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1、1,第8章 模拟量的输入输出,2,主要内容：,模拟量输入输出通道的组成D/A转换器的工作原理、连接及编程A/D转换器的工作原理、连接及编程,3,模拟量的输入输出通道,4,模拟量I/O通道：,模拟接口电路的任务,模拟电路的任务,00101101,10101100,工业生产过程,传感器,放大滤波,多路转换&采样保持,A/D转换,放大驱动,D/A转换,输出接口,微型计算机,执行机构,输入接口,物理量变换,信号处理,信号变换,I/O接口,输入通道,输出通道,变送器,5,模拟量的输入通道,传感器（Transducer）非电量电压、电流 变送器（Transformer）转换成标准的电信号信号处理（Sign
2、al Processing）放大、整形、滤波,6,模拟量的输入通道,多路转换开关（Multiplexer）多选一采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变A/D变换器（A/D Converter）模拟量转换为数字量,7,模拟量的输出通道,D/A变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量低通滤波 平滑输出波形放大驱动 提供足够的驱动电压，电流,8,数/模（D/A）变换器,9,掌握：,D/A变换器的工作原理D/A变换器的主要技术指标DAC0832的三种工作模式DAC0832的应用,10,一、D/A变换器的工作原理,模拟开关 电阻网络 运算放大器,11,基本
3、变换原理,运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入 电压Vin的关系为：,12,基本变换原理,若输入端有n个支路,则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：,13,权电阻网络,2R4R8R16R32R64R128R256R,Vref,Rf,VO,S1S2S3S4S5S6S7S8,这里，上式中的n=8,14,基本变换原理,如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为,若Si=1,该项对VO有贡献；若Si=0,该项对VO无贡献,15,基本变换原理,如果用8位二进制代码来控制图中的S1S8(Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开)，则不同的二进制代码就对应不
4、同输出电压VO；当代码在0FFH之间变化时，VO相应地在 0(255/256)Vref之间变化；为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。,16,实际的D/A转换器 R-2R梯形电阻网络,17,二、主要技术指标,分辨率（Resolution）输入的二进制数每1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。表示：可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可用一个LSB（Least Significant Bit）使输出变化的程度来表示。,18,分辩率例,一个满量程为5V的10位D/A变换器，1 LSB的变化将使输出变化：5/(
5、210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV,19,转换精度（误差）,实际输出值与理论值之间的最大偏差影响转换精度的因素：分辩率 电源波动 温度变化,20,转换时间,从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间,21,三、典型的D/A转换器DAC0832,特点：8位电流输出型D/A转换器T型电阻网络差动输出,22,DAC0832的内部结构,23,主要引脚功能,输入寄存器控制信号：D7D0：输入数据线ILE：输入锁存允许CS：片选信号WR1：写输入锁存器,24,主要引脚功能,用于DAC寄存器的控制信号：WR2：写DAC寄存器XFER：允许输入锁存器的数据传送
6、到DAC寄存器,25,主要引脚功能,其它引线：VREF：参考电压。-10V+10V，一般为+5V或+10VIOUT1、IOUT2：D/A转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出AGND、DGND：模拟地和数字地,26,工作模式,单缓冲模式双缓冲模式无缓冲模式,27,单缓冲模式,使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即芯片只占用一个端口地址。CPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为：MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL,与系统的连接见教材p332图,28,双缓冲模式（标准模式）,对输入寄存器和DAC寄存器均需控制。当
7、输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入 寄存器中；再在DAC寄存器控制信号有效时，数据才写入DAC寄存器，并启动变换。此时芯片占用两个端口地址。优点：数据接收与D/A转换可异步进行；可实现多个DAC同步转换输出分时写入、同步转换,29,工作时序,写输入寄存器,写DAC寄存器,30,双缓冲模式同步转换例,31,MOV AL，data MOV DX，port1OUT DX，ALMOV DX，port2OUT DX，AL MOV DX，port3OUT DX，AL HLT,双缓冲模式的数据写入程序,0832-1的输入寄存器地址,0832-2的输入寄存器地址,DAC寄存器地址,32,无缓冲器模式,使内
8、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。不能直接与数据总线连接，需外加并行接口(如74LS373、8255等)。,33,四、D/A转换器的应用,信号发生器 用于闭环控制系统,向D/A转换器写入某种按规律变化的数据，即可在输出端获得相应的各种波形,34,模/数（A/D）转换器,35,要点：,A/D转换器的一般工作原理；A/D转换器的主要技术指标；A/D转换器的应用与系统的连接数据采集程序的编写,36,A/D转换器,用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号的装置，简称ADC，是模拟系统与计算机之间的接口部件。,37,A/D转换器类型,计数型A/D转换器-速度慢、价格低，适用于慢速系统
9、双积分型A/D转换器-分辩率高、抗干扰性好、转换速度慢，适用于中速 系统逐位反馈型A/D转换器-转换精度高、速度快、抗干扰性差,38,一、A/D转换器的工作原理,逐位反馈型A/D转换器类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体,39,二、主要技术指标,转换精度量化误差非线性误差其它误差总误差=各误差的均方根,40,量化间隔,一个最低有效位对应的模拟量=Vmax/（2n-1）例：某8位ADC的满量程电压为5V，则其分辨率为：5V/255=19.6mV,41,量化误差,绝对量化误差=1/2 相对量化误差=（1/2）1LSB 100%例：设满量程电压=10V，A/D变换器位数=10
10、位，则：绝对量化误差 10/211=4.88mV相对量化误差 1/211*100%=0.049%,42,转换时间,实现一次转换需要的时间。精度越高（字长越长），转换速度越慢。,43,输入动态范围,允许转换的电压的范围。如05V、010V等。,44,三、典型的A/D转换器芯片,ADC0809：8通道（8路）输入8位字长 逐位逼近型转换时间100s 内置三态输出缓冲器,45,主要引脚功能,D7D0：输出数据线（三态）IN0IN7：8通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址ALE：通道地址锁存START：启动转换EOC：转换结束状态输出OE：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入
11、（10KHz1.2MHz）,46,内部结构,IN7,IN0,8个模拟输入通道,47,工作时序,48,ADC0809的工作过程,由时序图知ADC0809的工作过程如下：送通道地址，以选择要转换的模拟输入；锁存通道地址到内部地址锁存器；启动A/D变换；判断转换是否结束；读转换结果,49,ADC0809的应用,芯片与系统的连接编写相应的数据采集程序,50,芯片与系统的连接,模拟输入端Ini：单路输入多路输入,多路输入时,ADDCADDBADDA,IN0IN1IN2IN3IN4,ADC0809,输入0输入1输入2输入3输入4,CPU指定通道号,51,通道地址线ADDA-ADDC的连接,多路输入时，地址
12、线不能接死，要通过一个接口芯片与数据总线连接。接口芯片可以选用：,简单接口芯片74LS273，74LS373等（占用一个I/O地址）可编程并行接口8255（占用四个I/O地址）,ADDCADDBADDA,IN0IN1IN2IN3IN4,ADC0809,输入,DB,74LS273,Q2Q1Q0,CP,来自I/O译码,D0-D7,ADDCADDBADDA,IN0IN1IN2IN3IN4,ADC0809,DB,8255,PB2PB1PB0,CS#,来自I/O译码,D0-D7,A1A0,A1A0,52,数据输出线D0-D7的连接,可直接连到DB上，或通过另外一个输入接口与DB相连；两种方法均需占用一个
13、I/O地址,D0-D7,ADC0809,DB,OE,来自I/O译码,D0-D7,ADC0809,DB,OE,来自I/O译码,直接连DB,通过输入接口连DB,74LS244,+5V,DI,DO,E1#E2#,53,ALE和START端的连接,独立连接：用两个信号分别进行控制需占用两个I/O端口或两个I/O线；统一连接：用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存，下降沿实现启动转换只需占用一个I/O端口或一个I/O线。,ADC0809,ALESTART,独立连接,来自I/O译码1,来自I/O译码2,ADC0809,ALESTART,统一连接,来自I/O译码,54,ADC0809与系统的连接例,D0,IN0
14、,A15-A0 IOR IOW,D7-D0,D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA,译码器,ADC0809,I/O接口,55,判断转换结束的方法,软件延时等待（比如延时1ms）此时不用EOC信号，CPU效率最低软件查询EOC状态。把EOC作为中断申请信号，接到8259的IN端。在中断服务程序中读入转换结果，效率较高,56,数据采集程序流程,初始化,送通道地址,送ALE信号,送START信号,读EOC状态,送读允许OE信号,EOC=1？,读转换结果,采集结束否？,N,Y,结 束,Y,送下一路通道地址,（1）,（1）,N,57,第7章作业解,试分别编写产生从C口的PC7引脚输
15、出一个正脉冲和从PC3引脚输出一个负脉冲的程序段(PA、PB、PC和控制寄存器的地址为320H、321H、322H、323H),58,第7章作业解,MOV DX，322HMOV AL，10000000BOUT DX，ALCALL DELAYMOV AL，00001000BOUT DX，AL,MOV DX，323HMOV AL，10000000BOUT DX，ALMOV AL，00001110BOUT DX，ALMOV AL，00000111B,59,第7章作业解,DELAY PROC PUSH CX MOV CX，0 A：LOOP A POP CX RETDELAY ENDP,60,作业：,8.58.78.88.138.14,谢谢！,
