第2章 模擬量、數字量輸入/輸出通道及應用

2.1 項目一：D-A轉換器及其在計算機控制系統中的應用

2.1.1 任務1：8位DAC0832芯片的應用

DAC0832是一個8位D-A轉換器，電流輸出方式，穩定時間為1μs，采用20腳雙直立式封裝。同系列芯片還有DAC0830和DAC0831，它們可以相互代換。

DAC0832的原理框圖及引腳如圖2-1所示。DAC0832主要由8位輸入寄存器、8位DAC寄存器、8位D-A轉換器以及輸入控制電路4部分組成。8位輸入寄存器用于存放主機送來的數字量，使輸入數字量得到緩沖和鎖存，由加以控制；8位DAC寄存器用于存放待轉換的數字量，由加以控制；8位D-A轉換器輸出與數字量成正比的模擬電流；由與門、非與門（或非門）組成的輸入控制電路來控制2個寄存器的選通和鎖存狀態。

各引腳功能如下：

DI₀～DI₇：數據輸入線，其中，DI₀為最低有效位（LSB），DI₇為最高有效位（MSB）。

：片選信號，輸入線，低電平有效。

：寫信號1，輸入線，低電平有效。

ILE：輸入允許鎖存信號，輸入線，高電平有效。

當ILE、和同時有效時，8位輸入寄存器端為高電平“1”，此時寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D的電平變化；反之，當端為低電平“0”時，原D端輸入數據被鎖存于Q端，在此期間D端電平的變化不影響Q端。

：寫信號2，輸入線，低電平有效。

：傳送控制信號，輸入線，低電平有效。

當和同時有效時，8位DAC寄存器端為高電平“1”，此時8位DAC寄存器的輸出端Q跟隨輸入端D（也就是8位輸入寄存器Q端）的電平變化；反之，當端為低電平“0”時，第一級8位輸入寄存器Q端的狀態則鎖存到第二級8位DAC寄存器中，以便第三級8位D-A轉化器進行D-A轉換。

一般情況下，為了簡化接口電路。可以把和直接接地，使第二級8位DAC寄存器的輸入端到輸出端通直通。只有第一級8位輸入寄存器置成可選通、可鎖存的單緩沖輸入方式。特殊情況下可采用雙緩沖輸入方式，即把2個寄存器都分別接成受控方式，例如要求多個D-A轉換器同步工作時，首先將要轉換的數據依次置入每個8位輸入寄存器，然后統一信號（和）再同時打開多個8位DAC寄存器，以便實現多個D-A轉換器同步輸出。

I_OUT1：DAC電流輸出端1，一般作為運算放大器差動輸入信號之一。

I_OUT2：DAC電流輸出端2，一般作為運算放大器另一個差動輸入信號。

R_fb：固化在芯片內的反饋電阻連接端，用于連接運算放大器的輸出端。

V_REF：基準電壓源端，輸入線，-10～10V（DC）。

V_CC：工作電壓源端，輸入線，5～15V（DC）。

AGND：模擬電路地。

DGND：數字電路地。

AGND和DGND是兩種不同的地，但在一般情況下，這兩種地最后總有一點連接在一起，以便提高抗干擾能力。

為使主機能向D-A轉換器傳送數據，必須在兩者之間設置接口電路。接口電路的功能是進行地址譯碼、產生片選信號或寫信號。如果D-A轉換器芯片內部有輸入寄存器，則主機的數據總線與轉換器可直接連接，一般只要將數據寫入寄存器中變換就開始；如果D-A轉換器芯片內部無輸入寄存器，則要外加寄存器以緩存主機給出的數據。無論哪種情況，主機對D-A轉換器接口的訪問就像訪問一個I/O端口一樣簡單。

由于DAC0832內部有輸入寄存器，所以它的數據總線可直接與主機的數據總線相連，圖2-2為DAC0832與PC總線的單緩沖接口電路，它由DAC0832轉換芯片、運算放大器以及74LS138譯碼器和門電路構成的地址譯碼電路組成。圖中，DAC0832內的8位DAC寄存器控制端的和直接接地，使8位DAC寄存器的輸入到輸出始終直通；而8位輸入寄存器的控制端分別受地址譯碼信號與輸入/輸出指令控制，即PC總線的地址線A₉～A₀經74LS138譯碼器和門電路產生接口地址信號作為DAC0832的片選信號，輸入/輸出寫信號作為DAC0832的寫信號。

1）當需要進行D-A轉換時，把被轉換的數據（如DATA）送入累加器AL，端口地址（如220H）送入DX，然后執行一條OUT輸出指令，則和同為低電平，為“1”，此時主機輸出的數據寫入DAC0832內的8位輸入寄存器中，再直通送入8位D-A轉換器進行轉換；當恢復為高電平時，使為“0”，則要轉換的數據鎖存在輸入寄存器中，使D-A轉換的輸出保持不變。其接口程序如下：

2）8位D-A轉換器的接口方法比較簡單，如果選用8位D-A轉換器自帶緩存器的芯片，一般將數據寫入緩存器中變換時就開始，因此只需給出控制寫入的信號。若8位D-A轉換器不帶緩存器，則應該加上外部寄存器來緩存主機給出的數據。無論哪種情況，主機對8位D-A轉換器的接口總是像訪問一個I/O端口一樣簡單。

因為DAC0832內部帶有一個8位輸入寄存器，所以DAC0832的數據輸入線可以直接與計算機系統數據總線D₀～D₇相連。讓和接地，即DAC0832內部第二級器接成直通式，只由第一級8位輸入寄存器控制數據的輸入，當和同時有效時，D₀～D₇的數據送入其內部的8位D-A轉換器中進行轉換。

如果要求V_OUT端輸出方波，則編程如下：

如果計算機工作頻率高，上面電路的工作可靠性會降低，解決的辦法是將DAC0832接成二級直通式，鎖存器鎖存計算機輸出的數據，然后由鎖存器對DAC0832提供特殊轉換的二進制數。