第12章數(shù)模(DA)轉(zhuǎn)換與模數(shù)(AD)轉(zhuǎn)換接口

1、第第12章章 數(shù)模（數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換與模數(shù)（）轉(zhuǎn)換與模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換接口接口12.1 模擬量輸入與輸出通道模擬量輸入與輸出通道 傳感器1傳感器2傳感器n低通濾波低通濾波低通濾波多路開(kāi)關(guān)采樣保持A/D轉(zhuǎn)換器微型計(jì)算機(jī)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程I/O接口D/A轉(zhuǎn)換器放大驅(qū)動(dòng)12放大放大放大.n 圖圖12-1 12-1 模擬量輸入、輸出通道的結(jié)構(gòu)框圖模擬量輸入、輸出通道的結(jié)構(gòu)框圖12.1.1 模擬量輸入通道的組成模擬量輸入通道的組成1傳感器傳感器2量程放大器量程放大器3低通濾波器低通濾波器4多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)5采樣保持電路采樣保持電路6A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器12.1.2 模擬量輸出通道的組成模擬量輸出通道的組

2、成1D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器2鎖存器鎖存器3放大驅(qū)動(dòng)電路放大驅(qū)動(dòng)電路12.2 數(shù)模（數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器12.2.1 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理 .R2R4R8RVREF-+(b)(a)D0VOD1D2D3AVREF VO （a a） （b b）圖圖12-2 D/A12-2 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理圖圖12-3 12-3 電流型電流型D/AD/A連接成電壓輸出方式連接成電壓輸出方式圖圖12-4 12-4 單極性和雙極性輸出方式單極性和雙極性輸出方式12.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1分辨率分辨率 分辨率為分辨率為8位的位的D/A轉(zhuǎn)換器能給出滿(mǎn)量轉(zhuǎn)換

3、器能給出滿(mǎn)量程電壓的程電壓的1/256（即（即1/28）的分辨能力。）的分辨能力。2精度精度（1）絕對(duì)精度：是指對(duì)應(yīng)于給定的數(shù)字量，）絕對(duì)精度：是指對(duì)應(yīng)于給定的數(shù)字量，D/A輸出端實(shí)際測(cè)得的模擬輸出值（電流或輸出端實(shí)際測(cè)得的模擬輸出值（電流或電壓）與理論值之差。絕對(duì)精度由電壓）與理論值之差。絕對(duì)精度由D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換的增益誤差、線性誤差和噪聲等綜合因素的增益誤差、線性誤差和噪聲等綜合因素決定。決定。（2）相對(duì)精度：是指在零點(diǎn)和滿(mǎn)量程值校準(zhǔn)）相對(duì)精度：是指在零點(diǎn)和滿(mǎn)量程值校準(zhǔn)后，各種數(shù)字輸入的模擬量輸出與理論值后，各種數(shù)字輸入的模擬量輸出與理論值之差，可把各種輸入的誤差畫(huà)成曲線。之差，可把各種輸入

4、的誤差畫(huà)成曲線。3建立時(shí)間建立時(shí)間4輸出電平輸出電平5線性誤差線性誤差6溫度系數(shù)溫度系數(shù)12.2.3 典型的典型的D/A轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換器芯片1DAC0832（1）DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)的邏輯結(jié)構(gòu) 8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器DI7DI0CSXFERWR1WR2ILEVREFIOUT2IOUT1Rf bAGND模擬地DGND數(shù)字地VCCLE2LE1VREF IOUT2 IOUT1 VCC 圖圖12-5 DAC083212-5 DAC0832邏輯結(jié)構(gòu)框圖邏輯結(jié)構(gòu)框圖（2）DAC0832的輸入工作方式的輸入工作方式圖圖12-6 12-6 用用DAC0832DAC0832構(gòu)成的構(gòu)成

5、的3 3路路D/AD/A系統(tǒng)系統(tǒng) 2DAC1210 8位輸入寄存器12位DAC寄存器12位D/A轉(zhuǎn)換器CSXFERWR1WR2B1/B2VREFIOUT2IOUT1Rf bAGNDDGNDVCCLELE4位輸入寄存器LEDI3DI0DI11DI4VREF IOUT1 IOUT2 VCC 圖圖12-7 DAC121012-7 DAC1210邏輯結(jié)構(gòu)框圖邏輯結(jié)構(gòu)框圖12.3 D/A轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口12.3.1 8位位D/A轉(zhuǎn)換芯片與轉(zhuǎn)換芯片與CPU的接口的接口圖圖12-8 DAC083212-8 DAC0832與與8 8位微處理器的連接位微處理器的連接 一個(gè)數(shù)據(jù)通過(guò)一個(gè)

6、數(shù)據(jù)通過(guò)DAC0832輸出的典型程輸出的典型程序段如下：序段如下：MOV DX, 320H；指向輸入寄存器；指向輸入寄存器MOV AL, DATA；DATA為被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)為被轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)OUT DX, AL ；數(shù)據(jù)打入輸入寄存器；數(shù)據(jù)打入輸入寄存器INC DX；指向；指向DAC寄存器寄存器OUT DX, AL；選通；選通DAC寄存器，啟寄存器，啟動(dòng)動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換12.3.2 12位位D/A轉(zhuǎn)換芯片與轉(zhuǎn)換芯片與CPU的接口的接口圖圖12-9 DAC121012-9 DAC1210與與8 8位微處理器的連接位微處理器的連接 下面的程序段為圖下面的程序段為圖12-9中完成一次轉(zhuǎn)中完成一次轉(zhuǎn)換輸出的程

7、序。設(shè)換輸出的程序。設(shè)BX寄存器中的低寄存器中的低12位為位為待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量。START：MOVDX, 0450H ；DAC1210的基地址的基地址 MOV CL, 04 SHL BX, CL ；BX（輸出的（輸出的12位位數(shù)）中的數(shù)）中的12位數(shù)左移位數(shù)左移4位位 MOV AL, BH；高；高8位數(shù)位數(shù)AL OUT DX, AL；寫(xiě)入高；寫(xiě)入高8位位 INC DX ；修改；修改DAC1210的端口地址的端口地址 MOV AL, BL ；低；低4位數(shù)位數(shù)AL OUT DX, AL ；寫(xiě)入低；寫(xiě)入低4位位 INC DX；修改；修改DAC1210的端口的端口地址地址 OUT DX,

8、 AL ；12位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)入位數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)入DAC寄存器，啟動(dòng)寄存器，啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 HLT模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路D/AA/D圖圖12-10 12-10 地線的連接方法地線的連接方法12.4 模數(shù)（模數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器12.4.1 A/D轉(zhuǎn)換的基本原理轉(zhuǎn)換的基本原理圖圖12-11 12-11 逐次逼近型轉(zhuǎn)換原理逐次逼近型轉(zhuǎn)換原理12.4.2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1分辨率分辨率2精度精度3轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間4電源靈敏度電源靈敏度5量程量程6輸出邏輯電平輸出邏輯電平7工作溫度范圍工作溫度范圍12.4.3 A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)連接的問(wèn)題轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)連接的問(wèn)題

9、1啟動(dòng)信號(hào)的供給啟動(dòng)信號(hào)的供給2轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)以及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)以及轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取12.4.4 典型的典型的A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片1ADC0809圖圖12-12 ADC080912-12 ADC0809邏輯結(jié)構(gòu)框圖邏輯結(jié)構(gòu)框圖中選模擬通道中選模擬通道ADDCADDCADDBADDBADDAADDAININ0 00 00 00 0ININ1 10 00 01 1ININ2 20 01 10 0ININ3 30 01 11 1ININ4 41 10 00 0ININ5 51 10 01 1ININ6 61 11 10 0ININ7 71 11 11 1表表12-2 12-2 通道號(hào)選擇與

10、模擬量輸入選通的關(guān)系通道號(hào)選擇與模擬量輸入選通的關(guān)系2AD574A圖圖12-13 AD574A12-13 AD574A的邏輯結(jié)構(gòu)框圖的邏輯結(jié)構(gòu)框圖輸輸 入入 方方 式式量量 程程輸輸 入入 量量輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量單極性單極性0 010V10V0V0V000H000H5V5V7FFH7FFH10V10VFFFHFFFH0 020V20V0V0V000H000H10V10V7FFH7FFH20V20VFFFHFFFH雙極性雙極性5V5V+5V+5V5V5V000H000H0V0V7FFH7FFH+5V+5VFFFHFFFH10V10V+10V+10V10V10V000H000H0V0V7FFH7

11、FFH+10V+10VFFFHFFFH表表12-412-4 12 12位位A/DA/D輸入模擬量與輸出數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系輸入模擬量與輸出數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系12.5 A/D轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口轉(zhuǎn)換器與微處理器的接口12.5.1 8位位A/D轉(zhuǎn)換芯片與轉(zhuǎn)換芯片與CPU的接口的接口CPU80888255AADC08094373CLKCLOCKSTARTADDCADDBADDAEOCALED0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA0PB4PB2PB1PB3PB0PC4A0A1VCCGNDI

12、N3REF(+)REF(-)RDWR/LOCR1R2RDWR+6V圖圖12-14 ADC080912-14 ADC0809與與CPUCPU的接口的接口 A/D轉(zhuǎn)換的程序如下：轉(zhuǎn)換的程序如下： ORG 1000HSTART：MOV AL, 98H ；8255A初始化，方式初始化，方式0，A口輸入，口輸入，B口輸出口輸出 MOV DX, 0FFH；8255A控制字端口地址控制字端口地址 OUT DX, AL ；送；送8255A方式字方式字 MOV AL, 0BH ；選；選IN3輸入端和地址鎖存輸入端和地址鎖存信號(hào)信號(hào) MOV DL, 0FDH；8255A的的B口地址口地址 OUT DX, AL ；

13、送；送IN3通道地址通道地址 MOV AL, 1BH ；STARTPB4 = 1 OUT DX, AL；啟動(dòng)；啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 MOV AL, 0BH OUT DX, AL；STARTPB4 = 0 MOV DL, 0FEH；8255A的的C口地址口地址TEST：IN AL, DX；讀；讀C口狀態(tài)口狀態(tài) AND AL, 10H ；檢測(cè)；檢測(cè)EOC狀態(tài)狀態(tài) JZ TEST；如果未轉(zhuǎn)換完，；如果未轉(zhuǎn)換完，再測(cè)試；轉(zhuǎn)換完則繼續(xù)再測(cè)試；轉(zhuǎn)換完則繼續(xù) MOV DL, 0FCH；8255A的的A口地址口地址 IN AL, DX；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果；讀轉(zhuǎn)換結(jié)果 HLT；12.5.2 12位位A/D轉(zhuǎn)換芯片與轉(zhuǎn)換芯

14、片與CPU的接口的接口74LS245U174LS244U274LS244U3AD574A地址譯碼U574LS273U8采樣保持器U774LS373U6控制邏輯DR0DR1DR2DR3RDWRIORQAINAOUT+5V+15V-15V+5VABCSR/C1G1G2G2GD0D6D7D11D10D9D8VCCVEE20VINA0STSCEREF OUTREF INBIP OFF.D7Q712/8U4AD7AD0AD7AD0圖圖12-15 AD574A12-15 AD574A與與CPUCPU的接口的接口START：MOV DX, DR0 OUT DX, AL；使；使R/ = 0，啟動(dòng)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換

15、轉(zhuǎn)換 MOV DX, DR3TEST： IN AL, DX；讀；讀STS狀態(tài)狀態(tài) AND AL, 80H JNZ TEST；未轉(zhuǎn)換完，；未轉(zhuǎn)換完，再測(cè)試再測(cè)試C MOV DX, DR1 IN AL, DX ；轉(zhuǎn)換完，讀入高；轉(zhuǎn)換完，讀入高4位位 MOV BH, AL ；BH高高4位位 MOV DX, DR2 IN AL, DX ；讀入低；讀入低8位位 MOV BL, AL ；BL低低8位位 HLT12.6 D/A、A/D轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例轉(zhuǎn)換應(yīng)用舉例12.6.1 D/A轉(zhuǎn)換舉例轉(zhuǎn)換舉例圖圖12-16 12-16 鋸齒波信號(hào)發(fā)生器鋸齒波信號(hào)發(fā)生器 對(duì)于圖對(duì)于圖12-16所示電路，執(zhí)行下面的程所示電路，

16、執(zhí)行下面的程序時(shí)，就可以產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波信號(hào)。序時(shí)，就可以產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波信號(hào)。 MOVDX, PORTA；PORTA為為D/A轉(zhuǎn)換器端口地址轉(zhuǎn)換器端口地址 MOVAL, 0FFH；初值為；初值為0FFHROTATE：INC AL OUT DX, AL；往；往D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)輸出數(shù)據(jù) JMP ROTATE12.6.2 A/D轉(zhuǎn)換舉例轉(zhuǎn)換舉例圖圖12-17 12-17 數(shù)據(jù)采集電路數(shù)據(jù)采集電路1電路分析電路分析2轉(zhuǎn)換程序轉(zhuǎn)換程序DATA1 SEGMENT ORG 2000H AREA DB 200DUP(?) DATA1 ENDS STACK1SEGMENT DB 50 DUP(?) ST

17、ACK1 ENDS CODE1 SEGMENT ASSUME DS：DATA1，SS：STACK1，CS：CODE1START： MOV AL, 92H；置；置8255A方式字，方式字，0方式，方式，PA、PB口輸入口輸入 MOV DX, 1C3H OUT DX, AL MOV AX, DATA1 ；數(shù)據(jù)段寄存器賦值；數(shù)據(jù)段寄存器賦值 MOV DS, AX MOV SI, 2000H；地址指針指向緩；地址指針指向緩沖區(qū)沖區(qū) MOV BL, 8；大循環(huán)計(jì)數(shù)；大循環(huán)計(jì)數(shù)通道個(gè)數(shù)通道個(gè)數(shù) MOV DX, 1C8H；IN0開(kāi)始轉(zhuǎn)換開(kāi)始轉(zhuǎn)換LOP1：MOVCX, 18H ；每個(gè)通道采；每個(gè)通道采樣樣24次次LOP2：IN AL, DX；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 PUSH DX