第8章(模拟)说课讲解.ppt

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1、第8章(模拟)模拟接口技术概述模拟接口技术概述模拟量是连续变化的，数字量是离散变化的模拟量是连续变化的，数字量是离散变化的计算机只能处理数字量，不能直接处理模拟量计算机只能处理数字量，不能直接处理模拟量需要转换。模拟接口的作用就是实现模拟量和数字量之间的转换需要转换。模拟接口的作用就是实现模拟量和数字量之间的转换模数（模数（A/D）转换是把采集到的模拟量转换为数字量，供计算机进行处理）转换是把采集到的模拟量转换为数字量，供计算机进行处理数模（数模（D/A）转换是将处理后的数字量转换为模拟量，用于输出或控制外部设备）转换是将处理后的数字量转换为模拟量，用于输出或控制外部设备q计算机测控系统中的模

2、拟接口计算机测控系统中的模拟接口计算机测控系统中的模拟接口计算机测控系统中的模拟接口q采样保持电路采样保持电路采样保持电路采样保持电路采样跟踪状态：在采样跟踪期间应尽可能快地接受输入信号，使输出和输入信号采样跟踪状态：在采样跟踪期间应尽可能快地接受输入信号，使输出和输入信号保持一致。保持一致。采样保持状态：把采样结束瞬间的输入信号保持下来，使输出和保持的信号一致采样保持状态：把采样结束瞬间的输入信号保持下来，使输出和保持的信号一致 当输入信号变化速率较快时，必须采用采样保持电路，否则转换出的数字信号当输入信号变化速率较快时，必须采用采样保持电路，否则转换出的数字信号是个不稳定的值。如果输入信号

3、变化缓慢，则可省去保持电路是个不稳定的值。如果输入信号变化缓慢，则可省去保持电路 香香香香农农农农（ShannonShannon）采采采采样样样样定定定定理理理理：当当当当采采采采样样样样器器器器的的的的采采采采样样样样频频频频率率率率高高高高于于于于或或或或等等等等于于于于连连连连续续续续信信信信号号号号的的的的最最最最高高高高频频频频率率率率时时时时，原原原原信信信信号号号号才才才才能能能能通通通通过过过过采采采采样样样样器器器器而而而而无无无无失失失失真真真真地复现出来。地复现出来。地复现出来。地复现出来。q 量化与编码量化与编码量化与编码量化与编码 量化过程：采样信号经量化后成为数字信

4、号的过程。量化过程：采样信号经量化后成为数字信号的过程。量化过程：采样信号经量化后成为数字信号的过程。量化过程：采样信号经量化后成为数字信号的过程。A/D A/D转换的过程就是量化过程。转换的过程就是量化过程。转换的过程就是量化过程。转换的过程就是量化过程。量化的过程就是编码的过程。量化的过程就是编码的过程。量化的过程就是编码的过程。量化的过程就是编码的过程。3位位误差为误差为0.5LSBuu单极性信号：无符号数；单极性信号：无符号数；单极性信号：无符号数；单极性信号：无符号数；uu双极性信号：有符号数。双极性信号：有符号数。双极性信号：有符号数。双极性信号：有符号数。n n符号数值码。类似于

5、原码表示法，增加符号数值码。类似于原码表示法，增加符号数值码。类似于原码表示法，增加符号数值码。类似于原码表示法，增加1 1位符号位。位符号位。位符号位。位符号位。0 0正，正，正，正，1 1负负负负 n n补码补码补码补码。与计算机的补码表示法相同。与计算机的补码表示法相同。与计算机的补码表示法相同。与计算机的补码表示法相同。n n偏移二进制码偏移二进制码偏移二进制码偏移二进制码。符号与补码相反。符号与补码相反。符号与补码相反。符号与补码相反。数值数值数值数值十进制十进制十进制十进制符号数值码符号数值码符号数值码符号数值码偏移二进制码偏移二进制码偏移二进制码偏移二进制码补码补码补码补码正基准

6、正基准正基准正基准负基准负基准负基准负基准7 77/87/87/87/80111011111111111011101116 66/86/86/86/80110011011101110011001105 55/85/85/85/80101010111011101010101014 44/84/84/84/80100010011001100010001003 33/83/83/83/80011001110111011001100112 22/82/82/82/80010001010101010001000101 11/81/81/81/80001000110011001000100010 00 0

7、0 00000000010001000000000000 00 00 010001000(1000)(1000)(0000)(0000)1 11/81/81/81/81001100101110111111111112 22/82/82/82/81010101001100110111011103 33/83/83/83/81011101101010101110111014 44/84/84/84/81100110001000100110011005 55/85/85/85/81101110100110011101110116 66/86/86/86/81110111000100010101010

8、107 77/87/87/87/81111111100010001100110018 88/88/88/88/8(0000)(0000)(1000)(1000)4 4位双极性编码表位双极性编码表位双极性编码表位双极性编码表 q 模模模模/数转换器（数转换器（数转换器（数转换器（ADCADC）的技术指标的技术指标的技术指标的技术指标分分分分辨辨辨辨率率率率。指指指指ADCADC对对对对输输输输入入入入电电电电压压压压微微微微小小小小变变变变化化化化响响响响应应应应能能能能力力力力的的的的度度度度量量量量，它它它它是是是是数数数数字字字字输输输输出出出出的的的的最最最最低低低低位位位位（LSBLS

9、B）所所所所对对对对应应应应的的的的模模模模拟拟拟拟输输输输入入入入电电电电平平平平值值值值。若若若若输输输输入入入入电电电电压压压压的的的的满满满满刻刻刻刻度度度度值值值值为为为为V VFSFS，转转转转换换换换器器器器的的的的位位位位数数数数为为为为n n，则则则则分分分分辨辨辨辨率率率率为为为为2 2-n-n V VFSFS 。由由由由于于于于分分分分辨辨辨辨率率率率与与与与转转转转换换换换器器器器的的的的位位位位数数数数n n直直直直接接接接有有有有关关关关，所所所所以以以以常常常常用用用用位位位位数数数数来表示分辨率。来表示分辨率。来表示分辨率。来表示分辨率。若输入电压满刻度值为若输

10、入电压满刻度值为若输入电压满刻度值为若输入电压满刻度值为V VFSFS=10V=10V，则，则，则，则1010位位位位ADCADC的分辨率为的分辨率为的分辨率为的分辨率为2 2-10-1010V0.01V 10V0.01V。精精精精度度度度。绝绝绝绝对对对对精精精精度度度度是是是是指指指指在在在在输输输输出出出出端端端端产产产产生生生生给给给给定定定定的的的的数数数数字字字字代代代代码码码码，实实实实际际际际需需需需要要要要的的的的模模模模拟拟拟拟输输输输入入入入值值值值与与与与理理理理论论论论上上上上要要要要求求求求的的的的模模模模拟拟拟拟输输输输入入入入值值值值之之之之差差差差。相相相相对

11、对对对精精精精度度度度（又又又又称称称称线线线线性性性性度度度度）是是是是指指指指满满满满刻刻刻刻度度度度值值值值校校校校准准准准后后后后，任任任任意数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。意数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。意数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。意数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差。转转转转换换换换时时时时间间间间。指指指指ADCADC完完完完成成成成一一一一次次次次转转转转换换换换所所所所需需需需的的的的时时时时间间间间，即即即即从从从从启启启启动动动动转转转转换换

12、换换信信信信号号号号开开开开始始始始到到到到转转转转换换换换结结结结束束束束并并并并得得得得到到到到稳稳稳稳定定定定的的的的数数数数字字字字量量量量输输输输出出出出所所所所需需需需要要要要的的的的时时时时间间间间，通通通通常常常常为为为为ss级级级级。一一一一般般般般来来来来说说说说，转转转转换换换换时时时时间间间间大大大大于于于于1ms1ms的为低速，的为低速，的为低速，的为低速，1ms1ms1s1s的为中速，的为中速，的为中速，的为中速，1s1s1ns1ns的为高速，小于的为高速，小于的为高速，小于的为高速，小于1ns1ns的为超高速。的为超高速。的为超高速。的为超高速。量量量量程程程程。

13、指指指指所所所所能能能能转转转转换换换换的的的的输输输输入入入入电电电电压压压压范范范范围围围围。常常常常用用用用的的的的有有有有0 05V5V、0 010V10V、5V5V5V5V、10V10V10V10V 等。等。等。等。q 数数数数/模转换器（模转换器（模转换器（模转换器（DACDAC）的技术指标）的技术指标）的技术指标）的技术指标 分分分分辨辨辨辨率率率率。指指指指LSBLSB所所所所对对对对应应应应的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量的的的的大大大大小小小小，用用用用于于于于确确确确定定定定能能能能由由由由DACDAC产产产产生生生生的的的的最最最最小小小小模模模模拟拟拟拟量量量量的的的

14、的大大大大小小小小，通通通通常常常常用用用用DACDAC的的的的位位位位数数数数表表表表示示示示。例例例例如如如如，分分分分辨辨辨辨率率率率为为为为8 8位位位位的的的的DACDAC具具具具有有有有满满满满量量量量程程程程电电电电压压压压的的的的1/2561/256（即（即（即（即1/21/28 8）的分辨率。）的分辨率。）的分辨率。）的分辨率。精精精精度度度度。绝绝绝绝对对对对精精精精度度度度是是是是指指指指在在在在数数数数字字字字输输输输入入入入端端端端加加加加上上上上给给给给定定定定的的的的代代代代码码码码时时时时，在在在在输输输输出出出出端端端端实实实实际际际际测测测测得得得得的的的的

15、模模模模拟拟拟拟输输输输出出出出值值值值（电电电电流流流流或或或或电电电电压压压压）同同同同理理理理论论论论输输输输出出出出值值值值之之之之差差差差。相相相相对对对对精精精精度度度度是是是是指指指指在在在在满满满满量量量量程程程程值值值值校校校校准准准准后后后后，各各各各种种种种数数数数字字字字输输输输入入入入的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量输输输输出出出出与与与与理理理理论论论论值值值值之之之之差差差差，可可可可把把把把各各各各种种种种输输输输入入入入的的的的误误误误差差差差画画画画成成成成曲曲曲曲线线线线。对对对对线线线线性性性性DACDAC而言，相对精度就是非线性度。而言，相对精度就是非

16、线性度。而言，相对精度就是非线性度。而言，相对精度就是非线性度。精精精精度度度度特特特特征征征征通通通通常常常常是是是是以以以以满满满满量量量量程程程程电电电电压压压压V VFSFS的的的的百百百百分分分分数数数数或或或或以以以以最最最最低低低低有有有有效效效效位位位位（LSBLSB）的的的的分分分分数数数数形形形形式式式式给给给给出出出出，也也也也可可可可用用用用DACDAC的的的的位数位数位数位数表示。例如：表示。例如：表示。例如：表示。例如：精度精度精度精度0.1%0.1%是指：最大是指：最大是指：最大是指：最大误误误误差差差差V VFSFS的的的的0.1%0.1%，若，若，若，若满满满

17、满量程量程量程量程为为为为5V5V时时时时，最大，最大，最大，最大误误误误差差差差为为为为V VE E=5mV=5mV。n n位位位位DACDAC的精度的精度的精度的精度为为为为(1/2)LSB(1/2)LSB是指：最大可能是指：最大可能是指：最大可能是指：最大可能误误误误差差差差为为为为(1/2)(1/2(1/2)(1/2n n)V VFSFS=(1/2=(1/2n n+1+1)V VFSFS。精度精度精度精度为为为为n n位位位位是指：最大可能是指：最大可能是指：最大可能是指：最大可能误误误误差差差差为为为为(1/2(1/2n n)V VFSFS。建建建建立立立立时时时时间间间间。是是是是

18、指指指指在在在在数数数数字字字字输输输输入入入入端端端端输输输输入入入入满满满满量量量量程程程程代代代代码码码码后后后后，DACDAC的的的的模模模模拟拟拟拟输输输输出出出出稳稳稳稳定定定定到到到到“最最最最终终终终值值值值1/2LSB”1/2LSB”时时时时所所所所需需需需的的的的时时时时间间间间。当当当当输输输输出出出出的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量为为为为电电电电流流流流时时时时，建建建建立立立立时时时时间间间间很很很很短短短短；当当当当输输输输出出出出的的的的模模模模拟拟拟拟量量量量为为为为电电电电压压压压时时时时，建建建建立立立立时时时时间间间间取取取取决决决决于于于于运运运运算算

19、算算放放放放大大大大器器器器输输输输出出出出所所所所需需需需的的的的时时时时间间间间，如如如如下下下下图图图图中中中中的的的的t ts s即即即即为为为为建立建立建立建立时间时间时间时间。数模转换器数模转换器DAC0832qq DAC0832DAC0832的内部结构的内部结构的内部结构的内部结构采采采采用用用用了了了了二二二二次次次次缓缓缓缓冲冲冲冲输输输输入入入入数数数数据据据据方方方方式式式式（输输输输入入入入寄寄寄寄存存存存器器器器及及及及DACDAC寄寄寄寄存存存存器器器器），可可可可以以以以在在在在输输输输出的同时，采集下一个数字量，从而提高转换速度出的同时，采集下一个数字量，从而提

20、高转换速度出的同时，采集下一个数字量，从而提高转换速度出的同时，采集下一个数字量，从而提高转换速度。一片一片一片一片DAC0832DAC0832只能转换一路输入数字量，多路转换需要多片只能转换一路输入数字量，多路转换需要多片只能转换一路输入数字量，多路转换需要多片只能转换一路输入数字量，多路转换需要多片DAC0832DAC0832。ILE：输入锁存允许：输入锁存允许CS：片选：片选 WR1：写写信信号号1，与与ILE和和CS一一起起控控制制，将将数数字字数数据据输输入入并锁存于输入寄存器中并锁存于输入寄存器中 WR2：写写信信号号2，与与XFER一一起起控控制制，将将输输入入寄寄存存器器中中的

21、的数据传送到数据传送到DAC寄存器中寄存器中 XFER：传传送送控控制制信信号号，在在控控制制多多个个DAC0832同同时时输输出出时时特别有用特别有用 D7D0：8位数字位数字输输入入 IOUT1：DAC电电流流输输出出1，逻辑电逻辑电平平为为1的各位的各位输输出出电电流之和流之和 IOUT2：DAC电电流流输输出出2，逻辑电逻辑电平平为为0的各位的各位输输出出电电流之和流之和 Rfb：反：反馈电馈电阻，制作在芯片内，作运算放大器的反阻，制作在芯片内，作运算放大器的反馈电馈电阻阻 VREF：基准：基准电压输电压输入入 VCC：逻辑电逻辑电源，源，+5+15V，最佳用，最佳用+15V AGND

22、：模：模拟拟地，芯片模地，芯片模拟拟信号接地点信号接地点 DGND：数字地，芯片数字信号接地点：数字地，芯片数字信号接地点 LE：寄存器：寄存器锁锁存存 命令命令qq DACDAC的输出电路的输出电路的输出电路的输出电路v vOUTOUT=iRiR v vOUTOUT=iRiR(1+(1+R R2 2/R R1 1)电流输出转换为电压输出电流输出转换为电压输出电流输出转换为电压输出电流输出转换为电压输出 反相电压反相电压同相电压同相电压 单极性与双极性输出电路单极性与双极性输出电路单极性与双极性输出电路单极性与双极性输出电路R4=R3=2R2 vOUT=2v1+VREF v1单极性单极性双极性

23、双极性0832双极性双极性qqDACDAC与与与与CPUCPU的接口的接口的接口的接口uu只有数据线、片选和写入控制信号与只有数据线、片选和写入控制信号与只有数据线、片选和写入控制信号与只有数据线、片选和写入控制信号与CPUCPU有关，接口较简单有关，接口较简单有关，接口较简单有关，接口较简单 uu无需应答，直接把数据输出给无需应答，直接把数据输出给无需应答，直接把数据输出给无需应答，直接把数据输出给DACDACuu若若若若DACDAC芯片内带有锁存器，芯片内带有锁存器，芯片内带有锁存器，芯片内带有锁存器，CPUCPU就可把就可把就可把就可把DACDAC芯片当作一个并行输出端口芯片当作一个并行

24、输出端口芯片当作一个并行输出端口芯片当作一个并行输出端口 uu若若若若DACDAC芯芯芯芯片片片片内内内内无无无无锁锁锁锁存存存存器器器器，CPUCPU就就就就把把把把DACDAC芯芯芯芯片片片片当当当当作作作作一一一一个个个个并并并并行行行行输输输输出出出出的的的的外外外外设设设设，在在在在CPUCPU和和和和DACDAC之间还需要增加并行输出的接口（如之间还需要增加并行输出的接口（如之间还需要增加并行输出的接口（如之间还需要增加并行输出的接口（如8255A8255A）MOV ALMOV AL，0F0FH HOUT 80HOUT 80H，ALAL模数转换器模数转换器ADC0809qq ADC

25、0809ADC0809的内部结构的内部结构的内部结构的内部结构基本基本D/A转换器转换器启动转换启动转换转换结束转换结束地址锁存地址锁存输出允许输出允许qqADCADC的输入电路的输入电路的输入电路的输入电路 输入输入输入输入ADC0809ADC0809的模拟信号要求是单极性的（的模拟信号要求是单极性的（的模拟信号要求是单极性的（的模拟信号要求是单极性的（0 0+5V+5V），而工程实际情况的模拟输），而工程实际情况的模拟输），而工程实际情况的模拟输），而工程实际情况的模拟输入信号有时是双极性的（入信号有时是双极性的（入信号有时是双极性的（入信号有时是双极性的（-5V-5V+5V+5V），此时

26、可：），此时可：），此时可：），此时可：简易接法简易接法通用接法通用接法qqADCADC与与与与CPUCPU的接口的接口的接口的接口 直接连接直接连接直接连接直接连接81H 设设ADC0809的的转转换换时时间间为为100s。则则从从输输入入通通道道IN7读读入入一一个个模模拟拟量量经经ADC0809转转换换后后进进入入CPU的程序的程序为为：MOVMOVALAL，07H07H;送送送送输输输输入通道号入通道号入通道号入通道号7 7OUTOUT81H81H，ALAL;并并并并发发发发出启出启出启出启动动动动信号信号信号信号CALLCALLDELAY100DELAY100;等待等待等待等待转换结

27、转换结转换结转换结束，延束，延束，延束，延时时时时100s100sININALAL，81H81H;转换结转换结转换结转换结束，束，束，束，读读读读入数据入数据入数据入数据通过并行接口芯片同通过并行接口芯片同通过并行接口芯片同通过并行接口芯片同CPUCPU连接连接连接连接80H83H 84H87H 从从输输入入通通道道IN0读读入入一一个个模模拟拟量量经经ADC0809转换转换后送入后送入CPU的程序的程序为为：MOVMOVAL,88HAL,88H;8255A;8255A初始化，方式初始化，方式初始化，方式初始化，方式0 0OUTOUT83H,AL83H,AL;PB;PB口口口口输输输输出，出，

28、出，出，PCPC口高口高口高口高4 4位位位位输输输输入入入入MOVMOVAL,00HAL,00H;取通道取通道取通道取通道0 0，且，且，且，且产产产产生生生生PBPB4 4为为为为正脉冲正脉冲正脉冲正脉冲 信号信号信号信号OUTOUT81H,AL81H,AL;启启启启动动动动ADC0809ADC0809ADDADDAL,10HAL,10HOUTOUT81H,AL81H,ALSUBSUBAL,10HAL,10HOUTOUT81H,AL81H,ALLOP:LOP:ININAL,82HAL,82H;检查检查检查检查EOCEOCTESTTESTAL,80HAL,80HJZJZLOPLOP;EOC=

29、0;EOC=0，继续查询继续查询继续查询继续查询ININAL,84HAL,84H;EOC=1;EOC=1，使，使，使，使ADC0809ADC0809的的的的OEOE有效，允有效，允有效，允有效，允许输许输许输许输出，出，出，出，读读读读入数字量入数字量入数字量入数字量【例例】有有一一A/D转转换换电电路路如如图图所所示示。图图中中ADC0809通通过过8255A同同8086CPU连连接接，要要求求从从模模拟拟通通道道IN0开开始始转转换换，连连续续采采样样24个个数数据据，然然后后采采样样下下一一通通道道，同同样样采采样样24个个数数据据，直直至至IN7。采采样样后后的的数据存放在数据段中数据

30、存放在数据段中2000H开始的数据区中。开始的数据区中。试编试编写程序写程序实现实现上述功能。上述功能。第一步：确定第一步：确定8255A的口地址的口地址A8A7A6A5A4A3A2A1A0=1 1100 00B，即即1C0H1C3H 第二步：确定第二步：确定ADC0809的启动方式的启动方式INAL，Y2/Y3；1C8H1CBH（IN0IN3）/1CCH1CFH（IN4IN7）第三步：确定第三步：确定ADC0809的转换结束方式的转换结束方式INAL，8255PB；1C1HTESTAL，01H；PB0第四步：确定读取第四步：确定读取ADC0809转换后的数据方式转换后的数据方式INAL，82

31、55PA；1C0H第五步：编写程序第五步：编写程序DATADATASEGMENT SEGMENT ORGORG2000H2000HAREAAREADBDB192 DUP(?)192 DUP(?);248;248192192DATADATAENDSENDSCODECODESEGMENTSEGMENTASSUMEASSUMEDS:DATA,CS:CODEDS:DATA,CS:CODESTART:START:MOVMOVAX,DATAAX,DATA;数据段寄存器数据段寄存器数据段寄存器数据段寄存器赋值赋值赋值赋值MOVMOVDS,AXDS,AXMOVMOVAL,92HAL,92H;8255A;825

32、5A方式字，方式字，方式字，方式字，0 0方式，方式，方式，方式，PAPA、PBPB输输输输入入入入MOVMOVDX,1C3HDX,1C3HOUTOUTDX,ALDX,ALMOVMOVSI,2000HSI,2000H;指指指指针针针针地址指向存放数据的地址指向存放数据的地址指向存放数据的地址指向存放数据的缓缓缓缓冲区首址冲区首址冲区首址冲区首址MOVMOVBL,8BL,8;大循大循大循大循环计环计环计环计数，通道个数数，通道个数数，通道个数数，通道个数MOVMOVDX,1C8HDX,1C8H;IN0;IN0开始开始开始开始转换转换转换转换LOP1:LOP1:MOVMOVCX,24CX,24;每

33、个通道采每个通道采每个通道采每个通道采样样样样2424次次次次LOP2:LOP2:ININAL,DXAL,DX;启启启启动转换动转换动转换动转换PUSHPUSHDXDX;保存通道地址保存通道地址保存通道地址保存通道地址MOVMOVDX,1C1HDX,1C1HLOP3:LOP3:ININAL,DXAL,DX;检测检测检测检测EOCEOCTESTTESTAL,01HAL,01HJZJZLOP3LOP3MOVMOVDX,1C0HDX,1C0HININAL,DXAL,DX;读读读读入入入入转换转换转换转换后的数字量后的数字量后的数字量后的数字量MOVMOVSI,ALSI,AL;存入存入存入存入缓缓缓缓

34、冲区冲区冲区冲区INCINCSISI;修改修改修改修改缓缓缓缓冲区指冲区指冲区指冲区指针针针针POPPOPDXDX;恢复通道地址恢复通道地址恢复通道地址恢复通道地址LOOPLOOPLOP2LOP2;采采采采样样样样2424次次次次INCINCDXDX;下一通道口地址下一通道口地址下一通道口地址下一通道口地址DECDECBLBL;下一通道下一通道下一通道下一通道JNZJNZLOP1LOP1;8;8个通道个通道个通道个通道转换转换转换转换完了完了完了完了吗吗吗吗？MOVMOVAH,4CHAH,4CHINTINT21H21HCODECODEENDSENDSENDENDSTARTSTART课后作业课后作业8.此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！此课件下载可自行编辑修改，仅供参考！感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢感谢您的支持，我们努力做得更好！谢谢