第七章模拟量输入输出

…
I Rn
+
Vo
1 Vo R f Vi j 1 R j
n
• 若是各支路上的输入电阻R1,R2…Rn分别为21R， 22R…2nR,即每一位电阻值都具有权值2j（j为该电阻 所在的位数），且由一个开关Sj来控制，当Sj合上时 Sj=1， Sj断开时Sj=0，并令Vref=(Rf/R)Vi,则Vo为：
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3）转换时间：从数字量输入到输出模拟量达到与终值 相差1/2LSB(最低有效位)相当的模拟量时所需的时 间。 4）线性误差：D/A转换器实际的输出曲线与理想曲线 （一条直线）之间的最大误差。通常用这个最大差 值折合成的数字量来表示 例如一个D/A转换器的线性误差小于1/2LSB，表示用 它进行D/A转换时，其输出模拟量与理想值之差最多 不会超过1/2LSB的输入量产生的输出值 5）动态范围：最大和最小输出值范围
•EOC ：转换结束信号，该引脚低电平表示正在变换， 高电平表示一次变换已结束 •OE ：读允许信号，高电平有效，在其有效期间， CPU 将转换后的数据读入
•CLK ：时钟输入端，由外部提供，其时钟频率决定转 换时间的长短，时钟频率的范围为10KHz-1.2MHz •VREF(+)、VREF(-)：参考电压输入端
微机原理与接口技术
第七章 模拟量的输入输出
1
7.1 模拟量的输入/输出通道
7.2 D/A转换器
一、D/A转换器的基本原理及技术指标 二、典型D/A转换器芯片DAC0832 三、 D/A转换器的应用
7.3 A/D转换器
一、A/D转换器的基本原理及技术指标
二、典型A/D转换器芯片ADC0809
2
7.1 模拟量的输入/输出通道
+5V VCC D0~7 #IOW 地址总线 译 码 电 路 ILE VREF RFB IOUT1 IOUT2
D0~7 #WR1
– + Vout
#IOW
#CS
#XFER #WR2 DGND AGND
设0832地址为PORT， 待转换数据放在DATA 单元，则完成D/A转换 的程序段： MOV AL, DATA MOV DX, PORT OUT DX, AL HLT
数字 D1 量输 入
Dn
数 据 缓 冲
数 据 锁 存
…
D/A转换器的输出形式有电流、电压两大类。电压输 出型的D/A转换器的输出电压一般为0~5V或0~10V， 它相当于一个电压源，内阻较小，可带动较大负载； 电流输出型相当于一个电流源，内阻较大，与之匹 配的负载电阻不能太大 8
…
…
D/A转换器原理框图
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3）直通：不缓冲，CPU送来的数字量直接送到DAC， 除ILE外全部控制信号为低电平。此时0832一直处于 D/A转换状态，即模拟输出端始终跟踪输入端 D0~D7的变化。由于这种方式下0832不能直接与 8088CPU的数据总线相连接，故很少使用
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三、 D/A转换器的应用
1、 信号源：产生锯齿波，三角波，方波，正弦波等 波形 +5V
MOV DX, 0278H MOV AL, 0
NXT: OUT DX, AL
DEC AL JMP NXT
例2：输出正向锯齿波，周期任意。起止电压分别 为1V和4V。已知0832输出电压范围为0~5V
分析：1V和4V对应的数字量为：
1/5*255=51
4/5*255=204
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MOV DX, 0278H NXT1: MOV AL, 51 NXT2: OUT DX, AL INC AL CALL DELAY
传 感 器 工 业 现 场 变 送 器 信 号 处 理 环 节 驱 动 放 大 多 路 转 换 开 关 整 形 滤 波 采 样 保 持 电 路 D/A 转 换 器 A/D 转 换 器 锁 存 器 接 口
执 行 器 件
微 型 计 算 机
3
7.2 D/A转换器
一、D/A转换器的基本原理及技术指标 1、 D/A转换器的基本原理
2R V1
2R V0
…
V2
R
R
2R
D Rf Vo - n Vref 2 R
其中，D为输入的数字量，n为数 字量位数
7
D Rf Vo - n Vref 2 R
若Rf/R=1，n=8，则：
Vo D Vref 256
模 拟 开 关 电 阻 网 络 驱 动 放 大 模拟 电压 输出
D0
图8.2.3 DAC0832单缓冲工作方式
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2）双缓冲：CPU对0832进行两步写操作： •先将数据写入输入寄存器 •再将输入寄存器的内容写入DAC寄存器 双缓冲方式的优点是数据接收和启动转换可以异步 进行，可以在D/A转换的同时接收下一个数据
+5V VCC ILE VREF RFB IOUT1
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D/A转换器的转换精度与基准电压Vref和权电阻的精 度以及数字量的位数n有关。显然，n越大，转换 精度就越高，但同时所需的权电阻的数量就越多。 由于在集成电路中制造高阻值的精密电阻比较困 难，因此常用R-2R“T”形电阻网络来代替权电 阻网络。
Vi Rf
+
Vo
2R Vref Vn-1 R
2R
A15 A14 A13 A12 A11 A10
A8 A7 A2 A1 A0

D0~7 #IOW &
VCC
D0~7 #WR1
ILE VREF RFB IOUT1 IOUT2
– +
Vout
#CS #XFER #WR2 DGND AGND
A9 A6 A5 A4 A3
端口地址：0278H
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例1：输出锯齿波，周期任意
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二、典型A/D转换器芯片ADC0809
1、 引线及内部结构
IN3 IN4 IN5 IN6 IN7 START EOC D8 OE CLK VCC REF(＋) GND D1 1 2 3 4 ADC 5 0 80 9 6 7 8 9 10 11 12 13 14 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 IN2 IN1 IN0 ADDA ADDB ADDC ALE D7 D6 D5 D4 D0 REF(－) D2
•VCC：5V电源输入；
•GND：地。
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•内部结构
ADDA ADDB ADDC IN0 IN1 … … IN7 转换部分 地址 寄存器 CLK START
时序及逻 辑控制 … …
EOC
8路 模拟 开关
比较器
逐次逼近 寄存器
DAC0832管脚图
• #CS: 片选 • ILE：输入寄存器选通，它与#CS， #WR1一起将要转换的数据送入输 入寄存器 • #WR1：输入寄存器的写入控制 • #WR2：数据变换（DAC）寄存器 的写入控制 • #XFER：传送控制。它与#WR2一 起把输入寄存器的数据装入数据变 换寄存器
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DELAY PROC
MOV CX,100 DLY: LOOP DLY RET DELAY ENDP
CMP AL,204
JNA NXT2 HLT
2、工业控制器：用于调 速系统和伺服控制系统中 的电机转速控制
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7.3 A/D转换器
一、A/D转换器的基本原理及技术指标 1、 A/D转换器的工作原理（逐次逼近型A/D转换器）
D0~7 #IOW
地址总线 #IOW
D0~7 #WR1 #WR2
– +
译 Y0 #XFER IOUT2 码 电 Y1 #CS 路 DGND AGND
Vout
程序段： MOV AL, DATA MOV DX, PORT1 OUT DX, AL MOV DX, PORT2 OUT DX, AL HLT
图8.2.3 DAC0832双缓冲工作方式
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二、典型 D/A转换器芯片DAC0832
1、 引线及内部结构 • D7～D0：8位数据输入端
#CS #WR1 AGND D3 32 D1 D0 Vref Rfb DGND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 Vcc ILE #WR2 #XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
比较器
VI
控制 电路
逐次 逼近 寄存器 SAR
D/A 转换 DAC
Baidu NhomakorabeaVO
D0~D7
SAR如天平称重，从最高位试探性的置1（是满量程的一 半），通过比较VO和VI的大小，决定1的走向，然后继 续比较，直到SAR的所有位都被确定。转换结束后，SAR 中的二进制码就是A/D转换器的输出
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2、A/D转换器的技术指标 1）精度 A、量化误差： 量化间隔：Δ=输入满度电压值/最大数字量输出 =Vmax/(2n-1),其中n为A/D转换器的位数 量化误差= Δ/2 量化误差也可用（1/2）LSB表示 B、非线性误差：在整个变换量程范围内，数字量所对 应的模拟输入信号的实际值与理论值之间的最大差 值 C、其他误差：电源波动引起的误差，温漂误差，零漂 误差，参考电压误差等
线性误差：(0.05%~0.2%)满刻度 功耗：20mW
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2、主要技术指标
分辨率：8位 转换时间：1us
图8.2.2
DAC0832的逻辑结构
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3、 工作方式及线路连接
1）单缓冲：输入寄存器或DAC寄存器中的任意一个工作在直通状态， 而另一个工作在受控锁存状态。在只有单路模拟输出或虽有多路模 拟输出但不要求同时刷新模拟输出时，可采用这种方式
D0-D7：输出数据线； IN0-IN7 ： 8 路模拟电压输入 端； ADDA ， ADDB ， ADDC ： 三路地址输入， ADDA 是最 低位，ADDC是最高位； START：启动信号输入端， 上升沿清零，下降沿有效； •ALE ： 地 址 锁 存 信 号 ， 用 来锁存 ADDA ～ ADDC 的地 址输入，上升沿有效； 23
N位数字 量输入 模 拟 开 关 电 阻 网 络 运 算 放 大 器
模拟电压输出
电阻网络：权电阻网络；R-2R“T”形网络
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…
D/A转换器结构示意图
…
• 基本运算放大器
Rf Vi Ri I
+
Vo
Vo
Rf Ri
Vi
• 多路输入的运算放大器权电阻网络
Vref S1 S2 … Sn R1 R2 Rf
…
2、D/A转换器的技术指标 1）分辨率：输入每变化一个最低有效位使输出变化的 程度，可用数字量的位数表示，比如8位，10位等， 也可定义为输入数字量等于1时的电压值与输入数字量 等于最大值时的满度模拟值之比。例如，对一个n位 的D/A转换器，若其满度电压值为V，其最低有效位 对应的电压值为V/(2n-1),则该D/A转换器的分辨率为 1/(2n-1)。若用百分比表示，则为[V/(2n-1)] 100% 2）转换精度：转换结果相对实际值的偏差。有两种表 示方法： 绝对转换精度：实际的输出值与理论值之间的差距 相对转换精度：绝对精度除以满量程输出的百分数 例如，一个D/A转换器的绝对转换精度为0.05V，若输 出满刻度值为5V，则相对转换精度为1%
1 Vo j S jVref j 1 2
n
• 所有开关 Sj断开时，Vo=0 • 所有开关 Sj闭合时，Vo最大：
2n -1 Vo - n Vref 2
• D/A转换原理：如果用二进制编码来控制图中每一路 的Sj，当第j路的二进制码为1时，使Sj闭合;当第j路的 二进制码为0时，使Sj打开，则数字量的变化就转换成 了模拟量的变化。
#CS #WR1 AGND D3 32 D1 D0 Vref Rfb DGND
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
20 19 18 17 16 15 14 13 12 11
Vcc ILE #WR2 #XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
DAC0832管脚图
• IOUT1：模拟电流输出端1，当DAC 寄存器中内容为0FFH时，IOUT1电 流最大；当DAC寄存器中内容为 00H时，IOUT1电流最小； • IOUT2：模拟电流输出端2。一般， IOUT1+IOUT2=常数 • Ffb：反馈电阻引出端，接运算放大 器的输出 Vcc:电源输入线 (+5v~+15v) Vref:基准电压输入线 (-10v~+10v) AGND:模拟地 DGND:数字地
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3）转换时间：完成一次A/D转换需要的时间，即从发 出起的转换命令到转换结束信号有效之间的时间间 隔 4）输入动态范围：模拟输入电压的范围，也称量程。 A/D转换器模拟电压输入分为单极性和双极性 单极性动态范围：0~+5v, 0~+10v, 0~+20v 双极性动态范围：-5~+5v, -10+10v