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1、第第6章章 模拟量输入输出模拟量输入输出本讲稿第一页，共三十五页 n模拟量模拟量I/O接口的作用：接口的作用：n实际工业生产环境连续变化的模拟量 n例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 n计算机内部离散的数字量n二进制数、十进制数n工业生产过程的闭环控制 概述概述 模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机本讲稿第二页，共三十五页 6.1 模拟量模拟量I/O通道的组成通道的组成模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110
2、110101100工工业业生生产产过过程程传感传感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道本讲稿第三页，共三十五页6.2 数数/模（模（D/A）变换器）变换器n6.2.1 D/A变换器的基本原理及技术指标变换器的基本原理及技术指标nD/A变换器的基本工作原理n组成：模拟开关、电阻网络、运算放大器 n两种电阻网络：权电阻网络、R-2R T型电阻网络n基本结构如图：VrefRf
3、 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量本讲稿第四页，共三十五页2 R4 R8 R16 R32 R64 R128 R256 RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S81 权电阻网络型权电阻网络型D/A转换器工作原理转换器工作原理n图中的电阻网络就称为图中的电阻网络就称为权电阻网络权电阻网络D7D0本讲稿第五页，共三十五页 如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关Si控制，控制，Si=1表示表示Si合上，合上，Si=0表示表示Si断开，则上式变换为断开，则上式变换为 若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献本讲稿第六页，共三十五
4、页 对于对于8位的位的D/A转换器转换器 本讲稿第七页，共三十五页2 T型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器O DN-1D0本讲稿第八页，共三十五页6.2.3 典型典型D/A转换器转换器一、一、8位位D/A转换器转换器DAC0832n特性：n8位电流输出型D/A转换器nT型电阻网络n差动输出本讲稿第九页，共三十五页（一）（一）DAC0832内部结构内部结构本讲稿第十页，共三十五页引脚功能引脚功能nD7D0：输入数据线nILE：输入锁存允许nCS：片选信号 用于把数据写入到输入锁存器用于把数据写入到输入锁存器nWR1：写输入锁存器 nWR2：写DAC寄存器nXFER：允许输入锁存器的数据传送到
5、DAC寄存器 上述二个信号用于启动转换上述二个信号用于启动转换nVREF：参考电压，-10V+10V，一般为+5V或+10VnIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出，接运放的输入nRfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出nAGND、DGND：模拟地和数字地 本讲稿第十一页，共三十五页nD/A转换可分为两个阶段：转换可分为两个阶段：nCS=0、WR1=0、ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器；nWR2=0、XFER=0，数据传送到DAC寄存器，并开始转换。本讲稿第十二页，共三十五页（二）（二）DAC0832与系统的连接与系统的连接1.双缓冲方式（标准方式）双缓冲方式（标准方式）转换要有两个
6、步骤：将数据写入输入寄存器CS=0、WR1=0、ILE=1 将输入寄存器的内容写入DAC寄存器WR2=0、XFER=0 优点：可实现多个DAC同步转换输出分时写入、同步转换本讲稿第十三页，共三十五页2.单缓冲方式单缓冲方式 使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通。CPU只需一次写入即开始转换。控制比较简单。本讲稿第十四页，共三十五页3.直通方式直通方式使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。DAC0832数据线不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。本讲稿第十五页，共三十五页（三）（三）DAC0832的输出电路的输出电路1.单极性输出电路
7、单极性输出电路本讲稿第十六页，共三十五页2.双极性输出电路双极性输出电路本讲稿第十七页，共三十五页（四）（四）双缓冲方式双缓冲方式同步转换举例同步转换举例A10-A0译码器译码器0832-10832-2port1port2port3本讲稿第十八页，共三十五页双缓冲方式的程序段示例双缓冲方式的程序段示例本例中三个端口地址的用途：port1 选择0832-1的输入寄存器 port2 选择0832-2的输入寄存器 port3 选择0832-1和0832-2的DAC寄存器MOV AL，X ;要转换的数据送ALMOV DX，port1 ;0832-1的输入寄存器地址送DXOUT DX，AL ;数据送08
8、32-1的输入寄存器MOV AL，Y ;要转换的数据送ALMOV DX，port2 ;0832-2输入寄存器地址送DXOUT DX，AL ;数据送0832-2的输入寄存器MOV DX，port3 ;DAC寄存器端口地址送DXOUT DX，AL ;数据送DAC寄存器，并启动同步转换HLT本讲稿第十九页，共三十五页D/A转换器的应用转换器的应用n函数发生器函数发生器n只要往D/A转换器写入按规律变化的数据，即可在输出端获得正弦波、三角波、锯齿波、方波、阶梯波、梯形波等函数波形。n直流电机的转速控制直流电机的转速控制n用不同的数值产生不同的电压，控制电机的转速n其他需要用电压/电流来进行控制的场合
9、本讲稿第二十页，共三十五页二、二、12位位D/A转换器转换器 DAC1208 DAC1208系列系列D/A转换器有转换器有DAC1208、DAC1209、DAC1210三三种芯片类型，是与微处理器完全兼容的种芯片类型，是与微处理器完全兼容的12位位D/A转换器。其功耗转换器。其功耗低，输出电流稳定时间为低，输出电流稳定时间为1s，参考电压范围为，参考电压范围为-10V+10V，单工，单工作电源范围为作电源范围为+5V+15V，转换精度较高，价格低廉，接口简单，目，转换精度较高，价格低廉，接口简单，目前应用较为广泛。前应用较为广泛。本讲稿第二十一页，共三十五页本讲稿第二十二页，共三十五页 由于由
10、于DAC1208是是12位数据总线，对于位数据总线，对于8088CPU8位数据总线，位数据总线，需分两次从需分两次从CPU送出。送出。所以，所以，DAC1208与与8088CPU总线联接，只可连接成双缓冲器总线联接，只可连接成双缓冲器方式。方式。数据的操作必须分为数据的操作必须分为3步进行，首先将高步进行，首先将高8位数据写入位数据写入8位输入位输入锁存器，然后将低锁存器，然后将低4位数据写入位数据写入4位输入锁存器，最后将位输入锁存器，最后将12位数据位数据从输入锁存器中写入从输入锁存器中写入12位位DAC寄存器，将寄存器，将12位转换数据送往位转换数据送往DAC1208接口电路进行接口电路
11、进行D/A转换。转换。本讲稿第二十三页，共三十五页本讲稿第二十四页，共三十五页DAC1208与与CPU的接口地址为：的接口地址为：0202H,0203H,0204HA9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A01 0 0 -0 0 1 0 8位寄存器位寄存器 1 0 0 -0 0 1 1 4位寄存器位寄存器1 0 0 -0 1 0 0 12位寄存器位寄存器本讲稿第二十五页，共三十五页 编程将编程将BX寄存器中低寄存器中低12位数据送位数据送DAC1208转换成模拟量。转换成模拟量。MOV DX,0202H MOV CL,4 SHL BX,CL MOV AL,BH OUT DX,AL
12、 MOV DX,0203H MOV AL,BL OUT DX,AL MOV DX,0204H OUT DX,AL HLT 本讲稿第二十六页，共三十五页6.3 模模/数（数（A/D）转换器）转换器n用途用途n将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。n常用于数据采集系统或数字化声音。本讲稿第二十七页，共三十五页A/D转换器的分类转换器的分类n根据根据A/D转换原理和特点的不同，可把转换原理和特点的不同，可把ADC分成两大类：分成两大类：直接直接ADC和和间接间接ADC。n直接ADC是将模拟电压直接转换成数字量，常用的有：n逐次逼近式ADC、计数式ADC、并行转换式ADC等。n 间
13、接ADC是将模拟电压先转换成中间量，如脉冲周期T、脉冲频率f、脉冲宽度等，再将中间量变成数字量。常见的有：n单积分式ADC、双积分式ADC，V/F转换式ADC等。本讲稿第二十八页，共三十五页典型的典型的A/D转换器简介转换器简介nADC0809n8通道（8路）输入n8位字长 n逐位逼近型n转换时间100s n内置三态输出缓冲器（可直接接到数据总线上）本讲稿第二十九页，共三十五页引脚功能引脚功能 D7D0：输出数据线（三态）：输出数据线（三态）IN0IN7：8通道（路）模拟输入通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址（通道选择）：通道地址（通道选择）ALE：通道地址锁存：通道地址
14、锁存START：启动转换：启动转换EOC：转换结束，可用于查询或作为中断申请：转换结束，可用于查询或作为中断申请OE：输出允许（打开输出三态门）：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（：时钟输入（10KHz1.2MHz）VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压：基准参考电压本讲稿第三十页，共三十五页ADC0809内部结构内部结构START EOC CLK OED7D0VREF(+)VREF(-)ADDCADDBADDAALEIN0IN7比较器比较器8路模路模拟开关拟开关树状开关树状开关电阻网络电阻网络三态三态输出输出锁存锁存器器时序与控制时序与控制地址锁地址锁存及存及译码译码D/A8
15、个个模模拟拟输输入入通通道道8选选1逐位逼近寄存器逐位逼近寄存器SAR本讲稿第三十一页，共三十五页工作时序工作时序 本讲稿第三十二页，共三十五页ADC0809的工作过程的工作过程n根据时序图，根据时序图，ADC0809的工作过程如下：的工作过程如下：把通道地址送到ADDAADDC上，选择一个模拟输入端；在通道地址信号有效期间，ALE上的上升沿使该地址锁存到内部地址锁存器；START引脚上的下降沿启动A/D变换；变换开始后，EOC引脚呈现低电平，EOC重新变为高电平时表示转换结束；OE信号打开输出锁存器的三态门送出结果。本讲稿第三十三页，共三十五页D0IN0A15-A0IORIOWD7-D0D7
16、-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA译译码码器器ADC0809n一个连接实例（用查询方式）一个连接实例（用查询方式）模拟信号输入模拟信号输入本讲稿第三十四页，共三十五页进行一次进行一次A/D转换的程序转换的程序(以上图为例以上图为例)n用查询用查询EOC状态的方法状态的方法 MOVDX,start_portOUTDX,AL ;启动转换启动转换LL:MOVDX,eoc_portINAL,DX ;读入读入EOC状态状态ANDAL,01H ;测试第测试第0位位(EOC状态位状态位)JZLL ;未转换完，则循环检测未转换完，则循环检测MOVDX,oe_portINAL,DX ;读入结果读入结果本讲稿第三十五页，共三十五页