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1、第2章 模拟量输入 输出通道接口技术本讲稿第一页，共三十四页第第2章章 模拟量模拟量I/O通道接口技术通道接口技术 接口：接口：计计算算机机与与外外设设之之间间相相连连接接的的部部件件。可可以以是是电电路路板板、元元器器件件等等。如如显显卡卡、网网卡卡、并行接口、串行接口、并行接口、串行接口、A/DA/D转换器、转换器、D/AD/A转换器、转换器、MODEMMODEM等。等。接口的功能：接口的功能：寻寻址址功功能能、输输入入/输输出出功功能能、信信号号转转换换功功能能（串串转转并并、并并转转串串、A/D、D/A等等）、数据缓冲功能等。）、数据缓冲功能等。模拟量输入模拟量输入/输出通道接口，是微
2、机控制系统中重要的硬件部分。输出通道接口，是微机控制系统中重要的硬件部分。本章主要内容本章主要内容21 多路开关及采样保持器多路开关及采样保持器22 模拟量输出通道接口技术模拟量输出通道接口技术23 模拟量输入通道接口技术模拟量输入通道接口技术本讲稿第二页，共三十四页2.1 多路开关及采样多路开关及采样/保持器（保持器（1）本节内容：采样定理、多路开关、采样本节内容：采样定理、多路开关、采样/保持器保持器2.1.1 采样定理采样定理 采样定理即香浓（采样定理即香浓（Shannon）定理：）定理：对于有限带宽信号对于有限带宽信号x(t)x(t)，即，即|f f|f f max，x(t)x(t)=
3、0，而，而x*(t)x*(t)是是x(t)x(t)的理想采样信号，的理想采样信号，若采样频率若采样频率 f f s 2f f max，则由，则由x*(t)x*(t)可以可以完全地恢复完全地恢复x(t)x(t)。一般一般f f s 至少取至少取4f f max，实际中取，实际中取10倍倍是很平常的。是很平常的。采样频率采样频率 f f s（或周期（或周期T）理论计算）理论计算困难，常用经验值。困难，常用经验值。本讲稿第三页，共三十四页 2.1 多路开关及采样多路开关及采样/保持器（保持器（2）2.1.2 多路开关多路开关 多路开关的作用是分时地选择多路模拟量中之一路进行传多路开关的作用是分时地选
4、择多路模拟量中之一路进行传输。输。可以是输入，多到一进行可以是输入，多到一进行A/D转换；也可以是输出，一到多将转换；也可以是输出，一到多将D/A转换结果输出。前者叫多路开关，后者叫多路分配器。转换结果输出。前者叫多路开关，后者叫多路分配器。现在的现在的多路开关均为集成电路多路开关均为集成电路，有跟多中型号可供选择，见，有跟多中型号可供选择，见表表2-1。多路开关的。多路开关的一个重要参数是接通电阻一个重要参数是接通电阻，不会是，不会是0。本讲稿第四页，共三十四页 2.1 多路开关及采样多路开关及采样/保持器（保持器（3）2.1.3 采样采样/保持器保持器 A/D转换器将模拟量转换成数字量需要
5、一定的时间，而模拟量是随转换器将模拟量转换成数字量需要一定的时间，而模拟量是随时间变化的，有可能在转换过程中模拟信号发生变化，因此会产生错时间变化的，有可能在转换过程中模拟信号发生变化，因此会产生错误的转换结果。误的转换结果。采样采样/保持器（保持器（Sample/Hold）就是对模拟信号进行瞬间（微秒或更短）就是对模拟信号进行瞬间（微秒或更短）采样，然后保持其电压值，供采样，然后保持其电压值，供A/D转换器进行转换。转换器进行转换。本讲稿第五页，共三十四页 2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（1）本节内容：本节内容：D/A转换原理转换原理、8位和位和12位位D/A转换转换
6、器及接口器及接口2.2.1 D/A转换原理转换原理 D/A转换器的转换器的主要参数之一是分别率主要参数之一是分别率，即转换器的位数，有，即转换器的位数，有8位的、位的、10位的、位的、12位的等。位的等。转换原理：转换原理：将数字量先将数字量先转换成模拟电转换成模拟电流（借助网络流（借助网络电阻），然后电阻），然后用运放器转换用运放器转换成模拟电压。成模拟电压。本讲稿第六页，共三十四页 2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（2）2.2.2 8位位D/A转换器及其接口技术转换器及其接口技术 主要介绍主要介绍DAC0832 一、普通型一、普通型D/A转换器转换器DAC0832 1
7、、主要特点、主要特点 8位、稳定时间为位、稳定时间为1s、数据输入可双缓冲单缓冲或直通、低功耗约、数据输入可双缓冲单缓冲或直通、低功耗约200mW、电平与、电平与TTL兼容、单电源供电（兼容、单电源供电（+5+15V）。）。本讲稿第七页，共三十四页 2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（3）2、结构与原理、结构与原理 由由4部分构成：部分构成：输入控制、输入锁存、转换寄存、输入控制、输入锁存、转换寄存、D/A转换器转换器本讲稿第八页，共三十四页 2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（4）3、引脚信号、引脚信号D D7 7D D0 0：数字量输入数字量输入I
8、ILELE ：输入锁存允许（高）：输入锁存允许（高）WR1WR1：输入锁存器写选通（低）：输入锁存器写选通（低）WR2WR2：DACDAC寄存器写选通（低）寄存器写选通（低）XFERXFER：数据传送控制（低）：数据传送控制（低）I IOUT1OUT1：DACDAC电电流流输输出出1 1，当当输输入入数数字字量量为为全全1 1时，时，I IOUT1OUT1为最大值。为最大值。I IOUT2OUT2：DACDAC电电流流输输出出2 2，当当输输入入数数字字量量为为全全1 1时，时，I IOUT2OUT2为最小值，为最小值，I IOUT1OUT1+I IOUT2OUT2=常数，常数，I IOUT2
9、OUT2常接地。常接地。R Rfbfb：反馈信号输入端：反馈信号输入端V VREFREF：参考电压输入端：参考电压输入端AGNDAGND：模拟地：模拟地 DGND DGND：数字地：数字地CSCS：片选信号：片选信号本讲稿第九页，共三十四页二、微型计算机信号二、微型计算机信号 1、MCS-51单片机引脚信号单片机引脚信号本讲稿第十页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（6）2、MCS-51单片机的内部资源单片机的内部资源本讲稿第十一页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（7）3、8086处理器引脚信号处理器引脚信号1）地址总线）地址总
10、线 20位位 AD0AD15、A16A19 它们均分时地输出地址它们均分时地输出地址 2）数据总线）数据总线 16位位 AD0AD15，分时传输数据分时传输数据3）控制总线）控制总线 RD、WR（读写），（读写），ALE（地址（地址锁存），锁存），DEN（数据允许），（数据允许），DT/R（方向控制），（方向控制），INTR、INTA（中断（中断请求与应答），请求与应答），HOLD、HLDA（总线请求与应答）等（总线请求与应答）等本讲稿第十二页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（8）三、三、8位位D/A转换器与微型机的接口转换器与微型机的接口 注意：注意：1）数
11、字量输入、）数字量输入、2）模拟量输出、）模拟量输出、3）控制信号连接）控制信号连接 1、DAC0832与微型机的接口与微型机的接口 为单缓冲方式，输入锁存器锁存、转换器寄存器直通。为单缓冲方式，输入锁存器锁存、转换器寄存器直通。本讲稿第十三页，共三十四页地址译码器地址译码器74LS13874LS138输输 入入 端端输输 出出 端端允允 许许选选 择择G1G2CBAY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7HHHHHHHHHLHHHHHHHHHLLLLLHHHHHHHHLLLHHLHHHHHHHLLHLHHLHHHHHHLLHHHHHLHHHHHLHLLHHHHLHHHHLHLHHHHHHLHHHLH
12、HLHHHHHHLHHLHHHHHHHHHHL 74LS138功能表功能表1 1 62 1 53 1 44 1 35 126 117 108 974LS138地址译码器地址译码器ABCG2AG2BG1Y7GNDVCCY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6本讲稿第十四页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（10）2、应用编程、应用编程 试对试对DAC0832进行编程，使其输出锯齿波。设进行编程，使其输出锯齿波。设0832的片选地址为的片选地址为PORTDA。主程序段：主程序段：MOVDX，PORTDAMOVAL，0LP：OUTDX，ALCALLDELAYINCALJMPLP延
13、时子程序：延时子程序：DELAY：MOVCX，DATADELP：NOPLOOPDELPRET本讲稿第十五页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（11）四、其它的四、其它的8位位D/A转换器转换器1、电压输出型、电压输出型D/A转换器转换器AD558本讲稿第十六页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（12）2、多通道、多通道D/A转换器转换器AD7226本讲稿第十七页，共三十四页2.2 模拟量输出通道接口技术（模拟量输出通道接口技术（13）2.2.3 高于高于8位的位的D/A转换器转换器 有有10位的、位的、12位的、位的、14位的、以
14、及更多位数的位的、以及更多位数的D/A转换器。转换器。使使用用上上与与8位位转转换换器器不不同同的的是是与与微微机机接接口口时时，数数据据要要分分两两次次或或三三次次输输入。入。本讲稿第十八页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（1）本节主要讲本节主要讲8位位A/D转换器转换器ADC08092.3.1 A/D转换原理转换原理 其方法有：其方法有：计数法、逐次逼近法、双积分法、计数法、逐次逼近法、双积分法、V/F转换法等。（略）转换法等。（略）A/D转换器的转换器的主要参数有分别率、转换速度等。主要参数有分别率、转换速度等。分别率分别率 即转换器的位数，有即转换器的
15、位数，有8位的、位的、10位的、位的、12位的等。位的等。转换速度转换速度 即转换的快慢，有高速的（即转换的快慢，有高速的（s量级）、中速的（百量级）、中速的（百s量级）、低量级）、低速的（数十速的（数十ms量级）等。量级）等。转换精度转换精度 即转换的精确程度、误差的大小，用最低有效位的几分之一表示。即转换的精确程度、误差的大小，用最低有效位的几分之一表示。如如1/2LSB本讲稿第十九页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（2）2.3.2 8位位A/D转换器转换器ADC0808/0809 DAC0808和和DAC0809相同，区别仅在于精度相同，区别仅在于精度不
16、同，前者为不同，前者为1/2LSB，后者为后者为1LSB。1、电路组成、电路组成 由多路模拟开关、由多路模拟开关、A/D转换器、三态输出锁存器，转换器、三态输出锁存器，三部分组成。三部分组成。ADC0809内部逻辑结构内部逻辑结构本讲稿第二十页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（3）本讲稿第二十一页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（4）2、引脚信号、引脚信号 IN0IN7：8个模拟量输入端个模拟量输入端 START：转换启动信号输入端：转换启动信号输入端 EOD：转换结束信号输出端：转换结束信号输出端 OE：转换结果输出允许输入
17、端：转换结果输出允许输入端 ADDA、ADDB、ADDC：通道号选择输入端通道号选择输入端 ALE：地址锁存信号输入端：地址锁存信号输入端 CLK：时钟输入端：时钟输入端 D0D7：数字信号输出端：数字信号输出端 VREF(+)、VREF(-)：参考电压输入：参考电压输入D7D6D5D4D0D2D1D3本讲稿第二十二页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（5）3、转换原理、转换原理 启启动动脉脉冲冲START和和地地址址锁锁存存脉脉冲冲的的上上升升沿沿将将地地址址锁锁存存，把把选选中中通通道道的的模模拟拟量量送送到到A/D转转换换器器；在在START信信号号的的下
18、下降降沿沿启启动动A/D转转换换，转转换换器器进进行行逐逐次次逼逼近近转转换换，在在转转换换过过程程中中EOC为为低低；转转换换结结束束后后EOC信信号号由由低低变变高高，可可以以读读取取转换结果转换结果。4、主要技术指标、主要技术指标 单一单一5V供电供电 模拟量范围：模拟量范围：05V 分别率：分别率：8位位 精度：精度：ADC0808为为1/2LSB，ADC0809为为1LSB 功耗：为功耗：为15mW 时钟范围：时钟范围：101280kHz 转换时间：时钟转换时间：时钟500kHz时为时为128s本讲稿第二十三页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（6）5
19、、DAC0809与微型机的接口技术与微型机的接口技术注意以下信号的连接：注意以下信号的连接：1 1）模拟量的输入）模拟量的输入 极性、电平极性、电平 2 2）数字量的输出）数字量的输出 位数、是否有锁存位数、是否有锁存 3 3）A/DA/D转换的启动转换的启动 电平或脉冲启动电平或脉冲启动 4 4）转换结束信号）转换结束信号转换中为低，结束为高转换中为低，结束为高作中断或查询读取结果作中断或查询读取结果 5 5）参考电源）参考电源 V VREFREF 单、双极性电源单、双极性电源 6 6）接地）接地 7 7）时钟）时钟本讲稿第二十四页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接
20、口技术（6）5、DAC0809与微型机的接口技术与微型机的接口技术 （1 1）微机以查询方式与）微机以查询方式与ADC0809ADC0809连接连接 注意以下信号的连接：注意以下信号的连接：1 1）模拟量的输入）模拟量的输入 极性、电平极性、电平 2 2）数字量的输出）数字量的输出 位数、是否有锁存位数、是否有锁存 3 3）A/DA/D转换的启动转换的启动 电平或脉冲启动电平或脉冲启动 4 4）转换结束信号）转换结束信号转换中为低，结束为高转换中为低，结束为高作中断或查询读取结果作中断或查询读取结果 5 5）参考电源）参考电源 V VREFREF 单、双极性电源单、双极性电源 6 6）接地）接
21、地 7 7）时钟）时钟图图2-37 ADC0809工作于查询方式工作于查询方式本讲稿第二十五页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（7）（2）软件编程）软件编程 设设8个模拟通道的端口地址为个模拟通道的端口地址为220H227H（亦为数据输出的地址）（亦为数据输出的地址），转换状态的端口地址为，转换状态的端口地址为238H23FH。80X86汇编程序如下。汇编程序如下。DATASEGMENT；定义数据段；定义数据段COUNTEREQU8BUFDBCOUNTER DUP（0）；数据缓冲区；数据缓冲区DATAENDS；数据段结束；数据段结束*CODESEGMENT；定
22、义代码段；定义代码段MAINPROCFAR；主程序；主程序 ASSUME：CS：CODE，DS：DATASTART：MOV AX，DATA；设置数据段；设置数据段MOVDS，AXMOVBX，OFFSETBUF；数据存放首地址；数据存放首地址MOVCX，COUNTER；检测数据个数送；检测数据个数送CXMOVDX，220H；准备检测通道的地址；准备检测通道的地址本讲稿第二十六页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（8）START1:OUTDX，AL；启动；启动A/D转换转换PUSHDXMOVDX，238H；准备查询地址；准备查询地址START2：INAL，DX；读入
23、状态信息；读入状态信息TESTAL，80H；检查转换是否结束；检查转换是否结束JZSTART2；为；为0则未结束，继续查询则未结束，继续查询POPDX；弹出数据地址；弹出数据地址INAL，DX；读取转换结果；读取转换结果MOVBX，AL；存入缓冲区；存入缓冲区INCBX，INCDXLOOPSTART1；转向下一模拟通道检测；转向下一模拟通道检测。本讲稿第二十七页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（9）。；数据处理；数据处理MOVAX，4C00H；返回；返回DOSINT21HMAINENDPCODEENDSENDSTART本讲稿第二十八页，共三十四页2.3 模拟量
24、输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（10）2.3.3 其它的其它的A/D转换器转换器 1、其它的、其它的8位位A/D转换器转换器 1）普通型）普通型A/D转换器转换器AD7574 主要特点：主要特点：单单5V供电、功耗低供电、功耗低（30mW）、速度高）、速度高（15 s）、有三态）、有三态输出锁存器等。输出锁存器等。BUSY：状态信状态信号，号，0示正在转换；示正在转换；1示转换结束。示转换结束。BOFS：二进制偏：二进制偏移，接地输出的为二移，接地输出的为二进制数；接高，且输进制数；接高，且输入为双极性，则输出入为双极性，则输出为二进制偏移码。为二进制偏移码。本讲稿第二十九页，共三十
25、四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（11）2）带仪器放大器的）带仪器放大器的A/D转换器转换器AD670 主要特点：主要特点：内部有精密放大内部有精密放大器，可以直接输入传器，可以直接输入传感器送来的小信号，感器送来的小信号，在内部放大成在内部放大成05V的标准信号；其它方的标准信号；其它方面基本与面基本与AD7574相同。相同。START：1示正在示正在转换；转换；0示转换结束。示转换结束。BPO/UPO：极性选：极性选择，单极性应接地。择，单极性应接地。FORMAT：本讲稿第三十页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（12）2、高于、高
26、于8位位A/D的转换器的转换器 12位位A/D转换器转换器AD574 AD574是美国模拟器件公司（是美国模拟器件公司（Analog Devices）生产的）生产的12位逐次逼近位逐次逼近型快速型快速A/D转换器。主要特点：转换器。主要特点：12位、转换速度位位、转换速度位35 s、转换误差为、转换误差为0.05%、内部有三态输出缓冲器、与、内部有三态输出缓冲器、与COMS及及TTL电平兼容等。电平兼容等。本讲稿第三十一页，共三十四页2.3 模拟量输入通道接口技术（模拟量输入通道接口技术（13）本讲稿第三十二页，共三十四页作作 业业2.1 什么叫接口？接口的作用是什么？什么叫接口？接口的作用是
27、什么？2.6 采样采样/保持器有什么用处？保持器有什么用处？2.8 香农定理的基本内容是什么？香农定理的基本内容是什么？2.9 A/D和和D/A转换器在微机控制系统中有转换器在微机控制系统中有什么作用？什么作用？2.17 试用图试用图2-20的电路设计出产生三角波的电路设计出产生三角波和反向锯齿波的程序。设和反向锯齿波的程序。设DAC0832的端的端口地址为口地址为280H。本讲稿第三十三页，共三十四页作作 业业2.21 设某设某12位位A/D转换器的输入电压为转换器的输入电压为0-+5V，求出当输入模拟量为下列值时输出，求出当输入模拟量为下列值时输出的数字量：的数字量：（1）1.25V；（2）2V；（3）2.5V（4）3.75V；（5）4V；（6）5V 提示：提示：N=（212-1）U/UM UM=5；212=4096本讲稿第三十四页，共三十四页