1、模數(shù)與數(shù)模轉(zhuǎn)換第1頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四A/D與D/A接口能夠把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）。能夠把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）。D/A與A/D轉(zhuǎn)換是計算機(jī)用于工業(yè)控制等領(lǐng)域的一項重要技術(shù)，其在控制系統(tǒng)中的作用如下圖所示。它主要由以下幾個部件組成：7.1 模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片ADC0809第2頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四ADC0809 電路連接圖針對右圖實現(xiàn)編程控制第3頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四學(xué)習(xí)導(dǎo)引硬件結(jié)構(gòu)決定著程序設(shè)計，在程序設(shè)計時應(yīng)該考慮的問題ADC0809的功能

2、是什么？如何編程控制ADC0809？ADC0809實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換的基本原理是什么？ADC0809的引腳功能是什么？ADC0809的內(nèi)部結(jié)構(gòu)？ADC0809的控制步驟？在掌握ADC0809編程控制的基本知識后，接下來呢如何確定ADC0809的端口地址？如何對ADC0809進(jìn)行讀寫操作？第4頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四以 應(yīng)用 簡介 ADC0809 功能基本轉(zhuǎn)換原理？第5頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四8位計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換原理第6頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理（0809采用）第7頁，共58頁，202

3、2年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四ADC主要有以下性能指標(biāo)： (1)分辨率 分辨率表明了A/D轉(zhuǎn)換器能夠分辨最小的模擬信號的能力，即V/2n (n為轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寬度) .分辨率僅表明了A/D轉(zhuǎn)換器在理論上可以達(dá)到的精度。 (2)轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度是A/D轉(zhuǎn)換器實際輸出值和理想輸出值的誤差,可用絕對精度或相對精度來表示。 絕對精度：絕對精度等于實際轉(zhuǎn)換結(jié)果與理論轉(zhuǎn)換結(jié)果之差，通常以數(shù)字量的最小有效位（LSB）的分?jǐn)?shù)值來表示。 例如，1LSB，1/2LSB，1/4LSB等。 相對精度：相對精度是絕對精度與模擬電壓滿量程的百分比.第8頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四(3)轉(zhuǎn)換

4、時間 轉(zhuǎn)換時間是指模擬信號輸入啟動轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束，輸出達(dá)到最終值并穩(wěn)定所經(jīng)歷的時間.A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809 主要技術(shù)指標(biāo)如下： * 分辨率：8位； * 轉(zhuǎn)換方法：逐次逼近法； * 轉(zhuǎn)換時間：100s； * 輸入模擬電壓范圍：8路模擬電壓均為05V； * 電源電壓：5V。第9頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四 圖 ADC0809引腳圖ADC0809的引腳第10頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四和CPU三總線相連的引腳 D7D0：8位數(shù)字量輸出引腳。 ADDA、ADDB、ADDC：通道地址選擇信號，其中，ADDA為低位，ADDC為高位。ADDC、A

5、DDB、ADDA 的111000對應(yīng)IN7IN0。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動信號。當(dāng)START引腳出現(xiàn)一個寬度不小于100us的高電平時，使逐次逼近寄存器清0，并啟動0809開始轉(zhuǎn)換。 ALE：地址鎖存允許信號，當(dāng)引腳出現(xiàn)一個寬度不小于100us的高電平時， 鎖存ADDA、ADDB、ADDC通道地址選擇信號。 OE：允許輸出信號，當(dāng)OE1時，打開0809內(nèi)部的輸出 鎖存器，把ADC的轉(zhuǎn)換結(jié)果送往數(shù)據(jù)總線D0D7。 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束指示。該引腳在轉(zhuǎn)換開始及轉(zhuǎn)換中間均為低電平。轉(zhuǎn)換結(jié)束后，EOC呈現(xiàn)高電平，該引腳可用于向CPU提出中斷請求。第11頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，

6、星期四其他引腳 IN0IN7：8路模擬輸入，具體由ADDA、ADDB、ADDC 三位地址編碼選擇其中的一路。 VREF(+)、VREF（）：二個參考電壓輸入引腳，通常參考電壓從VREF(+)端引入，而VREF（）與模擬地AGND相連。 當(dāng)VREF(+)接5V時，輸入電壓范圍為0V5V。 CLK：時鐘輸入信號，要求頻率為10kHz1.2MHz。 典型值為640kHz）。 GND：ADC的數(shù)字接地端。 第12頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)第13頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四 圖 ADC0809的時序圖ADC0809的一次轉(zhuǎn)換

7、分為以下4個階段：1，在ALE信號的作用下，地址引腳ADDCADDA上的信號被鎖存。隨后，由地址引腳選擇的模擬信號被多路開關(guān)接通，進(jìn)入ADC0809；2， 在啟動脈沖START的作用下，A/D轉(zhuǎn)換開始。第14頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四3，轉(zhuǎn)換完成后，ADC0809轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC由低電平變?yōu)楦唠娖?，該信號可以作為狀態(tài)信號由CPU查詢，也可以作為中斷請求信號通知CPU一次A/D轉(zhuǎn)換已經(jīng)完成。 4，CPU在查詢式I/O程序或中斷服務(wù)程序中執(zhí)行讀ADC0809 數(shù)據(jù)端口的指令，該指令經(jīng)地址譯碼電路產(chǎn)生高電平， OE有效信號，打開輸出三態(tài)緩沖器，轉(zhuǎn)換結(jié)果通過系統(tǒng) 數(shù)據(jù)總

8、線進(jìn)入CPU。圖 ADC0809的時序圖第15頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四構(gòu)思：ADC0809電路連接ADC0809采取三總線方式與CPU相連ADC0809的數(shù)據(jù)線連接？ADC0809三根地址線的連接？ADC0809的控制線和狀態(tài)線呢？必須使START引腳輸入高電平才可以啟動轉(zhuǎn)換；必須使ALE引腳輸入高電平才可以鎖存地址信號，選中被轉(zhuǎn)換的INn引腳。（注：這兩個引腳可以被CPU同時控制）若想將轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)傳送到數(shù)據(jù)總線，從而進(jìn)入到CPU，必須使OE引腳輸入1（當(dāng)然由CPU控制輸入），該信號如何控制？EOC引腳如何使用？程序控制方式與EOC引腳有什么關(guān)聯(lián)？ADC0809有

9、片選信號么？如何確定0809的端口地址？ADC0809的其他引腳：CLK, REF+, REF-第16頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四電路連接雛形第17頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四設(shè)計：ADC0809 硬件電路連接第18頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四IN0_ADREQU300H;11XXXXX000BDSEGSEGMENTRLTDB? DSEGENDSCSEGSEGMENTASSUMEDS:DSEG, CS:CSEGSTART:MOVAX, DSEGMOVDS, AXMOVDX, IN0_ADRMOVAL, X ;寫

10、入什么數(shù)值無所謂OUTDX, AL ;關(guān)鍵是發(fā)出寫操作，該操作會使START與ALE信號有效，鎖定對IN0引腳輸入并轉(zhuǎn)換CALLDELAYMOVDX, IN0_ADRINAL, DX ;MOVRLT, ALMOVAX, 4C00HINT21HCSEGENDS上例的控制程序|實現(xiàn)第19頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四如何編程控制，啟動兩路轉(zhuǎn)換第20頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四與CPU的又一連接方案 ADC0809的接口設(shè)計需考慮的問題如下： ADDA、ADDB、ADDC三端可直接連接到CPU地址總線 A0、A1、A2端，但此種方法占用的I/O口

11、地址多。每一個模擬輸入端對應(yīng)一個口地址，8個模擬輸入端占用8個口 地址，對于微機(jī)系統(tǒng)外設(shè)資源的占用太多，因而一般 ADDA、ADDB、ADDC分別接在數(shù)據(jù)總線的D0、D1、D2 端，通過數(shù)據(jù)線輸出一個控制字作為模擬通道選擇的控制信號。 ALE信號為啟動ADC0809選擇開關(guān)的控制信號，該控制信號可以和啟動轉(zhuǎn)換信號START同時有效。第21頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四針對上一 連接方案 的 硬件連線圖第22頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四如果引入了中斷，程序如何？第23頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四（4）采樣保持電路

12、采樣/保持電路包括采樣和保持兩種狀態(tài)。采樣狀態(tài)下電路輸出跟隨輸入的模擬電壓，保持狀態(tài)下電路輸出保持采樣結(jié)束瞬間的模擬信號狀態(tài)。 基本的采樣/保持電路如圖所示（下圖），由狀態(tài)控制開關(guān)、運(yùn)算放大器A1、A2和保持電容C組成。第24頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四實驗要求將ADC單元中提供的0V5V信號源作為ADC0809的模擬輸入量，并將通過轉(zhuǎn)換所得到的8位數(shù)字量顯示在計算機(jī)屏幕上，顯示形式為：“AD0809：IN0 XX”第25頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四實驗連線第26頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四AD0809EQU

13、0A800H;AD0809的端口地址為0A800DATA SEGMENTDTABLE DB “ADC0809: IN0 $” ;在屏幕中顯示AD0809: IN0 xxDATA ENDSCODE SEGMENTASSUME CS:CODE,DS:DATAMOV AX, DATAMOV DS, AX 第27頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四START:MOV DX, AD0809OUT DX, AL ;啟動AD0809轉(zhuǎn)換過程CALL DELAY MOV DX, AD0809IN AL，DX;從AD0809讀入轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) CALL SHOW CALL DELAY MOV D

14、L, 0DH MOV AH, 02HINT 21H ;輸出回車字符，讓光標(biāo)回到行首 MOV AH, 06H MOV DL, 0FFH INT 21H JNE STOP ;判斷是否有鍵盤輸入，如果有則退出 JMP STARTSTOP:MOV AX, 4C00H INT 21H第28頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四DELAY PROCPUSH CXPUSH AXMOV CX, 4000HOUTER: MOV AX, 0600HINNER:DEC AXJNZ INNERLOOP OUTERPOP AXPOP CXRETDELAYENDPSHOW PROC。;將字符串DTABL

15、E的內(nèi)容，以及轉(zhuǎn)換過的數(shù)據(jù)（數(shù)據(jù)在AL中存放）顯示出來RET SHOW ENDP第29頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四若要理解D/A轉(zhuǎn)換，必須理解運(yùn)算放大器的應(yīng)用 7.2 數(shù)模轉(zhuǎn)換芯片DAC0832第30頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四 ri 大: 幾十k 幾百 k1.運(yùn)放的特點(diǎn)：KCMRR 很大 ro ?。簬资?幾百 A o 很大: 104 1072.運(yùn)放符號：uu+ uo u u+ uoAo國際符號國內(nèi)符號集成運(yùn)算放大器理想運(yùn)算放大器特點(diǎn):(1)輸入阻抗ri非常大(2)輸出阻抗ro很小(3)開環(huán)放大倍數(shù)A0非常高第31頁，共58頁，2022年

16、，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四3.理想的集成運(yùn)放重要特點(diǎn)：（1）虛短 在線性工作區(qū)，由于uo為有限值，對于理想運(yùn)放AOd，因而凈輸入電壓uu0。 即uu0 此等式說明，運(yùn)放的兩個輸入端雖然沒有短路，卻具有與短路相同的特征，這種情況稱為兩個輸入端“虛短路”，簡稱“虛短”。（2）虛斷 因為理想運(yùn)放的輸入電阻為無窮大，所以流入理想運(yùn)放兩個輸入端的輸入電流ii 0 。 此等式說明理想集成運(yùn)放的兩個輸入端雖然沒有斷路，卻具有與斷路相同的特征，這種情況稱為兩個輸入端“虛斷路”，簡稱“虛斷”。第32頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四運(yùn)算放大器三種基本的電路形式：(1) 反相比例運(yùn)算放

17、大器_+RFR1RPuiuoi1iFib-ib+虛地點(diǎn)i1=iF+ ib-=iF , ib- =0 ib+ =0u+ =0 u=u+=0平衡電阻(使輸入端對地的靜態(tài)電阻相等):RP=R1/RFF電壓放大倍數(shù):iF第33頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四_+RFR1RPuiuoi1i2ib-ib+例題1. R1=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP應(yīng)為多大？Au=-（RF/R1）=-20/10=-2uo= Au ui=(-2)(-1)=2VRP=R1/RF=10/20=6.7 k 第34頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四(2)

18、 同相比例運(yùn)算放大器u-= u+= uiib+ =0ib- =0_+RFRfRPuiuoiFifAu=1+RFRfiF=ifRP=Rf/RFFfFf)第35頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四_+RFRfRPuiuoiFif例題2. Rf=10k , RF=20k , ui =-1V。求:uo ，RP應(yīng)為多大？uo= Au ui=(3)(-1)=-3VRP=Rf/RF =10/20=6.7 k Au=1+ =1+20/10=3RFRf第36頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四(3) 差動放大器_+R2R1R1ui2uoR2ui1ib+ =0ib- =0u

19、i2R2 R1 + R2 u+ =u- = u+ u- =uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 uo R1 + ui1 R2 R1 + R2 ui2R2 R1 + R2 =第37頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四_+RFRfRPuiuoAu=1+RFRf當(dāng)RF=0時,Au=1uo=ui(4) 電壓跟隨器此電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋，輸入電阻大，輸出電阻小，在電路中作用與分離元件的射極輸出器相同，但是電壓跟隨性能好。第38頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四(5) 反相求和運(yùn)算：_+RFR1R2ui2uoRPui1i1i2iF虛地uo =-(ui1 R

20、1 RF +ui2 R2 RF )若R1 =R2 =R, uo = -(ui1 R RF +ui2 )取RP= R1/ R2/RFuo_+RFR1RPuiib+ =0ib- =0,i1 + i2= iFui1 R1 =ui2 R2 +-uo RF 第39頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四(6) 同相求和運(yùn)算：Au= RFRf1+uo = Au u+ =( )( + ) RFRf1+R2 R1 + R2 ui1R1 R1 + R2 ui2取R1/R2=RF/Rf當(dāng)R1 = R2 時, uo = ( )(ui1 + ui2)RFRf1+12RfRF+u i1uoR1R2ui2

21、-u+ _+RFRfRPuiuo第40頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四3.理想的集成運(yùn)放重要特點(diǎn)：（1）虛短 在線性工作區(qū)，由于uo為有限值，對于理想運(yùn)放AOd，因而凈輸入電壓uu0。 即uu0 此等式說明，運(yùn)放的兩個輸入端雖然沒有短路，卻具有與短路相同的特征，這種情況稱為兩個輸入端“虛短路”，簡稱“虛短”。（2）虛斷 因為理想運(yùn)放的輸入電阻為無窮大，所以流入理想運(yùn)放兩個輸入端的輸入電流ii 0 。 此等式說明理想集成運(yùn)放的兩個輸入端雖然沒有斷路，卻具有與斷路相同的特征，這種情況稱為兩個輸入端“虛斷路”，簡稱“虛斷”。第41頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47

22、分，星期四D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理 D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量。實現(xiàn)數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換的方法比較多，這里介紹其中的兩種。1權(quán)電阻DAC 下圖是權(quán)電阻D/A轉(zhuǎn)換的典型電路。電路由權(quán)電阻、位切換開關(guān)、反饋電阻和運(yùn)算放大器組成。 權(quán)電阻DAC雖然簡單、直觀，但當(dāng)輸入的二進(jìn)制位數(shù)比較多時，各個權(quán)電阻的阻值相差太大，也難以保證制造精度。第42頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四第43頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四2T型電阻網(wǎng)絡(luò)DAC 實際應(yīng)用的D/A轉(zhuǎn)換器，普遍采用T型電阻網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)構(gòu)如下圖所示。 T型電阻網(wǎng)絡(luò)整個系統(tǒng)的電阻僅由R和

23、2R兩種電阻組成，實現(xiàn)簡單，應(yīng)用廣泛。第44頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四二、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器1.原理：電阻網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：模擬開關(guān)Si不論接何位置，都相當(dāng)于接地。任意節(jié)點(diǎn)向左看的等效電阻皆為R。公式推導(dǎo)第45頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四倒T型第46頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四3D/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)（1）分辨率 這個參數(shù)反映了D/A轉(zhuǎn)換器對模擬量的分辨能力，是最小輸出電壓（對應(yīng)的輸入數(shù)字量只有D0位為1）與最大輸出電壓（對應(yīng)的輸入數(shù)字量所有位全為1）之比。（2）轉(zhuǎn)換精度 轉(zhuǎn)換精度表明了模擬輸出實際值與理想值

24、之間的偏差。精度可分為絕對精度和相對精度。它通常用零點(diǎn)幾LSB（最低有效位）表示，或用滿刻度的百分之幾表示。 D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與D/A轉(zhuǎn)換器本身的芯片結(jié)構(gòu)和外接電路的配置有關(guān)，外接運(yùn)算放大器、參考電源等都可影響D/A轉(zhuǎn)換器的精度。（3）建立時間 建立時間是指從數(shù)字輸入端發(fā)生變化開始，到輸出模擬值穩(wěn)定在額定值的1/2LSB時所需的時間。它是表明D/A轉(zhuǎn)換速度的一個重要參數(shù)。第47頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四4D/A轉(zhuǎn)換器08320832特點(diǎn)： （1）分辨率為8位；（2）轉(zhuǎn)換精度0.2%FSR（3）電流穩(wěn)定時間1s；（4）可單、雙緩沖數(shù)據(jù)輸入或直接數(shù)據(jù)輸入；（5）

25、單一電源供電（515V）；（6）低功耗（20mW）。第48頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四第49頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四4D/A轉(zhuǎn)換器0832與CPU相連引腳DI7DI0:8位數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)線，DI7為最高位。CS ：片選信號，低電平有效。ILE：數(shù)據(jù)寄存器允許，高電平有效。WR1：輸入寄存器寫選通信號,低電平有效.WR2：DAC寄存器寫選通信號，低電平有效. WR2與XFER同時有效 時將輸入寄存器的數(shù)據(jù)裝入DAC寄存。 XFER ：數(shù)據(jù)傳送信號，低電平有效。第50頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四其他引腳Iout

26、1：輸出電流1，與數(shù)字量的大小成正比。Iout2：輸出電流2， （Iout1 + Iout2=常數(shù)）。Rfb：反饋電阻輸入引腳，反饋電阻在芯片內(nèi)部，可與運(yùn)算放大器的輸出直接相連。VREF：基準(zhǔn)電源輸入引腳。Vcc：電源輸入引腳，電壓范圍為5V15V。AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。第51頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)第52頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四DAC0832由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器和8位D/A變換器構(gòu)成。由于有兩個寄存器，可以進(jìn)行兩次緩沖操作。轉(zhuǎn)換輸出的結(jié)果為與輸入數(shù)字量大小成正比的模擬電流信號。

27、 第53頁，共58頁，2022年，5月20日，6點(diǎn)47分，星期四4DAC0832的工作方式 DAC0832在不同信號組合的控制之下可實現(xiàn)直通、單緩沖和雙緩沖三種工作方式。（1）直通方式：當(dāng)ILE1,CS0，WR10，WR20， XFER0時，有LE11和LE21，輸入寄存器和DAC寄存器的輸出均隨輸入的變化而變化，對CPU送來的數(shù)據(jù)不進(jìn)行緩沖，而是直接送到DAC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。（2）單緩沖方式：當(dāng)WR2 0， XFER0，ILE1時，DAC寄存器為直通。CS、 WR1有效之后，輸入寄存器也處于直通狀態(tài)，但當(dāng)WR1由低電平變?yōu)楦唠娖綍r，會有LE1 0，此時輸入數(shù)據(jù)被鎖存到輸入寄存器中，輸入寄存器的輸出不再隨外部數(shù)據(jù)的變化而變化。這