第11章模拟量接口.ppt

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1、第11章 模拟量接口,11.1 D/A转换及其接口 11.2 A/D转换及其接口 11.3 多路模拟开关与采样保持器,11.1 D/A转换及其接口,11.1.1 基本原理 数/模转换器是把输入的数字量转换为模拟量的器件。为了完成这种转换功能，需要如下几个组成部分：基准电压、模拟二进制数的电子开关、产生二进制权电流（电压）的精密电阻解码网络和提供电流（电压）相加输出的运算放大器，如图11-2所示,11.1 D/A转换及其接口,11.1.1 基本原理 1权电阻解码网络D/A转换器 图11-3为4位权电阻数/模转换器的原理图。基准电压为E，K1K4为位切换开关，它受二进制各位状态控制。当相应的二进制

2、位为“0”时，开关接地；为“1”时，开关接基准电压。20R，21R，22R，23R为二进制权电阻解码网络，它们的电阻值与相应的二进制数每位的权相对应，权越大则电阻超小，以保证一定权的数字信号产生相应的模拟电流。运算放大器的虚地按二进制数大小和各位开关的状态对电流求和后，转换成相应的输出电压u。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.1 基本原理,11.1 D/A转换及其接口,11.1.1 基本原理 2T型电阻解码网络D/A转换器,11.1 D/A转换及其接口,11.1.1 基本原理 如图11-4所示，整个电路由若干个相同的电路环节组成。每个环节有两个电阻和一个开关。开关S是按二进制位进行控制

3、的，当该位为1时，开关将加权电阻与Iout1输出端接通产生电流；当该位为0时，开关与Iout2端接通。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.2 DAC芯片的主要参数 1分辨率（位数） 是指D/A转换器所能产生的最小模拟量增量，通常用输入数字量的最低有效位（LSB）对应的输出模拟电压值来表示。 2建立时间（转换时间） 它是指当输入数字量从0变化到最大时，其模拟输出达到满刻度值上下1/2LSB对应值时所需要的时间。 3转换精度 精度是指某一数字量的理论输出值和经DAC转换的实际输出值之差。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 18位DAC转换芯片DAC 0832

4、（1）芯片介绍 DAC0832的方框图如图11-5所示。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 DAC 0832的引脚排列如图11-6,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （2）DAC0832的数字接口 DAC0832的数字接口由8条数字输入线DI0DI7,两个写信号 WR1,WR2,片选 CS,允许输入锁存ILE和传送控制XFER组成。图11-5中LE1/LE2为寄存器锁存信号。当LE1/LE2为1时，寄存器的输出随输入变化，寄存器处于直通状态；当LE1/LE2为0时，输入数据被锁存在寄存器中，输出不再随输入变化。当ILE为高， CS

5、和WR为低时，使LE1为1，输入寄存器的输出随数字输入线变化；当LE1为0，输入数据被锁存在输入寄存器中。为低时，使LE1为1，输入寄存器的输出随数字输入线变化；当LE1为0，输入数据被锁存在输入寄存器中。当XFER和WR2为低时，使LE2为1，DAC寄存器的输出随它的输入变化；若LE2为0，将输入寄存器的数据锁存在DAC寄存器中。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 由于DAC0832具有两级缓冲寄存器，所以可有3种工作方式： l 1. 直通方式：使LE1和LE2都为1，数据可以直接进入D/A转换器。 l 2. 单缓冲方式：使LEI或LE2为1，两个寄存器之一始

6、终处于直通状态，另一个寄存器处于受控状态，即缓冲状态。 l 3. 双缓冲方式：两个寄存器均处于受控状态，只有LE1和LE2依次为高时，数据才能进入相应寄存器。双缓冲工作方式能做到对某个数据进入D/A转换的同时，输入下一个数据，特别适用于要求多个模拟量同时输出的场合。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。 1）单极性电压输出。 图11-7是DAC0832实现单极性电压输出的示意图。 由梯形电阻解码网络组成的D/A转换电路， 其转换结果是与输入数字量成比例的电流， 称为电流输出型DAC。有些DAC芯片中己 经集成有运算放大器，它们属于电

7、压输出 型DAC。 通常D/A转换器输出电压范围有 0+5V、0+10V、02.5V、 05V、010V等几种,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。 2）双极性输出， 图11-8为DAC0832实现双极性电压输出,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。 3）输出零点和满刻度的调整。 对于一个实际的D/A转换电路，由于存在零点偏移、增益误差、非线性误差及温度漂移等原因，其实际得到的模拟输出量会不等于理论上的模拟输出量。为了得到一定精度的D/A转换结果，需进行零点和满刻度调整

8、如图11-9为DAC0832单极性电压输出时的调零和调满刻度电路示意图,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。 3）输出零点和满刻度的调整。 为了得到一定精度的 D/A转换结果，需进 行零点和满刻度调整 如图11-9为DAC0832 单极性电压输出时的 调零和调满刻度电路 示意图,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。 4）数字地与模拟地。在数字量和模拟量并存的电路系统中，有两类电路。一类是数字电路，另一类是模拟电路，、DAC和ADC它们各有自己的信号地线，分别表示为数字地D

9、GND和模拟地AGND。我们应该把整个系统中所有模拟地连接在一起，所有数字地连接在一起，然后整个系统在一处把模拟地和数字地连起来。通常这个共地连接处，就是DAC或ADC芯片的模拟地和数字地之间。 如图11-10所示。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （4）DAC0832与CPU接口。 1）直通方式 将数字量输出到DAC0832，在VOUT端可以得到各种输出波形锯齿波、三角波、方波。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 （4）DAC0832与CPU接口 2）单缓冲工作方式。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理

10、及应用 （4）DAC0832与CPU接口 3）双缓冲方式。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 212位DAC转换芯片DACl210 内部结构图如图11-14所示。,11.1 D/A转换及其接口,11.1.3 DAC芯片原理及应用 212位DAC转换芯片DACl210 图11-15 DAC1210 与总线的连接,11.1 D/A转换及其接口,1.11.3 DAC芯片原理及应用 212位DAC转换芯片DACl210 可用下面的程序完成一次转换： MOV DX，220H ；低4位寄存器地址 M0V AL，DATA ；低4位数据 OUT DX，AL ；输出低4位 INC

11、 DX ；高8位寄存器地址 M0V AL，DATAH ；高8位数据 OUT DX，AL ；输出高8位数据 MOV DX，222H ；DAC寄存器 OUT DX AL ；启动12位数据转换,11.2 A/D转换及其接口,11.2.1 A/D转换器的分类 1计数式A/D转换 8位的计数式A/D转换原理如图11-16所示。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.1 A/D转换器的分类 2逐次逼近式A/D转换 逐次逼近式A/D转换原理如图11-17所示。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.1 A/D转换器的分类 3双积分式A/D转换 双积分式AD转换原理如图11-18所示。它主要由积分器、零比

12、较器、计数器及时钟发生器组成。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.1 A/D转换器的分类 4并行式A/D转换 并行式A/D转换的 原理最简单、速度最快， 但成本也是最高的。 它采用的是直接比较法， 如图11-20所示。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.2 主要性能参数 1分辨率 分辨率是指A/D转换器能测量的最小输入模拟量。一个n位A/D转换器，分辨率等于最大允许模拟量输入值（即满量程）除以2n。所以，通常用转换成的数字量位数来表示分辨率。 2转换时间 转换时间是指从输入转换启动信号开始到转换结束所需要的时间，它反映了ADC转换速度。 3精度 精度是指输入模拟信号的实际电压值与被

13、转换成数字量理论电压值之间的差值，这一差值称为绝对误差。当它用百分数表示时就称为相对误差。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 1ADC 0809 （1）内部结构。 ADC 0809 模数转换器结构 如图11-21所示。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （2）接口信号。ADC0809的引脚如图11-22所示。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （3）工作时序。 图11-23是ADC 0809的工作时序图，对指定通道采集一个数据的过程如下所述。,11.2 A/D转换及其接口,11.2

14、.3 典型的A/D转换器及其接口 （4）ADC 0809与CPU的连接。 1）采用延时等待方式。图11-24为ADC 0809与CPU的一种连接图,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （4）ADC 0809与CPU的连接。 2）采用中断方式。ADC0809工作于中断方式的连接示意图如图11-25所示,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 2）采用中断方式 由于ADC0809带有三态锁存缓冲器，所以其数字输出线可与系统数据总线直接相连。只要执行输入指令，控制OE端为高电平即可读入转换后的数字量。A/D转换的启动只要执行输出指令

15、，控制START为高电平，并可与读取数字量占用同一个I/O地址，设为220H。ADC0809有8个输入信号端，但此例中仅使用IN0信号，所以ALE和ADDA、ADDB、ADDC均接低电平就可以只选用IN0模拟通道。 采用中断方式，主程序要设置中断服务的工作环境，此外主要就是启动A/D转换。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 启动A/D转换： DATA SEGMENT ADTEMP DB 0 DATA ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:DATA START: ；设置中断向量等工作 STI ；开中断 MOV DX, 22

16、0H ；启动A/D转换 OUT DX, AL ；其他工作,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 中断服务程序如下： ADINT PROC STI ；开中断 PUSH AX ；保护现场 PUSH DX PUSH DS MOV AX, DATA ；设置数据段 MOV DS, AX MOV DX, 220H,11.2 A/D转换及其接口,IN AL, DX ；读取数据 MOV ADTEMP, AL ；送入缓冲区 ；其他工作 MOV AL, 20H ；发EOI命令 OUT 2OH, AL POP DS ；恢复现场 POP DX POP AX IRET ；中断返回 AD

17、INT ENDP,。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 3）采用查询方式。 可将转换结束信号EOC作为状态信号，经三态门接入数据总线最高位D7。这样，启动转换之后，只要不断检测D7位是否为1，就可以知道转换是否结束。状态端口的I/O地址假设为238H，图12-26为其连接示意图。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 3）采用查询方式,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 2AD 574A AD 574A是具有三态输出锁存器的A/D转换器，它可以作12位转换，也可作8位转换。它的转换速度较

18、快，为25s，内部含有与微型计算机连接的逻辑控制电路，是目前使用得较多的器件之一。,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （1）A/D 574内部结构和引脚信号,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 2AD 574A,11.2 A/D转换及其接口,11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （2）AD574A与CPU的连接,11.3 多路模拟开关与采样保持器,1多路模拟开关AMUX 由于计算机在任一时刻只能接收一路模拟量信号的采集输入，当有多路模拟量信号时需通过模拟转换开关，按一定的顺序选取其中一路进行采集。一般AMUX有2n个

19、输入端，N个控制选择端，一个输出端。对N个控制选择端（即地址）进行译码，选中某一个开关闭合。AMUX的一般性能要求是开关通导电阻小，断开电阻无穷大，转换速度快等。多路模拟开关AMUX一般用于多路A/D转换的输入端或多路D/A转换的输出端。 CD4051就是一种常用的8路模拟开关，其内部结构如图11-29所示。使用两块CD4051可构成16路模拟开关。,11.3 多路模拟开关与采样保持器,CD4051内部结构如图11-29,11.3 多路模拟开关与采样保持器,2采样保持器 由于进行一次A/D转换需要一定的时间，如果A/D转换速度远大于模拟输入信号的变化，那么模拟信号可以直接送入A/D转换器。如果信号变化较快，为了保证转换精度，需在A/D转换之前加一级采样保持电路，使模拟信号在转换期间保持不变。 采样保持器的工作原理如图11-30所示,本章结束 谢谢,