第12章AD DA轉(zhuǎn)換器接口

接口與通訊技術(shù)武漢科技大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院第12章A/DD/A轉(zhuǎn)換器接口本章內(nèi)容12.1模擬量接口12.2A/D轉(zhuǎn)換器12.3A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法12.4A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)12.5D/A轉(zhuǎn)換器12.6D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法12.7D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)12.1模擬量接口模擬量接口的作用模擬量接口——模入接口、模出接口12.2A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器(ADC)：將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量的線性電路器件A/D轉(zhuǎn)換器的分類按速度分按分辨率分：4位、8位、10位、12位按轉(zhuǎn)換原理分直接轉(zhuǎn)換型：逐次逼近(較高分辨率及速度)、并聯(lián)比較間接轉(zhuǎn)換型：積分型(抗干擾、高分辨率、但速度慢)、電壓/頻率、電壓/脈寬超高速(330ns)次超高速(330ns～3.3μs)高速(3.3μs～20μs)中速(20μs～300μs)慢速(>300μs)12.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率：ADC能把模擬量轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)。位數(shù)越多,分辨率越高轉(zhuǎn)換時(shí)間：從輸入啟動(dòng)信號(hào)到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定的數(shù)字量所需的時(shí)間，一般為ms或s級(jí)。中速和低速采用查詢或中斷方式；高速采用DMA方式12.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的外部特性模擬信號(hào)輸入線：?jiǎn)瓮ǖ?多通道數(shù)字量輸出線：分辨率轉(zhuǎn)換啟動(dòng)線：?jiǎn)?dòng)方式——脈沖啟動(dòng)、電平啟動(dòng)轉(zhuǎn)換結(jié)束線：查詢/引發(fā)中斷/請(qǐng)求DMAADC必須由外部啟動(dòng)幾種A/D轉(zhuǎn)換芯片外部引腳STS=0CE.(R/C=0).CSAD574CCSCADC1210STATUS下降沿CONVCMDADC1131JBUSY=1STARTADC7570INTRCS.WRADC0804DRB/C=0AD570EOCSTARTADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束狀態(tài)啟動(dòng)信號(hào)芯片型號(hào)12.3A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法12.3.1A/D轉(zhuǎn)換器與CPU的連接1.ADC轉(zhuǎn)換的啟動(dòng)信號(hào)：脈沖(讀寫脈沖)/電平(經(jīng)鎖存);單個(gè)/多個(gè)組合2.ADC模擬量輸入(單通道/多通道)的控制信號(hào) 多通道：通道地址線、通道地址鎖存信號(hào)線3.ADC數(shù)字量輸出的控制信號(hào)輸出是否有三態(tài)鎖存——是否能直接與CPU數(shù)據(jù)線相連分辨率是否與系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線寬度一致——數(shù)據(jù)是否分兩次傳輸4.ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)：高有效/低有效12.3.2A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)傳輸設(shè)：T為ADC的轉(zhuǎn)換時(shí)間；為將轉(zhuǎn)換結(jié)果存入內(nèi)存單元的時(shí)間，則采樣速率上限0=1/(T+)ADC與內(nèi)存交換信息的方式 中、低速ADC——查詢或中斷方式 高速ADC——DMA方式 超高速ADC——在板RAM：ADC板上設(shè)置RAM，數(shù)據(jù)就近存放12.3.3A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)在線處理——基本程序結(jié)構(gòu)是循環(huán)程序：?jiǎn)?dòng)、采集并進(jìn)行相應(yīng)的處理12.4A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)12.4.1A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問題

分析和設(shè)計(jì)ADC接口(軟、硬件)應(yīng)考慮的問題：(1)單通道/多通道——是否需要通道選擇

(2)分辨率——是否加鎖存器并提供選通信號(hào)

(3)ADC內(nèi)部是否有三態(tài)輸出鎖存器——能否與數(shù)據(jù)總線直接連接

(4)啟動(dòng)方式——脈沖/電平

(5)數(shù)據(jù)傳輸方式——無條件/查詢/中斷/DMA

(6)轉(zhuǎn)換結(jié)果的處理——顯示/打印/遠(yuǎn)距離傳輸?shù)?/p>

(7)接口電路采用的元器件——普通IC/可編程并口/GAL器件等12.4.2A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)例12.1

利用ADC0804采用查詢方式，采集100個(gè)數(shù)據(jù)存入內(nèi)存BUF區(qū)，接口采用普通IC芯片組成分析：ADC0804的工作特性——8位轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部有三態(tài)輸出鎖存器，負(fù)脈沖啟動(dòng)

INTR:轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào),低有效

CS=WR=0,啟動(dòng);CS=RD=0,結(jié)果輸出硬件設(shè)計(jì):AENA0～9D0～7系統(tǒng)總線IORIOWINTRCSADC0804AINRDWRDB0～7譯碼電路D7311H310H例12.1查詢方式ADC接口軟件設(shè)計(jì)DATA SEGMENTSTART_P EQU310H ;啟動(dòng)端口STATE_P EQU311H ;狀態(tài)端口DATA_P EQU310H ;數(shù)據(jù)端口BUF DB100DUP(0) ;數(shù)據(jù)緩沖區(qū)DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATABEGIN: MOVAX,DATA MOVDS,AX MOVDI,OFFSETBUF MOVCX,100START: MOVAL,00H ;啟動(dòng)(任意值) MOVDX,START_P OUTDX,ALWT: MOVDX,STATE_P INAL,DX ANDDX,80H ;轉(zhuǎn)換結(jié)束? JNZWT

MOVDX,DATA_P ;讀轉(zhuǎn)換結(jié)果

INAL,DX MOV[DI],AL INCDI LOOPSTART MOVAX,4C00H INT21HCODE ENDS ENDBEGIN開始Y讀取轉(zhuǎn)換狀態(tài)(INTR)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換(CS、WR有效)D7=0?采樣次數(shù)已到?修改緩存區(qū)指針讀數(shù)據(jù)退出程序結(jié)束YNN12.4.2A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)例12.2

采用ADC0809從通道7采集100個(gè)數(shù)據(jù)，利用IRQ4以中斷方式存入BUF緩沖區(qū)ADC0809的主要特性——8個(gè)模擬通道、逐次逼近型,正脈沖啟動(dòng),有三態(tài)輸出鎖存器ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)通道選擇開關(guān)…IN0IN1IN7通道地址鎖存及譯碼ADDAADDBADDC開關(guān)樹組(256R)逐次逼近寄存器(SAR)定時(shí)和控制比較器輸出鎖存器(三態(tài))ALED0～7EOCOECLKSTARTVR(+)VR(-)A/DADC0809的外部特性IN0～I(xiàn)N7：通道0～7的模擬量輸入D0～7：數(shù)字量輸出ADDC、ADDB、ADDA：通道(0～7)選擇ALE：通道地址鎖存,正脈沖有效START：?jiǎn)?dòng)信號(hào)，正脈沖有效，上升沿所有寄存器清0，下降沿開始轉(zhuǎn)換EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束，高有效OE：允許輸出，高有效注：通常，通道選擇由數(shù)據(jù)信號(hào)完成START與ALE相連:選擇通道的同時(shí)啟動(dòng)例12.2中斷方式ADC接口的硬件設(shè)計(jì)中斷的處理：中斷向量修改、中斷開放/屏蔽、中斷結(jié)束命令D0～7ADDCADC0809STARTIN0ADDAADDBPB1EOCOEALEIN1IN7…PA0～782C55AIRQ4PC7PC6PB2PB0例12.2中斷方式ADC接口的軟件設(shè)計(jì)DATA SEGMENTOLD_OFF DW?OLD_SEG DW?BUF DB100DUP(?)DATA ENDSCODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATASTART: MOVAX,DATA MOVDS,AX MOVDX,303H ;82C55A初始化

MOVAL,90H OUTDX,AL MOVAL,0EH ;START和ALE無效

OUTDX,AL MOVAL,0CH ;OE無效

OUTDX,AL MOVAX,350CH ;保存原中斷向量

INT21H MOVOLD_SEG,ES MOVOLD_OFF,BX

CLI MOVAX,250CH ;設(shè)置新中斷向量

MOVDX,SEGA_D MOVDS,DX MOVDX,OFFSETA_D INT21H MOVAX,DATA MOVDS,AX INAL,21H ANDAL,0EFH ;開放IRQ4 OUT21H,AL MOVCX,100 MOVDI,OFFSETBUF MOVDX,301H MOVAL,07H ;選通道7 OUTDX,ALBEGIN: MOVDX,303H ;給START和ALE送正脈沖

MOVAL,0FH OUTDX,AL NOP NOP MOVAL,0EH OUTDX,AL STI HLT ;等待中斷

LOOPBEGIN MOVAX,250CH ;還原中斷向量

MOVDS,OLD_SEG MOVDX,OLD_OFF INT21H CLI INAL,21H ORAL,10H OUT21H,AL MOVAX,4C00H INT21HA_D PROCFAR PUSHAX PUSHDX MOVDX,303H MOVAL,0DH ;OE有效

OUTDX,AL MOVDX,300H INAL,DX ;讀數(shù)據(jù)

MOV[DI],AL INCDI MOVDX,303H MOVAL,0CH ;OE無效

OUTDX,AL MOVAL,20H ;EOI命令

OUT20H,AL POPDX POPAX STI IRETA_D ENDPCODE ENDS ENDSTART例12.2中斷方式ADC接口的軟件設(shè)計(jì)(續(xù))12.4.2A/D轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)例12.3

采用8位ADC采集4KB數(shù)據(jù)，利用82C37A的CH1以DMA方式存入首址為30400H的內(nèi)存區(qū)硬件電路設(shè)計(jì)——ADC、S/H、ADC啟動(dòng)邏輯、DMA申請(qǐng)及響應(yīng)邏輯D0～7S/HAD0～7ADCEOCRDCP<RQDU2R>CDU1Q1&1RESETDACK1IORVCCDREQ1VCCDIRLS245ABGSTART至DMACTPDMA方式ADC接口設(shè)計(jì)ADC_SETUP PROCNEAR CLI MOVAL,05H ;屏蔽通道1

OUT0AH,AL MOVAL,45H ;方式字

OUT0BH,AL OUT0CH,AL ;清先/后觸發(fā)器

;設(shè)置頁(yè)面地址(高4位) MOVAL,03H OUT83H,AL ;設(shè)置基地址(低16位) MOVAX,0400H OUT02H,AL MOVAL,AH OUT02H,AL

;設(shè)置傳輸字節(jié)數(shù)

MOVAX,1000H DECAX ;N-1送入計(jì)數(shù)器

OUT03H,AL MOVAL,AH OUT03H,AL STI MOVAL,01H ;開放CH1 OUT0AH,AL RETADC_SETUP ENDP例12.3DMA方式ADC接口設(shè)計(jì)——DMA傳輸?shù)膮?shù)設(shè)定程序

CH1的方式字45H——單字節(jié)，地址加1，非自動(dòng)預(yù)置，DMA寫12.5D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器(DAC)——將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的線性電路器件12.5.1D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1.分辨率——DAC能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù)；分辨率大于數(shù)據(jù)總線寬度時(shí)，需分兩次寫入數(shù)據(jù)2.轉(zhuǎn)換時(shí)間——從輸入數(shù)字量到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定所需的時(shí)間。電流型快(ns或μs級(jí))；電壓型慢12.5.2D/A轉(zhuǎn)換器的外部特性(1)數(shù)字信號(hào)輸入線(2)模擬信號(hào)輸出線(3)數(shù)據(jù)輸入鎖存控制信號(hào)線，如：CS和WR(或WR1、WR2)(4)模擬量輸出通道地址線——多通道12.6D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)的任務(wù)與方法12.6.1D/A轉(zhuǎn)換器與CPU的連接——DAC無啟動(dòng)和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)；輸入是否有三態(tài)鎖存器12.6.2D/A轉(zhuǎn)換器與CPU之間的數(shù)據(jù)交換方式無條件傳輸——兩次傳輸數(shù)據(jù)間隔應(yīng)不小于DAC的轉(zhuǎn)換時(shí)間12.6.3D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)需考慮的問題①分辨率若大于數(shù)據(jù)總線寬度，分兩次傳輸②若芯片內(nèi)無三態(tài)輸入鎖存器，需加鎖存器并提供鎖存信號(hào)③模擬量輸出是否多通道，是否需要提供通道選擇線④DAC無專門的啟動(dòng)信號(hào)，寫入數(shù)字量就開始轉(zhuǎn)換⑤與CPU的數(shù)據(jù)傳輸方式——無條件⑥D(zhuǎn)AC接口電路的元器件——普通IC芯片、可編程并口、GAL12.7D/A轉(zhuǎn)換器接口設(shè)計(jì)例12.4

通過DAC0832產(chǎn)生鋸齒波和三角波，按任意鍵結(jié)束DAC0832主要特性——8位DAC，內(nèi)部有兩級(jí)三態(tài)緩沖器DAC寄存器輸入寄存器D/A轉(zhuǎn)換器D0～7&&IO1IO2&LE1LE2ILECSWR1WR2LEi=1:相應(yīng)緩沖器打開0:相應(yīng)緩沖器關(guān)閉XFERILE=1,CS=WR1=0,寫入第1級(jí)緩沖器XFER=WR2=0,寫入第2級(jí)緩沖器,并開始轉(zhuǎn)換DAC0832的工作方式CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VA直通方式(需外加鎖存器)CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VA單緩沖方式(2)YIOW單緩沖方式(1)YCSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VAIOW;轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)NMOVAL,NOUTP,AL直通方式單緩沖方式CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7+5VA雙緩沖方式Y(jié)0IOWY1;轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)NMOVAL,NOUTP0,ALOUTP1,AL雙緩沖方式DAC0832雙緩沖方式的應(yīng)用——多個(gè)模擬通道要求同時(shí)更新數(shù)據(jù)所有DAC0832的ILE接高電平,WR1、WR2與IOW相連,CS和XFER的連接如圖CSXFER0832(1)AY1CSXFER0832(2)AY2CSXFER0832(n)AYnY…設(shè)更新的數(shù)據(jù)分別為N1、N2…NnMOVAL,N1OUTP1,ALMOVAL,N2OUTP2,AL…MOVAL,NnOUTPn,ALOUTP,AL波形發(fā)生器硬件、軟件設(shè)計(jì)CSWR1WR2XFERDAC0832ILED0～7A82C55APA0～7PB4PB3PB2PB1PB0CPU輸出鋸齒波的軟件CODE SEGMENT ASSUMECS:CODESTART: MOVDX,303H MOVAL,80H ;82C55A方式字

OUTDX,AL MOVDX,301H MOV