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1、第十章数模与模数转换器接口*第1页，此课件共64页哦计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/D转换器完成模拟量转换器完成模拟量数定量的转换，数定量的转换，D/A转换器完成数字量转换器完成数字量模拟量的转换。模拟量的转换。第2页，此课件共64页哦10.1 10.1 数数/模（模（D/AD/A）转换的接口方法）转换的接口方法 D/AD/A转换器完成数字量转换器完成数字量 模拟量的转换，模拟量的转换，这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常普遍。普遍
2、。一、一、D/AD/A转换器特性及连接转换器特性及连接 D/AD/A转换器一般是根据自己的需要选择相应转换器一般是根据自己的需要选择相应数据位宽度和速度的数据位宽度和速度的D/AD/A转换芯片，在选择转换芯片，在选择D/AD/A转换器芯片时一般考虑如下指标：转换器芯片时一般考虑如下指标：第3页，此课件共64页哦（1）分辨率：）分辨率：指指D/A转换器能转换的二进制的位数。位数多分辨率就转换器能转换的二进制的位数。位数多分辨率就高。高。（2）转换时间：）转换时间：指数字量输入到完成转换、输出达到最终值并稳定为止所需指数字量输入到完成转换、输出达到最终值并稳定为止所需的时间。的时间。一般电流型一般
3、电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内；而电压型转换器在几秒到几百微秒之内；而电压型D/A转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。第4页，此课件共64页哦（3）精度：）精度：指指D/A转换器实际输出与理论值之间的误差，转换器实际输出与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位（如（如 1/2LSB）。如）。如D/A分辨率为分辨率为20mV，则精，则精 度为度为 10mV.（4）线性度：）线性度：当数字量变化时，当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按转换器输出的模拟量按 比例变比例变 化的程度
4、。化的程度。2、D/A转换器的连接特性转换器的连接特性第5页，此课件共64页哦 DAC DAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的要求，一般考虑以下几方面：入输出有不同的要求，一般考虑以下几方面：（1 1）输入缓冲能力：）输入缓冲能力：DACDAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数据寄存器）的据寄存器）的DACDAC芯片可直接与芯片可直接与CPUCPU或系统总线相连，否则或系统总线
5、相连，否则必须添加锁存器。必须添加锁存器。第6页，此课件共64页哦（2）输入码制：）输入码制：DAC输入有二进制输入有二进制BCD码两种，对于单极性码两种，对于单极性DAC可可接收二进制和接收二进制和BCD码；双极性码；双极性DAC接收偏移二进制或接收偏移二进制或补码。补码。（3）输出模拟量的类型：）输出模拟量的类型：DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据输出有电流型和电压型两种，用户可根据 需要选择，也可进行电流需要选择，也可进行电流电压转换。电压转换。（4）输出模拟量的极性：）输出模拟量的极性：DAC有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变化
6、，则必须使用双极性化，则必须使用双极性DAC芯片。芯片。第7页，此课件共64页哦二、二、D/A转换器与微处理器的接口方法转换器与微处理器的接口方法1、接口任务、接口任务 D/A转换器工作时，只要转换器工作时，只要CPU把数据送入它的输入端，把数据送入它的输入端，就开始转换，是一种无条件传送。就开始转换，是一种无条件传送。DAC芯片与芯片与CPU或系统总路线连接时，可从数据总线或系统总路线连接时，可从数据总线宽度是否与宽度是否与DAC位数据匹配、位数据匹配、DAC是否具有数据寄存是否具有数据寄存器两个方面来虑，一般有下面几种情况：器两个方面来虑，一般有下面几种情况：第8页，此课件共64页哦（2
7、2）当）当DACDAC位数与数据总线宽度相同，位数与数据总线宽度相同，DACDAC没有数没有数据寄存器时，必须外加锁存器或据寄存器时，必须外加锁存器或I/OI/O接口芯片（接口芯片（如如8255A8255A等）才能与等）才能与CPUCPU连接。连接。当当DACDAC位数大于位数大于数据总线宽度，数据总线宽度，DACDAC无论有无数据寄存器时，无论有无数据寄存器时，都必须外加锁存器或都必须外加锁存器或I/OI/O接口芯片才能与接口芯片才能与CPUCPU相相连接。连接。（1 1）当）当DACDAC位数与数据总线宽度相同，位数与数据总线宽度相同，具有数据缓冲能力时，可直接与具有数据缓冲能力时，可直接
8、与CPUCPU连接。连接。第9页，此课件共64页哦2、接口电路结构形式、接口电路结构形式1、中小规模逻辑芯片构成接口电路与、中小规模逻辑芯片构成接口电路与CPU连接连接2、通用并行、通用并行IO接口芯片与接口芯片与CPU连接连接3、GAL器件器件10.2 D/A转换器接口电路设计转换器接口电路设计1.片内无三态输入缓冲器的片内无三态输入缓冲器的8位位DA转换接口设计转换接口设计P260第10页，此课件共64页哦2.2.片内有三态输片内有三态输入缓冲器的入缓冲器的8 8位位DADA转换接口设计转换接口设计 DAC0832DAC0832是是一片典型的一片典型的8 8位位DACDAC芯片，其引芯片，
9、其引脚和内部结构如脚和内部结构如图图10-210-2所示。所示。2019181716151413121112345678910VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDGND第11页，此课件共64页哦8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A寄存器DI7DI10ILELE1LE2CSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模拟地)图10-2 DAC0832引脚及内部结构第12页，此课件共64页哦D7D0IOWA9A0AEN系统总线DI07WR1ILECSDAC0832译码器WR2XFER
10、DGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVout 图10-3 DAC0832单缓冲方式连接+5V200H第13页，此课件共64页哦 DAC0832 DAC0832有三种工作方式：有三种工作方式：（1 1）双缓冲方式）双缓冲方式 （2 2）单缓冲方式）单缓冲方式 （3 3）直通方式）直通方式 注：注：在在DACDAC实际连接中，要注意区分实际连接中，要注意区分“模拟地模拟地”和和“数字数字地地”的连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到的连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字地，而模所量部分只能连接到模拟地。数字地，而模所量部分只能连接到模拟地。采用单缓冲采用单缓冲
11、方式连接如图方式连接如图10-310-3所示。所示。利用利用DACDAC可实现任意波形（如可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如输出锯齿波锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如输出锯齿波、三角波的程序段如下：、三角波的程序段如下：第14页，此课件共64页哦2.12位位DAC连接连接 由于微机的由于微机的I/O指令一次只能输出指令一次只能输出8位数据，位数据，因此对于数据宽度大于因此对于数据宽度大于8位位DAC只能分两次输只能分两次输入数据，为此一般大于入数据，为此一般大于8位数据宽度的位数据宽度的DAC内内部均设计有两级数据缓冲，如部均设计有两级数据缓冲，如12位位DAC1210
12、内内部就有两级数据缓冲，内部结构如图部就有两级数据缓冲，内部结构如图10-4所示所示。第15页，此课件共64页哦8位输入锁存器4位输入锁存器12位DAC存储器12位相乘型D/A转换器LELELELSBMSBDI11 15DI10 16DI9 17DI8 18DI7 19DI6 20DI5 4DI4 5DI3 6DI2 7DI1 8DI0 9BYTE1 23/BYTE2CS 1 WR1 2WR1 21WR2 2210 Vref14 Iout213 Iout111 Rfb24 Vcc3 AGND24 DGND图10-4 DAC1210内部结构第16页，此课件共64页哦图10-5 DAC121与CP
13、U连接第17页，此课件共64页哦ADC0832RFBD7D0IOUT1IOUT2D7D0D7D0XFERCSAGNDVccDGNDWR1WR2ILFVREF20020FHCSA0IOW+5V+12V10K-12V200PAOUT+12V10K1K1MLF351图10-6 DAC0832电路第18页，此课件共64页哦2.A/D2.A/D转换器转换器 用用DACDAC来构成来构成ADCADC的应用情况较少，图的应用情况较少，图10-710-7所示为所示为DACDAC构成构成ADCADC的一种应用方法。的一种应用方法。LM710+-4.7K-12VRfbI01I02AGNDDI7DI0VccVref
14、DGNDDAC0832+5V8255APC0PA7PA7CS200H207HDB7DB0图5-7DAC构成ADC原理图+12V+5V4.7K第19页，此课件共64页哦10.2 A/D10.2 A/D转换接口转换接口 在数据采集和过程控制中，被采集对象往往是连续变化的在数据采集和过程控制中，被采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力。声波等），由于计算机只能处理离散物理量（如温度、压力。声波等），由于计算机只能处理离散的数字量，需要对连续变化的物理转换为数字量的数字量，需要对连续变化的物理转换为数字量,这一操作过这一操作过程就是程就是A/DA/D转换。转换。一、一、A/DA/D转换原理转换原
15、理 A/DA/D转换的原理很多转换的原理很多,常见的有双积分式、逐次逼近式、计数常见的有双积分式、逐次逼近式、计数式等，输出码制有二进制、式等，输出码制有二进制、BCDBCD码等，输出数据宽度有码等，输出数据宽度有8 8位、位、1212位、位、1616位位、2020位等（二进制）和位等（二进制）和 位、位于（位、位于（BCDBCD码）。作过程就是码）。作过程就是A/DA/D转换。转换。第20页，此课件共64页哦1.1.双积分型双积分型A/DA/D转换器转换器 双积分型双积分型A/DA/D转换器是将输入电压变换成与平均值成正比的时间间转换器是将输入电压变换成与平均值成正比的时间间隔，然后利用计数
16、器测量时间间隔，如图隔，然后利用计数器测量时间间隔，如图10-810-8所示。所示。213Vin+VR-VR+-+-控制逻辑计数器/锁存器译码器/显示器时钟发生器K4K1K2K3COMPoutC积分器比较器R图10-8 双积分型A/D转换器框图第21页，此课件共64页哦 双积分型双积分型A/DA/D转换器完成一次模一数转换需要三个阶段：积转换器完成一次模一数转换需要三个阶段：积分（采样：分（采样：K1K1导通）、反积分（比较：导通）、反积分（比较：K3K3导通）和结束阶段导通）和结束阶段（K4K4导通）。双积器对正极性电压输出波形如图导通）。双积器对正极性电压输出波形如图10-910-9所示。
17、所示。t1t2t3t4t1t2t3t4T1T2T3V2V10-V1+V2图10-9 双积分型A/D转换器输出波形第22页，此课件共64页哦 通过输出波形可求出：通过输出波形可求出：V Vinin=V=VR R/N/Nm mN NX X,式中：式中：V VR R参考电压参考电压，N Nm m参考电压计数值，参考电压计数值，N NX X输入电压计数值。可见，双积分型输入电压计数值。可见，双积分型A/DA/D转换器输出与时间常数转换器输出与时间常数RCRC无关，消除了斜坡电压的各种误差，无关，消除了斜坡电压的各种误差，由于经过两次积分可消除干扰对转换结果的影响。由于经过两次积分可消除干扰对转换结果的
18、影响。2.2.逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器转换器 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换器原理如图转换器原理如图10-1010-10所示，当转换器接收所示，当转换器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器清到启动信号后，逐次逼近寄存器清0 0，通过内部，通过内部D/AD/A转换器输出转换器输出使输出电压使输出电压V0V0为为0 0，启动信号结束后开始，启动信号结束后开始A/DA/D转换。转换。第23页，此课件共64页哦8位D/A转换器逐次逼近寄存器缓冲寄存器控制电路D7D0CLK启动信号转换结束比较器：ViV0输出为“1”ViV0输出为“0”Vi输出模拟电压V0+-图10-10 逐次逼近式A/
19、D转换器二、二、A/DA/D转换器特性转换器特性 A/DA/D转换器的功能是把模拟量转换为数字量，其主要参数：转换器的功能是把模拟量转换为数字量，其主要参数：第24页，此课件共64页哦（1 1）分辨率：）分辨率：指指A/DA/D转换器可转换成数字量的最小电压（量化阶转换器可转换成数字量的最小电压（量化阶梯），如梯），如8 8为为ADCADC满量程为满量程为5V,5V,则分辨率为则分辨率为5000mV/256=20mV5000mV/256=20mV，也就是，也就是说当模拟电压小于说当模拟电压小于20mV20mV，ADCADC就不能转换了，所以分辨率一般表示就不能转换了，所以分辨率一般表示式为：式
20、为：分辨率分辨率=Vref/2=Vref/2位数位数（单极性）或分辨率（单极性）或分辨率=（V+ref-V-ref)/2V+ref-V-ref)/2位数位数（双极性（双极性）（2 2）转换时间）转换时间：指从输入启动转换信号到转换结束，得到稳定的：指从输入启动转换信号到转换结束，得到稳定的数字量输出的时间。一般转换速度越好（特别是动态信号采集），数字量输出的时间。一般转换速度越好（特别是动态信号采集），常见有超高速（转换时间常见有超高速（转换时间1ns1ns）、高速（转换时间）、高速（转换时间1s1s）、中速）、中速（转换时间（转换时间1ms1ms）和低速（转换时间）和低速（转换时间1s)1M
21、Hzfs1MHz），一般数据传），一般数据传送方式不能达到数据传送要求，送方式不能达到数据传送要求，导致数据丢失。导致数据丢失。2.ADC2.ADC连接实例连接实例（1 1）8 8位位ADCADC连接与编程连接与编程 ADC0809ADC0809是逐次逼近式的是逐次逼近式的8 8位位ADCADC芯片，引脚和内部结构图芯片，引脚和内部结构图10-1110-11（a)(b)a)(b)所示。所示。2827262524232221201912345678910IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLK111213141817
22、1615D4D0VREF-D2VCCVREF+GNDD1ADC0809(a)第28页，此课件共64页哦8路模拟开关地址锁存译码电子开关逐次逼近寄存器控制与时序解码网络START CLK三态门VCCGNDVREF(+)VREF(-)OEEOCIN0IN7ADDCADDBADDAALE图10-11 ADC0809引脚与内部结构第29页，此课件共64页哦 START是ADC0809的A/D转换启动信号，高电平时内部逐次逼近寄存器清0，由10变化时开始A/D转换，信号宽度100ns.CLK为时钟信号，最大为600KHz.ADC0809设图10-12所示电路的CS=220227H，采用中断方式的采集程序
23、如下：IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7Q0Q1Q2Q31ACLKOEStartALEA0A1A2IRQ2EOC+5V+5V8MHzIORIOW220H227H图10-12 ADC0809典型连接第30页，此课件共64页哦(2)122)12位位ADCADC连接与编程连接与编程 ADC574AADC574A是具有三态输出锁存器的是具有三态输出锁存器的1212位逐次比较位逐次比较ADCADC芯片芯片，转换速度快（，转换速度快（25us25us）,是目前国内使用最广泛的是目前国内使用最广泛的ADCADC芯片之芯片之一。一。ADC574AADC574A可并行输出可并行输出1212位数据，
24、也可以分两次输出（先高位数据，也可以分两次输出（先高8 8位，位，后低后低4位）数据；既可进行位）数据；既可进行8位转换，也可进行位转换，也可进行12位位A/D转换。转换。ADC574的引脚定义和控制信号工作时序如图的引脚定义和控制信号工作时序如图10-13所示。所示。第31页，此课件共64页哦2827262524232221201912345678910STSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3+5V12/8CSA0R/CCE+15VREFOUTAGNDREFIN1112131418171615DB2DB1DB0DGND-15VBIP10VIN20VINADC574AC
25、SCER/CA0STSDB7DB0图5-13 AD574A引脚定义和工作时序第32页，此课件共64页哦 设图设图10-1410-14所示电路中译码器对所示电路中译码器对A9A9A1A1进行译码，进行译码，Y0=210HY0=210H、D7D0译码器PC总线AENA9A0IOWIORADC574ADB11DB4DB3DB0STSCSA0R/CCE12/8VccVee10Vin20VinREFinREFoutBIPOFFDCACVin+15V-15V图10-14 AD574通过并行接口芯片与系统总线相连D3D0第33页，此课件共64页哦四、数据采集系统设计四、数据采集系统设计 该数据采集接口板可对
26、该数据采集接口板可对1616路模拟信号进行采集，路模拟信号进行采集，A/DA/D变换精度为变换精度为5V/212=1.2mV5V/212=1.2mV，接口板具有数据，接口板具有数据 保持电路，可对变化的模拟信号进行实时采集。保持电路，可对变化的模拟信号进行实时采集。1.1.多路转换开关多路转换开关 1616路模拟信通过多路转换开关芯片路模拟信通过多路转换开关芯片AD7506AD7506进行切换，进行切换，AD7506AD7506是一个是一个161161的模式电子开关，用于切的模式电子开关，用于切 换换1616个被测模拟信号输入端，使个被测模拟信号输入端，使1616路模式信号的路模式信号的 采集
27、共享一片采集共享一片ADCADC转换器。转换器。第34页，此课件共64页哦2.采样采样/保持器保持器 接口板的采样接口板的采样/保持器采用保持器采用AD582芯片，采样芯片，采样/保持保持状态的控制由差分逻辑输入端状态的控制由差分逻辑输入端+LogicIN和和-Logicin完成完成，模拟信号的输入通过，模拟信号的输入通过IN+和和IN-端输入。端输入。3.ADC与与DAC转换器转换器 接口板的接口板的A/D转换采用转换采用ADC574芯片，芯片，DAC采用采用DAC1210芯片，芯片，这两个芯片均是这两个芯片均是12位的位的ADC和和DAC转换芯片，可保证转换芯片，可保证A/D的信号通过的信
28、号通过D/A转换器进行完全的回放。转换器进行完全的回放。第35页，此课件共64页哦4.4.地址译码器地址译码器 接口板的地址译码器采用接口板的地址译码器采用3 3片片74LS13674LS136异或门芯片和一片异或门芯片和一片74LS13874LS138译码器芯片构成，接口板采用跳线译码器芯片构成，接口板采用跳线K K对对I/OI/O地址进行地址进行设置和改变。设置和改变。5.5.工作原理及程序控制工作原理及程序控制 该接口板的主要操作有通道选择命令、启动该接口板的主要操作有通道选择命令、启动ADCADC转换命令、转换命令、查询查询ADCADC转换是否结束、读取转换是否结束、读取ADCADC转
29、换数据等转换数据等A/DA/D转换器方面的命令，转换器方面的命令，以及发送以及发送DACDAC转换数据、启动转换数据、启动DACDAC转换器等。转换器等。第36页，此课件共64页哦虚拟仪器软件GPIB接口ADC接口DAC接口VXI接口LAN接口虚拟仪器物理硬件图10-15 虚拟仪器构成五、虚拟仪器技术1.虚拟仪器基本结构 虚拟仪器由仪器物理硬件、硬件接口和计算机上运行的虚拟器软件三部分构成，如图10-15所示。第37页，此课件共64页哦2.虚拟仪器主要技术 传统仪器由信号采集和控制、信号分析和处理、结果表达和输出三部分组成，虚拟仪器也不例外，它需要能实现信号采集和控制的插卡、接口等硬件支持，同
30、时还需要能实现各种信号分析、处理，以满足多种测试功能的分析的支持。3.虚拟仪器软件 虚拟仪器的软件主要由硬件驱动程序、控制软件和图形化用户接口等三部分组成。4.虚拟仪器应用 目前，虚拟仪器的应用越来越广，在基于计算机的测试、测量、数据采集、监控、控制等方面占有重要的地位。第38页，此课件共64页哦 10.4 A/D转换器接口电路设计-查询方式一、12位A/D转换器接口设计1、要求 进行12位转换，转换结果分两次输出，以左对齐方式存放在首址为400H的内存区。共采集64个数据。ADC与CPU之间采用查询方式交换数据，采用AD574A作为A/D转换器。2、分析 AD574A是具有三态输出锁存器的A
31、/D转换器，它可以作12位转换，也可作8位转换。3、设计 第39页，此课件共64页哦扩展槽D0D7PCAENAO9IOWIORDB411DB03STSAD574ACS-A0R/CCE12/8VccVee10VIN20VINREFINREFOUTBIPOFFDGAGD774LS125 译码A0&Y1Y0Y2+15V-15V图10.10 AD574与CPU连接原理图（1）硬件连接第40页，此课件共64页哦 AD574内部有三态输出锁存器，故数据输出线可直接与系统数据线相连，将AD574A的12条输出数据线的高8位接到系统总线的D0D7，而把低4位接到数据总线的高4位，低4位补0，以实现左对齐。转换
32、结束状态信号STS，通过三态门74LS125接到数据线D7上。要求分两次传送，故将12/8接数字地。CE接VCC,允许工作。第41页，此课件共64页哦例如：转换启动端口设置为例如：转换启动端口设置为312H，其中包含，其中包含A0=0，以实现，以实现12位转换。读数据端口设置了两个，一个是位转换。读数据端口设置了两个，一个是12H，包含，包含A0=0，读高字节；一个是，读高字节；一个是311H，包含，包含A0=1，读低字节。，读低字节。图中图中I/O端口地址译码有三个端口地址：端口地址译码有三个端口地址：Y0=310，为状态口；，为状态口；Y1=311H，为数据口（低，为数据口（低4位）；位）
33、；Y2=312上，为转换启动控制口上，为转换启动控制口/数据口（高数据口（高8位）。位）。第42页，此课件共64页哦（2 2）软件编程）软件编程 根据题目的要求和信号的时序关系，其数据采集的程序段如下：根据题目的要求和信号的时序关系，其数据采集的程序段如下：MOV MOV CXCX，40H 40H ；采集次数；采集次数 MOV SIMOV SI，400H 400H ；存放数据内存首址；存放数据内存首址STARTSTART：MOV DXMOV DX，312H 312H ；1212位转换（位转换（A A0 0=0=0）MOV ALMOV AL，0H 0H ；写入的数据可以取任意值；写入的数据可以取
34、任意值 OUT DXOUT DX，AL AL ；转换启动（；转换启动（CSCS，及，及R/CR/C均置均置0 0，CECE置置1 1）MOV DXMOV DX，310H 310H ；读状态，；读状态，Y0=0Y0=0，打开三态门，打开三态门 L L：IN ALIN AL，DX DX AND AL AND AL，80H 80H ；检查；检查D D7 7=STS=0=STS=0？JNZ L JNZ L ；不为；不为0 0，转换已结束，则等待，转换已结束，则等待 MOV DXMOV DX，311H 311H ；为；为0 0，转换已结束，先读低，转换已结束，先读低4 4位位 （A A0 0=1=1）第
35、43页，此课件共64页哦 IN AL，DX AND AL，0F0H ；屏蔽低4位 MOV SI ，AL ；送内存 INC SI ；内存地址加1 MOV DX，312H ；再读高8位（A0=0）IN AL，DX MOV SI，AL ；送内存 INC SI ；内存地址+1 DEC CX ；采集次数减1 JNZ START ；未完，继续 MOV AX，4C00H ；已完，程序退出 INT 21H 第44页，此课件共64页哦 10.5 A/D转换器接口电路设计-中断方式一、单板机系统的中断方式数据采集系统设计1、要求2、电路分析与设计 1、硬件 ADC0804,DAC0832,8259中断控制器;（P
36、276,图10.15）2、程序设计(P277)第45页，此课件共64页哦D0D7D8D11D0-D7D0-D3D0D3D4D11D0-D7D7-D4第46页，此课件共64页哦 10.6 A/D转换器接口电路设计-DMA 方式一、采用DMA方式的A/D转换器接口电路分析与设计1、要求 要求8位A/D转换器，共采集4K个字节数据，采集的数据用DMA方式，送到从30400H开始的内存保存，以待处理，内存地址以+1方式修改。使用DMAC8237A-5的通道1，单一传送方式。2、电路分析与设计 根据上述要求，采用如图10.22所示的电路可以实现DMA方式的数据采集任务。第47页，此课件共64页哦CDU1
37、QRA/DEOCSTARTINS/HAQPRRU2&1RDD07DACK1RESET1IORDIRABLS245GD07LS32LS08DREQ1Vcc至CMAC图10.22 DMA方式的A/D接口原理图第48页，此课件共64页哦二、初始化编程1、分析 在PC机系列微机中，由于BIOS已对8237A-5进行了初始化，故用户程序并不需要对所有16个寄存器逐一编程，根据题意只涉及以下几个操作及对应的寄存器。选定传送通道及工作方式，使用工作方式及对应的寄存器。设置DMA屏蔽字，使用屏蔽寄存器，端口=0BH。第49页，此课件共64页哦设定传输的总字节数，使用字节数寄存器，端口=03H（通道1）。设定传
38、送的存储器地址，使用地址寄存器，端口=02H（通道1）。写清除先/后触发器，使用地址寄存器，端口=0CH。2、编程第50页，此课件共64页哦10.7 超高速数据采集系统一、超高速视频闪烁A/D转换器 近年来VISI技术的突破性成就使得采用全并行直接转换方式的闪烁型ADC能达到较高分辨率，一般为410位，其采样速率高达1800MSA/s。如模拟器件公司生产的AD9048，采样速率可达35MSA/s，分辨率为8位。1、AD9048闪烁A/D转换器原理 一种典型的闪烁A/D转换器的原理框图如图10.23所示。第51页，此课件共64页哦+VREF 模拟量 输入+-+-+-+-+-解码逻辑输出寄存器2N
39、-1R比较器RRRR-VREF采样时钟NN 图10.23 N位闪烁ADC内部框图第52页，此课件共64页哦 在闪烁ADC中，模拟输入信号被同时加在2N-1个可锁存的比较器上，这里N为ADC的分辨率位数。AD9048内部主要由3个功能块构成：比较器阵列、解码逻辑和输出锁存器。在比较器阵列内，模拟输入信号将与255个参电压进行比较，当模拟输入信号电压比参考电压高，比较器的输出为高（1），反之输出为低（0）。输入到解码逻辑中并被换成二进制码，第53页，此课件共64页哦二、一个30MHz采样频率的数据采集系统的设计1、在板存储器方式 虽然8237A-5DMAC能够为存储器和I/O之间提供高达1.5MB
40、/s的数据传输率，但对采用AD9048可达35MSA/s的数据采集系统还是不能满足实时传送的要求。为此，一般采用在板存储器（on-board RAM）方式传送数据。第54页，此课件共64页哦地址计数器高速缓存器 D0D7（至PC内存）闪烁ADC控制电路A(模拟量输入）CLK(转换时钟）图10.25 在板存储器的结构框图第55页，此课件共64页哦2.硬件设计 图10.26为一个30MHz超高速数据采集系统的接口电路原理图，其中包括了闪烁A/D转换器AD9048，高速RAM，地址计数器和相应的控制逻辑。（1）数据采集和在板存储操作（2）数据读取操作3.软件编程 设在板RAM的容量为8KB，要求将采
41、集的数据存入内存从32000H开始的连续空间内，其程序段如下：；写端口定义 RESET-ADDRESS EQU？；地址计数器清零端口 START EQU？；启动转换端口第56页，此课件共64页哦ADCVINAD9048D18CONVERTA高速缓冲器RAMWECEA74LS244（2）YIG 2GA74LS244（2）YIG 2G至PCD0D7OSC 174LS32&A019 CP 地址计数器 TC PERD-DATA1RESET-ADDRESSDQPDRDENABLE74LS7474LS74STARTD0START第57页，此课件共64页哦；读端口定义STATE EQU？；状态端口RD-DA
42、TA EQU？；读数据端口SAMPLE SIZE EQU IFFFH ；采样次数为8KDATA CONVERION PROCMOV DX，RESET-ADDRESS ；对RESET-ADDRESS端口 作一 次写作操 OUT DX，AL ；使地址计数器清零MOV DX，STATE ；对START端口进行一次写作，启动AD转换OUT DX，AL MOV DX，STATE ；读状态口检测转换是否完毕 第58页，此课件共64页哦RE-TEST：IN AL，DXAND AL，01 ；D0=1？JZ RE-TEST ；未转换完毕，继续转换 MOV ES，3000H ；内存区首址的段地址MOV DI，20
43、00H ；偏移地址CLD ；清DF（内存地址自动加1）MVO CX，SAMPLE SIZE ；采样次数MVO DX，RD-DATA ；读数据端口READING：IN AL，DX ；读数据LOOP READING ；未读完，继续RET ；已读完，返回DATA COVERSION ENDP第59页，此课件共64页哦10.8 PC系统的A/D、D/A通道一、模拟通道的电路组成1、多通道模拟开关 为了从多个模拟量中选取其中一个进行输入，通常采用拟多路开关来实现信号的分时切换。为了提高系统的精度和速度，对它的要求主要有3点：当初换开关接通时，希望它的导通静态电阻无穷小；当切换开关断开时，希望它的开路静态
44、电阻无穷大，即开关的地漏电流越小越好（0.51an）；第60页，此课件共64页哦切换速度越快越好（延迟时间一般为100ns0.8us），用户可根据需要进行选择。如AD公司的AD7501（81），AD7506（161）。2、采样/保持器 从原理上讲，一个开关和一个电容器就可构成采样/保持电路，如图10.27所示。第61页，此课件共64页哦 常用的采样/保持器，如廉价的LF398，通用型AD582、AD583，高速型THS-0060以及超高速型THS-0010等。二、模拟通道的结构形式1、A/D通道的结构形成（1）单通道控制端A1+VIN+ASA2+VOUTCH第62页，此课件共64页哦 不带采样/保持器的单通道。用于直流或低频模拟信号的 A/D转换。带采样/保持器的单通道。用于高速模拟信号的A/D转换。（2）多通道每个通道都带有采样/保持器和A/D转换器的并行多通道。S/HS/DI/OCPUS/HS/DI/OS/HA/DI/OA1A2An图10.28 并行多通道A/D第63页，此课件共64页哦A1A2AnS/HS/HS/H多路开关MUXA/DI/OCPU图10.29 共享A/D的多通道各通道带采样/保持器，但共享A/D的多通道。第64页，此课件共64页哦