微機原理及接口技術

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1、9.1 D/A轉 換 器 及 A/D轉 換 器 概 述9.2 D/A轉 換 器 DAC0832及 應 用9.3 A/D轉 換 器 ADC0809及 應 用第 9章 模 擬 量 接 口 技 術 9.1 D/A轉 換 器 及 A/D轉 換 器 概 述A/D轉 換 ： 在 計 算 機 系 統(tǒng) 中 ， 能 夠 完 成 模 擬 信 號 轉換 成 數(shù) 字 信 號 的 過 程 稱 作 模 /數(shù) 轉 換 （ 簡 稱 A/D轉換 ） 。 完 成 A/D轉 換 的 裝 置 叫 A/D轉 換 器 （ 簡 稱ADC） 。D/A轉 換 ： 在 計 算 機 系 統(tǒng) 中 ， 能 夠 完 成 數(shù) 字 信 號 轉換 成 模 擬

2、 信 號 的 過 程 稱 作 數(shù) /模 轉 換 （ 簡 稱 D/A轉換 ） 。 完 成 D/A轉 換 的 裝 置 叫 D/A轉 換 器 （ 簡 稱DAC） 。 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 的 實 現(xiàn) 過 程 ：模 擬 式檢 測 儀 表模 擬 式執(zhí) 行 部 件 D/A轉 換 器模 擬 量 電 信 號 微型計算機數(shù) 字 量 電 信 號生產(chǎn)或實驗過程 模 擬 量 電 信 號 數(shù) 字 量 電 信 號物 理 量物 理 量 圖 9.1 計 算 機 控 制 系 統(tǒng) 框 圖A/D轉 換 器 9.2.1 D/A轉 換 器 工 作 原 理 運 算放 大 器 模 擬 電 壓 輸 出多路模擬開關 電阻網(wǎng)絡圖 9.2

3、D/A轉 換 器 框 圖N位二 進 制 數(shù) 12N 12N9.2 D/A轉 換 器 DAC0832及 應 用 1. 加 權 電 阻 網(wǎng) 絡 D/A轉 換 器 的 工 作 原 理 -+ V0RFRR1R2R3R nVREF K1K2K3Kn圖 9.3 加 權 電 阻 網(wǎng) 絡 D/A轉 換 器 原 理 圖 2. “T”形 電 阻 網(wǎng) 絡 D/A轉 換 器 的 工 作 原 理 圖 9.4 “T”形 電 阻 網(wǎng) 絡 D/A轉 換 器 原 理 圖 9.2.2 D/A轉 換 器 性 能 指 標1.分 辨 率2.轉 換 精 度3.建 立 時 間4.溫 度 系 數(shù)5.非 線 性 誤 差 圖 9.5 DAC08

4、32引 腳 及 內(nèi) 部 結 構 9.2.3 DAC0832芯 片1. DAC0832引 腳 及 功 能 2 DAC0832的 幾 種 典 型 輸 出 連 接 方 式 單 極 性 輸 出 電 路 。 OUTV iR 21(1 )OUT RV iR R 圖 9.6 單 極 性 輸 出 電 路圖 (a)為 反 相 輸 出 電 路 ， 其 輸 出 電 壓 為 ： 圖 (b)是 同 相 輸 出 電 路 ， 其 電 壓 輸 出 為 ： 雙 極 性 輸 出 電 路 。 圖 .7 雙 極 性 輸 出 電 路 9.2.4 DAC0832的 應 用選 擇 和 使 用 D/A 轉 換 器 時 要 注 意 以 下 幾

5、 點 ：(1) 合 理 選 擇 DAC 芯 片 。 首 先 要 考 慮 D/A 轉 換 器 的 分 辨率 和 工 作 溫 度 范 圍 是 否 滿 足 系 統(tǒng) 要 求 。 然 后 根 據(jù) DAC 芯 片 的 結 構 和 應 用 特 性 ， 選 擇 外 圍 電 路 簡 單 、 使 用 方便 的 D/A 轉 換 器 。(2) 設 計 和 連 接 接 口 時 ， 具 有 三 態(tài) 輸 入 數(shù) 據(jù) 寄 存 器 的DAC 芯 片 可 直 接 與 計 算 機 I/O 插 槽 上 的 數(shù) 據(jù) 總 線 相 接 ，同 時 ， 要 為 D/A 轉 換 器 配 置 一 個 端 口 地 址 。(3) 若 D/A 芯 片

6、無 參 考 電 源 時 ， 則 外 接 的 參 考 電 壓 應 該穩(wěn) 定 、 可 靠 地 工 作 。 應 用 舉 例 ： 利 用 D/A 轉 換 器 來 構 造 波 形 發(fā) 生 器 ， 如 圖 所示 。 假 設 地 址 譯 碼 輸 出 端 口 為 360H。 圖 .8 采 用 DAC0832 構 造 的 波 形 發(fā) 生 器 (1) 矩 形 波 。 給 DAC0832 持 續(xù) 256 次 送 數(shù) 據(jù) 0， 然 后 256 次 送數(shù) 據(jù) FFH， 依 次 重 復 處 理 。 輸 出 矩 形 波 的 程 序 段 如 下 ：MOV DX， 360H ； 設 定 地 址 譯 碼 輸 出 端 口DD0：

7、MOV CX， 0FFHMOV AL， 00DDl： OUT DX， AL ； 向 D/A 轉 換 器 送 數(shù) 據(jù) 0LOOP DDl ； 循 環(huán) 256 次 ， 形 成 矩 形 波 的 低 電 平MOV CX， 0FFHMOV AL， 0FFHDD2： OUT DX， AL ； 向 D/A 轉 換 器 送 數(shù) 據(jù) FFHLOOP DD2 ； 循 環(huán) 256 次 ， 形 成 矩 形 波 的 高 電 平JMP DD0 ； 重 復 上 述 的 過 程 ， 形 成 多 個 矩 形 波 (2) 梯 形 波 。 給 DAC0832 持 續(xù) 256 次 送 數(shù) 據(jù) 0， 然 后 逐 次 加 1 直 到 2

8、55， 然 后 持 續(xù) 256次 ， 接 著 將 255 逐 次 減 1， 依 次 重復 處 理 。 MOV DX， 360H ； 設 定 地 址 譯 碼 輸 出 端 口MOV CX， 0FFHMOV AL， 00DDl： OUT DX， AL ； 向 D/A 轉 換 器 送 數(shù) 據(jù) 0LOOP DDl ； 循 環(huán) 256 次 ， 形 成 梯 形 波 的 下 底MOV CX， 0FFHDD2： INC AL ； 循 環(huán) 加 1， 以 形 成 上 升 沿OUT DX， ALLOOP DD2MOV CX， 0FFHDD3： OUT DX， AL ； 輸 出 上 底LOOP DD3MOV CX， 0

9、FFH DD4： DEC ALOUT DX， AL ； 輸 出 下 降 沿LOOP DD4JMP DDl ； 重 復 上 述 過 程 ， 形 成 多 個 梯 形 波 (3) 三 角 波 。 給 DAC0832 持 續(xù) 256 次 送 數(shù) 據(jù) 0， 然 后 逐 次加 1 直 到 255， 接 著 將 255逐 次 減 1 到 0， 依 次 重 復 。MOV DX， 360H ； 設 定 地 址 譯 碼 輸 出 端 口DD0： MOV CX， 0FFHMOV AL， 00DD1： OUT DX， AL ； 向 D/A 轉 換 器 送 數(shù) 據(jù) 0INC ALLOOP DD1 ； 循 環(huán) 形 成 上

10、升 斜 坡MOV CX， 0FFHDD2： DEC ALOUT DX， ALLOOP DD2 ； 循 環(huán) 形 成 下 降 斜 坡 JMP DD0 ； 重 復 上 述 過 程 ， 形 成 多 個 三 角 波 9.3 A/D轉 換 器 ADC0809及 應 用 采 樣 ： 對 連 續(xù) 變 化 的 模 擬 量 要 按 一 定 的 規(guī) 律 和 周 期 取 出 其中 的 某 一 瞬 時 值 。 采 樣 頻 率 ： 一 般 要 高 于 或 至 少 等 于 輸 入 信 號 最 高 頻 率 的 2倍 ，實 際 應 用 中 采 樣 頻 率 一 般 是 信 號 頻 率 的 48倍 。 采 樣 周 期 ： 相 鄰

11、兩 次 采 樣 的 間 隔 時 間 。 一 次 A/D轉 換 所 需要 的 時 間 必 須 小 于 采 樣 周 期 。 量 化 ： 將 模 擬 量 表 示 為 相 應 的 數(shù) 字 量 。 量 化 得 到 的 數(shù) 值 通常 用 二 進 制 表 示 。 9.3.1 A/D轉 換 器 的 工 作 原 理 A/D轉 換 器 主 要 有 計 數(shù) 式 、 并 行 式 、 雙 積 分 式 、 逐 次 逼 近 式 等 。主 要 介 紹 逐 次 逼 近 式 A/D轉 換 器 的 工 作 原 理 。 EOC轉 換結 束 信 號START啟 動 信 號電 阻 開 關 網(wǎng) 絡時 鐘圖 9.9 逐 次 逼 近 式 A/

12、D轉 換 器 邏 輯 框 圖D3模 擬 量 輸 入 +比 較 器 數(shù) 碼 寄 存 器數(shù) 據(jù) 發(fā) 生 器 數(shù) 字 量 輸 出VREF基 準 電 壓D2 D1 D0VR反 饋 比 較 電 壓VIN - 1. 分 辨 率 ：2. 轉 換 精 度 ：3. 轉 換 時 間4. 溫 度 系 數(shù)5. 量 程9.3.2 A/D轉 換 器 的 主 要 性 能 指 標 9.3.3 ADC0809芯 片 1. ADC0809引 腳 及 功 能 圖 9.11 ADC0809引 腳 圖 8路模 擬選 通開 關 8-bitA/D轉 換器 8-bit三 態(tài)輸 出鎖 存IN7IN0ADDC OESTARTEOC 圖 9.10

13、 ADC0809結 構 框 圖 D7D0ADDBADDAALE CLK VREF+ VREF- GNDVCC地 址鎖 存 器 IN2ADDCALEADDBADDAOECLKEOC 12345678910 19202122232411121314 1516171825262728ADC0809START IN1IN0IN3IN4IN5IN6IN7 D0D1D2D3D7D5D4D6 VREF-VREF+VCCGND 2. ADC0809的 工 作 時 序圖 9.12 ADC0809的 工 作 時 序 9.3.4 ADC0809芯 片 的 應 用 例 題 ： 利 用 ADC0809進 行 數(shù) 據(jù) 采

14、 集 的 電 路 圖 如 下 ， 編 寫 采 集子 程 序 。 采 集 子 程 序 的 功 能 ： 每 調 用 一 次 ， 順 序 對 8路 模 擬 輸 入 IN0到IN7進 行 一 次 轉 換 ， 并 將 轉 換 結 果 存 放 到 內(nèi) 存 中 的 指 定 位 置 ，該 位 置 的 段 、 偏 移 地 址 在 ADAT的 順 序 8個 單 元 中 。 采 集 子 程 序 如 下 ：PRMD： PROC NEARPUSH BXPUSH DXPUSH DSPUSH AXPUSH SIMOV DX， SEG ADATMOV DS， DXMOV SI， OFFSET ADATMOV BL， 00HM

15、OV BH， 08HGOON： MOV DX， 8001HMOV AL， BLOUT DX， AL ； 送 通 道 地 址 MOV DX， 8002HMOV AL， 01HOUT DX， AL MOV AL， 00HOUT DX， AL； 送 ALE和 START脈 沖NOP WAIT： IN AL， DXTEST AL， 10HJZ WAIT ； 等 待 轉 換 結 束MOV AL， 02HOUT DX， AL ； 使 OE=1MOV DX， 8000HIN AL， DX ； 讀 數(shù) 據(jù)MOV SI， ALMOV DX， 8002HMOV AL， 00HOUT DX， ALINC SI ；

16、存 放 數(shù) 據(jù) 的 內(nèi) 存 地 址 加 1INC BL ； 通 道 地 址 加 1DEC BHJNZ GOONPOP AXPOP DSPOP DXPOP BXRETPRMD ENDP 知 識 擴 展 ： 多 路 模 擬 開 關 及 采 樣 保 持 電 路1 多 路 模 擬 開 關 圖 9.14 多 回 路 分 時 共 用 轉 換 器 框 圖 保 持 電 路I/O 多 路 模 擬 量 輸入I/O計 算 機 D/AA/D 采 樣 保持 電 路 多 路 模擬 開 關保 持 電 路保 持 電 路 多 路 模 擬 量 輸出多 路 模擬 開 關 2 采 樣 保 持 電 路 AOUT 圖 9.15 采 樣

17、保 持 電 路 的 基 本 組 成 -+S C+-AIN模 式 控 制 A2A1 練 習 題1 什 么 是 D/A轉 換 器 ？ 什 么 是 A/D轉 換 器 ？答 ： 在 計 算 機 系 統(tǒng) 中 ， 能 夠 完 成 D/A轉 換 的 裝 置 叫D/A轉 換 器 ； 能 夠 完 成 A/D轉 換 的 裝 置 叫 A/D轉換 器 。 2 描 述 D/A轉 換 器 的 性 能 指 標 主 要 有 哪 些 ？答 ： 分 辨 率 、 轉 換 精 度 、 建 立 時 間 、 溫 度 系 數(shù) 、 非線 性 誤 差 等 。3 簡 述 A/D轉 換 器 的 主 要 性 能 指 標 ？答 ： 分 辨 率 、 轉

18、 換 精 度 、 轉 換 時 間 、 溫 度 系 數(shù) 、 量 程 等 。 在 實 際 應 用 中 ， 選 擇 和 使 用 D/A轉 換 器 應 注 意哪 幾 點 ？答 ：（ 1） 首 先 要 考 慮 D/A轉 換 器 的 分 辨 率 和 工 作 溫 度 范圍 是 否 滿 足 系 統(tǒng) 要 求 。 然 后 根 據(jù) DAC芯 片 的 結 構和 應 用 特 性 ， 選 擇 外 圍 電 路 簡 單 、 使 用 方 便 的D/A轉 換 器 。（ 2） 設 計 和 連 接 接 口 時 ， 具 有 三 態(tài) 輸 入 數(shù) 據(jù) 寄 存器 的 DAC芯 片 可 直 接 與 計 算 機 I/O插 槽 上 的 數(shù) 據(jù) 總

19、線 相 接 ， 同 時 ， 要 為 D/A轉 換 器 配 置 一 個 端 口 地址 。（ 3） 若 D/A芯 片 無 參 考 電 源 時 ， 則 外 接 的 參 考 電 壓應 該 工 作 穩(wěn) 定 、 可 靠 。 5.要 求 某 電 子 秤 的 稱 重 范 圍 為 0 500g， 測 量 誤 差小 于 0.05g， 至 少 應 該 選 用 分 辨 率 為 多 少 位 的 A/D轉 換 器 ？ 現(xiàn) 有 8位 、 10位 、 12位 、 14位 和 16位 可供 選 擇 。答 ： 500 0.05=10000， 至 少 應 該 選 用 分 辨 率 為 14位 的 A/D轉 換 器 。6.某 12位

20、D/A轉 換 器 ， 輸 出 電 壓 為 02.5V。當 輸 入 的 數(shù) 字 量 為 400H時 ， 對 應 的 輸 出 電壓 是 多 少 ？答 ： 2.5 400H FFFH=0.625V。 7.如 果 一 個 8位 D/A轉 換 器 的 滿 量 程 (對 應 于 數(shù) 字 量255)為 10V， 分 別 確 定 模 擬 量 為 2.0V和 8.0V所 對應 的 數(shù) 字 量 是 多 少 ?答 ： 分 別 為 255 2 10=51, 255 8 10=204。 8.若 滿 刻 度 輸 入 模 擬 電 壓 為 5V， 8位 A/D轉 換 器 的量 化 間 隔 和 量 化 誤 差 為 （ ） 。A

21、. 1.25mV和 1.22mV B. 4.88mV和 0.5mVC. 19.5mV和 9.45mV D. 2.44mV和 2.47mVC 9.DAC0832轉 換 器 有 哪 些 特 點 ？ 其 內(nèi) 部 結 構 由 哪 幾部 分 組 成 ? 答 :DAC0832是 8位 分 辨 率 的 D/A轉 換 集 成 芯 片 ， 功 耗為 20mW， 單 電 源 供 電 ， 電 源 范 圍 為 +5V +15V，建 立 時 間 為 1us， 電 流 型 輸 出 。 其 明 顯 特 點 是 與 微機 連 接 簡 單 、 轉 換 控 制 方 便 、 價 格 低 廉 等 。DAC0832的 內(nèi) 部 結 構 由 8位 輸 入 寄 存 器 、 8位 DAC寄 存 器 、 8位 DAC轉 換 器 及 轉 換 控 制 電 路 構 成 ，DAC轉 換 器 采 用 “ T”型 電 阻 網(wǎng) 絡 。