【正文】 A G N DD G N DV ssV cc2 0 V INV L..A D 5 7 4.........— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 95 圖 單極性輸入電路 模擬輸入0 + 1 0 V~~0 + 2 0 VA G N D2 0 V IN1 0 V INB I P O F FR E F O U TCER / CR E F I NA 0CS1 2 / 8 S T S高位2 4 2 7中位2 0 2 3低位1 6 1 9~~~D G N D 1 5 V+ 1 5 V+ 5 V+ 1 5 V 1 5 V1 0 0 K1 0 01 0 0 K1 0 0Ω Ω A D 5 7 4— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 96 例 在圖 中 ， 試編寫程序 ， 使 AD 574進(jìn)行12位 A/D轉(zhuǎn)換 ， 并把轉(zhuǎn)換后的 12位數(shù)字量存入內(nèi)部 20H和 21H單元 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 108 對(duì)于 n 位 D/A 轉(zhuǎn)換器，它的輸出電壓VOUT與輸入二進(jìn)制數(shù) B( Dn1~ D0) 的關(guān)系式可寫成： nnnnnVDDDDV2)2222( R E F00112211OUT ?????????????? ????— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 109 三、常用 D/A轉(zhuǎn)換器及其與 CPU的連接 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 110 D/A轉(zhuǎn)換器的性能指標(biāo) D/A轉(zhuǎn)換器性能指標(biāo)是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)，也是選用 D/A芯片型號(hào)的依據(jù)。 此誤差可通過(guò) D/A轉(zhuǎn)換器的外接 VREF和電位器加以調(diào)整 。8 位輸入寄存器用于存放主機(jī)送來(lái)的數(shù)字量 ，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存 ， 由加以控制；8位 DAC寄存器用于存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量 ， 由加以控制； 8位 D/A轉(zhuǎn)換器輸出與數(shù)字量成正比的模擬電流；由與門 、 非與門組成的輸入控制電路來(lái)控制 2個(gè)寄存器的選通或鎖存狀態(tài) 。 Rfb：固化在芯片內(nèi)的反饋電阻連接端 ， 用于連接運(yùn)算放大器的輸出端 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 124 電壓輸出方式 由于系統(tǒng)要求不同，電壓輸出方式又可分為 單極性輸出 和 雙極性輸出 兩種形式。 ? 一般情況下為了簡(jiǎn)化接口電路，可以把和直接接地，使第二級(jí) 8位 DAC寄存器的輸入端到輸出端直通，只有第一級(jí) 8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。 ILE：輸入允許鎖存信號(hào) ， 輸入線 ， 高電平有效 當(dāng) ILE、 和同時(shí)有效時(shí) ， 8位輸入寄存器端為高電平 1， 此時(shí)寄存器的輸出端 Q跟隨輸入端 D的電平變化；反之 ， 當(dāng)端為低電平0時(shí) ， 原 D 端輸入數(shù)據(jù)被鎖存于 Q端 ， 在此期間 D端電平的變化不影響 Q端 。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 115 1. 8位 DAC0832芯片 主要知識(shí)點(diǎn) (1) DAC0832性能 （ 2） DAC0832 工作原理 （ 3） DAC0832 管腳功能 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 116 （ 1） DAC0832性能 ?一個(gè) 8位 D/A轉(zhuǎn)換器 ?電流輸出方式 ?穩(wěn)定時(shí)間為 1μs ?采用 20腳雙立直插式封裝 ?同系列芯片還有 DAC08 DAC0831 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 117 （ 2） DAC0832工作原理 (M SB )7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)IL ECS1RW2RWXF E R當(dāng) LE = 1 時(shí), 輸出數(shù)據(jù)隨輸入變化。 例如 ， 滿量程時(shí)的理論輸出值為 10V， 實(shí)際輸出值是在 ~ ， 其轉(zhuǎn)換精度為 177。 ? 模擬量輸出通道基本構(gòu)成 多 D/A結(jié)構(gòu)（圖 (a)）和共享 D/A結(jié)構(gòu)（圖 (b)） — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 101 圖 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A D/A V/I V/I (a) 多 D/A結(jié)構(gòu) PC 總 線 特點(diǎn)： 一路輸出通道使用一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器芯片內(nèi)部一般都帶有數(shù)據(jù)鎖存器 D/A轉(zhuǎn)換器具有數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換模擬信號(hào)、信號(hào)保持作用 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，轉(zhuǎn)換速度快，工作可靠，精度較高、通道獨(dú)立 缺點(diǎn)是所需 D/A轉(zhuǎn)換器芯片較多 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 102 接 口 電 路 通道 1 通道 n D/A V/I V/I 多 路 開(kāi) 關(guān) 采樣保持器 采樣保持器 （ b）共享 D/A結(jié)構(gòu) PC 總 線 圖 特點(diǎn)： 多路輸出通道共用一個(gè) D/A轉(zhuǎn)換器 每一路通道都配有一個(gè)采樣保持放大器 D/A轉(zhuǎn)換器只起數(shù)字到模擬信號(hào)的轉(zhuǎn)換作用 采樣保持器實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)保持功能 節(jié)省 D/A轉(zhuǎn)換器， 但電路復(fù)雜，精度差，可靠 低、占用主機(jī)時(shí)間 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 103 二、 D/A轉(zhuǎn)換器工作原理 并行 D/A轉(zhuǎn)換器工作原理 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 104 并行 D/A轉(zhuǎn)換器工作原理 +A數(shù)字量輸入TUOV基準(zhǔn)電壓關(guān)開(kāi)換切位R R2R 2R 2R 2R 2RFERVbfR1SB2SB3SB 0SB1DR 2 R 電阻網(wǎng)絡(luò) 圖 3 2 D / A 轉(zhuǎn)換器原理框圖R2D3D 0D運(yùn)算放大器3I1I0I2I1 0 1 0 1 0 1 0I OU TI R f b現(xiàn)以 4 位 D/A 轉(zhuǎn)換器為例說(shuō)明其工作原理，如圖 所示。 程序清單： ORG 0000H MOV R0， 30H ；數(shù)據(jù)區(qū)始地址送 R0 MOV R7， 08H ；通道數(shù)送 R7 MOV R6， 00H ； IN0地址送 R6 MOV IE， 84H ；開(kāi)中斷 SETB IT1 ；外中斷請(qǐng)求信號(hào)為下跳沿觸發(fā)方式 MOV R1， 0F0H ；送端口地址到 R1 MOV A， R6 ； IN0地址送 A MOVX R1， A ；啟動(dòng) A/D轉(zhuǎn)換 LOOP： SJMP LOOP ；等待中斷 END — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 93 ?中斷服務(wù)程序： ?ORG 0013H ；外中斷 1的入口地址 ?AJMP 1000H ；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序的入口地址 ?ORG 1000H ?MOVX A， R1 ；讀入 A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù) ?MOV R0， A ；將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)區(qū) ?INC R0 ；數(shù)據(jù)區(qū)指針加 1 ?INC R6 ；模擬通道號(hào)加 1 ?MOV A， R6 ；新的模擬通道號(hào)送 A ?MOVX R1， A ；啟動(dòng)下一通道的 A/D轉(zhuǎn)換 ?DJNZ R7， LOOP1 ； 8 路采樣未結(jié)束 ， 則轉(zhuǎn)向LOOP1 ?CLR EX1 ； 8路采樣結(jié)束 ， 關(guān)中斷 ?LOOP1： RETI ；中斷返回 返回本節(jié) — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 94 2. 8031和 AD574的接口 圖表示出了 AD574與 8031單片機(jī)的接口電路。量程可以是 10 V，也可以是 20 V。 ? 12/ ：數(shù)據(jù)輸出方式選擇信號(hào)，輸入，高電平時(shí)輸出 12位數(shù)據(jù)，低電平時(shí)與 A0信號(hào)配合輸出高 8位或低 4位數(shù)據(jù)。 ? DGND， AGND：數(shù)字地，模擬地。 ?VR+， VR：基準(zhǔn)電壓源正、負(fù)端。 ? EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，高電平有效。 IN 5D 7D 6D 0D 1 D 2D 3D 4D 5V ref(+)OEGNDV ccA D D CA D C 0 8 0 91109876543220141516171819131211IN 3IN 4IN 7IN 6S T A R TEOCC L O C KV ref()A L EA D D AA D D BIN 0IN 1IN 22827262524232221圖 ADC0809引腳圖 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 73 ? 引腳結(jié)構(gòu) ? （ 1） IN7~IN0： 8條模擬量輸入通道 ? （ 2）地址輸入和控制線： 4條 ? （ 3）數(shù)字量輸出及控制線： 11條 ? （ 4）電源線及其他： 5條 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 74 各引腳功能如下： ? IN0～ IN7： 8路模擬量輸入端。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 71 ADC0809的工作過(guò)程是：首先輸入 3位地址，并使 ALE=1，將地址存入地址鎖存器中。絕對(duì)誤差包括增益誤差，零點(diǎn)誤差和非線性誤差等。 抗混疊 模擬濾波器 Σ Δ 調(diào)制器 數(shù)字 濾波器 低位數(shù)據(jù)流 （ 1bit） 輸入 數(shù)字 fs Fs 模擬信號(hào) Fs 高位數(shù)據(jù)流 （ 16bit） 模擬 Σ Δ 型 A/D轉(zhuǎn)換器的組成框圖 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 58 321 ΣΔ型 A/D轉(zhuǎn)換器（ 2） ? ΣΔ型 A/D轉(zhuǎn)換芯片 AD7715 – 價(jià)格便宜、分辨率高，不受噪聲環(huán)境的影響 – 提供了一個(gè)增益為 3 128倍可編程放大器，一個(gè)數(shù)字濾波器和一套自校準(zhǔn)電路 – 所提供的系統(tǒng)功能要比常用的積分型 A/D轉(zhuǎn)換器強(qiáng)，而且避免了必須提供一個(gè)高質(zhì)量積分電容的缺點(diǎn) – 是工業(yè)和過(guò)程控制應(yīng)用中的理想器件 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 59 （ 1） 分辨率 分辨率是指 A/D轉(zhuǎn)換器對(duì)微小輸入信號(hào)變化的敏感程度。 ?轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)，一般需要幾十毫秒。工作時(shí)，計(jì)數(shù)器由零開(kāi)始計(jì)數(shù)，將其計(jì)數(shù)值送往 D／ A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將生成的模擬信號(hào)與輸入模擬信號(hào)在比較器內(nèi)進(jìn)行比較，若前者小于后者，則計(jì)數(shù)值加 1，重復(fù) D／ A轉(zhuǎn)換及比較過(guò)程。 HDCIdtd V c ?— 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 41 零階集成采樣保持器 — 常用的零階集成采樣保持器有 AD58 LF198/298/398等。它的組成原理電路與工作波性如圖 (a)、 (b)所示。 — 計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng) — 燕山大學(xué)自動(dòng)化系 2020/11/17 第三章 計(jì)算機(jī)輸入輸出接口技術(shù) 33 周期采樣 就是以相同的時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，即把一個(gè)連續(xù)變化的模擬信號(hào) y(t)，按一定的時(shí)間間隔 T 轉(zhuǎn)變?yōu)樵谒矔r(shí) 0， T，2T， … 的一連串脈