模拟接口PPT文档格式.ppt

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第第1212章章第第1212章章模拟接口模拟接口教学重点nDAC0832及其与主机的连接及其与主机的连接nADC0809及其与主机的连接及其与主机的连接模拟量与数字量n模拟量模拟量连续变化的物理量连续变化的物理量n数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器12.1模拟输入输出系统数字信号数字信号模拟信号模拟信号现场信号现场信号1现场信号现场信号2现场信号现场信号n微型微型计算机计算机放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路开开关关低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器A/D转换器转换器采样保持器采样保持器数字信号数字信号受控对象受控对象控制信号控制信号模拟信号模拟信号D/A转换器转换器放大驱动电路放大驱动电路传感器传感器将各种现场的物理量测量出来将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流）并转换成电信号（模拟电压或电流）放大器放大器把传感器输出的信号放大到把传感器输出的信号放大到ADC所需所需的量程范围的量程范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比以增加信噪比多路开关多路开关把多个现场信号分时地接通到把多个现场信号分时地接通到A/D转换器转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，周期性地采样连续信号，并在并在A/D转换期间保持不变转换期间保持不变12.2D/A转换器DAC数字数字/模拟转换器模拟转换器模拟量模拟量数字量数字量12.2.1D/A转换的基本原理数字量数字量按权相加按权相加模拟量模拟量1101B12312202112013最简单的D/A转换器（*戴）T型电阻网络的D/A转换器T型电阻网络的D/A转换器D，C，B，A各点的电位为各点的电位为-Vref，-1/2Vref，-1/4Vref，-1/8Vref当当右右边边第第一一个个支支路路的的开开关关K3倒倒向向右右边边时时，运运算放大器得到的输入电流算放大器得到的输入电流=-Vref/2R当当右右边边第第二二个个支支路路的的开开关关K2倒倒向向右右边边时时，运运算放大器得到的输入电流算放大器得到的输入电流=-Vref/4Rn让让开开关关K3，K2，K1，K0对对应应于于1位位二二进进制制数数，当当二进制数二进制数=1111时，流入运算放大器的电流为：

@#@时，流入运算放大器的电流为：

@#@I=-Vref/2R-Vref/4R-Vref/8R-Vref/16R=-Vref/2R（1+1/2+1/4+1/8）括号内各项分别对应二进制数括号内各项分别对应二进制数20，21，22，23相应的输出电压相应的输出电压V0=I*R0=-Vref*R0*（1+1/2+1/4+1/8）/2R12.2.2DAC0832芯片nDAC0832是是典典型型的的8位位电电流流输输出出型型通用通用DAC芯片芯片LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器DGNDDI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1DAC0832的内部结构（*）LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1.DAC0832的数字接口n8位数字输入端位数字输入端nDI0DI7（DI0为最低位）为最低位）n输入寄存器（第输入寄存器（第1级锁存）的控制端级锁存）的控制端nILE、CS、WR1nDAC寄存器（第寄存器（第2级锁存）的控制端级锁存）的控制端nXFER、WR2直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器两级缓冲寄存器都是直通锁存器nLE1，直通（输出等于输入），直通（输出等于输入）nLE0，锁存（输出保持不变），锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：

@#@直通方式nLE1LE21n输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：

@#@单缓冲方式nLE11，或者，或者LE21n两个寄存器之一始终处于直通状态两个寄存器之一始终处于直通状态n另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：

@#@双缓冲方式n两个寄存器都处于受控（缓冲）状态两个寄存器都处于受控（缓冲）状态n能能够够对对一一个个数数据据进进行行D/A转转换换的的同同时时；@#@输输入入另另一个数据一个数据LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout12.DAC0832的模拟输出nIout1、Iout2电流输出端电流输出端nRfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内）反馈电阻引出端（电阻在芯片内）nVREF参考电压输入端参考电压输入端n10V10VnAGND模拟信号地模拟信号地nVCC电源电压输入端电源电压输入端n5V15VnDGND数字信号地数字信号地4.地线的连接DGNDAGND模拟电路模拟电路数字电路数字电路ADCDAC模拟电路模拟电路数字电路数字电路模拟地模拟地模拟地模拟地数字地数字地数字地数字地公共接地点公共接地点公共接地点公共接地点12.2.3DAC芯片与主机的连接nDAC芯芯片片相相当当于于一一个个“输输出出设设备备”，至至少需要一级锁存器作为接口电路少需要一级锁存器作为接口电路n考考虑虑到到有有些些DAC芯芯片片的的数数据据位位数数大大于于主主机数据总线宽度，所以分成两种情况：

@#@机数据总线宽度，所以分成两种情况：

@#@1.主机位数等于或大于主机位数等于或大于DAC芯片位数芯片位数2.主机位数小于主机位数小于DAC芯片位数芯片位数1.主机位数大于或等于DAC芯片的连接moval,bufmovdx,portdoutdx,al译码译码ABD0D7CLKDACVout+_ALS273IOWDAC0832单缓冲方式WR1CSIOW5V+5VRfbIout2Iout1WR2XFERDGNDAGNDD0D7DI0D17VccILEVREFVout+_A译码译码AB2.主机位数小于DAC芯片的连接n数字数据需要多次输出数字数据需要多次输出n接接口口电电路路也也需需要要多多个个（级级）锁锁存存器器保保存存多次输出的数据多次输出的数据n并并需需要要同同时时将将完完整整的的数数字字量量提提供供给给DAC转换器转换器CPUCPUDACDAC8位位12位位两级锁存电路模拟输出模拟输出12位位DAC第第2级级12位锁存控制位锁存控制第第1级低级低8位锁存控制位锁存控制第第1级高级高4位锁存控制位锁存控制D0D74位位锁存器锁存器4位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器由同一个信号控制由同一个信号控制关键的一级锁存关键的一级锁存无需输出数据无需输出数据简化的两级锁存电路模拟输出模拟输出12位位DAC第第2级级12位锁存控制位锁存控制第第1级低级低8位锁存控制位锁存控制D0D74位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器由同一个信号控制由同一个信号控制关键的一级锁存关键的一级锁存需要输出高需要输出高4位数据位数据movdx,port1moval,bloutdx,almovdx,port2moval,bhoutdx,al12.2.4DAC芯片的应用movdx,portdmoval,0repeat:

@#@outdx,alincaljmprepeat输出正向锯齿波2次数据输出的时间间隔次数据输出的时间间隔02LSB1LSB255LSB254LSB锯齿波周期锯齿波周期START:

@#@MOVAL,00HA1:

@#@OUTPORT,ALCALLDELAYINCALCMPAL,7FHJNCSTARTJMPA1DELAY:

@#@PUSHCXPUSHAXMOVCX,0001HA3:

@#@MOVAX,0200HA4:

@#@DECAXJNZA4LOOPA3POPAXPOPCXRET12.3A/D转换器模拟量模拟量数字量数字量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADC12.3.1A/D转换的基本原理n存存在在多多种种A/D转转换换技技术术，各各有有特特点点，分别应用于不同的场合分别应用于不同的场合n4种常用的转换技术种常用的转换技术计数器式计数器式逐次逼近式逐次逼近式双积分式双积分式并行式并行式1.计数器式以最低位为增减量以最低位为增减量单位的逐步计数法单位的逐步计数法时钟时钟复位复位数字输出数字输出比较器比较器模拟输入模拟输入计数器计数器D/A转换器转换器转换结束转换结束2.逐次逼近式从最高位开始从最高位开始的逐位试探法的逐位试探法时钟时钟复位复位数字输出数字输出转换结束转换结束比较器比较器模拟输入模拟输入寄存器寄存器D/A转换器转换器3.双积分式两个积分阶段两个积分阶段实质是电压实质是电压/时间变换时间变换IREFIinVinVREF积分器积分器比较器比较器V/IV/I时钟时钟启动计数启动计数计数器计数器数字输出数字输出T2T1Vc固定斜率固定斜率时间可变时间可变固定时间固定时间斜率可变斜率可变转换结束转换结束4.并行式速速度度快快成成本本高高直直接接比比较较法法编编码码电电路路VinVREF数字输出数字输出比较器比较器RRRRRRR/2R/212.3.2ADC0809芯片n具有具有A/D转换的基本功能转换的基本功能vCMOS工艺制作工艺制作v8位逐次逼近式位逐次逼近式ADCv转换时间为转换时间为100sn包含扩展部件包含扩展部件多路开关多路开关三态锁存缓冲器三态锁存缓冲器ADC0809的内部结构图ADC0809地址锁存地址锁存和译码和译码OE通道通道选择选择开关开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三态三态锁存锁存缓冲器缓冲器DACVcc比较器比较器CLOCKSTARTGNDVREF（+）VREF（-）ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR定时和控制定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC1.ADC0809的模拟输入n提供一个提供一个8通道的多路开关和寻址逻辑通道的多路开关和寻址逻辑IN0IN7：

@#@8个模拟电压输入端个模拟电压输入端ADDA、ADDB、ADDC：

@#@3个地址输入线个地址输入线ALE：

@#@地址锁存允许信号地址锁存允许信号nALE的的上上升升沿沿用用于于锁锁存存3个个地地址址输输入入的的状状态态，然然后后由由译译码码器器从从8个个模模拟拟输输入入中中选选择择一个模拟输入端进行一个模拟输入端进行A/D转换转换2.ADC0809的转换时序D0D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100s2s+8T（最大最大）200ns（最小最小）转换启动信号转换启动信号转换启动信号转换启动信号转换结束信号转换结束信号转换结束信号转换结束信号3.ADC0809的数字输出nADC0809内部锁存转换后的数字量内部锁存转换后的数字量n具有三态数字量输出端具有三态数字量输出端D0D7n配合输出允许信号配合输出允许信号OEo当当输输出出允允许许信信号号OE为为高高电电平平有有效效时时，将将三态锁存缓冲器的数字量从三态锁存缓冲器的数字量从D0D7输出输出4.ADC0809的转换公式输入模拟电压输入模拟电压输入模拟电压输入模拟电压输出数字量输出数字量输出数字量输出数字量基准电压基准电压基准电压基准电压正正正正极极极极基准电压基准电压基准电压基准电压负负负负极极极极单极性转换示例n基准电压基准电压VREF（+）5V，VREF（）0Vn