模/数和数/模转换
数据采集基本概念
传感器: 物理量转换成电信号
多路模拟开关: 模拟信号源—>转换成数字形式
信号调理器（SIGNAL CONDITIONING ）:
- 信号的电平、极性等转换，以便与A/D变换器所需的电平极性匹配
- 阻抗变换作用，隔离后面的负载对传感器的影响
- 抑制干扰，提高信噪比
- 防止混叠现象
采样保持(Sample/Hold)电路:
A/D进行转换时间内，保持输入信号不变
采样模式: 输出随输入变化，通常增益为1
在保持模式: 采样保持电路的输出保持命令发出时的输出值
eg : 高速多通道数据采集系统
eg: 多通道共用A/D变换器
A/D转换器及其应用
AD转换器参数
- 量程：输入模拟信号幅度
- 带宽：输入模拟信号频率
- 转换速率：每秒能进行的转换次数
- 分辨率（Resolution）: 位数8位，满量程5V，则其分辨率为8位，或
5V/(2^8-1)=19.6mV - 转换精度（Accuracy）: 精度和分辨率的区别，例如某ADC具有24位的分辨率，但其精度相当于16位，低8位表征随机噪声的影响
ADC0809工作原理及接口
转换时间是100us，分辨率为8位，单5V供电，输入模拟电压范围为0—5V
8路模拟开关；
地址锁存与译码；
8位A/D转换；(DAC)
三态输出锁存器。
IN0～IN7: 输入，8路模拟输入
DB0～DB7 : 三态输出，A/D转换数据输出线;
ADD_A，ADD_B，ADD_C: 输入，模拟通道选择线;
ALE: 输入，地址锁存使能，上升沿将ADD_A、ADD_B、ADD_C三位地址信号锁存，译码选通对应的模拟通道;
REF(+)/REF(-): 输入，基准电压输入端，要求1/2[VREF(+)+VREF(-)]=1/2Vc
模拟输入与数字输出的关系为：N＝(UIN - UREF-) / (UREF+ - UREF-)*28
START: 输入,脉冲上升使所有内部寄存器清零，下降沿使A/D转换开始
EOC: 输出，转换结束信号,EOC变为高电平
OE: 输入，输出允许
AD574A工作原理
12位的A/D转换芯片, 转换时间为35us, 输入模拟电压范围：单极性0~+10V或0~+20V；双极性±5V或±10V
[可直接与8位或16位微处理器接口, 集成时钟&基准电压电路, 输出可读全部12位数据，亦可两个8位方式读取]
DB0～DB11，三态输出数据线，DB0为LSB, DB11为MSB
CE,芯片使能输入, CE由0变1,启动一次转换
$\overline{CS}$,芯片选择输入,低电平有效
$R/\overline{C}$, =1 read && =0 convert
STS, 状态信号输出, 转换开始,STS=1; 转换周期完成, STS=0
A0和$12/\overline{8}$这两个信号控制转换的长度和数据的格式
$REF_{IN}$ 基准电压输入,在使用中,可在REF IN和REF OUT之间接一个100欧的可调电阻,进行增益微调;
$REF_{OUT}$ 基准电压输出,AD574A内有基准电压电路,以供DAC的基准电压,基准电压可以被调到10.00V±1%;
$BIP_{OFF}$ 双极性偏置, 在使用中用于偏置的调整;
DC: 数字公共端, AC: 模拟公共端;
Vlogic 逻辑电源,接+5V;
eg. $\overline{CS}$=0,$R/\overline{C}$=0,CE由0—>1,启动一次转换；
若此时A0=1,表明进行8bit转换; A0=0,表明进行12bit转换
转换开始后,STS==1,直到转换周期完成STS==0;
[转换期间,忽略新转换启动信号,不允许输出数据缓冲器输出]
eg. 读取周期自CE==1和$R/\overline{C}$==1时开始；
$12/\overline{8}$=1,表明是16位接口方式,12位转换结果一次读出；
$12/\overline{8}$=0,表明是8位接口方式,A0=0使能高8位, A0=1使能低4位数据
A/D转换器与系统的典型接口
ADC0809通过8255A与系统的接口（P521）
程序设定8255A的PA口和PC口为输入
[ADC0809的数据输出经8255A的PA输入给CPU]
[A/D转换状态信号EOC由PC4输入]
PB口为输出，均为方式0，
[ADDA、ADDB和ADDC以及地址锁存信号ALE由8255A的PB3~PB0输入]
以查询方式来读取A/D转换结果。
设8255A端口地址为0FFFCH~0FFFFH
1 | MOV AL, 98H ;8255A控制字 |
AD574与8086CPU [8283：带锁存器的缓冲器 8286：数据收发器]
AD574与8088CPU
D/A转换器及其应用
DAC指标
分辨率：满量程$V_{FS}$ ，N位的DAC，分辨率＝$V_{FS}$/(2^N-1)
转换精度：
- 相对转换精度：用数字量最低有效位LSB的一半来表示，±0.5LSB＝±0.5*(1/2^N)＝ ±1/2^(N+1)；
- 绝对转换精度：相对转换精度对应的电压值表示，即±$V_{FS}$/2^(N+1)；
转换速率和建立时间
线性误差：在整个量程上，转换输出偏离理想转换特性的最大值
DAC0832
8位数模转换芯片，片中有R-2R梯形电阻
DI0～DI7：8位数据输入线；
$\overline{CS}$：片选端，低电平有效，仅用于控制$\overline{WR1}$；
ILE：数据允许锁存信号，高电平有效；
$\overline{WR1}$：写信号1端，低电平有效。用于将输入数据锁存到输入寄存器中。必须与ILE、$\overline{CS}$同时有效；
$\overline{WR2}$：写信号2端，低电平有效。
$\overline{XFER}$：传送控制信号，低电平有效。用于控制$\overline{WR2}$
[$\overline{WR2}$和$\overline{XFER}$同时有效时，输入寄存器中的数据才能通过DAC寄存器进行D/A转换]
$V_{REF}$：参考电压，+10V～-10V，电压愈稳定模拟输出精度越高;
$I_{OUT1}$、$I_{OUT2}$：模拟电流输出端，与运放输入端相接;
$R_{fb}$: 反馈电阻接出端
两级输入锁存器：输入寄存器、DAC寄存器
三种工作方式：
双缓冲工作方式[转换输出模拟信号, 同时输入新的数据==>提高速度,多个输出通道同步]
eg. CS由A9~A1经译码产生，DAC的地址范围是228-22FH，实际只使用228H和229H两个地址:
在CPU执行OUT指令时
若A0=0，DAC0832内部LE1有效，数据总线上的值（AL）—>数据输入寄存器;
若A0=1，DAC0832内部LE2有效，数据输入寄存器的值 —>DAC寄存器
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5A0832 EQU 228H
MOV DX, A0832+0 ;A0=0
OUT DX, AL ;AL的值为待转换的数字
MOV DX, A0832+1 ;A0=1
OUT DX, AL ;AL的值无关单缓冲工作方式
eg. 设D/A转换端口号为PORTDA，设需转换的数据放在1000H单元，则D/A转换程序为
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4MOV BX, 1000H
MOV AL, [BX]
MOV DX, PORTDA
OUT DX, ALeg. 工作在单缓冲方式下。
设D/A转换端口地址为200H，设需转换的数据量为10H，则D/A转换程序为
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4MOV AL, 10H
MOV DX, 0200H
OUT DX, AL
HLTeg. 利用D/A转换器可以输出不同的电压波形，输出三角波的程序段如下：
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9TRG0: MOV DX, 0200H
MOV AL, 0H
T1: OUT DX, AL
INC AL
JNZ T1
T2: OUT DX, AL
DEC AL
JNZ T2
JMP T1直通工作方式
12位D/A转换器DAC1210
12位D/A转换器DAC1210与CPU的接口
eg. DAC占用220H～222H三个端口地址。
A0地址线不参与I/O地址译码，反相—>$B1/\overline{B2}$。
设BX寄存器的低12位为待转换的数字量，完成一次转换输出的程序段如下：
1 | MOV DX, 220H |