第二章接口(85)

1、2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术1采样器采样器 A/D计算机计算机 A/D保持器保持器y(t)y*(t) y(kT) u(kT) u*(kT) u(t)2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术2量化误差：由于用有限二进制数字对模拟量化误差：由于用有限二进制数字对模拟数值进行离散取值（量化）而引起的误数值进行离散取值（量化）而引起的误差，用如下表示：差，用如下表示：)()(SnTfnTfe2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术32022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术4y(t)t采样器采样器y(t)y*(t)y*(t)2T4Tt原始过程信号原始过程信号信

2、号通过采样器信号通过采样器采样后的信号采样后的信号过程信号采样过程示意图过程信号采样过程示意图2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术5 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术6离散系统或采样数据系统离散系统或采样数据系统-把连续变化的量变成离把连续变化的量变成离 散量后再进行处理的计算机控制系统。散量后再进行处理的计算机控制系统。离散系统的采样形式离散系统的采样形式-有周期采样、多阶采样和随有周期采样、多阶采样和随机采样。应用最多的是周期采样。机采样。应用最多的是周期采样。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术7 当某一通道进行当某一通道进行A/DA/D转换时，由

3、于转换时，由于A/D A/D 转转换需要一定的时间，如果输入信号变化较快，换需要一定的时间，如果输入信号变化较快，就会引起较大的转换误差。为了保证就会引起较大的转换误差。为了保证A/DA/D转换转换的精度，需要应用采样保持器。的精度，需要应用采样保持器。 v1 1、数据采样定理、数据采样定理v2 2、采样保持器、采样保持器2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术8周期采样周期采样-就是以相同的时间间隔进行采就是以相同的时间间隔进行采样，即把一个连续变化的模拟信号样，即把一个连续变化的模拟信号y y( (t t) )，按一定的时间间隔按一定的时间间隔T T 转变为在瞬时转变为在瞬时0 0

4、，T T，2 2T T，的一连串脉冲序列信号的一连串脉冲序列信号 y y* *( (t t) )，如图所示。如图所示。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术90t0T2T3Tt采样器y( t )*y( t )*y( t )y( t ) T图2-7 信号的采样过程采样器的常用术语：采样器的常用术语：采样器或采样开关采样器或采样开关-执行采样动作的装置，执行采样动作的装置，采样时间或采样宽度采样时间或采样宽度-采样开关每次闭合的时间采样开关每次闭合的时间采样周期采样周期T-T-采样开关每次通断的时间间隔采样开关每次通断的时间间隔 在实际系统中，在实际系统中， T T ，也就是说，可以近似

5、地，也就是说，可以近似地认为采样信号认为采样信号y y* *( (t t) )是是y y( (t t) )在采样开关闭合时的瞬时在采样开关闭合时的瞬时值值。图 信号的采样过程 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术10 由经验可知，采样频率越高，采样信由经验可知，采样频率越高，采样信号号 y y* *( (t t) )越接近原信号越接近原信号y y( (t t) )，但若采样频，但若采样频率过高，在实时控制系统中将会把许多宝率过高，在实时控制系统中将会把许多宝贵的时间用在采样上，从而失去了实时控贵的时间用在采样上，从而失去了实时控制的机会。为了使采样信号制的机会。为了使采样信号y y

6、* *( (t t) )既不失既不失真，又不会因频率太高而浪费时间，我们真，又不会因频率太高而浪费时间，我们可依据香农采样定理。可依据香农采样定理。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术11香农定理指出：为了使采样信号香农定理指出：为了使采样信号y y* *( (t t) )能完全复现原信号能完全复现原信号y y( (t t) )，采样频率，采样频率f f 至少要为原信号最高有效频率至少要为原信号最高有效频率f fmaxmax的的2 2倍，即倍，即f f 2f 2fmaxmax。 采样定理给出了采样定理给出了y y* *( (t t) )唯一地复唯一地复现现y y( (t t) )所

7、必需的最低采样频率。实际所必需的最低采样频率。实际应用中，常取应用中，常取f f （5 51010）f fmaxmax。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术12 6T 4T 2Tt y采样信号采样信号y(kT)原信号原信号y(t)恢复信号恢复信号yh(t)零阶保持器算式零阶保持器算式yh(kT+t)=y(kT) 0tT, k=0, 1, 2,由于它只是简单地由于它只是简单地外推，故只有当外推，故只有当T T足够小时，零阶保足够小时，零阶保持器才能较好地恢持器才能较好地恢复原信号。复原信号。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术13 1、 零阶采样保持器零阶采样保持器-零阶

8、采样保持器零阶采样保持器是在两次采样的间隔时间内，一直保持采样是在两次采样的间隔时间内，一直保持采样值不变直到下一个采样时刻。它的组成原理值不变直到下一个采样时刻。它的组成原理电路与工作波性如图电路与工作波性如图 (a)(a)、(b)(b)所示。所示。 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术14INV1A2AHCOUTVSOUTVINVtt图 2-8 采样保持器 路电理原)a (性波作工)b(采样保持图图 采样保持器采样保持器2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术15采样保持器由输入输出缓冲放大器采样保持器由输入输出缓冲放大器A1A1、A2A2和采样开关和采样开关S S、保

9、持电容、保持电容CH等组等组成。采样期间，开关成。采样期间，开关S S闭合，输入电闭合，输入电压压V VININ通过通过A1A1对对CH快速充电，输出快速充电，输出电压电压V VOUTOUT跟随跟随V VININ变化；保持期间，变化；保持期间，开关开关S S断开，由于断开，由于A2A2的输入阻抗很高，的输入阻抗很高，理想情况下电容理想情况下电容C CH H将保持电压将保持电压VCVC不不变，因而输出电压变，因而输出电压V VOUT=OUT=VCVC也保持恒也保持恒定。定。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术16 显然，保持电容显然，保持电容C H的作用十分重要。实际上保持的作用十分

10、重要。实际上保持期间的电容保持电压期间的电容保持电压VC在缓慢下降，这是由于保持电在缓慢下降，这是由于保持电容的漏电流所致。保持电压容的漏电流所致。保持电压VC的变化率为的变化率为 式中：式中：ID-为保持期间电容的总泄漏电流，它包括放大器的输入为保持期间电容的总泄漏电流，它包括放大器的输入电流、开关截止时的漏电流与电容内部的漏电流等。电流、开关截止时的漏电流与电容内部的漏电流等。电容电容CH值值-增大电容增大电容CH值可以减小电压变化率，但同时又值可以减小电压变化率，但同时又会增加充电即采样时间，因此保持电容的容量大小与采会增加充电即采样时间，因此保持电容的容量大小与采样精度成正比而与采样频

11、率成反比。一般情况下，保持样精度成正比而与采样频率成反比。一般情况下，保持电容电容CH是外接的，所以要选用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等是外接的，所以要选用聚四氟乙烯、聚苯乙烯等高质量的电容器，容量为高质量的电容器，容量为5101000pF。HDCIdtdVc2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术172 2、零阶集成采样保持器、零阶集成采样保持器常用的零阶集成采样保持器有常用的零阶集成采样保持器有AD582AD582、LF198/298/398LF198/298/398等。这里，用等。这里，用TTLTTL逻辑电平控制采样和保持状态，如逻辑电平控制采样和保持状态，如AD582AD582的采样电

12、平为的采样电平为“0”0”，保持电平为，保持电平为“1”1”，而，而LF198LF198的则相反。的则相反。图图3 39 9 集成采样保持器集成采样保持器 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术181） 转换精度转换精度 A/D转换器的转换精度是指转换器的转换精度是指A/D的实际输出接的实际输出接近于理想输出精确程度。近于理想输出精确程度。A/DA/D转换器的转换精转换器的转换精度可以用绝对误差和相对误差来表示。度可以用绝对误差和相对误差来表示。 所谓所谓绝对误差绝对误差，是指对应于一个给定数字量，是指对应于一个给定数字量A/DA/D转换器的误差，其误差的大小由实际模拟转换器的误差，

13、其误差的大小由实际模拟量输入值和理论值之差来度量。绝对误差包括量输入值和理论值之差来度量。绝对误差包括增益误差，零点误差和非线性误差等。增益误差，零点误差和非线性误差等。 相对误差相对误差是指绝对误差与满刻度值之比，一是指绝对误差与满刻度值之比，一般用百分数来表示，对般用百分数来表示，对A/DA/D转换器常用最低有转换器常用最低有效值的位数效值的位数LSBLSB（Least Significant Bit)Least Significant Bit)）来表示，来表示，1LSB = 11LSB = 1 2 2n n 。1 1、A/DA/D转换器的性能指标转换器的性能指标2.4 2.4 信号转换的

14、工程化技术信号转换的工程化技术2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术19（2）分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指A/DA/D转换器对微小输入信号变化的敏感程转换器对微小输入信号变化的敏感程度。分辨率越高，转换时对输入量微小变化的反应越灵敏。度。分辨率越高，转换时对输入量微小变化的反应越灵敏。通常用数字量的位数来表示，如通常用数字量的位数来表示，如8 8位、位、1010位、位、1212位等。分位等。分辨率辨率为为n n，表示它可以对满刻度的，表示它可以对满刻度的1/ 21/ 2n n的变化量作出反应。的变化量作出反应。即：即： 分辨率分辨率 = = 满刻度值满刻度值/2/2n n 量化

15、误差和分辨率是统一的，提高分辨率，可减少量化误差。量化误差和分辨率是统一的，提高分辨率，可减少量化误差。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术20一般来说，位数一般来说，位数n n越大，其相对误差（或绝越大，其相对误差（或绝对误差）越小。对误差）越小。3）转换时间）转换时间 A/DA/D转换器完成一次转换所需的时间称为转换器完成一次转换所需的时间称为转换时间。如逐位逼近式转换时间。如逐位逼近式A/D A/D 转换器的转换器的转换时间为微秒级，双积分式转换时间为微秒级，双积分式A/DA/D转换器转换器的转换时间为毫秒级。的转换时间为毫秒级。4 4）量程：单极性（）量程：单极性（0-10

16、V,0-20V0-10V,0-20V）、双极）、双极性性(-5V-+5V,-10V- +10V)(-5V-+5V,-10V- +10V)2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术21例：一个例：一个12位位A/D，输入电压范围，输入电压范围5V（1）分辨率？）分辨率？（2）能够辨别的最小电压？）能够辨别的最小电压？ 解：1） 2）50.0244*10-2=0.122*10-2 21210*0.0244212022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术222022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术231）8路路8位位AD转换器，即分辨率转换器，即分辨率8位位2）具有转换起停控制端。

17、）具有转换起停控制端。 3）转换时间为）转换时间为100s4）单个）单个5V电源供电电源供电 5）模拟输入电压范围）模拟输入电压范围05V，不需零点，不需零点和满刻度校准。和满刻度校准。 6）工作温度范围为）工作温度范围为-4085摄氏度摄氏度 7）低功耗，约）低功耗，约15mW。 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术24ADC0809的工作过程是：首先输入的工作过程是：首先输入3位地址，并位地址，并使使ALE=1，将地址存入地址锁存器中。此地址，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通经译码选通8路模拟输入之一到比较器。路模拟输入之一到比较器。START上升沿将逐次逼近寄存器复位

18、。下降沿上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动启动 AD转换，之后转换，之后EOC输出信号变低，指输出信号变低，指示转换正在进行。直到示转换正在进行。直到AD转换完成，转换完成，EOC变为高电平，指示变为高电平，指示AD转换结束，结果数据转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当已存入锁存器，这个信号可用作中断申请。当OE输入高电平输入高电平 时，输出三态门打开，转换结时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。果的数字量输出到数据总线上。 1. ADC0809的内部逻辑结构的内部逻辑结构2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术252. 引脚结构引脚结构ADC

19、0809采用双列直插式封装，共有采用双列直插式封装，共有28条引脚。条引脚。其引脚结构如图所示。其引脚结构如图所示。 IN5D7D6D0D1D2D3D4D5Vref(+)OEGNDVccADDCADC08091109876543220141516171819131211IN3IN4IN7IN6STARTEOCCLOCKVref(-)ALEADDAADDBIN0IN1IN22827262524232221图图 ADC0809引脚图引脚图2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术26 引脚结构引脚结构 （1）IN7IN0：8条模拟量输入通道条模拟量输入通道 （2）地址输入和控制线：）地址输入

20、和控制线：4条条 （3）数字量输出及控制线：）数字量输出及控制线：11条条 （4）电源线及其他：）电源线及其他：5条条 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术27各引脚功能如下：各引脚功能如下： IN0IN0IN7IN7：8 8路模拟量输入端。允许路模拟量输入端。允许8 8路模拟量分时输入，路模拟量分时输入，共用一个共用一个A/DA/D转换器。转换器。 ALEALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。上升沿时锁存存3 3位通道选择信号。位通道选择信号。 A A、B B、C C：3 3位地址线即模拟量通道选择线。位地址线即模拟量通道选择

21、线。ALEALE为高电平时，为高电平时，地址译码与对应通道选择见表格地址译码与对应通道选择见表格 。 STARTSTART：启动：启动A/DA/D转换信号，输入，高电平有效。上升沿时转换信号，输入，高电平有效。上升沿时将转换器内部清零，下降沿时启动将转换器内部清零，下降沿时启动A/DA/D转换。转换。 EOCEOC：转换结束信号，输出，高电平有效。：转换结束信号，输出，高电平有效。 OEOE：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开：输出允许信号，输入，高电平有效。该信号用来打开三态输出缓冲器，将三态输出缓冲器，将A/DA/D转换得到的转换得到的8 8位数字量送到数据总位数字量送到数据总

22、线上。线上。 D0D0D7D7：8 8位数字量输出。位数字量输出。D0D0为最低位，为最低位，D7D7为最高位。由于为最高位。由于有三态输出锁存，可与主机数据总线直接相连。有三态输出锁存，可与主机数据总线直接相连。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术28CLOCKCLOCK：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为：外部时钟脉冲输入端。当脉冲频率为640kHz640kHz时，时，A/DA/D转换时间为转换时间为100100 s s。VR+VR+，VR-VR-：基准电压源正、负端。取决于被转换：基准电压源正、负端。取决于被转换的模拟电压范围，通常的模拟电压范围，通常VR+ = VR+ = 5

23、V DC5V DC，VR- = 0V DCVR- = 0V DC。VccVcc：工作电源，：工作电源， 5VDC5VDC。GNDGND：电源地。：电源地。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术29 表表 被选通道和地址的关系被选通道和地址的关系C CB BA A选中通道选中通道0 00 00 0IN0IN00 00 01 1IN1IN10 01 10 0IN2IN20 01 11 1IN3IN31 10 00 0IN4IN41 10 01 1IN5IN51 11 10 0IN6IN61 11 11 1IN7IN72022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术30ADC0809ADC

24、0809的内部转换时序的内部转换时序ALEC.B.ASTARTEOCOEDO7DO0图2-12 ADC0809的转换时序图图 ADC0809ADC0809的转换时序的转换时序2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术31vAD574AAD574A是一种高性能的是一种高性能的1212位逐位逼近式位逐位逼近式A/DA/D转换器转换器v分辨率为分辨率为1/21/212 12 = 0.024%= 0.024%v转换时间为转换时间为25s,25s,适合于在高精度快速采样系统中使适合于在高精度快速采样系统中使用用v内部结构大体与内部结构大体与ADC0809ADC0809类似，由类似，由1212位位A

25、/DA/D转换器、控转换器、控制逻辑、三态输出锁存缓冲器与制逻辑、三态输出锁存缓冲器与10V10V基准电压源构成，基准电压源构成，可以直接与主机数据总线连接，但只能可以直接与主机数据总线连接，但只能输入一路模拟输入一路模拟量量vAD574AAD574A也采用也采用2828脚双立直插式封装脚双立直插式封装2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术32 图图 3-17 AD574A3-17 AD574A原理框图及引脚原理框图及引脚2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术33V Vcccc：工作电源正端，：工作电源正端，+12 VDC+12 VDC或或+15 VDC+15 VDC。V

26、VEEEE：工作电源负端，：工作电源负端， 12 VDC12 VDC或或 15 VDC15 VDC。V VL L：逻辑电源端，：逻辑电源端，+5 VDC+5 VDC。虽然使用的工作。虽然使用的工作电源为电源为 12VDC12VDC或或 15 VDC15 VDC， 但数字量输出及但数字量输出及控制信号的逻辑控制信号的逻辑 电平仍可直接与电平仍可直接与TTLTTL兼容。兼容。DGNDDGND，AGNDAGND：数字地，模拟地。：数字地，模拟地。REF OUTREF OUT：基准电压源输出端，芯片内部基准：基准电压源输出端，芯片内部基准电压源为电压源为+10.00 V+10.00 V 1 1。REF

27、 INREF IN：基准电压源输入端，如果：基准电压源输入端，如果REF OUTREF OUT通通过电阻接至过电阻接至REF INREF IN，则可用来调量程。，则可用来调量程。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术34 ：转换结束信号，高电平表示正在转换，低转换结束信号，高电平表示正在转换，低电平表示已转换完毕。电平表示已转换完毕。 DB0-DB11DB0-DB11：1212位输出数据线，三态输出锁存，位输出数据线，三态输出锁存，可与主机数据线直接相连。可与主机数据线直接相连。 CECE：片能用信号，输入，高电平有效。：片能用信号，输入，高电平有效。 ：片选信号，输入，低电平有效。

28、：片选信号，输入，低电平有效。 R/ R/ ：读：读/ /转换信号，输入，高电平为读转换信号，输入，高电平为读A/DA/D转换数据，低电平为起动转换数据，低电平为起动A/DA/D转换。转换。 12/ 12/ ：数据输出方式选择信号，输入，高电：数据输出方式选择信号，输入，高电平时输出平时输出1212位数据，低电平时与位数据，低电平时与A0A0信号配合输信号配合输出高出高8 8位或低位或低4 4位数据。位数据。12/ 12/ 不能用不能用TTLTTL电平控电平控制，必须直接接至制，必须直接接至+5V(+5V(引脚引脚1)1)或数字地或数字地( (引脚引脚15)15)。STSCSC882022-6

29、-26第三章 计算机输入输出接口技术35A0A0：字节信号，在转换状态，：字节信号，在转换状态，A0A0为低电平可使为低电平可使AD574AD574产生产生1212位转换，位转换，A0A0为高电平可使为高电平可使AD574AD574产生产生8 8位转换。在读数状态，如果位转换。在读数状态，如果12/ 12/ 为低电平，为低电平，A0A0为为低电平时，则输出高低电平时，则输出高8 8位数，而位数，而A0A0为高电平时，则为高电平时，则输出低输出低4 4位数；如果位数；如果12/ 12/ 为高电平，则为高电平，则A0A0的状态的状态不起作用。不起作用。CECE、 、R/ R/ 、12/ 12/ 、

30、 A0A0各控制信号的组合各控制信号的组合作用，列于下表作用，列于下表: :。注：注： 表示表示1 1或或0 0都可以。都可以。CSC8882022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术362022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术37 10VIN10VIN，20VIN20VIN，BIP OFFBIP OFF：模拟电压信号输入端。模拟电压信号输入端。单极性应用时，将单极性应用时，将BIP OFFBIP OFF接接0 V0 V，双极性时接，双极性时接10 10 V V。量程可以是。量程可以是10 V10 V，也可以是，也可以是20 V20 V。输入信号在。输入信号在10 V10 V范围内

31、变化时，将输入信号接至范围内变化时，将输入信号接至10 VIN10 VIN；在；在20V20V范围内变化时，接至范围内变化时，接至20VIN20VIN。模拟输入信号的。模拟输入信号的几种接法如表所示，相应电路如图所示。几种接法如表所示，相应电路如图所示。 表表 模拟输入信号的几种接法模拟输入信号的几种接法2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术38图图 AD574AAD574A的输入信号连接方法的输入信号连接方法 1081213149AD574AAD574A1081213149零点调整12V+100kREF OUTREF INBIP OFFBIP OFF量程调整12V_ 0 0 10V

32、输入10V输入(a)(b)001100k00120VININ10VIN10V20VIN001001单极性单极性双极性双极性图 图 2-14 AD574A的输入信号连接方法的输入信号连接方法量程调整零点调整0 0 20V输入0V输入-5 -5 +5 V输入V输入-10 -10 +10V输入V输入AGNDAGND2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术39 1 MCS-51和和ADC0809的接口的接口 2 MCS-51和和ADC574的接口的接口返回本章首页2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术40 ADC0809和8031的接线如图所示。图图 ADC0809和和8031接线图

33、接线图地址锁存.8031ADC0809ALEP0.7P0.0P2.7WRRDINTCKDQQA0A1A2D0D7ABCCLKSTARTALEOEEOC.IN0IN1IN7IN6IN5IN4IN3IN2+2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术41例例 如图所示，试用查询和中断两种方式编写程序，如图所示，试用查询和中断两种方式编写程序，对对IN5通道上的数据进行采集，并将转换结果送入通道上的数据进行采集，并将转换结果送入内部内部RAM20H单元。单元。解：中断方式程序清单：解：中断方式程序清单：ORG 0000HMOV DPTR，#7FF5HMOVXDPTR，A ；启动；启动A/D转换转

34、换SETB EASETB EX1；开外中断；开外中断1SETB IT1；外中断请求信号为下跳沿触；外中断请求信号为下跳沿触发方式发方式LOOP：SJMP LOOP；等待中断；等待中断END2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术42中断服务程序：中断服务程序：ORG0013H；外中断；外中断1的入口的入口地址地址LJMP1000H；转中断服务程序；转中断服务程序的入口地址的入口地址ORG1000HMOVXA，DPTR；读取；读取A/D转转换数据换数据MOV20H，A；存储数据；存储数据RETI；中断返回；中断返回2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术43查询方式程序清单：查询

35、方式程序清单：ORG0000HMOVDPTR，#7FF5HMOVXDPTR，A；启动；启动A/D转换转换LOOP：JBP3.3，LOOP；等待转换；等待转换结束结束MOVXA，DPTR；读取；读取A/D转换转换数据数据MOV20H，A；存储数据；存储数据END2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术44例例 如图所示，试编程对如图所示，试编程对8个模拟通道上的个模拟通道上的模拟电压进行一遍数字采集，并将采集结模拟电压进行一遍数字采集，并将采集结果送入内部果送入内部RAM以以30H单元为始地址的输单元为始地址的输入缓冲区入缓冲区。图图 8031和和ADC0809的接口的接口8031EAA

36、LEP0.7 P0.0WR地址锁存器译码器EOCADDAALEOESTARTCLOCK29-1ADC0809INT1RDADDCADDB2-8P0.0P0.2P0.1622710M1M21F0H.IN0IN1IN7IN6IN5IN4IN3IN2.2+2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术45解：从图中可以看出，接线方式为中断方解：从图中可以看出，接线方式为中断方式。式。ADDA、ADDB和和ADDC三端接三端接8031的的P0.0 、P0.1 和和P0.2，故通道号是通过数据，故通道号是通过数据线来选择。线来选择。程序清单：程序清单：ORG0000HMOVR0，#30H；数据区始地址

37、送；数据区始地址送R0MOVR7，#08H；通道数送；通道数送R7MOVR6，#00H；IN0地址送地址送R6MOVIE，#84H；开中断；开中断SETBIT1；外中断请求信号为下跳沿触发方；外中断请求信号为下跳沿触发方式式MOVR1，#0F0H；送端口地址到；送端口地址到R1MOVA，R6 ；IN0地址送地址送AMOVX R1，A；启动；启动A/D转换转换LOOP：SJMPLOOP ；等待中断；等待中断END2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术46中断服务程序：中断服务程序：ORG0013H；外中断；外中断1的入口地址的入口地址AJMP 1000H；转中断服务程序的入口地址；转中

38、断服务程序的入口地址ORG1000HMOVXA，R1；读入；读入A/D转换数据转换数据MOVR0，A；将转换后的数据存入数据区；将转换后的数据存入数据区INCR0；数据区指针加；数据区指针加1INCR6；模拟通道号加；模拟通道号加1MOVA，R6 ；新的模拟通道号；新的模拟通道号送送AMOVXR1，A；启动下一通道的；启动下一通道的A/D转换转换DJNZR7，LOOP1；8路采样未结束，则转向路采样未结束，则转向LOOP1CLREX1；8路采样结束，关中断路采样结束，关中断LOOP1：RETI；中断返回；中断返回返回本节2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术472. 8031和和AD

39、574的接口的接口图表示出了图表示出了AD574与与8031单片机的接口电路单片机的接口电路。 .P0.7P0.0EAALEWRRDP1.03239313016171803174LS373D7D0Q0Q774LS00&123181714131516191282569347333435363738111115121013271426252021222324191617281826543978-15V+15V 模拟输入+5V增益补偿100 100D10D9D8D0D1D2D3D4D5D6D7D11CESTS12/ 8A0CSR/C10V INBIF OFFREF OUTREFINAGNDDGNDV

40、ssVcc20V INVL.AD574.2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术48图图 单极性输入电路单极性输入电路模拟输入0 +10V0 +20VAGND20VIN10VINBIP OFFREF OUTCER/CREF INA0CS12/8STS高位24 27中位20 23低位16 19DGND-15V+15V+5V+15V-15V100K100100K100 AD5742022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术49例例 在图在图 中，试编写程序，使中，试编写程序，使AD 574进行进行12位位A/D转换，并把转换后的转换，并把转换后的12位数字量位数字量存入内部存入内部20

41、H和和21H单元。单元。设设20H单元存放高单元存放高8位，位，21H单元存放低单元存放低4位。位。解：程序清单如下：解：程序清单如下：ORG0000H MOVR0，#20H；数据区首址；数据区首址MOVDPTR，#0FF7CH MOVXDPTR，A；启动；启动A/D转换转换2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术50LOOP：JBP1.0，LOOP；转换是否；转换是否结束，未结束，等待结束，未结束，等待MOVDPTR，#0FF7DHMOVXA，DPTR；读高；读高8位数据位数据MOVR0，A ；存高；存高8位数据位数据INC DPTRINC DPTRMOVXA，DPTR；读低；读低4

42、位数据位数据ANLA，#0FH ；屏蔽高；屏蔽高4位随机数位随机数INC R0MOVR0，A ；存低；存低4位数据位数据END2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术51 D/A D/A转换器性能指标是衡量芯片质量的重要转换器性能指标是衡量芯片质量的重要参数，也是选用参数，也是选用D/AD/A芯片型号的依据。主要性能芯片型号的依据。主要性能指标有：指标有： （1 1）分辨率）分辨率 （2 2）转换精度）转换精度 （3 3）偏移量误差）偏移量误差 （4 4）稳定时间）稳定时间2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术52 分辨率分辨率-是指是指 D/A D/A 转换器能分辨的最小输

43、出模转换器能分辨的最小输出模拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应拟增量，即当输入数字发生单位数码变化时所对应输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位输出模拟量的变化量，它取决于能转换的二进制位数，数字量位数越多，分辨率也就越高数，数字量位数越多，分辨率也就越高 。其分辨。其分辨率与二进制位数率与二进制位数n n呈下列关系：呈下列关系：分辨率分辨率 = = 满刻度值满刻度值/ /（2 2n n-1-1）= =V VREF REF / 2/ 2n n2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术53 转换精度转换精度-是指转换后所得的实际值和理是指转换后所得的实际值和理论值的接近程度

44、。它和分辨率是两个不同的概论值的接近程度。它和分辨率是两个不同的概念。例如，满量程时的理论输出值为念。例如，满量程时的理论输出值为10V10V，实，实际输出值是在际输出值是在9.99V10.01V9.99V10.01V之间，其转换精度之间，其转换精度为为10mV10mV。对于分辨率很高的。对于分辨率很高的D/AD/A转换器并不转换器并不一定具有很高的精度。一定具有很高的精度。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术54 偏移量误差偏移量误差-是指输入数字量时，输是指输入数字量时，输出模拟量对于零的偏移值。此误差可通出模拟量对于零的偏移值。此误差可通过过D/AD/A转换器的外接转换器的外

45、接V VREFREF和电位器加以调和电位器加以调整。整。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术55 稳定时间稳定时间-是描述是描述D/AD/A转换速度快慢的一个转换速度快慢的一个参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到参数，指从输入数字量变化到输出模拟量达到终值误差终值误差1/2LSB1/2LSB时所需的时间。显然，稳定时时所需的时间。显然，稳定时间越大，转换速度越低。对于输出是电流的间越大，转换速度越低。对于输出是电流的D/AD/A转换器来说，稳定时间是很快的，约几微转换器来说，稳定时间是很快的，约几微秒，而输出是电压的秒，而输出是电压的D/AD/A转换器，其稳定时间转换器，其稳定

46、时间主要取决于运算放大器的响应时间。主要取决于运算放大器的响应时间。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术56主要知识点主要知识点 (1) DAC0832性能性能 （2 2） DAC0832 工作原理工作原理 （3 3） DAC0832 管脚功能管脚功能 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术57一个一个8 8位位D/AD/A转换器转换器电流输出方式电流输出方式稳定时间为稳定时间为1s1s采用采用2020脚双立直插式封装脚双立直插式封装同系列芯片还有同系列芯片还有 DAC0830DAC0830、DAC0831DAC08312022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术58

47、(M SB )7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(L SB )IL EC S1RW2RWX F E R当当 L E =1时时 , ,输输 出出 数数据据 随随 输输 入入 变变 化化 。L E 2FERV1TUOI2TUOIRf bA G N DD G N DCCVDQDQDQDQ 8位位 输输 入入寄寄 存存 器器 8位 D A C寄 存 器 8位 D A C转转 换换 器器图 3-3 D A C 0832原 理 框 图 及 引 脚当当 L E =0时时 , ,输输 出出 数数据据 被被 锁锁 存存 。L E 12022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术59 DAC083

48、2DAC0832的原理框图及引脚如图所示。的原理框图及引脚如图所示。DAC0832DAC0832主要由主要由8 8位输入寄存器、位输入寄存器、8 8位位DACDAC寄存器、寄存器、8 8位位D/AD/A转换器以及输入控制电路四部分组成。转换器以及输入控制电路四部分组成。8 8 位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，位输入寄存器用于存放主机送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；使输入数字量得到缓冲和锁存，由加以控制；8 8位位DACDAC寄存器用于存放待转换的数字量，由加寄存器用于存放待转换的数字量，由加以控制；以控制；8 8位位D/AD/A转换器输出与数字量成正比的转换器输出与

49、数字量成正比的模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电模拟电流；由与门、非与门组成的输入控制电路来控制路来控制2 2个寄存器的选通或锁存状态。个寄存器的选通或锁存状态。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术60DIDI0 0DIDI7 7：数据输入线，其中：数据输入线，其中DIDI0 0为最低有效位为最低有效位LSB LSB ，DIDI7 7为为 最高有效位最高有效位MSBMSB。CSCS：片选信号，输入线，低电平有效。：片选信号，输入线，低电平有效。WR1WR1：写信号：写信号1 1，输入线，低电平有效。，输入线，低电平有效。ILEILE：输入允许锁存信号，输入线，高电平有效：输入

50、允许锁存信号，输入线，高电平有效 当当ILEILE、和同时有效时，、和同时有效时，8 8位输入寄存器端为高电平位输入寄存器端为高电平11，此时寄，此时寄存器的输出端存器的输出端Q Q跟随输入端跟随输入端D D的电平变化；反之，当端为低电平的电平变化；反之，当端为低电平00时，原时，原D D 端输入数据被锁存于端输入数据被锁存于Q Q端，在此期间端，在此期间D D端电平的变化端电平的变化不影响不影响Q Q端。端。 （3 3） DAC0832DAC0832管脚功能管脚功能2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术61XFER(Transfer Control Signal):XFER(Tra

51、nsfer Control Signal):传送控制信号，输入传送控制信号，输入线，线， 低电平有效。低电平有效。I IOUT1OUT1：DACDAC电流输出端电流输出端1 1，一般作为运算放大器差动输入，一般作为运算放大器差动输入信号之一。信号之一。I IOUT2OUT2：DACDAC电流输出端电流输出端2 2，一般作为运算放大器另一个差，一般作为运算放大器另一个差动输入信号。动输入信号。 R Rfbfb：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放：固化在芯片内的反馈电阻连接端，用于连接运算放大器的输出端。大器的输出端。 V VREFREF：基准电压源端，输入线，：基准电压源端，输入线，

52、10 VDC 10 VDC 10 VDC10 VDC。 V VCCCC：工作电压源端，输入线，：工作电压源端，输入线， 5 VDC 5 VDC 15 VDC15 VDC。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术62v 当当WR2WR2和和XFERXFER同时有效时，同时有效时，8 8位位DACDAC寄存器端为高寄存器端为高电平电平“1”1”，此时，此时DACDAC寄存器的输出端寄存器的输出端Q Q跟随输入端跟随输入端D D也也就是输入寄存器就是输入寄存器Q Q端的电平变化；反之，当端为低电平端的电平变化；反之，当端为低电平“0”0”时，第一级时，第一级8 8位输入寄存器位输入寄存器Q

53、Q端的状态则锁存到第端的状态则锁存到第二级二级8 8位位DACDAC寄存器中，以便第三级寄存器中，以便第三级8 8位位DACDAC转换器进行转换器进行D/AD/A转换。转换。v 一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接一般情况下为了简化接口电路，可以把和直接接地，使第二级地，使第二级8 8位位DACDAC寄存器的输入端到输出端直通，寄存器的输入端到输出端直通，只有第一级只有第一级8 8位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓位输入寄存器置成可选通、可锁存的单缓冲输入方式。冲输入方式。 特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即特殊情况下可采用双缓冲输入方式，即把两个寄存器都分别接成受控方式。把两个寄存器

54、都分别接成受控方式。 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术63 2.3.1 2.3.1 电压输出方式电压输出方式 2.3.2 2.3.2 电流输出方式电流输出方式 2.3.3 2.3.3 自动自动/ /手动输出方式手动输出方式引言引言2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术64 多数多数D/AD/A转换芯片输出的是弱电流信号，要转换芯片输出的是弱电流信号，要驱动后面的自动化装置，需在电流输出端外接驱动后面的自动化装置，需在电流输出端外接运算放大器。根据不同控制系统自动化装置需运算放大器。根据不同控制系统自动化装置需求的不同，输出方式可以分为电压输出、电流求的不同，输出方式可

55、以分为电压输出、电流输出以及自动输出以及自动/ /手动切换输出等多种方式。手动切换输出等多种方式。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术65 由于系统要求不同，电压输出方式又由于系统要求不同，电压输出方式又可分为可分为单极性输出单极性输出和和双极性输出双极性输出两种形式。两种形式。下面下面以以8 8位的位的DAC0832DAC0832芯片为例作一说明。芯片为例作一说明。 2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术66图 3-7 D/A转换单极性输出方式DAC0832Rfb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVPC总线2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术672

56、56VBVREFOUT001166772222 DDDDB式中：式中：VREF/256是常数是常数 显然，显然，V VOUTOUT和和 B B 成正比关系，输入数字量成正比关系，输入数字量 B B 为为 00H 00H 时，时，V VOUTOUT也为也为 0 0 ；输入数字量；输入数字量 B B 为为FFHFFH即即255255时，时，V VOUTOUT 为与为与 V VREFREF 极性相反的最大值。极性相反的最大值。 DAC单极性输出方式如图单极性输出方式如图 所示，可得输出电压所示，可得输出电压VOUT的单极性输出表达式为：的单极性输出表达式为：2022-6-26第三章 计算机输入输出接

57、口技术68图 3-8 D/A转 换 双 极 性 输 出 方 式2RVR2RA2A1I2I3IFERVT2UOV1TUOA12380CADb fR1TUOI2TUOIFERVPC总 线2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术69 解上述方程可得双极性输出表达式：解上述方程可得双极性输出表达式： 0321III256REF1OUTVBVRVI2REF1RVI22OUT2RVIOUT13( (2-3) ) 图中运放图中运放 A A2 2 的作用是将运放的作用是将运放 A A1 1 的单向输出变为的单向输出变为双向输出。当输入数字量小于双向输出。当输入数字量小于 80 H80 H即即12812

58、8时，输出模拟时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于电压为负；当输入数字量大于 80 H80 H即即128128时，输出模拟时，输出模拟电压为正。其它电压为正。其它n n位位D/AD/A转换器的输出电路与转换器的输出电路与DAC0832 DAC0832 相相同，计算表达式中只要把同，计算表达式中只要把 2 28-18-1改为改为2 2n n-1-1即可。即可。 18REF18OUT22)2(VBV12B1 -8REFOUT2VV或或2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术70 DAC1210-DAC1210-是一个是一个1212位位D/AD/A转换器，电转换器，电流输出方式，其结构原理

59、与控制信号功流输出方式，其结构原理与控制信号功能基本类似于能基本类似于 DAC0832DAC0832。由于它比。由于它比 DAC0832DAC0832多了多了4 4条数据输入线，故有条数据输入线，故有2424条条引脚，引脚，DAC 1210DAC 1210内部原理框图如图所示，内部原理框图如图所示，其同系列芯片其同系列芯片DAC1208DAC1208、DAC1209DAC1209可以相可以相互代换。互代换。2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术71QDDQQDDQDDQQDDQQ器存寄寄入输位8器存寄寄入输位41 2 位D A C寄 存 器1 2 位位D /A转转 换换 器器L E

60、3L E当= 1 时 ， Q = D ;L E当当= 0 时 ， 锁 存 数 据L E 2L E 1(M S B )D ID ID ID ID ID ID ID ID ID ID ID I111 01234567890(L S B )B Y T E /B Y T EC SW RX F E RW R2121FERVD G N D2TUOI1TUOIbfRDNGAccV图 3 -4 D A C 1 2 1 0 原 理 框 图 及 引 脚图图 DAC1210DAC1210原理框图及引脚原理框图及引脚 链接动画链接动画2022-6-26第三章 计算机输入输出接口技术72DAC1210DAC1210内部