第第1010章章 模模/ /数和数数和数/ /模转换模转换 通过本章的学习，使学生通过本章的学习，使学生掌握掌握模模/ /数和数和数数/ /模转换通道的基本组成、模模转换通道的基本组成、模/ /数与数数与数/ /模转换器的主要技术指标，模转换器的主要技术指标，掌握掌握A/DA/D转换转换芯芯AD574AD574及及D/AD/A转换芯片转换芯片DAC0832DAC0832分别与分别与ISAISA总线的连接及应用编程总线的连接及应用编程 了解了解常用模常用模/ /数转换芯片和常用数数转换芯片和常用数/ /模模转换芯片转换芯片教学目的和教学要求教学目的和教学要求重点与难点重点与难点重点重点n模模/数转换接口技术数转换接口技术n数数/模转换接口技术模转换接口技术难点难点nA/D转换芯转换芯AD574与与ISA总线连接的原理总线连接的原理nD/A转换芯片转换芯片DAC0832与与ISA总线连接的总线连接的原理原理10.1 10.1 概述概述 n模拟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含有含有A/DA/D与与D/AD/A转换的监控系统转换的监控系统 10.2 10.2 模模/ /数与数数与数/ /模转换通道的组成模转换通道的组成 10.2.1 10.2.1 模模/ /数转换通道的组成数转换通道的组成一般模一般模/ /数转换通道由传感器、信号处数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及理、多路转换开关、采样保持器以及A/DA/D转换器组成转换器组成 传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比的变化成正比 一、传感器（一、传感器（TransducerTransducer）由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作在一起，输出统一标准的大电路制作在一起，输出统一标准的0 01010mAmA或或4 42020mAmA电流，或电流，或0 05 5V V电压，以便传输或直接送电压，以便传输或直接送A/DA/D转换器进行转换器进行A/DA/D转换，其中，转换，其中，4 42020mAmA标准电标准电流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、压力变送器等一般输出压力变送器等一般输出4 42020mAmA标准电流，内部标准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此，传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此，电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中 二、信号放大处理二、信号放大处理信号放大处理电路信号放大处理电路，接在，接在A/DA/D转换器与传感器之间，转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题用于解决以下存在问题 nA/DA/D转换器与传感器二者电压不匹配转换器与传感器二者电压不匹配n如果是电流型输出传感器，要进行如果是电流型输出传感器，要进行变换变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号n传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，通常采用的干扰，通常采用RCRC低通滤波器，滤除叠加在传感低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特性更好技术，使得滤波特性更好三、多路转换开关（三、多路转换开关（MultiplexerMultiplexer）n一个数据采集系统（一个数据采集系统（A/DA/D转换）往往要采集多转换）往往要采集多路模拟信号路模拟信号 n通常只用一片通常只用一片A/DA/D转换芯片，轮流选择输入信转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制系统的监测与控制 n许多许多A/DA/D转换芯片内部具备多路转换开关，一转换芯片内部具备多路转换开关，一片片A/DA/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果号，如果A/DA/D转换芯片不具有多路转换功能，转换芯片不具有多路转换功能，则在则在A/DA/D转换之前外加模拟多路转换开关转换之前外加模拟多路转换开关 常用的模拟多路开关介绍常用的模拟多路开关介绍 1 1CD4051BCD4051B的基本结构的基本结构CD4051BCD4051B采用了采用了CMOSCMOS工艺，工艺，1616脚脚DIPDIP封装封装八选一八选一模拟多路开关模拟多路开关 当使能端当使能端INHINH为为0 0状态时，状态时，CD4051BCD4051B才能才能选择导通，由选择输入端选择导通，由选择输入端A2A1A0A2A1A0三位二进三位二进制编码来控制（制编码来控制（CH0CH0CH7CH7）八个输入通道）八个输入通道的通断。该芯片能实现双向传输，即可以的通断。该芯片能实现双向传输，即可以实现多传一或一传多两个方向的传送实现多传一或一传多两个方向的传送2 2CD4051BCD4051B与不同电平接口时的电源供电与不同电平接口时的电源供电CD4051BCD4051B常用的两种电源供电方式常用的两种电源供电方式如图如图10-310-3所示所示 l与与TTLTTL或或NMOSNMOS逻辑器件接口，逻辑器件接口，如图如图10-3(a)10-3(a)所示，所示，VDD=5VVDD=5V，VSS=0VVSS=0V，VSSVSS作为数字信号的地，作为数字信号的地，与与TTLTTL及及NMOSNMOS电源相容。由于电源相容。由于VEEVEE接接-5V-5V，所以开关可以接通，所以开关可以接通-5V-5V+5V+5V之间的模拟信号之间的模拟信号 l与与CMOSCMOS逻辑器件接口，如图逻辑器件接口，如图10-3(b)10-3(b)所示，所示，VDD=7.5VVDD=7.5V，VSS=0VVSS=0V，可作为，可作为CMOSCMOS逻辑器件的供电电逻辑器件的供电电源。而源。而VEE=-7.5VVEE=-7.5V，所以开关可以，所以开关可以接通接通-7.5V-7.5V+7.5V+7.5V之间的模拟信之间的模拟信号号 3 3通道的扩展通道的扩展 并接两片并接两片CD4051BCD4051B，就可以扩展成为十六选一的模拟多，就可以扩展成为十六选一的模拟多路开关，如图路开关，如图10-410-4所示所示 注意：两片连续扩展成十六选一模拟开关，同样可以实现注意：两片连续扩展成十六选一模拟开关，同样可以实现多传一或一传多的双向传输，类似的模拟多路开关，例如多传一或一传多的双向传输，类似的模拟多路开关，例如CD4067BCD4067B为十六选一模拟多路开关，也可以扩展成为三十二选为十六选一模拟多路开关，也可以扩展成为三十二选一的模拟多路开关一的模拟多路开关 四、采样保持器（四、采样保持器（Sample HolderSample Holder）n在在A/DA/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路号不变的电路称为采样保持电路nA/DA/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间时间n不同不同A/DA/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差将会引起转换误差n慢速变化的模拟信号，在慢速变化的模拟信号，在A/DA/D转换系统中，完全转换系统中，完全可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响A/DA/D转换的精度转换的精度1 1采样采样/ /保持器的基本原理保持器的基本原理 采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样采样”或或“保持保持”两种工作状态的电路两种工作状态的电路,采样采样/ /保持示保持示意图如图意图如图10-510-5所示，在采样状态下，电路的输出所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保持状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图直到进入下一次采样状态为止。从图10-510-5中可以中可以看出，经过对看出，经过对V Vi i的采样，的采样，V V0 0的小平台电压值保持到的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的下一次的采样开始，该稳定的“小平台小平台”电压供电压供A/DA/D转换器进行转换器进行A/DA/D转换转换 采样采样/ /保持示意图保持示意图2 2常用的集成采样常用的集成采样/ /保持器保持器 按照集成型采样按照集成型采样/ /保持器的性能可分为如下几类：保持器的性能可分为如下几类：通用采样通用采样/ /保持器芯片保持器芯片：例如：例如AD582AD582、AD583AD583、LF198LF198、LF298LF298以及以及LF398LF398等等 高速采样高速采样/ /保持器芯片保持器芯片：例如：例如HTS-0025HTS-0025、THS-0060THS-0060、THC-1500THC-1500以及以及ADSHM-5ADSHM-5等等 高分辨率采样高分辨率采样/ /保持器芯片保持器芯片：例如：例如SHA1144SHA1144、AD389AD389以以及及SHA6SHA6等等 超高速采样超高速采样/ /保持器芯片保持器芯片：例如：例如THS-0010THS-0010（压摆率（压摆率300V/s300V/s）及）及HTC-0300HTC-0300（压摆率（压摆率250V/s250V/s）等）等 AD582AD582采样采样/ /保持器和保持器和LF398LF398采样采样/ /保持器保持器 五、五、A/DA/D转换器（转换器（Analog to DigitAnalog to Digit） A/D A/D转换器是模转换器是模/ /数转换通道的核心环节，数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二进制数或（二进制数或BCDBCD码等），以便由计算机读码等），以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号控制信号 10.2.2 10.2.2 数数/ /模转换通道的组成模转换通道的组成n必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电流或电压，这个任务主要由数流或电压，这个任务主要由数/ /模转换器来完模转换器来完成成 n数数/ /模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能将计算机输入给它的数字量锁存下来将计算机输入给它的数字量锁存下来 n需要有一级功率放大电路，将需要有一级功率放大电路，将D/AD/A输出的电流输出的电流或电压放大到足以驱动执行机构或电压放大到足以驱动执行机构 10.3 10.3 模模/ /数与数数与数/ /模转换器的主要技术指标模转换器的主要技术指标10.3.1 10.3.1 模模/ /数转换器的主要技术指标数转换器的主要技术指标分辨率（分辨率（ResolutionResolution）精度（精度（precisionprecision） 量程（满刻度范围量程（满刻度范围Full Scale RangeFull Scale Range） 转换时间（转换时间（Conversion TimeConversion Time） 线性度误差（线性度误差（Linearity ErrorLinearity Error） 一、分辨率（一、分辨率（ResolutionResolution） 分辨率是指转换器所能分辨的被测量分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最小值。通常用输出二进制代码的位的最小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。例如称八位数来表示。例如称八位A/DA/D转换器的分辨转换器的分辨率称为率称为8 8位，它把模拟电压的变化范围分位，它把模拟电压的变化范围分成成28-128-1级（级（255255级）。级）。位数越多，分辨率位数越多，分辨率越高越高二、精度（二、精度（precisionprecision） 精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精度有两种表示方法精度有两种表示方法（1 1）绝对精度：）绝对精度：用最低位（用最低位（LSBLSB）的倍数来表）的倍数来表示，如示，如（1/21/2）LSBLSB或或1LSB1LSB等等（2 2）相对精度：）相对精度：用绝对精度除以满量程值的用绝对精度除以满量程值的百分数来表示，例如百分数来表示，例如0.05%0.05%等等 注意：分辨率与精度是两个不同的概念注意：分辨率与精度是两个不同的概念三、量程（满刻度范围三、量程（满刻度范围Full Scale RangeFull Scale Range） 量程是指允许输入模拟电压的变化范围。例如，量程是指允许输入模拟电压的变化范围。例如，某转换器具有某转换器具有0 010V10V的单极性输入模拟电压的范围，的单极性输入模拟电压的范围，或或-5V-5V+5V+5V的双极性范围，那么，它们的量程都为的双极性范围，那么，它们的量程都为10V10V 应当指出，实际上应当指出，实际上A/DA/D、D/AD/A转换器的最大输出转换器的最大输出值总是比满刻度值小值总是比满刻度值小1/2n1/2n，n n为转换器的位数，这为转换器的位数，这是因为模拟量的是因为模拟量的0 0值是值是2n2n个转换状态中的一个，在个转换状态中的一个，在0 0值以上，则有值以上，则有2n-12n-1个梯级个梯级 按按通通常常习惯，转换器器的的模模拟量量范范围总是是用用满刻刻度度表表示示。例例如如1212位位的的A/DA/D转转换换器器，其其满满刻刻度值为度值为1010V V，而实际的最大输出值为而实际的最大输出值为四、转换时间（四、转换时间（Conversion TimeConversion Time） 从启动转换开始直至转换出稳定的二进代码所从启动转换开始直至转换出稳定的二进代码所需的时间称为转换时间。转换时间与转换器工作原需的时间称为转换时间。转换时间与转换器工作原理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间则越长数越多，其转换时间则越长 五、线性度误差（五、线性度误差（Linearity ErrorLinearity Error） 理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输入与数字量输出成线性关系。线性度误差是转换器入与数字量输出成线性关系。线性度误差是转换器实际的模拟数字转换关系与理想直线不同而出现的实际的模拟数字转换关系与理想直线不同而出现的误差，通常用多少误差，通常用多少LSBLSB表示表示 10.3.2 D/A0.3.2 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 D/A D/A转换器与转换器与A/DA/D转换器的主要技术指标基转换器的主要技术指标基本相同，只是转换时间的概念略有不同，本相同，只是转换时间的概念略有不同，D/AD/A转换器的转换时间也称建立时间，是指转换器的转换时间也称建立时间，是指当输入的二进制代码从最小值突然跳变到最当输入的二进制代码从最小值突然跳变到最大值时，其模拟输出电压相应的满度跳跃并大值时，其模拟输出电压相应的满度跳跃并达到稳定值所需的时间。一般而言，达到稳定值所需的时间。一般而言，D/AD/A比比A/DA/D的转换时间要短得多的转换时间要短得多10.4 10.4 模模/ /数转换接口技术数转换接口技术 10.4.1 10.4.1 常用模常用模/ /数转换芯片数转换芯片 ADCADC（Analog-Digital ConverterAnalog-Digital Converter）的功能是）的功能是将输入模拟电压量转换为与其成比例的数字量，将输入模拟电压量转换为与其成比例的数字量，它是智能化测量与控制系统中的一种重要组成器它是智能化测量与控制系统中的一种重要组成器件。按其工作原理，可分为件。按其工作原理，可分为比较式比较式ADCADC、积分式积分式ADCADC以及以及电荷平衡电荷平衡（电压（电压- -频率转换）式频率转换）式ADCADC等等 在实用中，应根据具体情况选用合适的在实用中，应根据具体情况选用合适的ADCADC芯芯片片 不同的芯片具有不同的连接方式，其中最主不同的芯片具有不同的连接方式，其中最主要的是输入、输出以及控制信号的连接方式。要的是输入、输出以及控制信号的连接方式。从输入端来看，有单端输入的，也有差动输入从输入端来看，有单端输入的，也有差动输入的。差动输入有利于克服共模干扰。的。差动输入有利于克服共模干扰。输入信号输入信号的极性有的极性有单极性单极性和和双极性双极性输入，这由极性控制输入，这由极性控制端的接法决定端的接法决定从从输出方式输出方式来看，主要有两种：来看，主要有两种： （1 1）在）在ADCADC芯片内部，数据输出寄存器具有可芯片内部，数据输出寄存器具有可控的输出三态门，这类芯片输出线允许和计算机控的输出三态门，这类芯片输出线允许和计算机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后可以系统的数据总线直接相连，并在转换结束后可以利用输入输出读信号选通三态门，将转换成的数利用输入输出读信号选通三态门，将转换成的数据送到计算机系统的数据总线上据送到计算机系统的数据总线上 （2 2）在）在ADCADC芯片内部没有可控的输出三态门，芯片内部没有可控的输出三态门，输出寄存器直接与芯片数据输出引脚相连，这种输出寄存器直接与芯片数据输出引脚相连，这种芯片的数据输出引脚必须通过外加的三态门才能芯片的数据输出引脚必须通过外加的三态门才能连到计算机系统的数据总线连到计算机系统的数据总线ADCADC芯芯片片的的启启动动转转换换信信号号有有电电平平和和脉脉冲冲两两种种形形式式。设设计计时时应应分分别别对对待待，对对要要求求用用电电平平启启动动转转换换的的芯芯片片，如如果果在在转转换换过过程程中中撤撤去去电电平平信信号号，则则将将停停止止转转换换而而得得到错误的结果到错误的结果在在ADCADC转转换换完完成成后后，会会发发出出转转换换结结束束信信号号，以以示示主主机机可可以以从从模模/ /数数转转换换器器读读取取转转换换后后的的数数据据。结结束束信信号号可可以以用用来来向向CPUCPU发发出出中中断断申申请请，CPUCPU响响应应中中断断后后，在在中中断断服服务务子子程程序序中中读读取取数数据据。也也可可用用查查询询转转换换是是否否结结束束的的方方法法来来读读取取数数据据，通通过过延延时时等等待待的的方方法法来来读读取取数数据据也也是是一一种种常常用用的的简简便便方方法法，这这是是在在采采集集速速度度要要求求并并不不高高的的情情况况下下，启启动动ADCADC转转换换后后，延延时时等等待待时时间间大大于于ADCADC的的转转换换时时间间后后便便可可以以读取转换数据读取转换数据 10.4.2 A/D转换芯片转换芯片AD574一、一、AD574AD574的引脚功能的引脚功能AD574AD574是一种逐次逼近型是一种逐次逼近型1212位位A/DA/D转换芯片，转换芯片，也可以用作也可以用作8 8位位A/DA/D转换，转换时间为转换，转换时间为151535s35s，若转换成，若转换成1212位二进制数，可以一次读出，也位二进制数，可以一次读出，也可分成两次读出，即先读出高可分成两次读出，即先读出高8 8位后读出低位后读出低4 4位。位。AD574AD574内部能自动提供基准电压，并具有三态输内部能自动提供基准电压，并具有三态输出缓冲器，使用十分方便出缓冲器，使用十分方便图图10-8 AD574的引脚图的引脚图 （ 1 1） REFOUTREFOUT： 内内 部部 基基 准准 电电 压压 输输 出出 端端（+10+10V V） （2 2）REFINREFIN：基基准准电电压压输输入入端端，该该信信号号输输入入端与端与REFOUTREFOUT配合，用于满刻度校准配合，用于满刻度校准 （3 3）BIPBIP：偏置电压输入，用于调零偏置电压输入，用于调零 （4 4）DBDB1111DBDB0 0：1212位二进制数的输出端位二进制数的输出端 （5 5）STSSTS：“忙忙”信号输出端，高电平有效。信号输出端，高电平有效。当其有效时，表示正在进行当其有效时，表示正在进行A/DA/D转换转换 各引脚定义如下各引脚定义如下（6 6）12/8*12/8*：用用于于控控制制输输出出字字长长的的选选择择输输入入端端。当当其其为为高高电电平平时时，允允许许A/DA/D转转换换并并行行输输出出1212位位二二进进制制数数；当当其其为为低电平时，低电平时，A/DA/D转换输出为转换输出为8 8位二进制数位二进制数 （7 7）R/C*R/C*：数数据据读读出出/ /启启动动A/DA/D转转换换。当当该该输输入入脚脚为为高高电电平平时时，允允许许读读A/DA/D转转换换器器输输出出的的转转换换结结果果；当当该该输输入入脚为低电平时，启动脚为低电平时，启动A/DA/D转换转换 （8 8）A A0 0：字节地址控制输入端。当启动字节地址控制输入端。当启动A/DA/D转换时，转换时，若若A A0 0=1=1，仅作仅作8 8位位A/DA/D转换；若转换；若A A0 0=0=0，则作则作1212位位A/DA/D转换。转换。当作当作1212位位A/DA/D转换并按转换并按8 8位输出时，在读入位输出时，在读入A/DA/D转换值时，转换值时，若若A A0 0=0=0，可读高可读高8 8位位A/DA/D转换值，若转换值，若A A0 0=1=1，则读入低则读入低4 4位位A/DA/D转换值转换值 （9 9）CECE：工作允许输入端，高电平有效工作允许输入端，高电平有效 （1010）CS*CS*：片选输入信号，低电平有效片选输入信号，低电平有效 （1111）1010V VININ：模模拟拟信信号号输输入入端端，允允许许输输入入电电压压范范围围55V V或或0 01010V V （1212） 20V20VININ：模模拟拟量量信信号号输输入入端端，允允许许输输入入电电压压范范围围1010V V或或0 02020V V （1313）+15V+15V，-15V-15V：+15V+15V，-15V-15V电源输入端电源输入端 （1414）AGNDAGND：模拟地模拟地（1515）DGNDDGND：数字地数字地 AD574控制信号的功能表控制信号的功能表从图从图10-810-8可以看出，它有两个模拟输入电可以看出，它有两个模拟输入电压引脚压引脚10VIN10VIN和和20VIN20VIN，即分别有，即分别有10V10V和和20V20V的的动态范围，而且可以是单极性电压或双极性动态范围，而且可以是单极性电压或双极性电压，通过改变电压，通过改变AD574AD574其它引脚的接法来实现其它引脚的接法来实现图图10-910-9表示了常用的两种接法表示了常用的两种接法二、二、AD574AD574模拟输出电路的极性选择模拟输出电路的极性选择如果启动作为如果启动作为1212位位A/DA/D转换，转换后的二进转换，转换后的二进制数与模拟输入电压对应关系有下列制数与模拟输入电压对应关系有下列4 4种：种： 000HFFFH对应对应-5V+5V 000HFFFH对应对应0V+10V 000HFFFH对应对应-10V+10V 000HFFFH对应对应0V+20V AD574AD574单极性与双极性输入时的连接方法单极性与双极性输入时的连接方法 10.4.3 AD574与与ISA总线的连接总线的连接一、一、AD574AD574与与ISAISA总线的前总线的前6262根信号线连接成根信号线连接成1212位位A/DA/D转换转换 将将AD574AD574与与ISAISA总线中的前总线中的前6262根信号线接口，可根信号线接口，可以将模以将模/ /数转换成的数转换成的1212位数据分两次读入计算机，位数据分两次读入计算机，优点是可以节省硬件投资。用软件延时方法实现优点是可以节省硬件投资。用软件延时方法实现定时采集的定时采集的A/DA/D转换接口电路更加节省硬件开销转换接口电路更加节省硬件开销 使用场合：使用场合：数据采集系统的速度要求不高，主要数据采集系统的速度要求不高，主要追求数据采集的精度追求数据采集的精度 AD574AD574单极性与双极性输入时的连接方法单极性与双极性输入时的连接方法 采集程序如下：采集程序如下： MOV DXMOV DX， ；为偶地址；为偶地址 OUT DXOUT DX，ALAL； 假输出，启动作假输出，启动作1212位位A/DA/D转换转换 CALL DELAYCALL DELAY； 调用延时调用延时100s100s（35s35s）的子程序）的子程序（忽略）（忽略） MOV DXMOV DX，； 为偶地址为偶地址 IN ALIN AL，DXDX ； 读高读高8 8位位 MOV AHMOV AH，ALAL MOV DX MOV DX，； 为奇地址为奇地址 IN AL IN AL，DXDX ； 从数据总线从数据总线D7D7D4D4位读入低位读入低4 4位位例例【10-110-1】根据图根据图10-1010-10，AD574AD574与与8 8位数据总位数据总线相连接，编写实现线相连接，编写实现1212位位A/DA/D转换的程序段转换的程序段 10.4.3 AD574与与ISA总线的连接总线的连接二、AD574AD574与与ISAISA总线连接成总线连接成1212位位A/DA/D转换转换 如如果果对对数数据据采采集集系系统统的的速速度度要要求求较较高高，在在上上述述采采集集电电路路的的基基础础上上作作两两点点改改变变，一一是是12/8*12/8*接接+5+5V V，A/DA/D转转换换的的1212位位数数据据一一次次读读出出，二二是是采采用用查查询询方方式式或或中中断断方方式式实实现现A/DA/D转转换换，图图10-1110-11采采用用查查询询方方式式，假假设设转转换换结结果果信信号号STSSTS经过三态门从数据总线的经过三态门从数据总线的D D0 0位读入计算机位读入计算机 另外，另外，AD574AD574接成单极性输入，由于接到接成单极性输入，由于接到1010V VININ输入端，输入端，模拟输入电压为模拟输入电压为0 0+10+10V V。Y Y0 0* *为查询端口，为查询端口，Y Y1 1* *为为AD574AD574的片选，同样用地址线的片选，同样用地址线A A0 0配合分别产生相应的奇地址和配合分别产生相应的奇地址和偶地址偶地址 AD574AD574与与ISAISA总线的连接总线的连接 例例【10-210-2】根据图根据图10-1110-11，AD574AD574与与1212位数据总线位数据总线相连接，编写实现相连接，编写实现1212位位A/DA/D转换的程序段转换的程序段 MOVMOVDXDX， ； 为偶地址为偶地址 OUTOUTDXDX，AL AL ；假输出，启动作；假输出，启动作1212位位A/DA/D转换转换ABAB；ININALAL， ； 读入读入STSSTS AND ANDALAL，01H 01H ；假设；假设STSSTS从从D0D0位读入计算机位读入计算机 JNZJNZABAB ；如果；如果STS=1STS=1，未转换完，则循环，未转换完，则循环 MOVMOVDXDX， ININAXAX，DX DX ；从数据总线从数据总线D11D11D0D0一次读入一次读入1212位二位二；进制数；进制数如果需要使用中断方式实现如果需要使用中断方式实现A/DA/D转换，则可利转换，则可利用用ISAISA总线后总线后3636芯插槽上的保留中断，分别是芯插槽上的保留中断，分别是IRQIRQ1010、IRQIRQ1111、IRQIRQ1212以及以及IRQIRQ1515，其中断型号分别其中断型号分别是是7272H H、73H73H、74H74H以及以及7777H H。电路上只需将电路上只需将AD574AD574的的STSSTS取反后接至保留中断的输入端，编写程序取反后接至保留中断的输入端，编写程序时，需要将中断服务子程序的首地址装入所用时，需要将中断服务子程序的首地址装入所用中断类型号对应中断向量表中的双字存储单元中断类型号对应中断向量表中的双字存储单元中中 10.5 数数/模转换接口技术模转换接口技术10.5.1 10.5.1 常用数常用数/ /模转换芯片模转换芯片DACDAC（Digital-Analog ConverterDigital-Analog Converter）的功能的功能是将数字量转换为与其成比例的模拟电压或电是将数字量转换为与其成比例的模拟电压或电流信号，并对生产过程的控制对象进行各种控流信号，并对生产过程的控制对象进行各种控制。本节主要介绍制。本节主要介绍DACDAC芯片的使用方法及其与并芯片的使用方法及其与并行总线的接口技术行总线的接口技术 各种类型的各种类型的DACDAC芯片都具有数字量输入端和模芯片都具有数字量输入端和模拟量输出端及基准电压端拟量输出端及基准电压端 数字输入端有以下几种类型：数字输入端有以下几种类型：无数据锁存器无数据锁存器带单数据锁存器带单数据锁存器带双数据锁存器带双数据锁存器只能接收并行数字输入只能接收并行数字输入只能接收串行数字输入只能接收串行数字输入无数据锁存器无数据锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器带单数据锁存器和带单数据锁存器和带双数据锁存器带双数据锁存器可直接与系可直接与系统总线接口统总线接口 只能接收并行数字输入只能接收并行数字输入与并行总线相连接与并行总线相连接 只能接收串行数字输入只能接收串行数字输入与串行数据线相连接，接与串行数据线相连接，接收数据较慢，但适用于远距离现场控制的场合收数据较慢，但适用于远距离现场控制的场合 与系统总线的接口与系统总线的接口.10.5.2 8位位D/A转换芯片转换芯片0832一、一、8 8位位 D/AD/A转换芯片转换芯片08320832的组成的组成 DAC0832DAC0832为单片为单片8 8位数位数/ /模转换器，可以直接模转换器，可以直接与微机接口。片内有与微机接口。片内有R-2RR-2R结构的结构的T T型电阻网络，型电阻网络，用以对参考电压提供的两条回路分别产生两个用以对参考电压提供的两条回路分别产生两个电流信号电流信号I IOUT1OUT1和和I IOUT2OUT2。DAC0832DAC0832采用采用8 8位输入寄存位输入寄存器和器和8 8位位DACDAC寄存器二次缓冲方式，这样可以在寄存器二次缓冲方式，这样可以在D/AD/A输出的同时，送入下一个待转换的二进制数输出的同时，送入下一个待转换的二进制数据，以便提高转换速度。每个输入数据为据，以便提高转换速度。每个输入数据为8 8位，位，可以直接与可以直接与8 8位微机数据总线相连接，其逻辑电位微机数据总线相连接，其逻辑电平与平与TTLTTL电平相兼容电平相兼容 DAC0832DAC0832的内部结构与引脚图的内部结构与引脚图 （1 1）D D7 7D D0 0，8 8条输入数据线（图中标记为条输入数据线（图中标记为DIDI7 7DIDI0 0）（2 2）CS*CS*，选片信号，低电平有效选片信号，低电平有效（3 3）ILEILE，输入寄存器选通信号，高电平有效输入寄存器选通信号，高电平有效 （4 4）WR1*WR1*，写输入寄存器信号，低电平有效写输入寄存器信号，低电平有效（5 5）WR2*WR2*，写写8 8位位DACDAC寄存器信号，低电平有效寄存器信号，低电平有效（6 6）WFER*WFER*，允许允许8 8位位DACDAC寄存器数据送到寄存器数据送到8 8位位D/AD/A转换器。转换器。（7 7）I IOUT1OUT1，DACDAC输出出电流流1 1，当当8 8位位DACDAC寄寄存存器器为全全1 1时，此此时输出出电流最大，当流最大，当为全全0 0时，输出出电流最小流最小 DAC0832DAC0832的的2020条引脚定义条引脚定义（8 8）I IOUT2OUT2，DACDAC输出电流输出电流2 2，I IOUT2OUT2= =常数常数- -I IOUT1OUT1 （9 9） R Rfbfb，反反馈馈电电阻阻引引出出端端，即即片片内内在在R Rfbfb与与I IOUT1OUT1之之间间制制作了一个反馈电阻作了一个反馈电阻 （1010）V VREFREF，参参考考电电压压输输入入端端。该该端端连连至至片片内内R-2R R-2R T T型型电电阻阻网网络络，由由外外部部提提供供一一个个准准确确的的参参考考电电压压。该该电电压压的的精精度度直直接影响接影响D/AD/A转换的精度转换的精度 （1111）V VCCCC，电源电压，可接电源电压，可接+5+5V V+15V+15V （1212）AGNDAGND，模拟地模拟地 （1313）DGNDDGND，数字地数字地DAC0832转换器输出为电流形式，通常需要通过运算放大器将输出电流转变成电压输出。按电压输出时还可分为单极性和双极性两种形式二、单极性输出电路二、单极性输出电路单单极极性性输输出出电电路路如如图图10-1310-13所所示示。在在图图10-13(10-13(a)a)中中，D/AD/A转转换换器器输输出出接接到到运运算算放放大大器器的的反反相相输输入入端端，所以输出电压为：所以输出电压为： V VOUTOUT=-i=-i（R Rf f+R+Rw w） 在在图图10-13 10-13 ( (b)b)中中，D/AD/A转转换换器器输输出出接接到到运运算算放大器的同相输入端，所以输出电压为：放大器的同相输入端，所以输出电压为：V VOUTOUTiRiR2 21+1+（R Rf f+R+Rw w）/R/R1 1 D/AD/A单极性输出电路单极性输出电路 三、双极性输出电路三、双极性输出电路 双极性输出电路如图双极性输出电路如图10-1410-14所示，一般需要通过两所示，一般需要通过两级运算放大器才能实现级运算放大器才能实现 i i1 1VV1 1/R/R1 1，i i2 2VVREFREF/R/R2 2， i i3 3= =（V Vi1i1-V-VOUTOUT）/R/R3 3-V-VOUTOUT/R/R3 3 因为因为 i i3 3ii1 1+i+i2 2 所以所以 V V1 1/R/R1 1+V+VREFREF/R/R2 2-V-VOUTOUT/R/R3 3 V VOUTOUT=-=-（V V1 1RR3 3/R/R1 1+V+VREFREFRR3 3/R/R2 2） 设：设： R R2 2=R=R3 3=2R=2R1 1，V VREFREF=10V=10V，V V1 1输出输出0 01010V V， 则则 V VOUTOUT输出为输出为-10-10V V+10V+10V（双极性输出）双极性输出） D/AD/A双极性输出电路双极性输出电路 10.5.3 DAC0832与与ISA前前62芯插槽接口芯插槽接口 DAC0832DAC0832与与PCPC机机ISAISA总线前总线前6262芯的连接如图芯的连接如图12-12-1515所示，由于所示，由于DAC0832DAC0832的数据输入线可以直接与的数据输入线可以直接与CPUCPU数据线连接，所以在图数据线连接，所以在图12-1512-15中，中，DAC0832DAC0832没没经缓冲器而直接与数据总线中经缓冲器而直接与数据总线中D D7 7D D0 0相连，图中相连，图中XFER*XFER*和和WR2*WR2*接地，即接地，即DAC0832DAC0832内部第内部第2 2级缓冲器级缓冲器接成直通式，只控制第接成直通式，只控制第1 1级缓冲器的数据输入，级缓冲器的数据输入，当当CS*CS*与与WR1*WR1*同时有效时，同时有效时，DIDI7 7DIDI0 0的数据被送的数据被送入其内部的入其内部的D/AD/A转换电路进行转换转换电路进行转换 DAC 0832DAC 0832与与ISAISA前前6262芯插槽相连接的电路芯插槽相连接的电路 MOV DXMOV DX，200H 200H ； 端口地址端口地址ABCD:MOV ALABCD:MOV AL，00H 00H OUT DX OUT DX，AL AL ；向；向DAC0832DAC0832输出全输出全0 0 CALL DELAY CALL DELAY ；调用延时子程序；调用延时子程序DELAYDELAY（忽略）（忽略） MOV ALMOV AL，0FFH 0FFH OUT DX OUT DX，AL AL ；向；向DAC0832DAC0832输出全输出全1 1 CALL DELAY CALL DELAY JMP ABCD JMP ABCD例例【10-310-3】假设在图假设在图12-1512-15中中DAC0832DAC0832片选的地片选的地址是址是200H200H，要求在，要求在VOUTVOUT输出方波，编程如下：输出方波，编程如下：习题1010.1 10.2 10.3 10.4 10.5 10.6 10.7 10.8 10.9