第13章 模拟输入输出技术.ppt

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,*,第,13,章模拟输入输出技术,13.1,模拟输入输出技术,13.2,数模（,D/A,）转换器,13.3,模数（,A/D,）转换器,13.1,模拟输入输出系统,A,:Analog(,模拟量,),D,:Digital(,数字量,),图,13.1,典型微型计算机测控系统,13.2,数模（,D/A,）转换器,输入：,D(,n,位数字量,),说明：,输出：,V,O,(,模拟量,),V,REF,：参考电压,V,O,=KDV,REF,其中，,K,为常数,图,13.2D/A,转换器示意,13.2.1 D/A,转换的原理,D/A,转换器的基本组成：,电阻（或电容）网络（,核心,）,模拟切换开关,基准电压,运算放大器,一、,T,型电阻网络,DAC,图,13.3T,型电阻网络,DAC,通式：,叠加原理：,假设,R,F,=3R,：,V,o,=-I,R,F,推广到,n,位：,T,形电阻网络,DAC,的优缺点：,优点：,电阻的取值只有,R,和,2R,两种，易于集成，转换精度高。,缺点：,当输入数字信号发生变化，使开关变换接 通方向时，流过开关的电流方向发生改 变，容易产生毛刺和影响工作速度。,改进：,倒,T,形电阻网络,DAC,二、倒,T,型电阻网络,DAC,图,13.4,倒,T,型电阻网络,DAC,通式：,叠加原理：,假设,R,F,=3R,：,V,o,=-I,R,F,推广到,n,位：,倒,T,形电阻网络,DAC,的优缺点：,优点：,保证电流始终能以一个方向流过开关，提 高转换精度。,缺点：,由于模拟开关的导通电阻和各支路电阻串 联，电阻值将附加在各支路的电阻上，从 而降低转换精度。,改进：,电流激励型,DAC,13.2.2 DAC,的主要性能指标,一、分辨率：,最小输出电压,V,LSB,和满量程输出电压,V,FSR,之比。,最小输出电压：,V,LSB,当输入数字量,D=0001,时的输出,满量程输出电压：,V,FSR,当输入数字量,D=1111,时的输出,分辨率：,说明：,DAC,位数越多，分辨率越高,2.,转换精度,DAC,的转换误差是指实际模拟输出值与理想值之间的误差程度。该指标是一项综合性的,静态,性能指标。,转换误差,绝对误差：用,V,LSB,的倍数表示,相对误差：绝对误差与满量程输出的比值,3.,建立时间,DAC,的建立时间是指从数字量输入到完成转换且输出达到终值误差的,1/2LSB,所需时间。该指标是一项,动态,性能指标。,图,13.5DAC,的建立时间,13.2.3,典型,DAC,芯片,DAC0832,DAC0832,是采用,CMOS,工艺制成的,R-2R,倒,T,型电阻网络,8,位,D/A,转换器，,20,脚,DIP,封装，内部带有两级,8,位锁存。该器件不仅可用于一般数字系统和模拟系统之间的接口电路，而且可以直接与,8,位微型计算机接口，是目前使用较为广泛的一种集成,DAC,器件。,一、,DAC0832,引脚功能,图,13.6DAC0832,引脚功能框图,二、,DAC0832,工作方式,（,1,）直通方式,两个锁存器均处于直通状态，输入的数据直接送至,D/A,转换器进行转换并输出。,（,2,）单缓冲方式,两个锁存器中一个处于直通状态，而只控制另一个锁存器的锁存,（,3,）双缓冲方式,两级锁存器都受控。该缓冲方式常用于要求多个模拟量同时输出的场合，以提高转换的速度。,三、,DAC0832,的模拟输出方式,图,13.7DAC0832,单极性电压输出示意图,（,1,）单极性输出,输出电压为,0-V,REF,图,13.8DAC0832,双极性电压输出示意图,（,2,）双极性输出,输出电压为,-V,REF,+V,REF,13.2.4 D/A,转换接口技术,分类：,有输入锁存器,D/A,与,PC,机的连接,不带输入锁存器,D/A,与,PC,机的连接,一、有输入锁存器,D/A,与,PC,机的连接,图,13.9PC,机与,DAC0832,连接示意图,例,13.1,设,DAC0832,工作在单缓冲方式下，单极性输出，端口地址为,350H,，,V,REF,=-5V,，现利用该转换器进行,D/A,转换，产生一个如图,13.10,所示三角波。,图,13.10D/A,产生三角波,（1,）确定上、下限所对应的数字量。,上限：,Dup=3/(5/2,8),=153.6=99H,下限：,Ddowm=1/(5/2,8,),=51.2=33H,（,2,）编写程序。,采用从下限值开始逐次加,1,，直到上限值，然后在将上限值 逐次减,1,，直到下限值，如此重复，,D/A,转换器输出的就是一个 三角波。程序如下：,TRIANGPROCFAR,MOVDX,，,350H,MOVCX,，,066H,MOVAL,，,33H,Z1,：,OUTDX,，,AL,；形成上升斜坡,INCAL,；,AL,加,1,LOOPZ1,；循环,102,次,MOVCX,，,066H,Z2,：,DECAL,OUTDXAL,；输出下降斜坡,LOOPZ2,JMPZ1,RET,TRIANGENDP,二、不带输入锁存器,D/A,与,PC,机的连接,图,13.11PC,机与,DAC0808,连接示意图,例,13.2,如图,13.11,所示，假设译码器输出地址为,0030H,，,8,位数字量放在数据段的,1000H,中，将其转换成模拟量的程序片断如下：,MOVBX,，,1000H,MOVDX,，,0030H,MOV AL,，,BX,OUT DX,，,AL,；锁存到,74LS273,中，并转换,13.3,模数（,A/D,）转换器,13.3.1 A/D,转换的步骤,图,13.12,采样过程示意图,一、采样和保持,采样：,以一定的周期读取输入电压信号。,保持：,使读取的信号在周期内不变。,二、量化和编码,图,13.13,量化过程示意图,量化：,把取样电平归化到最接近的离散电平上。,编码：,用二进制码表示离散电平。,13.3.2 ADC,的主要技术指标,2.,转换精度：,绝对精度：,实际值与理论值之间的最大差值,相对精度：,绝对精度与满量程输出比值,3.,转换时间：,ADC,完成一次转换所需的时间。,1.,分辨率：,输出数字量最低位变化时所对应的输入模拟量的变化量，即,ADC,所能分辨的输入模拟量的最小值。因此，当,ADC,的位数为,n,，最大输入电压为,V,max,时，分辨率为：,13.3.3 ADC,工作原理,一、并行高速,ADC,并行,ADC,的优缺点：,优点：,转换速度高,(100MHz,以上,),缺点：,器件量过大，精度不高。,二、双积分式,ADC,图,13.15,双积分式,ADC,原理图,缺点：,转换速度较低；,优点：,抗干扰能力较强，转换精度较高。,三、逐次比较式,ADC,图,13.16,逐次比较式,ADC,原理图,表,13.2 8,位逐次比较式,ADC,的转换过程,步骤,逐次比较寄存器内容,V,A,V,o,比较器,判断,2,7,2,6,2,5,2,4,2,3,2,2,2,1,2,0,码值,1,1,0,0,0,0,0,0,0,128,否,去码,2,0,1,0,0,0,0,0,0,64,是,加码,3,0,1,1,0,0,0,0,0,96,是,加码,4,0,1,1,1,0,0,0,0,112,否,去码,5,0,1,1,0,1,0,0,0,104,否,去码,6,0,1,1,0,0,1,0,0,100,是,加码,7,0,1,1,0,0,1,1,0,102,是,加码,8,0,1,1,0,0,1,1,1,103,是,加码,13.3.4,典型,ADC,芯片,ADC0809,ADC0809,是采用,CMOS,工艺制成的,8,位逐次比较式,ADC,。其内部包括,8,路模拟开关，并由地址锁存及译码器选择其中一路进行,A/D,转换，三态输出锁存缓冲器在,OE,（输出允许）信号的控制下完成数据输出。,图,13.17 ADC0809,引脚功能框图,13.3.5 A/D,转换接口技术,图,13.18 PC,机与,ADC0809,连接示意图,查询方式下的,A/D,转换应用程序片断：,START,：,MOVDX,，,344H,OUTDX,，,AL,；选通,IN4,并启动,A/D,转换,MOVDX,，,348H,TWAIT,：,INAL,，,DX,；查询,EOC,TESTAL,，,01H,JZTWAIT,MOVDX,，,344H,INAL,，,DX,HLT,