— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 1
第三章
输入输出接口技术
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 2
本章主要内容
?模拟量输入接口
?模拟量输出接口
?数字量输入输出接口
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 3
3.1 数据的采样及保持
? 3.1.1 多路转换开关
? 3.1.2 数据采样定理
? 3.1.3 采样 /保持器
返回本章首页
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 4
3.1.1 多路转换开关
?1,CD4051
?CD4051是单边 8通道多路调制器 /多路解调
器。其引脚结构如图所示。
?图中,C,B,A为二进制控制输入端，改
变 C,B,A的数值，可以译出 8种状态，并
选中其中之一，使输入输出接通。当
INH=1时，通道断开；当 INH=0时，通道
接通。改变图中
IN/OUT0~7及 OUT/IN的传递方向，则可用
作多路开关或反多路开关。其真值表如表
所示。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 5
图 CD4051引脚图
表 CD4051真值表
IN / O U T
1
98
7
6
5
4
3
2
10
11
14
13
12
15
16
{
{IN / O U T
{
IN / O U T
1
2
3
0
4
5
6
7
O U T / I N
I N H
V s s
V c c
V DD
A
B
C
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 6
? 2,多路转换开关的扩展
? 当采样的通道比较多，可以将两
个或两个以上的多路开关并联起
来，组成 8× 2或 16× 2的多路开关。
下面以 CD4051为例说明多路开关
的扩展方法。两个 8路开关扩展成
16路的多路开关的方法，如图所
示。
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 7
O U T O U T
C C
A
B B
A
D 0D 1D 2D 3
C D 4 0 5 1 C D 4 0 5 1
I N H I N H
S 1
S 8
S 1
S 8
ININ
ININ
{
{
模拟输入
（1 8）
模拟输入
（9 16 ）
~~
模拟输出
.
.
..
.
图 用 CD4051多路开关组成的 16路模拟开关接线图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 8
? 离散系统的采样形
式有周期采样、多
阶采样和随机采样。
周期采样应用最为
广泛。所谓周期采
样就是以相同的时
间间隔进行采样。
图给出了采样前后
波形的变化。
X*（ t）图 采样前后波形的变化
3.1.2 数据采样定理
返回本节
X (t)
X (t)
*
S T (t)
t
t
t
0
0
0 2T1T 3T 4T 5T 6T- 2 T - 1 T- 3 T- 4 T- 5 T
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 9
?采样 /保持器的作用是：在采样时, 其输出能
够跟随输入变化；而在保持状态时, 能使输出
值不变 。 其输入输出特性如图所示 。
图 采样 /保持器的输入输出特性
3.1.3 采样 /保持器
采样
保持
V in
V o u t
S / HV in V o u t
工作方式
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 10
? 1,采样 /保持器的工作原理
? 最简单的采样 /保持器是由开关和
电容组成, 如图所示 。
图 最简单的采样 /保持器
RK
Vx
C
V o u t.
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 11
? 2,常用的采样 /保持器
? 随着大规模集成电路的发展, 已
生产出各种各样的采样 /保持器 。
如 用 于 一 般 目 的 有 AD582,
AD583,LF198/398等；用于高速
的有 THS-0025, THS-0060,
THC-0030,THC-1500等；用于
高分辨率的有 SHA1144,
ADC1130等 。
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 12
3.2 常用输出驱动电路
? 3.2.1 白炽灯驱动接口
? 3.2.2 光电隔离器
返回本章首页
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 13
3.2.1 白炽灯驱动接口
?图是用 CJ0451驱动器对白炽灯驱动的典型
应用电路 。 驱动器输出驱动电流为
300~500mA。 当单片机的 P1.7输出低电平时,
CJ0451驱动器的输出晶体管导通, 灯泡上
有电流流过而点亮 。
图 2-30 CJ0451驱动灯泡的应用 返回本节
P 1.7
8 0 3 1
开 关
1
2
4 3
7
8
1K Ω
1K Ω
Ω 3 0 0
R
+ 5 V
+ 1 2 VC J 0 4 5 1
.
.
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 14
3.2.2 光电隔离器
?二极管用于保护驱动器，当驱动器由 0变
为 1时，继电器由接通转为关断，由于继电
器线圈是感性负载，会产生很高的感应电
动势，二极管提供的泄流回路能保护隔离
器。
?继电器隔离适用于控制对响应速度要求不
高的启停设备 。 对启停时间很短的开关量
输出控制系统, 应采用光电耦合器 。 光电
耦合器所需的驱动电流小, 在硬件设计时,
只需要一般的三态门即可 。 为快速驱动直
流负载的光电隔离电路 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 15
图 开关量输出隔离电路
8 0 3 1
3 3 3 9
~
28
27
26
25
16
&
CP
7 4 L S
2 7 3
SN
7 5 4 5 2
V 7 V 0
J 7
J 0
J 1
J 2
.,.
.
.
.
.
+ 5 V
二极管用于保护驱动器, 当驱动器由 0变
为 1时, 继电器由接通转为关断, 由于继
电器线圈是感性负载, 会产生很高的感应
电动势, 二极管提供的泄流回路能保护隔
离器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 16
图 光电耦合控制直流电机
8 0 3 1
7 4 L S
2 7 3
+ 5 V
DC
+ -
M
R 1
R 2
R 3
S C R
M C S 6 2 0 0
7
8
.,
.,
继电器隔离适用于控制对响应速度要求不高的
启停设备。对启停时间很短的开关量输出控制
系统，应采用光电耦合器。光电耦合器所需的
驱动电流小，在硬件设计时，只需要一般的三
态门即可。为快速驱动直流负载的光电隔离电
路。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 17
3-3 前向通道中的 A/D转换与 A/D
转换接口
? 模拟量输入接口（又称为 A/D通道）
? 模拟量输入接口的组成
– 多路模拟切换开关
– 前臵放大器
– 采样保持器
– 模／数转换器（ A/D）
– 控制电路等
? A/D转换器的性能指标类似于 D/A转换器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 18
?在微机的各种接口中, 完成外设信号到微
机所需数字信号转换的, 称为模拟 ∕数字转
换 （ A/D转换 ） 器；完成微机输出数字信号
到外设所需信号转换的, 称为数字 ∕模拟转
换 （ D/A转换 ） 器 。
?D/A转换器 （ Digital to Analog Converter）
是一种能把数字量转换成模拟量的电子器
件； A/D 转换器 （ Analog to Digital
Converter） 则相反, 它能把模拟量转换成
相应的数字量 。 在微机控制系统中, 经常
要用到 A/D和 D/A转换器 。 它们的功能及在
实时控制系统中的地位, 如图所示 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 19
图 单片机和被控实体间的接口示意
返回本章首页
当
地
功
能单片
微型
计算机
A / D
多
路
开
关
传感器
传感器
D / A
被控实体
变送器
变送器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 20
3-3-1 A/D转换器原理
? 并行 A/D转换器
– n位则需 2n-1个比较器, 成本高, 故只应
用于转换速度要求极高的场合
? 计数器式 A/D转换器
– 简单, 便宜, 但每输入一个时钟脉冲, 计
数器加 （ 或减 ） 1,故要逼近输入值, 需
输入许多个脉冲, 因而转换很慢 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 21
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 1）
? 双积分式 A/D转换器特点
– 是一种间接 A/D转换技术。
? 模拟电压先转换成积分时间，然后转换成计数脉
冲数，最后将代表模拟输入电压大小的脉冲数转
换成 BCD码输出。
? 转换时间较长，一般需要几十毫秒。
– 器件少, 使用方便, 抗干扰能力强, 数据稳
定, 价格便宜, 适用于非快速计算机过程控
制系统或精度要求较高的地方 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 22
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 2）
? 双积分式 A/D转换器的工作原理
– 先对模拟输入电压 Vin进行固定时间 t1的正向积分，
积分器的输出电压上升的速率与输入电压 Vin成正比
– 当固定时间 t1到后，计数器清零，对积分器进行反
向积分，并自动按一定的频率进行计数。积分器的
输出电压，从正向积分结束时的 VI开始以恒定的斜
率下降，当反向积分使其积分器输出为零时，关闭
计数器计数，完成一次 A/D转换工作。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 23
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 3）
? 双积分式 A/D转换器示意图
控制逻辑
计数器
时钟
+
比较器
－
+
积分器
－
1
2
3
积分电容
VO VI
K
数据输出
Vin
VREF
（基准电压）
双积分式 A/D转换的原理框图
t1
VO
t2 t
A
VO
t1 t3 t
B
t t
1
VI积分输出
t2 t3
A
B
双积分 A/D的工作示意图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 24
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 4）
? 常用双积分式 A/D转换器芯片
? MC14433
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 25
3-3-1 逐位逼近法（ 1）
? 逐位逼近式 A/D的工作原理
– 从 SAR输出的数码送至 D/A，其输出电压 Vf与模拟
量输入 Vin 比较后，再控制 SAR的数字逼近
Vin
模拟量输入
数字量
输出
寄存器
D/A转换器
逐位逼近寄存
器（ SAR）
控制时序
和逻辑电路 比较器
－
+
Vf（反馈电压）
逐位逼近式 A/D转换器原理框图
D0~D7
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 26
例,四位 A/D转换器,满刻度值 5V,现若输入
3.5V模拟电压,试分析其逐次逼近的转换
过程,
解,量化单位 q=5/24=0.3125V
1000,0.3125*23=2.5V<3.5,保留最高位 1
以此类推,最后为 1011
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 27
3-2-1 Σ-Δ型 A/D转换器（ 1）
? Σ-Δ型 A/D利用取样频率为 Fs（ >>fs）的一系
列粗糙量化数据，由后续的数字抽取器计算出
模拟信号所对应的低取样频率 fs的高分辩率数
字信号。其实现主要基于过程取样,Σ-Δ调制
和数字滤波。
抗混叠
模拟滤波器
Σ -Δ
调制器
数字
滤波器
低位数据流
（ 1bit）
输入
数字
fs<< Fs
模拟信号
Fs
高位数据流
（ 16bit）
模拟
Σ -Δ 型 A/D转换器的组成框图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 28
3-2-1 Σ-Δ型 A/D转换器（ 2）
? Σ-Δ型 A/D转换芯片 AD7715
– 价格便宜、分辨率高，不受噪声环境的影响
– 提供了一个增益为 1,2,32,128倍可编程放
大器，一个数字滤波器和一套自校准电路
– 所提供的系统功能要比常用的积分型 A/D转换器
强，而且避免了必须提供一个高质量积分电容的
缺点
– 是工业和过程控制应用中的理想器件
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 29
3.3.2 A/D转换器的性能指
标
? 1,转换精度
? 2,转换时间
? 3,分辨率,A/D转换器对微小输入信号
变化的敏感程度, 分辨率越高, 越灵
敏, 例, 若是 12 位,分 辨 率
1/212*100%=0.0244%
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 30
3.3.3,孔径误差
ftVV m ?2s i n?
ftVdtdV m ?? 2c o s2??
fVdtdV m ?2)( m a x ?
Amm ftVV ?2?? %1 0 02 ?? AV ft??
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 31
例,一个十位的 A/D转换器误差百分数 0.1%,
则允许转换的正弦波模拟信号
的最大频率为多少?(16HZ)
st A ?10?
%1 0 02 ?? AV ft??
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 32
3-3-4 逐位逼近式 A/D芯片介绍
? 逐位逼近式 A/D芯片品种很多，可满足
各种需要
? 8位 A/D转换器芯片
? 12位 A/D转换器芯片
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 33
3-3-4 A/D转换器接口（ 1）
? A/D转换器与 CPU的接口方式由它们之间数
据传输方式决定
– 并行接口和串行接口
? 接口类型一般有三种, 由 A/D转换器与 CPU
之间的联系方式决定
– 查询法
– 定时法
– 中断法
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 34
3.3.4 典型的 A/D转换芯片 ADC0809
?1,ADC0809的内部逻辑结构
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 35
?2,引脚结构
?ADC0809采用双列直插式封装, 共有 28条引脚 。
其引脚结构如图所示 。
IN 5
D 7
D 6
D 0
D 1 D 2
D 3
D 4
D 5
V ref(+)
OE
G N D
V cc
A D D C
A D C 0 8 0 9
1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
20
14
15
16
17
18
19
13
12
11
IN 3
IN 4
IN 7
IN 6
S T A R T
E O C
C L O C K
V ref(-)
A L E
A D D A
A D D B
IN 0
IN 1
IN 228
27
26
25
24
23
22
21
图
AD
C
08
09
引
脚
图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 36
? 引脚结构
? （ 1） IN7~IN0,8条模拟量输入通
道
? （ 2）地址输入和控制线,4条
? （ 3）数字量输出及控制线,11条
? （ 4）电源线及其他,5条
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 37
? 表 被选通道和地址的关系
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 38
3.3.5 MCS-51和 A/D转换
器的接口
? 1 MCS-51和 ADC0809的接口
? 2 MCS-51对 AD574的接口
返回本章首页
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 39
1 MCS-51和 ADC0809的接
口 ? ADC0809和 8031的接线如图所示 。
图 ADC0809和 8031接线图
地
址
锁
存
.
8 0 3 1 A D C 0 8 0 9
A L E
P 0.7
P 0.0
P 2.7
WR
RD
I N T
CK
D
Q
Q
A 0
A 1
A 2
D 0
D 7
A
B
C
C L K
S T A R T
A L E
OE
E O C
.
IN 0
IN 1
IN 7
IN 6
IN 5
IN 4
IN 3
IN 2
+
+
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 40
?例 如图所示，试用查询和中断两种方式编写程序，
对 IN5通道上的数据进行采集，并将转换结果送入
内部 RAM20H单元。
?解：中断方式程序清单,
? ORG 0000H
? MOV DPTR,#7FF5H
? MOVX @DPTR,A ；启动 A/D转换
? SETB EA
? SETB EX1 ；开外中断 1
? SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触
发方式
?LOOP,SJMP LOOP ；等待中断
? END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 41
?中断服务程序,
?ORG 0013H ；外中断 1的入口
地址
?LJMP 1000H ；转中断服务程序
的入口地址
?ORG 1000H
?MOVX A,@DPTR ；读取 A/D转
换数据
?MOV 20H,A ；存储数据
?RETI ；中断返回
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 42
?查询方式程序清单,
?ORG 0000H
?MOV DPTR,#7FF5H
?MOVX @DPTR,A ；启动 A/D转换
?LOOP,JB P3.3,LOOP ；等待转换
结束
?MOVX A,@DPTR ；读取 A/D 转换
数据
? MOV 20H,A ；存储数据
? END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 43
例 如图所示, 试编程对 8个模拟通道上的
模拟电压进行一遍数字采集, 并将采集结
果送入内部 RAM以 30H单元为始地址的输
入缓冲区 。
图 8031和 ADC0809的接口
8 0 3 1
EA
A L E
P 0.7 P 0.0
~
WR
地
址
锁
存
器
译
码
器
E O C
A D D A
A L E
OE
S T A R T
C L O C K
2
9
-1
A D C 0 8 0 9
I N T 1
R D
A D D C
A D D B
2
-8
P 0.0
P 0.2
P 0.1
6
22
7
10
M 1
M 2
1
F 0 H
.
.,
IN 0
IN 1
IN 7
IN 6
IN 5
IN 4
IN 3
IN 2
.
2
+
+
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 44
解：从图中可以看出, 接线方式为中断方
式 。 ADDA,ADDB和 ADDC三端接 8031
的 P0.0, P0.1 和 P0.2,故通道号是通过数据
线来选择 。
程序清单,
ORG 0000H
MOV R0,#30H ；数据区始地址送 R0
MOV R7,#08H ；通道数送 R7
MOV R6,#00H ； IN0地址送 R6
MOV IE,#84H ；开中断
SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方
式
MOV R1,#0F0H ；送端口地址到 R1
MOV A,R6 ； IN0地址送 A
MOVX @R1,A ；启动 A/D转换
LOOP,SJMP LOOP ；等待中断
END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 45
?中断服务程序,
?ORG 0013H ；外中断 1的入口地址
?AJMP 1000H ；转中断服务程序的入口地址
?ORG 1000H
?MOVX A,@R1 ；读入 A/D转换数据
?MOV @R0,A ；将转换后的数据存入数据区
?INC R0 ；数据区指针加 1
?INC R6 ；模拟通道号加 1
?MOV A,R6 ；新的模拟通道号送 A
?MOVX @R1,A ；启动下一通道的 A/D转换
?DJNZ R7,LOOP1 ； 8 路采样未结束, 则转向
LOOP1
?CLR EX1 ； 8路采样结束, 关中断
?LOOP1,RETI ；中断返回
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 46
2 MCS-51对 AD574的接口
（ 1） 引脚功能
AD574为 28脚双列直插式封装, 引脚排列
如图所示 。
图 AD
57
4
引
脚
图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 47
（ 2） 结构特点
① AD574内部集成有转换时钟, 参考
电压源和三态输出锁存器, 因此使
用方便, 可直接和微机接口, 不需
要外接时钟电路 。
② ADC0809的输入模拟电压为 0～
+5V,是单极性的 。 而 AD574的输
入模拟电压既可是单极性也可是双
极性 。
③ AD574的数字量的位数可以设定为
8位, 也可设定为 12位 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 48
2,8031和 AD574的接口
图表示出了 AD574与 8031单片机的接口电路。
.
.
.
.
P 0, 7
P 0, 0
EA
A L E
WR
RD
P 1, 0
32
39
31
30
16
17
1
8 0 3 1
7 4 L S
3 7 3
D 7
D 0 Q 0
Q 7
7 4 L S 0 0
&
1
2
3
18
17
14
13
15
16
19
12
8
2
5
6
9
3
4
7
33
34
35
36
37
38
11
11
15
12
10
13
27
14
26
25
20
21
22
23
24
19
16
17
28
18
2
6
5
4
3
9
7
8
- 1 5 V
+ 1 5 V
±
±
模拟输入
+ 5 V
增益
补偿
1 0 0Ω
Ω 1 0 0
D 10
D 9
D 8
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
D 11
CE
S T S
1 2 / 8
A 0
CS
R/ C
1 0 V IN
B I F O F F
R E F O U T
R E F I N
A G N D
D G N D
V ss
V cc
2 0 V IN
V L
.
.
A D 5 7 4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 49
图 单极性输入电路
模拟输入
0 + 1 0 V
~
~
0 + 2 0 V
A G N D
2 0 V IN
1 0 V IN
B I P O F F
R E F O U T
CE
R / C
R E F I N
A 0
CS
1 2 / 8 S T S
高位
2 4 2 7
中位
2 0 2 3
低位
1 6 1 9
~
~
~
D G N D
- 1 5 V
+ 1 5 V
+ 5 V
+ 1 5 V- 1 5 V
1 0 0 K
1 0 0
1 0 0 K
1 0 0
Ω
Ω
A D 5 7 4
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 50
例 在图 中, 试编写程序, 使 AD 574进行
12位 A/D转换, 并把转换后的 12位数字量
存入内部 20H和 21H单元 。
设 20H单元存放高 8位, 21H单元存放低 4
位 。
解：程序清单如下,
ORG 0000H
MOV R0,#20H ；数据区首址
MOV DPTR,#0FF7CH
MOVX @DPTR,A ；启动 A/D转换
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 51
LOOP,JB P1.0,LOOP ；转换是否
结束, 未结束, 等待
MOV DPTR,#0FF7DH
MOVX A,@DPTR ；读高 8位数据
MOV @R0,A ；存高 8位数据
INC DPTR
INC DPTR
MOVX A,@DPTR ；读低 4位数据
ANL A,#0FH ；屏蔽高 4位随机数
INC R0
MOV @R0,A ；存低 4位数据
END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 52
3-3-6 A/D转换器接口（ 2）
? PC总线接口工作原理
– PC由接口地址译码电路选中 I/O端口地址
– 由 PCA0确定 AD574的转换位数 （ 12或 8位 ）
– 定时方式的 A/D接口
? 启动 A/D后, 延时大于 25微秒后, 从 AD574
中即可读出 A/D转换结果
– 查询方式的 A/D接口
? 计算机判断 D0位的状态, 判断 A/D是否结束
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 53
3-3-6 A/D转换器接口（ 3）
? PC总线接口
AD574与 PC总线接口原理图
增益调节
零位调节
± 5V模拟输入
± 10V模拟输入 接口地址
译码电路
CS0
CS1
PC地址总线
PCA1~PCA9
AEN
IOW
PCA0
PCD0 PCD1
PCD2 PCD3
PCD4
PCD5
PCD6
PCD7 PC
数
据
总
线
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 54
3-3-7 隔离技术
? 采取隔离技术的必要性
? 对于单通道输入的信号
– 可以采用与 D/A隔离技术相一致的隔离方法
? 对于多输入通道
– 若只要求输入与计算机之间的隔离, 同前
– 若要求通道与通道之间隔离
? 每个通道使用一个独立的 A/D转换器件
? 选用特殊的切换开关
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 55
3-3-8 A/D转换模板的标准化设计
? A/D转换模板设计中应考虑
– 采样保持器
– 输入跟随或信号放大处理
– 多路模拟信号的切换技术
– 隔离技术
– A/D的转换精度
– 参考基准电压
? PC总线的 A/D转换模板
? 微处理器的 A/D转换模板
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 56
第四节
模拟量输出通道及 D/A转换器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 57
本节主要内容
?D/A转换器原理及器件
?D/A转换器与 CPU的连接
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 58
3-4 模拟量输出接口
? 模拟量输出接口的功能
? 模拟量输出接口的组成
– 接口电路
– 控制电路
– 数 /模转换器（ D/A）
– 电压 /电流（ V/I）变换器等
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 59
一,模拟量输出通道的组成
输出保持有,数字量保持,模拟量保持
1.一个输出通路设臵一个 D/A转换器的结构
形式
2.多个输出通路共用一个 D/A转换器的结构
形式
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 60
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 1）
? D/A转换器工作原理
– 输入的数字量是二进制代码按数位的组合，
如任一个 8位数
DATA= D020+ D121+ D222+ D323+ D424+ D525+ D626+ D727
其中,Di = 0或 1,20,21,…, 27分别为对应数位
的权码。 D/A转换要将数字量转换成模拟量，必须先
把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟量，
然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量相应的
模拟量。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 61
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 2）
? D/A转换器的主要组成
– 基准电压 VREF
– T型（ R-2R）电阻网络
– 位切换开关 BSi （ i=0,1,…, n-1）
– 运算放大器 A
? 输出电压 VOUT与输入二进制数 D0 ~ Dn-1的关
系
VOUT = － VREF（ D020+ D121+ D222+ … + Dn-12n-1） / 2n
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 62
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 3）
? T型网络组成的 D/A转换器原理图
VREF（ 基准电压 ）
20 21 2n-3 2n-2 2n-1
0 1 0 1 0 1 0 1 1 0
BSn-1 BSn-2 BSn-
3
BS1 BS0
2R 2R 2R 2R 2R 2R
R R R R
R
A VOUT
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 63
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 4）
? D/A转换器性能指标
– 分辨率
– 稳定时间 （ 又称转换时间 ）
– 绝对精度
– 相对精度
– 线性误差
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 64
3-4-2 D/A转换器芯片介绍
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 65
3-4-2 8位转换器芯片 DAC0832（ 1）
? 主要组成部分
– 8位输入寄存器
– 8位 DAC寄存器
– 采用 T型电阻网络的 8位 D/A转换器
– 以及输入控制电路
? 分辨率为 8位, 电流输出, 稳定时间 1微秒
(μs),20脚双列直插式封装 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 66
3-4-2 8位转换器芯片 DAC0832（ 2）
? DAC0832内部原理框图
VREF
IOUT2
IOUT1
RFB
AGND
DGND
VCC
8位
DAC
转换器
8位
DAC
寄存器
8位
输入
寄存器
LE1 LE2
当 LE1=1时, Q=D
当 LE1=0时, 锁存数据
（ MSB）
D Q D Q
（ LSB）
DI 7
DI 0
ILE
CS
WR1
XFER
WR2
书上是否有问题
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 67
3-4-2 8位转换器芯片 DAC0832（ 3）
? 8位转换器芯片 DAC0832引脚主要功能
– DI0~DI7,数据输入线
– ILE,CS和 WR1同时有效时, 输入寄存器的输
出端 Q跟随输入端 D的电平变化而变化；当 LE1
端为低电平, 0”时, 原 D端输入数据被锁存于 Q
端, D端电平的变化不影响 Q端
– 当 WR2 和 XFER同时有效时, DAC寄存器 LE2
端为高电平, 1”,此时将第一级８位输入寄存
器 Q端的状态锁存到第二级 8位 DAC寄存器中,
以便进行 D/A转换 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 68
V cc V ref
R fb
Iout 1
Iout 2
DGNDAGND
+ 5 V
_
+
V out
Rp
R 0
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 69
3-4-2 12位转换器芯片 DAC1210（ 1）
? 与 8位 DAC0832的 2点区别
– 分 辨 率 为 12 位, 有 12 条 数 据 输 入 线
（ DI0~DI11）, 采用 24脚双立直插式封装 。
– 可用字节控制信号 BYTE1/2控制数据的输入
? 该信号为高电平时, 12位数据 （ DI0~DI11）
同时存入第一级的两个输入寄存器；
? 当该信号为低电平时, 只将低 4 位数据
（ DI0~DI3） 存入低 4位输入寄存器 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 70
3-4-2 12位转换器芯片 DAC1210（ 2）
? DAC1210原理框图
VREF
IO UT2
IO UT1
RFB
AGND
DGND
VCC
12位
D/A
转
换
器
8位
输入
寄存器
LE1 LE2
（ MSB） D Q D Q
（ LSB）
BYTE1/2
CS
WR1
XFER
WR2
LE3
12位
DAC
寄
存
器
4位
输入
寄存器
DI 7
DI 6
DI 5
DI 4
DI 3
DI 2
DI 1
DI 0
DI 11
DI 10
DI 9
DI 8
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 71
3-4-2串行输入 D/A转换器 AD7543（ 1）
? AD7543是 CMOS单片串行输入 D/A转换电
路, 其数字量输入端仅有一条引线, 12位数
字量由高位到低位逐次一位位输入
? AD7543的组成
– 一个 12位串行输入并行输出移位寄存器
– 12位输入寄存器
– 12位 D/A转换电路
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 72
3-4-2串行输入 D/A转换器 AD7543（ 2）
? AD7543原理框图
VREF
IO UT2
IO UT1
RFB
AGND
DGND
VCC
SRI 12位
D/A
转换
器
12位
DAC
寄存
器
12位
串行
输入
移位寄
存器
STB4
STB3
STB2
STB1
LD1
LD2
CLR
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 73
3-4-3 D/A转换器接口
? CPU与 D/A转换器间设臵接口电路的功能
– 数据传送
– 地址选择
– 读写控制
– 外加寄存器 （ 如果 D/A芯片内部无输入寄
存器的话 ）
– 数据缓冲
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 74
3-4-3 8位 D/A转换器接口（ 1）
? 8位 D/A转换器接口电路示意图
数
据
线
地
址
线
控制线
数据缓冲
3:8地址译码
电压输出
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 75
3-4-3 8位 D/A转换器接口（ 2）
? D0~D7是从 CPU过来的 8位数据线, 也即是
需要被转换的数据
? 数据线驱动 74LS244
? 三 —八译码器 74LS138
? VOUT输出对应的模拟电压
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 76
3-4-3 12位 D/A转换器接口
? 若用 8位数据线 （ D0~D7） 来传送
– CPU须分两次传送 12位被转换数
– 将 D/A转换的 12位数据分成高 4位和低 8
位, 低 8位通过数据线直接传送, 高 4位
是借助地址译码空闲的地址线 A8~A11来
实现
? 若采用 16位或 16位以上的 CPU时, 可以一
次性的将 12位数据传送给 D/A转换器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 77
3-4-3串行输入 12位 D/A转换接口
? 串行输入式 D/A转换器具有接线少, 易隔离,
能远传等优点, 可以很方便地与 CPU连接 。
串行输入,12位 D/A转换接口电路示意图
数据输入
清 D/A
移位信号
启动信号
电压输出
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 78
3-4-3 D/A转换器接口的隔离技术（ 1）
? 隔离的必要性
? 光电耦合器
– 由发光二极管和光敏三极管封装而成, 具有类似
普通三极管的输入 -输出特性
? 模拟信号隔离
– 利用光电耦合器的线性区, 可既满足了转换的隔
离, 又实现电压／电流变换
? 数字信号隔离
– 利用光电耦合器的开关特性, 实现数字信号隔离 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 79
3-4-3 D/A转换器接口的隔离技术（ 2）
? 模拟信号隔离
– 只使用少量的光电耦合器, 成本低；
– 但调试困难, 若光电耦合器挑选不合适,
将会影响转换的精度和线性度 。
? 数字信号隔离
– 调试简单, 不影响转换的精度和线性度；
– 缺点是使用较多的光电电耦合器等元器件,
成本高 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 80
3-4-4 D/A转换模板的标准化设计
? D/A转换模板的设计原则
– 硬件与软件的结合
– 安全可靠
– 性能与经济的统一
– 通用性
? 符合总线标准
? 用户可任意选择接口地址：由基址和片址组成
? 用户可任意选择输出方式：电流或电压输出
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 81
3-4-5 D/A转换模板的设计举例（ 1）
? D/A转换模板的设计步骤
– 确定性能指标
– 设计电路原理图和选择集成电路芯片
– 设计和制造电路印刷板
– 焊接和调试电路板
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 82
3-4-6 数字量输入通道
? 隔离
? 抖动
? 整形
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 83
3-4-7 数字量输出通道
? TTL电平
? 晶体管开关
? 继电器
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 1
第三章
输入输出接口技术
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 2
本章主要内容
?模拟量输入接口
?模拟量输出接口
?数字量输入输出接口
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 3
3.1 数据的采样及保持
? 3.1.1 多路转换开关
? 3.1.2 数据采样定理
? 3.1.3 采样 /保持器
返回本章首页
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 4
3.1.1 多路转换开关
?1,CD4051
?CD4051是单边 8通道多路调制器 /多路解调
器。其引脚结构如图所示。
?图中,C,B,A为二进制控制输入端，改
变 C,B,A的数值，可以译出 8种状态，并
选中其中之一，使输入输出接通。当
INH=1时，通道断开；当 INH=0时，通道
接通。改变图中
IN/OUT0~7及 OUT/IN的传递方向，则可用
作多路开关或反多路开关。其真值表如表
所示。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 5
图 CD4051引脚图
表 CD4051真值表
IN / O U T
1
98
7
6
5
4
3
2
10
11
14
13
12
15
16
{
{IN / O U T
{
IN / O U T
1
2
3
0
4
5
6
7
O U T / I N
I N H
V s s
V c c
V DD
A
B
C
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 6
? 2,多路转换开关的扩展
? 当采样的通道比较多，可以将两
个或两个以上的多路开关并联起
来，组成 8× 2或 16× 2的多路开关。
下面以 CD4051为例说明多路开关
的扩展方法。两个 8路开关扩展成
16路的多路开关的方法，如图所
示。
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 7
O U T O U T
C C
A
B B
A
D 0D 1D 2D 3
C D 4 0 5 1 C D 4 0 5 1
I N H I N H
S 1
S 8
S 1
S 8
ININ
ININ
{
{
模拟输入
（1 8）
模拟输入
（9 16 ）
~~
模拟输出
.
.
..
.
图 用 CD4051多路开关组成的 16路模拟开关接线图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 8
? 离散系统的采样形
式有周期采样、多
阶采样和随机采样。
周期采样应用最为
广泛。所谓周期采
样就是以相同的时
间间隔进行采样。
图给出了采样前后
波形的变化。
X*（ t）图 采样前后波形的变化
3.1.2 数据采样定理
返回本节
X (t)
X (t)
*
S T (t)
t
t
t
0
0
0 2T1T 3T 4T 5T 6T- 2 T - 1 T- 3 T- 4 T- 5 T
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 9
?采样 /保持器的作用是：在采样时, 其输出能
够跟随输入变化；而在保持状态时, 能使输出
值不变 。 其输入输出特性如图所示 。
图 采样 /保持器的输入输出特性
3.1.3 采样 /保持器
采样
保持
V in
V o u t
S / HV in V o u t
工作方式
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 10
? 1,采样 /保持器的工作原理
? 最简单的采样 /保持器是由开关和
电容组成, 如图所示 。
图 最简单的采样 /保持器
RK
Vx
C
V o u t.
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 11
? 2,常用的采样 /保持器
? 随着大规模集成电路的发展, 已
生产出各种各样的采样 /保持器 。
如 用 于 一 般 目 的 有 AD582,
AD583,LF198/398等；用于高速
的有 THS-0025, THS-0060,
THC-0030,THC-1500等；用于
高分辨率的有 SHA1144,
ADC1130等 。
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 12
3.2 常用输出驱动电路
? 3.2.1 白炽灯驱动接口
? 3.2.2 光电隔离器
返回本章首页
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 13
3.2.1 白炽灯驱动接口
?图是用 CJ0451驱动器对白炽灯驱动的典型
应用电路 。 驱动器输出驱动电流为
300~500mA。 当单片机的 P1.7输出低电平时,
CJ0451驱动器的输出晶体管导通, 灯泡上
有电流流过而点亮 。
图 2-30 CJ0451驱动灯泡的应用 返回本节
P 1.7
8 0 3 1
开 关
1
2
4 3
7
8
1K Ω
1K Ω
Ω 3 0 0
R
+ 5 V
+ 1 2 VC J 0 4 5 1
.
.
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 14
3.2.2 光电隔离器
?二极管用于保护驱动器，当驱动器由 0变
为 1时，继电器由接通转为关断，由于继电
器线圈是感性负载，会产生很高的感应电
动势，二极管提供的泄流回路能保护隔离
器。
?继电器隔离适用于控制对响应速度要求不
高的启停设备 。 对启停时间很短的开关量
输出控制系统, 应采用光电耦合器 。 光电
耦合器所需的驱动电流小, 在硬件设计时,
只需要一般的三态门即可 。 为快速驱动直
流负载的光电隔离电路 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 15
图 开关量输出隔离电路
8 0 3 1
3 3 3 9
~
28
27
26
25
16
&
CP
7 4 L S
2 7 3
SN
7 5 4 5 2
V 7 V 0
J 7
J 0
J 1
J 2
.,.
.
.
.
.
+ 5 V
二极管用于保护驱动器, 当驱动器由 0变
为 1时, 继电器由接通转为关断, 由于继
电器线圈是感性负载, 会产生很高的感应
电动势, 二极管提供的泄流回路能保护隔
离器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 16
图 光电耦合控制直流电机
8 0 3 1
7 4 L S
2 7 3
+ 5 V
DC
+ -
M
R 1
R 2
R 3
S C R
M C S 6 2 0 0
7
8
.,
.,
继电器隔离适用于控制对响应速度要求不高的
启停设备。对启停时间很短的开关量输出控制
系统，应采用光电耦合器。光电耦合器所需的
驱动电流小，在硬件设计时，只需要一般的三
态门即可。为快速驱动直流负载的光电隔离电
路。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 17
3-3 前向通道中的 A/D转换与 A/D
转换接口
? 模拟量输入接口（又称为 A/D通道）
? 模拟量输入接口的组成
– 多路模拟切换开关
– 前臵放大器
– 采样保持器
– 模／数转换器（ A/D）
– 控制电路等
? A/D转换器的性能指标类似于 D/A转换器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 18
?在微机的各种接口中, 完成外设信号到微
机所需数字信号转换的, 称为模拟 ∕数字转
换 （ A/D转换 ） 器；完成微机输出数字信号
到外设所需信号转换的, 称为数字 ∕模拟转
换 （ D/A转换 ） 器 。
?D/A转换器 （ Digital to Analog Converter）
是一种能把数字量转换成模拟量的电子器
件； A/D 转换器 （ Analog to Digital
Converter） 则相反, 它能把模拟量转换成
相应的数字量 。 在微机控制系统中, 经常
要用到 A/D和 D/A转换器 。 它们的功能及在
实时控制系统中的地位, 如图所示 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 19
图 单片机和被控实体间的接口示意
返回本章首页
当
地
功
能单片
微型
计算机
A / D
多
路
开
关
传感器
传感器
D / A
被控实体
变送器
变送器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 20
3-3-1 A/D转换器原理
? 并行 A/D转换器
– n位则需 2n-1个比较器, 成本高, 故只应
用于转换速度要求极高的场合
? 计数器式 A/D转换器
– 简单, 便宜, 但每输入一个时钟脉冲, 计
数器加 （ 或减 ） 1,故要逼近输入值, 需
输入许多个脉冲, 因而转换很慢 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 21
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 1）
? 双积分式 A/D转换器特点
– 是一种间接 A/D转换技术。
? 模拟电压先转换成积分时间，然后转换成计数脉
冲数，最后将代表模拟输入电压大小的脉冲数转
换成 BCD码输出。
? 转换时间较长，一般需要几十毫秒。
– 器件少, 使用方便, 抗干扰能力强, 数据稳
定, 价格便宜, 适用于非快速计算机过程控
制系统或精度要求较高的地方 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 22
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 2）
? 双积分式 A/D转换器的工作原理
– 先对模拟输入电压 Vin进行固定时间 t1的正向积分，
积分器的输出电压上升的速率与输入电压 Vin成正比
– 当固定时间 t1到后，计数器清零，对积分器进行反
向积分，并自动按一定的频率进行计数。积分器的
输出电压，从正向积分结束时的 VI开始以恒定的斜
率下降，当反向积分使其积分器输出为零时，关闭
计数器计数，完成一次 A/D转换工作。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 23
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 3）
? 双积分式 A/D转换器示意图
控制逻辑
计数器
时钟
+
比较器
－
+
积分器
－
1
2
3
积分电容
VO VI
K
数据输出
Vin
VREF
（基准电压）
双积分式 A/D转换的原理框图
t1
VO
t2 t
A
VO
t1 t3 t
B
t t
1
VI积分输出
t2 t3
A
B
双积分 A/D的工作示意图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 24
3-3-1 双积分式 A/D转换器（ 4）
? 常用双积分式 A/D转换器芯片
? MC14433
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 25
3-3-1 逐位逼近法（ 1）
? 逐位逼近式 A/D的工作原理
– 从 SAR输出的数码送至 D/A，其输出电压 Vf与模拟
量输入 Vin 比较后，再控制 SAR的数字逼近
Vin
模拟量输入
数字量
输出
寄存器
D/A转换器
逐位逼近寄存
器（ SAR）
控制时序
和逻辑电路 比较器
－
+
Vf（反馈电压）
逐位逼近式 A/D转换器原理框图
D0~D7
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 26
例,四位 A/D转换器,满刻度值 5V,现若输入
3.5V模拟电压,试分析其逐次逼近的转换
过程,
解,量化单位 q=5/24=0.3125V
1000,0.3125*23=2.5V<3.5,保留最高位 1
以此类推,最后为 1011
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 27
3-2-1 Σ-Δ型 A/D转换器（ 1）
? Σ-Δ型 A/D利用取样频率为 Fs（ >>fs）的一系
列粗糙量化数据，由后续的数字抽取器计算出
模拟信号所对应的低取样频率 fs的高分辩率数
字信号。其实现主要基于过程取样,Σ-Δ调制
和数字滤波。
抗混叠
模拟滤波器
Σ -Δ
调制器
数字
滤波器
低位数据流
（ 1bit）
输入
数字
fs<< Fs
模拟信号
Fs
高位数据流
（ 16bit）
模拟
Σ -Δ 型 A/D转换器的组成框图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 28
3-2-1 Σ-Δ型 A/D转换器（ 2）
? Σ-Δ型 A/D转换芯片 AD7715
– 价格便宜、分辨率高，不受噪声环境的影响
– 提供了一个增益为 1,2,32,128倍可编程放
大器，一个数字滤波器和一套自校准电路
– 所提供的系统功能要比常用的积分型 A/D转换器
强，而且避免了必须提供一个高质量积分电容的
缺点
– 是工业和过程控制应用中的理想器件
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 29
3.3.2 A/D转换器的性能指
标
? 1,转换精度
? 2,转换时间
? 3,分辨率,A/D转换器对微小输入信号
变化的敏感程度, 分辨率越高, 越灵
敏, 例, 若是 12 位,分 辨 率
1/212*100%=0.0244%
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 30
3.3.3,孔径误差
ftVV m ?2s i n?
ftVdtdV m ?? 2c o s2??
fVdtdV m ?2)( m a x ?
Amm ftVV ?2?? %1 0 02 ?? AV ft??
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 31
例,一个十位的 A/D转换器误差百分数 0.1%,
则允许转换的正弦波模拟信号
的最大频率为多少?(16HZ)
st A ?10?
%1 0 02 ?? AV ft??
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 32
3-3-4 逐位逼近式 A/D芯片介绍
? 逐位逼近式 A/D芯片品种很多，可满足
各种需要
? 8位 A/D转换器芯片
? 12位 A/D转换器芯片
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 33
3-3-4 A/D转换器接口（ 1）
? A/D转换器与 CPU的接口方式由它们之间数
据传输方式决定
– 并行接口和串行接口
? 接口类型一般有三种, 由 A/D转换器与 CPU
之间的联系方式决定
– 查询法
– 定时法
– 中断法
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 34
3.3.4 典型的 A/D转换芯片 ADC0809
?1,ADC0809的内部逻辑结构
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 35
?2,引脚结构
?ADC0809采用双列直插式封装, 共有 28条引脚 。
其引脚结构如图所示 。
IN 5
D 7
D 6
D 0
D 1 D 2
D 3
D 4
D 5
V ref(+)
OE
G N D
V cc
A D D C
A D C 0 8 0 9
1
10
9
8
7
6
5
4
3
2
20
14
15
16
17
18
19
13
12
11
IN 3
IN 4
IN 7
IN 6
S T A R T
E O C
C L O C K
V ref(-)
A L E
A D D A
A D D B
IN 0
IN 1
IN 228
27
26
25
24
23
22
21
图
AD
C
08
09
引
脚
图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 36
? 引脚结构
? （ 1） IN7~IN0,8条模拟量输入通
道
? （ 2）地址输入和控制线,4条
? （ 3）数字量输出及控制线,11条
? （ 4）电源线及其他,5条
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 37
? 表 被选通道和地址的关系
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 38
3.3.5 MCS-51和 A/D转换
器的接口
? 1 MCS-51和 ADC0809的接口
? 2 MCS-51对 AD574的接口
返回本章首页
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 39
1 MCS-51和 ADC0809的接
口 ? ADC0809和 8031的接线如图所示 。
图 ADC0809和 8031接线图
地
址
锁
存
.
8 0 3 1 A D C 0 8 0 9
A L E
P 0.7
P 0.0
P 2.7
WR
RD
I N T
CK
D
Q
Q
A 0
A 1
A 2
D 0
D 7
A
B
C
C L K
S T A R T
A L E
OE
E O C
.
IN 0
IN 1
IN 7
IN 6
IN 5
IN 4
IN 3
IN 2
+
+
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 40
?例 如图所示，试用查询和中断两种方式编写程序，
对 IN5通道上的数据进行采集，并将转换结果送入
内部 RAM20H单元。
?解：中断方式程序清单,
? ORG 0000H
? MOV DPTR,#7FF5H
? MOVX @DPTR,A ；启动 A/D转换
? SETB EA
? SETB EX1 ；开外中断 1
? SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触
发方式
?LOOP,SJMP LOOP ；等待中断
? END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 41
?中断服务程序,
?ORG 0013H ；外中断 1的入口
地址
?LJMP 1000H ；转中断服务程序
的入口地址
?ORG 1000H
?MOVX A,@DPTR ；读取 A/D转
换数据
?MOV 20H,A ；存储数据
?RETI ；中断返回
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 42
?查询方式程序清单,
?ORG 0000H
?MOV DPTR,#7FF5H
?MOVX @DPTR,A ；启动 A/D转换
?LOOP,JB P3.3,LOOP ；等待转换
结束
?MOVX A,@DPTR ；读取 A/D 转换
数据
? MOV 20H,A ；存储数据
? END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 43
例 如图所示, 试编程对 8个模拟通道上的
模拟电压进行一遍数字采集, 并将采集结
果送入内部 RAM以 30H单元为始地址的输
入缓冲区 。
图 8031和 ADC0809的接口
8 0 3 1
EA
A L E
P 0.7 P 0.0
~
WR
地
址
锁
存
器
译
码
器
E O C
A D D A
A L E
OE
S T A R T
C L O C K
2
9
-1
A D C 0 8 0 9
I N T 1
R D
A D D C
A D D B
2
-8
P 0.0
P 0.2
P 0.1
6
22
7
10
M 1
M 2
1
F 0 H
.
.,
IN 0
IN 1
IN 7
IN 6
IN 5
IN 4
IN 3
IN 2
.
2
+
+
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 44
解：从图中可以看出, 接线方式为中断方
式 。 ADDA,ADDB和 ADDC三端接 8031
的 P0.0, P0.1 和 P0.2,故通道号是通过数据
线来选择 。
程序清单,
ORG 0000H
MOV R0,#30H ；数据区始地址送 R0
MOV R7,#08H ；通道数送 R7
MOV R6,#00H ； IN0地址送 R6
MOV IE,#84H ；开中断
SETB IT1 ；外中断请求信号为下跳沿触发方
式
MOV R1,#0F0H ；送端口地址到 R1
MOV A,R6 ； IN0地址送 A
MOVX @R1,A ；启动 A/D转换
LOOP,SJMP LOOP ；等待中断
END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 45
?中断服务程序,
?ORG 0013H ；外中断 1的入口地址
?AJMP 1000H ；转中断服务程序的入口地址
?ORG 1000H
?MOVX A,@R1 ；读入 A/D转换数据
?MOV @R0,A ；将转换后的数据存入数据区
?INC R0 ；数据区指针加 1
?INC R6 ；模拟通道号加 1
?MOV A,R6 ；新的模拟通道号送 A
?MOVX @R1,A ；启动下一通道的 A/D转换
?DJNZ R7,LOOP1 ； 8 路采样未结束, 则转向
LOOP1
?CLR EX1 ； 8路采样结束, 关中断
?LOOP1,RETI ；中断返回
返回本节
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 46
2 MCS-51对 AD574的接口
（ 1） 引脚功能
AD574为 28脚双列直插式封装, 引脚排列
如图所示 。
图 AD
57
4
引
脚
图
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 47
（ 2） 结构特点
① AD574内部集成有转换时钟, 参考
电压源和三态输出锁存器, 因此使
用方便, 可直接和微机接口, 不需
要外接时钟电路 。
② ADC0809的输入模拟电压为 0～
+5V,是单极性的 。 而 AD574的输
入模拟电压既可是单极性也可是双
极性 。
③ AD574的数字量的位数可以设定为
8位, 也可设定为 12位 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 48
2,8031和 AD574的接口
图表示出了 AD574与 8031单片机的接口电路。
.
.
.
.
P 0, 7
P 0, 0
EA
A L E
WR
RD
P 1, 0
32
39
31
30
16
17
1
8 0 3 1
7 4 L S
3 7 3
D 7
D 0 Q 0
Q 7
7 4 L S 0 0
&
1
2
3
18
17
14
13
15
16
19
12
8
2
5
6
9
3
4
7
33
34
35
36
37
38
11
11
15
12
10
13
27
14
26
25
20
21
22
23
24
19
16
17
28
18
2
6
5
4
3
9
7
8
- 1 5 V
+ 1 5 V
±
±
模拟输入
+ 5 V
增益
补偿
1 0 0Ω
Ω 1 0 0
D 10
D 9
D 8
D 0
D 1
D 2
D 3
D 4
D 5
D 6
D 7
D 11
CE
S T S
1 2 / 8
A 0
CS
R/ C
1 0 V IN
B I F O F F
R E F O U T
R E F I N
A G N D
D G N D
V ss
V cc
2 0 V IN
V L
.
.
A D 5 7 4
.
.
.
.
.
.
.
.
.
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 49
图 单极性输入电路
模拟输入
0 + 1 0 V
~
~
0 + 2 0 V
A G N D
2 0 V IN
1 0 V IN
B I P O F F
R E F O U T
CE
R / C
R E F I N
A 0
CS
1 2 / 8 S T S
高位
2 4 2 7
中位
2 0 2 3
低位
1 6 1 9
~
~
~
D G N D
- 1 5 V
+ 1 5 V
+ 5 V
+ 1 5 V- 1 5 V
1 0 0 K
1 0 0
1 0 0 K
1 0 0
Ω
Ω
A D 5 7 4
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 50
例 在图 中, 试编写程序, 使 AD 574进行
12位 A/D转换, 并把转换后的 12位数字量
存入内部 20H和 21H单元 。
设 20H单元存放高 8位, 21H单元存放低 4
位 。
解：程序清单如下,
ORG 0000H
MOV R0,#20H ；数据区首址
MOV DPTR,#0FF7CH
MOVX @DPTR,A ；启动 A/D转换
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 51
LOOP,JB P1.0,LOOP ；转换是否
结束, 未结束, 等待
MOV DPTR,#0FF7DH
MOVX A,@DPTR ；读高 8位数据
MOV @R0,A ；存高 8位数据
INC DPTR
INC DPTR
MOVX A,@DPTR ；读低 4位数据
ANL A,#0FH ；屏蔽高 4位随机数
INC R0
MOV @R0,A ；存低 4位数据
END
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 52
3-3-6 A/D转换器接口（ 2）
? PC总线接口工作原理
– PC由接口地址译码电路选中 I/O端口地址
– 由 PCA0确定 AD574的转换位数 （ 12或 8位 ）
– 定时方式的 A/D接口
? 启动 A/D后, 延时大于 25微秒后, 从 AD574
中即可读出 A/D转换结果
– 查询方式的 A/D接口
? 计算机判断 D0位的状态, 判断 A/D是否结束
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 53
3-3-6 A/D转换器接口（ 3）
? PC总线接口
AD574与 PC总线接口原理图
增益调节
零位调节
± 5V模拟输入
± 10V模拟输入 接口地址
译码电路
CS0
CS1
PC地址总线
PCA1~PCA9
AEN
IOW
PCA0
PCD0 PCD1
PCD2 PCD3
PCD4
PCD5
PCD6
PCD7 PC
数
据
总
线
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 54
3-3-7 隔离技术
? 采取隔离技术的必要性
? 对于单通道输入的信号
– 可以采用与 D/A隔离技术相一致的隔离方法
? 对于多输入通道
– 若只要求输入与计算机之间的隔离, 同前
– 若要求通道与通道之间隔离
? 每个通道使用一个独立的 A/D转换器件
? 选用特殊的切换开关
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 55
3-3-8 A/D转换模板的标准化设计
? A/D转换模板设计中应考虑
– 采样保持器
– 输入跟随或信号放大处理
– 多路模拟信号的切换技术
– 隔离技术
– A/D的转换精度
– 参考基准电压
? PC总线的 A/D转换模板
? 微处理器的 A/D转换模板
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 56
第四节
模拟量输出通道及 D/A转换器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 57
本节主要内容
?D/A转换器原理及器件
?D/A转换器与 CPU的连接
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 58
3-4 模拟量输出接口
? 模拟量输出接口的功能
? 模拟量输出接口的组成
– 接口电路
– 控制电路
– 数 /模转换器（ D/A）
– 电压 /电流（ V/I）变换器等
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 59
一,模拟量输出通道的组成
输出保持有,数字量保持,模拟量保持
1.一个输出通路设臵一个 D/A转换器的结构
形式
2.多个输出通路共用一个 D/A转换器的结构
形式
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 60
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 1）
? D/A转换器工作原理
– 输入的数字量是二进制代码按数位的组合，
如任一个 8位数
DATA= D020+ D121+ D222+ D323+ D424+ D525+ D626+ D727
其中,Di = 0或 1,20,21,…, 27分别为对应数位
的权码。 D/A转换要将数字量转换成模拟量，必须先
把每一位代码按其“权”的大小转换成相应的模拟量，
然后将各模拟分量相加，其总和就是与数字量相应的
模拟量。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 61
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 2）
? D/A转换器的主要组成
– 基准电压 VREF
– T型（ R-2R）电阻网络
– 位切换开关 BSi （ i=0,1,…, n-1）
– 运算放大器 A
? 输出电压 VOUT与输入二进制数 D0 ~ Dn-1的关
系
VOUT = － VREF（ D020+ D121+ D222+ … + Dn-12n-1） / 2n
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 62
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 3）
? T型网络组成的 D/A转换器原理图
VREF（ 基准电压 ）
20 21 2n-3 2n-2 2n-1
0 1 0 1 0 1 0 1 1 0
BSn-1 BSn-2 BSn-
3
BS1 BS0
2R 2R 2R 2R 2R 2R
R R R R
R
A VOUT
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 63
3-4-1 D/A转换器原理及器件（ 4）
? D/A转换器性能指标
– 分辨率
– 稳定时间 （ 又称转换时间 ）
– 绝对精度
– 相对精度
– 线性误差
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 64
3-4-2 D/A转换器芯片介绍
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 65
3-4-2 8位转换器芯片 DAC0832（ 1）
? 主要组成部分
– 8位输入寄存器
– 8位 DAC寄存器
– 采用 T型电阻网络的 8位 D/A转换器
– 以及输入控制电路
? 分辨率为 8位, 电流输出, 稳定时间 1微秒
(μs),20脚双列直插式封装 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 66
3-4-2 8位转换器芯片 DAC0832（ 2）
? DAC0832内部原理框图
VREF
IOUT2
IOUT1
RFB
AGND
DGND
VCC
8位
DAC
转换器
8位
DAC
寄存器
8位
输入
寄存器
LE1 LE2
当 LE1=1时, Q=D
当 LE1=0时, 锁存数据
（ MSB）
D Q D Q
（ LSB）
DI 7
DI 0
ILE
CS
WR1
XFER
WR2
书上是否有问题
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 67
3-4-2 8位转换器芯片 DAC0832（ 3）
? 8位转换器芯片 DAC0832引脚主要功能
– DI0~DI7,数据输入线
– ILE,CS和 WR1同时有效时, 输入寄存器的输
出端 Q跟随输入端 D的电平变化而变化；当 LE1
端为低电平, 0”时, 原 D端输入数据被锁存于 Q
端, D端电平的变化不影响 Q端
– 当 WR2 和 XFER同时有效时, DAC寄存器 LE2
端为高电平, 1”,此时将第一级８位输入寄存
器 Q端的状态锁存到第二级 8位 DAC寄存器中,
以便进行 D/A转换 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 68
V cc V ref
R fb
Iout 1
Iout 2
DGNDAGND
+ 5 V
_
+
V out
Rp
R 0
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 69
3-4-2 12位转换器芯片 DAC1210（ 1）
? 与 8位 DAC0832的 2点区别
– 分 辨 率 为 12 位, 有 12 条 数 据 输 入 线
（ DI0~DI11）, 采用 24脚双立直插式封装 。
– 可用字节控制信号 BYTE1/2控制数据的输入
? 该信号为高电平时, 12位数据 （ DI0~DI11）
同时存入第一级的两个输入寄存器；
? 当该信号为低电平时, 只将低 4 位数据
（ DI0~DI3） 存入低 4位输入寄存器 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 70
3-4-2 12位转换器芯片 DAC1210（ 2）
? DAC1210原理框图
VREF
IO UT2
IO UT1
RFB
AGND
DGND
VCC
12位
D/A
转
换
器
8位
输入
寄存器
LE1 LE2
（ MSB） D Q D Q
（ LSB）
BYTE1/2
CS
WR1
XFER
WR2
LE3
12位
DAC
寄
存
器
4位
输入
寄存器
DI 7
DI 6
DI 5
DI 4
DI 3
DI 2
DI 1
DI 0
DI 11
DI 10
DI 9
DI 8
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 71
3-4-2串行输入 D/A转换器 AD7543（ 1）
? AD7543是 CMOS单片串行输入 D/A转换电
路, 其数字量输入端仅有一条引线, 12位数
字量由高位到低位逐次一位位输入
? AD7543的组成
– 一个 12位串行输入并行输出移位寄存器
– 12位输入寄存器
– 12位 D/A转换电路
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 72
3-4-2串行输入 D/A转换器 AD7543（ 2）
? AD7543原理框图
VREF
IO UT2
IO UT1
RFB
AGND
DGND
VCC
SRI 12位
D/A
转换
器
12位
DAC
寄存
器
12位
串行
输入
移位寄
存器
STB4
STB3
STB2
STB1
LD1
LD2
CLR
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 73
3-4-3 D/A转换器接口
? CPU与 D/A转换器间设臵接口电路的功能
– 数据传送
– 地址选择
– 读写控制
– 外加寄存器 （ 如果 D/A芯片内部无输入寄
存器的话 ）
– 数据缓冲
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 74
3-4-3 8位 D/A转换器接口（ 1）
? 8位 D/A转换器接口电路示意图
数
据
线
地
址
线
控制线
数据缓冲
3:8地址译码
电压输出
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 75
3-4-3 8位 D/A转换器接口（ 2）
? D0~D7是从 CPU过来的 8位数据线, 也即是
需要被转换的数据
? 数据线驱动 74LS244
? 三 —八译码器 74LS138
? VOUT输出对应的模拟电压
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 76
3-4-3 12位 D/A转换器接口
? 若用 8位数据线 （ D0~D7） 来传送
– CPU须分两次传送 12位被转换数
– 将 D/A转换的 12位数据分成高 4位和低 8
位, 低 8位通过数据线直接传送, 高 4位
是借助地址译码空闲的地址线 A8~A11来
实现
? 若采用 16位或 16位以上的 CPU时, 可以一
次性的将 12位数据传送给 D/A转换器
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 77
3-4-3串行输入 12位 D/A转换接口
? 串行输入式 D/A转换器具有接线少, 易隔离,
能远传等优点, 可以很方便地与 CPU连接 。
串行输入,12位 D/A转换接口电路示意图
数据输入
清 D/A
移位信号
启动信号
电压输出
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 78
3-4-3 D/A转换器接口的隔离技术（ 1）
? 隔离的必要性
? 光电耦合器
– 由发光二极管和光敏三极管封装而成, 具有类似
普通三极管的输入 -输出特性
? 模拟信号隔离
– 利用光电耦合器的线性区, 可既满足了转换的隔
离, 又实现电压／电流变换
? 数字信号隔离
– 利用光电耦合器的开关特性, 实现数字信号隔离 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 79
3-4-3 D/A转换器接口的隔离技术（ 2）
? 模拟信号隔离
– 只使用少量的光电耦合器, 成本低；
– 但调试困难, 若光电耦合器挑选不合适,
将会影响转换的精度和线性度 。
? 数字信号隔离
– 调试简单, 不影响转换的精度和线性度；
– 缺点是使用较多的光电电耦合器等元器件,
成本高 。
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 80
3-4-4 D/A转换模板的标准化设计
? D/A转换模板的设计原则
– 硬件与软件的结合
– 安全可靠
– 性能与经济的统一
– 通用性
? 符合总线标准
? 用户可任意选择接口地址：由基址和片址组成
? 用户可任意选择输出方式：电流或电压输出
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 81
3-4-5 D/A转换模板的设计举例（ 1）
? D/A转换模板的设计步骤
– 确定性能指标
– 设计电路原理图和选择集成电路芯片
– 设计和制造电路印刷板
– 焊接和调试电路板
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 82
3-4-6 数字量输入通道
? 隔离
? 抖动
? 整形
— 计算机控制系统 — 燕山大学自动化系
2013-3-3 第三章 计算机输入输出接口技术 83
3-4-7 数字量输出通道
? TTL电平
? 晶体管开关
? 继电器
