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1、接口技术模拟接口第1页，此课件共85页哦当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机处理、保存等。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）。A/D转换器ADC完成模拟量数字量的转换，D/A转换器DAC完成数字量模拟量的转换。信号及处理信号及处理第2页，此课件共85页哦模拟输入输出系统模拟输入输出系统第3页，此课件共85页哦1)传感器传感器是用于将工业生产现场的某些非电物理量转换为电量(电流、电压)
2、的器件。例如，热电偶能够将温度这个物理量转换成几毫伏或几十毫伏的电压信号，所以可用它作为温度传感器；而压力传感器可以把物理量压力的变化转换为电信号，等等。2)变送器一般来讲，传感器输出的电信号都比较微弱，有些传感器的输出甚至是电阻值、电容值等非电量。为了易于与信号处理环节衔接，就需要将这些微弱电信号及电阻值等非电量转换成一种统一的电信号，变送器就是实现这一功能的器件。它将传感器的输出信号转换成010 mA或420 mA的统一电流信号或者05 V的电压信号3)信号处理环节信号处理环节主要包括信号的放大及干扰信号的去除。它将变送器输出的信号进行放大或处理成与A/D(Analog to Digita
3、l)转换器所要求的输入相适应的电平。另外，传感器通常都安装在现场，环境比较恶劣，其输出常叠加有高频干扰信号。因此，信号处理环节通常是低通滤波电路，如RC滤波器或由运算放大器构成的有源滤波电路等。第4页，此课件共85页哦4)多路转换开关在生产过程中，要监测或控制的模拟量往往不止一个，尤其是数据采集系统中，需要采集的模拟量一般比较多，而且不少模拟量是缓慢变化的信号。对这类模拟信号的采集，可采用多路模拟开关，使多个模拟信号共用一个A/D转换器进行采样和转换，以降低成本。5)采样保持电路在数据采样期间，保持输入信号不变的电路称为采样保持电路。由于输入模拟信号是连续变化的，而A/D转换器完成一次转换需要
4、一定的时间，这段时间称为转换时间。不同的A/D转换芯片，其转换时间不同。对于变化较快的模拟输入信号，如果不在转换期间保持输入信号不变，就可能引起转换误差。A/D转换芯片的转换时间越长，对同样频率模拟信号的转换精度的影响就越大。所以，在A/D转换器前面要增加一级采样保持电路，以保证在转换过程中，输入信号保持在其采样期间的值不变。6)模数转换器A/D这是模拟量输入通道的中心环节，它的作用是将输入的模拟信号转换成计算机能够识别的数字信号，以便计算机进行分析和处理。第5页，此课件共85页哦模拟量的输出通道模拟量的输出通道 计算机的输出信号是数字信号，而有些控制执行元件要求提供模拟的输入电流或电压信号，
5、这就需要将计算机输出的数字量转换为模拟量，这个过程的实现由模拟量的输出通道来完成。输出通道的核心部件是D/A(Digital to Analog)转换器，由于将数字量转换为模拟量同样需要一定的转换时间，也就要求在整个转换过程中待转换的数字量要保持不变。而计算机的运行速度很快，其输出的数据在数据总线上稳定的时间很短，因此，在计算机与D/A转换器之间必须加一级锁存器以保持数字量的稳定。D/A转换器的输出端一般还要加上低通滤波器，以平滑输出波形。另外，为了能够驱动执行器件，还需要设置驱动放大电路将输出的小功率模拟量加以放大，以足够驱动执行元件动作。第6页，此课件共85页哦12.1 12.1 数数/模
6、（模（D/AD/A）转换）转换 D/A转换器完成数字量 模拟量的转换，这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常普遍。一、D/A转换原理 数/模转换器的核心器件是“解码网络”常用的解码网络有权电阻解码网络、T型解码网络、开关树型DAC、双极性输出DAC等第7页，此课件共85页哦求求和和元元件件RRRR2R2R2R2R2R节点节点7节点节点6节点节点5节点节点0S7S6S5S6图图10-1 T型解码网络原理图型解码网络原理图原理：其中Di=0或1(i=0，1，2，n-1)。第8页，此课件共85页哦图中Vref为参考电压，S7、S6SO为8个电子开关，受计算机输出的二进制数据控制其导通/关断。解码网络相
7、邻两节点之间的电阻都为R，但节点7与运算放大器之间，节点0与地之间的电阻为2R，各支路电阻为2R。不论电子开关导通/关断，从任一节点向左、向右看（不包含支路电阻）的等效电阻都是2R。用叠加原理分析输入到运算放大器的总电流：依次假设S7S0中只有一个电子开关接通Vref，其他电子开关接地，可求出总电流为：总电流=D7I2-1+D6I2-2+D0I2-8 =I2-8(D727+D626+D020)=N2-8(Verf/3R)由于Verf和3R均为固定值总电流只与输入的二进制数N有关，所以通过解码网络可得到一个与输入数字量成比例关系的电流。第9页，此课件共85页哦 集成化的D/A转换芯片按输入二进制
8、的位数常见的有8、12、16、20位D/A转换器。二、D/A转换器特性及连接 D/A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D/A转换芯片，在选择D/A转换器芯片时一般考虑如下指标：（1）分辨率：指D/A转换器能分辨的最小电压增量，或1个二进制增量所代表的模拟量大小。分辨率的表示式为：分辨率=Vref/2位数 或 分辨率=（V+ref+V-ref)/2位数 若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。第10页，此课件共85页哦（2 2）转换时间）转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需的时间指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需的时间。一般电流型。一般电流
9、型D/AD/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/AD/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。（3 3）精度：）精度：指指D/AD/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，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位（如的最低有效位作为衡量单位（如1/2LSB1/2LSB）。如）。如D/AD/A分辨率为分辨率为20mV20mV，则，则精度为精度为10mV.10mV.（4 4）线性度：）线性度：当数字量变化时，当数字量变化时，D/AD/A转换器输出的模拟量按比例变化的
10、程度转换器输出的模拟量按比例变化的程度。第11页，此课件共85页哦 DAC（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入输出有不同的要求，一般考虑以下几方面：（1）输入缓冲能力：DAC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DAC芯片可直接与CPU或系统总线相连，否则必须添加锁存器。（2）输入码制：DAC输入有二进制BCD码两种，对于单极性DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏移二进制或补码。第12页，此课件共85页哦（3）输出类型：DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择，也可进行电流电压转换。（4）输出极性
11、：DC有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。三、DAC典型连接 DAC芯片与CPU或系统总路线连接时，可从数据总线宽度是否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来虑，一般有下面几种情况：（1）当DAC位数与数据总线宽度相同，具有数据缓冲能力时，可直接与CPU连接。第13页，此课件共85页哦（2 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没没有数据寄存器时，必须外加锁存器或有数据寄存器时，必须外加锁存器或I/OI/O接接口芯片（如口芯片（如8255A8255A等）才能与等）才能与CPUCPU连接。连接。当当D
12、ACDAC位数大于数据总线宽度，位数大于数据总线宽度，DACDAC无论有无无论有无数据寄存器时，都必须外加锁存器或数据寄存器时，都必须外加锁存器或I/OI/O接口接口芯片才能与芯片才能与CPUCPU相连接。相连接。1.81.8位位DACDAC连接连接 DAC0832 DAC0832是一片典型的是一片典型的8 8位位DACDAC芯片，其芯片，其引脚和内部结构如图引脚和内部结构如图10-210-2所示。所示。2019181716151413121112345678910VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDG
13、ND第14页，此课件共85页哦8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器DI7DI10ILELE1LE2CSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模拟地)图10-2 DAC0832引脚及内部结构第15页，此课件共85页哦CS片选信号输入端，低电平有效。ILE数据锁存允许信号输入端，高电平有效。WR1输入锁存器写选通信号，低电平有效。它作为第一级锁存信号将输入数据锁存到输入锁存器中。WR1必须在CS和ILE均有效时才能起操控作用。WR2DAC寄存器写选通信号，低电平有效。它将锁存在输入锁存器中可用的8位数据送到DAC寄存器中进行锁存。此时，传送控制信号XFER必须有
14、效。XFER传送控制信号，低电平有效。当XFER为低电平时，将允许。D0-D78位数据输入端，D7为最高位。第16页，此课件共85页哦IOUT1、IOUT2模拟电流输出端，转换结果以一组差动电流(IOUT1，IOUT2)输出。当DAC寄存器中的数字码全为“l”时，IOUT1最大；全为“0”时，IOUT1为零。IOUT1+IOUT2=常数，IOUT1、IOUT2随DAC寄存器的内容线性变化。RFB反馈电阻引出端，DAC0830内部已有反馈电阻，所以 RFB端可以直接接到外部运算放大器的输出端，这样，相当于将一个反馈电阻接在运算放大器的输入端和输出端之间。VCC电源电压输入端，范围为+5+15 V
15、，以+15 V时工作为最佳。VREF参考电压输入端，此端可接一个正电压，也可接负电压。范围为10+10 V。外部标准电压通过VREF与T型电阻网络相连。此电压越稳定，模拟输出精度就越高。AGND模拟地。DGND数字地。第17页，此课件共85页哦D7D0IOWA9A0AEN系统总线DI07WR1ILECSDAC0832译码器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVout 图10-3 DAC0832单缓冲方式连接+5V200H第18页，此课件共85页哦DAC0832DAC0832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
16、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“数字地数字地”的连接，为的连接，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。连接到模拟地。采用单缓冲方式连接如图采用单缓冲方式连接如图10-310-3所示。所示。利用利用DACDAC可实现任意波形（如锯齿波、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、三角波的三角波、正弦波等）的输出，如输出锯齿波、三角波的程序段如下：程序段如下：TRG：MOV DX，20
17、0H MOV AL，0H TN1：OUT DX，AL INC AL第19页，此课件共85页哦 JNZ TN1 MOV AL，0FFHTN2：OUT DX，AL DEC AL JNZ TN1 输出锯齿波程序段如下：输出锯齿波程序段如下：TRG：MOV DX，200H MOV AL，0HTN：OUT DX，AL INC AL JMP TN 第20页，此课件共85页哦 利用图所示的利用图所示的DAC0832DAC0832单缓冲方式连接图，也可输出正弦波，由于单缓冲方式连接图，也可输出正弦波，由于DAC0832DAC0832是一个单极性输出是一个单极性输出DACDAC芯片，因此在正弦波芯片，因此在正弦
18、波输出中应将输出中应将0V0V平移到平移到128128数值上，其数值上，其C C语言控制程序如下：语言控制程序如下：#include#include#include#includeMain()Main()unsigned char V0=128,VOUT;int i;unsigned char V0=128,VOUT;int i;Next:i=0;Next:i=0;while(i=360)while(iVoViVo，比较器输出，比较器输出1 1，则时钟，则时钟脉冲通过门而使计数器计数一次，此时计数值再转换成电压由脉冲通过门而使计数器计数一次，此时计数值再转换成电压由D DA A输输出。然后出。
19、然后VoVo又和又和ViVi比较，若比较，若ViV0ViV0，则时钟脉冲又通过门使计数器又，则时钟脉冲又通过门使计数器又计数计数_ _次，此过程一直继续到次，此过程一直继续到DACDAC输出电压输出电压V V。等于输入电压。等于输入电压V V；为止。；为止。这时比较器输出相等信号，关闭计数门，同时送到控制逻辑，使其发这时比较器输出相等信号，关闭计数门，同时送到控制逻辑，使其发出转换结束信号出转换结束信号EOCEOC，这时二进制计数器的值就是转换结果。由于此，这时二进制计数器的值就是转换结果。由于此方法是方法是DACDAC产生一个增长的斜坡电压，去和输入电压不断比较，故而产生一个增长的斜坡电压，
20、去和输入电压不断比较，故而又叫斜坡法又叫斜坡法 。第36页，此课件共85页哦2.2.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，然后利用计数器测量时间间隔，如图时间间隔，然后利用计数器测量时间间隔，如图10-810-8所示。所示。Vin+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37页，此课件共85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
21、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。所示。t1t2t3t4t1t2t3t4T1T2T3V2V10-V1+V2图10-9 双积分型A/D转换器输出波形第38页，此课件共85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 mNNX 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
22、数值。可见，双积分输入电压计数值。可见，双积分型型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。影响。3.3.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，当转换所示，当转换器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器清器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器清0 0，通过内部，通过内部D/AD/A转换器输出使输出电压转换器输出使输出电压V0V0为为0 0，启动信号结
23、束后开始，启动信号结束后开始A/DA/D转换。转换。第39页，此课件共85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/D转换器第40页，此课件共85页哦（1）分辨率：指A/D转换器可转换成数字量的最小电压（量化阶梯），如8为ADC满量程为5V,则分辨率为5000mV/256=20mV，也就是说当模拟电压小于20mV，ADC就不能转换了，所以分辨率一般表示式为：分辨率=Vref/2位数（单极性）或分辨率=（V+ref-V-ref)/2位数（双极性）（2）转换时
24、间：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），常见有超高速（转换时间1ns）、高速（转换时间1s）、中速（转换时间1ms）和低速（转换时间1MHz），一般数据传送方式不能达到数据传送要求，导致数据丢失。2.ADC连接实例（1）8位ADC连接与编程 ADC0809是逐次逼近式的8位ADC芯片，引脚和内部结构图10-11（a)(b)所示。2827262524232221201912345678910IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLK111213141817
25、1615D4D0VREF-D2VCCVREF+GNDD1ADC0809(a)第43页，此课件共85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44页，此课件共85页哦第45页，此课件共85页哦 转换由START为高电平来启动(START对CLOCK可不同步)，START的上升沿将SAR复位，真正转换从START的下降沿开始。在START上升沿之后的2s再加8个时钟周期内(不定)，EOC状态输出信号将变低，以指示转
26、换操作正在进行中。EOC保持低电平直到转换完成后再变成高电平。当OE被置为高电平时，三态门打开，数据锁存器的内容输出到数据总线上。模拟输入通道的选择，可以相对于转换开始独立地进行，然而通常是把通道选择和启动转换结合起来完成，这样可以用一条写指令完成选择模拟通道和启动转换。如用EOC信号去产生中断申请，要特别注意EOC的变低相对于启动信号有2 ps和8个时钟周期的延迟，要设法使它不致产生虚假的中断申请。第46页，此课件共85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.A
27、DC0809设图10-12所示电路的CS=220227H，采用中断方式的采集程序如下：IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7Q0Q1Q2Q31ACLKOEStartALEA0A1A2IRQ2EOC+5V+5V8MHzIORIOW220H227H图10-12 ADC0809典型连接第47页，此课件共85页哦第48页，此课件共85页哦 若把若把8个模拟量，轮流输入至内存缓冲区，程序如下：个模拟量，轮流输入至内存缓冲区，程序如下：START：MOV DI，DATA ；设输入缓冲区指针；设输入缓冲区指针 MOV CX，08H ；通道数一；通道数一CX MOV DX，PORTBASE ；口地址
28、一；口地址一BX STI ；开中断；开中断 L1：OUT DX，AL ；启动转换；启动转换 HLT、；停机，等待转换结束；停机，等待转换结束 MOV DI AL ；转换结果送缓冲区；转换结果送缓冲区 INC DI ；修改缓冲区指针；修改缓冲区指针 INC DX ；修改口地地；修改口地地 LOOP L1 ；判断是否；判断是否8个模拟量全输入完否个模拟量全输入完否 ：；中断处理程序：；中断处理程序：IN AL，DX ；输入结果；输入结果 STI ；开中断；开中断 IRET ；返回；返回第49页，此课件共85页哦include#include Void interrupt far adc-proc(
29、)；Main()void(interrupt far*mode)()；disable()；关中断关中断 mode=getvect(0 x0a)；取取IRQ2中断向量中断向量 setvect(0 x0a,adc-proc)；设置中断向量设置中断向量 Enable();开中断开中断 outportb(0 x220,00);启动启动ADC转器，选择转器，选择IN0通道通道 while(！Kbhit()等待键盘等待键盘 setvect(0 x0a,mode);有键按下时，恢复有键按下时，恢复IRQ2中断向量中断向量 第50页，此课件共85页哦void interrupt far adc-proc()中
30、断服务程序中断服务程序 unsigned char result;Disable();关中断关中断Result=inportb(0 x220);取取ADC转换结果转换结果Printf(“DIGIAL=%d/n”,result);显示转换数据显示转换数据Outportb(0 x220,00);启动下一次启动下一次ADC转换，选择转换，选择IN0通道通道Outprotb(0 x20,0 x20);向向8259送送EOI信号信号Enable();开中断开中断 (2)12(2)12位位ADCADC连接与编程连接与编程 ADC574A ADC574A是具有三态输出锁存器的是具有三态输出锁存器的1212位
31、逐次比较位逐次比较ADCADC芯片，转芯片，转换速度快（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芯片之一。芯片之一。ADC574AADC574A可并行输出可并行输出1212位数据，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，第51页，此课件共85页哦后低4位）数据；既可进行8位转换，也可进行12位A/D转换。ADC574的引脚定义和控制信号工作时序如图10-13所示。2827262524232221201912345678910STSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3+5V12/8CSA0R/CCE+1
32、5VREFOUTAGNDREFIN1112131418171615DB2DB1DB0DGND-15VBIP10VIN20VINADC574ACSCER/CA0STSDB7DB0图5-13 AD574A引脚定义和工作时序第52页，此课件共85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-
33、14 AD574通过并行接口芯片与系统总线相连D3D0第53页，此课件共85页哦Y1=212HY1=212H213H213H，因此，因此ADC574AADC574A的的CS=211HCS=211H213H213H分另用于高位和分另用于高位和低位数据的读取，采用查询方式的数据采集程序如下：低位数据的读取，采用查询方式的数据采集程序如下：#include#include#include#includeMain()Main()unsigned int DATA256;unsigned int DATA256;采集数据存放数组采集数据存放数组 unsigned char status,datah,da
34、tal,id;unsigned char status,datah,datal,id;id=1;id=1;while(!kbhit()while(!kbhit()等待键盘，按任意键结束等待键盘，按任意键结束 outportb(0 x212,0 x00);outportb(0 x212,0 x00);启动启动1212位转换，位转换，CSCS、A0A0、R/C=0 R/C=0，CE=1CE=1dodo status=inportb(0 x210);status=inportb(0 x210);读取状态读取状态 第54页，此课件共85页哦 status=status 0 x80;D7(STS)=1?
35、status=status 0 x80;D7(STS)=1?while(status!=0);STS while(status!=0);STS不等于不等于0 0，等待，等待A/DA/D转换完，转换完，再读状态再读状态 datah=inportb(0 x212);A/D datah=inportb(0 x212);A/D转换完成，读取高转换完成，读取高8 8位位 datal=inportb(0 x213);datal=inportb(0 x213);读取低读取低8 8位数据位数据 DATAid=16*datah+datal;DATAid=16*datah+datal;合成高合成高8 8位数据与低
36、位数据与低4 4位数据位数据 id+;id+;数组下标数组下标+1+1 A/D A/D转换采集程序一般采用中断方式编写（转换采集程序一般采用中断方式编写（MS-DOS)MS-DOS)环境或环境或Windows95/98Windows95/98环境）或线程方式编写（环境）或线程方式编写（Windows95/98Windows95/98环境），用软环境），用软件查询方式可能会导致数据丢失，因此使用较少。件查询方式可能会导致数据丢失，因此使用较少。第55页，此课件共85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
37、，A/DA/D变换精度变换精度为为5V/212=1.2mV5V/212=1.2mV，接口板具有数据保持电路，可对变化的模拟信，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。号进行实时采集。1.1.多路转换开关多路转换开关 16 16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，用于切换的模式电子开关，用于切换1616个被测模拟信号输入个被测模拟信号输入端，使端，使1616路模式信号的采集共享一片路模式信号的采集共享一片ADCADC转换器。转换器。2.2.采样采样/保持
38、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AD582AD582芯片，采样芯片，采样/保持状态的控制保持状态的控制由差分逻辑输入端由差分逻辑输入端+LogicIN+LogicIN和和-Logicin-Logicin完成，模拟信号的输入通完成，模拟信号的输入通过过IN+IN+和和IN-IN-端输入。端输入。第56页，此课件共85页哦3.ADC3.ADC与与DACDAC转换器转换器 接口板的接口板的A/DA/D转换采用转换采用ADC574ADC574芯片，芯片，DACDAC采用采用DAC1210DAC1210芯片，芯片，这两个芯片均是这两个芯片均是1212位的位的ADCADC和和DAC
39、DAC转换芯片，可保证转换芯片，可保证A/DA/D的信号通过的信号通过D/AD/A转换器进转换器进行完全的回放。行完全的回放。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
40、否结束、读取转换是否结束、读取ADCADC转换数据等转换数据等A/DA/D转换器方面的命令，以及发送转换器方面的命令，以及发送DACDAC转转换数据、启动换数据、启动DACDAC转换器等。转换器等。第57页，此课件共85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58页，此课件共85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
41、实现信号采集和控制的插卡、接口等硬件支持，同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59页，此课件共85页哦 12.4 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
42、、分析 AD574A是具有三态输出锁存器的A/D转换器，它可以作12位转换，也可作8位转换。3、设计 （1）硬件连接第60页，此课件共85页哦扩展槽D0D7PCAENAO9IOWIORDB411DB03STSAD574ACS-A0R/CCE12/8VccVee10VIN20VINREFINREFOUTBIPOFFDGAGD774LS125 译码A0&Y1Y0Y2+15V-15V图12.10 AD574与CPU连接原理图第61页，此课件共85页哦AD574AD574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
43、AD574A的的1212条输出数据线的高条输出数据线的高8 8位接到系统总线的位接到系统总线的D D0 0D D7 7，而把低，而把低4 4位接到数据位接到数据总线的高总线的高4 4位，低位，低4 4位补位补0 0，以实现左对齐。，以实现左对齐。转换结束状态信号转换结束状态信号STSSTS，通过三态门，通过三态门74LS12574LS125接到数据线接到数据线D D7 7上。要求分两次传送，上。要求分两次传送，故将故将12/812/8接数字地。接数字地。CECE接接V VCCCC,允许工作。允许工作。图中图中I/OI/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：Y Y0 0=31
44、0=310，为状态口；，为状态口；Y Y1 1=311H=311H，为数据口（低，为数据口（低4 4位）；位）；Y Y2 2=312=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 8位）。位）。例如：转换启动端口设置为例如：转换启动端口设置为312H312H，其中包含，其中包含A A0 0=0=0，以实现，以实现1212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312H312H，包含，包含A A0 0=0=0，读，读高字节；一个是高字节；一个是311H311H，包含，包含A A0 0=1=1，读低字节。，读低字节。第62页，此课件共85页
45、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 SI MOV 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 AL MOV AL，0H 0H ；写入的数据可以取任意值；写入的数据可以取任意值 OUT DX OUT DX，AL AL ；转换启动（；转换启动（CSCS，及及R/CR/C均置均置0
46、0，CE CE置置1 1）MOV DX MOV 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 AL IN 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 DX MOV 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63页，此课件共85页哦 IN AL IN AL，DX DX AND AL AND AL，0F0H 0
47、F0H ；屏蔽低；屏蔽低4 4位位 MOV SI MOV SI ，AL AL ；送内存；送内存 INC SI INC SI ；内存地址加；内存地址加1 1 MOV DX MOV DX，312H 312H ；再读高；再读高8 8位（位（A A0 0=0=0）IN AL IN AL，DX DX MOV SI MOV SI，AL AL ；送内存；送内存 INC SI INC SI ；内存地址；内存地址+1+1 DEC CX DEC CX ；采集次数减；采集次数减1 1 JNZ START JNZ START ；未完，继续；未完，继续 MOV AX MOV AX，4C00H 4C00H ；已完，程序退
48、出；已完，程序退出 INT 21H INT 21H 第64页，此课件共85页哦第65页，此课件共85页哦 12.5 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;（P276,图12.15）2、程序设计(P277)第66页，此课件共85页哦D0D7D8D11D0-D7D0-D3D0D3D4D11D0-D7D7-D4第67页，此课件共85页哦 12.6 A/D12.6 A/D转换器接口电路设计转换器接口电路设计-DMA-DMA 方式方式一、采用一、采用DMA方式的方式的A/D转换器
49、接口电路分析与设计转换器接口电路分析与设计1 1、要求、要求 要求要求8 8位位A/DA/D转换器，共采集转换器，共采集4K4K个字节数据，采集的数据用个字节数据，采集的数据用DMADMA方式，送到从方式，送到从30400H30400H开始的内存保存，以待处理，内存地址开始的内存保存，以待处理，内存地址以以+1+1方式修改。使用方式修改。使用DMAC8237A-5DMAC8237A-5的通道的通道1 1，单一传送方式。，单一传送方式。2 2、电路分析与设计、电路分析与设计 根据上述要求，采用如图根据上述要求，采用如图12.2212.22所示的电路可以实现所示的电路可以实现DMADMA方式方式的
50、数据采集任务。的数据采集任务。第68页，此课件共85页哦CDU1QRA/DEOCSTARTINS/HAQPRRU2&1RDD07DACK1RESET1IORDIRABLS245GD07LS32LS08DREQ1Vcc至CMAC图12.22 DMA方式的A/D接口原理图第69页，此课件共85页哦二、初始化编程二、初始化编程1 1、分析、分析 在在PCPC机系列微机中，由于机系列微机中，由于BIOSBIOS已对已对8237A-58237A-5进行了初始化，进行了初始化，故用户程序并不需要对所有故用户程序并不需要对所有1616个寄存器逐一编程，根据题意只个寄存器逐一编程，根据题意只涉及以下几个操作及