模拟量输入输出
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启动转换输入
转换完成 输出信号 读允许信号
地址锁存 允许信号 最高位
最低位D0
22
• ALE ：地址锁存有效引脚(输入) 。其上升沿把ADDA、ADDB、 ADDC三条选择线的状态锁存入多路开关地址寄存器中。 （注：CPU的ALE是下降沿对地址信号锁存）
• EOC：转换完成线(输出) 。当EOC为1时表示转换已经完成。 • START：启动A/D转换线(输入) 。该信号上升沿清除ADC内部
The End
28
19
三、典型A/D芯片 ADC0809
理想的A/D转换器对于CPU应该是一个简单的输入接口。 ADC0809是National半导体公司生产的CMOS材料的A/D转换 器。 具有8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意一个通 道进行A/D转换，得到8位数字量。
20
1、内部结构原理
主要由模拟输入通道选择、转换器和三态输出缓冲器三部分组成。
例：假设
ADC0809端口地 址为86H（由CPU 地址译码决定）。 请编写程序段把通 道3的模拟量转换
若不用中断方 式读取A/D转换 结果，则不需 要接8259A
成数字量，且送到
AL寄存器中。
26
解： MOV AL, 03H OUT 86H, AL ; ① ;选择通道IN3,并启动A/D转换
CALL DELAY；调延时子程
ADDC ADDB ADDA 模拟信号通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
24
3、ADC0809工作时序
25
4、ADC0809在微机系统中应用实例
•由于ADC 0809芯片输出端具有可控的3态输出门，因此与系统总线 连接非常简单，即直接和系统总线相连，由读信号控制3态门，在 转换结束后，CPU通过执行一条输入指令，而产生读信号，将数据 从A/D转换器取出。 •ADC 0809与系统总线连接如图10.20所示。
该指令把AL中数据写入ADC0809 ？？？ 模数转换器是一个输入接口，数据只能从 其中出来，不能进去。 该指令并不能把AL中数据写入ADC0809.
IN AL, 86H ; ②读取转换结果
分析：CPU执行指令①，
M/IO = 0
⎫
WR = 0
⎪⎪ ⎬
译码器输出86H端=0⎪⎪⎭
⇒
⎧START = ⎨⎩ALE = 1
¾编码:把已经量化的模拟数值用二进制码、BCD码或其它码来表示. 至此，就完成了A/D转换的全过程，将各采样点的模拟电压值转换 成了与之一一对应的二进制数码。
18
二、A/D转换器主要性能指标 ——自学
分辨率（LSB）所对应的模入电平值；1/2n Vref (单极性)； 精度 1，1/2，LSB（绝对：理想与实际差的最大值：mv ；相对: vs.FS，%） 转换时间 Tc, 转换速率 1/Tc; 电源灵敏度 （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
输入模拟信号: GND–0.1V～ VCC+0.1V Ri 1K(min) /2.5K(Typ)
（ALE上升沿锁 存地址编码）
(Vin-Vref-) *256 (Vref+-Vref-)
Vref： 0<=Vref -<Vref+<=Vcc+0.1V
21
2、外部引脚 • D7 ~D0：8位数字量输出引脚。 •IN0~IN7：8路模拟量输入引脚。 •Vcc：+5V工作电压。 •GND：地线。
27
指令 CALL DELAY；调延时子程
;这里是采用固定延时等待法读取转换结果。事先已经知道一次 A/D转换所需要的最大时间，则在启动A/D转换后超过这个最大时 间，此次A/D转换就完成了，就可以读取转换结果——此处延时的 目的就是等待A/D转换结束。 若采用中断方式读取转换结果，则不需调用延时子程序进行延时 等待，而是用EOC申请中断，CPU响应中断时来读取转换结果。
假如需要在输出端产生锯 齿波，程序如下：
MOV DX, PORTA MOV AL, 0FFH ROT: INC AL
OUT DX, AL JMP ROT
14
数模转换内容完毕 The End
15
§2 A/D转换器
16
一、A/D转换器工作原理
• A/D转换器处于模拟输入通道中，是模拟信号源与计算机(或其它 数字系统)之间传递信息的桥梁。它将连续变化的模拟量信号转 换为n位二进制数字量信号，便于计算机或数字系统进行处理。
fs(t)
采样信号
t
续的模拟量以一定的准确度变为 时间上、数值上都离散的、量级
采样保持信号
化的等效数字值。
fs(t)= f(t) * s(t)
17
两种量级化方法：只舍不入法和四舍五入法。如图(a)、(b)。 图 (c) : 一个用只舍不入法量化的实例。 看图:量化过程就是把采样保持下来的模拟值舍入成整数的过程.
置于直通方式，另一个寄存器处于锁存方式。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。
(288H)
有效数据
MOV DX,288H OUT DX,AL
11
（3）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 多路D/A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。
1
ALE有效，将出现在数据总 线上的模拟通道地址03锁入
ADC 0809的地址锁存器中； START信号启动芯片开始 A/D转换。
CPU执行指令② 时，
M/IO = 0 RD = 0
⎫
⎪⎪ ⎬
⇒
OE
=
1
译码器输出86H端=0⎪⎭⎪
ADC 0809的输出三态门被打开,已 转换好的数据出现在数据总线上。
10
2、DAC 0832三种工作方式
根据对DAC0832的输入锁存器和DAC寄存器的不同控制方 法，DAC0832有如下三种工作方式： （1）直通方式
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D7~D0，即可进入转换器且输出。此时必须通过I/O接口与 CPU连接，以匹配CPU与D/A的转换。 （2）单缓冲方式 控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收数据；或其中一个始终
寄存器而在下降沿启动A/D转换。 • OE：输出允许(输入)，即允许输出数据的控制端。当OE为1时，
三态输出锁存器脱离三态，把数据送往总线。 • ADDA、ADDB、ADDC：多路开关地址选择线。 • CLOCK：时钟输入。 • +VREF、-VREF参考电压正负极输入引脚。
23
ADC0809地址输入线与模拟输入端的关系
电压型／电流型（外接ＯＰ：同相／反相输出）
5
二、 DAC主要技术指标
此处只介绍“转换精度”，其它技术指标自己看。
转换精度： 一般用满量程电压(满度值)的百分数或以 LSB的分数形式给 出。
LSB-最低有效值。 如：
6
CPU
三、典型DAC：DAC0832
1、DAC0832内部结构与引脚
数 据
基准电压源 输出
器N
计 算 机
N 台
N 路
路
2
§1 D/A转换器
• D/A转换器——把输入数字量转换成对应的模拟量（电流和 电压）输出的器件。输出模拟量的大小与输入的数字量大 小成正比。
3
一、数模转换器DAC工作原理
R-2R梯形电阻网络
Vref in
等效电阻=R
Rfb
Iout1
in-1=in*2-1
x=D n D n-1….. D1D0 Iout2
V0
in=V ref*2n-1/2n
Iout1=Vref/R*D/2n Iout2= Vref/R*(2n-1-D)/2n
锁存器控制
V0= - iout1*Rfb
= - Vref*D/2n Rfb/R
Iout1+Iout2= Vref/R*2n-1/2n
= - Vref*D/2n (Rfb=R)
4来自百度文库
DAC接口电路原理
CPU
控
双缓冲结构
制
内部功能结构
7
DAC0832的引脚图
数字接口 的引脚
模拟输 出引脚
8
几个引脚对输入寄存器、DAC寄存器锁存、直通的控制作用
2
＆
ILE、 /CS、 /WR1对8位输入寄存器的控制
ILE /CS /WR1 /LE1
8位输入寄存器
10 0 1
直通: 输出Q跟随输入D变化
其它
0或下 锁存:输入数据被锁存在该寄存器中, 降沿 输出不再随输入变化。
模拟量输入输出
§0 引子:实时检测与控制系统的构成 §1 D/A转换器 §2 A/D转换器
1
§0 引子: 实时检测与控制系统的构成
… …
… …
…
测
传感器1 传感器N
信号处理1
多
采
模 拟 输 出路 开 通 道样保
信号处理N
关
持
A/D 转换
器
控
对 象
模
拟
输
执 行
入机 构
通
功 率 放
道大 器
D/A 转换
/XFER、 /WR2对8位DAC寄存器的控制
/XFER /WR2 /LE2
8位DAC寄存器
00
1
直通: 输出Q跟随输入D变化
其它
0或下 锁存:输入数据被锁存在该寄存器中, 降沿 输出不再随输入变化。
注: 符号/CS, /WR1, /WR2, /XFER 分别表示 CS WR1 WR 2 XFER
DAC0832的输出是电流型的，电压输出电路如图所示。
有效数据 输入寄存器更新 模出更新
12
DAC 0832同步转换控制(接口)
DB
13
3、应用实例
例：DAC0832工作于单缓冲方式，如图所示。试编写使DAC0832 实现一次D/A转换的程序段。假设要转换的数据在4000H单元中。
解： MOV BX, 4000H MOV AL, [BX] MOV DX, PORTA ; PORTA为DAC0832的端口地址。 OUT DX, AL
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（军用-55~125（工）民0~70℃） 其他 温漂(nLSBppm/℃)功耗(850mWAD574A)输入电阻(~10K)
• A/D转换通常分四步进行：采样→保持→量化→编码。
1. 采样和保持 ¾采样: 将时间上连续变化的模拟量转换为时间上离散的模拟量. ¾保持: 将采样得到的模拟量值保持下来。
f (t) 原始模拟信号
2. 量化和编码
(a)
¾量化：用基本的量化电平q的
采样控制信号
t
个数来表示采样保持电路得到的 (b)
模拟电压值。 实质: 把时间上离散而数值上连
转换完成 输出信号 读允许信号
地址锁存 允许信号 最高位
最低位D0
22
• ALE ：地址锁存有效引脚(输入) 。其上升沿把ADDA、ADDB、 ADDC三条选择线的状态锁存入多路开关地址寄存器中。 （注：CPU的ALE是下降沿对地址信号锁存）
• EOC：转换完成线(输出) 。当EOC为1时表示转换已经完成。 • START：启动A/D转换线(输入) 。该信号上升沿清除ADC内部
The End
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三、典型A/D芯片 ADC0809
理想的A/D转换器对于CPU应该是一个简单的输入接口。 ADC0809是National半导体公司生产的CMOS材料的A/D转换 器。 具有8个通道的模拟量输入线，可在程序控制下对任意一个通 道进行A/D转换，得到8位数字量。
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1、内部结构原理
主要由模拟输入通道选择、转换器和三态输出缓冲器三部分组成。
例：假设
ADC0809端口地 址为86H（由CPU 地址译码决定）。 请编写程序段把通 道3的模拟量转换
若不用中断方 式读取A/D转换 结果，则不需 要接8259A
成数字量，且送到
AL寄存器中。
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解： MOV AL, 03H OUT 86H, AL ; ① ;选择通道IN3,并启动A/D转换
CALL DELAY；调延时子程
ADDC ADDB ADDA 模拟信号通道
0
0
0
IN0
0
0
1
IN1
0
1
0
IN2
0
1
1
IN3
1
0
0
IN4
1
0
1
IN5
1
1
0
IN6
1
1
1
IN7
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3、ADC0809工作时序
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4、ADC0809在微机系统中应用实例
•由于ADC 0809芯片输出端具有可控的3态输出门，因此与系统总线 连接非常简单，即直接和系统总线相连，由读信号控制3态门，在 转换结束后，CPU通过执行一条输入指令，而产生读信号，将数据 从A/D转换器取出。 •ADC 0809与系统总线连接如图10.20所示。
该指令把AL中数据写入ADC0809 ？？？ 模数转换器是一个输入接口，数据只能从 其中出来，不能进去。 该指令并不能把AL中数据写入ADC0809.
IN AL, 86H ; ②读取转换结果
分析：CPU执行指令①，
M/IO = 0
⎫
WR = 0
⎪⎪ ⎬
译码器输出86H端=0⎪⎪⎭
⇒
⎧START = ⎨⎩ALE = 1
¾编码:把已经量化的模拟数值用二进制码、BCD码或其它码来表示. 至此，就完成了A/D转换的全过程，将各采样点的模拟电压值转换 成了与之一一对应的二进制数码。
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二、A/D转换器主要性能指标 ——自学
分辨率（LSB）所对应的模入电平值；1/2n Vref (单极性)； 精度 1，1/2，LSB（绝对：理想与实际差的最大值：mv ；相对: vs.FS，%） 转换时间 Tc, 转换速率 1/Tc; 电源灵敏度 （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
输入模拟信号: GND–0.1V～ VCC+0.1V Ri 1K(min) /2.5K(Typ)
（ALE上升沿锁 存地址编码）
(Vin-Vref-) *256 (Vref+-Vref-)
Vref： 0<=Vref -<Vref+<=Vcc+0.1V
21
2、外部引脚 • D7 ~D0：8位数字量输出引脚。 •IN0~IN7：8路模拟量输入引脚。 •Vcc：+5V工作电压。 •GND：地线。
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指令 CALL DELAY；调延时子程
;这里是采用固定延时等待法读取转换结果。事先已经知道一次 A/D转换所需要的最大时间，则在启动A/D转换后超过这个最大时 间，此次A/D转换就完成了，就可以读取转换结果——此处延时的 目的就是等待A/D转换结束。 若采用中断方式读取转换结果，则不需调用延时子程序进行延时 等待，而是用EOC申请中断，CPU响应中断时来读取转换结果。
假如需要在输出端产生锯 齿波，程序如下：
MOV DX, PORTA MOV AL, 0FFH ROT: INC AL
OUT DX, AL JMP ROT
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数模转换内容完毕 The End
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§2 A/D转换器
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一、A/D转换器工作原理
• A/D转换器处于模拟输入通道中，是模拟信号源与计算机(或其它 数字系统)之间传递信息的桥梁。它将连续变化的模拟量信号转 换为n位二进制数字量信号，便于计算机或数字系统进行处理。
fs(t)
采样信号
t
续的模拟量以一定的准确度变为 时间上、数值上都离散的、量级
采样保持信号
化的等效数字值。
fs(t)= f(t) * s(t)
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两种量级化方法：只舍不入法和四舍五入法。如图(a)、(b)。 图 (c) : 一个用只舍不入法量化的实例。 看图:量化过程就是把采样保持下来的模拟值舍入成整数的过程.
置于直通方式，另一个寄存器处于锁存方式。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。
(288H)
有效数据
MOV DX,288H OUT DX,AL
11
（3）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 多路D/A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。
1
ALE有效，将出现在数据总 线上的模拟通道地址03锁入
ADC 0809的地址锁存器中； START信号启动芯片开始 A/D转换。
CPU执行指令② 时，
M/IO = 0 RD = 0
⎫
⎪⎪ ⎬
⇒
OE
=
1
译码器输出86H端=0⎪⎭⎪
ADC 0809的输出三态门被打开,已 转换好的数据出现在数据总线上。
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2、DAC 0832三种工作方式
根据对DAC0832的输入锁存器和DAC寄存器的不同控制方 法，DAC0832有如下三种工作方式： （1）直通方式
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D7~D0，即可进入转换器且输出。此时必须通过I/O接口与 CPU连接，以匹配CPU与D/A的转换。 （2）单缓冲方式 控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收数据；或其中一个始终
寄存器而在下降沿启动A/D转换。 • OE：输出允许(输入)，即允许输出数据的控制端。当OE为1时，
三态输出锁存器脱离三态，把数据送往总线。 • ADDA、ADDB、ADDC：多路开关地址选择线。 • CLOCK：时钟输入。 • +VREF、-VREF参考电压正负极输入引脚。
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ADC0809地址输入线与模拟输入端的关系
电压型／电流型（外接ＯＰ：同相／反相输出）
5
二、 DAC主要技术指标
此处只介绍“转换精度”，其它技术指标自己看。
转换精度： 一般用满量程电压(满度值)的百分数或以 LSB的分数形式给 出。
LSB-最低有效值。 如：
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CPU
三、典型DAC：DAC0832
1、DAC0832内部结构与引脚
数 据
基准电压源 输出
器N
计 算 机
N 台
N 路
路
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§1 D/A转换器
• D/A转换器——把输入数字量转换成对应的模拟量（电流和 电压）输出的器件。输出模拟量的大小与输入的数字量大 小成正比。
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一、数模转换器DAC工作原理
R-2R梯形电阻网络
Vref in
等效电阻=R
Rfb
Iout1
in-1=in*2-1
x=D n D n-1….. D1D0 Iout2
V0
in=V ref*2n-1/2n
Iout1=Vref/R*D/2n Iout2= Vref/R*(2n-1-D)/2n
锁存器控制
V0= - iout1*Rfb
= - Vref*D/2n Rfb/R
Iout1+Iout2= Vref/R*2n-1/2n
= - Vref*D/2n (Rfb=R)
4来自百度文库
DAC接口电路原理
CPU
控
双缓冲结构
制
内部功能结构
7
DAC0832的引脚图
数字接口 的引脚
模拟输 出引脚
8
几个引脚对输入寄存器、DAC寄存器锁存、直通的控制作用
2
＆
ILE、 /CS、 /WR1对8位输入寄存器的控制
ILE /CS /WR1 /LE1
8位输入寄存器
10 0 1
直通: 输出Q跟随输入D变化
其它
0或下 锁存:输入数据被锁存在该寄存器中, 降沿 输出不再随输入变化。
模拟量输入输出
§0 引子:实时检测与控制系统的构成 §1 D/A转换器 §2 A/D转换器
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§0 引子: 实时检测与控制系统的构成
… …
… …
…
测
传感器1 传感器N
信号处理1
多
采
模 拟 输 出路 开 通 道样保
信号处理N
关
持
A/D 转换
器
控
对 象
模
拟
输
执 行
入机 构
通
功 率 放
道大 器
D/A 转换
/XFER、 /WR2对8位DAC寄存器的控制
/XFER /WR2 /LE2
8位DAC寄存器
00
1
直通: 输出Q跟随输入D变化
其它
0或下 锁存:输入数据被锁存在该寄存器中, 降沿 输出不再随输入变化。
注: 符号/CS, /WR1, /WR2, /XFER 分别表示 CS WR1 WR 2 XFER
DAC0832的输出是电流型的，电压输出电路如图所示。
有效数据 输入寄存器更新 模出更新
12
DAC 0832同步转换控制(接口)
DB
13
3、应用实例
例：DAC0832工作于单缓冲方式，如图所示。试编写使DAC0832 实现一次D/A转换的程序段。假设要转换的数据在4000H单元中。
解： MOV BX, 4000H MOV AL, [BX] MOV DX, PORTA ; PORTA为DAC0832的端口地址。 OUT DX, AL
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（军用-55~125（工）民0~70℃） 其他 温漂(nLSBppm/℃)功耗(850mWAD574A)输入电阻(~10K)
• A/D转换通常分四步进行：采样→保持→量化→编码。
1. 采样和保持 ¾采样: 将时间上连续变化的模拟量转换为时间上离散的模拟量. ¾保持: 将采样得到的模拟量值保持下来。
f (t) 原始模拟信号
2. 量化和编码
(a)
¾量化：用基本的量化电平q的
采样控制信号
t
个数来表示采样保持电路得到的 (b)
模拟电压值。 实质: 把时间上离散而数值上连