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接口技术

接口技术. 第十章 A/D 与 D/A 接口. 10.1 概述 10.2 D/A 转换器接口方法 10.3A/D 转换器接口基本原理与方法 10.4 查询方式的 A/D 转换器接口电路设计 10.5 中断方式的 A/D 转换器接口设计. 10.1 概述. 多 路 开 关 MUX. 采样保持器. A/D 转换器. 放大滤波. 传感器. I/O 接口. 控制对象. 传感器. 放大滤波. 计算机. 多 路 开 关 MUX. 执行部件. D/A 转换器. I/O 接口.

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  1. 接口技术

  2. 第十章 A/D与D/A接口 • 10.1 概述 • 10.2 D/A转换器接口方法 • 10.3A/D转换器接口基本原理与方法 • 10.4 查询方式的 A/D转换器接口电路设计 • 10.5 中断方式的A/D转换器接口设计

  3. 10.1 概述 多 路 开 关MUX 采样保持器 A/D 转换器 放大滤波 传感器 I/O接口 控制对象 传感器 放大滤波 计算机 多 路 开 关MUX 执行部件 D/A 转换器 I/O接口

  4. 传感器：把非电量模拟信号转换成电信号（电流、电压）传感器：把非电量模拟信号转换成电信号（电流、电压） • 放大滤波：把传感器产生的微信号放大成具有一定幅值的信号 可编程放大器(PGA)因为多数采集系统支持多路模拟通道，各通道之间电压范围可能有较大差异，因此最好是各个模拟通道采用不同的放大倍数，即要求放大器的放大倍数是可以实时控制改变的。采用这种可编程的放大器可以大大拓宽一个数据采集系统的适应面。

  5. 多路切换开关 在一个特定的时间间隔内只允许一个模拟通道通过，完成这 一功能的器件称为多路模拟开关MUX(Mutiplexer).通过MUX 可以实现一到多转换，多到一转换

  6. 采样保持器：在采样和转换之间加电压保持器 A/D转换器完成一次转换需要一定的时间在这段时间之内 希望A/D转换器的输入端电压保持不变，否则将使A/D转换 器的输出产生误差，为了使A/D转换器的输入端电压保持不 变，可以采用采样/保持单元来实现。加入采样/保持电路 后，可以大大提高数据采集系统的有效采集频率。

  7. A/D转换器 A/D转换器是一个数据采集系统的前向通道(模拟至数字转 换通道)的核心，由A/D转换器决定前向通道的主要参数。 • D/A转换器 D/A转换器是后向通道(数字至模拟转换通道)的核心，决定 了后向通道的速度与精度。

  8. 数据缓冲与接口电路 A/D转换之后的结果通过数据锁存或缓冲以后，由接口电路控制将数据传入内存,或者在内存中已产生的数字序列，通过接口电路送入数据锁存或缓冲单元，再传送给D/A转换器进行模拟输出。

  9. 其操作时序分别为： (1)开始MUX开关切换 (2)开始PGA放大倍数切换 (3)开始采样/保持 (4)开始A/D转换 (5)A/D转换完成

  10. 10.2 D/A转换器接口方法 一、D/A转换器及其连接特性 1、实现D/A转换的基本思想 将二进制数N＝(11001)B转换为模拟量 N ＝1×24＋1×23＋0×22＋0×21＋1×20 数字量是用代码按数位组合而成的， 对于有权码，每位代码都有 一定的权值，如能将每一位代码按其权的大小转换成相应的模拟 量， 然后，将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比的模拟 量， 从而实现数字量--模拟量的转换。

  11. 2、主要参数 （1）分辨率 分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被 分离的等级数。n位DAC最多有2n个模拟输出电压。 位数越多D/A转换器的分辨率越高。

  12. （2）转换时间 指数字量从输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止所需要的时间 电流型的D/A速度较快，电压型的D/A 速度较慢

  13. （3）转换精度 • 转换精度是指对给定的数字量，D/A转换器实际值与理论值之间的最大偏差。 • 产生原因：由于D/A转换器中各元件参数值存在误差，如基准电压不够稳定或运算放大器的零漂等各种因素的影响。

  14. (4)线性度 指数字量变化时，D/A输出的模拟量按比例关系变 化的程度

  15. 3、连接特性 （1）输入缓冲能力（是否外加数据锁存器） （2）输入数据宽度（与系统数据总线宽度比较——数据几次输入） （3）输入码制（二进制、BCD码或补码） （4）输出模拟量的类型（电压型、电流型） （5）输出模拟量的极性（单极性、双极性）

  16. 二、D/A转换器与微处理器的接口设计 1、片内无三态输入缓冲器的8位D／A转换器 接口设计 要求 利用DAC0808构成直流数字电压表。端口地址 分配为：数据锁存的端口(/Y1)—318H，比较 器比较结果端口(/Y0)—319H

  17. 硬件连接

  18. 试探次数 试探增量 试探值 Vn Vi 试探结果 状态(D0) ① 80H 80H 偏大 0 0 ② 40H 40H 偏小 1 ③ 20H 60H 偏小 1 ④ 10H 70H 偏小 1 ⑤ 08H 78H 偏小 1 ⑥ 04H 7CH 偏大 0 78H ⑦ 02H 7AH 偏小 1 ⑧ 01H 7BH 相等 1 例:Vi=5V*7BH/256——结果应=7BH 采用逐次逼近的方法寻找数字量结果,二分搜索法 每次中确定区间的中间值去试探

  19. MOV AX,020H MOV DX,319H MOV ES ,AX IN AL,DX MOV BX,00H AND AL,01H MOV CX,080H JNZ OK NEXT:MOV AH,CH MOV CH,AH MOV AL,AH OK: SHR CL,1 ADD AL,CL JNC NEXT MOV CH,AL MOV AL,CH MOV DX,318H MOV ES:[BX],AL OUT DX,AL

  20. 2、片内有三态缓冲的DAC接口 0832的功能 • 具有二级锁存的8位D/A转换器 • 采用R-2R梯形网络，CMOS工艺 • 电流型输出 • 可直接连至微处理器总线，并能满足时序要求

  21. 0832内部结构 VREF MSB OO OO OO OO OO OO OO OO D D D D D D D D D D D D D D D D DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0 IOUT2 8位 D/A 转换器 8位 输入 寄存器 IOUT1 8位 DAC 寄存器 RFB LSB LE1 LE2 AGND ILE VCC CS WR1 DGND WR2 XFER

  22. 0832的工作方式 • 直通方式 LE1、LE2输入为低，处于常通状态 • 单缓冲方式 把两个寄存器任何一个接成直通方式，或两个寄存器同 时打通 • 双缓冲方式 两个寄存器分别通过不同地址选中，第一条输入指令把 数据写入输入寄存器，第二条输入指令把输入寄存器的 内容写入DAC寄存器，实现D/A转换

  23. 举例1:通过8255接口和0832连接,并使0832工作 在直通方式,产生三角波

  24. MOV DX,303H JNZ L1 MOV AL,1000000B MOV AL,0FFH OUT DX,AL L2: OUT DX,AL MOV DX,301H DEC AL MOV AL,00010000B JNZ L2 OUT DX,AL JMP L1 MOV DX,300H MOV AL,0 L1: OUT DX,AL INC AL

  25. 按上图输出正向和反向的三角波，上限为2.5V，下限为0.5V按上图输出正向和反向的三角波，上限为2.5V，下限为0.5V MOV DX,300H BEGIN： MOV AL，1AH UP： OUT DX，AL INC AL CMP AL，81H JNZ UP DEC AL DOWN：OUT DX，AL DEC AL CMP AL，19H JNZ DOWN JMP BEGIN MOV DX,303H MOV AL,1000000B OUT DX,AL MOV DX,301H MOV AL,00010000B OUT DX,AL

  26. 举例2：用总线方式和0832连接，并使0832工 作在单缓冲方式。

  27. DAC0832 地址译码 320H 地址总线 +5V CS VCC XFER RFB WR1 WR2 IOUT1IOUT2 V0 IOW - + AGND DI0~7 ＋5V ILE VREF DGND

  28. MOV DX,320H MOV AL,DATA OUT DX,AL

  29. 举例3：用总线方式和0832连接，并使0832工 作在双缓冲方式。

  30. DAC0832 地址译码 320H 地址总线 +5V CS VCC 321H XFER RFB WR1 WR2 IOUT1IOUT2 V0 IOW - + AGND DI0~7 ＋5V ILE VREF DGND

  31. MOV DX,320H MOV AL,DATA OUT DX,AL INC DX OUT DX,AL

  32. +5V R =2R R =2R 2 3 V REF R R FB FB R R P1 P1 DAC0832 DAC0832 - R =R V I - I OUT1 1 OUT1 OU T ­ V + I + V OUT OUT2 OUT2 OUT1 + R 0 (b) (a) I DAC0832的电压输出电路 (a) 单极性输出；(b) 双极性输出

  33. D = - * V V OUT REF 256 单极性输出电路，输出电压为： 若VREF=+5 V，当D=0255(00HFFH)时，VOUT= −(04.98) V。

  34. - D 128 = * V V OUT REF 128 双极性输出电路，输出电压的表达式为： 若VREF=+5 V 当D=0时，VOUT1=0，VOUT=−5 V； 当D=128(80H)时，VOUT1=−2.5 V，VOUT=0； 当D=255(FFH)时，VOUT1=−5.98 V，VOUT = 4.96 V。

  35. 3、片内无三态输入缓冲器的12位D/A转换器 接口设计 要求:对片内无输入缓冲的12位D/A转换器设 计接口,要求转换的数据按”右对齐”格式传送

  36. BUF3 BUF1 Q0~7 D0~7 D0~7 D0~7 Q0~7 D0~7 C C Q0~7 D8~11 D0~7 C Y0 IOW 地址译码 20H 12位D/A AEN Y1 21H A0~9

  37. MOV AL,DATA1 OUT 20H,AL MOV AL,DATA2 OUT 21H,AL

  38. 4、片内带有三态输入缓冲器的12位D/A转换器接口4、片内带有三态输入缓冲器的12位D/A转换器接口 使用DAC1210，并按“左对齐格式”传送数据

  39. 10 V REF (15 ~20) 14 I (4 ~5) OUT2 13 I OUT1 12位 12位 R LE DAC D/A FB 1 11 寄存器 转换器 R (6 ~9) FB 3 AGND 23 LE LE 24 1 2 B / B V & 1 2 CC 12 DGND 1 CS & 2 WR 1 22 WR2 & 21 XFER 8位输入 锁存器 4位输入 锁存器 DAC 1210内部结构

  40. 高8位，低4位写入条件:B1/B2=1且CS=WR1=0 低4位写入条件:CS=WR1=0 打开第2级缓冲:XFER=WR2=0 必须先写高8位 后写低4位(写入时令B1/B2=0)

  41. XFER——D/A转换的控制信号，与WR2配合使用。 WR2——DAC寄存器的写信号，低电平有效。当XFER和WR2同时有效时，输入寄存器的数据装入DAC寄存器，并启动一次D/A转换。 IOUT1——D/A转换器输出电流1。 IOUT2——D/A转换器输出电流2。

  42. IOW WR1WR2 IOW WR1WR2 Y0 地址译码器 Y0 地址译码器 1 或 CS B1/B2 Y1 Y1 ＆ Y2 Y2 XFER XFER A0~A9 A0~A9 CS B1/B2 1 A0 接口电路

  43. MOV DX,340H MOV AL,DATAH OUT DX,AL INC DX MOV AL,DATAL OUT DX,AL MOV DX,342H OUT DX,AL 假设Y0的地址是340H， Y1的地址是341H， Y2的地址是342H

  44. 10.3A/D转换器接口基本原理与方法 一、A/D转换器及其连接特性 A/D转换器(ADC):将模拟量转换成数字量的线性电路器件

  45. 1、A/D转换器的分类 超高速(330ns) 次超高速(330ns～3.3µs) 高速(3.3µs～20µs) 中速(20µs～300µs) 慢速(>300µs) • 按速度分 • 按分辨率分:4位、8位、10位、12位… 直接转换型:逐次逼近(较高分辨率及速度)、并联比较 间接转换型:积分型(抗干扰、高分辨率、但速度慢) 、电压/频率、电压/脉宽 • 按原理分

  46. 2、主要参数 • 分辨率 说明A/D转换器对输入信号的分辨能力。通常以输出二进制(或十进制)数的位数表示。 • 转换时间 指A/D转换器从转换控制信号到来开始，到输出端得到稳定的数字信号所经过的时间 • 精度、线性度同DAC

  47. 芯片型号 启动信号 转换结束状态 ADC0809 START EOC AD570 B/C=0 DR ADC0804 CS.WR INTR ADC7570 START BUSY=1 ADC1131J CONVCMD STATUS下降沿 ADC1210 SC CC AD574 CE.(R/C=0).CS STS=0 3、A/D的外部特性 • 模拟信号输入线(单通道输入与多通道输入之分) • 数字量输出线（分辨率） • 转换启动线 • 转换结束线

  48. 二、A/D转换器和微处理器的接口方法 1 、A/D转换器和CPU的连接 • A/D的分辨率（是否高于系统数据总线的宽度） • A/D转换器的输出信号（是否有三态缓冲功能） • A/D转换器的启动信号（脉冲启动(读写脉冲)/电平启动(经锁存）） • 数据传送方式（查询、中断、DMA、板上RAM方式）

  49. 2 、A／D转换器接口的主要操作 • 进行通道选择（多通道ADC） • 发转换启动信号 • 取回“转换结束”状态信号 • 读取转换的数据 • 发采样／保持(S／H)控制信号（高速变化信号） 必须完成

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