第六章 微机接口技术3

6.4模拟量输入/输出通道6.4.1过程通道概述在一个实际的系统中需用传感器把各种物理参数(如压力和温度等)测量出来，并转换为电信号，再经过A/D转换器，传送给微型计算机；微型计算机加工处理后，通过D/A转换器去控制各种参数量。把模拟量转换成数字量的器件，称为模数转换器，简称为A/D(AnologtoDigit)。把数字量转换成模拟量的器件称为数模转换器，简称为D/A(DigittoAnolog)。一、模拟量输入通道的组成应用场合：微型计算机处理的是数字量，而实际上外界事物大多是模拟量，如：温度、压力、流量、浓度、速度、水位、距离等等，这些都是非电的物理量，它们必须经过适当的转换才能为微机处理。传感器：传感器一般是指能够进行非电量和电量之间转换的敏感元件，温度传感器、湿度传感器、气敏传感器、压电式和压阻式传感器、光纤传感器等。信号处理环节：将输入信号放大处理，与模数转换器匹配。多路模拟开关：支持对多个模拟信号的分时采样。采样保持器：使采样期间的输入信号不变。模数转换器：将模拟的电信号转换成数字信号。二模拟量输出通道的组成数模转换器：数字信号转换为模拟信号。多通道模拟开关：将转化结果分时输出不同的受控对象。信号处理环节：使输出驱动，信号平滑。6.4.2D/A转换器一D/A转换器工作原理1权电阻网络2R-2R梯形电阻网络网络中的电阻只有R和2R两种3D/A转换器的输出二主要技术指标（1）分辨率：单位数字量对应模拟量增量。（2）建立时间，在数字输入端发生满量程码的变化以后，D/A的模拟输出稳定到最终值1/2LSB时，所需要的时间。（3）输出电平（4）精度：分绝对精度和相对精度（5）线性误差（6）温度系数。分温度系数和增益温度系数（7）理想输出电压三典型的D/A转换芯片1．8位D/A转换器DAC0832（1）结构与引脚⑵引脚介绍：DI0-DI7：8位数据输入端，为MSB位；ILE：数据允许锁存信号，高电平有效；CS：输入寄存器选择信号，低电平有效，它和ILE信号一起来决定是否起作用；WR1：输入寄存器的写选通信号；XFER：传送控制信号；WR2：DAC寄存器的写选通信号，必须和XFER同时有效；IOUT1：D/A转换器输出电流端之一。DAC锁存的数据位为“1”的位电流均流出此端；当DAC锁存器各位全1时，输出电流最大，全0时输出为0；IOUT2：D/A转换器输出电流端之二。与IOUT1是互补关系；Rbf：内备的反馈电阻引出端，另一端在片内与相接，芯片内部已提供一个反馈电阻，约；Vref：基准电压源输入端，此端可以接正电压，也可接负电压，供解码网用-10---+10；VCC：芯片供电电源引入端;AGND：模拟信号地，即模拟电路接地端；DGND：数字量地。2三种工作方式1）双缓冲工作方式2）单缓冲工作方式MOVAL，127；OUT90H，AL；3）直通工作方式3、8位iD/A转换器与CPU的接口在实际应用中，经常需要用到一个有规律变化的电压去控制某个过程。可以利用D/A转换器产生各种波形，如方波、三角波、锯齿波以及它们的复合波形和不规则波形等。①锯齿波MOVDX，0FFFOHMOVAL，00HL1：OUTDX，ALCALLDELAYINCALJMPL1②三角波MOVDX，0FFF0HMOVAL，00HL1：OUTDX，ALINCALJNZL1MOVAL，0FFHL2：OUTDX，ALDECALJNZL2JMPL1③方波MOVDX，0FFF0HL1：MOVAL，00HOUTDX，ALCALLDELAYMOVAL，51OUTDX，ALCALLDELAYJMPL1412位D/A转换器DAC12105、12位D/A转换器与CPU的接口绝大多数所谓与微处理器兼容的转换器件都还需要配置一些用于地址译码、数据锁存和信号组合等方面的外加电路才能与微机协同工作。数据线连接原则：不具备锁存器时，则需外加寄存器；具备锁存器时，不加寄存器DAC位数DBUS数据线宽度：①数据线的连接方法（有选通控制端，可直接相连）；②锁存器：第一级：二个寄存器以上，不足的需外加；第二级：DAC锁存器。6.4.3A/D转换器一、A/D的工作原理按被转换的模拟量类型可分为时间/数字、电压/数字、机械变量/数字等。应用最多的是电压/数字转换器。电压/数字转换器又可分为多种类型：按转换方式可分为：直接转换、间接转换。按输出方式分可分为：并行、串行、串并行。按转换原理可分为：计数式、比较式。按转换速度可分为：低速、中速、高速。按转换精度和分辨率可分为：3位、4位、8位、10位、12位、14位、16位等等1、双积分型A/D转换器2逐次逼近型A/D转换器二、主要技术指标1．分辨率2．量化误差:在A/D转换中整量化所产生的误差。3．转换时间:指A/D完成一次转换所需要的时间。4．精度：分绝对精度和相对精度5．线性误差6．偏置误差7．漏码:如果模拟输入连续增加（或减小）时，数字输出不是连续增加（或减小）而是越过某一个数字，即出现漏码。8．量程9．电源灵敏度三、典型A/D转换器芯片1、ADC0809主要性能指标:8位,转换时间100us,输入电压0-5V。1）引脚介绍VCC：主电源输入端。REF（+）、REF（-）：基准电源输入端。GND：模拟地数字地共用的接地端。CLK：时钟输入引脚，时钟频率范围〈640kHz。ADDA、ADDB、ADDC：8选1模拟开关的三位通道地址输入端。用来选择对应的输入通道.比如CBA=011，则选中引脚的输入电压。ALE：为通道地址锁存允许选通控制端，输入上跳沿有效；它有效时，C、B、A的通道地址值才能进入通道地址锁存器，ALE下跳为低电平（无效）时，锁存器锁存进入的通道地址。DB7～DB0：8位数字量输出引脚，它是三态输出数据锁存器的输出引脚，未选通时，8个引脚对片内均为高阻断开；可与系统数据总线直接相连。IN0-IN7：8路模拟量单极性电压的输入引脚。START：启动A/D转换控制引脚，由高电平下跳为低电平时有效；即对该引脚输入正脉冲下跳沿后，ADC开始逐次比较；也可将START与ALE连接在一起使用，安排一个CPU写端口地址；正脉冲上升沿通道地址（码）被写入通道地址锁存器，下降沿启动A/D转换.EOC：ADC转换状态输出信号引脚；未启动转换时，EOC为高电平，启动转换后，正在逐次逼近比较期间EOC为低电平，低电平持续时间为A/D转换时间，约（与时钟频率有关），一旦转换完毕，EOC端上跳为高电平，此信号可供CPU查询或向CPU发中断。OE：数字量输出允许控制端，输入正脉冲有效；有效时，数据输出三态门被打开，转换好的数字量各位被送到引脚上；无效时，浮空（高阻隔离）2）结构3)时序图2、A/D转换器与系统接口A/D转换器与系统连接技术（1）．A/D转换器与系统连接时需考虑的问题数据输出线的连接模拟输入电压的连接A/D转换的启动信号转换结束信号的处理方式时钟的提供参考电压的接法。（2）当A/D转换结束，ADC输出一个转换结束信号数据。CPU可有多种方法读取转换结果：①查询方式；②中断方式；③延时方式；ADC0809通过8255与系统接口MOVSI,OFFSETBUFFMOVDX,221HLOP:OUTDX,ALCALLD1MSINAL,DXMOV[SI],ALINCSICMPSI,300JNZLOP………3AD574A技术指标：12位，转化时间25us，输入电压0-20V1）总体结构及引脚2）控制逻辑与时序图3）单极性与双极性输入4.12位A/D转换器与系统典型接口