模拟电路接口技术演示文档

.,第十章 模拟电路接口技术,中国计量学院,.,概 述,实时过程控制控制系统的结构及组成,.,10.1 D/A转换器,一、D/A转换器组成和工作原理,我们这里一般指的是狭义的D/A。,组成,电阻网络,模拟开关,基准电源,运放,实际常采用的是T型电阻网络,权电阻型D/A转换器原理图,.,由于VN 、Rf 和R均为已知量，可得：K=VN Rf /R/24 =常数；而D323+D222 +D121+D020 项即为由D3D0构成的4位2进制数Xp。,由此可得：VO = KXp,.,二、描述D/A转换器的性能参数,1分辨率（Resolution）,最低位上变化1位时输出模拟量的变化量，经常用1LSB来表示 。,2偏移误差（Offset Error）,输入为0时，输出对0的偏移值。通过电位器调节。,3线性度（Linearity）,是指D/A转换器的实际转换特性与理想直线之间的最大误差或最大偏移。一般情况下，偏差值应小于0.5LSB。,4精度（Accuracy）,为实际模拟输出与理想模拟输出之间的最大偏差。,线性度、参考电压等等,5转换速度（Conversion Rate） 每秒钟可以转换的次数。,6温度灵敏度（Temperature Sensitivity）,指输入不变的情况下，输出模拟信号随温度的变化。,.,10.2 8051单片机与8位D/A转换器接口技术,一、DAC0832的技术指标,美国国家半导体公司（NSC）的产品， 8位D/A转换器，两个输入数据寄存器，单电源供电。,20个引脚，DIP。,T电阻网络型,.,.,D0D7：数字输入量,与CPU数字总线相连。,XFER：传送控制信号（低电平有效），配合产生第二级锁存。,输出：,Iout1：Iou1+Iou2=常数，,Iout2,Rfb：,接入运放的两端，尽量接近地电平（保证线性）,反馈电阻，和Iou1之间的，可由内部提供，也可由外部提供,Iou1,Iou2,Vou1,Rfb,.,二、 8位D/A转换器接口方法,单缓冲接法,双缓冲接法,一路D/A转换器或多路D/A转换器不需要同步的场合，把D/A转换器中的两个寄存器中任一个接成常通状态，或两个寄存器接相同的控制信号。,1、单缓冲接法,.,2双缓冲型接口方法,多路D/A转换器同步系统中,1#DAC0832输入寄存器地址为0DFFFH, 2#DAC0832输入寄存器地址为0BFFFH， 1#和2#DAC0832的第二级的寄存器地址为7FFFH。,.,MOV DPTR, #0DFFFHMOV A, #XMOVX DPTR, A ;数据写入1#DACMOV DPTR, #0BFFFHMOV A, #YMOVX DPTR, A ;数据写入2#DAC MOV DPTR, #7FFFHMOVX DPTR,A ;输入寄存器内的值同时送到各自DAC寄存器,.,二、D/A转换器的输出方式,1单极性输出,.,DACP1：MOV DPTR，#7FFFH MOV A，40H MOVX DPTR，A,当VREF接5.12V时，输出电压范围是0+5.10V。其中数字量Din与输出模拟量Vout的转换关系为: Vout =DinVREF/28 = Din20mV,.,2双极性输出,此时，只需在图10-4的基础上增加一个运算放大器构成加法电路即可获得双极性输出。,3软件设计,.,（1）正向锯齿波输出程序,DACP： MOV DPTR，#7FFFH ；指向D/A输入寄存器MOV A，#00H ；置输出初值DACP1：MOVX DPTR，A ；数字量送D/A转换INC A ；输出值递增LJMP DACP1,.,（2）三角波输出程序DACS： MOV DPTR，#7FFFH MOV A，#00HDAS1： MOVX DPTR，A INC A CJNE A，#0FFH，DAS1DAS2： MOVX DPTR，A DEC A CJNE A，#00H，DAS2 LJMP DAS1,.,1/28,2/28,3/28,254/28,255/28,0,产生的锯齿波的过程,.,（3）正弦波电压输出,若要产生正弦波电压输出，应采用双极性电压输出的硬件电路连接。通常采用的软件设计方法是将一个周期等间隔地分为N个点，将其幅值按8位D/A分辨率进行处理后获得N个点的数值列成表格，然后依次将这些数字量送入D/A转换器。只要不断地循环送数，在输出端就能获得正弦波输出。,.,10.4 A/D转换器,A/D转换器的作用,将模拟量转换为数字量，以便计算机接收处理,传感器,单片机,.,A/D转换的三个基本过程,1.采样,.,取样与保持过程往往是通过取样保持电路同时完成的。取样保持电路的原理图及输出波形如图所示。,图 采样保持电路,（a）原理图,（b）波形图,.,2.量化,编码是把已经量化的模拟量用二进制数码、BCD码或其它数码表示。,3.编码,.,一、A/D的分类,位数,8位,10位,12位,16位,原理,直接比较型：将输入模拟信号直接与作为参考电压相比较， 得到数字编码,间接比较型：,输入模拟信号不直接与参考电压比较，而是将两者转化为中间物理量进行比较，然后，将由比较而得到的时间或频率量进行数字编码。,连续比较型、逐次逼近型等,双斜积分式V-T变换，积分型V-f变换,.,逐次逼近式A/D转换器,逐次逼近式A/D转换器从速度和转换精度来看比较适中，即有较高的速度和精度。,应用最广泛,.,双斜积分式A/D转换器,C,采用间接测量原理，将被测电压转换成时间（T）的测量。,特点是：抗干扰能力强、精度高，但速度慢，特别适用于测量速度要求不高但要求高精度的测量场合,.,二、描述A/D转换器的性能参数,1分辨率与量化误差（Resolution and Quantizing Error）,2偏移误差（Offset Error）,3线性误差（Linearity）,4精度（Accuracy）,5转换速度（Conversion Rate）,.,10.5 8051单片机与8位A/D转换器接口技术,ADC0809是种典型的8位A/D转换器件。,其主要功能如下：,（1）分辨率为8位；（2）总的不可调误差在1LSB范围内；（3）典型转换时间为100s；（4）具有锁存控制的8路多路开关；（5）具有三态缓冲输出控制；（6）单一+5V供电，此时输入范围为05V；（7）输出与TTL兼容。,.,一、ADC0809的组成及工作原理,（1）IN0IN7：8个模拟量输入端。,（2）A、B、C：通道地址输入，C为最高、A为最低。,（3）ALE：通道地址锁存，信号上升沿有效，锁存地址并选中相应通道。,（4）D0D7：数字量输出线。,注意带三态输出功能，可直接挂到8051数据总线上。,.,（5）START：A/D转换启动信号，为高电平时，A/D开始转换。,（6）EOC：转换结束信号。当A/D转换结束时，由低电平转为高电平。此信号可用作A/D转换是否完成的查询信号或向CPU请求中断的信号。,（7）OE：输出允许信号。高电平时，可从A/D转换器中读取数据。,（8）工作时钟，最高允许值为1.2MHz，可通过外接振荡电路获得时钟信号，当CLK为640kHz时，转换时间为100s。,.,REF()、VREF()：正负参考电压，用来提供D/A转换器的基准参考电压。一般REF()接5V高精度参考电源，REF()接模拟地。,.,ADC0809的操作时序:地址锁存信号ALE的上升沿将三位通道地址锁存，相应通道的模拟量经多路模拟开关送到A/D转换器。启动信号START的上升沿复位内部电路，STRAT信号的下降沿启动A/D转换。启动A/D转换后，转换结束信号EOC呈低电平状态，由于逐位逼近需要一定过程，所以，在此期间模拟输入量应维持不变，比较器要一次次进行比较，直到转换结束。A/D转换完成时， EOC信号变为高电平，之后CPU可发出一输出允许信号OE（高电平）来可读出A/D转换的输出结果数据。,.,二、8051单片机与ADC0809接口设计,地址译码怎么译？,.,ADC0809转换器程序设计方法,（1）程序查询方式,查询EOC的信号，为低时没有转换完毕，为高时，转换完毕。,例10-1：利用图10-12所示的接口电路图，要求编程，将通道5输入电压转换成对应的数字量，存放在寄存器R5中。解：ADC5： MOV DPTR，#7FFDH ；置IN5通道地址MOVX DPTR，A ；IN5接A/D输入，并启动A/DWAIT： JB P3.2，WAIT ；P3.2为高，则继续查询MOVX A，DPTR ；数据读入AMOV R5，A ；存入R5中 RET,.,（2）延时方式,设8051的晶振为12MHz，A/D转换器的时钟为640KHz ，A/D转换时间约为l00s，为保险起见，则可在A/D转换器启动后，延时一个大于100s的时间（如选200s）再读数。,ADC5D：MOV DPTR，#7FFDH ；置IN5通道地址 MOVX DPTR，A ；IN5接A/D输入，并启动A/D MOV R7，#100WAIT： DJNZ R7，WAIT ；延时200sMOVX A，DPTR ；数据读入AMOV R5，A ；存入R5中RET,.,（3）中断采样方式,在采用查询方式或延时方式工作时，CPU大部分时间都消耗在查询或延时等待上。当A/D转换结束时，发出转换结束信号EOC，该信号经反相器接8051的P3.2 (即)引脚，向CPU发出中断请求。,例10-2：根据图10-14接口电路，采用中断方式对IN2通道的模拟输入量连续采样10个点，并将采样值存放在内部数据存贮器40H49H单元中。,.,ORG 0000HLJMP MAINORG 0003H ；INT0中断处理程序入口INT0P： MOVX A，DPTR ；读A/D转换数据MOV R0, A ；A/D数据送存RAMINC R0 ；地址加“1DJNZ R7，INTR1 ；是否完成10次转换。RETI ；返回INTR1： MOVX DPTR，A ；10次未到，重新启动A/D转换RETI；主程序MAIN： MOV R0，#50H ；数据存放区RAM首地址MOV R7, ,#10 ；A/D转换次数初值SETB IT0 ；设INT0为边沿触发SETB EX0 ；INT0开中断SETB EA ；CPU开中断MOV DPTR，#7FFAH ；A/D通道IN2首址MOVX DPTR，A ；首次启动A/D转换NOPHERE： SJMP HERE,.,Thank you,