微机原理与接口技术课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,#,1,第十一讲,D/A,与,A/D,转换,2,主要内容,D/A,与,A/D,转换的原理,;,典型芯片的特点与应用,;,3,D/A,转换器的功能,功能：,D/A,转换器是指将数字量转换成模拟量,的线性集成电路。,输出特性：它的模拟量输出（电流或电压）与,参考量（电流或电压）以及二进制,数成比例。,4,D/A,转换器实现原理,5,D/A,转换器的主要参数,1.,位数（分辨率）,2.,转换时间,3.,精度,4.,线性度,5.,输出类型和极性,6,典型,D/A,转换,DAC0832,芯片,8,位并行,、,中速,(,建立时间,1us),、,电流型,、低廉,(1020,元,),逻辑结构和,引脚功能,DAC0832,与微机系统的连接,应用举例,7,1.,引脚和逻辑结构,20,个引脚、双列直插式,8,位,输入,寄存器,8,位,DAC,寄存器,8,位,D/A,转换器,V,REF,I,OUT2,R,FB,A,GND,V,CC,D,GND,DI7DI0,CS,WR1,WR2,XFER,ILE,LE,LE,I,OUT1,&,&,&,R,FB,8,V,cc,芯片电源电压,+5V,+15V,V,REF,参考电压,-10V,+10V,R,FB,反馈电阻引出端,此端可接运算放大器输出端,A,GND,模拟信号地,D,GND,数字信号地,8,位,DAC,寄存器,8,位,D/A,转换器,V,REF,I,OUT2,R,FB,A,GND,V,CC,D,GND,DI7DI0,LE,I,OUT1,LE,CS,WR1,WR2,XFER,ILE,&,&,&,8,位,输入,寄存器,R,FB,9,DI,7,DI,0,数字量输入信号,其中,:DI,0,为最低位，,DI,7,为最高位,8,位,DAC,寄存器,8,位,D/A,转换器,V,REF,I,OUT2,R,FB,A,GND,V,CC,D,GND,DI7DI0,LE,I,OUT1,LE,CS,WR1,WR2,XFER,ILE,&,&,&,8,位,输入,寄存器,R,FB,10,8,位,DAC,寄存器,8,位,D/A,转换器,V,REF,I,OUT2,R,FB,A,GND,V,CC,D,GND,DI,7,DI,0,LE,I,OUT1,LE,CS,WR1,WR2,XFER,ILE,&,&,&,8,位,输入,寄存器,R,FB,0,0,1,1,ILE,输入锁存允许信号,高电平有效,CS,片选信号,低电平有效,WR1,写信号,1,，低电平有效,LE1,当,ILE、CS、WR1,同时有效时,LE=1,，,输入寄存器的输出随输入而变化,WR1 ,LE=0,，将输入数据锁存到输入寄存器,11,LE2,XFER,转移控制信号，,低电平有效,WR2,写信号,2,，低电平有效,当,XFER、WR2,同时有效时,LE2=1,DAC,寄存器输出随输入而变化；,WR2 ,LE2=0,，将输入数据锁存到,DAC,寄存器，数据进入,D/A,转换器，开始,D/A,转换,V,REF,8,位,DAC,寄存器,8,位,D/A,转换器,I,OUT2,R,FB,A,GND,V,CC,D,GND,DI,7,DI,0,LE,I,OUT1,LE,CS,WR1,WR2,XFER,ILE,&,&,&,8,位,输入,寄存器,R,FB,0,0,1,12,8,位,DAC,寄存器,8,位,D/A,转换器,V,REF,I,OUT2,R,FB,A,GND,V,CC,D,GND,DI,7,DI,0,LE,I,OUT1,LE,CS,WR,1,WR,2,XFER,ILE,&,&,&,8,位,输入,寄存器,I,OUT1,模拟电流输出端,1,当输入数字为全”,1”,时,输出电流最大，约为：,全”,0”,时,输出电流为,0,I,OUT2,模拟电流输出端,2,I,OUT1,+I,OUT2,=,常数,255,V,REF,256R,FB,R,FB,13,DAC0832,与微机系统的连接,1),直通工作方式,两个寄存器均工作于直通状态；,2),单缓冲工作方式,一个寄存器工作于直通状态，,另一个工作于受控锁存器状态；,3),双缓冲工作方式,两个寄存器均工作于受控锁存器状态；,14,一个,寄存器工作于,直通,状态，,一个,工作于,受控,锁存器状态,在不要求多个,D/A,同时输出时，,可以采用单缓冲方式，此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高,D/A,的数据吞吐量。,单缓冲工作方式,15,D/A,转换,I,OUT2,DI,7,DI,0,LE,I,OUT1,LE,CS,WR1,ILE,&,WR2,XFER,&,输入,寄存,R,FB,-,+,Vo,IOW,A,9,A,0,D,7,D,0,+5V,PC,总线,port,地址,译码,DAC,寄存,单缓冲工作方式,16,双缓冲工作方式,:,两个寄存器均工作于受控锁存器状态,DAC0832,PC,总线,数 据 线,WR1,IOW,DI,0,DI,7,D,0,D,7,+5V,ILE,+,-,V,o,I,OUT1,I,OUT2,R,FB,WR2,CS,地,址,译,码,A,0,A,9,XFER,V,REF,-,5V,port1,port2,D,GND,A,GND,17,当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。,地,址,译,码,port1,XFER,WR2,CS,WR1,ILE,+,D/A,转换,DI,7,DI,0,V,o1,port2,XFER,WR2,CS,WR1,ILE,+,D/A,转换,DI,7,DI,0,V,o2,port3,DAC0832,DAC0832,D,7,D,0,A,9,A,0,IOW,PC,总线,+5v,+5v,18,应用举例（方波）,DAC0832,直通工作方式，设8255,A,的端口地址分别为3,F0H，3F1H，3F2H，3F3H,19,模,/,数转换器,一、,A/D,转换器的基本原理,二、,A/D,转换器的技术指标,三、,A/D,转换器及其连接,四、,典型,A/D,转换器,20,A/D,转换器的基本原理,21,逐次逼近式,A/D,转换,逐次逼近式,A/D,转换是用得最多的一种方法。,组成：,8,位,D/A,转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器,.,工作过程：,从最高位开始通过试探值逐次进行测试，,直到试探值经,D/A,转换器输出,Vo,与,V,X,相等或达到允许误差范围为止。则该试探值就为,A/D,转换所需的数字量。,22,+,-,8,位,D/A,转换器,缓冲寄存器,控制电路,逐次逼近,寄存器,V,i,V,O,启动,CLK,转换结束,D,7,D,6,D,2,D,3,D,4,D,5,D,0,D,1,比较器,逐次逼近式,A/D,转换,工作原理图,23,如：实现模拟电压,4.80V,相当于数字量,123,的,A,D,转换,.,具体过程如下：,当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“,0”,；,当第一个,T1,到来，逐次逼近寄存器,最高位,D,7,置“,1”,，,8,位,D/A,转换器输入为,10000000B,，,输出,Vo,为满度的一半,5V,，即满量值的,128/255,。,若,VoVi,，比较器输出低电平，,控制电路使逐次逼近寄存器最高位,D,7,置“,0”(,反之，置“,1”),；,24,当第二个 到来，逐次逼近寄存器,D,6,位置“,1”,，,D/A,转换器的数字量输入为,01000000B,，,输出电压为,2.5V,，,VoVi,，比较器输出高电平，,将,D,6,位的“,1”,保留,(,否则，将,D6,位置,0),；,第三个,T,3,时钟脉冲来，又将,D,5,位置“,1”,重复上述过程直到,D,0,位置“,1”,，再与输入比较。,经过,8,次以后，,逐次逼近寄存器中得到的数字量就是转换结果。,过程用下表表示。,T,2,25,逐次逼近式,A/D,转换,26,二、,A/D,转换器的技术指标,1.,分辨率,2.,转换精度,3.,转换时间和转换率,27,1,分辨率,指,A/D,转换器所能分辨的最小模拟输入量，或指转换器满量程模拟输入量被分离的级数。,模拟输入量,数字,输出量,000,001,010,011,000,001,010,011,1v,2v,3v,4v,5v,6v,7v,输入,输出,-0.50.5v,000,0.51.5v,001,1.52.5v,010,、,5.56.5v,110,6.57.5v,111,在,ADC,中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系,28,2,转换精度,指在输出端产生给定的数字量，实际输入的模拟值与理论输入的模拟值之间的偏差。,反应,ADC,的实际输出接近理想输出的精确程度,。,由于在一定范围内的模拟值产生相同的数字量，,取该范围内的中间模拟值计算。,29,3,转换时间和转换率,转换时间,指完成一次,A/D,转换所需的时间，,从启动信号开始到转换结束，得到稳定数字量的时间。,转换率,是转换时间的倒数。,30,三、,A/D,转换器及其连接,1.,A/D,转换器分类,2.,A/D,转换器与系统的连接,31,1.A/D,转换器分类,按工作原理分,按输入方式分,按输出方式分,按性能特点分,按输出是否带三态缓冲分,32,按模拟量输入方式分,单极性,ADC,、,双极性,ADC,按数字量输出方式分,并行,ADC,、,串行,ADC,按工作原理分,计数式,ADC,、,双积分式,ADC,逐次逼近式,ADC,、,并行式,ADC,33,按性能特点分,按分辨率分,4,位、,6,位、,8,位、,10,位、,12,位、,14,位、,16,位、,按转换速度分,低速、中速、高速、超高速,（转换时间分别为,1s,、,1ms,、,1us,、,1ns,）,按转换精度分,低精度、中精度、高精度、超高精度,34,按输出是否带三态缓冲分,带可控三态缓冲,ADC,如：,ADC0809,不带可控三态缓冲,ADC,如：,ADC570,、,ADC1210,35,2.A/D,转换器及其连接,1),A/D,转换器的典型信号,2),A/D,转换器各信号与系统的连接,36,1),A/D,转换器的典型信号,A/D,转换器,模拟量,输入信号,模拟量输入信号,A/D,转换启动信号,A/D,转换启动信号,转换完成信号,转换完成,(,结束）信号,数字量输出信号,数字量输出信号,37,2),A/D,转换器各信号与系统的连接,A/D,转换器,模拟量输入信号,数字量输出信号,A/D,转换启动信号,转换完成信号,38,典型,A/D,转换器工作原理,ADC0809,是,CMOS,数据采集器件，由于它不仅包括一个8位的逐次逼近型的,A/D,部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。,39,ADC0809,主要性能,(1),分辨率为8位,(2),输入电压范围为5,V,功耗为15,mw,(3)转换时间为100,s,(4),工作温度范围为-40+85,(,5)8,个模拟输入通道，有通道地址锁存,(,6),有三态输出能力，易于与微机相连,40,ADC080,引脚功能图,41,ADC0809,原理框图,42,ADC0809,芯片引脚功能说明,43,模拟输入,0809有8个模拟输入通道，每个通道输人电压范围为05,V。,8,个模拟通道由3个地址输入,ADDA，ADDB，ADDC,来选择模拟通道，地址输入通过,ALE,信号予以锁存。,地址输入可直接取自地址总线或数据总线,44,ADC0809,与8086,CPU,的接口,45,D/A,转换器没有形式上的启动信号。实际上后一级寄存器的控制信号就是,D/A,转换器的启动信号。,它也没有转换结束信号。,D/A,转换的过程很快，一般还不到一条指令的执行时间。,DAC0832,46,D/A,芯片将数字量转换为模拟量时有两种输出形式，即电流型与电压型。,单极性输出电路。,为反相输出电路，其输出电压为：,常用的一种典型电路,!,同相输出电路，其电压输出为：,DAC0832,的几种典型输出连接方式,47,(a),反相输出；,(b),同相输出,48,0832,与,8255,的连接方式,V,0,占用,8255,的两个端口,不直接与,CPU,连接,常用于接口电路较多时,可以减少总线的驱动负载,为一种最常用的,0832,的硬件连接方式。对五个控制信号的要求为：只要,ILE,为高，其它为低就可以工作。,49,应用举例（方波）,DAC0832,直通工作方式，设8255,A,的端口地址分别为3,F0H，3F1H，3F2H，3F3H,50,应用举例,设,DAC0832,的地址为,220H,，试说明,DAC0832,的工作方式，,并编写程序实现通过,DAC0832,输出正弦波,.,CS,ILE,WR1,WR2,XFER,-,+,OA,V,OUT,I,OUT1,I,OUT2,R,FB,V,REF,DAC0832,DI7,0,+5,D7,D0,系,统,总,线,AGND,IOW,DGND,译,码,器,AEN,A9,A0,220H,51,应用举例,52,ADC0809,的硬件电路设计方法：,ADC0809,的硬件电路接口图,IOR=M/IO+RD,IOW=M/IO+WR,EOC,CS,53,上图要注意的问题有：,1,）在上图中可以不要,EOC,信号指示转换完成，但在程序中必须给出足够的转换时间，否则,CPU,读回的数据是上一次的转换值。,2,）启动信号,START,和地址锁存信号,ALE,可以连接在一起，两者的时序相同。,3,）读取信号可以用,CPU,的读信号,RD,和,M/IO,的组合来完成读操作。,4,）片选信号可以用译码输出选通，,0809,就有一个专用的口地址，这个地址即可实现读转换好的数据，又可做为启动信号，使,0809,实现转换启动。,54,ADC0809,与,8255,的硬件连接应用举例,在使用中,0809,可以与,8255,相连接，此时，,0809,无指定的地址口，它的工作过程完全由,8255,控制。,IN7,在实际应用时这两个,信号可以连接在一起，,转换完成就可读出。,IN0,IN1,IN2,ADDC,ADDB,ADDA,CS,OE,EOC,PB0-7,PC2,PC1,PC0,PC3,PC4,PC5,8255,0809,D0-D7,START,ALE,CLK,PC6,外部时钟信号,55,上图的设计中注意的问题,1,、启动信号和地址锁存信号 一般连接在一起,2,、读控制信号,OE,与,8255,连接时，,OE=1,后，才可由,8255,的,A,口读转换完的数据，如果,OE,与,EOC,相连接，则只要有,EOC=1,，就可读出转换的数据，如图虚线所示。,3,、转换完成由,8255,的,PC5,（,EOC,）的状态决定，要判断该位的状态。,4,、选择那个通道作为模拟量输入，由,PC0-2,决定，可以通过软件对,8255C,口的控制来实现。,5,、位操作不影响,C,口其它位的状态，即不影响其它位的工作。,56,一种通过接口芯片,8255,将,ADC0809,接到,8088,系统总线上的连接图如下图所示。该电路以可编程并行接口,8255,作为,ADC0809,的接口，其初始化程序规定：,8255,工作在方式,0,之下，,A,口输入，,B,口输出，,C,口的低,4,位输出、高,4,位输入，并且使,PC0=0,，,PC1=0,。,57,某,8086,系统中,8255,端口地址范围为,360H363H,，其与开关及,LED,指示灯的接口电路如下图。,