微机接口与编程第六章模拟量输入输出1(DA)

- i * R = Vout
所以有： i * R = Vout * R1/(R1+R2)
P323 图6.6
电流型D/A连接电压输出方式
№ 20
双极性输出和偏移码
P323 图6.7
VOUT = -R4 * (V1/R2 + VRef/R3 ) （设 R4=R3=2R2) 数字量0 对应 VI =0, = - (2V1 + Vref)
VO
№ 10
若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压 Vi的关系为：
Rf R1
1 V0 = -Rf Vin i=1 Ri
n
Vin
… Rn
∑
VO
№ 11
权电阻网络
2R
Vo= - Rf * (I1+I2+….)
Rf
4R
S1
S2
8R
16R 32R
I5=Vref/(64R)
Vref
S3 S4 S5 S6 S7 S8
№ 30
②单缓冲方式 若不需要多个模拟量同时输出时，可采用单缓冲方式。此时，两个寄存 器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换电路。该 方式只需执行一次写操作，即可完成D/A转换
在这种方式下，若DAC0832端口地址为n，则完成数字量到模拟 量的转换需要如下指令。 MOV DX，n OUT DX，AL
3 i 0
D= Di×2i=D323+ D222+D121+D020 VD=―VREF VC=―VREF/2 VB=―VREF/4 VA=―VREF/8 I0=―VD/2R= VREF/2R I1=―VC/2R= VREF/4R I2=―VB/2R= VREF/8R I3=―VA/2R= VREF/16R
⑷接口要求:以双缓冲方式为例 分别送出有关信号(两个译码加IOW), CPU用2个I/O地址、执行2条OUT指令
№ 27
DAC0832的工作方式
直通方式。
– 当CS、WR1、WR2、XFER都接数字地，ILE接高电平时，芯
片即处于直通状态
单缓冲方式。
– 此方式是使两个寄存器中任一个处于直通状态，另一个工作
8
若Si=1,该项对VO有贡献；
若Si=0,该项对VO无贡献
№ 13
如果用8位二进制代码来控制图中的S1～S8 (Di=1时Si闭合； Di=0时Si断开)，则不同的二进制代码就对应不同输出电 压VO；
当代码在0～FFH之间变化时，VO相应地在 0～(255/256)Vref之间变化；
为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器 采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和 2R)。
数字量80H 对应 VI =-1/2VRef ,
数字量0FFH 对应 VI =- VRef ,
VOUT=-VRef VOUT=0 VOUT=VRef
这种称为偏移的二进制编码，在双极性的A/D、D/A应用 № 21
D/A
P322 图6.4
D/A转换器原理框图
№ 22
数据保持到上升沿后
P240 图5.6
№ 31
D7~D0
DAC0832 DI0~7 Verf
WR1 +5V 译 码 器 ILE Rfb
+5V
R
系 统 总 线 A9~A0 AEN
IOW
I01 I02
+
200H CS WR2
XFER DGND
A
Vout
AGND
DAC0832单缓冲方式连接
№ 32
③直通方式 在直通方式时，两个寄存器处于直通状态，需要将 CS WR1 WR2 XFER 端都接数字地，ILE接高电平。数据直接送入D/A转换电路进行D/A转换。 该方式可用于一些不采用微型计算机的控制系统中。
№ 29
在这种方式下，需要执行两条输出指令才能启动D/A转换器，若 DAC0832输入寄存器端口地址为n，DAC寄存器的端口地址为n+1， 则完成数字量到模拟量的转换需要如下指令。 MOV DX，n OUT DX，AL；打开输入寄存器，数据装入并锁存 INC DX OUT DX，AL；打开DAC寄存器，数据通过，送D/A转换器 第一条输出指令打开DAC0832的输入寄存器，把AL中的数据 送入输入寄存器并锁存起来。第二条输出指令打开DAC0832的 DAC寄存器，使输入寄存器的数据通过DAC寄存器送D/A转换器 中进行转换，此时，AL中数值与转换结果无关，该指令执行时 实际上无CPU的数据输出给DAC寄存器，而是利用执行指令时 出现的I/O写信号打开DAC寄存器。
№ 18
所以有： I= Di Ii =D VREF/（24R） VO= Rf I= D Rf VREF/（24R） 于是对于 n 位二进制数 D，则有： I= Di Ii =D VREF/（2nR） VO= Rf I= D Rf VREF/（2nR）
i 0 n 1 i 0 3
【例】有一8位D/A转换器，其基准电压VREF为-10V，若当输入量全0时、全 1时模拟输出电压是多少？若输入量为10101010时，模拟输出电压是多少？
以双缓冲方式为例分别送出有关信号两个译码加iowcpu用2个io地址执行2条out指令28dac0832dac0832的工作方式的工作方式当cswr1wr2xfer都接数字地ile接高电平时芯片即处于直通状态此方式是使两个寄存器中任一个处于直通状态另一个工作于受控锁存器状态或两个寄存器同步受控双缓冲方式的一大用途是数据接收和启动转换可以异步进行即在对某数据转换的同时能进行下一数据的接收以提高转换速率29双缓冲方式数据经过双重缓冲后再送入da转换电路执行两次写操作才能完成一次da转换
№ 25
1： 写入 0： 锁存
1： 写入 0： 锁存
DAC0832 逻辑结构框图
№ 26
DAC0832
⑴ 8位双缓冲电流输出型D/A转换器件 ⑵控制信号： ILECS WR1 =1，DI 输入寄存器 =0，输入寄存器锁存 WR2 XFER =1, 输入寄存器 转换 =0，转换寄存器锁存 ⑶工作方式:双缓冲、单缓冲、直通
模拟量的输入输出通道
在工业生产中，往往要对许多自然信号进行 研究，例如温度、压力、流量等，称为模 拟量。 这些模拟量是一些时间连续、取值连续的物 理量，不能直接被计算机处理； 必须先转化成离散的数字信号，再输入计算 机识别和处理； 又必须把计算机发出的控制命令等转化为模 拟信号，去驱动模拟调节执行机构。 这两个过程，都需要数/模和模/数转换接口来 完成。
i 0
式表明模拟输出与数字量输入成正比，一般D/A转换器 都是依据该原理设计。D/A转换的形式较多，在集成电路 中，一般采用电阻解码网络，其结构如图8-3所示。
№8
D/A转换器结构
№9
运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入 电压Vin的关系为：
Rf
Rf VO = - Vin R
R Vin
∑
№ 37
DAC0832D/A转换器应用
利用D/A转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、锯齿波等， 以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。这些复合波形利用标准 的调试设备是很难产生的。硬件设计可利用图8-9提供的接口，程序 如下： ①锯齿波 MOV DX,21BH ；8255A控制端口地址 MOV AL,82H OUT DX,AL ；设置8255A端口工作方式为0，输出 MOV DX,218H ；8255A端口A地址 MOV AL,00H ；输出数据初值 LOP:OUT DX,AL ；产生锯齿波 INC AL JMP LOP 程序中，输入的数据从0开始逐渐增大，至0FFH后再恢复到0， 重复此过程，即可得到正向锯齿波，若数据从0FFH逐渐减小至0， 则形成负向锯齿波。
№ 14
所有开关断开，Vo=0 反馈电阻Rf＝R 当S7闭合时， Vo=- (VRef /(256 R)) Rf =-(1/256)VRef 多个开关闭合， 各个贡献的Vo相加 全部开关闭合， Vo=-255/256VRef
№ 15
与S0无关，2点电位相等
所以总有： Vi = Vi+1 / 2 而输出电压，Vo =- (I0 + I1 + … ) Rf
若输入全 0，则 VO=0。 若输入全 1，则 VO= D Rf VREF/（28R） =（27+26+25+24+23+22+21+20）10/28=9.96V 若输入为 10101010，则 VO= D Rf VREF/（28R） =（27+25+23+21）10/28=6.64V
№ 19
2点电位相等
3.双极性输出
＋VR E F
VR E F
加法电路（输出反相）
2R
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
VR E F 2R Rf b IOUT1 IOUT2
- A1
+
R V1
- A2
+
Vout
DAC0832
VOUT＝2(－V1)－VREF 双极性 Vout=2VREF/2n×D-VREF
№ 36
于受控锁存器状态或两个寄存器同步受控
双缓冲方式。
– 双缓冲方式的一大用途是数据接收和启动转换可以异步进行，
即在对某数据转换的同时，能进行下一数据的接收，以提高 转换速率
№ 28
①双缓冲方式 数据经过双重缓冲后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完 成一次D/A转换。该方式可在D/A转换的同时进行下一个数据的输入， 提高了转换速率。更为重要的是，这种方式特别适用于要求同时输 出多个模拟量的场合。此时，要用多片DAC0832组成模拟输出系统， 每片对应一个模拟量。如图8-7所示。
I/O写周期
№ 23
OUT DR, AL
1: 写入（相通，对DR端口执行IO输出时） 0: 锁存（断开）
8D锁存器，如74LS273
8位D/A转换器与CPU的典型连接
№ 24
二、D/A转换电路 DAC0832主要特性
– 电流输出型D/A转换器。
– 数字输入端具有双重缓冲功能，与所有通用微处
理器可直接接口。 – 可以工作在双缓冲、单缓冲或直通数字输入。 – 满足TTL电平规范的逻辑输入。 – 分辨率为8位，满刻度误差+1LSB，建立时间为 lμs，功耗20mW。
、
№ 33
输出极性
1.单极性反向输出
Rf b Rf b IOUT1 IOUT2 AGND DAC0832
i
-
+
Vout
VOUT i R fb
№ 34
2.单极性同向输出
IOUT1
i∑
Vin Vin I R R1
+
-
Vout
I
Vout
R2
IOUT2 DAC0832
正向比例放大：
№ 35
-1№1
第六章 模拟量输入输出
主要内容： 数/模(D/A)转换 及 典型的D/A转换器 DAC1210 和 DAC0832； 模/数(A/D)转换 及 典型的A/D转换器 ADC0809 和 AD1674（AD574）。
要点：

输入、转换及输出是如何控制的？
№2
第六章 模拟量输入输出 §6.1 模拟量输入与输出通道的组成
A/D变换器（A/D Converter）

模拟量转换为数字量
№6
D/A变换器（D/A Converter）
数字量转换为模拟量
低通滤波
平滑输出波形
放大驱动
提供足够的驱动电压，电流
-7№7
§6.2
D/A(数/模)转换器
D/A转换的工作原理
VO=D×VR n 1 其中，VR为基准电压，D= Di×2i，n为输入位数
64R
128R 256R
VO
I7=Vref/(256R)
8 1 1 V0 R f Vin R f i SiVin i 1 Ri i 1 2 R
8
№ 12
如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合 上，Si=0表示Si断开，则上式变换为
8 1 1 V0 R f Vin R f i SiVin i 1 Ri i 1 2 R
模拟量输入、输出通道结构框图
№3

传感器（Transducer）
非电量→电压、电流
常用传感器的分类 传感器的种类很多，应用十分广泛。按可以被测量的性质分为 热工量、机械量、物性合成分量和状态量。 （1）热工量 包括温度、温差、压力、压差、流量、流速、风速等传感器。 （2）机械量 包括力、速度、加速度、几何尺寸、振动、光洁度、产品计数 等传感器。 （3）物性合成分量 包括气体化学成分、液体化学成分、酸碱度（PH值）、咸度、 浓度、粘度、密度等。 （4）状态量 包括颜色、透明度、磨损量、气体泄漏、表面质量等。 此外，还可以按传感器输出量的性质、传感器的结构以及传感器 的工作原理进行分类。
№4
变送器（Transformer） 转换成标准的电信号
№5
信号处理（Signal Processing） 放大、整形、滤波 多路转换开关（Multiplexer） 多选一 采样保持电路（Sample Hol证变换时信号恒定不变
输入通道
工
传 感 器 变 送 器 放大 滤波
业
生 产 过 程
多路转换 & 采样保持
A/D 转换
输入 10101100 接口
微 型
物理量 变换
信号 处理
信号 变换
I/O 接口
计
算
输出通道
执行 机构 放大 驱动 D/A 转换 输出 接口 00101101
机
模拟电路的任务
模拟接口电路的任务
P318图6.1
P321 图6.3 R-2R梯形电阻网络
№ 16
四位二进制数转换为模拟量为例，用T型电阻解码网络加运算放大器实现 D/A转换，其结构如图8-4所示。
T型电阻网络的D/A转换器
№ 17
用Di（i=3,2,1,0）控制电子开关Ki，当Di=0时，Ki接通“地”；当Di=1时，Ki 接通运算放大器的“虚地”。无论Ki接至何处，A、B、C、D点的等效电阻均 为R。其中：