《《微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)資料》第十一章ad-da》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《《微機(jī)原理與應(yīng)用教學(xué)資料》第十一章ad-da（30頁珍藏版）》請?jiān)谘b配圖網(wǎng)上搜索。

1、1 第十一章： A/D和 D/A轉(zhuǎn)換 11-1 概述 11-2 D/A轉(zhuǎn)換 11-3 A/D轉(zhuǎn)換 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 2 11-1 概述 一 . 一個(gè)實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 圖 11-1 包含 D/A和 A/D的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng) 控 制 對 象 計(jì) 算 機(jī) 傳感器 放大 濾波 多 路 開 關(guān) MUX 采 樣 保 持 器 A/D 轉(zhuǎn) 換 I/O 接 口 執(zhí) 行 部 件 多 路 開 關(guān) MUX D/A 轉(zhuǎn) 換 I/O 接 口 傳感器 放大 濾波 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 3 二 . 多路模擬開關(guān) 輸入： I/O07 輸出 : O/I 通道選擇： A2A0 三 . 采樣、量化和編碼 1.采樣 圖 11-6， 11-

2、7 采樣定理 fs2fm VOUT V IN 模擬 開關(guān) 采樣 保持 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 4 2. 量化 圖 11-5 把采樣所得信號變成數(shù)字 設(shè)輸入電壓為 07V， 3位 A/D轉(zhuǎn)換器 由表中可看出，量化過程會產(chǎn)生 1/2LSB（即 0.5V ）的誤差 對 8位 A/D，量程 05V： 量化單位（即每一分層所包含的最大電壓和最小電壓之差） q=電壓量程范圍 /2n=5.0V/2560.019V=19mV 1 LSB LSB 數(shù)字量最低位 3. 編碼 數(shù)字量可用不同的代碼來表示 a) 自然二進(jìn)制編碼 b) 雙極性二進(jìn)制編碼 實(shí)際電平 0 0.5V 0.5 1.5V 1.5 2.5V . 6.

3、5 7.5V 量化值 0 1 2 7 編碼 000 001 010 111 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 5 11-2 D/A轉(zhuǎn)換器 一、數(shù) /模 轉(zhuǎn)換器原理 數(shù)字量 模擬量（電流、電壓） 圖 11-8 Si 電子模擬開關(guān) di=1 si閉合 di=0 si斷開 則 R-片內(nèi)權(quán)電阻 IOV O 理想運(yùn)放 VO= IO Rf， Rf=R/2 最高位為 dn-1，則 VO= VR/2n(dn-1 2n-1 dn-2 2n-2 dn-3 2n-3 d0 20) = VR/2n D D為數(shù)字量 R Vd R Vd R Vd R VdIIIII RRRR 842 432143210 44332211 22222

4、 ddddRV R 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 6 二、 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) 1.分辨率 最大輸出量和數(shù)字量的位數(shù)的比率稱為分辨率 =FSR/2n 位數(shù)最多，分辨率越高 2.精度 絕對精度 =輸出實(shí)際值 -理想值 相對精度 =絕對精度 /最大量程 3.建立時(shí)間： 輸入到輸出穩(wěn)定的時(shí)間 超高速的 D/A轉(zhuǎn)換器： ts100ns 高速 D/A轉(zhuǎn)換器： ts=10 s 1 s 4.輸入數(shù)字量 一般為自然二進(jìn)制碼 5.輸出模擬量 多數(shù)為電流輸出型， Rf在片內(nèi)，有專門引腳 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 7 三、 DAC0832芯片 內(nèi)部帶有數(shù)據(jù)輸入寄存器的 8位 D/A芯片 1、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能：圖 11-1

5、3 DAC0832包括兩級寄存器， 1個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 兩個(gè)寄存器可以分別選通。 8位輸入寄存器 8路輸入， 8路輸出 輸入： DI7 DI0，接 CPU數(shù)據(jù)總線 輸出： 8位 DAC寄存器的輸入 ILE CS WR1 LE1 （鎖存使能端） 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1 0 輸入、鎖存 直通 0 0 鎖存 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 8 8位 DAC寄存器 8路輸入， 8路輸出 輸入： 8位輸入寄存器的輸出 輸出： 8位 D/A轉(zhuǎn)換器 8位 D/A轉(zhuǎn)換器 8路輸入， 2路輸出 輸入： 8位 DAC寄存器的輸出 輸出： IOUT1 互補(bǔ)電流輸出 IOUT2 加上 I/V轉(zhuǎn)換電路，則輸出電壓

6、信號 WR2 XFER LE2 0 0 1 1 1 直通 0 0 鎖存 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 9 VREF- 參考電壓輸入，轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn) Rfb - 片內(nèi)反饋電阻，與運(yùn)放配合構(gòu)成 I/V轉(zhuǎn)換器 VCC 工作電壓輸入端 DGND 數(shù)字地 AGND 模擬地 （所有模擬地相連，所有數(shù)字地相連，提高抗干擾） 2、工作方式（ 3種） ILE 接高電平 直通方式： 全部直通 CS, WR1、 WR2、 XFER均接地 . 單緩沖方式 任一個(gè)緩沖器直通 CS, WR1并聯(lián)，接譯碼器輸出（地址！）， WR2， XFER 并聯(lián)接地。 當(dāng)執(zhí)行一條 OUT指令，選中該端口，使 IOW有效， CS, WR1有 效，啟動(dòng)

7、 D/A轉(zhuǎn)換 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 10 雙緩沖方式 作用：可以在輸出的同時(shí)，采集下一個(gè)數(shù)據(jù)，提高轉(zhuǎn)換速度 例 1：圖 11-15， DAC0832雙緩沖方式 硬件連接圖 軟件： MOV DX ， 320H ；輸入數(shù)據(jù)， DATA為被轉(zhuǎn)換的 MOV AL ， DATA ；數(shù)據(jù) OUT DX ， AL MOV DX ， 321H ；轉(zhuǎn)換 OUT DX ， AL ILE WR1 WR2 CS XFER 1 IOW IOW Yi Yi+1 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 11 用于需 同時(shí) 輸出多個(gè)參數(shù)的模擬量系統(tǒng)中，每一種參數(shù)用 一片 DAC0832 ，用 CS和 XFER分別控制兩個(gè)緩沖器 例 2：圖 1

8、1-16 各片的 CS各接一個(gè)譯碼器輸出，各片的 XFER并聯(lián)，接一 個(gè)譯碼器輸出，譯碼器用了 3個(gè)片選端 程序段： 設(shè) CS1的地址為 30H， CS2的地址為 31H， XFER的地址為 32H MOV AL, DATA1 ; 送第一個(gè)數(shù) OUT 30H,AL MOV AL, DATA2 ; 送第二個(gè)數(shù) OUT 31H, AL OUT 32H,AL ；同時(shí)轉(zhuǎn)換，輸出 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 12 VOUT1 DAC1 VREF ILE CS RFB XFER IOUT1 WR1 IOUT2 WR2 譯 碼 器 DAC2 VREF ILE CS RFB XFER IOUT1 WR1 IOUT2

9、 WR2 +5V VOUT2 WR CS1 CS2 CS3 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 13 例 3：通過 DAC0832產(chǎn)生一個(gè)周期為 T的正向鋸齒波 8位 D/A ： 28=256， 每個(gè)數(shù)據(jù)信號的維持時(shí)間為 T/256 （若要產(chǎn)生三角波，則每位維持時(shí)間 T/512） 硬件連接圖：單緩沖方式 圖 11-11 FFH 00H 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 14 DAC0832 Vcc RFB I ORT1 I ORT2 A GND XFER WR2 D GND CS WR 1 DI 7 DI 0 ILE V REF 譯 碼 器 - + +5V U 0 地址總線 M / IO IOW DI 7 DI 0 +

10、5V 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 15 主： MOV DX ， PORT ；設(shè) PORT為 DAC0832的口地址 MOV AL ， 0FFH ROTATE： INC AL OUT DX ， AL ；往 DAC0832輸出數(shù)據(jù) CALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序 JMP ROTATE 子： DELAY： MOV CX ， DATA ；延時(shí)程序，往 CX中送延時(shí)常數(shù) DELAY1： LOOP DELAY1 RET 如果要產(chǎn)生三角波，梯形波？ 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 16 11-3 A/D 轉(zhuǎn)換器 一. 模數(shù)轉(zhuǎn)換器原理 1. 逐次逼近法原理 轉(zhuǎn)換速度快，分辨率高 逐次逼近寄存器 SAR 表 11-5

11、SAR 緩沖器 D/A CLK A Vi VR 輸出數(shù)據(jù) + - 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 17 2. 雙斜積分法原理 抗干擾能力強(qiáng)，轉(zhuǎn)換速度較慢 固定時(shí)間積分，斜率正比于 Vi，然后以同一斜率反向積分， 用高頻脈沖測定反向積分所花費(fèi)的時(shí)間 固定時(shí) 間積分 積分輸出 固定斜率 t T1 T2 T1, T2 Vi 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 18 二、 A/D轉(zhuǎn)換器： ADC0809 1、 ADC0809： 8通道 8位，逐次逼近方式 2、 ADC0809內(nèi)部框圖 8 路 轉(zhuǎn) 換 模 式 擬 開 關(guān) 鎖 存 與 譯 碼 器 A/D 輸 出 三 態(tài) 緩 沖 器 D 8 8 IN0 IN1 IN6 IN7 C

12、 B A ALE V CC GND V REF(+) V REF(-) OE D7 D0 START CLK EOC A 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 19 IN0 IN7： 8路模擬量輸入，每一路通道都對應(yīng)著 8位輸出 C、 B、 A：通道選擇 ALE：通道鎖存允許 H START：啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 H CLK：采樣時(shí)鐘頻率 EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束： 未開始（ H） 轉(zhuǎn)換（ L） 結(jié)束（ H） VREF（ +）、 VREF（ ）：參考電壓輸入 VREF（ ）接模擬地 VREF（ +） =5V，量程： 0 5V OE：輸出允許 H 當(dāng) OE=H，將輸出三態(tài)緩沖器內(nèi)容輸出 D7 D0： 8位輸出 VCC：工作電壓 +

13、5V GND：模擬地 C B A IN0 0 0 0 IN1 0 0 1 IN7 1 1 1 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 20 3、工作過程 選 通道號（ C B A） 使 ALE、 START=H 轉(zhuǎn)換開 始， EOC變低 硬件完成轉(zhuǎn)換結(jié)束， EOC變高 使 OE=H，輸出 4、 ADC0809與 CPU連接 直接與 CPU連接：由于有輸出三態(tài)緩沖器，所以 可以直接與 CPU相連接 例： ADC0809電路如圖 11-22， 8個(gè)通道的地址為 300H 307H，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí) EOC變高，用一個(gè)三 態(tài)門接到數(shù)據(jù)線的 D7，若結(jié)束，用一 IN指令使 OE 為高，轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)線讀出，設(shè)讀通道 0的

14、 轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 21 A9A3 VREF(+) VCC OE ALE CLK START IN0 EOC . IN6 D7D0 IN7 VREF(-) C B GND A 譯 碼 器 IOR IOW 1 1 300H307H 308H30FH 8 路 模 擬 信 號 D7 308H 500KHz +5V 500KHz A2 A1 A0 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 22 MOV DX, 300H ; 由 OUT指令選擇通道 0，并 OUT DX, AL ；使 IOW為 0，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換， POLL: MOV DX, 308H ；轉(zhuǎn)換開始了嗎？ EOC=0？ IN AL, DX ；若不是

15、，等待 TEST AL, 80H JNZ POLL NO-END: IN AL, DX ；轉(zhuǎn)換結(jié)束了嗎？ EOC=1？ TEST AL, 80H ；若不是，等待 JZ NO-END MOV DX, 300H ； IN指令使 IOR為 0，由片選 IN AL, DX ；信號共同使 OE為高，打開 輸出緩沖器，讀入轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù) 若 8個(gè)通道循環(huán)檢測？若 EOC接 D5？ 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 23 通過并行接口芯片 8255A 例：編程一程序進(jìn)行多通道數(shù)據(jù)采集，將結(jié)果存入 附加段中以 DATA-BUF為起始的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)中，已 知 8255A端口地址： 320H 326H （在一個(gè)時(shí)刻只能對一個(gè)通道進(jìn)

16、行采集、通過輪流 交替實(shí)行多通道數(shù)據(jù)采集） 8255A：工作方式 0 A口輸入 C口 低 4：輸出 高 4：輸入 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 1 0 0 1 1 0 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 24 D0 D7 WR RD A0 A1 CS PA7 . PA0 PC7 PC3 PC2 PC1 PC0 D7 D0 OE EOC START ALE C B A IN7 IN0 Vcc V REF(+) V REF(-) GND CLK 譯 碼 器 ADC0809 8255A DB A1 A2 AB Yi 外部時(shí)鐘 IOW IDR 1 2 3 3 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 25 8255初

17、始化 選通道號 啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 ALE STAR 復(fù)位 讀數(shù)據(jù) N 設(shè)定采集通道數(shù) 啟動(dòng)開始否 ? 轉(zhuǎn)換結(jié)束 ? 采集完 ? Y N Y N Y 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 26 采集子程序： AD-SUB PROC NEAR MOV DX ， 326H MOV AL ， 10011000B OUT DX ， AL ；初始化 8255A MOV CX ， 8 ；設(shè)定采集通道數(shù) CLD MOV BL ， 00H ；初始通道號 LEA DI ， DATA-BUF NEXT-IN： MOV DX ， 324H MOV AL ， BL OUT DX ， AL ；送通道號 MOV DX ， 326H MOV AL

18、， 0000 0111B ； PC3置 1，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 27 OUT DX ， AL NOP NOP MOV AL ， 0000 0110B ; PC3置 0， ALE， OUT DX ， AL ; START 復(fù)位 MOV DX ， 324H NO-CONV： IN AL ， DX TEST AL ， 80H JNZ NO-CONV ；查 PC7，轉(zhuǎn)換開始？ NO-EOC： IN AL ， DX TEST AL ， 80H JZ NO-EOC ；再查 PC7，轉(zhuǎn)換結(jié)束否？ MOV DX ， 320H IN AL ， DX ；從 PA口讀入數(shù)據(jù) STOSB ；存入緩沖區(qū) I

19、NC BL ；置下一通道號 LOOP NEXT-IN 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 28 謝謝大家！ RET AD SUB ENDP 作業(yè)： 11-3， 6 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 29 模擬信號 v、 mv電壓、電流 干凈的幾 V電壓、電流 信號預(yù)處理 可轉(zhuǎn)換的模擬信號 數(shù)字信號 一、采樣、量化、編碼 1、采樣：按相等的時(shí)間間隔 t從模擬信號上截取一個(gè)個(gè)離散的瞬時(shí)值 采樣率 fs=1/t (fs越高，單位時(shí)間內(nèi)采得的信號越多，越接近原信號 ) 圖 以電壓為例 采樣 3.7 5.3 6.3 6.4 5.1 3.2 1.8 1.2 量化 3 5 6 6 5 3 1 1 編碼 011 101 110 110

20、 101 011 001 001 傳感器 電平轉(zhuǎn)換 濾波放大 、 HS MUX /采樣保持器 多路開關(guān) 編碼量化采樣 轉(zhuǎn)換器 、 D；A / 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫 30 2、量化：將滿量程（ FSR）電壓值（由參考電壓 VR設(shè)定的） 分為 2n等分，然后將采樣所得的模擬量與這些分層進(jìn)行比 較，落在哪個(gè)分層內(nèi)，便量化為相應(yīng)的數(shù)字量 量化單位 q：每個(gè)分層所包含的最大值和最小值之差 2n n=3 實(shí)際 N位 ADC N=8、 10、 12、 16 2n 3、編碼：將量化所得的數(shù)字量用不同的代碼來表示 自然二進(jìn)制碼 小數(shù) N N= di=0或 1 最高有效位 MSB 最低有效痊 LSB ndd 2.d2.2. n2211 電氣學(xué)院學(xué)習(xí)部資料庫