微机原理 第08章模拟量的输入输出接口技术

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1、C H A P T E R模拟量的输入输出模拟量的输入输出接口技术接口技术8本本 章章 内内 容容第一节第一节概述概述第二节第二节D/AD/A转换器转换器D/AD/A转换器的工作原理转换器的工作原理典型的典型的D/AD/A转换芯片转换芯片DACDAC芯片的应用芯片的应用第三节第三节A/DA/D转换器转换器A/DA/D转换器的工作原理转换器的工作原理典型典型A/DA/D转换芯片转换芯片ADCADC芯片的应用芯片的应用第一节第一节概概 述述l在一个微型计算机检测与控制系统中，往往由模在一个微型计算机检测与控制系统中，往往由模拟输入通道和模拟输出通道构成。拟输入通道和模拟输出通道构成。l模拟输入通道

2、的作用就是将生产过程中所需检测模拟输入通道的作用就是将生产过程中所需检测的连续变化的物理量转化成计算机所能接收和识的连续变化的物理量转化成计算机所能接收和识别的数字信号别的数字信号 ；l模拟输出通道的作用是为了实现对生产过程的控模拟输出通道的作用是为了实现对生产过程的控制，将计算机对输入信号进行加工、处理后的数制，将计算机对输入信号进行加工、处理后的数据输出至调节执行机构。据输出至调节执行机构。 第一节第一节概概 述述l测控对象测控对象l被测对象被测对象l被控对象被控对象l模拟输入通道模拟输入通道l传感器传感器l信号处理信号处理l多路开关多路开关l采样保持采样保持lA/DA/D转换器转换器l计

3、算机计算机l模拟输出通道模拟输出通道lD/AD/A转换器转换器l功率放大器功率放大器l执行机构执行机构图8-1所示的系统中，主要由以下几部分构成：第二节第二节D/AD/A转换器转换器lD/AD/A装换器的工作原理装换器的工作原理lD/A转换器处于模拟输出通道中，它的主要作用是将计算机输出转换器处于模拟输出通道中，它的主要作用是将计算机输出的二进制数字量转换成模拟量。在一个的二进制数字量转换成模拟量。在一个D/A转换器中所用转换电转换器中所用转换电路主要由运算放大器和电阻网络构成。路主要由运算放大器和电阻网络构成。1.1.运算放大器运算放大器放大器的主要作用是将权电阻电路上形成的模拟信号稳定、放

4、大放大器的主要作用是将权电阻电路上形成的模拟信号稳定、放大后输出。后输出。第二节第二节D/AD/A转换器转换器2.2.权电阻的权电阻的D/AD/A转换电路转换电路权电阻电路是权电阻电路是D/A转换的核心，它实际就是一种解码器。它的输入为数转换的核心，它实际就是一种解码器。它的输入为数字量字量D和模拟基准电压和模拟基准电压VREF，它的输出就是模拟量，它的输出就是模拟量VO。主要作用就是将。主要作用就是将各位二进制数按权展开相加。各位二进制数按权展开相加。图图8-3为简单的权电阻为简单的权电阻D/A转换电路示意图。转换电路示意图。 3.T3.T形电阻网络形电阻网络D/AD/A转换电路转换电路由图

5、由图8-3可看出，当数字量的位数增多时，每个电阻阻值依次增大到前一可看出，当数字量的位数增多时，每个电阻阻值依次增大到前一个电阻的个电阻的2倍，这在集成电路生产中实现的难度较大，因此现在使用较倍，这在集成电路生产中实现的难度较大，因此现在使用较多的是多的是T型权电阻网络，型权电阻网络，图图8-4所示为一个简化了的所示为一个简化了的R-2R型型T型电阻网络型电阻网络转换原理图。转换原理图。第二节第二节D/AD/A转换器转换器lD/AD/A转换器的主要参数转换器的主要参数l分辨率分辨率l线性误差线性误差l转换精度转换精度l建立时间建立时间l温度系数温度系数l电源抑制比电源抑制比l工作温度范围工作温

6、度范围l增益误差增益误差典型的典型的D/AD/A转换芯片转换芯片lDAC0832DAC0832是是CMOSCMOS工艺制造的工艺制造的8 8位电流输出型双缓冲位电流输出型双缓冲D/AD/A转换器，片内带有数据锁存器，可与通常的微处理器直接转换器，片内带有数据锁存器，可与通常的微处理器直接相连。相连。l1. DAC08321. DAC0832引脚和内部结构引脚和内部结构图图8-78-7为为DAC0832DAC0832的内部结构示意图；的内部结构示意图；图图8-88-8给出了给出了DAC0832DAC0832的引脚图。的引脚图。典型的典型的D/AD/A转换芯片转换芯片l2.DAC08322.DAC

7、0832的主要技术指标的主要技术指标l电流稳定时间：电流稳定时间：1s。l分辨率，分辨率，8位。位。l线性误差：线性误差：0.2%FSR(Full Scale Range) l数字输入与数字输入与TTL兼容。兼容。l增益温度系数：增益温度系数：0.002%FSR/。l低功耗：低功耗：20mW。l单电源：单电源：+5V+15V。l参考电压：参考电压：-10V+10V。典型的典型的D/AD/A转换芯片转换芯片3.DAC08323.DAC0832的工作方式的工作方式l根据对根据对DAC0832的输入锁存器和的输入锁存器和DAC寄存器的不同控制方法，寄存器的不同控制方法，DAC0832有有如下三种工作

8、方式：如下三种工作方式：（1) 直通方式直通方式l在直通方式下，数据不锁存，此时，被转换数据一旦到达输入端口在直通方式下，数据不锁存，此时，被转换数据一旦到达输入端口D7D0，即可进入转换器且输出。即可进入转换器且输出。 （2）单缓冲方式）单缓冲方式l单缓冲方式是将两个寄存器之一始终置于直通方式，另一个寄存器处于锁存单缓冲方式是将两个寄存器之一始终置于直通方式，另一个寄存器处于锁存方式。方式。（3) 双缓冲方式双缓冲方式l两个寄存器都处于锁存状态，在这种工作方式下，能够对一个数据进两个寄存器都处于锁存状态，在这种工作方式下，能够对一个数据进行行D/A转换的同时，输入另一个数据，提高了转换的同时

9、，输入另一个数据，提高了D/A转换速率；转换速率； DACDAC芯片与主机的连接芯片与主机的连接DAC芯片相当于一个芯片相当于一个“输出设备输出设备”，至少需要一级锁存器作为接口电路。，至少需要一级锁存器作为接口电路。 l1)主机位数等于或大于主机位数等于或大于DAC芯片位数，如芯片位数，如图图8-12所示。在执行程序时，所示。在执行程序时，可直接执行下列语句即可完成被转换数据输出。可直接执行下列语句即可完成被转换数据输出。MOVAL，BUFMOVAX，PORTDOUTDX，ALl2)主机位数小于主机位数小于DAC芯片位数，如芯片位数，如图图8-13所示。这种情况下，采用两所示。这种情况下，采

10、用两级锁存电路的系统连接，如级锁存电路的系统连接，如图图8-14所示。所示。MOVAX，PORT1MOVAL，BLOUTDX，ALMOVDX，PORT2MOVAL，BHOUTDX，AL DACDAC芯片的应用芯片的应用【例【例8-1】在实际应用中，有利用线】在实际应用中，有利用线性增长的电压去控制某一检测过程性增长的电压去控制某一检测过程或扫描电压控制一个电子束的稳定或扫描电压控制一个电子束的稳定等要求，这时即可利用等要求，这时即可利用D/A转换器转换器输出输出1个锯齿电压，如图个锯齿电压，如图8-16所示。所示。在这种应用中，硬件连接如图在这种应用中，硬件连接如图8-17所示。软件编程如下：

11、所示。软件编程如下： MOV DX，PORTD MOV AL，0FFHRepeat：INC AL OUT DX，AL JMP Repeat若改变锯齿波周期，可用若改变锯齿波周期，可用NOP或或延时指令控制，如下：延时指令控制，如下：MOV DX，PORTDMOV AL，0FFHRepeat：INC ALOUT DX，ALCALLDELAY1JMP RepeatDELAY1：MOV CX，DATA1DELAY2：LOOP DELAY1RETDACDAC芯片的应用芯片的应用【例【例8-28-2】图】图8-188-18是是CPUCPU通过通过Intel 8255AIntel 8255A与与DAC 0