微機(jī)原理教學(xué)課件第9章模擬量的輸入輸出

1、1 32位微機(jī)原理與接口技術(shù)Theory and Interface Technology of 32-bit Microcomputer主編 何蘇勤 郭青 副主編 馬靜 馮曉東 韓陽 金翠云西安電子科技大學(xué)出版社2017年9月第1頁，共56頁。第9章 模擬量的輸入/輸出2第2頁，共56頁。第9章 模擬量的輸入/輸出 39.1 模擬接口的組成9.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及接口9.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器及接口9.4 模擬量輸入/輸出綜合舉例第3頁，共56頁。第9章 模擬量的輸入/輸出 4在許多工業(yè)生產(chǎn)過程中，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)需要處理的物理量往往是隨時(shí)間連續(xù)變化的模擬量，如電壓、電流等電信號，或者聲、光、壓力和溫度等

2、非電物理量。非電物理量需要通過合適的傳感器等轉(zhuǎn)換成電信號模擬量只有轉(zhuǎn)換成數(shù)字量才能被計(jì)算機(jī)采集、分析和計(jì)算處理。另一方面，為了實(shí)現(xiàn)對生產(chǎn)過程的控制，有時(shí)把計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬信號，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)工作。CPU與模擬外設(shè)之間的接口電路稱為模擬接口，模擬接口是計(jì)算機(jī)監(jiān)測與控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。第4頁，共56頁。9.1 模擬接口的組成5【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握模擬量輸入輸出通道的基本概念，熟悉了解模/數(shù)、數(shù)/模通道的基本組成及工作原理?！局饕獌?nèi)容】模擬量輸入輸出通道的基本組成和工作原理模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道第5頁，共56頁。模擬量輸入輸出通道的組成6工業(yè)生產(chǎn)過程的模擬信號由模/數(shù)（Ana

3、log to Digit，A/D）轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，由計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理；計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)/模（Digit to Analog，D/A）轉(zhuǎn)換通道轉(zhuǎn)換成模擬信號，并經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路放大后，送往執(zhí)行部件對工業(yè)過程進(jìn)行控制。第6頁，共56頁。模擬量輸入輸出通道的組成7第7頁，共56頁。9.1.1模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成8A/D轉(zhuǎn)換器將連續(xù)變化的模擬信號轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)可以處理的TTL電平或MOS電平的數(shù)字信號，它屬于計(jì)算機(jī)輸入設(shè)備。一般模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道由傳感器、信號處理、多路轉(zhuǎn)換開關(guān)、采樣保持器以及 A/D轉(zhuǎn)換器組成。第8頁，共56頁。9.1.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成91.傳感器傳感器將非電物理量轉(zhuǎn)

4、換成電信號(電流或電壓)，一般由電容、電阻、電感或敏感材料組成。2.信號處理 在A/D轉(zhuǎn)換器與傳感器之間一般接有信號放大處理電路，主要有以下幾個(gè)原因：1）傳感器輸出的電信號往往與ADC需要的輸入電壓信號不相匹配。需要將傳感器信號進(jìn)行變換與放大處理，轉(zhuǎn)換成與ADC輸入相匹配的電壓信號。2）傳感器工作在現(xiàn)場，可能存在復(fù)雜的電磁干擾，通常采用RC低通濾波器或有源濾波技術(shù)，濾除疊加在傳感器輸出信號上的高頻干擾信號。第9頁，共56頁。9.1.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成103.多路轉(zhuǎn)換開關(guān)工業(yè)生產(chǎn)過程中要監(jiān)測或控制的模擬量可能不止一個(gè)，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往需要對多路模擬信號進(jìn)行采集、轉(zhuǎn)換。由于工業(yè)生產(chǎn)過程中被采

5、集的物理量通常是緩慢變化的，因此，可以只用一片A/D轉(zhuǎn)換芯片，輪流選擇輸入信號進(jìn)行采集，既節(jié)省了硬件開銷，又不影響對系統(tǒng)的監(jiān)測與控制。許多A/D轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部具備多路轉(zhuǎn)換開關(guān)，一片A/D轉(zhuǎn)換芯片可以輪流采集多路模擬輸入信號。如果A/D轉(zhuǎn)換芯片不具有多路轉(zhuǎn)換功能，則在A/D轉(zhuǎn)換之前外加模擬多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。第10頁，共56頁。9.1.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成114.采樣/保持器A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號需要一定的時(shí)間。為了避免因模擬信號變化過快致使A/D轉(zhuǎn)換器來不及轉(zhuǎn)換，一般可根據(jù)實(shí)際需要使用采樣保持電路對模擬信號進(jìn)行穩(wěn)定。對于變化較快的模擬信號如果不采取采樣保持措施，將會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤差。對于

6、慢速變化的模擬信號，則無需采樣保持電路，不會(huì)影響A/D轉(zhuǎn)換的精度。第11頁，共56頁。9.1.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成124.采樣/保持器采樣/保持示意圖在采樣狀態(tài)下，電路的輸出跟蹤輸入的模擬信號在保持狀態(tài)下，電路的輸出保持著前一次采樣結(jié)束時(shí)刻的瞬時(shí)輸入模擬信號，直到進(jìn)入下一次采樣狀態(tài)為止。第12頁，共56頁。9.1.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成134.采樣/保持器采樣/保持器的基本原理圖由模擬開關(guān)、存儲(chǔ)元件(電容)和運(yùn)算放大器組成在VC的控制下，模擬開關(guān)S接通，Vi對CH充電，由于運(yùn)算放大器接成同相輸入方式的隨極跟隨器，那么Vo跟隨Vi的變化。當(dāng)VC的電平使得模擬開關(guān)S斷開時(shí)，電容CH兩端已充電

7、后的電壓短時(shí)間內(nèi)保持不變，運(yùn)算放大器的輸出電壓Vo保持第13頁，共56頁。9.1.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的組成145. A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器是模/數(shù)轉(zhuǎn)換通道的核心環(huán)節(jié)，其功能是將模擬輸入電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量(二進(jìn)制數(shù)或BCD碼等)，以便由計(jì)算機(jī)讀取、分析處理，并依據(jù)它發(fā)出對生產(chǎn)過程的控制信號。A/D轉(zhuǎn)換的方法很多，常用的有計(jì)數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式、并行比較型/串并行比較型、-調(diào)制型、電容陣列逐次比較型以及壓頻變換型等。第14頁，共56頁。9.1.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道的組成15計(jì)算機(jī)輸出的信號是以數(shù)字的形式給出的，有時(shí)需要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬的電流或電壓，這個(gè)任務(wù)主要由數(shù)/模（D/A）

8、轉(zhuǎn)換器來完成。它屬于計(jì)算機(jī)輸出設(shè)備。第15頁，共56頁。9.1.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道的組成16D/A轉(zhuǎn)換器主要由電阻網(wǎng)絡(luò)、電流開關(guān)、基準(zhǔn)電壓和運(yùn)算放大器組成，如圖所示。電阻網(wǎng)絡(luò)是D/A轉(zhuǎn)換的核心部件，其主要網(wǎng)絡(luò)形式為權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和R-2R梯形電阻網(wǎng)絡(luò)。D/A轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部通常設(shè)有數(shù)據(jù)鎖存器，可以與CPU的數(shù)據(jù)總線直接相連。電流開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)組成D/A轉(zhuǎn)換器內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換電路，將鎖存的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電流信號。為了增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力，此電流信號通常需要經(jīng)過運(yùn)算放大器放大并變換成電壓信號輸出。第16頁，共56頁。9.1.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換通道的組成17D/A轉(zhuǎn)換器的輸出形式有電壓、電流兩大類。通常D/A轉(zhuǎn)換器的

9、輸出電壓范圍有0+5V，0+10V，02.5V、05V以及010V幾種。對于非標(biāo)準(zhǔn)的輸出電壓范圍，可以在輸出端再加運(yùn)算放大器調(diào)整。有些場合需要輸出電流信號，以便與標(biāo)準(zhǔn)儀表相配合或滿足長距離傳輸?shù)囊?。在?shí)際應(yīng)用中，經(jīng)常選用電流輸出型的芯片外加運(yùn)算放大器實(shí)現(xiàn)電壓輸出第17頁，共56頁。9.2 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器及接口18【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)，ADC0809的工作原理及外特性，及其與微處理器接口的工作原理和編程方法。【主要內(nèi)容】模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)ADC0809的外特性ADC0809與微處理器的接口第18頁，共56頁。9.2.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)191.分辨率分辨率

10、（Resolution）反映A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬量的分辨能力，通常用數(shù)字輸出最低位（LSB）變化為1時(shí)，所對應(yīng)的模擬輸入量變化的電平值表示。由于分辨率與A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量位數(shù)直接相關(guān)，所以也可簡單地用數(shù)字量的位數(shù)來表示分辨率。位數(shù)越高，分辨率越高。例如：滿量程為+5V的8位A/D轉(zhuǎn)換器能分辨的模擬量最小值為 而同樣量程的10位A/D轉(zhuǎn)換器能夠分辨的模擬量最小值為量程相同的10位A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率要高得多第19頁，共56頁。9.2.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)202. 精度精度（precision）是指轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對于實(shí)際值的偏差，有絕對精度和相對精度兩種表示方法。對應(yīng)于輸出的一個(gè)數(shù)

11、字量，實(shí)際的模擬輸入電壓與理想的模擬輸入電壓之差的最大值定義為“絕對誤差”。通常用最低位(LSB)的倍數(shù)來表示，如0.5LSB或1LSB等。絕對精度除以滿量程值的百分?jǐn)?shù)就是“相對精度”，或稱“相對誤差”。分辨率與精度是兩個(gè)不同的概念。相同分辨率的A/D轉(zhuǎn)換器其精度可能不同分辨率高但精度不一定高，而精度高則分辨率必然也高。第20頁，共56頁。9.2.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)213. 量程量程（滿刻度范圍Full Scale Range）是指所能轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓的變化范圍，分單極性和雙極性兩種類型。例：單極性轉(zhuǎn)換器的量程為010V， 雙極性的量程為-5V+5V。4.轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間（Con

12、version Time）是指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，即發(fā)出啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令，到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號有效，輸出得到穩(wěn)定的數(shù)字量所需的時(shí)間。轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率（Conversion Rate）。這兩個(gè)參數(shù)是表示轉(zhuǎn)換速率快慢的重要參數(shù)。通常，A/D轉(zhuǎn)換器的分辨率越高，轉(zhuǎn)換速率越快，價(jià)格也越高。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)模擬量的變化速度，從實(shí)際需要出發(fā)，慎重選擇。第21頁，共56頁。9.2.1 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)225.線性度誤差理想的轉(zhuǎn)換器特性應(yīng)該是線性的，即模擬量輸入與數(shù)字量輸出成線性關(guān)系。線性度誤差(Linearity Error)是轉(zhuǎn)換器實(shí)際的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換關(guān)系與理想直線之間的最大誤差。一

13、般情況下，誤差應(yīng)小于第22頁，共56頁。9.2.2 可編程A/D轉(zhuǎn)換器ADC080923ADC0809是逐次逼近型的8路模擬量輸入、8位數(shù)字量輸出的A/D轉(zhuǎn)換器，采用CMOS工藝制作，單極性輸入，量程為0+5V，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100s。片內(nèi)帶有三態(tài)輸出緩沖器，可直接與CPU總線接口。性能價(jià)格比較高，可應(yīng)用于對精度和采樣速度要求不高的場合或一般的工業(yè)控制領(lǐng)域，第23頁，共56頁。9.2.2 可編程A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809241. ADC 0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)ADC 0809采用雙列直插式封裝，共有28個(gè)引腳，第24頁，共56頁。9.2.2 可編程A/D轉(zhuǎn)換器ADC080925ADC0809由模擬量輸

14、入、A/D轉(zhuǎn)換器和三態(tài)輸出鎖存緩沖器三部分組成。 模擬量輸入部分8路模擬開關(guān)可采集8路模擬信號，并通過地址鎖存與譯碼邏輯選擇8路中的一路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 ：8路模擬信號輸入端。單極性電壓輸入，輸入電壓范圍05V。如信號過小，則需要進(jìn)行放大，且模擬量的變化不宜過快。對變化速度快的模擬量，可在輸入前加采樣保持電路。ALE：地址鎖存允許信號，輸入。高電平有效，用于鎖存ADDA、ADDB、ADDC的狀態(tài)。第25頁，共56頁。9.2.2 可編程A/D轉(zhuǎn)換器ADC080926 模擬量輸入部分ADDA、ADDB、ADDC：地址輸入端，其中ADDA為低位地址，ADDC為高位地址，用于選擇8路模擬輸入量中的一路。 地

15、址編碼與輸入選通的關(guān)系A(chǔ)DDCADDBADDA選中模擬通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7第26頁，共56頁。9.2.2 可編程A/D轉(zhuǎn)換器ADC080927 A/D轉(zhuǎn)換部分主要由控制與時(shí)序電路、逐次逼近寄存器SAR及由樹狀開關(guān)和電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換電路組成，是A/D轉(zhuǎn)換器的核心部分，其功能就是將選中的模擬輸入量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。START：啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換控制信號，輸入。其上升沿使內(nèi)部逐次逼近寄存器清0，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換。EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，輸出。A/D轉(zhuǎn)換開始時(shí)變?yōu)榈碗娖?，且在A/D轉(zhuǎn)換過程中保持低電平，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)變?yōu)楦唠?/p>

16、平。CLK：時(shí)鐘脈沖輸入端。外加時(shí)鐘脈沖的頻率范圍為 ，通常使用頻率為500kHz的時(shí)鐘信號。REF（+）、REF（-）：參考電壓輸入端，提供內(nèi)部A/D轉(zhuǎn)換電路的基準(zhǔn)電平。一般設(shè)置為REF（+）=+5V，REF（-）接地。Vcc：接+5V工作電源。GND：接地端。第27頁，共56頁。9.2.2 可編程A/D轉(zhuǎn)換器ADC080928 三態(tài)輸出鎖存器經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量保存在8位的三態(tài)輸出鎖存緩沖器中，當(dāng)輸出允許信號OE有效時(shí)，打開三態(tài)門，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)通過D7D0輸出到CPU數(shù)據(jù)總線上。三態(tài)輸出鎖存器在芯片內(nèi)部電路與外部數(shù)據(jù)總線之間起到隔離緩沖作用，使ADC 0809能夠直接與CPU接口。D7

17、D0：8位數(shù)字量輸出，可直接與CPU的數(shù)據(jù)總線相連。OE：輸出允許信號，輸入，高電平有效。當(dāng)OE為高電平，三態(tài)門打開，輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字量；當(dāng)OE為低電平，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。第28頁，共56頁。2. ADC 0809的工作過程29ADC0809的時(shí)序第29頁，共56頁。2. ADC 0809的工作過程30當(dāng)模擬量送至某一輸入通道后，通過三位地址選擇要對哪一路模擬量進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并由地址鎖存允許ALE鎖存使ADC 0809的啟動(dòng)信號START為正脈沖，其上升沿使逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，并使輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC變?yōu)榈碗娖紸/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC變?yōu)楦唠娖?，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量保存到8

18、位輸出鎖存緩沖器中當(dāng)輸出允許信號OE高電平有效時(shí)，輸出三態(tài)緩沖器打開，轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上使用時(shí)可將EOC信號短接到OE端，也可利用EOC信號向CPU申請中斷。第30頁，共56頁。9.2.3 ADC0809與微處理器的接口31【例9-1】 ADC 0809芯片通過8255A與8088CPU的接口。第31頁，共56頁。9.2.3 ADC0809與微處理器的接口32【例9-1】 ADC 0809芯片通過8255A與8088CPU的接口。ADC 0809的輸出數(shù)據(jù)通過8255的PA口輸入給CPU地址輸入信號ADDA、ADDB和ADDC以及地址鎖存信號ALE由8255的PB口的PB0PB3提供。A/

19、D轉(zhuǎn)換的狀態(tài)信息EOC則由PC4輸入。分析：根據(jù)接口電路以及數(shù)據(jù)的輸入方式，選擇8255A的工作方式。如以查詢方式讀取A/D轉(zhuǎn)換后的結(jié)果，則8255A可設(shè)定A口為輸入，B口為輸出，均為方式0，PC4為輸入設(shè)8255A的端口地址為0FCH0FFH。第32頁，共56頁。9.2.3 ADC0809與微處理器的接口33【例9-1】 ADC 0809芯片通過8255A與8088CPU的接口。第33頁，共56頁。A/D轉(zhuǎn)換的程序34 ORG 1000HSTART : MOV AL, 98H ; 8255A初始化，方式0，A口輸入，B口輸出 MOV DX, 0FFH ; 8255A控制字端口地址OUT DX

20、, AL ; 送8255A方式字MOV AL, 0BH ; 送IN3輸入端地址及ALE地址鎖存信號MOV DX, 0FDH ; 8255A的B口地址OUT DX, AL ; 送IN3通道地址MOV AL, 1BH ; OUT DX, AL ; 啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換MOV AL, 0BHOUT DX, AL ; MOV DX, 0FEH ; 8255A的C口地址 TEST : IN AL, DX ; 讀C口狀態(tài) AND AL, 10H ; 檢測EOC狀態(tài) JS TEST ; 如未轉(zhuǎn)換完，再測試；轉(zhuǎn)換完則繼續(xù) MOV DX, 0FCH ; 8255A的A口地址 IN AL, DX ; 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果第34頁

21、，共56頁。9.3 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器及接口35【學(xué)習(xí)目標(biāo)】掌握數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)，DAC1210的工作原理及外特性，及其與微處理器接口的工作原理和編程方法?！局饕獌?nèi)容】數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)12位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210的外特性DAC1210與微處理器的接口第35頁，共56頁。9.3.1 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)36D/A轉(zhuǎn)換器與A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)基本相同，概念上略有不同。分辨率: 反映D/A轉(zhuǎn)換器對微小輸入變化量的敏感程度，通常用數(shù)字量的位數(shù)來表示，如8位、10位、12位、16位等。位數(shù)越高，分辨率越高。絕對精度：對應(yīng)于給定的滿刻度數(shù)字量，D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的模擬量與理

22、論值之間的偏差。該誤差是由D/A的增益誤差、零點(diǎn)誤差和噪聲等引起的。一般應(yīng)低于2-(n+1)或 LSB。相對精度：在滿刻度已校準(zhǔn)的情況下，在整個(gè)刻度范圍內(nèi)對應(yīng)于任意數(shù)字量的模擬量輸出與理論值之差?？捎迷撈钪迪喈?dāng)于最低位LSB的倍數(shù)，或該偏差相當(dāng)于滿量程值的百分比表示。對于線性的D/A轉(zhuǎn)換器，相對精度就是非線性誤差。第36頁，共56頁。9.3.1 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)37建立時(shí)間（Setting Time）：指D/A轉(zhuǎn)換器輸入的數(shù)字量由全0變化為全1時(shí)，其輸出的模擬量達(dá)到穩(wěn)定（一般穩(wěn)定到滿量程值1/2 LSB的范圍內(nèi)）所需的時(shí)間。一般為幾十毫微秒到幾個(gè)微秒，一般來說D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度

23、比A/D轉(zhuǎn)換器要快得多。線性誤差（Linearity Error）：相鄰兩個(gè)數(shù)字量對應(yīng)的模擬輸出量的差別應(yīng)該是1 LSB，即理想的轉(zhuǎn)換器特性應(yīng)該是線性的。在滿刻度范圍內(nèi)，轉(zhuǎn)換器實(shí)際的轉(zhuǎn)換特性曲線與理想直線之間的最大誤差稱為線性誤差。一般情況下，線性誤差應(yīng)小于1/2 LSB 。溫度系數(shù)（Temperature Coefficients）：在規(guī)定的范圍內(nèi)，相應(yīng)于每變化1，增益、線性度、零點(diǎn)及偏移等參數(shù)的變化量。溫度系數(shù)直接影響轉(zhuǎn)換精度。 第37頁，共56頁。9.3.2可編程D/A轉(zhuǎn)換器DAC121038DAC 1210是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的12位D/A轉(zhuǎn)換器，為24引腳雙列直插式封裝12位的數(shù)

24、據(jù)輸入端，低4位與高8位分別連接到一個(gè)4位和一個(gè)8位的輸入寄存器兩個(gè)輸入寄存器的輸入允許控制都要求CS和WR1 為低電平，但8位輸入寄存器的數(shù)據(jù)輸入還要求B1/B2 端為高電平。第38頁，共56頁。DAC1210引腳功能39 ：片選信號，低電平有效。 ：寫控制信號1，低電平有效。此信號為高電平時(shí)，兩個(gè)輸入寄存器都不接收新數(shù)據(jù)。當(dāng)此信號有效時(shí)，與 配合起控制作用。 ：字節(jié)控制。此端為高電平時(shí)，12位數(shù)字同時(shí)送入輸入寄存器。此端為低電平時(shí)，只將12位數(shù)字量的低4位送到4位輸入寄存器中。DI11DI0：12位數(shù)字量輸入。 ：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換控制信號，低電平有效，與 配合使用。 ：寫控制信號2，低電平有效。此

25、信號有效時(shí)， 信號才起作用。 第39頁，共56頁。DAC1210引腳功能40VRef：參考電壓。Rfb：外部放大器的反饋電阻接線端。IOUT1：D/A電流輸出端1。IOUT2：D/A電流輸出端2。DGND：數(shù)字地。AGND：模擬地第40頁，共56頁。DAC1210的工作方式41 雙緩沖工作方式。DAC1210芯片內(nèi)有兩個(gè)數(shù)據(jù)寄存器，在雙緩沖工作方式下，CPU首先將數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器，再將輸入寄存器的內(nèi)容寫入到DAC寄存器。 連接方式： 均接到CPU的 ， 和 分別接到兩個(gè)端口的地址譯碼信號。 雙緩沖方式的優(yōu)點(diǎn)是DAC 1210的數(shù)據(jù)接收和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換可異步進(jìn)行?？梢栽贒/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，進(jìn)行下一數(shù)據(jù)

26、的接收，以提高模擬輸出通道的轉(zhuǎn)換速率，可實(shí)現(xiàn)多個(gè)模擬輸出通道同時(shí)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。第41頁，共56頁。DAC1210的工作方式42 單緩沖工作方式。此方式是使兩個(gè)寄存器中任一個(gè)處于直通狀態(tài)，另一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài)。一般是使DAC寄存器處于直通狀態(tài)，即把 和 端都接數(shù)字地。 使 ，數(shù)據(jù)只要一寫入DAC芯片，就立刻進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。此種工作方式可減少一條輸出指令，在不要求多個(gè)模擬輸出通道同時(shí)刷新模擬輸出時(shí)，可采用此種方式。 直通工作方式。將 和 引腳直接接數(shù)字地，使控制端始終有效，則芯片處于直通狀態(tài)。 此時(shí)，12位數(shù)字量一旦到達(dá)DI11DI0輸入端，就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換而輸出。但在此種方式下，DAC

27、1210不能直接和CPU的數(shù)據(jù)總線相連接，故很少采用。第42頁，共56頁。9.3.3 DAC1210與微處理器的接口43D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器接口的連接信號包括數(shù)據(jù)線、地址線和控制線。微處理器的數(shù)據(jù)總線與DAC的數(shù)據(jù)輸入端相連，需要在數(shù)據(jù)總線和D/A轉(zhuǎn)換器輸入端之間加鎖存器。內(nèi)部有數(shù)據(jù)鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器芯片與CPU接口時(shí)，無須外加鎖存器，其數(shù)據(jù)輸入端可與CPU數(shù)據(jù)總線直接相連。當(dāng)CPU對D/A轉(zhuǎn)換器執(zhí)行一次寫操作，即可將8位數(shù)字量鎖存到8位鎖存器，作為D/A轉(zhuǎn)換器的輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率大于8位時(shí)，在與8位數(shù)據(jù)總線接口時(shí)，就需要采取適當(dāng)措施。第43頁，共56頁。【例9-2】DAC1

28、210與IBM PC的接口44DAC1210輸入數(shù)據(jù)線的高8位DI11DI4與IBM PC的數(shù)據(jù)總線DB7DB0相連；低4位DI3DI0接至IBM PC數(shù)據(jù)總線的DB7DB4上12位的數(shù)據(jù)輸入應(yīng)由兩次寫入操作完成。電流輸出端接運(yùn)算放大器，轉(zhuǎn)換為電壓輸出第44頁，共56頁。【例9-2】DAC1210與IBM PC的接口45DAC1210占用02500252H三個(gè)端口地址AB0地址線經(jīng)反向驅(qū)動(dòng)器接至B1/B2端。由于DAC1210中的4位寄存器的LE1端及8位輸入寄存器均受CS和WR1 控制，故對8位及4位寄存器的兩次寫入操作均使4位寄存器的內(nèi)容更新。第45頁，共56頁?！纠?-2】DAC1210

29、與IBM PC的接口46操作步驟：先使 B1/B2端為高電平（A0=1，即地址0251H），寫入高8位寄存器；再使B1/B2端為低電平（A0=0，即地址0250H），進(jìn)行第二次寫入操作，將待轉(zhuǎn)換數(shù)字量的低4位寫入到輸入寄存器，此時(shí)高8位不變。DAC寄存器的地址為0252H，當(dāng)執(zhí)行對0252H端口的寫操作時(shí)，鎖存到輸入寄存器內(nèi)的12位數(shù)字量寫入DAC寄存器的同時(shí)，啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換。第46頁，共56頁?！纠?-2】DAC1210與IBM PC的接口47完成一次轉(zhuǎn)換輸出的程序。;設(shè)BX寄存器中低12位為待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量START : MOV DX, 0250H ;DAC1210的基地址 MOV CL,

30、04 SHL BX, CL ;BX中的12位數(shù)左移4位 MOV AL, BH ;高8位數(shù)AL OUT DX, AL ;寫入高8位 INC DX ;修改DAC1210端口地址 MOV AL, BL ;低4位數(shù)AL OUT DX, AL ;寫入低4位 INC DX ;修改DAC1210端口地址 OUT DX, AL ;啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換第47頁，共56頁。9.4 模擬量輸入/輸出綜合舉例48以一個(gè)簡單的由8086CPU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器組成的工業(yè)過程閉環(huán)控制系統(tǒng)為例，介紹模擬量接口的實(shí)際應(yīng)用?！纠?-3】一個(gè)由8086CPU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)如

31、下頁所示。第48頁，共56頁。9.4 模擬量輸入/輸出綜合舉例49【例9-3】由8086CPU和模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809、數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832構(gòu)成的閉環(huán)控制系統(tǒng)如圖所示。第49頁，共56頁。9.4 模擬量輸入/輸出綜合舉例50ADC0809和DAC0832均通過并行接口8255A與CPU接口。8255A中端口A工作在方式0，完成輸出功能，用來向數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832輸出8位數(shù)字信息。端口B工作在方式1，完成輸入功能，用來接收由模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809輸入的8位數(shù)字信息。端口C作為控制口使用，其中PC7用作模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809的啟動(dòng)信號，PC2用作輸入的STBB信號，PC0用作中斷請求

32、信號INTRB，通過中斷控制器8259A向CPU發(fā)中斷請求。8255A和8259A的工作方式都需要通過初始化程序來定義。 第50頁，共56頁。9.4 模擬量輸入/輸出綜合舉例51DAC0832為帶輸入鎖存器的8位D/A轉(zhuǎn)換器，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及操作特性與DAC1210類似。由8255A端口A輸出的8位數(shù)字信息，經(jīng)數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC0832轉(zhuǎn)換成模擬量。它輸出的模擬量是電流值，因此，DAC0832常與運(yùn)算放大器一起使用，以便將模擬電流放大并轉(zhuǎn)換為模擬電壓?？刂片F(xiàn)場的模擬信息經(jīng)傳感器和運(yùn)算放大器變換為一定范圍內(nèi)的模擬電壓，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC0809變換為8位數(shù)字信息傳送到8255A的端口B。端口B可采用查詢或中斷方式與CPU聯(lián)系。若采用中斷方式，中斷請求信號經(jīng)8259A中斷裁決后送往CPU的INTR端。本例采用的是中斷方式，定義中斷類型碼為40H。第51頁，共56頁。8255A及8259A的初始化程序52INTT：MOV