微機(jī)原理與應(yīng)用第十一章ppt課件

1、第十一章 數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換與模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換接口 第一節(jié) 概 述一、實(shí)時(shí)過程控制控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換 一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的原理(組成）二、八位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832三、12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210第三節(jié) 模擬/數(shù)字A/D轉(zhuǎn)換一、逐次逼近式模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器原理二、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器基本組成三、典型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809第十一章 數(shù)模D/A轉(zhuǎn)換與模數(shù)A/D轉(zhuǎn)換接口 第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述控制對象多路開關(guān)MUX采樣保持器S/HI/O接口A/D轉(zhuǎn)換器傳感器傳感器放大濾波放大濾波計(jì)算機(jī)執(zhí)行部件多路開關(guān)MUXI/O接口D/A轉(zhuǎn)換器包括A/D和D/A的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)一、實(shí)時(shí)過程

2、控制控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及組成. 傳感器：把控制對象的各種參數(shù)的物理量用傳感器測量出來，并轉(zhuǎn)換成電信號。. 放大器：把傳感器輸出的信號(一般為mV或 V)放大到 A/D轉(zhuǎn)換所需的量程范圍。. 低通濾波器：抑制干擾，提高信躁比。. 多路開關(guān)：對傳感器輸出的多路信號進(jìn)行切換，用一路裝 置進(jìn)行測量和控制。5. 采樣保持電路：對模擬信號進(jìn)行采樣并保持以保證A/D轉(zhuǎn) 換的正確性。第二節(jié) D/A轉(zhuǎn)換 一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的原理(組成）44332211RR4R3R2R12d2d2d2dR2V8RVd4RVd2RVdRVd44332211OIdIdIdIdI。I1I2I3Ifd1d2d3d4R2R4R8RS1S2S4S

3、3Io+VoVR =5VI4Rf = R/2若d1d2d3d4=1000VRRIoVo5 . 221610810410211R2VRf第一節(jié) D/A轉(zhuǎn)換器接口一、數(shù)/模轉(zhuǎn)換原理1、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的基本組成：數(shù)據(jù)輸入邏輯電路電子開關(guān)基準(zhǔn)電壓電阻網(wǎng)絡(luò)模擬電流輸出2、T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)：+_D3D2D1D0VRRRR2R2R2R2R2RRV0II3I2I1I0I=I3D3+I2D2+I1D1+I0D0 VR=24R(23D3+22D2+21D1+20D0)2/16二、八位D/A轉(zhuǎn)換器DAC083213141516456781211932010IEDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0ILECS

4、WR1WR2XFER19118217VREFIOUT2IOUT1R1bR1bVccDGND8位D/A轉(zhuǎn)換器8位DAC寄存器8位輸入寄存器DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖AGNDIE主要技術(shù)指標(biāo)：分辨率： 8位轉(zhuǎn)換時(shí)間： 1 S滿量程誤差：1LSB參考電壓： 10V單電源： +5V+15V1. 芯片介紹2. 芯片的輸出電路0832-+R數(shù)字量輸入iVOUTVOUT = - iR0832-+R數(shù)字量輸入iVOUTR1R2VOUT = iR(1+R2 / R1)0832-+R1數(shù)字量輸入-+R4VOUTVREFR2R3IOUT1IOUT2REFOUTVRRRRiRV34241)(雙極性輸出3. DAC08

5、32與CPU接口方式DAC0832WR2WR1CSXFERVcc5VD7-D0Vo+AIOUT2IOUT1AGNDDGNDVREFILE5V地址總線DAC0832與8位數(shù)據(jù)總線微機(jī)的連接圖地址譯碼WRIO/M單緩沖方式：ILE接高電平；CS、WR1、WR2、XFER接控制輸出端連接方式有多種形式）；當(dāng)對DAC0832進(jìn)行寫操作時(shí)執(zhí)行OUT指令），數(shù)字量直接被轉(zhuǎn)換成模擬量。直通方式：ILE接高電平；CS、WR1、WR2、XFER直接接地。D/A轉(zhuǎn)換器的輸出隨著總線數(shù)據(jù)的變化而變化。單緩沖方式的應(yīng)用例例1 設(shè)設(shè)DAC的口地址為的口地址為80H， 要求輸出要求輸出05V的鋸齒波的鋸齒波START：

6、MOV AL，0FFHAGAIN： INC AL OUT 80H，AL CALL DELAY JMP AGAIN階梯的寬度由延時(shí)時(shí)間決定例例2 要求要求DAC輸出一三角波，輸出一三角波，波形下限電壓為波形下限電壓為0.5V，上限電壓，上限電壓為為2.5V。下限電壓對應(yīng)的數(shù)字量為：0.5*256/5=26=1AH上限電壓對應(yīng)的數(shù)字量為：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 BEG

7、IN雙緩沖方式： 第一種應(yīng)用情況：在前一個(gè)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的同時(shí)，CPU將下一個(gè)數(shù)據(jù)先輸入至輸入寄存器，然后再在某個(gè)時(shí)刻啟動D/A轉(zhuǎn)換。地址譯碼320H321HDAC0832Vcc5VD7-D0Vo+AIOUT2IOUT1AGNDDGNDVREFILE5V地址總線DAC0832與8位數(shù)據(jù)總線微機(jī)的連接圖WR1WR2IOWRCSXFERMOV DX，320HMOV AL，DATAOUT DX，ALINC DXOUT DX，AL-+CS XFER WR2ILE WR1DAC1-+ XFER WR2ILE WR1DAC2-+CS XFER WR2ILE WR1DAC3譯碼器ABCS1CS2CS3XFERIO

8、/MWRVO1VO2VO3第二種應(yīng)用情況：在多路DAC系統(tǒng)中，需要同步D/A轉(zhuǎn)換時(shí)，采用雙緩沖方式。在不同的時(shí)刻將要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)分別打入各DAC的輸入寄存器，然后由一個(gè)轉(zhuǎn)換命令同時(shí)啟動，各個(gè)DAC轉(zhuǎn)換。8/16DAC1210的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖B1/B2151617181920451014131132412D11D10D9D8D7D6D5D4CSWR1WR2XFER23121222VREFIOUT2IOUT1R1bR1bVccDGND12位D/A轉(zhuǎn)換器12位DAC寄存器8位輸入寄存器AGND4位輸入存放器D3D2D1D06789LELELE三、12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC12101. 芯片介紹主要技術(shù)指標(biāo)：

9、分辨率： 12位轉(zhuǎn)換時(shí)間：1 S滿量程誤差：1LSB參考電壓范圍： 25V單電源范圍： +5V+15V控制引腳CS、 B1/B2、WR1作為輸入寄存器的輸入控制； WR2 、XFER作為DAC寄存器的輸入控制2. DAC1210與8位CPU接口方式D7D0-+RiVOUT地址譯碼D11D0WR1WR2B1/B2CSXFERABIOWA0IOUT1IOUT2RFBDAC1210 控制DAC1210的轉(zhuǎn)換共要用到3個(gè)I/O端口，CS引腳的口地址為220H-221H，其中220H選通8位輸入寄存器，221H選通4位輸入寄存器；XFER引腳的口地址為222H-223H，任一個(gè)地址都可啟動D/A轉(zhuǎn)換。若

10、待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量在BX寄存器的低12位，則完成一次D/A轉(zhuǎn)換的程序如下START： MOV DX，220H MOV CL，4 SHL BX，CL MOV AL，BH OUT DX，ALINC DXMOV AL，BLOUT DX，ALINC DXOUT DX，AL第三節(jié)第三節(jié) 模擬模擬/ /數(shù)字?jǐn)?shù)字A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換一、逐次逼近式模/數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器原理 實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換的方法有多種，而逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換具有速度快，分辨率高等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛的應(yīng)用。這種A/D轉(zhuǎn)換器的比較過程與天平的稱重的過程相似。若一臺天平具有32克、16克、 8克、 4克、 2克和1克等6種砝碼，需要稱量的物體重量為27.4克。

11、稱量從最重的砝碼試起，過程如下表所示。次序加砝碼天平指示操作記錄132 克超重去碼D5=0216 克欠重留碼D4=138 克欠重留碼D3=144 克超重去碼D2=052 克欠重留碼D1=161 克平衡留碼D0=1M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27克）DAC控制邏輯SAR緩沖器+-VRViCLK輸出數(shù)據(jù)逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器原理框圖次序試探碼D/A 輸出去留碼 本次結(jié)果110002.5VVi去1000310103.125VVi去1000410012.8125VVi留1001二、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器基本組成控制邏輯(SAR)：移位寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、時(shí)序電路

12、及去留碼邏輯電路；DAC:產(chǎn)生電子砝碼；比較器：對輸入電壓與電子砝碼進(jìn)行比較，并由控制邏輯決定該砝碼的去留。 設(shè)轉(zhuǎn)換器的位數(shù)n=4，相應(yīng)的電子砝碼分別為2.5V、1.25V、0.625V、0.3125V。Vi=3V,則轉(zhuǎn)換過程及結(jié)果如表所示。三、典型模/數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC08091. 芯片簡介8路模擬開關(guān)控制與時(shí)序SAR樹狀開關(guān)電阻網(wǎng)絡(luò)三態(tài)輸出鎖存緩沖器地址鎖存與譯碼IN7IN0ADDAADDBADDCALEVcc GNDVREF+ VREF-OED7D0EOCCLKSTARTADC0809功能方框圖主要功能分辨率：8位轉(zhuǎn)換誤差：1/2LSB1LSB轉(zhuǎn)換時(shí)間：100 S時(shí)鐘頻率：640KHZ測量路

13、數(shù)：8路輸出：三態(tài)緩沖單一5V供電，對應(yīng)輸入模擬電壓范圍05V2. ADC0809工作時(shí)序STARTALE通道地址EOCOEDATA64CLK選擇當(dāng)前轉(zhuǎn)換的通道，即將通道編碼送地址鎖存器；通過執(zhí)行OUT指令在START，ALE上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，鎖存通道編碼并啟動A/D；A/D轉(zhuǎn)換開始后，EOC變低，經(jīng)過64個(gè)時(shí)鐘周期后，轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變高；轉(zhuǎn)換結(jié)束后，通過執(zhí)行IN指令設(shè)法在OE腳上產(chǎn)生一個(gè)正脈沖，打開輸出緩沖器的三態(tài)門讀入轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 直接連接MOV AL，07HOUT 84H，ALCALL DELAY120IN AL，84H若采用中斷方式，可用ADC0809的EOC輸出端作為CPU的中斷申請

14、信號，在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。ADC0809具有三態(tài)輸出緩沖器，可以與CPU直接連接。若地址譯碼器的輸出Y1的地址為84H87H，則采用無條件傳送方式從輸入通道IN7讀入一個(gè)模擬量的程序?yàn)椋鹤g碼8分頻OEALESTARTADDCADDBADDAD7D0EOCCLOCKA7A0D7D0CLKNcIORIOWY1VccVREF+VREF-GND+5VADC0809直接與微處理器的連接ADC0809IN7IN03. ADC0809與微處理器的連接 通過并行接口芯片同CPU連接ADC 0809通過8255A的接口原理圖譯碼Y1Y0IOWRIORDD7 D0A0A1A7 A2CLK8088總線

15、8255APB4PB2PB1PB0PAPC7WRRDDBA0A1CS問題：用一片8255A并行接口芯片控制ADC0809的轉(zhuǎn)換過程；分析：8255A有三個(gè)8位的并行口，可用PB口輸出0809的通道選擇編碼和控制ADC的啟動，PC口輸入ADC的狀態(tài)。 PA口作為他用，實(shí)現(xiàn)：首先完成CPU與8255的連接，然后根據(jù)分析完成ADC與8255的連接+5VCLOCKALESTARTADDCADDBADDAEOCOEVccVREF+VREF-GNDADC0809IN7IN0D7D08分頻Y0地址為80H83HY1 地址為84H87H例：對ADC0809的IN0至IN7巡回進(jìn)行采樣一次，并將采樣的數(shù)據(jù)存放在

16、以DATA開始的內(nèi)存單元中。第一步：程序初始化MOV AL，98H ；8255方式0，PA口輸入，OUT 83H，AL ；PB口輸出，PC口高四位輸入MOV SI，OFFSET DATA ；置內(nèi)存首址MOV AX，0H ；開關(guān)初始編碼MOV CX，8第二步：輸出通道號啟動ADCAGA：MOV AL，AH ；輸出開關(guān)編碼 OUT 81H，AL ADD AL，10H ；啟動ADC OUT 81H，AL SUB AL，10H OUT 81H，AL第三步：判ADC轉(zhuǎn)換結(jié)束否？結(jié)束則讀入數(shù)據(jù)，存入內(nèi)存。否則再判LOP： IN AL，82H ；檢查EOC TEST AL，80H JZ LOP ；EOC=0

17、，繼續(xù)查詢 IN AL，84H ；EOC=1，讀入數(shù)據(jù) MOV SI，AL ；存入內(nèi)存第四步：修改循環(huán)變量判測量完否？未完繼續(xù)INC SI ；修改指針I(yè)NC AH ；修改開關(guān)編碼LOOP AGA ；未完繼續(xù)12-3 某8位D/A轉(zhuǎn)換器的端口地址為220H，參考電壓為5V，試編程產(chǎn)生如下波形：（1下限為0V，上限為5V的三角波；（2下限為1.2V，上限為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0CDH 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 UP12-51畫出DAC1210與8位CPU的硬件連接圖，若轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存在BUFF開始的單元中，試編寫完成一次轉(zhuǎn)換的程序；（2畫出DAC1210與16位CPU的硬件連接圖，若轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)存在