《模数数模转换》PPT课件.ppt

1,微型计算机接口技术及应用 西南民族大学电信学院 授 课 教 师：杜 诚 联系方式：,2,第十章 A/D与D/A转换器接口,本章内容,10.1 D/A转换器的接口方法10.2 D/A转换器接口电路设计10.3 A/D转换器接口基本原理与方法10.4 查询方式的A/D转换器接口电路设计10.5 中断方式的A/D转换器接口电路设计10.6 微型计算机系统的A/D、D/A通道本章要点,3,10.1 D/A转换器的接口方法,本节内容,D/A转换器及其连接特性D/A转换器与微处理器的接口方法,章内容提要,4,1.D/A转换器及其连接特性,节内容提要,D/A转换器（DAC）:,将数字量转换成模拟量的线性电路器件,章内容提要,1）DAC的主要参数,2）DAC的连接特性,5,DAC的主要参数,返回,转换时间：从输入数字量到转换结束，输出达到最终值并稳定所需的时间。电流型快（几百ns几s）；电压型慢,分辨率：DAC能转换的二进制数的位数。,线性度：当数字量变化时，输出模拟量按比例变化的程度。线性误差：模拟输出偏离理想输出的最大值,精度：DAC实际输出电压与理论值之间的误差。单位：LSB,6,线性度参数的图示,返回,7,DAC的连接特性,返回,输入缓冲能力：是否外加数据锁存器,输入数据的宽度（分辨率）：与系统数据总线宽度比较数据输入次数,输入数据码制：二进制、BCD码或补码、偏移二进制码,输出模拟量的类型：电压型、电流型,输出模拟量的极性：单极性、双极性,8,2.D/A转换器与微处理器的接口方法,节内容提要,章内容提要,1）接口的任务,2）接口的结构形式,直接与CPU相连有输入锁存能力采用中小规模逻辑芯片与CPU相连利用通用并行接口芯片与CPU相连采用GAL器件,数据缓冲，无条件传送,9,10.2 D/A转换器接口电路设计,本节内容,无三态输入缓冲器、8位DAC有三态输入缓冲器、8位DACDAC0832无三态输入缓冲器、12位DAC有三态输入缓冲器、12位DACDAC1210,章内容提要,10,1.无三态输入缓冲器、8位DAC,节内容提要,章内容提要,1）要求用DAC0808构成一个ADC,2）分析,3）硬件连接,4）软件编程试探程序段,DAC08088位,无三态缓冲能力 外加数据锁存器;数字量由DAC0808转换成电压与输入电压比较 若输入电压比n对应电压大,但比n+1对应电压小,则结果为n或n+1,逐次逼近式；二分搜索法确定区间的中间值去试探,11,硬件连接,返回,12,逐次逼近式试探思路,返回,13,试探程序段,返回,寄存器使用：CH试探值；CL试探值增量,NEXT:,举例说明,14,举例说明,返回,例:Vi=5V*7BH/256结果应为7BH,15,2.有三态输入缓冲器、8位DACDAC0832,章内容提要,节内容提要,1）要求用DAC0832产生三角波、方波、锯齿波或梯形波等,2）分析,DAC0832的主要特性,DAC0832的工作方式,DAC0832双缓冲方式的应用,3）设计(采用直通方式,用8255A作接口),单缓冲方式下波形的输出,16,DAC0832的主要特性,返回,内部结构,DAC08328位,内部有两级三态缓冲器,17,DAC0832的工作方式,返回,;转换N MOV AL,N OUT P,AL,双缓冲方式的应用,直通方式,单缓冲方式,;转换N MOV AL,N OUT P0,AL OUT P1,AL,双缓冲方式,18,双缓冲方式的应用,返回,应用多个模拟通道要求同时更新数据,设更新的数据依次为N1、N2Nn,MOV AL,N1 OUT P1,AL MOV AL,N2 OUT P2,AL MOV AL,Nn OUT Pn,AL OUT P,AL,19,波形发生器硬件、软件设计,返回,MOV DX,303H MOV AL,80H OUT DX,AL MOV DX,301H MOV AL,10H OUT DX,AL,输出三角波,20,单缓冲方式下的波形发生器,返回,硬件设计（略）,软件设计输出正向锯齿波,21,3.无三态输入缓冲器、12位DAC,章内容提要,节内容提要,数据分两次写入加两级缓冲器,左对齐:,右对齐:,22,4.有三态输入缓冲器、12位DACDAC1210,章内容提要,节内容提要,1）内部结构,2）应用举例,内部有两级缓冲器,左对齐方式输入数据内部结构与DAC0832类似,将数据123H送给DAC1210进行转换左对齐，数据存于BX（=1230H）,23,DAC1210的内部结构,返回,24,DAC1210的应用举例,返回,25,10.3 A/D转换器接口基本原理与方法,本节内容,A/D转换器及其连接特性ADC与微处理器的接口方法,章内容提要,26,1.A/D转换器及其连接特性,节内容提要,A/D转换器（ADC）:,将模拟量转换成数字量的线性电路器件,章内容提要,1）ADC的主要参数,2）ADC的外部特性,A/D转换器的分类,27,A/D转换器的分类,返回,按速度分,按转换原理分,按分辨率分：4位、8位、10位、12位,28,ADC的主要参数,返回,转换时间：从输入启动信号到转换结束，得到稳定的数字量所需的时间,分辨率：ADC能转换成的二进制数的位数。位数越多,分辨率越高,精度、线性度同DAC,29,ADC的外部特性（必备信号线）,返回,典型芯片外部引脚,30,典型芯片外部引脚,返回,31,2.ADC与微处理器的接口方法,节内容提要,章内容提要,1）ADC与CPU的连接,2）ADC接口的主要操作,3）ADC数据的传送方式,4）ADC接口电路的结构形式,32,ADC与CPU的连接,返回,分辨率:是否高于系统数据总线的宽度,数据输出结构:是否有三态缓冲功能,启动方式:脉冲(读写脉冲)/电平(经锁存),数据传送方式:查询、中断、DMA、板上RAM方式,33,ADC接口的主要操作,返回,进行通道选择:多通道ADC发采样/保持(S/H)控制信号:高速变化信号,34,ADC接口电路的结构形式,返回,直接与CPU相连有三态缓冲能力采用中小规模逻辑芯片与CPU相连利用通用并行接口芯片与CPU相连采用GAL器件,35,10.4查询方式的A/D转换器接口电路设计,本节内容,有三态输出锁存器、12位ADCAD574A 无三态输出锁存器、12位ADCADC1210无三态输出锁存器、8位ADCAD570多通道、8位ADCADC0809,章内容提要,36,1.有三态输出锁存器、12位ADCAD574A,节内容提要,章内容提要,例：12位转换，数据分两次读出，查询方式，采集64个数据左对齐，存入BUF为首址的内存,AD574A的主要特性分辨率可选(8位/12位),单通道,逐次逼近型,负脉冲启动,转换时间25s,硬件连接,软件编程,37,AD574A的主要特性,返回,STS：转换过程中，=1；转换结束，=0,38,硬件连接,返回,对312H写,启动一次12位转换 对310H读,取回STS(D7位)对311H读,读回低字节(D4D7)对312H读,读回高字节,39,软件编程,返回,数据采集程序段,MOV CX,64 LEA DI,BUF,ADD DI,2 LOOP NEXT,40,2.无三态输出锁存器、12位ADCADC1210,节内容提要,章内容提要,硬件连接,软件编程,41,硬件连接,返回,42,软件编程,返回,采集一个数据存入BX,43,3.无三态输出锁存器、8位ADCAD570,节内容提要,章内容提要,硬件连接,软件编程,逐次逼近型,转换时间25s,应用举例：用8255A作接口，采集256个数据，查询方式存于首址为BUF的内存,44,硬件连接,返回,8255A的PA方式0,输入;PC上输入PC下输出;方式字:98H 启动转换:PC1置0,有锁存功能 读状态:读PC口(PC5=0,转换结束)读结果:读PA口,45,软件编程,返回,INC DI LOOP NEXT,LEA DI,BUF MOV CX,256,负脉冲,46,4.多通道、8位ADCADC0809,节内容提要,章内容提要,硬件连接,软件编程,ADC0809的主要特性8个模拟通道、逐次逼近型,正脉冲启动,有三态输出锁存器,内部结构,外部引脚,例：依次对8个通道采样,共采集256个数据,存于首址为BUF的内存中,47,内部结构,返回,48,外部引脚,返回,通常，通道选择由数据信号完成 START与ALE相连:选择通道的同时启动,IN0IN7：通道07的模拟量输入 D07：数字量输出 ADDC、ADDB、ADDA：通道(07)选择 ALE：通道地址锁存,正脉冲有效 START：启动信号，正脉冲有效，上升沿所有寄存器清0，下降沿开始转换 EOC：转换结束，高有效 OE：允许输出，高有效,49,硬件连接,返回,依次采集通道07,只要将通道号+1即可(最低三位有效)将通道号写入P2,启动转换并锁存通道号对P0读,读回EOC(D7)对P1读,读取转换结果,50,软件编程,返回,51,10.5中断方式ADC接口电路设计,章内容提要,单板机系统中断方式的数据采集系统设计,要求,硬件分析与设计,软件编程,以TP86为控制器,对单通道模拟信号采集512个8位数据,中断方式存BUF,并送入DAC,ADC0804；DAC0832；8259A,52,硬件分析与设计,返回,ADC0804的工作特性,ADC0804:8位,内部有三态锁存器,负脉冲启动,中断控制分析,ADC0804的地址:FFD4H DAC0832的地址FFD6H 8259A的地址:FFDCH、FFDEH,53,软件编程,返回,主程序主要内容 8259A初始化 中断向量装入 启动ADC0804 开中断 等待中断发生 中断服务程序内容 从ADC0804读数 将数写入DAC0832 存储数据 中断结束命令,中断服务程序,54,主程序,返回,LEA DI,BUF MOV CX,512,55,10.6微型计算机系统的A/D、D/A通道,本节内容,模拟通道的电路组成模拟通道的结构形式,章内容提要,56,1.模拟通道的电路组成,节内容提要,章内容提要,A/D通道:CPU、模拟量输入接口、ADC、采样/保持器(S/H)、多路模拟开关(AMUX)D/A通道:CPU、模拟量输出接口、DAC、多路模拟开关(AMUX)、输出保持器(缓冲器),57,多路模拟开关实现信号的分时切换,返回,切换开关接通时,希望它的导通静态电阻无穷小切换开关断开时,希望它的开路静态电阻无穷大切换速度越快越好,AMUX AD7501(81);AD7506(161)CD4051(81);CD4097B(161),58,采样保持器（S/H）对高速变化的信号源,冻结时变信号的瞬时值,返回,S/H构成:开关+电容,S/H状态：采样、保持,S/H:LF398、AD582、AD583、THS-0060、THS-0010,技术指标,59,2.模拟通道的结构形式,节内容提要,章内容提要,单通道,每个通道有自己的S/H和ADC并行多通道,不带S/H直流或低频模拟信号,带S/H高频变化的模拟信号,多通道,各通道有自己的S/H,共享ADC,各通道共享S/H和ADC,1）A/D通道的结构形式,60,A/D多通道结构图（1）,返回,61,A/D多通道结构图（2）,返回,62,A/D多通道结构图（3）,返回,63,2.模拟通道的结构形式(续）,节内容提要,章内容提要,2）D/A通道的结构形式,多通道,单通道,带输入锁存器不需要刷新,带保持器输出靠电容维持,要刷新,每个通道都有锁存器和DAC并行多通道,各通道共享DAC,64,D/A多通道结构图（1）,返回,.,65,66,D/A多通道结构图（2）,返回,67,本章要点,DAC及其主要参数DAC0832、DAC1210、无输入锁存器的DAC的接口电路设计及编程应用ADC及其主要参数、ADC的外部信号线ADC接口的主要操作采用查询或中断方式，利用典型ADC实现数据采集的电路设计及编程A/D、D/A通道的组成多路模拟开关的作用、性能指标采样保持器的工作状态、工作原理、性能指标,章内容提要,