微機(jī)原理第八章

1、第第8 8章章 模模/ /數(shù)和數(shù)數(shù)和數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換模轉(zhuǎn)換8.1 概述數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)1現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)2現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)n微型微型計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī)放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路開開關(guān)關(guān)低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣保持器采樣保持器數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)受控對(duì)象受控對(duì)象控制信號(hào)控制信號(hào)模擬信號(hào)模擬信號(hào)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器放大驅(qū)動(dòng)電路放大驅(qū)動(dòng)電路傳感器傳感器將各種現(xiàn)場(chǎng)的物理量測(cè)量出來將各種現(xiàn)場(chǎng)的物理量測(cè)量出來并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（模擬電壓或電流）并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（模擬電壓或電流） 放大器放大器把傳

2、感器輸出的信號(hào)放大到把傳感器輸出的信號(hào)放大到ADC所需所需的量程范圍的量程范圍低通濾波器低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，用于降低噪聲、濾去高頻干擾，以增加信噪比以增加信噪比多路開關(guān)多路開關(guān)把多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分時(shí)地接通到把多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)分時(shí)地接通到A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器采樣保持器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號(hào)，周期性地采樣連續(xù)信號(hào)，并在并在A/D轉(zhuǎn)換期間保持不變轉(zhuǎn)換期間保持不變模擬量與數(shù)字量n模擬量模擬量連續(xù)變化的物理量連續(xù)變化的物理量n數(shù)字量數(shù)字量時(shí)間和數(shù)值上都離散的量時(shí)間和數(shù)值上都離散的量模擬模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADCDAC數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器模擬轉(zhuǎn)換器8.2 D/A轉(zhuǎn)換器DAC數(shù)字?jǐn)?shù)字/

3、模擬轉(zhuǎn)換器模擬轉(zhuǎn)換器模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量8.2.1 D/A轉(zhuǎn)換的基本原理數(shù)字量數(shù)字量 模擬量模擬量1101B 13T型權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放構(gòu)成的DACD3D2D1D0R2R4R8R_+VoVREFRo)2222(800112233DDDDRRVVOREFODi1，開關(guān)閉合；，開關(guān)閉合； Di0，開關(guān)斷開，開關(guān)斷開T型電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放構(gòu)成的DACT型電阻網(wǎng)絡(luò)和運(yùn)放構(gòu)成的DAC)21212121(23210OREFOORRVRIV)21212121(2)(32100123RVIIIIIREF (1) 分辨率分辨率 分辨率表示分辨率表示D/A變換器的變換器的1個(gè)個(gè)LSB(最低有效位最低有效位)輸入使輸

4、出變化的程度。分辨率輸入使輸出變化的程度。分辨率1/(2n-1) (2) 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 分為分為絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度和和相對(duì)轉(zhuǎn)換精度。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度。絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度:指每個(gè)輸出電壓接近理想值的程度。指每個(gè)輸出電壓接近理想值的程度。與標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。與標(biāo)準(zhǔn)電源的精度、權(quán)電阻的精度有關(guān)。相對(duì)轉(zhuǎn)換精度：相對(duì)轉(zhuǎn)換精度：一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程一般用絕對(duì)轉(zhuǎn)換精度相對(duì)于滿量程輸出的百分?jǐn)?shù)來表示。有時(shí)也用輸出的百分?jǐn)?shù)來表示。有時(shí)也用LSB的幾分之幾來的幾分之幾來表示。表示。D/A變換器的主要技術(shù)指標(biāo)有變換器的主要技術(shù)指標(biāo)有:8.2.2 數(shù)/模轉(zhuǎn)換器件和有關(guān)電路n兩類兩

5、類: n不帶數(shù)據(jù)輸入寄存器的不帶數(shù)據(jù)輸入寄存器的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器n帶數(shù)據(jù)輸入寄存器的帶數(shù)據(jù)輸入寄存器的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器1.不帶數(shù)據(jù)輸入寄存器的D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)緩沖器數(shù)據(jù)緩沖器思考：超過思考：超過8位的位的D/A轉(zhuǎn)換器如何連接？轉(zhuǎn)換器如何連接？（后面介紹）（后面介紹）2.帶數(shù)據(jù)輸入寄存器的D/A轉(zhuǎn)換器nDAC0832是典型的是典型的8位電流輸出型通用位電流輸出型通用DAC芯片芯片nDAC0832有兩級(jí)鎖存器：輸入寄存器和有兩級(jí)鎖存器：輸入寄存器和DAC寄存器寄存器n技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo) 電流建立時(shí)間電流建立時(shí)間 1us 單電源單電源 +5+15 VREF輸入端電壓輸入端電壓: 10V 分辨率分辨

6、率 8位位 功耗功耗 200mW 最大電源電壓最大電源電壓 17VDAC0832的數(shù)字接口n8位數(shù)字輸入端位數(shù)字輸入端nDI0DI7（DI0為最低位）為最低位）n輸入寄存器（第輸入寄存器（第1級(jí)鎖存）的控制端級(jí)鎖存）的控制端nILE、CS*、WR1*nDAC寄存器（第寄存器（第2級(jí)鎖存）的控制端級(jí)鎖存）的控制端nXFER*、WR2*直通鎖存器的工作方式兩級(jí)緩沖寄存器都是直通鎖存器兩級(jí)緩沖寄存器都是直通鎖存器nLE1，直通（輸出等于輸入），直通（輸出等于輸入）nLE0，鎖存（輸出保持不變），鎖存（輸出保持不變）LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器DAC寄寄

7、存存器器Iout1n直通方式直通方式 適用于連續(xù)反饋控制線路適用于連續(xù)反饋控制線路.n單緩沖方式單緩沖方式 適用于一路模擬量輸出適用于一路模擬量輸出,或多路模擬量或多路模擬量 非同步輸出非同步輸出.n雙緩沖方式雙緩沖方式 適用于多個(gè)適用于多個(gè)DAC0832同時(shí)輸出同時(shí)輸出.DAC0832的工作方式：直通方式nLE1LE21n輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接進(jìn)入輸入的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)直接進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：?jiǎn)尉彌_方式nLE11，或者，或者LE21n兩個(gè)寄存器之一始終處于直通狀態(tài)兩個(gè)寄存器

8、之一始終處于直通狀態(tài)n另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）另一個(gè)寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：雙緩沖方式n兩個(gè)寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)兩個(gè)寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)n能夠?qū)σ粋€(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行能夠?qū)σ粋€(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)；輸入轉(zhuǎn)換的同時(shí)；輸入另一個(gè)數(shù)據(jù)另一個(gè)數(shù)據(jù)LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器DAC寄寄存存器器Iout1 DAC0832的模擬輸出nIout1、Iout2電流輸出端電流輸出端nRfb反饋電阻引出端（電阻在

9、芯片內(nèi)）反饋電阻引出端（電阻在芯片內(nèi)）nVREF參考電壓輸入端參考電壓輸入端n10V10VnAGND模擬信號(hào)地模擬信號(hào)地nVCC電源電壓輸入端電源電壓輸入端n5V15VnDGND數(shù)字信號(hào)地?cái)?shù)字信號(hào)地DAC 0832是電流輸出型是電流輸出型,若需要電壓信號(hào)若需要電壓信號(hào),可用運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)可用運(yùn)算放大器將電流信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào):RfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREFVoutIout1Rfb（D/28）VREF地線的連接DGNDAGND模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路ADCDAC模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路8.2.3 DAC芯片與主機(jī)的連接nDAC芯片

10、相當(dāng)于一個(gè)芯片相當(dāng)于一個(gè)“輸出設(shè)備輸出設(shè)備”，至，至少需要一級(jí)鎖存器作為接口電路少需要一級(jí)鎖存器作為接口電路n考慮到有些考慮到有些DAC芯片的數(shù)據(jù)位數(shù)大于主芯片的數(shù)據(jù)位數(shù)大于主機(jī)數(shù)據(jù)總線寬度，所以分成兩種情況：機(jī)數(shù)據(jù)總線寬度，所以分成兩種情況：1. 主機(jī)位數(shù)等于或大于主機(jī)位數(shù)等于或大于DAC芯片位數(shù)芯片位數(shù)2. 主機(jī)位數(shù)小于主機(jī)位數(shù)小于DAC芯片位數(shù)芯片位數(shù)1. 主機(jī)位數(shù)大于或等于DAC芯片的連接mov al,bufmov dx,portdout dx,al譯碼譯碼ABD0D7CLKDACVout+_ALS273 IOWDAC0832單緩沖方式 WR1 CS IOW 5V+5VRfbIout2

11、Iout1 WR2XFERDGND AGNDD0D7DI0D17VccILEVREFVout+_A譯碼譯碼AB2. 主機(jī)位數(shù)小于DAC芯片的連接n數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)需要多次輸出數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)需要多次輸出n接口電路也需要多個(gè)（級(jí)）鎖存器保存接口電路也需要多個(gè)（級(jí)）鎖存器保存多次輸出的數(shù)據(jù)多次輸出的數(shù)據(jù)n并需要同時(shí)將完整的數(shù)字量提供給并需要同時(shí)將完整的數(shù)字量提供給DAC轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器8位位12位位兩級(jí)鎖存電路模擬輸出模擬輸出12位位DAC第第2級(jí)級(jí)12位鎖存控制位鎖存控制第第1級(jí)低級(jí)低8位鎖存控制位鎖存控制第第1級(jí)高級(jí)高4位鎖存控制位鎖存控制D0D74位位鎖存器鎖存器4位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器

12、鎖存器由同一個(gè)信號(hào)控制由同一個(gè)信號(hào)控制關(guān)鍵的一級(jí)鎖存關(guān)鍵的一級(jí)鎖存無需輸出數(shù)據(jù)無需輸出數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化的兩級(jí)鎖存電路模擬輸出模擬輸出12位位DAC第第2級(jí)級(jí)12位鎖存控制位鎖存控制第第1級(jí)低級(jí)低8位鎖存控制位鎖存控制D0D74位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器由同一個(gè)信號(hào)控制由同一個(gè)信號(hào)控制關(guān)鍵的一級(jí)鎖存關(guān)鍵的一級(jí)鎖存需要輸出高需要輸出高4位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)mov dx,port1mov al,blout dx,almov dx,port2mov al,bhout dx,al8.2.4 DAC芯片的應(yīng)用例1：用前面電路輸出正向鋸齒波2次數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔次數(shù)據(jù)輸出的時(shí)間間隔tms02LSB

13、1LSB255LSB254LSB鋸齒波周期鋸齒波周期MOV DX，PORTAMOV AL，0FFHDON：INC ALOUT DX，ALCALL DELAYJMP DONDELAY PROC NEARMOV CX，DATA X：LOOP XRETDELAY ENDP？DEC AL用延時(shí)程序控制周期用延時(shí)程序控制周期 MOV DX，PORT MOV AL，0FFHDON1： INC AL OUT DX，AL CMP AL，0FFH JNZ DON1 DON2： DEC AL OUT DX，AL CMP AL，0 JNZ DON2 JMP DON1 例例3：8255的端口地址的端口地址: 300H

14、303HD/A轉(zhuǎn)換器的應(yīng)用n函數(shù)發(fā)生器函數(shù)發(fā)生器n只要往只要往D/A轉(zhuǎn)換器寫入按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可轉(zhuǎn)換器寫入按規(guī)律變化的數(shù)據(jù)，即可在輸出端獲得正弦波、三角波、鋸齒波、方波、在輸出端獲得正弦波、三角波、鋸齒波、方波、階梯波、梯形波等函數(shù)波形。階梯波、梯形波等函數(shù)波形。n直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制n用不同的數(shù)值產(chǎn)生不同的電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速用不同的數(shù)值產(chǎn)生不同的電壓，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速n其他需要用電壓其他需要用電壓/電流來進(jìn)行控制的場(chǎng)合電流來進(jìn)行控制的場(chǎng)合 8.3 A/D轉(zhuǎn)換器模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量模擬模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器數(shù)字轉(zhuǎn)換器ADCn用途用途n將連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便將

15、連續(xù)變化的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以便于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。于計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。n常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或數(shù)字化聲音。常用于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)或數(shù)字化聲音。nA/D轉(zhuǎn)換的四個(gè)步驟轉(zhuǎn)換的四個(gè)步驟n采樣采樣保持保持量化量化編碼編碼n采樣采樣/保持：由采樣保持電路（保持：由采樣保持電路（S/H）完成）完成n量化量化/編碼：由編碼：由ADC電路完成（電路完成（ADC：AD變換器）變換器）1) 采樣和保持n采樣采樣n將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)為時(shí)間上斷續(xù)變化的將一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)為時(shí)間上斷續(xù)變化的（離散的）模擬量。（離散的）模擬量。n或：把一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一個(gè)脈沖串，或：把一個(gè)時(shí)間上連續(xù)變

16、化的模擬量轉(zhuǎn)換為一個(gè)脈沖串，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。脈沖的幅度取決于輸入模擬量。n保持保持n將采樣得到的模擬量值保持下來，使之等于采樣控制脈將采樣得到的模擬量值保持下來，使之等于采樣控制脈沖存在的最后瞬間的采樣值。沖存在的最后瞬間的采樣值。n目的：目的： A/D轉(zhuǎn)換期間保持采樣值恒定不變。轉(zhuǎn)換期間保持采樣值恒定不變。n對(duì)于慢速變化的信號(hào)，可省略采樣保持電路對(duì)于慢速變化的信號(hào)，可省略采樣保持電路采樣周期的確定n采樣通常采用等時(shí)間間隔采樣。采樣通常采用等時(shí)間間隔采樣。n采樣頻率采樣頻率fs不能低于不能低于2fimax（fimax為輸入信為輸入信號(hào)號(hào)Vin的最高次諧波分量的頻率）；的最高次諧波分

17、量的頻率）；nfs的的上限受計(jì)算機(jī)的速度、存儲(chǔ)容量、器件上限受計(jì)算機(jī)的速度、存儲(chǔ)容量、器件速度的限制。速度的限制。n實(shí)際中一般取實(shí)際中一般取fs為為fimax的的4-5倍。倍。2) 量化和編碼n量化量化就是用基本的量化電平的個(gè)數(shù)來表示采樣到模擬電壓值。就是用基本的量化電平的個(gè)數(shù)來表示采樣到模擬電壓值。即把時(shí)間上離散而數(shù)值上連續(xù)的模擬量以一定的準(zhǔn)確度變換即把時(shí)間上離散而數(shù)值上連續(xù)的模擬量以一定的準(zhǔn)確度變換為時(shí)間上、數(shù)值上都離散的具有標(biāo)準(zhǔn)量化級(jí)的等效數(shù)字值。為時(shí)間上、數(shù)值上都離散的具有標(biāo)準(zhǔn)量化級(jí)的等效數(shù)字值。（量化電平的大小取決于（量化電平的大小取決于A/D變換器的字長）變換器的字長）n只有當(dāng)電壓

18、值正好等于量化電平的整數(shù)倍時(shí)，量化后才是準(zhǔn)確值，只有當(dāng)電壓值正好等于量化電平的整數(shù)倍時(shí)，量化后才是準(zhǔn)確值，否則量化后的結(jié)果都只能是輸入模似量的近似值。這種由于量化而否則量化后的結(jié)果都只能是輸入模似量的近似值。這種由于量化而產(chǎn)生的誤差叫做量化誤差。量化誤差是由于量化電平的有限性造成產(chǎn)生的誤差叫做量化誤差。量化誤差是由于量化電平的有限性造成的，所以它是原理性誤差，只能減小，而無法消除。為減小量化誤的，所以它是原理性誤差，只能減小，而無法消除。為減小量化誤差，根本的辦法是減小量化電平（即增加字長）。差，根本的辦法是減小量化電平（即增加字長）。n編碼編碼是把已經(jīng)量化的模擬數(shù)值是把已經(jīng)量化的模擬數(shù)值(它

19、一定是量化電平的整數(shù)倍它一定是量化電平的整數(shù)倍)用二進(jìn)制碼、用二進(jìn)制碼、BCD碼或其它碼來表示。碼或其它碼來表示。8. 3. 1 模模/數(shù)轉(zhuǎn)換涉及的參數(shù)數(shù)轉(zhuǎn)換涉及的參數(shù)1. 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度反映了轉(zhuǎn)換精度反映了A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出接近理轉(zhuǎn)換器的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度，通常用數(shù)字量的最低有效想輸出的精確程度，通常用數(shù)字量的最低有效位（位（LSB）來表示。）來表示。2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率 轉(zhuǎn)換時(shí)間為完成一次轉(zhuǎn)換時(shí)間為完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換率為轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。轉(zhuǎn)換率為轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。3. 分辨率分辨率 表明能夠分辨最小的量化信號(hào)的能

20、力，通常用表明能夠分辨最小的量化信號(hào)的能力，通常用位數(shù)來表示。例如，位數(shù)來表示。例如，12位的位的ADC的分辨率為的分辨率為2122048。8.3.2 A/D轉(zhuǎn)換的方法和原理ADC的分類及其優(yōu)缺點(diǎn)的分類及其優(yōu)缺點(diǎn)n計(jì)數(shù)式計(jì)數(shù)式ADC：最簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度最慢。：最簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)換速度最慢。n逐次逼近式逐次逼近式ADC：轉(zhuǎn)換速度和精度都比較高，且比：轉(zhuǎn)換速度和精度都比較高，且比較簡(jiǎn)單，價(jià)格低，所以在微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用。較簡(jiǎn)單，價(jià)格低，所以在微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中最常用。n雙積分式雙積分式ADC：轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)：轉(zhuǎn)換精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)換速度慢，一般應(yīng)用在精度高而速度不高的場(chǎng)合，換速

21、度慢，一般應(yīng)用在精度高而速度不高的場(chǎng)合，如測(cè)量?jī)x表。如測(cè)量?jī)x表。1. 計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換以最低位為增減量以最低位為增減量單位的逐步計(jì)數(shù)法單位的逐步計(jì)數(shù)法2. 逐次逼近式從最高位開始從最高位開始的逐位試探法的逐位試探法3. 雙積分式兩個(gè)積分階段兩個(gè)積分階段實(shí)質(zhì)是電壓實(shí)質(zhì)是電壓/時(shí)間變換時(shí)間變換IREFIinVinVREF積分器積分器比較器比較器V/IV/I時(shí)鐘時(shí)鐘啟動(dòng)計(jì)數(shù)啟動(dòng)計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器數(shù)字輸出數(shù)字輸出T2T1Vc固定斜率固定斜率時(shí)間可變時(shí)間可變固定時(shí)間固定時(shí)間斜率可變斜率可變轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束4.用軟件和D/A轉(zhuǎn)換器來實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換鎖鎖存存器器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器輸入輸入接口接口D0D7D0Vx

22、譯譯碼碼器器WR*ABRD*比較器比較器Vc軟件可以用計(jì)數(shù)式或逐次逼近式實(shí)現(xiàn)軟件可以用計(jì)數(shù)式或逐次逼近式實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)逐次逼近過程的程序段START:XOR AX,AX MOV BL,80H MOV CX,08HAGAIN:ADD AL,BL MOV BH,AL OUT PORTA,AL IN AL,PORTS AND AL,01H JZEND1MOV AL,BLNOT ALAND AL,BH MOV BH,ALEND1:ROR BL,1 MOV AL,BHLOOP AGAIN8.3.3 A/D轉(zhuǎn)換芯片1.ADC0804芯片芯片n帶有可控三態(tài)門帶有可控三態(tài)門nCS*和和WR*有效，啟有效，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換動(dòng)

23、轉(zhuǎn)換nCS*和和RD*有效，讀有效，讀取數(shù)據(jù)取數(shù)據(jù)n轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)束，INTR*0；C P U 讀 取 數(shù) 據(jù) 后 ，讀 取 數(shù) 據(jù) 后 ，INTR*1n查詢方式或中斷方式查詢方式或中斷方式 VccDB7DB0 CLKR INTR* CLRINRD* VIN(+) WR* VIN(-) AGND DGNDCS*模擬模擬輸入輸入ADC0804+5V2. ADC0809芯片n具有具有A/D轉(zhuǎn)換的基本功能轉(zhuǎn)換的基本功能vCMOS工藝制作工藝制作v8位逐次逼近式位逐次逼近式ADCv轉(zhuǎn)換時(shí)間為轉(zhuǎn)換時(shí)間為100 sn包含擴(kuò)展部件包含擴(kuò)展部件多路開關(guān)多路開關(guān)三態(tài)鎖存緩沖器三態(tài)鎖存緩沖器ADC0809的內(nèi)部

24、結(jié)構(gòu)圖ADC0809地址鎖存地址鎖存和譯碼和譯碼OE通道通道選擇選擇開關(guān)開關(guān)ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三態(tài)三態(tài)鎖存鎖存緩沖器緩沖器DACVcc比較器比較器CLOCKSTARTGND VREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR定時(shí)和控制定時(shí)和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOCADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序 ADC0809的模擬輸入n提供一個(gè)提供一個(gè)8通道的多路開關(guān)和尋址邏輯通道的多路開關(guān)和尋址邏輯IN0IN7：8個(gè)模擬電壓輸入端個(gè)模擬電壓輸入端ADDA、ADDB、ADDC：3個(gè)地址輸入線個(gè)地址輸入線ALE：地址鎖存允

25、許信號(hào)地址鎖存允許信號(hào)nALE的上升沿用于鎖存的上升沿用于鎖存3個(gè)地址輸入的狀個(gè)地址輸入的狀態(tài)，然后由譯碼器從態(tài)，然后由譯碼器從8個(gè)模擬輸入中選擇個(gè)模擬輸入中選擇一個(gè)模擬輸入端進(jìn)行一個(gè)模擬輸入端進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換 ADC0809的數(shù)字輸出nADC0809內(nèi)部鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量?jī)?nèi)部鎖存轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量n具有三態(tài)數(shù)字量輸出端具有三態(tài)數(shù)字量輸出端D0D7n配合輸出允許信號(hào)配合輸出允許信號(hào)OEo 當(dāng)輸出允許信號(hào)當(dāng)輸出允許信號(hào)OE為高電平有效時(shí)，將為高電平有效時(shí)，將三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從D0D7輸輸出出ADC0809的工作過程n根據(jù)時(shí)序圖，根據(jù)時(shí)序圖，ADC0809的工作過程如下

26、：的工作過程如下：把把通道地址送到通道地址送到ADDAADDC上，選擇一個(gè)模，選擇一個(gè)模擬輸入端；擬輸入端； 在通道地址信號(hào)有效期間，在通道地址信號(hào)有效期間，ALE上的上的上升沿使該地址鎖存到內(nèi)部地址鎖存器；該地址鎖存到內(nèi)部地址鎖存器；START引腳上的引腳上的下降沿啟動(dòng)啟動(dòng)A/D變換；變換； 變換開始后，變換開始后，EOC引腳呈現(xiàn)引腳呈現(xiàn)低電平， EOC重新重新變?yōu)樽優(yōu)楦唠娖綍r(shí)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束；時(shí)表示轉(zhuǎn)換結(jié)束；OE信號(hào)打開信號(hào)打開輸出鎖存器的三態(tài)門送出結(jié)果輸出鎖存器的三態(tài)門送出結(jié)果 。進(jìn)一步應(yīng)考慮的問題n多個(gè)模擬通道時(shí)，程序怎樣編寫？多個(gè)模擬通道時(shí)，程序怎樣編寫？nADC位數(shù)大于位數(shù)大于8位應(yīng)怎

27、樣處理？位應(yīng)怎樣處理？n用用8255時(shí)程序應(yīng)怎樣編寫？時(shí)程序應(yīng)怎樣編寫？3.AD570芯片n分辨率分辨率:8位位n內(nèi)部有輸出三態(tài)門內(nèi)部有輸出三態(tài)門,不可控不可控 n AD570不能直接與不能直接與CPU數(shù)據(jù)總線相連數(shù)據(jù)總線相連. AC DC AINDB7DB0 DR* B/C*模擬輸入模擬輸入B/C*:啟動(dòng)信號(hào)，低電平有效；啟動(dòng)信號(hào)，低電平有效；DR* ：轉(zhuǎn)換結(jié)束，低電平有效；：轉(zhuǎn)換結(jié)束，低電平有效；AC:模擬地；模擬地；DR：數(shù)字地。：數(shù)字地。啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)束8.3.4 ADC芯片與主機(jī)的連接nADC芯片相當(dāng)于芯片相當(dāng)于“輸入設(shè)備輸入設(shè)備”，需要接，需要接口電路提供數(shù)據(jù)緩沖器口電路提供數(shù)據(jù)緩

28、沖器n主機(jī)需要控制轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)主機(jī)需要控制轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)n主機(jī)還需要及時(shí)獲知轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，并主機(jī)還需要及時(shí)獲知轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，并進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入等處理進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入等處理1.輸入模擬電壓的連接n單端輸入，如單端輸入，如ADC0809n差動(dòng)輸入，如差動(dòng)輸入，如ADC0804ADC0809與系統(tǒng)的連接 n模擬輸入端模擬輸入端INin單路輸入單路輸入n模擬信號(hào)可連接到任何模擬信號(hào)可連接到任何一個(gè)輸入端；一個(gè)輸入端；n地址線可根據(jù)輸入固定地址線可根據(jù)輸入固定連接；也可以由連接；也可以由CPU給給一個(gè)固定地址。一個(gè)固定地址。 單路輸入時(shí)單路輸入時(shí)ADDCADDBADDAIN4ADC0809輸入輸入多路輸入時(shí)多路輸入時(shí)

29、ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸入輸入0輸入輸入1輸入輸入2輸入輸入3輸入輸入4CPU指定指定通道號(hào)通道號(hào)+5Vn多路輸入多路輸入n模擬信號(hào)按順序分別模擬信號(hào)按順序分別連接到輸入端；連接到輸入端；n要轉(zhuǎn)換哪一路輸入，要轉(zhuǎn)換哪一路輸入，就將其編號(hào)送到地址就將其編號(hào)送到地址線上線上(動(dòng)態(tài)選擇動(dòng)態(tài)選擇)。2. 數(shù)據(jù)輸出線的連接n與主機(jī)的連接可分成兩種方式與主機(jī)的連接可分成兩種方式q直接相連直接相連：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的ADC芯片芯片q通過三態(tài)鎖存器相連通過三態(tài)鎖存器相連：適用于不帶三態(tài)鎖：適用于不帶三態(tài)鎖存器的存器的ADC芯片，也適

30、用帶有三態(tài)鎖存緩芯片，也適用帶有三態(tài)鎖存緩沖器的芯片沖器的芯片nADC芯片的數(shù)字輸出位數(shù)大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)芯片的數(shù)字輸出位數(shù)大于系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線位數(shù)，需把數(shù)據(jù)分多次讀取總線位數(shù)，需把數(shù)據(jù)分多次讀取數(shù)據(jù)輸出線D0-D7n內(nèi)部已接有三態(tài)門，故可直接連到內(nèi)部已接有三態(tài)門，故可直接連到DB上上n也可另外通過一個(gè)外部三態(tài)門與也可另外通過一個(gè)外部三態(tài)門與DB相連相連n上述兩種方法均需占用一個(gè)上述兩種方法均需占用一個(gè)I/O地址地址D0-D7ADC0809DBOE來自來自I/O譯碼譯碼D0-D7ADC0809DBOE來自來自I/O譯碼譯碼直接與直接與DB相連相連通過三態(tài)門與通過三態(tài)門與DB相連相連74LS244+5VD

31、IDOE1#E2#3. A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)（1）n啟動(dòng)信號(hào)一般有兩種形式啟動(dòng)信號(hào)一般有兩種形式q脈沖信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換脈沖信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換q電平信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換電平信號(hào)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束3. A/D轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)（2）n主機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)有兩種方法主機(jī)產(chǎn)生啟動(dòng)信號(hào)有兩種方法q編程啟動(dòng)編程啟動(dòng)軟件上，執(zhí)行一個(gè)輸出指令軟件上，執(zhí)行一個(gè)輸出指令硬件上，利用輸出指令產(chǎn)生硬件上，利用輸出指令產(chǎn)生ADC啟動(dòng)脈啟動(dòng)脈沖，或產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)有效電平?jīng)_，或產(chǎn)生一個(gè)啟動(dòng)有效電平q定時(shí)啟動(dòng)定時(shí)啟動(dòng)啟動(dòng)信號(hào)來自定時(shí)器輸出啟動(dòng)信號(hào)來自定時(shí)器輸出兩種連接方法：兩種連接方法：分別連接：用兩個(gè)信號(hào)分別進(jìn)行控制分別連接：用兩個(gè)信號(hào)

32、分別進(jìn)行控制需占用兩個(gè)需占用兩個(gè)I/O端口或兩個(gè)端口或兩個(gè)I/O線線(用用8255時(shí)時(shí))；統(tǒng)一連接：用一個(gè)脈沖信號(hào)的上升沿進(jìn)行地址鎖存，下統(tǒng)一連接：用一個(gè)脈沖信號(hào)的上升沿進(jìn)行地址鎖存，下降沿實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換降沿實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換只需占用一個(gè)只需占用一個(gè)I/O端口或一個(gè)端口或一個(gè)I/O線線(用用8255時(shí)時(shí))ADC0809ALESTART獨(dú)立連接獨(dú)立連接來自來自I/O譯碼譯碼1來自來自I/O譯碼譯碼2ADC0809ALESTART統(tǒng)一連接統(tǒng)一連接來自來自I/O譯碼譯碼地址鎖存信號(hào)地址鎖存信號(hào)ALE和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)和啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)START4. 轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)的處理v不同的處理方式對(duì)應(yīng)程序設(shè)計(jì)方法不同不同的處理方

33、式對(duì)應(yīng)程序設(shè)計(jì)方法不同 查詢方式查詢方式把結(jié)束信號(hào)作為狀態(tài)信號(hào)把結(jié)束信號(hào)作為狀態(tài)信號(hào) 中斷方式中斷方式把結(jié)束信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào)把結(jié)束信號(hào)作為中斷請(qǐng)求信號(hào) 延時(shí)方式延時(shí)方式不使用轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)不使用轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)轉(zhuǎn)換結(jié)束EOCn軟件查詢軟件查詢EOC狀態(tài)狀態(tài)nEOC通過一個(gè)三態(tài)門連到數(shù)據(jù)總線的通過一個(gè)三態(tài)門連到數(shù)據(jù)總線的D0(或或D1、D2n三態(tài)門要占用一個(gè)三態(tài)門要占用一個(gè)I/O端口地址端口地址nCPU效率低效率低n把把EOC作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，向作為中斷申請(qǐng)信號(hào)，向CPU申請(qǐng)中斷申請(qǐng)中斷n在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果在中斷服務(wù)程序中讀入轉(zhuǎn)換結(jié)果n效率高效率高n軟件延時(shí)等待軟件延時(shí)等待(比如延時(shí)比如

34、延時(shí)1ms)不用不用EOC信號(hào)信號(hào)nCPU效率最低，只能按最大轉(zhuǎn)換時(shí)間延時(shí)效率最低，只能按最大轉(zhuǎn)換時(shí)間延時(shí)n簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)5.ADC0809的地址線ADDA-ADDCn多路輸入時(shí)，地址線不能固定連接到多路輸入時(shí)，地址線不能固定連接到5V或地線，而是要或地線，而是要通過一個(gè)接口芯片與數(shù)據(jù)總線連接。接口芯片可以選用：通過一個(gè)接口芯片與數(shù)據(jù)總線連接。接口芯片可以選用：n鎖存器鎖存器74LS273，74LS373等（要占用一個(gè)等（要占用一個(gè)I/O地址）地址）n可編程并行接口可編程并行接口8255（要占用四個(gè)（要占用四個(gè)I/O地址）地址）nCPU用一條用一條OUT指令把通道地址通過接口芯片

35、送給指令把通道地址通過接口芯片送給ADC0809ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809輸輸入入DB74LS273Q2Q1Q0CP來自來自I/O譯碼譯碼D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#來自來自I/O譯碼譯碼D0-D7A1A0A1A0用鎖存器作為用鎖存器作為ADC0809的接口的接口用用8255作為作為ADC0809的接口的接口D0IN0A15-A0IOR#IOW#D7-D0D7-D0EOCOESTARTALEADDCADDBADDA譯譯碼碼器器ADC0809n一個(gè)連接實(shí)例（用查詢方式）

36、一個(gè)連接實(shí)例（用查詢方式）模擬信號(hào)輸入模擬信號(hào)輸入進(jìn)行一次進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換的程序轉(zhuǎn)換的程序(以上圖為例以上圖為例)n用延時(shí)等待的方法用延時(shí)等待的方法MOV DX, start_portOUT DX, AL ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換CALL DELAY_1MS ;延時(shí)延時(shí)1msMOV DX, oe_portIN AL, DX ;讀入結(jié)果讀入結(jié)果進(jìn)行一次進(jìn)行一次A/D轉(zhuǎn)換的程序轉(zhuǎn)換的程序(以上圖為例以上圖為例)n用查詢用查詢EOC狀態(tài)的方法狀態(tài)的方法MOVDX, start_portOUTDX, AL ;啟動(dòng)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)轉(zhuǎn)換LL: MOVDX, eoc_portINAL, DX ;讀入讀入EOC狀態(tài)狀態(tài)A

37、NDAL, 01H ;測(cè)試第測(cè)試第0位位(EOC狀態(tài)狀態(tài)位位)JZLL ;未轉(zhuǎn)換完，則循環(huán)檢測(cè)未轉(zhuǎn)換完，則循環(huán)檢測(cè)MOVDX, oe_portIN AL, DX ;讀入結(jié)果讀入結(jié)果 例題例題1:設(shè)設(shè)EOC接接8259的的IR7:試編寫連續(xù)轉(zhuǎn)換試編寫連續(xù)轉(zhuǎn)換8 8個(gè)個(gè)通道的模擬量的程序，并將轉(zhuǎn)換值存在通道的模擬量的程序，并將轉(zhuǎn)換值存在DATDAT開始的開始的單元中。單元中。主程序：主程序： CLIMOV BL，0 ；0通道號(hào)送通道號(hào)送BLMOV SI，0 ；設(shè)存放轉(zhuǎn)換值地址指針；設(shè)存放轉(zhuǎn)換值地址指針MOV AL，BL ；通道號(hào)送；通道號(hào)送ALOUT ADC0809，AL ；從從0通道開始，啟動(dòng)通

38、道開始，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換；換；NOPNOPSTI.IR7中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序:INT-AD ： IN AL,ADC0809 ;讀讀A/D轉(zhuǎn)換值轉(zhuǎn)換值 MOV DATSI,AL ;存入存入DAT中中 INC BL INC SI CMP BL,8 JZ EXIT MOV AL,BL ;若未完成若未完成8個(gè)通道的轉(zhuǎn)換個(gè)通道的轉(zhuǎn)換, ;則啟動(dòng)下個(gè)則啟動(dòng)下個(gè)A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換,否則返回否則返回 OUT AD0809,AL ;啟動(dòng)下個(gè)啟動(dòng)下個(gè)A/D通道通道 STI EXIT: IRET 設(shè)設(shè)IR7的類型號(hào)為的類型號(hào)為0FH. 設(shè)置中斷向量設(shè)置中斷向量: 0FH4=3CH 0FH4+2=3EHCLIPUSH DSXOR AX,AX MOV DS,AXMOV AX,OFFSET INT-ADMOV WORD PTR 003CH,AXMOV AX,SEG INT-ADMOV WORD PTR 003EH,AXPOP DSSTI 例題例題2.設(shè)設(shè)EOC接接82