換結(jié)束 地址鎖存 輸出允許 ADC的輸入電路 輸入ADC0809的模擬信號(hào)要求是單極性的 0 5V 而工程實(shí)際情況的模擬輸入信號(hào)有時(shí)是雙極性的 5V 5V 此時(shí)可 簡(jiǎn)易接法 通用接法 ADC與CPU的接口 直接連接 81H 設(shè)ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)間為100 s 則從輸入通道IN7讀入一個(gè)模擬量經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后進(jìn)入CPU的程序?yàn)?MOVAL 07H 送輸入通道號(hào)7OUT81H AL 并發(fā)出啟動(dòng)信號(hào)CALLDELAY100 等待轉(zhuǎn)換結(jié)束 延時(shí)100 sINAL 81H 轉(zhuǎn)換結(jié)束 讀入數(shù)據(jù) 通過并行接口芯片同CPU連接 從輸入通道IN0讀入一個(gè)模擬量經(jīng)ADC0809轉(zhuǎn)換后送入CPU的程序?yàn)?例 有一A D轉(zhuǎn)換電路如圖所示 圖中ADC0809通過8255A同8086CPU連接 要求從模擬通道IN0開始轉(zhuǎn)換 連續(xù)采樣24個(gè)數(shù)據(jù) 然后采樣下一通道 同樣采樣24個(gè)數(shù)據(jù) 直至IN7 采樣后的數(shù)據(jù)存放在數(shù)據(jù)段中2000H開始的數(shù)據(jù)區(qū)中 試編寫程序?qū)崿F(xiàn)上述功能 第一步 確定8255A的口地址A8A7A6A5A4A3A2A1A0 1110000 B 即1C0H 1C3H 第二步 確定ADC0809的啟動(dòng)方式INAL Y2 Y3 1C8H 1CBH IN0 IN3 1CCH 1CFH IN4 IN7 第三步 確定ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束方式INAL 8255PB 1C1HTESTAL 01H PB0 第四步 確定讀取ADC0809轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)方式INAL 8255PA 1C0H 第五步 編寫程序 DATASEGMENTORG2000HAREADB192DUP 24 8 192DATAENDSCODESEGMENTASSUMEDS DATA CS CODESTART MOVAX DATA 數(shù)據(jù)段寄存器賦值MOVDS AXMOVAL 92H 8255A方式字 0方式 PA PB輸入MOVDX 1C3HOUTDX ALMOVSI 2000H 指針地址指向存放數(shù)據(jù)的緩沖區(qū)首址MOVBL 8 大循環(huán)計(jì)數(shù) 通道個(gè)數(shù)MOVDX 1C8H IN0開始轉(zhuǎn)換LOP1 MOVCX 24 每個(gè)通道采樣24次LOP2 INAL DX 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換PUSHDX 保存通道地址MOVDX 1C1HLOP3 INAL DX 檢測(cè)EOCTESTAL