07-DA与AD转换-北科
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分析：逐次逼近式ADC的转换时间主要与ADC位数有关，而与 模拟输入电压大小无关，n位ADC的分辨率为1/2n
37
3-ADC接口 工作原理：
ADC的分类 -3-双积分型
38
3-ADC接口
工作原理：
ADC的分类 -3-双积分型
采样阶段 —— 充电时间时间固定，输入的电压越高，充
电电流越大，电容上所积累的电荷越多，电容电压Vc越高； 计数阶段 —— 由于基准电源的放电电流恒定，所以电容 上所积累的电荷越多，放电时间越长，计数值越大，反映 了输入模拟电压的大小。
分辨率：最小输出电压与最大输出电压之比。 或用数字输入信号的有效位表示，如8位DAC、 12位DAC。 线性度：非线性误差，即理想的输入/输出特 性曲线与实际转换曲线的偏差，一般取偏差的 最大值表示。通常用〒0.5FSB表示。
8
2-DAC接口
DAC的性能指标-1
一个12位DAC，若精度为〒0.5LSB，则其最大 可能误差为满量程的（ D ） A.1/2 C.1/4096 B.1/12 D.1/8192
与16位CPU接口：采用10位传送方式，读写一次完成
与8位CPU接口：采用8位传送方式，读写两次传送
22
2-DAC接口
10位DAC：AD7527
8位CPU与10位D/A接口方法
23
2-DAC接口
DAC举例
【国防科大2000年考研题】某PC机扩展槽中已插入一
个DAC模块，其端口地址为360H。请问执行下列程序段
36
3-ADC接口
ADC的分类 -2-逐次逼近式
【东南大学2000年考研题】有关逐次逼近式10位A/D转
换芯片底正确叙述是（ B ）
A.转换时间与模拟输入电压有关，分辨率为1/210 B.转换时间与模拟输入电压无关，分辨率为1/210 C.转换时间与模拟输入电压有关，分辨率为1/29 D.转换时间与模拟输入电压无关，分辨率为1/29
由输入的二进制的各位控制一些开关， 通过电阻网路，在运算放大器的输入端 产生与二进制数各位的权成比例的电流， 经过运算放大器相加和转换而成为与二
进制数成比例的模拟电压。
5
2-DAC接口
典型的D/A原理
6
2-DAC接口
典型的D/A原理
各种DAC中必不可少的基本组成部件是（ B ） A.基准电源和运算运大器 B.解码网络和基准电源 C.输入数据缓存器和解码网络
47
3-ADC接口
接口图：
ADC–举例–2–分析
48
3-ADC接口
ADC–举例–2–初始化程序
8255初始化程序：
49
3-ADC接口
ADC–举例–2–初始化程序
8253初始化程序：
50
3-ADC接口
中断采集程序：
①
ADC–举例–2–初始化程序
②
③
51
Ch07-D/A与A/D转换
章节回顾
接口概述 D/A转换器接口 (Digit to Analog)
分析：最大可能误差为：〒(1/2)〓(1/2^n)〓VFS
9
2-DAC接口
DAC的性能指标-1
一个4位的DAC，线性误差为〒0.5LSB，满量程电压为 1OV。当输入为0CH时，其输出可能为（ C ） A.+10V C.7.25V
分析：线性误差为
B.-10V D.7.00V
〒(1/2)〓(1/2n)〓VFS＝ 〒(1/2)〓(1/24)〓10＝〒0.31V，输入
一般D/A芯片中，多采用T型电阻网络
17
2-DAC接口
10位DAC：AD7527
可编程的单片CMOS D/A转换器 可直接与8位或16位数据总线相接口 内部寄存器可以左对齐或右对齐 数据可由外部输入（D/A转换），或作内部寄存器 内部有数据补偿电路（0、半、满量程电压）
18
2-DAC接口
10位DAC：AD7527
46
3-ADC接口
使用8254产生600s定时：
ADC–举例–2–分析
输入时钟周期为1/5MHz＝0.2us 计数值＝600s/(0.2us)＝3*109
工作方式 计数器0 计数器1 计数器2 2 2 2 输入时钟 0.2us 1ms 1s 输出时钟 1ms 1s 600s 计数初值 5000 1000 600
分析：由于并行比较式转换器只进行一次比较即得到转换结 果，所以转换速度最快，可以达到若干兆次转换/秒。
40
3-ADC接口
8位ADC 0809
8通道8位A/D转换器ADC 0809：逐次逼近型
41
3-ADC接口
ADC 0809引脚图
8位ADC 0809
42
3-ADC接口
10位逐次逼近式单片ADC
29
3-ADC接口
ADC的分类 -1
直接型A/D转换器：输入的模拟电压被直接转换成数字 代码，不经任何中间变量。 间接型A/D转换器：首先把输入的模拟电压转换成某种 中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再把这
个中间变量转换成数字代码输出。
30
3-式A/D转换 逐次逼近式A/D转换 双积分型A/D转换
A/D转换器接口 (Analog to Digit) 其他D/A与A/D接口芯片介绍
52
10位ADC 571
43
3-ADC接口
ADC 571引脚图
10位ADC 571
44
3-ADC接口
ADC–举例– 1
【南京航大2000年考研题】某定时数据采集系 统中，8位ADC的输入电压范围为0～5V，其转 换结果存入单元BUF1。若(BUF1)=40H，则对应 的输入电压是多少？ 答：1.25V。(5/28)〓40H＝1.25V。
12
2-DAC接口
DAC分类：权电阻解码网路
13
2-DAC接口
DAC分类：权电阻解码网路
14
2-DAC接口
DAC分类：T型电阻解码网路
15
2-DAC接口
DAC分类：T型电阻解码网路
16
2-DAC接口
权电阻与T型解码网路的比较
T型电阻中只使用两种电阻：R、2R权电阻中电 阻阻值按二进制规律递变 权电阻由于阻值分散和差异悬殊，制造工艺难 度大，精度较差
输出通道
信号 变换
D/A 转换
I/O 接口
输出 接口
计 算
00101101
执行 机构
机
模拟电路的任务
模拟接口电路的任务
26
3-ADC接口
ADC接口
传感器：测量现场物理信号，并转换为电信号
量程放大器：把传感器信号放大到ADC转换所需的量程范围
低通滤波器：压低干扰，增加信扰比 采样－保持：转换信号需要时间，巡回检测。采样频率至 少为被测信号频谱中最高频率的两倍 多路开关：监视和控制多条现场信号 ADC：模拟量转换为数字量
基准电源、解码网络、运算运大器和输入数据缓存器都是DAC的基本 组成部件。 有些以电流形式输出的芯片（如DAC0832）不含运算运大器，若要以 电压形式输出，则要外加运算运大器；而有些芯片则没有输入数据缓 存器，这时DAC就不能与MPU直接相连，要通过接口才能与MPU相连。
7
2-DAC接口
DAC的性能指标-1
后，DAC的输出端出现的是什么波形？画出该输出波形 的示意图。
24
3-ADC接口
ADC接口
用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号
25
3-ADC接口
输入通道
工 业 生
ADC接口
传 感 器
放大 滤波
多路转换 & 采样保持
A/D 转换
输入 接口
10101100
微 型
产
过 程
物理量 变换
信号 处理
放大 驱动
数字量OCH对应的理想输出为：(10/24)〓0CH＝7.5V，实际输出 为7.5〒0.31V，即7.19～7.81V。
10
2-DAC接口
DAC的性能指标-2
转换精度：即最大的静态转换误差，指转换后 的实际值与理想值的接近程度。 建立时间：其输出模拟电压（或电流）达到满
刻度值〒0.5LSB或与满刻度值差百分之多少时
所需时间。
温度系数：在满刻度输出的条件下，温度每升
高1℃，输出变化的百分数。
11
2-DAC接口
DAC的性能指标-3
输出电平：不同DAC输出电平相差较大，一般 为5V～10V，高压输出的有24V～30V。 输入数字电平：指输入数字信号分别为“1”和 “0”时，所对应的输入高低电平的数值，一般 多为TTL电平。 工作温度范围：一般在0º ～ 70º 。 C C
特点：此方法可消除干扰，电源噪声的能力强、精度高，但转换 速度较慢，转换精度要求较高；适用于信号变化较慢，转 换精度要求较高，现场干扰较严重，采样速率较低的场合。
39
3-ADC接口
ADC的分类 –举例
从转换工作原理上看，（ B ）ADC速度较快 A.逐次逼近式 C.双积分型 B．并行比较式 D．电压频率式
19
2-DAC接口
10位DAC：AD7527
LS/MS
LJ/RJ
20
2-DAC接口
10位DAC：AD7527
CONT1和CONT2的组合决定AD7527的工作方式：
装入方式：AD7527
计数方式：AD7527
DB，DAC
DB，DAC
DB
DB
21
2-DAC接口
AD7527的数据传送方式 ——
10位DAC：AD7527
数值按某一最小单位的倍数变化1接口概述模拟量的使用模拟量的使用模拟量传感器执行元件数字量数字量模拟量模拟量输入数据采集模拟量输出过程控制计算机2dac接口典型的典型的dada原理原理由输入的二进制的各位控制一些开关通过电阻网路在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比例的电流经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比例的模拟电压
2
1-接口概述
模拟量与数字量
模拟量：随时间连续变换，数值连 续可变
数字量：时间上是某一物理量在某
一时刻的瞬时值；数值按某一最小
单位的倍数变化
3
1-接口概述
模拟量的使用
模拟量 传感器
数字量
数字量
模拟量
A/D
计算机
D/A
执行元件
模拟量输入 (数据采集)
模拟量输出 (过程控制)
4
2-DAC接口
典型的D/A原理
DAC：数字量转换为模拟量
低通滤波：平滑输出波形 放大驱动：提供足够的驱动电压，电流
27
3-ADC接口
ADC的性能指标-1
分辨率：输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟 电压的变化量。定义为满刻度电压与2n的比值（n为 ADC的位数），通常直接用ADC的位数（如8位ADC）表
示。
量化误差：量化误差为〒0.5LSB，分辨率高的ADC具有
Ch07-D/A与A/D转换
Computer Principle
D/A与A/D转换
丁 刚 teacherding@
1
Ch07-D/A与A/D转换
章节内容
接口概述 D/A转换器接口 (Digit to Analog)
A/D转换器接口 (Analog to Digit) 其他D/A与A/D接口芯片介绍
较小的量化误差。
转换速率∶能够重复进行数据转换的速度，即每秒转
换次数。完成一次AD转换的时间是转换速率的倒数。
28
3-ADC接口
ADC的性能指标-2
绝对精度：任何数码所相对应的实际模拟电压与其理 想的电压值之差的最大值。 相对精度：把实际模拟电压与其理想的电压值之差的 最大值表示为满刻度模拟电压的百分数，或者用二进 制分数来表示相对应的数字量。
31
3-ADC接口 硬件实现：
ADC的分类 -2-计数器式
32
3-ADC接口 软件实现：
ADC的分类 -2-计数器式
33
3-ADC接口 工作原理：
ADC的分类 -2-逐次逼近式
34
3-ADC接口 流程图：
ADC的分类 -2-逐次逼近式
35
3-ADC接口
ADC的分类 -2-逐次逼近式
8位ADC，转换数113的模拟电压的过程：
45
3-ADC接口
ADC–举例–2
采用12位AD574设计PC系列机温度监控系统的硬件接口 和软件程序，使它能24小时工作，每隔600s连续采样7 次，取平均值作为一个数据存入内存，并判断是否超
出上、下限(设上、下限温度对应的数字值为Dmax和
Dmin)，如超限则点亮一发光二极管报警。设8254的输 入时钟为5MHz。 写出初始化程序和中断采集程序。
37
3-ADC接口 工作原理：
ADC的分类 -3-双积分型
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3-ADC接口
工作原理：
ADC的分类 -3-双积分型
采样阶段 —— 充电时间时间固定，输入的电压越高，充
电电流越大，电容上所积累的电荷越多，电容电压Vc越高； 计数阶段 —— 由于基准电源的放电电流恒定，所以电容 上所积累的电荷越多，放电时间越长，计数值越大，反映 了输入模拟电压的大小。
分辨率：最小输出电压与最大输出电压之比。 或用数字输入信号的有效位表示，如8位DAC、 12位DAC。 线性度：非线性误差，即理想的输入/输出特 性曲线与实际转换曲线的偏差，一般取偏差的 最大值表示。通常用〒0.5FSB表示。
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2-DAC接口
DAC的性能指标-1
一个12位DAC，若精度为〒0.5LSB，则其最大 可能误差为满量程的（ D ） A.1/2 C.1/4096 B.1/12 D.1/8192
与16位CPU接口：采用10位传送方式，读写一次完成
与8位CPU接口：采用8位传送方式，读写两次传送
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2-DAC接口
10位DAC：AD7527
8位CPU与10位D/A接口方法
23
2-DAC接口
DAC举例
【国防科大2000年考研题】某PC机扩展槽中已插入一
个DAC模块，其端口地址为360H。请问执行下列程序段
36
3-ADC接口
ADC的分类 -2-逐次逼近式
【东南大学2000年考研题】有关逐次逼近式10位A/D转
换芯片底正确叙述是（ B ）
A.转换时间与模拟输入电压有关，分辨率为1/210 B.转换时间与模拟输入电压无关，分辨率为1/210 C.转换时间与模拟输入电压有关，分辨率为1/29 D.转换时间与模拟输入电压无关，分辨率为1/29
由输入的二进制的各位控制一些开关， 通过电阻网路，在运算放大器的输入端 产生与二进制数各位的权成比例的电流， 经过运算放大器相加和转换而成为与二
进制数成比例的模拟电压。
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2-DAC接口
典型的D/A原理
6
2-DAC接口
典型的D/A原理
各种DAC中必不可少的基本组成部件是（ B ） A.基准电源和运算运大器 B.解码网络和基准电源 C.输入数据缓存器和解码网络
47
3-ADC接口
接口图：
ADC–举例–2–分析
48
3-ADC接口
ADC–举例–2–初始化程序
8255初始化程序：
49
3-ADC接口
ADC–举例–2–初始化程序
8253初始化程序：
50
3-ADC接口
中断采集程序：
①
ADC–举例–2–初始化程序
②
③
51
Ch07-D/A与A/D转换
章节回顾
接口概述 D/A转换器接口 (Digit to Analog)
分析：最大可能误差为：〒(1/2)〓(1/2^n)〓VFS
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2-DAC接口
DAC的性能指标-1
一个4位的DAC，线性误差为〒0.5LSB，满量程电压为 1OV。当输入为0CH时，其输出可能为（ C ） A.+10V C.7.25V
分析：线性误差为
B.-10V D.7.00V
〒(1/2)〓(1/2n)〓VFS＝ 〒(1/2)〓(1/24)〓10＝〒0.31V，输入
一般D/A芯片中，多采用T型电阻网络
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2-DAC接口
10位DAC：AD7527
可编程的单片CMOS D/A转换器 可直接与8位或16位数据总线相接口 内部寄存器可以左对齐或右对齐 数据可由外部输入（D/A转换），或作内部寄存器 内部有数据补偿电路（0、半、满量程电压）
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2-DAC接口
10位DAC：AD7527
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3-ADC接口
使用8254产生600s定时：
ADC–举例–2–分析
输入时钟周期为1/5MHz＝0.2us 计数值＝600s/(0.2us)＝3*109
工作方式 计数器0 计数器1 计数器2 2 2 2 输入时钟 0.2us 1ms 1s 输出时钟 1ms 1s 600s 计数初值 5000 1000 600
分析：由于并行比较式转换器只进行一次比较即得到转换结 果，所以转换速度最快，可以达到若干兆次转换/秒。
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3-ADC接口
8位ADC 0809
8通道8位A/D转换器ADC 0809：逐次逼近型
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3-ADC接口
ADC 0809引脚图
8位ADC 0809
42
3-ADC接口
10位逐次逼近式单片ADC
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3-ADC接口
ADC的分类 -1
直接型A/D转换器：输入的模拟电压被直接转换成数字 代码，不经任何中间变量。 间接型A/D转换器：首先把输入的模拟电压转换成某种 中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再把这
个中间变量转换成数字代码输出。
30
3-式A/D转换 逐次逼近式A/D转换 双积分型A/D转换
A/D转换器接口 (Analog to Digit) 其他D/A与A/D接口芯片介绍
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10位ADC 571
43
3-ADC接口
ADC 571引脚图
10位ADC 571
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3-ADC接口
ADC–举例– 1
【南京航大2000年考研题】某定时数据采集系 统中，8位ADC的输入电压范围为0～5V，其转 换结果存入单元BUF1。若(BUF1)=40H，则对应 的输入电压是多少？ 答：1.25V。(5/28)〓40H＝1.25V。
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2-DAC接口
DAC分类：权电阻解码网路
13
2-DAC接口
DAC分类：权电阻解码网路
14
2-DAC接口
DAC分类：T型电阻解码网路
15
2-DAC接口
DAC分类：T型电阻解码网路
16
2-DAC接口
权电阻与T型解码网路的比较
T型电阻中只使用两种电阻：R、2R权电阻中电 阻阻值按二进制规律递变 权电阻由于阻值分散和差异悬殊，制造工艺难 度大，精度较差
输出通道
信号 变换
D/A 转换
I/O 接口
输出 接口
计 算
00101101
执行 机构
机
模拟电路的任务
模拟接口电路的任务
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3-ADC接口
ADC接口
传感器：测量现场物理信号，并转换为电信号
量程放大器：把传感器信号放大到ADC转换所需的量程范围
低通滤波器：压低干扰，增加信扰比 采样－保持：转换信号需要时间，巡回检测。采样频率至 少为被测信号频谱中最高频率的两倍 多路开关：监视和控制多条现场信号 ADC：模拟量转换为数字量
基准电源、解码网络、运算运大器和输入数据缓存器都是DAC的基本 组成部件。 有些以电流形式输出的芯片（如DAC0832）不含运算运大器，若要以 电压形式输出，则要外加运算运大器；而有些芯片则没有输入数据缓 存器，这时DAC就不能与MPU直接相连，要通过接口才能与MPU相连。
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2-DAC接口
DAC的性能指标-1
后，DAC的输出端出现的是什么波形？画出该输出波形 的示意图。
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3-ADC接口
ADC接口
用于将连续变化的模拟信号转换为数字信号
25
3-ADC接口
输入通道
工 业 生
ADC接口
传 感 器
放大 滤波
多路转换 & 采样保持
A/D 转换
输入 接口
10101100
微 型
产
过 程
物理量 变换
信号 处理
放大 驱动
数字量OCH对应的理想输出为：(10/24)〓0CH＝7.5V，实际输出 为7.5〒0.31V，即7.19～7.81V。
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2-DAC接口
DAC的性能指标-2
转换精度：即最大的静态转换误差，指转换后 的实际值与理想值的接近程度。 建立时间：其输出模拟电压（或电流）达到满
刻度值〒0.5LSB或与满刻度值差百分之多少时
所需时间。
温度系数：在满刻度输出的条件下，温度每升
高1℃，输出变化的百分数。
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2-DAC接口
DAC的性能指标-3
输出电平：不同DAC输出电平相差较大，一般 为5V～10V，高压输出的有24V～30V。 输入数字电平：指输入数字信号分别为“1”和 “0”时，所对应的输入高低电平的数值，一般 多为TTL电平。 工作温度范围：一般在0º ～ 70º 。 C C
特点：此方法可消除干扰，电源噪声的能力强、精度高，但转换 速度较慢，转换精度要求较高；适用于信号变化较慢，转 换精度要求较高，现场干扰较严重，采样速率较低的场合。
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3-ADC接口
ADC的分类 –举例
从转换工作原理上看，（ B ）ADC速度较快 A.逐次逼近式 C.双积分型 B．并行比较式 D．电压频率式
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2-DAC接口
10位DAC：AD7527
LS/MS
LJ/RJ
20
2-DAC接口
10位DAC：AD7527
CONT1和CONT2的组合决定AD7527的工作方式：
装入方式：AD7527
计数方式：AD7527
DB，DAC
DB，DAC
DB
DB
21
2-DAC接口
AD7527的数据传送方式 ——
10位DAC：AD7527
数值按某一最小单位的倍数变化1接口概述模拟量的使用模拟量的使用模拟量传感器执行元件数字量数字量模拟量模拟量输入数据采集模拟量输出过程控制计算机2dac接口典型的典型的dada原理原理由输入的二进制的各位控制一些开关通过电阻网路在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比例的电流经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比例的模拟电压
2
1-接口概述
模拟量与数字量
模拟量：随时间连续变换，数值连 续可变
数字量：时间上是某一物理量在某
一时刻的瞬时值；数值按某一最小
单位的倍数变化
3
1-接口概述
模拟量的使用
模拟量 传感器
数字量
数字量
模拟量
A/D
计算机
D/A
执行元件
模拟量输入 (数据采集)
模拟量输出 (过程控制)
4
2-DAC接口
典型的D/A原理
DAC：数字量转换为模拟量
低通滤波：平滑输出波形 放大驱动：提供足够的驱动电压，电流
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3-ADC接口
ADC的性能指标-1
分辨率：输出数字量变化一个相邻数码所需输入模拟 电压的变化量。定义为满刻度电压与2n的比值（n为 ADC的位数），通常直接用ADC的位数（如8位ADC）表
示。
量化误差：量化误差为〒0.5LSB，分辨率高的ADC具有
Ch07-D/A与A/D转换
Computer Principle
D/A与A/D转换
丁 刚 teacherding@
1
Ch07-D/A与A/D转换
章节内容
接口概述 D/A转换器接口 (Digit to Analog)
A/D转换器接口 (Analog to Digit) 其他D/A与A/D接口芯片介绍
较小的量化误差。
转换速率∶能够重复进行数据转换的速度，即每秒转
换次数。完成一次AD转换的时间是转换速率的倒数。
28
3-ADC接口
ADC的性能指标-2
绝对精度：任何数码所相对应的实际模拟电压与其理 想的电压值之差的最大值。 相对精度：把实际模拟电压与其理想的电压值之差的 最大值表示为满刻度模拟电压的百分数，或者用二进 制分数来表示相对应的数字量。
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3-ADC接口 硬件实现：
ADC的分类 -2-计数器式
32
3-ADC接口 软件实现：
ADC的分类 -2-计数器式
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3-ADC接口 工作原理：
ADC的分类 -2-逐次逼近式
34
3-ADC接口 流程图：
ADC的分类 -2-逐次逼近式
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3-ADC接口
ADC的分类 -2-逐次逼近式
8位ADC，转换数113的模拟电压的过程：
45
3-ADC接口
ADC–举例–2
采用12位AD574设计PC系列机温度监控系统的硬件接口 和软件程序，使它能24小时工作，每隔600s连续采样7 次，取平均值作为一个数据存入内存，并判断是否超
出上、下限(设上、下限温度对应的数字值为Dmax和
Dmin)，如超限则点亮一发光二极管报警。设8254的输 入时钟为5MHz。 写出初始化程序和中断采集程序。