潘新民-微型計算機控制技術(第二版)課件-第2章.知識分享

潘新民-微型計算機控制技術(第二版)課件-第2章.第二章模擬量輸入/輸出通道的接口技術經(jīng)計算機處理后的以數(shù)字量輸出。大多數(shù)執(zhí)行機構只能接收模擬量。（如電動執(zhí)行機構、氣動執(zhí)行機構以及直流電機等）必須把數(shù)字量變成模擬量即完成數(shù)/模轉(zhuǎn)換（簡稱D/A轉(zhuǎn)換）?？梢?A/D、D/A轉(zhuǎn)換是微型機接收、處理、控制模擬量參數(shù)過程中必不可少的環(huán)節(jié)。微機控制技術2．1多路開關及采樣／保持器多路開關、采樣/保持器是微型機控制系統(tǒng)的重要元件，是計算機進行多路控制、采集數(shù)據(jù)必不可少的組成部分。本節(jié)主要介紹他們的原理及應用。微機控制技術2．1多路開關及采樣／保持器

2．1．1多路開關

2．1．2采樣／保持器微機控制技術

2．1．1多路開關多路開關的主要用途(1)把多個模擬量參數(shù)分時地接通送入A/D轉(zhuǎn)換器即完成多到一的轉(zhuǎn)換。稱為多路開關。(2)把經(jīng)計算機處理后輸出且由D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成的模擬信號按順序輸出到不同的控制回路/外部設備，即完成一到多的轉(zhuǎn)換。稱多路分配器或反多路開關。微機控制技術

2．1．1多路開關2.多路開關的種類：(1)單向多路開關，如AD7501（8路），AD7506（16路）。(2)雙向多路開關，如CD4051（8路），CD4067（16路）。(3)差動輸入多路開關如CD4052(雙4通道),CD4053(三重二通道)CD4097(雙8通道)。(4)多路輸入/多路數(shù)出矩陣多路開關如8816（16入8出）等。微機控制技術

2．1．1多路開關3.半導體多路開關（1）采用標準的雙列直插式結構，尺寸小，便于安排（2）直接與TTL（或CMOS）電平相兼容；（3）內(nèi)部帶有通道選擇譯碼器，使用方便；（4）可采用正或負雙極性輸入；（5）轉(zhuǎn)換速度快，通常導通/關斷時間為1μs有些產(chǎn)品已達到幾十～幾百ns。（6）壽命長，無機械磨損；（7）接通電阻低，一般小于100Ω,有的可達幾個Ω。（8）斷開電阻高，通常達109Ω以上。

微機控制技術廣泛應用

2．1．1多路開關1.CD40512.CD4067B/CD4097B3.多路開關的擴展微機控制技術1.CD4051

微機控制技術圖2-1CD4051

原理電路圖01001.CD40511.CD40510001

1.CD4051（1）CD4051的組成：

①邏輯轉(zhuǎn)換單元完成TTL到CMOS的轉(zhuǎn)換。輸入電平范圍大:數(shù)字量為3～15V，模擬量可達15VP-P。②二進制3：8譯碼器對選擇輸入端C、B、A的狀態(tài)進行譯碼，以控制所選電路TG的開/關，使某一路開關接通，將輸入和輸出通道接口。③電子開關TG

用來接通或斷開輸入/輸出通道。

微機控制技術±15V1.CD4051（2）控制原理

①禁止輸入端INH②3個通道選擇輸入端C、B、AC、B、A的信號編碼用來選擇8個通道之一被接通。微機控制技術INH接高電平所有通道全部斷開1.CD4051（3）用法

①用作多路開關8進1出②用作分路路開關1進8出微機控制技術改變C、B、A的值,改變接通的通道1.CD4051表2-2CD4051真值表微機控制技術輸入狀態(tài)接通通道INHCBACD405100000#00011#00102#……01117#2.CD4067B/CD4097B2.CD4067B/CD4097B CD4067B和CD4097B相比:·相同:原理基本，·不同:CD4067B單16路，雙向、4個選擇控制端:D、C、B、ACD4097B雙8路，雙向、 3個選擇控制端:C、B、A

CD4051單8路，雙向、3個選擇控制端:C、B、A微機控制技術2.CD4067B/CD4097B110102.CD4067B/CD4097B矩陣式多路開關（補充）INOUT輸入選擇輸出選擇可將一個輸入信號傳至到任選輸出通道3.多路開關的擴展3.多路開關的擴展

（1）由于被測參數(shù)多，應用中需要擴展。（2）作法：·將兩個多路開關串聯(lián)可成倍增加路數(shù)?！げ捎米g碼器可組成通路更多的多路開關。微機控制技術3.多路開關的擴展（2）擴展方法輸入通道:不變，只是把2#CD4051的8個通道編號為8—15。輸出通道:把兩個CD4051的OUT/IN并聯(lián)。通道選擇控制管腳C、B、A同名并聯(lián)，并分別接到D2、D1和D0。禁止端:用做兩個CD4051的選擇控制，由D3控制。當D3=0時，1#CD4051工作，2#截止。當D3=1時，正好相反。微機控制技術3.多路開關的擴展由于兩個多路開關只有兩種狀態(tài)，1#多路開關工作，2#就得停止，或者相反。所以，只用一根地址總線即可作為兩個多路開關的允許控制端的選擇信號，而兩個多路開關的通道選擇輸入端共用一組地址（或數(shù)據(jù)）總線。微機控制技術3.多路開關的擴展微機控制技術圖2-4CD4051的擴展電路

（3）擴展電路由兩個CD4051構成的16通道多路開關OUT/IN端連在一起兩片IN端并聯(lián)兩片IN端串聯(lián)非門100103.多路開關的擴展（3）工作原理圖2-8中，改變數(shù)據(jù)總線D2~D0（或地址總線A2～A0）的狀態(tài)即可得到分別選擇IN7～IN0的8個通道之一。D3用來控制兩個多路開關的INH輸入端的電平。其真值表，如表3-4所示。微機控制技術3.多路開關的擴展INHCBA接通通道00000#00011#00102#……01117#10008#10019#101010#……111115#微機控制技術（3）真值表·INH為0：選通1#芯片（1N0～IN7）·INH為1：選通2#芯片（IN8~IN15）·在INH為0的前提下，由C、B、A的編碼決定被選通的通道。3.多路開關的擴展※若需要通道數(shù)很多，可通過譯碼器控制CD4051的控制端INH，把多個CD4051芯片組合起來，構成更多通道或差動輸入系統(tǒng)?！鶎τ谄渌嗦烽_關芯片同樣適用。微機控制技術討論2．1．2采樣／保持器

1．采樣／保持器的用途2．采樣／保持器工作原理3．常用采樣／保持器微機控制技術1．采樣／保持器的用途1．采樣／保持器（Sample/Hold）的用途（1）保持采樣信號不變，以便完成A/D轉(zhuǎn)換；（2）同時采樣幾個模擬量，以便進行數(shù)據(jù)處理和測量；（3）減少D/A轉(zhuǎn)換器的輸出毛刺，從而消除輸出電壓的峰值及縮短穩(wěn)定輸出值的建立時間；（4）把一個D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分配到幾個輸出點，以保證輸出的穩(wěn)定性。微機控制技術2．采樣／保持器工作原理2．采樣／保持器工作原理（1）S／H有兩種工作方式：①采樣方式采樣／保持器的輸出跟隨模擬量輸入電壓。②保持方式采樣／保持器的輸出保持在命令發(fā)出時刻的模擬量輸入值，直到保持命令撤消（即再度接到采樣命令）時為止。。微機控制技術2．采樣／保持器工作原理微機控制技術圖2-9描述上述采樣／保持過程的示意曲線圖3．常用采樣／保持器3．常用采樣／保持器·AD公司AD582、AD585、AD346、AD389、ADSHC—85?！野雽w公司LF198/298/398等。微機控制技術3．常用采樣／保持器（1）LF198/298/398的結構·結構由雙極型絕緣柵場效應管組成（低偏差電壓和寬頻帶）使用一個單獨的端子實現(xiàn)輸人偏置電壓的調(diào)整，·特點采樣速度快，保持下降速度慢，精度高等特點。允許帶寬1MHz，輸入電阻為1010Ω。作為單一的放大器時，其電流增益精度為0.002％，采樣時間小于6μs時，精度可達0.01％。微機控制技術3．常用采樣／保持器當保持電容為1μF時，其下降速度為5mV／min。結型場效應管與MOS電路相比：抗干擾能力強，且不受溫度影響。設計保證，即使是在輸入信號等于電源電壓時，也可以將輸入饋送到輸出端。LF198的邏輯輸入全部為具有低輸入電流的差動輸入允許直接與TTL、PMOS、CMOS電平相連。其門限值為1.4V。LF198供電電源可以從5V到18V。微機控制技術3．常用采樣／保持器圖2-6LF198LF298LF398原理圖微機控制技術（2）LF198／LF298／LF398芯片引腳功能

·VIN：模擬量電壓輸入；

·VOUT：模擬量電壓輸出；·邏輯、邏輯參考：控制S/H的工作方式。引腳8接高電平，采樣低電平，保持?！て茫∣FFSET）：可用外接電阻調(diào)整S/H的偏差

·CH：保持電容引腳。用來連接外部保持電容。

·V+、V-：電源引腳。電源變化范圍為5V到10V。

3．常用采樣／保持器微機控制技術2．2D／A轉(zhuǎn)換器及其接口技術典型的微型機控制系統(tǒng)由模擬量輸入通道、微型機、模擬量輸出通道組成其中：·模擬量輸入通道主要完成模擬量（Analog）到數(shù)字量（Digital）的轉(zhuǎn)換?！の⑿蜋C主要完成數(shù)據(jù)處理、控制量計算、輸出等?！つM量輸出通道主要完成數(shù)字量（Digital）到模擬量（Analog）的轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換器分類1.按D/A轉(zhuǎn)換器輸出方式分類電流輸出型：如DAC0832，AD7522等。電壓輸出型：如AD558，AD7224等。(單極性輸出、雙極性輸出)。2.按輸入數(shù)字量位數(shù)分類有8位、10位、12位和16位等。3.結構:雙D/A（AD7528）、4通道D/A（AD7226）轉(zhuǎn)換器串行D/A轉(zhuǎn)換器（DAC80）等。4.其它:直接接收BCD碼（如AD7525）。直接輸出4～20mA標準電流的D/A轉(zhuǎn)換器（如AD1420/1422）。2．2D／A轉(zhuǎn)換器及其接口技術2.2.18位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術2.2.2高于8位的D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術2．2.18位D／A轉(zhuǎn)換器及其接口技術

1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC08322．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計

微機控制技術1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832

1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832 ·美國數(shù)據(jù)公司產(chǎn)品，8位D/A轉(zhuǎn)換器?！づcCPU完全兼容?！げ捎肅MOS工藝:功耗低，輸出漏電流誤差較小。·特殊的電路結構可與TTL邏輯輸入電平兼容。微機控制技術1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832微機控制技術（1）DAC0832的結構及原理圖2-7

②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1（2）LE（2）=WR2×②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1（2）LE（2）=WR2×②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1（2）LE（2）=WR2×1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832微機控制技術①內(nèi)部結構二級緩沖，一級轉(zhuǎn)換，邏輯電路圖2-14中，為寄存器命令。當＝l時，寄存器的輸出隨輸入而變化；＝0時，數(shù)據(jù)被鎖存在寄存器中。②寄存器命令控制（1）LE（1）=ILE×CS×WR1（2）LE（2）=WR2×②寄存器命令控制（1）（8位數(shù)據(jù)鎖存器控制8位DAC寄存器控制根據(jù)不同的接法，可將DAC0832設計成單緩沖、雙緩沖、直通三種工作方式②寄存器命令控制（1）（②寄存器命令控制（1）（②寄存器命令控制（1）（1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832（2）DAC0832的引腳功能①數(shù)據(jù)·D7～D0：數(shù)字量輸入·IOUT1：DAC電流輸出1。

·IOUT2：DAC電流輸出2。②控制

·CS：片選信號·ILE：輸人鎖存允許信號

·WR1：輸入鎖存器寫選通信號·WR2:DAC寄存器寫選通信號·XFER：數(shù)據(jù)傳送控制信號·Rfb:反饋電阻微機控制技術D7～D0=0FFHIOUT1

輸出最大值D7～D0=00HIOUT1

輸出為0IOUT2=常數(shù)-IOUT1采用單極性輸出時，IOUT2接地為外部運算放大器提供反饋電阻（可用片內(nèi)電阻/外接電阻）1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832·VREF：參考電壓輸入線。要求外接一精密電源。當VREF為±10V(或±5V)時，可獲得滿量程四象限的可乘操作。微機控制技術輸出電壓的極性兩者符號之積輸出電壓的數(shù)值取決于輸入的數(shù)字量1．普通型D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832③電源與地

·Vcc：數(shù)字電路供電電壓，一般為+5V~+15V。·AGND：模擬地。

·DGND：數(shù)字地。兩種不同性質(zhì)的地，應單獨連接，但在一般情況下，最后總有一點接在一起，以提高抗干擾的能力。微機控制技術2．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式2．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式

（1）電壓輸出外接一級運算放大器，構成單極性電壓輸出；（圖2-8）外接兩級運算放大器，構成雙極性電壓輸出。（圖2-9）（2）電流輸出直接輸出電流。微機控制技術2．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式微機控制技術圖2-8DAC0832單極性電壓輸出電路P29極性與VREF反相；數(shù)值與輸入數(shù)字量相關VREF可接：±5V±10V

微機控制技術圖2-9DAC0832雙極性電壓輸出電路P30VOUT2=-[R3

×I3]=-[R3×(I1+I2)]∑I32．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式注意：①Vout1與VREF反相②Vout2與輸入反相③R1=2R，R2=R，R3=2R圖2-9可求出D/A

轉(zhuǎn)換器的總輸出電壓微機控制技術（2-1）代入R1、R2、R3的值，可得2．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式設VREF=+5V，則由式（2-1）可得出：當VOUT1=0V時，VOUT2=-5V；VOUT1=-2.5V時，VOUT2=0V；VOUT1=-5V時，VOUT2=+5V。微機控制技術雙極性輸出時輸入數(shù)字量與輸出模擬量之間的關系見表2-7

P302．D/A轉(zhuǎn)換器的輸出方式設VREF=+5V，則由式（2-1）可得出：D7…D0VOUT1VOUT2000000000V-5V10000000-2.5V0V11111111-5V+5V。微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計包括三個方面：（1）數(shù)字量輸入（2）模擬量輸出（3）外部控制信號的連接微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計（1）數(shù)字量輸入端的連接考慮兩個問題：①位數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)是否與微型機匹配？匹配，可直接連接；不匹配，可將數(shù)字量分批傳送。

②D/A轉(zhuǎn)換器的內(nèi)部是否設有輸入鎖存器？若沒有，須在CPU與D/A轉(zhuǎn)換器之間增設鎖存器；若有，則可直接連接。微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計（2）外部控制信號的連接①片選信號，由地址線經(jīng)譯碼器控制。②寫信號，由微型機的信號控制。③啟動信號，啟動信號常為片選及寫信號的合成。④參考電平，由輸出極性決定。微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計（3）D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計應用舉例8位D/A

轉(zhuǎn)換器與8031單片機的接口。

選用DAC0832，分析：·數(shù)據(jù)位數(shù)·單極性電壓輸出·DAC0832內(nèi)部含有兩極數(shù)字量鎖存器，直接與8031接口。

微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計圖2.10含鎖存器的D/A轉(zhuǎn)換器與單片機的連接微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計 圖2.10中，DAC0832工作于雙緩沖方式：用P2.1控制，用P2.0

控制，信號同時控制和。鎖存允許信號ILE接高電平。微機控制技術分析：LE（1）=CS&WR1&ILELE（2）=WR2&分析：LE（1）=CS&WR1&ILELE（2）=WR2&①執(zhí)行MOVX@DPTR,A中LE(1)=1,指令執(zhí)行完畢，LE(1)=0P2.1=0P2.0=1②執(zhí)行MOVX@DPTR,A中LE(1)=1,指令執(zhí)行完畢，LE(1)=0P2.1=0P2.0=13.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計 設:第一級地址為0FDFFH，第二級地址為0FEFFH，則完成圖2.10所示的D/A轉(zhuǎn)換程序為：START：MOVDPTR，#0FDFFH；建立D/A轉(zhuǎn)換器地址指針MOVA，#nnH；待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量送AMOVX@DPTR，A；輸出D/A轉(zhuǎn)換數(shù)字量INCDPH；求第二級地址MOVX@DPTR，A；完成D/A轉(zhuǎn)換微機控制技術3.8位D/A轉(zhuǎn)換器與微型機的接口及程序設計

圖2.10加以改動:·將P2.0接到和兩個控制端，P2.1不用，即可實現(xiàn)單緩沖方式?！ぶ灰獔?zhí)行上述程序段中的前3條指令，便可同時打開兩級數(shù)據(jù)寄存器，完成D/A

轉(zhuǎn)換?！ぴ跓o特殊要求時，盡量采用單緩沖形式?！ぶ挥性谝笸瑫r輸入兩個或兩個以上數(shù)據(jù)的情況下，才需要采用兩級緩沖的形式。微機控制技術單緩沖方式接線圖2．2．2高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術

增加D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)可提高轉(zhuǎn)換精度，更高位數(shù)D/A轉(zhuǎn)換器的原理與8位D/A

轉(zhuǎn)換器基本一樣,不同的是在與微型機進行接口時，數(shù)據(jù)要分兩次或三次輸入。微機控制技術2．2．2高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口技術1．12位D/A轉(zhuǎn)換器AD6672.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口1．12位D/A轉(zhuǎn)換器AD6671．12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667(圖2.11) ①片內(nèi)含兩級數(shù)據(jù)輸入鎖存器，②建立時間短和精度高的特點。③總線邏輯由4個獨立尋址的鎖存器組成。分為兩級，第一級:包括3個4位寄存器，第二級:12位D/A

轉(zhuǎn)換器。

微機控制技術可以方便的與4位、8位、12位、16位微型機接口避免產(chǎn)生虛假的模擬量輸出1．12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667圖2.11AD667的原理結構圖微機控制技術1．12位D/A轉(zhuǎn)換器AD667表2.7AD667真值表A1A2A3A4操作1××××無操作×1111無操作01110選通第一級低四位寄存器01101選通第一級中四位寄存器01011選通第一級高四位寄存器00111從第一級向第二級置數(shù)00000所有鎖存器均透明微機控制技術允許兩個及以上寄存器同時被選通A1A2A3A4操作1××××無操作×1111無操作01110選通第一級低四位寄存器01101選通第一級中四位寄存器01011選通第一級高四位寄存器00111從第一級向第二級置數(shù)00000所有鎖存器均透明2.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口2.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口 【例】以AD667為例介紹12位D/A轉(zhuǎn)換器與8031的接口連接及程序設計的方法。

微機控制技術2.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口圖2.1212位D/A轉(zhuǎn)換器AD667與8031的接口

微機控制技術2.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口（1）硬件電路設計

·AD667由兩級緩沖器組成。8031為8位機。待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量分低8位和高4位兩步傳入AD667?！び蒔2口產(chǎn)生的高8位地址信息,經(jīng)74LS138產(chǎn)生AD667的片選信號由P2.1、P2.0控制輸入寄存器的選通信號。微機控制技術·各寄存器的地址分析

G1CBAP2.7P2.6P2.5P2.4P2.3P2.2P2.1P2.010000001低8位寄存器╰—……—╯10高4位和12位D/ A轉(zhuǎn)換器

2.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口（2）軟件設計·地址確定將低8位地址設為0FFH則AD667的地址為81FFH和82FFH?！?shù)據(jù)分批傳送:先將待傳送的數(shù)據(jù)按照要求的格式排列好，并存放在以DATA為首地址的內(nèi)部RAM中。

·編程微機控制技術2.高于8位D/A轉(zhuǎn)換器及其接口圖2.12所示的12位D/A轉(zhuǎn)換程序：MOVR0，#DATA；建立數(shù)據(jù)存放地址指針MOVDPTR，#81FFH ；建立D/A地址指針MOVA，@R0MOVX@DPTR，A ；傳送低8位數(shù)據(jù)INCDPH；修改D/A地址INCR0；指向高4位數(shù)據(jù)存放的RAM單元MOVA，@R0；取高4位數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A ；傳送高4位數(shù)據(jù)及進行12位D/A轉(zhuǎn)換微機控制技術2.3模擬量輸入通道接口技術模擬量輸入通道的任務是將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量稱為模一數(shù)轉(zhuǎn)換器， 簡稱A／D轉(zhuǎn)換器。微機控制技術2.3模擬量輸入通道接口技術A／D轉(zhuǎn)換器的種類:（1）按轉(zhuǎn)換原理分①計數(shù)器式結構簡單，轉(zhuǎn)換速度慢，現(xiàn)在基本不用。②雙積分式精度高，抗干擾能力強，但速度較慢，常用于數(shù)字電壓表。③逐次逼近型速度較快，結構比較簡單，是計算機系統(tǒng)中應用最多的一種。④并行A/D速度最快，但結構復雜，價錢貴，一般用于軍事。微機控制技術2.3模擬量輸入通道接口技術⑤V/F

變換結構簡單，成本低，精度高，適合于遠程應用。（2）按位數(shù)來分，有8位，10位、12位、16位等。位數(shù)越高，其分辨率也越高，但價格也越貴。（3）按結構分①單一的A／D轉(zhuǎn)換器(如ADC0801、AD673等)②內(nèi)含多路開關的A／D轉(zhuǎn)換器(如ADC0809，AD7581)均帶有8路多路開關)。③多功能A／D轉(zhuǎn)換芯片(如AD363)內(nèi)設16路多路開關、數(shù)據(jù)放大器、S／H、12位A／D。微機控制技術2.3模擬量輸入通道接口技術（4）按輸出方式分①串行A/D轉(zhuǎn)換器(如MAX195)②并行A/D轉(zhuǎn)換器(如ADC0809)微機控制技術2.3模擬量輸入通道接口技術2.3.18位A/D轉(zhuǎn)換器2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術2.3.38位A/D轉(zhuǎn)換器程序設計2.3.4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術2.3.5串行A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術2.3．18位A/D轉(zhuǎn)換器多通道A/D轉(zhuǎn)換器ADC0808/0809內(nèi)含:8位A/D

轉(zhuǎn)換電路(逐次逼近型)8路多路開關地址譯碼器、鎖存器輸出數(shù)據(jù)鎖存器·具有較高的轉(zhuǎn)換速度和精度受溫度影響較小能較長時間保證精度重現(xiàn)性好功耗較低微機控制技術市售產(chǎn)品還有:AD7581(含8路多路開關)ADC0816/0817(含16路多路開關)等微機控制技術圖2-13AD0808/0809原理圖0102.3．18位A/D轉(zhuǎn)換器（1）電路組成及轉(zhuǎn)換原理①八通道多路模擬開關?？刂艭、B、A和地址鎖存允許ALE端子，可使其中一個通道被選中。②逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器組成:比較器、控制邏輯、輸出鎖存緩沖器、逐次逼近寄存器以、開關樹組、256R梯型解碼網(wǎng)絡微機控制技術D/A2.3．18位A/D轉(zhuǎn)換器③控制邏輯·控制逐次逼近寄存器從高位到低位逐次取“1”，將此數(shù)字量送到開關樹組（8位），用以控制開關K7～K0是否與參考電平相連。·參考電平經(jīng)256R梯型電阻網(wǎng)絡輸出一個模擬電壓VC?！C與輸入模擬量VX在比較器中進行比較。當VC＞VX時，該位Di＝0；若VC≤VX，則Di＝1，且一直保持到比較結束?！腄7～D0比較8次，逐次逼近寄存器中的數(shù)字量，此數(shù)字量送人輸出鎖存器，·同時發(fā)出轉(zhuǎn)換結束信號(EOC=1)。微機控制技術A/D轉(zhuǎn)換是在D/A基礎上實現(xiàn)的2.3．18位A/D轉(zhuǎn)換器（2）ADC0808/0809的引腳功能

①模擬量輸入端IN7～IN0②數(shù)字量輸出端D7～D0

③控制端

·啟動信號START(啟動A/D轉(zhuǎn)換)。·轉(zhuǎn)換結束信號EOC(允許計算機讀數(shù))。·輸出允許信號OUTPUTENABLE(鎖存器選通)?？勺鳛锳DC0808/0809的片選信號。

·參考電壓

VREF(+)、VREF(-)(D/A轉(zhuǎn)換器權電阻的標準電平)微機控制技術單極性模擬量輸入時:VREF(+)=+5V，VREF(-)＝0V。雙極性模擬量輸入時:VREF(+)=+5V/+10VVREF(-)＝-5V/-10V2.3．18位A/D轉(zhuǎn)換器·通道選擇:地址鎖存允許ALE通道選擇ADDC、ADDB、ADDA④電源與時鐘

·實時時鐘CLOCK可通過外接RC電路改變時鐘頻率。

·電源端子VCC(接+5V)·接地端GND微機控制技術ALE為高電平時ADDC、ADDB、ADDA有效微機控制技術圖2-14ADC0808/0809應用接線圖P372.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術

A/D轉(zhuǎn)換器與微型機接口技術:

·與系統(tǒng)的接法

·A/D

轉(zhuǎn)換器的啟動方式·模擬量輸入通道的接法·參考電源如何提供·狀態(tài)的檢測及鎖存·時鐘信號的引入等微機控制技術

2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術1．模擬量輸入信號的連接(1)

0～5V的標準電壓信號

·A/D轉(zhuǎn)換器的輸入除單極性外，也可以接成雙極性。

·用戶可通過改變外接線路來改變量程(AD574)。

·有的A/D轉(zhuǎn)換器可以直接接入傳感器的信號，如AD670。

(2)單通道輸入、多通道輸入方式。兩種設計方法:

·采用單通道A/D芯片:(需在模擬量輸入端加接多路開關、采樣/保持器)

·采用帶有多路開關的A/D轉(zhuǎn)換器，(如ADC0808和AD7581、ADC0816)2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術2．數(shù)字量輸出引腳的連接(1)A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部未含輸出鎖存器需通過鎖存器或I/O接口與微型機相連。常用芯片Intel8155、8255、824374LS273、74LS373、8212等。(2)A/D轉(zhuǎn)換器內(nèi)部含有數(shù)據(jù)輸出鎖存器可直接與微型機相連。也可以通過I/O接口連接,以便增加控制功能。微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術3．A/D轉(zhuǎn)換器的啟動方式

(1)任何A/D轉(zhuǎn)換器都只在接到啟動信號后，才開始進行轉(zhuǎn)換(2)芯片不同，要求的啟動方式也不同。(3)兩種啟動方式

①脈沖啟動可用/WR信號或譯碼器的輸出Yi通過邏輯電路實現(xiàn)。如:ADC0809、ADC80、AD574A

②電平啟動

·啟動電平加上后，A/D轉(zhuǎn)換即刻開始.

·在轉(zhuǎn)換過程中，必須保持這一電平，否則停止轉(zhuǎn)換。

·通過鎖存器，D觸發(fā)器、或并行I/O接口等來實現(xiàn)。如:AD570、ADC0801、和AD670

等。微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術圖2-15啟動控制邏輯電路圖微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術4．轉(zhuǎn)換結束信號的處理方法

A/D轉(zhuǎn)換過程完成后發(fā)出轉(zhuǎn)換結束信號。微型機檢查判斷A/D轉(zhuǎn)換結束的方法有以下三種：（1）中斷方式·硬件接線:將轉(zhuǎn)換結束標志信號接到微型機的中斷申請引腳?！ぼ浖幊?微型機查詢到中斷申請并響應后,在中斷服務程序中讀取數(shù)據(jù)?！ぬ攸c:中斷方式使A/D轉(zhuǎn)換器與微型機的并行工作。常用于實時性要求比較強或多參數(shù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術（2）查詢方式

·硬件接法:把轉(zhuǎn)換結束信號送到CPU數(shù)據(jù)總線或I/O接口的某一位上?！ぼ浖幊?微型機向A/D轉(zhuǎn)換器發(fā)出啟動信號。查詢A/D轉(zhuǎn)換結束信號:未結束,繼續(xù)查詢。結束，讀出結果數(shù)據(jù)?！ぬ攸c:程序設計比較簡單，實時性也較強。應用最多。微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術（3）軟件延時方法·作法:微型機啟動A/D轉(zhuǎn)換后，根據(jù)完成轉(zhuǎn)換所需要的時間，調(diào)用一段軟件延時程序延時程序,待延時時間到位,即可讀出結果數(shù)據(jù)?！ぬ攸c:可靠性比較高，不必增加硬件連線。但占用CPU的機時較多。多用在CPU處理任務較少的系統(tǒng)中。微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術5．參考電平的連接A/D轉(zhuǎn)換是在D/A轉(zhuǎn)換的基礎上實現(xiàn)的。(1)參考電平是供給其內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器的標準電源，它直接關系到A/D轉(zhuǎn)換的精度。因而對該電源的要求比較高，(2)要求由穩(wěn)壓電源供電。(3)不同的A/D轉(zhuǎn)換器，參考電源的提供方法也不一樣。

通常8位A/D轉(zhuǎn)換器采用外電源供給，如：AD7574、ADC0809等。更高位數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器，則常在內(nèi)部設有精密參考電源:如AD574A、ADC80等。微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(4)參考電平的接法·單極性輸入VREF(+)VREF(-)+5V 地

·雙極性輸入VREF(+)VREF(-) +5V/+10V-5V/-10V微機控制技術2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術6．時鐘的連接

A/D轉(zhuǎn)換過程都是在時鐘作用下完成的,時鐘頻率是決定芯片轉(zhuǎn)換速度的基準。時鐘的提供方法：（1）內(nèi)部提供，經(jīng)常外接RC電路來提供。（2）一種是由外部時鐘提供，提供方法·可以用單獨的振蕩器?！び肅PU時鐘經(jīng)分頻后，送至A/D轉(zhuǎn)換器的相應時鐘端子?！?nèi)部時鐘，或外部時鐘均可。2.3.28位A/D轉(zhuǎn)換器接口技術

7．接地問題

·意義:接地問題的處理關系到系統(tǒng)對于干擾的抵抗能力·作法:模擬地和數(shù)字地也要分別連接。再把這兩種”地”用一根導線連接起來。微機控制技術2.3．38位A/D轉(zhuǎn)換器程序設計

①程序設計必須和硬件接口電路結合起來進行?！ぶ袛喾绞健げ樵兎绞健ぱ訒r方式②A/D轉(zhuǎn)換器的程序設計主要分三步：·啟動A/D轉(zhuǎn)換；·查詢或等待A/D轉(zhuǎn)換結束；

·讀出轉(zhuǎn)換結果。微機控制技術2.3．38位A/D轉(zhuǎn)換器程序設計1.中斷方式2.查詢方式3.延時方式1.中斷方式1.中斷方式(1)硬件設計·把A/D轉(zhuǎn)換器的結束標志線與單片機或微型機中斷請求引腳相連?！と鬉/D轉(zhuǎn)換器的結束標志線電平有與中斷請求引腳要求有別,需加一級反向器后再連接。采用中斷方式的A/D轉(zhuǎn)換接口電路，如圖2.20所示。微機控制技術1.中斷方式微機控制技術圖2—20ADC0809與8031的中斷接口方式1.中斷方式 (2)軟件編程完成中斷方式的A/D轉(zhuǎn)換的程序有兩部分:

①主程序·設置觸發(fā)方式（本例是邊沿觸發(fā)）·安排中斷矢量·開中斷等

·啟動A/D

②中斷服務程序?！ぷx取轉(zhuǎn)換結果微機控制技術TCON.0,即IT00003HEA、EX01.中斷方式主程序：ORG0000H AJMPMAIN ORG0003H AJMPATOD ；轉(zhuǎn)至中斷服務程序 ORG0200H ；主程序 MAIN： SETBIT0 ；選擇邊沿觸發(fā)方式 SETBEX0 ；允許外部中斷0 SETBEA ；開放總中斷 MOVDPTR，#AREAD ；建立A/D轉(zhuǎn)換器地址指針 MOVX@DPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 HERE： AJMPHERE ；模擬主程序微機控制技術1.中斷方式中斷服務程序： ORG0220H ATOD： PUSHPSW ；保護現(xiàn)場 PUSHACC PUSHDPL PUSHDPH MOVDPTR，#AREAD MOVXA，@DPTR ；讀A/D轉(zhuǎn)換結果 MOVDATA，A POPDPH；恢復現(xiàn)場 POPDPL POPACC POPPSW RETI ；返回主程序 AREAD EQUOFF80H DATA EQU50H微機控制技術2.查詢方式2.查詢方式 應用最多。(1)硬件設計·時鐘·啟動·查詢·讀數(shù)微機控制技術2.查詢方式圖2.21是ADC0808/0809與8031單片機的典型接口電路圖。

微機控制技術2.查詢方式(2)編程資源分配:外部RAM緩沖區(qū)指針P2=0AHP0=00H(存放轉(zhuǎn)換結果) 采樣次數(shù)寄存器R3=00H(采樣256次)采樣通道計數(shù)器R6=08H通道地址寄存器DPTRA15A14A13A12A11A10A9A8A7------..A2A1A001111111111100002.查詢方式2.查詢方式源程序如下：START：MOVR0，#00H ；建立外部RAM緩沖區(qū)地址指針 MOVP2，#0A0H MOVR3，#00H；置采樣次數(shù)計數(shù)器初值 MOVR4，#00H MOVR6，#08H ；設通道計數(shù)器初值 MOVDPTR，#7FF0H；通道地址寄存器設初值AGAIN:MOVX@DPTR，A ；啟動A/D轉(zhuǎn)換 LOOP0:JB P1.7，LOOP0微機控制技術A15A14A13A12A11A10A9A8A7------..A2A1A001111111111100002.查詢方式LOOP1：JNBP1.7，LOOP1 ；等待A/D轉(zhuǎn)換結束 MOVXA， @DPTR；讀A/D轉(zhuǎn)換結果 MOVX@R0，A ；存入RAM單元 INC DPTR ；修改通道號 INC P2 ；修改RAM地址 DJNZ R6，AGAIN ；判通道計數(shù)器是否為“0” DJNZ R3，DONE ；判采樣次數(shù)計數(shù)器是否為“0” RETDONE：INC R4;采樣次數(shù)加1 MOV P2，#0A0H;恢復存放數(shù)據(jù)指針

MOV A，R4; MOV R0，A;存放新數(shù)據(jù)地址指針 MOV R6，#10H;恢復通道計算機初值 AJMP AGAIN微機控制技術3.延時方式3.延時方式·不同的A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時間不同,·程序的延時時間取決于所選定的芯片,·為保證讀書的正確性,常將程序的延時時間略大于實際轉(zhuǎn)換時間?！ぱ訒r時間的獲取:軟件延時程序，硬件延時。微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術

·采用高位數(shù)A/D轉(zhuǎn)換器可提高轉(zhuǎn)換精度。如：12位A/D轉(zhuǎn)換器AD574·由于位數(shù)不同，所以與CPU

的接口及程序設計方法也不同。微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術1．AD574的結構及原理·美國模擬器件公司（AnalogDevices）產(chǎn)品

·12位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器·轉(zhuǎn)換速度最快為35μS轉(zhuǎn)換誤差±0.05％·價格適中微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術（1）內(nèi)部結構由三部分組成：①模擬芯片：高性能12位D/A轉(zhuǎn)換器AD565、參考電壓數(shù)字芯片②數(shù)字芯片：控制邏輯電路、逐次逼近型寄存器、三態(tài)輸出緩沖器③控制邏輯部分：發(fā)出啟動/停止時鐘信號及復位信號，控制轉(zhuǎn)換過程。轉(zhuǎn)換過程結束后，輸出一個標志狀態(tài)STS（低電平有效）。微機控制技術快速、單片結構、電流輸出型、建立時間為200ns2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術微機控制技術圖2-22AD574結構原理圖2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術④輸入模擬量信號：允許兩種量程、兩種極性接法。·單極性：0—10V，0—20V·雙極性：±5V，±10V⑤輸出數(shù)字量信號：可分兩次（一次8位，一次4位）讀出，或12位一次讀出。⑥當START信號出現(xiàn)高電平時，STS開始變?yōu)楦唠娖剑˙USY），直到轉(zhuǎn)換過程結束，才變?yōu)榈碗娖剑‥OC）。微機控制技術（1）轉(zhuǎn)換器的啟動和數(shù)據(jù)讀出由CE、和R/引腳來控制。①CE＝1＝0時,轉(zhuǎn)換過程開始R/＝0②CE＝1＝0時,數(shù)據(jù)可以被讀出。R/＝1微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術2．AD574A的引腳及功能圖2-40

（2）數(shù)據(jù)格式選擇端

①當＝1時，雙字節(jié)輸出(12位DB同時生效)用于12/16位微型計算機系統(tǒng)。 ②若＝0，單字節(jié)輸出，可與8位CPU接口。 ③AD574A采用向左對齊的數(shù)據(jù)格式。與A0配合，使數(shù)據(jù)分兩次輸出:A0＝0，高8位數(shù)有效。A0＝1，輸出低4位數(shù)據(jù)加4位附加0。微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術注意:·引腳必須直接接至+5V或數(shù)字地·此引腳只作數(shù)字量輸出格式的選擇，對轉(zhuǎn)換操作不起作用（3）A0為字節(jié)選擇端兩個作用:

①轉(zhuǎn)換前設置,選擇字節(jié)長度設A0＝l，按8位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換完成時間為10s;A0＝0，按12位A/D轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時間為25s。(與的狀態(tài)無關)

②與8位微處理器兼容時，選擇讀出字節(jié)。

在讀周期中，A0＝0，高8位數(shù)據(jù)有效；A0＝1，則低4位數(shù)據(jù)有效。注意：如果12/8＝1，則A0的狀態(tài)不起作用。AD574A控制信號組合表，如表2-9所示。2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術3．AD574A的應用根據(jù)模擬信號的性質(zhì),有單極性/雙極性輸入兩種工作方式。（1）單極性輸入·單極性模擬量輸入有兩種量程，0～10V和0～20V?！と魺o需進行零位調(diào)整，將補償調(diào)整引腳BIPOFF直接接至引腳9?！げ恍枰M行滿量程調(diào)整時，可于引腳8和10之間接一個固定的50Ω金屬膜電阻，如圖2-23（a）所示。微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術微機控制技術圖2-23單極性模擬量輸入電路的連接無需0位調(diào)整無需滿量程調(diào)整2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術（2）雙極性輸入兩種額定的模擬輸入范圍：·±5V(輸入接腳13和腳9之間)·±10V(輸入接腳14和腳9之間)雙極性模擬量輸入電路圖，如圖2-24所示。

微機控制技術2．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術微機控制技術圖2-24雙極性模擬量輸入電路的連接P472．3．4高于8位A/D轉(zhuǎn)換器及其接口技術4.高于8位的A/D轉(zhuǎn)換器接口技術及程序設計(1)

對于高于8位的A/D轉(zhuǎn)換器與8位CPU接口時數(shù)據(jù)的傳送需分步進行。(2)數(shù)據(jù)分割形式有向左對齊和向