1、Page 1第第1010章章 模擬接口與常用外設接口模擬接口與常用外設接口10.1 10.1 模擬接口系統概述模擬接口系統概述10.2 D/A10.2 D/A轉換器及其接口轉換器及其接口9.110.3 A/D10.3 A/D轉換器及其接口轉換器及其接口Page 210.1 模擬接口概述模擬接口概述 模擬接口是微型計算機與外部世界進行信息聯系模擬接口是微型計算機與外部世界進行信息聯系與轉換的橋梁。模擬接口的核心器件是模與轉換的橋梁。模擬接口的核心器件是模/數（數（A/D）轉）轉換器和數換器和數/模（模（D/A）轉換器，其中模）轉換器，其中模/數轉換器是將模擬數轉換器是將模擬量轉換為數字量供量轉換

2、為數字量供CPU處理，而數處理，而數/模轉換器則是將計算模轉換器則是將計算機中的數字量轉換為模擬量用于輸出或控制。機中的數字量轉換為模擬量用于輸出或控制。D/A和和A/D轉換技術是數字技術發展的一個重要分支，在微機應用轉換技術是數字技術發展的一個重要分支，在微機應用系統中占有重要地位。系統中占有重要地位。Page 310.2 D/A轉換器及其接口轉換器及其接口D/A轉換器是把數字量變換成模擬量的線轉換器是把數字量變換成模擬量的線性電路器件。性電路器件。 DAC的輸出可以是電流也可以是電壓，的輸出可以是電流也可以是電壓，輸出電流的叫電流型輸出電流的叫電流型DAC，輸出電壓的叫電，輸出電壓的叫電壓

3、型壓型DAC。對電流型。對電流型DAC，其電流在幾毫，其電流在幾毫安十幾毫安；對電壓型安十幾毫安；對電壓型DAC，其電壓一般，其電壓一般為為5V10V之間。有些高電壓型可達之間。有些高電壓型可達24V30V。若需將電流輸出轉換成電壓輸出，則采。若需將電流輸出轉換成電壓輸出，則采用運放進行轉換。用運放進行轉換。Page 41. D/A轉換器的主要參數轉換器的主要參數 (1) 分辨率分辨率 指指D/A轉換器能夠轉換的二進制數的位數。轉換器能夠轉換的二進制數的位數。 (2) 轉換時間轉換時間 指數字量從輸入到完成轉換，輸出達到最終值并穩指數字量從輸入到完成轉換，輸出達到最終值并穩定為止所需的時間。定

4、為止所需的時間。 (3) 精度精度 指指D/A轉換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差；轉換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差；一般采用數字量的最低有效位為衡量單位，例如一般采用數字量的最低有效位為衡量單位，例如 1/2LSB。如果分辨率為如果分辨率為8位，則它的精度是：位，則它的精度是： （1/2） （l/256）= 1/512。10.2.1 D/A轉換器的主要參數及連接特性轉換器的主要參數及連接特性Page 52. D/A轉換器的連接特性轉換器的連接特性u(1) 輸入緩沖能力輸入緩沖能力 DAC是否帶有三態輸入緩沖器或鎖存器來保存輸入是否帶有三態輸入緩沖器或鎖存器來保存輸入數字量，這對不能長時間

5、在數據總線保持數據的微機系統中使用數字量，這對不能長時間在數據總線保持數據的微機系統中使用D/A轉換器十分重要。帶有三態輸入鎖存器的轉換器十分重要。帶有三態輸入鎖存器的 DAC，其輸入數據線才能，其輸入數據線才能與系統的數據總線直接連接；否則，兩者不能直接連接，而需外加三與系統的數據總線直接連接；否則，兩者不能直接連接，而需外加三態緩沖器。態緩沖器。u(2) 輸入數據的寬度（即分辨率）輸入數據的寬度（即分辨率） DAC有有 8位、位、10位、位、12位、位、14位和位和16位等。當位等。當 DAC的分辨率高于微機系統數據總線的寬度時，需分兩的分辨率高于微機系統數據總線的寬度時，需分兩次輸入數字

6、量。次輸入數字量。u(3) 輸入碼制輸入碼制 DAC能接收不同碼制的數字量輸入。一般對單極性輸出能接收不同碼制的數字量輸入。一般對單極性輸出的的DAC只能接收二進制碼或只能接收二進制碼或BCD碼，對雙極性輸出的碼，對雙極性輸出的DAC只能接收只能接收偏移二進制碼或補碼。偏移二進制碼或補碼。u(4) 輸出模擬量的類型輸出模擬量的類型 DAC的輸出可以是電流也可以是電壓，輸出電的輸出可以是電流也可以是電壓，輸出電流的叫電流型流的叫電流型DAC，輸出電壓的叫電壓型，輸出電壓的叫電壓型DAC。對電流。對電流型型DAC，其，其電流在幾毫安十幾毫安；對電壓型電流在幾毫安十幾毫安；對電壓型DAC，其電壓一般

7、為，其電壓一般為5V10V之之間。間。u(5) (5) 輸出模擬量的極性輸出模擬量的極性 DACDAC的模擬量輸出有單極性輸出也有雙極性的模擬量輸出有單極性輸出也有雙極性輸出。輸出。 Page 610.2.2.1 8位位D/A轉換器轉換器DAC0832 u1. DAC0832的主要特性的主要特性(1) 輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通數字輸輸入端具有雙重緩沖功能，可以雙緩沖、單緩沖或直通數字輸入。入。(2) 可以與通用微處理器直接連接。可以與通用微處理器直接連接。(3) 滿足滿足TTL電平規范的邏輯輸入。電平規范的邏輯輸入。(4) 分辨率為分辨率為8位，滿刻度誤差位，滿刻度誤差

8、1LSB，建立時間為，建立時間為1 s，功耗，功耗20 mW。(5) 電流輸出型電流輸出型D/A轉換器。轉換器。 Page 72. 內部結構及引腳內部結構及引腳 Page 8引腳功能說明如下引腳功能說明如下 u#CS#CS：片選信號，輸入寄存器選擇信號，低電平有效。片選信號，輸入寄存器選擇信號，低電平有效。uILE：輸入鎖存允許信號，高電平有效。輸入鎖存允許信號，高電平有效。u#WR1#WR1：寫信號：寫信號1，作為第一級鎖存信號將輸入數據鎖存到輸入寄存器，作為第一級鎖存信號將輸入數據鎖存到輸入寄存器中，中，WR1WR1必須和和必須和和ILE同時有效。同時有效。u#WR2#WR2：寫信號寫信號

9、2，將鎖存在輸入寄存器中的數據送到，將鎖存在輸入寄存器中的數據送到DAC寄存器中寄存器中進行鎖存，此時傳輸控制信號必須有效。進行鎖存，此時傳輸控制信號必須有效。u# #XTERXTER：傳輸控制信號。用來控制：傳輸控制信號。用來控制2。uD0D7：8位數據輸入端。位數據輸入端。D7為最高位為最高位MSB，D0為最低位為最低位LSB。uIOUT1：模擬電流輸出端。常接運算放大器反相輸入端，隨模擬電流輸出端。常接運算放大器反相輸入端，隨DAC中數中數據的變化而變化。據的變化而變化。uIOUT2：模擬電流輸出端。：模擬電流輸出端。IOUT2為一常數和為一常數和IOUT1的差，即的差，即IOUT1+I

10、OUT2=常數。常數。 Page 9uRfb：反饋電阻引出端。反饋電阻引出端。DAC0832內部已經有反饋電阻，所以，內部已經有反饋電阻，所以，Rfb端可以直接接到外部運算放大器的輸出端。端可以直接接到外部運算放大器的輸出端。uVREF：參考電壓輸入端。此端可接正電壓，也可接負電壓，范參考電壓輸入端。此端可接正電壓，也可接負電壓，范圍為圍為+10V- -10V。uVCC：芯片供電電壓。范圍為芯片供電電壓。范圍為+5V+15V，最佳工作狀態是，最佳工作狀態是+15V。uAgnd：模擬地，即模擬電路接地端。模擬地，即模擬電路接地端。uDGnd：數字地。：數字地。Page 103. DAC0832的

11、工作方式的工作方式 即數據經過雙重緩沖后再送入即數據經過雙重緩沖后再送入D/A轉換電路，執行兩次寫操作才能完成一轉換電路，執行兩次寫操作才能完成一次次D/A轉換，這種方式可在轉換，這種方式可在D/A轉換的同時進行下一數據的輸入，可提高轉換的同時進行下一數據的輸入，可提高轉換速率。更為重要的是，這種方式特別適用于要求同時輸出多模擬量轉換速率。更為重要的是，這種方式特別適用于要求同時輸出多模擬量的場合。此時，要用多片的場合。此時，要用多片DAC0832組成模擬輸出系統，每片對應一個模組成模擬輸出系統，每片對應一個模擬量。擬量。(1) 雙緩沖方式雙緩沖方式(2) 單緩沖方式單緩沖方式 不需要多個模擬

12、量同時輸出時可采用此種方式。此時兩個寄存器不需要多個模擬量同時輸出時可采用此種方式。此時兩個寄存器之一處于直通狀態，輸入數據只經過一級緩沖送入之一處于直通狀態，輸入數據只經過一級緩沖送入D/A轉換器。轉換器。這種方式只需執行一次寫操作即可完成這種方式只需執行一次寫操作即可完成D/A轉換。轉換。Page 11u(3) 直通方式直通方式u 此時兩個寄存器均處于直通狀態，因此要將此時兩個寄存器均處于直通狀態，因此要將#CS#CS、#WR1#WR1、#WR2#WR2和和#XFER#XFER端都接數字地，端都接數字地，ILE接高電平。數據直接送接高電平。數據直接送入入D/A轉換電路。這種方式可用于一些不

13、采用微機的控轉換電路。這種方式可用于一些不采用微機的控制系統。制系統。Page 1210.2.3.2 D/A轉換器轉換器DAC0832與微機的接口與微機的接口Page 13256151輸入數字量KVIRO256255152輸入數字量KVIRO滿碼時：滿碼時：256255151KVIRO02OI2562輸入數字量輸入數字量RnROVVVPage 14單緩沖方式應用舉例單緩沖方式應用舉例 只要把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，只要把兩個寄存器中的任何一個接成直通方式，而用另一個鎖存數據，而用另一個鎖存數據，DAC就可處于單緩沖工作方就可處于單緩沖工作方式。一般是將式。一般是將#WR2和和#XF

14、ER都接地，使都接地，使DAC寄寄存器處于直通方式，另外把存器處于直通方式，另外把ILE接高電平，接高電平，#CS接接端口地址譯碼信號，端口地址譯碼信號，#WR1接接CPU系統總線的系統總線的#IOW，這樣便可通過執行一條，這樣便可通過執行一條OUT指令，選中該指令，選中該端口，使端口，使#CS和和#WR1有效，啟動有效，啟動D/A轉換。轉換。Page 15例：假定例：假定DAC的口地址為的口地址為80H，分析下列程序的，分析下列程序的執行結果。執行結果。STARTSTART：MOVMOVALAL，0FFH0FFHAGAINAGAIN：INCINCALALOUTOUT80H80H，ALAL；D

15、/AD/A轉換轉換CALLCALLDELAYDELAY；延時；延時JMPJMPAGAINAGAINPage 16例例2：假定：假定DAC0832工作時參考電壓為工作時參考電壓為+5V，端，端口地址為口地址為80H，要求由其形成正向和反向的三角波，要求由其形成正向和反向的三角波，波形下限的電壓為波形下限的電壓為0.5V，上限的電壓為，上限的電壓為2.5V。1LSB，數字量中最低位，數字量中最低位LSB=1時所對應的電壓值。時所對應的電壓值。 1LSB=5V/256=0.019V上限電壓對應的數據為：上限電壓對應的數據為：2.5V/0.019V=128=80H下限電壓對應的數據為：下限電壓對應的數

16、據為：0.5V/0.019V=26=1AHPage 17產生三角波的程序段如下：產生三角波的程序段如下：BEGIN：MOVAL，1AH；下限值；下限值UP：OUT80H，AL；D/A轉換轉換INCALCMPAL，81H；超過上限了嗎？；超過上限了嗎？JNZUPDECALDOWN：OUT80H，ALDECALCMPAL，19H；低于下限了嗎？；低于下限了嗎？JNZDOWNJMPAGAINPage 18用雙緩沖式用雙緩沖式D/A轉換：轉換：u第一種情況第一種情況 將將ILE接高電平，接高電平， #WR1#WR1、#WR2#WR2接接CPU的的#IOW#IOW，#CS#CS和和#XFER#XFER分

17、別接兩個不同的分別接兩個不同的I/O地址譯地址譯碼信號。執行碼信號。執行OUT指令時，指令時， #WR1#WR1、#WR2#WR2均變均變為低電平。這樣，可先執行一條為低電平。這樣，可先執行一條OUT指令，選指令，選中中#CS#CS端口，把數據寫入寄存器；再執行第二條端口，把數據寫入寄存器；再執行第二條OUT指令，選中指令，選中#XFER#XFER端口，把輸入寄存器內端口，把輸入寄存器內容寫入容寫入DAC寄存器，實現寄存器，實現D/A轉換。轉換。 Page 19u把一個數據經兩次鎖存，通過把一個數據經兩次鎖存，通過DAC0832輸出輸出的典型程序段如下：的典型程序段如下：MOVDX，320HM

18、OVAL，DATAOUTDX，ALINCDXOUTDX，ALPage 20u第第2種情況種情況在需要同步進行在需要同步進行D/A轉換的多路轉換的多路DAC系統中，采用雙緩沖方系統中，采用雙緩沖方式，可以在不同的時刻把要轉換的數據分別打入各式，可以在不同的時刻把要轉換的數據分別打入各DAC的輸的輸入寄存器，然后由一個轉換命令同時啟動多個入寄存器，然后由一個轉換命令同時啟動多個DAC的轉換。的轉換。 Page 21u圖圖10-8是一個用是一個用3片片DAC0832構成的構成的3路路DAC系統。圖中系統。圖中# #WR1WR1和和WR2WR2接接CPU的寫信號的寫信號# #WRWR，3個個DAC的的

19、#CS#CS引腳各引腳各由一個片選信號控制，由一個片選信號控制，3個個#XFER#XFER信號接在一起，接到第信號接在一起，接到第4個片選信號上。個片選信號上。ILE可以根據需要來控制，一般接高可以根據需要來控制，一般接高電平，保持選通狀態。它也可以由微處理器形成的一個電平，保持選通狀態。它也可以由微處理器形成的一個禁止信號來控制，該信號為低電平時，禁止將數據寫入禁止信號來控制，該信號為低電平時，禁止將數據寫入DAC寄存器。這樣，可在禁止信號為高電平時，先用寄存器。這樣，可在禁止信號為高電平時，先用3條輸出指令選擇條輸出指令選擇3個端口，分別將數據寫入各個個端口，分別將數據寫入各個DAC的的輸

20、入寄存器；當數據都就緒后，再執行一次寫操作，使輸入寄存器；當數據都就緒后，再執行一次寫操作，使#XFER#XFER變低，同時選通變低，同時選通3個個D/A的的DAC寄存器，實現同步寄存器，實現同步轉換。轉換。Page 2210.3 A/D轉換器及其接口轉換器及其接口A/D轉換器的功能是將輸入的模擬量轉換為對轉換器的功能是將輸入的模擬量轉換為對應的數字量供給計算機處理，它是微機在控制領應的數字量供給計算機處理，它是微機在控制領域應用中必不可少的器件。從轉換原理來講，實域應用中必不可少的器件。從轉換原理來講，實現現A/D轉換的方法很多，常見的有計數式、雙積轉換的方法很多，常見的有計數式、雙積分式、

21、逐次逼近式以及并行式等，其中逐次逼近分式、逐次逼近式以及并行式等，其中逐次逼近式易于集成且具有較高的分辨率和轉換速度，目式易于集成且具有較高的分辨率和轉換速度，目前市場上的前市場上的A/D轉換芯片采用這種類型的較多。轉換芯片采用這種類型的較多。 Page 2310.3.1 A/D轉換器的主要參數及其外部特性轉換器的主要參數及其外部特性 u(1) 分辨率分辨率 是指是指A/D轉換器能夠轉換成二進制數的位數。轉換器能夠轉換成二進制數的位數。 u(2) 轉換時間轉換時間 指從輸入啟動轉換信號開始到轉換結束，得到穩定指從輸入啟動轉換信號開始到轉換結束，得到穩定的數字輸出量為止的時間。的數字輸出量為止的

22、時間。1. A/D轉換器的主要參數轉換器的主要參數 Page 242. A/D轉換器的外部連接特性轉換器的外部連接特性 u(1) 模擬信號輸入線模擬信號輸入線 u(2) 數字量輸出線數字量輸出線 u(3) 轉換啟動線（輸入）轉換啟動線（輸入） u(4) 轉換結束線（輸出）轉換結束線（輸出） Page 2510.3.2 8位位A/D轉換器芯片轉換器芯片ADC0809 ADC0809為逐次逼近式為逐次逼近式A/D轉換器，轉換器，它具有它具有8個模擬量輸入通道。它能與微個模擬量輸入通道。它能與微型計算機的大部分總線兼容，可在程序型計算機的大部分總線兼容，可在程序的控制下選擇的控制下選擇8個通道之一進

23、行個通道之一進行A/D轉換，轉換，然后把得到的然后把得到的8位二進制數據送到微機位二進制數據送到微機的數據總線，供的數據總線，供CPU進行處理。進行處理。 Page 26芯片引腳芯片引腳 IN0IN7：模擬電壓輸入端，可分別模擬電壓輸入端，可分別接入接入8路單端（單極性）模擬量電壓信路單端（單極性）模擬量電壓信號。號。REF（+）、）、REF（- -）：基準電壓的：基準電壓的正極和負極，由此施加基準電壓。正極和負極，由此施加基準電壓。ADDA、ADDB、ADDC：模擬量輸入模擬量輸入通道地址選擇線，當其值為通道地址選擇線，當其值為000111時，分別對應時，分別對應8個模擬通道個模擬通道IN0

24、IN7。ALE：地址鎖存允許輸入信號，低電地址鎖存允許輸入信號，低電平向高電平的正跳變有效。此時鎖存平向高電平的正跳變有效。此時鎖存上述地址選擇線狀態，從而選通相應上述地址選擇線狀態，從而選通相應的模擬信號輸入通道，以便進行的模擬信號輸入通道，以便進行A/D轉換。轉換。Page 27STARTSTART：啟動轉換輸入信號。為了啟動啟動轉換輸入信號。為了啟動A/DA/D轉換過程，應在此引腳轉換過程，應在此引腳施加一個正脈沖，脈沖的上升沿將所有內部寄存器清零，在其施加一個正脈沖，脈沖的上升沿將所有內部寄存器清零，在其下降沿開始下降沿開始A/DA/D轉換過程。轉換過程。EOCEOC：轉換完畢輸出信號

25、，高電平有效。當此轉換完畢輸出信號，高電平有效。當此A/DA/D轉換器用于與微轉換器用于與微型計算機接口時，型計算機接口時，EOCEOC可用來申請中斷。可用來申請中斷。OEOE：允許輸出信號（輸入，高電平有效）。它為有效時，將輸出允許輸出信號（輸入，高電平有效）。它為有效時，將輸出寄存器中的數字代碼放到數據總線上，供寄存器中的數字代碼放到數據總線上，供CPUCPU讀取。讀取。CLOCKCLOCK：時鐘輸入信號。時鐘頻率決定了轉換速度，一般不高于時鐘輸入信號。時鐘頻率決定了轉換速度，一般不高于640640kHzkHz。D D0 0D D7 7：數字量輸出。數字量輸出。D D7 7為最高位，為最高

26、位，D D0 0為最低位。為最低位。 Page 28ADC 0809工作時序工作時序 Page 29ADC0809ADC0809操作過程如下操作過程如下 ：u(1) 首先，通過首先，通過ALE和和ADDA、ADD、ADDC地址信號線地址信號線把欲選通的模擬量輸入通道地址送入把欲選通的模擬量輸入通道地址送入ADC0809并鎖存。并鎖存。u(2) 發送發送A/D啟動信號啟動信號START，脈沖上升沿復位，在啟動，脈沖上升沿復位，在啟動脈沖下降沿開始轉換。轉換開始后，脈沖下降沿開始轉換。轉換開始后，EOCEOC變低，經過變低，經過6464個個時鐘周期后，轉換結束，時鐘周期后，轉換結束，EOCEOC變

27、為高電平。變為高電平。u(3) A/D轉換完成后，轉換完成后，EOC=1，可利用這一信號向，可利用這一信號向CPU請請求中斷，或在查詢方式下待求中斷，或在查詢方式下待CPU查詢查詢EOC信號為信號為1后進行后進行讀數服務。讀數服務。CPU通過發出通過發出OE信號讀取信號讀取A/D轉換結果。轉換結果。Page 30u例例10.1 有一有一A/D轉換電路如圖轉換電路如圖10-18所示，圖中所示，圖中ADC0809通過通過8255A同同8086CPU連接，要求從模擬通道連接，要求從模擬通道IN0開始轉換，連續采樣開始轉換，連續采樣24個數據，個數據，然后采樣下一通道，同樣采樣然后采樣下一通道，同樣采樣24個數據，直至個數據，直至IN7，采樣后的數據存，采樣后的數據存放在數據段中放在數據段中200