微機原理及接口技術(shù)參考PPT

1、19.1 d/a9.1 d/a轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換器及a/da/d轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述9.2 d/a9.2 d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器dac0832dac0832及應(yīng)用及應(yīng)用9.3 a/d9.3 a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器adc0809adc0809及應(yīng)用及應(yīng)用第第9章章 模擬量接口技術(shù)模擬量接口技術(shù)29.1 d/a轉(zhuǎn)換器及轉(zhuǎn)換器及a/d轉(zhuǎn)換器概述轉(zhuǎn)換器概述a/d轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：在計算機系統(tǒng)中，能夠完成模擬信號轉(zhuǎn)在計算機系統(tǒng)中，能夠完成模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程稱作模換成數(shù)字信號的過程稱作模/數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱數(shù)轉(zhuǎn)換（簡稱a/d轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換）。完成換）。完成a/d轉(zhuǎn)換的裝置叫轉(zhuǎn)換的裝置叫a/d轉(zhuǎn)換器（簡稱轉(zhuǎn)換器（簡稱adc）。）。

2、d/a轉(zhuǎn)換：轉(zhuǎn)換：在計算機系統(tǒng)中，在計算機系統(tǒng)中， 能夠完成數(shù)字信號轉(zhuǎn)能夠完成數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號的過程稱作數(shù)換成模擬信號的過程稱作數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱模轉(zhuǎn)換（簡稱d/a轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換）。完成換）。完成d/a轉(zhuǎn)換的裝置叫轉(zhuǎn)換的裝置叫d/a轉(zhuǎn)換器（簡稱轉(zhuǎn)換器（簡稱dac）。）。 3計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程：計算機控制系統(tǒng)的實現(xiàn)過程：模擬式模擬式檢測儀表檢測儀表模擬式模擬式執(zhí)行部件執(zhí)行部件d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器模擬量電信號模擬量電信號微型計算機微型計算機數(shù)字量電信號數(shù)字量電信號生產(chǎn)或?qū)嶒炦^程生產(chǎn)或?qū)嶒炦^程模擬量電信號模擬量電信號數(shù)字量電信號數(shù)字量電信號物理量物理量物理量物理量圖圖9.1 9.1 計算機控制系統(tǒng)框

3、圖計算機控制系統(tǒng)框圖a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器49.2.1 d/a轉(zhuǎn)換器工作原理轉(zhuǎn)換器工作原理運運 算算放大器放大器模擬電壓輸出模擬電壓輸出多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)電阻網(wǎng)絡(luò)圖圖9.2 d/a9.2 d/a轉(zhuǎn)換器框圖轉(zhuǎn)換器框圖n n位位二進(jìn)制數(shù)二進(jìn)制數(shù)12n12n9.2 d/a轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器dac0832及應(yīng)用及應(yīng)用51. 加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換器的工作原理- -+v0rfrr1r2r3rnvrefk1k2k3kn圖9.3 加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器原理圖62. “t”形電阻網(wǎng)絡(luò)形電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換器的工作原理圖9.4 “t”形電阻網(wǎng)絡(luò)d/a轉(zhuǎn)換器原理圖7

4、9.2.2 d/a轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)1.分辨率分辨率2.轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度3.建立時間建立時間4.溫度系數(shù)溫度系數(shù)5.非線性誤差非線性誤差8圖圖9.5 dac0832引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳及內(nèi)部結(jié)構(gòu)9.2.3 dac0832芯片芯片1. dac0832引腳及功能引腳及功能92dac0832的幾種典型輸出連接方式的幾種典型輸出連接方式 單極性輸出電路。單極性輸出電路。 outvir21(1)outrvirr圖圖9.6 單極性輸出電路單極性輸出電路圖圖 (a)為反相輸出電路，其輸出電壓為：為反相輸出電路，其輸出電壓為： 圖圖 (b)是同相輸出電路，其電壓輸出為：是同相輸出電路，其電壓輸出為：1

5、0 雙極性輸出電路。雙極性輸出電路。圖圖.7 雙極性輸出電路雙極性輸出電路119.2.4 dac0832的應(yīng)用的應(yīng)用 選擇和使用選擇和使用d/a 轉(zhuǎn)換器時要注意以下幾點：轉(zhuǎn)換器時要注意以下幾點：(1) 合理選擇合理選擇dac 芯片。首先要考慮芯片。首先要考慮d/a 轉(zhuǎn)換器的分辨轉(zhuǎn)換器的分辨率和工作溫度范圍是否滿足系統(tǒng)要求。然后根據(jù)率和工作溫度范圍是否滿足系統(tǒng)要求。然后根據(jù)dac 芯片的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性，選擇外圍電路簡單、使用方芯片的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性，選擇外圍電路簡單、使用方便的便的d/a 轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。(2) 設(shè)計和連接接口時，具有三態(tài)輸入數(shù)據(jù)寄存器的設(shè)計和連接接口時，具有三態(tài)輸入數(shù)據(jù)寄存器的d

6、ac 芯片可直接與計算機芯片可直接與計算機i/o 插槽上的數(shù)據(jù)總線相接，插槽上的數(shù)據(jù)總線相接，同時，要為同時，要為d/a 轉(zhuǎn)換器配置一個端口地址。轉(zhuǎn)換器配置一個端口地址。(3) 若若d/a 芯片無參考電源時，則外接的參考電壓應(yīng)該芯片無參考電源時，則外接的參考電壓應(yīng)該穩(wěn)定、可靠地工作。穩(wěn)定、可靠地工作。12 應(yīng)用舉例：應(yīng)用舉例：利用利用d/a 轉(zhuǎn)換器來構(gòu)造波形發(fā)生器，如圖所轉(zhuǎn)換器來構(gòu)造波形發(fā)生器，如圖所示。假設(shè)地址譯碼輸出端口為示。假設(shè)地址譯碼輸出端口為360h。圖.8 采用dac0832 構(gòu)造的波形發(fā)生器13(1) 矩形波。矩形波。給給dac0832 持續(xù)持續(xù)256 次送數(shù)據(jù)次送數(shù)據(jù)0，然后，

7、然后256 次送次送數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)ffh，依次重復(fù)處理。輸出矩形波的程序段如下：，依次重復(fù)處理。輸出矩形波的程序段如下：mov dx，360h ；設(shè)定地址譯碼輸出端口；設(shè)定地址譯碼輸出端口dd0： mov cx，0ffhmov al，00ddl： out dx，al ；向；向d/a 轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)0loop ddl ；循環(huán)；循環(huán)256 次，形成矩形波的低電平次，形成矩形波的低電平mov cx，0ffhmov al，0ffhdd2： out dx，al ；向；向d/a 轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)ffhloop dd2 ；循環(huán)；循環(huán)256 次，形成矩形波的高電平次，形成矩形波的高電平j(luò)mp dd

8、0 ；重復(fù)上述的過程，形成多個矩形波；重復(fù)上述的過程，形成多個矩形波14(2) 梯形波。梯形波。給給dac0832 持續(xù)持續(xù)256 次送數(shù)據(jù)次送數(shù)據(jù)0，然后逐次加，然后逐次加1 直到直到255，然后持續(xù)，然后持續(xù)256次，接著將次，接著將255 逐次減逐次減1，依次重，依次重復(fù)處理。復(fù)處理。mov dx，360h ；設(shè)定地址譯碼輸出端口；設(shè)定地址譯碼輸出端口mov cx，0ffhmov al，00ddl： out dx，al ；向；向d/a 轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)0loop ddl ；循環(huán)；循環(huán)256 次，形成梯形波的下底次，形成梯形波的下底mov cx，0ffhdd2： inc al ；循

9、環(huán)加；循環(huán)加1，以形成上升沿，以形成上升沿out dx，alloop dd2mov cx，0ffhdd3： out dx，al ；輸出上底；輸出上底loop dd3mov cx，0ffhdd4： dec alout dx，al ；輸出下降沿；輸出下降沿loop dd4jmp ddl ；重復(fù)上述過程，形成多個梯形波；重復(fù)上述過程，形成多個梯形波15(3) 三角波。三角波。給給dac0832 持續(xù)持續(xù)256 次送數(shù)據(jù)次送數(shù)據(jù)0，然后逐次，然后逐次加加1 直到直到255，接著將，接著將255逐次逐次 減減1 到到0，依次重復(fù)。，依次重復(fù)。mov dx，360h ；設(shè)定地址譯碼輸出端口；設(shè)定地址譯碼輸

10、出端口dd0： mov cx，0ffhmov al，00dd1： out dx，al ；向；向d/a 轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器送數(shù)據(jù)0inc alloop dd1 ；循環(huán)形成上升斜坡；循環(huán)形成上升斜坡mov cx，0ffhdd2： dec alout dx，alloop dd2 ；循環(huán)形成下降斜坡；循環(huán)形成下降斜坡jmp dd0 ；重復(fù)上述過程，形成多個三角波；重復(fù)上述過程，形成多個三角波169.3 a/d轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器adc0809及應(yīng)用及應(yīng)用 采樣：采樣：對連續(xù)變化的模擬量要按一定的規(guī)律和周期取出其對連續(xù)變化的模擬量要按一定的規(guī)律和周期取出其中的某一瞬時值。中的某一瞬時值。 采樣頻率：一般要高于或

11、至少等于輸入信號最高頻率的采樣頻率：一般要高于或至少等于輸入信號最高頻率的2倍，倍，實際應(yīng)用中采樣頻率一般是信號頻率的實際應(yīng)用中采樣頻率一般是信號頻率的48倍。倍。 采樣周期：采樣周期：相鄰兩次采樣的間隔時間。一次相鄰兩次采樣的間隔時間。一次a/d轉(zhuǎn)換所需轉(zhuǎn)換所需要的時間必須小于采樣周期。要的時間必須小于采樣周期。 量化：量化：將模擬量表示為相應(yīng)的數(shù)字量。量化得到的數(shù)值通將模擬量表示為相應(yīng)的數(shù)字量。量化得到的數(shù)值通常用二進(jìn)制表示。常用二進(jìn)制表示。179.3.1 a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換器的工作原理 a/d轉(zhuǎn)換器主要有計數(shù)式、并行式、雙積分式、逐次逼近式等。轉(zhuǎn)換器主要有計數(shù)式、并行式、雙積分式

12、、逐次逼近式等。主要介紹逐次逼近式主要介紹逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器的工作原理。轉(zhuǎn)換器的工作原理。eoc轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束信號結(jié)束信號start啟動信號啟動信號電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)電阻開關(guān)網(wǎng)絡(luò)時鐘時鐘圖圖9.9 9.9 逐次逼近式逐次逼近式a/d轉(zhuǎn)換器邏輯轉(zhuǎn)換器邏輯框圖框圖d3模擬量輸入模擬量輸入+ +比較器比較器數(shù)碼寄存器數(shù)碼寄存器數(shù)據(jù)發(fā)生器數(shù)據(jù)發(fā)生器數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出vref基準(zhǔn)電壓基準(zhǔn)電壓d2 d1d0vr反饋比較電壓反饋比較電壓vin- -181. 分辨率：分辨率：2. 轉(zhuǎn)換精度：轉(zhuǎn)換精度：3. 轉(zhuǎn)換時間轉(zhuǎn)換時間4. 溫度系數(shù)溫度系數(shù)5. 量程量程9.3.2 a/d轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要性能

13、指標(biāo)199.3.3 adc0809芯片芯片 1. adc0809引腳及功能圖圖9.11 adc0809引腳圖引腳圖8路路模擬模擬選通選通開關(guān)開關(guān)8-bita/d轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換器器8-bit三態(tài)三態(tài)輸出輸出鎖存鎖存in7in0addcoestarteoc圖圖9.10 adc0809結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖d7d0addbaddaaleclkvref+vref- -gndvcc地址地址鎖存鎖存器器in2addcaleaddbaddaoeclkeoc12345678910192021222324111213141516171825262728adc0809startin1in0in3in4in5in6in7d0d

14、1d2d3d7d5d4d6vref- -vref+ +vccgnd202. adc0809的工作時序的工作時序圖9.12 adc0809的工作時序219.3.4 adc0809芯片的應(yīng)用芯片的應(yīng)用 例題：例題：利用利用adc0809進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的電路圖如下，編寫采集進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的電路圖如下，編寫采集子程序。子程序。 采集子程序的功能：每調(diào)用一次，順序?qū)Σ杉映绦虻墓δ埽好空{(diào)用一次，順序?qū)?路模擬輸入路模擬輸入in0到到in7進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到內(nèi)存中的指定位置，進(jìn)行一次轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果存放到內(nèi)存中的指定位置，該位置的段、偏移地址在該位置的段、偏移地址在adat的順序的順序8個單元

15、中。個單元中。 22采集子程序如下：采集子程序如下：prmd：proc nearpush bxpush dxpush dspush axpush simov dx，seg adatmov ds，dxmov si，offset adatmov bl，00hmov bh，08hgoon：mov dx，8001hmov al，blout dx，al；送通道地址；送通道地址mov dx，8002hmov al，01hout dx，al mov al，00hout dx，al；送送ale和和start脈沖脈沖nopwait： in al，dxtest al，10hjz wait ；等待轉(zhuǎn)換結(jié)束；等待轉(zhuǎn)換

16、結(jié)束mov al，02hout dx，al；使；使oe=1mov dx，8000hin al，dx；讀數(shù)據(jù)；讀數(shù)據(jù)mov si，almov dx，8002hmov al，00hout dx，alinc si ；存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址加；存放數(shù)據(jù)的內(nèi)存地址加1inc bl ；通道地址加；通道地址加1dec bhjnz goonpop axpop dspop dxpop bxretprmdendp23知識擴(kuò)展：多路模擬開關(guān)及采樣保持電路知識擴(kuò)展：多路模擬開關(guān)及采樣保持電路1多路模擬開關(guān)多路模擬開關(guān)圖圖9.14 多回路分時共用轉(zhuǎn)換器框圖多回路分時共用轉(zhuǎn)換器框圖保持電路保持電路i/o多路模擬量輸多路模擬量

17、輸入入i/o計計 算算 機機d/aa/d采樣保采樣保持電路持電路多路模多路模擬開關(guān)擬開關(guān)保持電路保持電路保持電路保持電路多路模擬量輸多路模擬量輸出出多路模多路模擬開關(guān)擬開關(guān)242采樣保持電路采樣保持電路aout圖圖9.15 采樣保持電路的基本組成采樣保持電路的基本組成- -+sc+- -ain模式控制模式控制a2a125練習(xí)題練習(xí)題1什么是什么是d/a轉(zhuǎn)換器？什么是轉(zhuǎn)換器？什么是a/d轉(zhuǎn)換器？轉(zhuǎn)換器？答：在計算機系統(tǒng)中，能夠完成答：在計算機系統(tǒng)中，能夠完成d/a轉(zhuǎn)換的裝置叫轉(zhuǎn)換的裝置叫d/a轉(zhuǎn)換器；能夠完成轉(zhuǎn)換器；能夠完成a/d轉(zhuǎn)換的裝置叫轉(zhuǎn)換的裝置叫a/d轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器。換器。 2描述描述d/a轉(zhuǎn)

18、換器的性能指標(biāo)主要有哪些？轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo)主要有哪些？答：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、建立時間、溫度系數(shù)、非答：分辨率、轉(zhuǎn)換精度、建立時間、溫度系數(shù)、非線性誤差等。線性誤差等。3簡述簡述a/d轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)？轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)？答：分辨率、答：分辨率、 轉(zhuǎn)換精度、轉(zhuǎn)換精度、 轉(zhuǎn)換時間、轉(zhuǎn)換時間、 溫度系數(shù)、溫度系數(shù)、 量程等。量程等。26 在實際應(yīng)用中，選擇和使用在實際應(yīng)用中，選擇和使用d/a轉(zhuǎn)換器應(yīng)注意轉(zhuǎn)換器應(yīng)注意哪幾點？哪幾點？答：答：（1）首先要考慮）首先要考慮d/a轉(zhuǎn)換器的分辨率和工作溫度范轉(zhuǎn)換器的分辨率和工作溫度范圍是否滿足系統(tǒng)要求。然后根據(jù)圍是否滿足系統(tǒng)要求。然后根據(jù)dac芯片的結(jié)構(gòu)

19、芯片的結(jié)構(gòu)和應(yīng)用特性，選擇外圍電路簡單、使用方便的和應(yīng)用特性，選擇外圍電路簡單、使用方便的d/a轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。（2）設(shè)計和連接接口時，具有三態(tài)輸入數(shù)據(jù)寄存）設(shè)計和連接接口時，具有三態(tài)輸入數(shù)據(jù)寄存器的器的dac芯片可直接與計算機芯片可直接與計算機i/o插槽上的數(shù)據(jù)總插槽上的數(shù)據(jù)總線相接，同時，要為線相接，同時，要為d/a轉(zhuǎn)換器配置一個端口地轉(zhuǎn)換器配置一個端口地址。址。（3）若）若d/a芯片無參考電源時，則外接的參考電壓芯片無參考電源時，則外接的參考電壓應(yīng)該工作穩(wěn)定、可靠。應(yīng)該工作穩(wěn)定、可靠。275.要求某電子秤的稱重范圍為要求某電子秤的稱重范圍為0500g，測量誤差，測量誤差小于小于0.05g，至少應(yīng)該選用分辨率為多少位的，至少應(yīng)該選用分辨率為多少位的a/d轉(zhuǎn)換器？現(xiàn)有轉(zhuǎn)換器？現(xiàn)有8位、位、10位、位、12位、位、14位和位和16位可位可供選擇。供選擇。答：答：5000.05=10000，至少應(yīng)該選用分辨率為，至少應(yīng)該選用分辨率為14位的位的a/d轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。6.某某12位位d/a轉(zhuǎn)換器，輸出電壓為轉(zhuǎn)換器，輸出電壓為02.5v。當(dāng)輸入的數(shù)字量為當(dāng)輸入的數(shù)字量為400h時