模拟量输入输出

第六章模拟量输入输出*模拟通道的组成调理电路，模拟开关MUX(多路复用)sample/holder S/H 采样保持器SHA （sample/holder—S/H ）* 转换接口电路简单I/O 扩展:输入缓冲/输出锁存,同步转换(R f G d)基准地(Reference Ground)电压基准源(Reference Voltage Source)(g )*ADC/DAC 线性转换关系X Di it l A l x-x 0X-X 0=微机系统与接口X:Digital,x:Analog x 1-x 0X 1-X 0应用: 生产过程微机控制系统结构I /O 通道信号调理连续模拟信号过程传感器检测/控制操作台I/O 接口A/D 输入调理模拟量对象变送器微I/O 接口D/A V/I 变换打印机⌒被执行机构机主数字量控对象传感器执行机构机电平变换功放驱动I/O 接口I/O 接口DI DO 显示器∪传感执行频率、其他微机系统与接口传感、执行I/O 接口变换信号处理模拟量I/O 接口模拟量的概念（信号连续量）：DC-V(mv)/mA(V)典型：信号采样/复原-信号处理控制、监控-自动化系统转换输入:V/F(P389:AD650)Î计数器;输出:计数器ÎF/V(LM331)；PWM 调宽（时间）:易于光电隔离F/V 模T/C 8253/脉冲频率V/F 拟信8254MPU 号ADC/DAC 微机系统与接口Ｖ／Ｉ数字量模拟量转换与I/O 通道1.模数转换--ADC 数模转换--DACAnalog to Digital Converter/Digital to Analog Converter 22.模入与模出通道的组成：输入通道: (高精度测量,1%~0.05%,可分时采样,同步采样)Vref调理放大MUX S/H ADC 数字量(MPU)传感器Multiplexer ：（6.4）多路转换器（开关，（模拟）多路(电子)开关1-N,N-1,N 选一）：N 路入一路输出：巡回扫描/分时转换；S l /H ld (65)Sample/Holder ：(6.5)捕捉后保持信号（电容）Voltage reference:电压基准源输出通道:(精度,同步输出,输出保持--动态扫描)复习：运算放大器放大执行DACV/I 调理数字量(MPU)微机系统与接口驱动机构Vref MUX, S/H数模转换器DAC 原理—n 位R-2R 梯形电阻网络(P365)等效电阻=R Vrefi n-1R fb ’DA 变化：I out1锁存器控制i k-1=D k *i k *2-1D=D n-1 D n -2….. D 1D 0=D n-1*2n-1+D n-2*2n-2+…+D I n-1=V ref /2RI out2V 0D k =1 开关k=‘1’=0k=‘0’I out1=Vref/R*D/2n I out2= Vref/R*(2n -D-1)/2n V f/R*(12n n 1n 20V 0= -i out1*R fb D k 0 开关k 0微机系统与接口I out1+I out2= Vref/R*(1-2-n )= -V ref *D/2n R fb /R nDAC 接口电路原理D AVout=-I*R Vout=iR(1+R2/R1)微机系统与接口电压型／电流型（外接ＯＰ：同相／反相输出）DAC主要技术指标分辨率Resolution（LSB）所对应的模出电流(压)值满量程稳定（建立）时间(setting time);输出模拟信号范围:电压型（V）／电流(mA)范围;绝对精度（对应max数字量：单位LSB）（最大）相对精度（单位LSB或%）Full-scale errorF ll l线性误差（最大值）Linear Error温度系数(xxx vs. Temp)电源灵敏度(Power supply sensitivity)接口方式(并,串,BCD) (P l iti it)BCD)微机系统与接口典型DAC(一) 8位DAC0832单电源：+5V~+15V ，Vref :-10V~+10V 10V~+10V,低功耗：20mW ；分辨率：8位，线性误差0.2%(FS);NL 误差0.4%(FS)建立时间1μs;温度系数200ppm/℃。

输出方式:电流Vref D微机系统与接口Iout1= ×DAC0832功能结构图(P369)CPU数据基准电压源输出（I）CPU控制双缓冲结构微机系统与接口DAC 0832三种工作方式输入锁存器和DAC 寄存器的不同的控制:（1）直通方式输入寄存器和DAC 寄存器都接成直通方式。

此时提供给DAC 的数据，必须来自锁存端口(/LE1=/LE2=0);（2）单缓冲方式控制输入寄存器和DAC 寄存器同时跟随或锁存数据，或只控制(/LE=0)这两个寄存器之一，而另一个接成直通方式(/LE 0)。

此方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。

有效数据(288H)MOV DX,288H微机系统与接口OUT DX,AL（3DAC 0832三种工作方式）双缓冲方式分别控制输入寄存器和DAC 寄存器，此方式适用于D/A 多路同时输出的情形：使各路数据分别锁存于各输入寄存器，然后同时（相同控制信号）打开各DAC 寄存器、实现同步转换。

有效数据输入寄存器更新模出更新微机系统与接口() DAC 0832同步转换控制接口DBAB译码器DA禁止微机系统与接口典型DAC(二)12位DAC1210高8位D7::D0D3:D0低4位锁存(B1=1)转换微机系统与接口DAC1210:控制时序自动传输有效数据有效数据XFER 0XFER=0高8位锁存(低4位锁存WR2=“0”覆盖低4位,全部12微机系统与接口也已变(DI 接数据总线)位传送到DACDAC1210控制时序独立处理器传输控制有效数据有效数据OUT DX,AL ;OUT DX,AL加载高8位输入锁覆盖低4位12DAC微机系统与接口存(低4位也改变)输入锁存位传送到DAC控制应用波形发生器:（实验）方波、三角波、锯齿波、正弦波查表：控制:双极性输出（P367, 图6.7, 电压迁移)电流输出(0-10mA,4~20mA)-V/I变换输出(010mA4~20mA)V/I微机系统与接口DAC应用：波形发生DAINDEX DB0;?波形发生DOTNUM DB DATIME-$-1DA V ALUE DB0,40H,80H,0C0H040H80H0C0HDB255,0C0H,80H,40H;三角波DATIME DW100DACTRL FARPROCMOV AX,SEG DA V ALUEMOV DS,AXMOV DS AXMOV CL,DOTNUM（实验）方波三角波锯齿波正弦波（实验）方波、三角波、锯齿波、正弦波微机系统与接口DAC应用：波形发生(编程）DALOOP: MOV AL, DAINDEXCMP AL, DOTNUMJC DACYCLEXOR AL, ALMOV DAINDEX, AL; 复位计数数DACYCLE: CALL DAOUTINC SIINC DAINDEXCALL DELAYCALL KBINPUT ；读键盘键按结束CMP AL,1BH; ESC键按下，结束JNZ DALOOP微机系统与接口MOV AH,4CHINT 21H;RETDACTRL ENDPDAOUT PROCLEA BX,DA V ALUEXLAT ;(BX+AL)ÎALMOV DX,DAPORTOUT DX,ALRETDAOUT ENDP微机系统与接口考虑：如何利用8253定时中断实现精确波形输出？正弦波如何构造周期数据（点数）？控制:双极性输出,图,电压移)双极性输出（P367, 6.7, 电压迁移电流输出(0-10mA,4~20mA)-V/I变换输出输入反馈：模拟量A/D输入ÎADC微机系统与接口模数转换器ADC分类：双积分/逐次比较/V/F 型二重积分/双积分式（比较两个积分时间：计数）先积分Vi 时间到VA=T0*Vi/RC,再切换到Vref,(放电至0)VA=-T1*Vref/RC----Vi=-Vref*T1/T0(计时由时钟脉冲计数得)到)----积分器+比较器+计数器ms 级,抗串模干扰(0均值)。

逐次比较----DAC+比较器1/21/4+SAR （逐次逼近寄存器）1/2，+1/4，+1/8，+…..1/2n-1微机系统与接口D n-1,D n-2,….D 0模数转换器ADC性能指标分辨率（LSB）所对应的模入电平值；1/2n Vref (单极性)；精度，，（绝对：理想与实际差的：相对11/2LSB max mv /: vs.FS，%）转换时间Tc, 转换速率1/Tc AD574 --35μs,30KHZ;AD578 5μs,200KHZ 电源灵敏度(PS Rejection) （1%变化/参数）Æ转换误差nLSB；(AD574: 15V±1.5/12V±0.6;5V±0.5,n=1~2)量程单/双极性范围（AD574A:0~10V,0~20V/-5~+5V,-10V~+10V)；输出电平（多TTL）与接口（μP8/16位）/数据格式（BCD/BIN）：（是否三态；锁存）8/10/12/14/16bits 3 1/2,4 1/2,5 ½--逻辑设计启动转换，EOC条件，结果读取温度范围（存、用军-55~125（工）民0~70℃）55125070其他温漂(nLSBppm/℃)功耗(850mWAD574A)输入电阻(~10K)输入转换整体精度的影响因素（Vref, V+/V-/Vcc,L-err, Resol,T）V f V/V/V L R l T 微机系统与接口典型ADC芯片(1)MC14433：3（1/2）精度，自校零，自动极性；字位动态BCD~Q0~Q3DS1~DS34，千个位轮流在Q Q上输出，同步字典位选通对应Q0~Q3上1/2（千位，含符号）、百、十、个输出，宽18CLK），1~10HZ;DU转换更新（EOC为1/2CLK周期宽正脉冲，/OR为过量程输出）(Vref=+2/+200mV,R1、C1改变时钟频率，2V时R1=0.1μF，R1470K200V R127K)R1=470K，200mV时R1=27K)(2)ADC0809：逐次逼近式8位ADC带μP接口、8路Multiplexer，100μs(3)AD574A12位逐次逼近式带Vref和时钟，μP接口,高速ADC 35μs兼容芯片:AD674B(15μs),AD774B:(8μs)AD1674(10μs+内部S/H)微机系统与接口ADC 0809 (Top View)(p )D7D3D6D5D4D0D1微机系统与接口D2ADC0809功能结构（min 10K,Typ640K,max 1280K ）输入信号: GNDGND–0.1V~VCC +0.1V (Vin-Vref -)*256Ri 1K(min) /2.5K(Typ)(Vref +-Vref -)256（ALE Vref:0<=Vref -<Vref +<=Vcc+0.1V微机系统与接口上升沿锁存地址编码）P327图7-75MUX 逻辑结构微机系统与接口ADC0809工作时序(参考P381图6.19) CLK(1/F)=1/ 640KHZ启动ALECH选择ADDA_IN比较器OE=1读允许EOCÆOE或EOCÆIRQ申请中断微机系统与接口转换结果D0-D7ADC0809典型应用通道地址微机系统与接口12位高速ADC--AD574A微机系统与接口AD1674ADC内部结构AD574A管脚兼容微机系统与接口AD574A单极性输入MPU数据总线微机系统与接口AD574A双极性输入微机系统与接口AD574A逻辑真值表V CC微机系统与接口DGNDAD574转换启动时序()微机系统与接口过程: 启动—转换(tc)---读取数据AD574读时序微机系统与接口AD574A 应用程序：查询式（有无问题？）START ：MOV DX ，DR0OUT DX AL，MOV DX ，DR3TEST ：IN AL ，DX;???时间长:TcTEST AL ，80HJNZ TESTMOV DX DR1OV ，IN AL ，DXMOV BH ，ALMOV DX ，DR2IN AL ，DXMOV BL ，AL 数字滤波:(跳码现象)平均滤波（MAX-MIN 微机系统与接口>4），MAX MIN 平均（5），一阶惯性滤波，区间滑动滤波（实验观察应用）多路转换器Multiplexer(MUX)用途（作用）:信号复用机械（干簧继电器、水银等）：导通电阻小，断开高阻隔离，R百万次，400HZ电子模拟开关：晶体管、场效应管、IC导通电阻大（几十（百）欧姆），断开高阻不独立，隔离？(信号限制--共模电压)高速Analog Multiplexer----N-1，1-N分时使用1端器件典型MUX芯片单向/双向CD4051B8-1双向，带INH端（=0使能）；LF13508（NSC）/DG5088-1;LF13509差分输入四选一AD7501/3八选一单向(7501EN=0/7302EN=1);CD7502双四选一逻辑关系简单：通道选择信号需外加锁存；电平匹配问题CMOS+5时TTL兼容；+15V时HTL微机系统与接口AD7501 多路复用开关微机系统与接口LF13508/13509 MUX 逻辑结构微机系统与接口ＭＵＸ主要性能参数R (170300)R (5%/Ron 导通电阻(170~300欧),Ronvs 接通电阻的温度漂移(.5%/℃)。