微机原理及其应用(袁月峰)第十章io过程通道课件.ppt
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- 微机 原理 及其 应用 袁月峰 第十 io 过程 通道 课件
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1、第十章第十章 I/O I/O过程通道过程通道 (数模及模数转换器接口)(数模及模数转换器接口)lD/AD/Al1.1.单片机测控系统基本构成单片机测控系统基本构成l2.D/A2.D/A转换的概念及主要技术指标转换的概念及主要技术指标l3.3.基于基于R-2RR-2R电阻网络电阻网络D/AD/A工作原理工作原理l4.84.8位位DAC0832DAC0832芯片原理及接口编程方法芯片原理及接口编程方法lA/DA/Dl5.A/D5.A/D转换的概念及主要技术指标转换的概念及主要技术指标l6.86.8位位ADC0809ADC0809芯片原理及接口编程方法芯片原理及接口编程方法。单片机测控系统基本构成单
2、片机测控系统基本构成 在微机过程控制和数据采集等系统中,经常要对在微机过程控制和数据采集等系统中,经常要对过程参数过程参数进行测量和控制进行测量和控制。测量传感器模拟信号测量传感器模拟信号输出模拟信号控制输出模拟信号控制执行元件执行元件过程控制示意图过程控制示意图如温度、力矩、压力、位移等如温度、力矩、压力、位移等如电机调速、伺服机构等如电机调速、伺服机构等物理过程物理过程微微 机机传感器传感器A/DD/A执行机构执行机构物理过程物理过程v/iDataData模拟量模拟量数字量数字量模拟量模拟量2.D/A2.D/A转换的概念和主要技术指标转换的概念和主要技术指标l能够将数字量转换成模拟量(连续
3、电流或电压)的器件称为数/模转换器(DAC-Digital to Analog Converter)。从信号的形式理解相当于离散量到连续量的变换。DAC数字模拟电压/电流000000000000000100000010111111110V5V数字量输入数字量输入模拟电压输出模拟电压输出D/A转换的过程和本质转换的过程和本质D/A芯片芯片lD/AD/A转换器转换器(DAC)(DAC)主要技术指标主要技术指标l1 1)分辨率:数字量对应于模拟量的分辨能)分辨率:数字量对应于模拟量的分辨能力,通常用输入量二进制数的位数表示,常力,通常用输入量二进制数的位数表示,常见有见有8 8、1010、1212、
4、1414、1616位等。位等。l2 2)转换精度:描述实际模拟量输出和理想输出)转换精度:描述实际模拟量输出和理想输出值之间的最大偏差,一般用值之间的最大偏差,一般用 lsb lsb表示。表示。l3 3)转换时间:完成一次数字量到模拟量之)转换时间:完成一次数字量到模拟量之间转换需要的时间,多用间转换需要的时间,多用msms或者或者usus表示。表示。l*转换速度:转换时间的倒数,即每秒钟能转换速度:转换时间的倒数,即每秒钟能够完成的数字量到模拟量转换的次数,常见够完成的数字量到模拟量转换的次数,常见范围为几十范围为几十K K数百数百M M次不等。次不等。nl4 4)输出模拟量形式及范围:)输
5、出模拟量形式及范围:DACDAC芯片输出形式有芯片输出形式有电压型和电流型两种,电压型又可分为单极性输电压型和电流型两种,电压型又可分为单极性输出出(uni-polar)(uni-polar)和双极性输出(和双极性输出(bi-polarbi-polar)两种。)两种。比如电压型(比如电压型(0 02.5V,02.5V,05V5V,5V5V,10V10V),),电流型(电流型(0 010mA,010mA,020mA20mA)l其他有关参数其他有关参数l与控制器总线接口形式(并行总线接口(与控制器总线接口形式(并行总线接口(INTEL)INTEL)l串行总线接口(串行总线接口(SPI/ISPI/I
6、2 2C C等)等)l输出通道数(输出通道数(1 1、2 2、4 4、8 8等)等)lDAC指标熟悉举例1:某电压输出型DAC芯片,模拟电压输出范围为05V,分辨率12位,无符号数字量输入。l则:1 lsb=5V/212-1=5/4095=1.22mVl则数字量输入-模拟电压输出 对应关系:l0-0V 2047-2.497Vl1-1.22mV 4095-4.9959Vl1023-1.248VlVout=Din*1lsbl如果换成010mA电流型DAC,则l1 lsb=0.00244mA=2.44uA,其他计算过程类似。l举例2:某双极性DAC芯片,+/-5V输出,10位分辨率,有符号输入型。l
7、则1 lsb=2FS/(1024-1)=10/1023=9.77mVl有符号型数字-模拟量对应关系一般为l0111111111-+4.9924Vl0000000001-0.00977Vl0000000000-0.000Vl1111111111-0.00977Vl1000000000-4.9924Vl也有很多双极性电压输出型DAC采用的是无符号数字输入型,其对应关系为l1111111111-4.9924Vl1000000000-0.00Vl0111111111-0.00977Vl0000000000-5.00Vl掌握DAC数字到模拟转换的对应关系对应用系统设计非常有益。工作原理工作原理:IO+U
8、RRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRdi为为1 Si与运放的反相输入端连接与运放的反相输入端连接 uo=-IO1 RFdi为为0 Si与地连接与地连接IO1d0d1d2d3+-AuoRF3.基于基于R-2R T形电阻解码网络的形电阻解码网络的DAC基本原理基本原理倒梯形电阻网络倒梯形电阻网络RI2I3I1RR2R2R2R2R2RI0+URIR00 11 22 33 RRRRIR=UR/RI3=IR 21 =21URRI2=IR 41 =22URRI1=IR 81 =23URRI0=IR 161 =24URRIO1IO1=d3I3+d2I2+d1I1+d0I0+-Au
9、oRFIOIO1+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRd0d1d2d3IO1=d3I3+d2I2+d1I1+d0I0I1I2I3I0=(d323+d2 22+d1 21+d0 20)24URRUO1=-IO1RF=(d323+d2 22+d1 21+d0 20)24UR RFRUO1=-IO1RF=(d323+d2 22+d1 21+d0 20)24UR RFR若为若为n位二进制数,则位二进制数,则UO1=(dn-12n-1+dn-2 2n-2+d0 20)2nUR RFR若若RF=R,则,则UO1=(dn-12n-1+dn-2 2n-2+d0 20)2nUR即输
10、出电压的大小正比于输入二进制数的大即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小,实现了数字量和模拟量的转换小,实现了数字量和模拟量的转换4.MCS-51单片机与单片机与8位位D/A转换器接口技术转换器接口技术 一、一、DAC0832的技术指标的技术指标l电流型输出;电流型输出;l分辨率分辨率8位;位;l电流稳定时间电流稳定时间1 s;l并行接口,可双缓冲,单缓冲或直接数字输入并行接口,可双缓冲,单缓冲或直接数字输入(无缓冲);(无缓冲);l单一电源供电单一电源供电(+5V+15V);二、二、DAC0832的结构及原理的结构及原理DI0DI78位寄存器DAC8位D/A转换器8位输入寄存器.&ILEC
11、SWR1WR2XFERLE1LE2Iout1Iout2VrefRfbAGNDDGNDVCC输出为模拟电流,可转换为电压。引脚功能:引脚功能:三、三、DAC0832管脚功能管脚功能 D0D7 数据线数据线ILE输入锁存允许信号输入锁存允许信号CS片选信号片选信号WR1、WR2:写控制:写控制XFER:传递信号:传递信号I01、I02:电流输出端:电流输出端 AGND3DGND10Vcc20IO111D07IO212D16D25Rfb9D34D416VREF8D515D614D713ILE19WR218CS1WR12XFER17U1DAC0832 DAC0832 引脚图 Rfb:内部集成反馈电阻:
12、内部集成反馈电阻 VREF:参考电压输入:参考电压输入 VCC:数字电路供电电压:数字电路供电电压 AGND:模拟地;:模拟地;DGND:数字地。:数字地。DAC0832 DAC0832与与5151单片机的接口方法单片机的接口方法1 1、单缓冲型接口方法、单缓冲型接口方法 AGND3DGND10 VCC20IOUT111D 07D 16D 25IOUT212D 3 4D 416VREF8D 515D 6 14D 713 FB9CS1WR12XFER17WR218ILE19U1DAC0832LCJ(20)VCCDBP27/WRVOVCC3261574U2LM741VREF(-5V)+12-12V
13、O (a)右图右图(a)(a)的接口电的接口电路是把路是把DACDAC寄存器寄存器接成常通状态;即接成常通状态;即ILEILE接高电平,接高电平,和和 接地,接地,与与P2.7P2.7口口连接,连接,与单片机的与单片机的 端连接。端连接。WR2XFERCSWR1WRAGND3DGND10 VCC20IOUT111D 07D 16D 25IOUT212D 3 4D 416VREF8D 515D 6 14D 713 FB9CS1WR12XFER17WR218ILE19U1DAC0832LCJ(20)VCCDBP27/WRVO VCC3261574U2LM741VREF(-5V)+12-12VO (
14、b)AGND3DGND10 VCC20IOUT111D 07D 16D 25IOUT212D 3 4D 416VREF8D 515D 6 14D 713 FB9CS1WR12XFER17WR218ILE19U1DAC0832LCJ(20)VCCDBP27/WRVOVCC3261574U2LM741VREF(-5V)+12-12VO (c)VOVCC3261574U2LM741VREF(-5V)+12-12VO AGND3DGND10Vcc20IO111D07IO212D16D25Rfb9D34D416VREF8D515D614D713ILE19WR218CS1WR12XFER17U1DAC08
15、32LJ(20)DBP27P26/WRVCC双缓冲型接口电路双缓冲型接口电路主要应用在多路主要应用在多路D/AD/A转换器同步系统中。转换器同步系统中。2 2、双缓冲型接口方法双缓冲型接口方法 五、五、D/A转换器的输出方式转换器的输出方式 1、单极性输出、单极性输出 AGND3DGND10 VC C20IOUT 111D 07D 16D 25IOUT 212D 3 4D 416VR E F8D 515D 6 14D 713 FB9C S1W R 12XFE R17W R 218IL E19U2DAC 0832L C J(20)E A/VP31X119X218R E SE T9R D17W R
16、16INT 012INT 113T 014T 115P 1.01P 1.12P 1.23P 1.34P 1.45P 1.56P 1.67P 1.78P 0.039P 0.138P 0.237P 0.336P 0.435P 0.534P 0.633P 0.732P 2.021P 2.122P 2.223P 2.324P 2.425P 2.526P 2.627P 2.728PSE N29AL E/P30T XD11R XD10U18031AHVC CVO VC C3261574U3L M 741VR E F(-5V)+12-12VO Rfb 输出于数字量输出于数字量DATA相对应相对应 模拟量:模
17、拟量:MOVDPTR,#7FFFHMOVA,#DATAMOVXDPTR,A(1)反向锯齿波程序清单反向锯齿波程序清单MSW:MOV DPTR,#7FFFH ;指向;指向D/A输入寄存器输入寄存器 DA0:MOV R7,#80H ;置输出初值;置输出初值 DA1:MOV A,R7 ;数字量送;数字量送A MOVX DPTR,A;送;送D/A转换转换 DJNZ R7,DA1 ;修改数字量;修改数字量 AJMP DA0 ;重复下一个波形;重复下一个波形 利用利用DAC进行信号波形输出应用举例进行信号波形输出应用举例-5V+5V0(2)正向锯齿波程序清单正向锯齿波程序清单 PSW:MOV DPTR,#
18、0BFFFH ;指向;指向D/A输入寄存器输入寄存器 DAP0:MOV R7,#80H ;置输出初值;置输出初值 DAP1:MOV A,R7 ;数字量送;数字量送A MOVX DPTR,A ;送;送D/A转换转换 INC R7 ;修改数字量;修改数字量 CJNE R7,#255,DAP1;数字量;数字量255,转,转DAP1 AJMP DAP0 ;重复下一个波形;重复下一个波形-5V+5V0(3)三角波程序清单三角波程序清单 SSW:MOV DPTR,#80BFFFH DAS0:MOV R7,#80H DAS1:MOV A,R7 MOVX DPTR,A INC R7 CJNE R7,#255,
19、DAS1 DAS2:DEC R7 MOV A,R7 MOVX DPTR,A CJNE R7,#80H,DAS2 AJMP DAS0+5V-5V0(d)(4)正弦波电压输出正弦波电压输出正弦波电压输出为双极性电压,最简单的办法是将一个周期内电压变化正弦波电压输出为双极性电压,最简单的办法是将一个周期内电压变化的幅值的幅值(-5V+5V)按按8位位D/A分辨率分为分辨率分为256个数值列成表格,然后依次将个数值列成表格,然后依次将这些数字量送入这些数字量送入D/A转换输出。只要循环不断地送数,在输出端转换输出。只要循环不断地送数,在输出端就能获得正弦波输出。就能获得正弦波输出。SIN:MOV R7
20、,#00H DAS0:MOV A,R7 ;MOV DPTR,#TABH;设指针;设指针 MOVC A,A+DPTR ;查表取数据;查表取数据 MOV DPTR,#8000H ;寻址;寻址DAC0832 MOVX DPTR,A ;送;送D/A转换转换 INC R7 ;修改偏移量;修改偏移量 AJMP DAS0 ;TAB:DB 80H,83H,86H,89H,8DH,90H DB93H,96H,99H,9CH,9FH,0A2H DB 0A5H,0A8H,0ABH,0AEH DB 6FH,72H,76H,79H,7CH,80H5.A/D5.A/D转换器转换器 A/DA/D转换的概念和主要技术指标转换
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