第8章 AD DA接口
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计算机系统结构课件-AD DA转换器接口
⑥OE：输出允许信号。其用于控制三态输出锁 存器向单片机输出转换得到的数据。OE=0，输 出数据线呈高电阻；OE=1，输出转换得到的数 据。 ⑦CLK：时钟信号。ADC0809的内部没有时钟电 路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信 号引脚。通常使用频率为500kHz的时钟信号。
⑧EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转 换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查 询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。
③中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断 请求信号，以中断方式进行数据传送。
MOV DPTR，#0000H MOVX A， @DPTR
；选中通道0 ；信号有效，输出转
换后的数据到A累加器
四、任务实施 1、 硬件设计 数字电压表硬件设计如图6-6所示。U1为单 片机AT89C51,U3为A/D转换器AD0808，采用的 是共阳极数码管显示，四个数码管的片选为 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，低电平为选中，段 码从P0口输出。
LJMP
INT_T0
；存放段码 ；定义ADC0808时钟位
START:
MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV SETB WAIT: SETB CLR
LED_0,#00H LED_1,#00H LED_2,#00H DPTR,#TABLE TMOD,#02H TH0,#245 TL0,#00H IE,#82H TR0 CLR ST ST ST
SJMP CPL
RETI MOV MOVC CLR MOV LCALL
SETB MOV MOVC CLR MOV
DISP WAIT CLOCK
A,LED_0 A,@A+DPTR P2.3 P0,A DELAY P2.3 A,LED_1 A,@A+DPTR P2.2 P0,A
⑧EOC：转换结束状态信号。EOC=0，正在进行转 换；EOC=1，转换结束。该状态信号既可作为查 询的状态标志，又可以作为中断请求信号使用。
③中断方式 把表明转换完成的状态信号（EOC）作为中断 请求信号，以中断方式进行数据传送。
MOV DPTR，#0000H MOVX A， @DPTR
；选中通道0 ；信号有效，输出转
换后的数据到A累加器
四、任务实施 1、 硬件设计 数字电压表硬件设计如图6-6所示。U1为单 片机AT89C51,U3为A/D转换器AD0808，采用的 是共阳极数码管显示，四个数码管的片选为 P2.0、P2.1、P2.2、P2.3，低电平为选中，段 码从P0口输出。
LJMP
INT_T0
；存放段码 ；定义ADC0808时钟位
START:
MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV MOV SETB WAIT: SETB CLR
LED_0,#00H LED_1,#00H LED_2,#00H DPTR,#TABLE TMOD,#02H TH0,#245 TL0,#00H IE,#82H TR0 CLR ST ST ST
SJMP CPL
RETI MOV MOVC CLR MOV LCALL
SETB MOV MOVC CLR MOV
DISP WAIT CLOCK
A,LED_0 A,@A+DPTR P2.3 P0,A DELAY P2.3 A,LED_1 A,@A+DPTR P2.2 P0,A
ad转换器和da转换器
• 单片机测控系统中的ADC和DAC
电流输出型DA转换原理
总电流
•转换电流
分支电流
……
•I01转换电流与“逻辑开关”为1的各支路电流的总和成正比 ，即与D0～D7口输入的二进制数成正比。
•DAC0832
•反馈电 阻 •外接放大器
转换电压
•即，转换电压正比于待转换的二进制数和参考电压
DAC的性能指标： 1、分辨率 通常将DAC能够转换的二进制的位数称为分辨率。 位数越多分辨率也越高，一般为8位、10位、12位、16位等
•参考程序如下：
INIT1： SETB IT1
；选择外部中断1为跳沿触发方式
SETB EA
；总中断允许
SETB EX1 ；允许外部中断1中断
MOV DPTR，#7FF8H ；端口地址送DPTR
MOV A，#00H
MOVX @DPTR，A；启动ADC0809对IN0通道转换
………
；完成其他的工作
•电路分析
➢ 由P2.0形成高8位地址（0xfe），与WR信号合成START/ALE正脉冲启动 ADC，与RD信号合成OE正脉冲输出转换数据；
➢ 启动IN0～IN7通道AD转换的命令的地址为：0xfef8，……，0xfeff。
➢ 读取AD结果的命令的地址为：任何高8位为0xfe的地址均可。
•电路分析
DAC2第1级地址： 1111 1101 …（0xfdff） DAC1和2第二级地址：1110 1111 …（0xefff）
例3参考程序
•语句DAOUT = num的作用只是启动DAC寄存器，传输什么数据都没关 系。
例3 运行效果 （多路D/A同步输出 ）
•11.2 AT89S51与ADC的接口
电流输出型DA转换原理
总电流
•转换电流
分支电流
……
•I01转换电流与“逻辑开关”为1的各支路电流的总和成正比 ，即与D0～D7口输入的二进制数成正比。
•DAC0832
•反馈电 阻 •外接放大器
转换电压
•即，转换电压正比于待转换的二进制数和参考电压
DAC的性能指标： 1、分辨率 通常将DAC能够转换的二进制的位数称为分辨率。 位数越多分辨率也越高，一般为8位、10位、12位、16位等
•参考程序如下：
INIT1： SETB IT1
；选择外部中断1为跳沿触发方式
SETB EA
；总中断允许
SETB EX1 ；允许外部中断1中断
MOV DPTR，#7FF8H ；端口地址送DPTR
MOV A，#00H
MOVX @DPTR，A；启动ADC0809对IN0通道转换
………
；完成其他的工作
•电路分析
➢ 由P2.0形成高8位地址（0xfe），与WR信号合成START/ALE正脉冲启动 ADC，与RD信号合成OE正脉冲输出转换数据；
➢ 启动IN0～IN7通道AD转换的命令的地址为：0xfef8，……，0xfeff。
➢ 读取AD结果的命令的地址为：任何高8位为0xfe的地址均可。
•电路分析
DAC2第1级地址： 1111 1101 …（0xfdff） DAC1和2第二级地址：1110 1111 …（0xefff）
例3参考程序
•语句DAOUT = num的作用只是启动DAC寄存器，传输什么数据都没关 系。
例3 运行效果 （多路D/A同步输出 ）
•11.2 AT89S51与ADC的接口
第8章 AD和DA转换模块设计
#include<intrins.h> unsigned int a,b; sbit di=P3^7; sbit clock=P3^6; sbit cs=P3^5;
//移位函数头文件 //定义变量 //定义串行输入口 //定义时钟位 //定义片选位
/******************************************/ /* 延时子程序 */ /******************************************/ void delay(unsigned int z) { unsigned int x,y; for(x=z;x>0;x--) for(y=114;y>0;y--); } void _nop_(); //空操作 较短延时 /******************************************/ /* 主程序 */ /******************************************/ void main()
注：Vref+为加到 TLC1543 REF+端的电压，Vref-是加到 REF-端的电压
同时，串口也从DATAOUT端接收前一次转换的结果。它以MSD前导方式 DATAOUT输出，但MSB出现在DATAOUT端的时刻取决于串行接口时序。 TLC1543可以用6种基本串行接口时序方式，这些方式取决于I/0 CLOCK 的速度与CS的工作，如表8-2所示。
A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 A8 GND 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Vcc EOC I/O CLOCK ADDRESS DATA OUT __ CS REF+ REFA10 A9
第8章DA与AD转换电路
10 28
7
Di
i0
2i
当输入的数字量在全0和全1之间变化时，输出模拟电压的 变化范围为0～9.96V。
8.3 A/D转换器
一、A/D转换器的基本原理
四个步骤：采样、保持、量化、编码。
模拟电子开关S在采样脉冲CPS的控制下重复接通、断开 的过程。S接通时，ui(t)对C充电，为采样过程；S断开时，C
I0
VREF 8R
I1
VREF 4R
I2
VREF 2R
I3
VREF R
i I0d0 I1d1 I2d2 I3d3
VREF 8R
d0
VREF 4R
d1
VREF 2R
d2
VREF R
d3
VREF 23 R
(d3
23
d2
22
d1
21
d0
20)
uo
RFiF
R i 2
VREF 24
(d3 23
可推得n位倒T形权电流D/A转换器的输出电压
vO
VREF R1
Rf 2n
n1
Di
2i
i0
❖ 该电路特点为，基准电流仅与基准电压VREF和电 阻R1有关，而与BJT、R、2R电阻无关。这样，电 路降低了对BJT参数及R、2R取值的要求，对于集
成化十分有利。
❖ 由于在这种权电流D/A转换器中采用了高速电子 开关，电路还具有较高的转换速度。采用这种权 电流型D/A转换电路生产的单片集成D/A转换器有 AD1408、DAC0806、DAC0808等。这些器件都采用 双极型工艺制作，工作速度较高。
三、D/A转换器的主要技术指标
1.转换精度 D/A转换器的转换精度通常用分辨率和转换误差来描述。 （1）分辨率——D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等级数。 N位D/A转换器的分辨率可表示为 1
AD与DA转换器接口
24
1. ADC的主要参数
衡量一个ADC的性能的主要参数有： 1. 分辨率：指ADC能够转换成二 进制数的位数。 2. 转换时间：指从启动转换开始 到转换结束，得到稳定的数字输出量为 止的时间。 其它参数与DAC类似。
23
ADC按分辨率可分为：4位、6位、8位、10位、 12位、14度可分为： 超高速（转换时间≤330ns） 次高速（转换时间330ns～3.3us） 高速（转换时间＜20us） 中速（转换时间20us ～330us ） 低速（转换时间＞330us ） ADC按转换原理可分为 并行A/D、逐次逼近A/D、双积分A/D。
15
二、并行8位D/A转换芯片AD558及其接口
1、 AD558的内部结构框图
16
17
2、AD558与PC机的连接图
18
三、串行8位D/A转换器TLC5620
第一级缓冲 第二级缓冲
19
数据写入方式 (LDAC更新DAC输出)
数据写入方式 (LOAD更新DAC输出)
20
TLC5620 REFA REFB REFC DATA REFD CLK DACA LOAD DACB LDAC DACC DACD
13
MOV DX，300H MOV AL，0H L1：OUT DX，AL INC AL JNZ L1 MOV AL，0FFH L2：OUT DX，AL DEC AL JNZ L2 JMP L1
;8255A的A口 ;生成三角波
14
思考题： 1.编写完整的程序。 2.编写生成矩形波、三角波、梯形波、 正弦波以及锯齿波等程序
5
2、D/A转换器的连接特性 表示一个D/A 转换器连接特性的几个方面： 1. 数据缓冲能力。 2. 输入的数据宽度（分辨率）。 3. 输入码制。一般对单极性输出的DAC只能 接收二进制码或BCD码，而双极性输出的DAC只能 接收偏移二进制码或补码。 4. 输出模拟量的类型。有电流和电压两种类型 5. 输出模拟量的极性。有单极性和双极性两种
【实用】DA和AD转换器接口PPT文档
1 01 011 040 99.9 59(V 7)6 212 4096
线性度（Linearity）
线性度是指ADC的实际转换特性曲线和理想 直线之间的最大偏移差。
转换时间（Conversion Time）
从发出启动转换开始直至获得稳定的二进代 码所需的时间称为转换时间，转换时间与转换 器工作原理及其位数有关，同种工作原理的转 换器，通常位数越多，其转换时间越长。
量程(满刻度范围——FULL Scale Range) 量程是指输入模拟电压的变化范围。例如某转换器具有10V 的单极性范围或-5～+5V的双极性范围。则它们的量程都为 10V。满刻度只是个名义值，实际的A/D，D/A转换器的最大 输出值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位数。例如12 位的A/D转换器，其满刻度值为10V，而实际的最大输出值 为:
MOV DPTR , #7FFFH
MOVX @DPTR,A
;完成12位D/A转换
在10位DAC芯片与8位单片机之间接入两个锁存器，锁存器A锁存10位数据 中的低8位，锁存器B锁存高2位。单片机分两次输出数据，先输出低8位数 据到锁存器A，后输出高2位数据到锁存器B。设锁存器A和锁存器B的地址 分别为002CH和002DH，则执行下列指令后完成一次D/A转换：
双缓冲方式的接口与应用
在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必 须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量 的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。
第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字 量并锁存在各自的输入寄存器中。
第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路 输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。
D/A转换器的主要技术指标
线性度（Linearity）
线性度是指ADC的实际转换特性曲线和理想 直线之间的最大偏移差。
转换时间（Conversion Time）
从发出启动转换开始直至获得稳定的二进代 码所需的时间称为转换时间，转换时间与转换 器工作原理及其位数有关，同种工作原理的转 换器，通常位数越多，其转换时间越长。
量程(满刻度范围——FULL Scale Range) 量程是指输入模拟电压的变化范围。例如某转换器具有10V 的单极性范围或-5～+5V的双极性范围。则它们的量程都为 10V。满刻度只是个名义值，实际的A/D，D/A转换器的最大 输出值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位数。例如12 位的A/D转换器，其满刻度值为10V，而实际的最大输出值 为:
MOV DPTR , #7FFFH
MOVX @DPTR,A
;完成12位D/A转换
在10位DAC芯片与8位单片机之间接入两个锁存器，锁存器A锁存10位数据 中的低8位，锁存器B锁存高2位。单片机分两次输出数据，先输出低8位数 据到锁存器A，后输出高2位数据到锁存器B。设锁存器A和锁存器B的地址 分别为002CH和002DH，则执行下列指令后完成一次D/A转换：
双缓冲方式的接口与应用
在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必 须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量 的输入锁存和D/A转换输出是分两步进行的。
第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字 量并锁存在各自的输入寄存器中。
第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路 输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出。
D/A转换器的主要技术指标
第8章AD和DA接口转换的接口技术
例8-2 要求采用程序查询方式分别对8路模拟信号轮流采集一遍，将
结果存入以30H为首地址的8031片内RAM单元中。设fOSC=12MHz。
ORG 0000H
LJMP START
ORG 0030H
START： MOV R1， #30H ；R1指向数据区首地址
MOV DPTR，#7FF8H ；DPTR指向0809通道0
INC R1 ；修改数据区指针，指向下一结果单元
DJNZ R7，LOOP；未采完8个通道则继续
SJMP $
END
8.1.2 ADC0809及其与MCS-51单片机接口技术
(3)中断方式
将ADC的转换结束信号EOC经一定的逻辑接口
引至单片机的外部中断输入端（如接入 I N T 1）， 用来向单片机提出中断申请。编程时，在主程序 中启动A/D转换并继续执行主程序。当接收到 ADC的转换结束EOC（即中断请求）信号后立即 转去执行中断服务程序，并在其中完成取回转换 结果、启动下一次转换等操作。
……
；其他操作
8.1.2 ADC0809及其与MCS-51 单片机接口技术
中断服务程序
ORG 0100H
INT1：MOVX A， DPTR ；读转换结果
MOV R1， A ；转存转换结果
INC DPTR ；指向下一通道
INC R1 ；修改数据区指针，指向下一结果单元
MOVX DPTR，A
RETI
；中断返回
因为在单片机应用系统中，常需要将检测到的连 续变化的模拟量如温度、压力、流量、速度等转换 成数字信号，才能输入到单片机中进行处理，然后 再将处理结果的数字量转换成模拟量输出，实现对 被控对象的控制。
8.1 A/D转换器接口
AD和DA接口
START
IN0
CLOCK EOC D0
三 态 输 出 锁 存 缓 冲 器 0 0
八 路 模 拟 开 关 控制与程序
IN1
IN7
S、A、R 0 0 锁 存 256电阻网 REF（+） REF（-） OE
D1
. .
ADDA ADDB
树状开关
ADDC 0 ALE
D7
1
2、ADC0808与微型计算机的接口 、 与微型计算机的接口
D7~D0为8 位数据输入线，用于与计算机数据总线相连。 IOUT1----模拟电流输出1。 IOUT2----模拟电流输出2。IOUT1+IOUT2=一常量。
（2）控制信号 ）
ILE----允许输入锁存信号，高有效。 CS-----选片信号，低有效。 WR1----写入第一级寄存器信号，低有效。 WR2----写入第二级寄存器信号，低有效。 XFER----传送第二级寄存器信号，低有效。
• 数据传输方法：
（1）中断法；用EOC产生中断请求信号，请求CPU来取 数。 （2）查询法；对EOC信号进行查询，当其为低时表示正 2 EOC 在转换，当其由低变高时表示转换结束，然后来取数。 （3）直接传送（无条件传送）；当启动了A/D转换后， 延时100uS，（等待转换结束），然后来取数。
程序清单
DAC0832与计算机的连接图
+5V
IOW WR1 WR2 拟 电 压 输 出 PS0 PS1 +5V DB CS IOUT1 XFER ILE IOUT2 D7~D0 模
程序清单
Data BUFF COUNT DATA CODE START segment DB 23,45,67,….. EQU $-BUFF ENDS SEGMENT proc far assume ss:stack,cs:code,ds:data push ds sub ax,ax push ax mov ax,data Mov ds,ax MOV BX,OFFSET BUFF MOV CX,COUNT
AD与DA接口讲解学习
Page19
⑴ DAC0832引脚（续）
电源端:4个(Vcc,Vref,AGND,DGND）
VCC为电源输入线，可在+5V－+15V范围内； VREF为参考电压，一般在-10V－+10V范围内，由稳压电源提 供； DGND为数字量地线； AGND为模拟量地线，通常两条地线接在一起。
反馈电阻:1个,Rf
放大倍数：
2 5 62 5 6 A ~ 25~61
1 255
Page27
③作控制放大器输出
I2NB 5V6R RE F NB2V5oR 6
I Rfb
Vin R fb
IRfbI 0
Vin
IRfb I
Vo
VO
Vin NB
R Rfb
2
56
2R
d0
S0 2R I0
R
d1
···
···
S1
d7
RF IIRRfbfb
②片内带有电压输出放大器。 ③具有双缓冲输入寄存器 ④能完全与微处理器兼容。
Page14
8.串行DAC（MAX517、518、5198）
主要特点：
8位DAC 串行2线接口 满摆幅输出， 多种参考电压 低功耗
Page15
四、MCS51-和D/A的接口
1.概述 D/A转换器与单片机接口具有硬、软件相
LE2 1
：数据直通。
(CS＝WR1＝0时 ） Page21
8位倒T型电阻网络DA转换原理
d0
d1
···
d7
RF Rf
···
I∑ P
Io1－
uo
S0
S1
+
Io2
S7
2R
⑴ DAC0832引脚（续）
电源端:4个(Vcc,Vref,AGND,DGND）
VCC为电源输入线，可在+5V－+15V范围内； VREF为参考电压，一般在-10V－+10V范围内，由稳压电源提 供； DGND为数字量地线； AGND为模拟量地线，通常两条地线接在一起。
反馈电阻:1个,Rf
放大倍数：
2 5 62 5 6 A ~ 25~61
1 255
Page27
③作控制放大器输出
I2NB 5V6R RE F NB2V5oR 6
I Rfb
Vin R fb
IRfbI 0
Vin
IRfb I
Vo
VO
Vin NB
R Rfb
2
56
2R
d0
S0 2R I0
R
d1
···
···
S1
d7
RF IIRRfbfb
②片内带有电压输出放大器。 ③具有双缓冲输入寄存器 ④能完全与微处理器兼容。
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8.串行DAC（MAX517、518、5198）
主要特点：
8位DAC 串行2线接口 满摆幅输出， 多种参考电压 低功耗
Page15
四、MCS51-和D/A的接口
1.概述 D/A转换器与单片机接口具有硬、软件相
LE2 1
：数据直通。
(CS＝WR1＝0时 ） Page21
8位倒T型电阻网络DA转换原理
d0
d1
···
d7
RF Rf
···
I∑ P
Io1－
uo
S0
S1
+
Io2
S7
2R
单片机 DA&AD接口设计
CS WR1 AGND D3 D2 D1 D0 Vref Rfb DGND VCC ILE WR2 XFER D4 D5 D6 D7 Iout2 Iout1
20 PIN
DIP封装 DIP封装
DAC0832 内部结构框图
D0—D7： D0 D7：8位数字量输入端 D7 /CS： 片选端， /CS： 片选端，低有效 ILE： 数据锁存允许, ILE： 数据锁存允许,高有效 /WR1： 写控制信号1, 1,低有效 /WR1： 写控制信号1,低有效 /WR2： 写控制信号2, 2,低有效 /WR2： 写控制信号2,低有效 /XFER： /XFER：数据传送控制信号 Iout1：电流输出端1 Iout1：电流输出端1 Iout2：电流输出端2 Iout2：电流输出端2 Rfb： Rfb： 内置反馈电阻端 Vref: 参考电压源, 10～ Vref: 参考电压源,-10～+10V DGND： DGND： 数字量地 AGND： AGND： 模拟量地 +5～+15V单电源供电端 Vcc: +5～+15V单电源供电端
双积分式A/D转换器结构与工作原理 双积分式A/D转换器结构与工作原理 A/D 电路对未知输入电压先进行固定时间T的积分( 电路对未知输入电压先进行固定时间T的积分(充 ),然后对已知标准电压进行反向积分 放电) 然后对已知标准电压进行反向积分( 电),然后对已知标准电压进行反向积分(放电)， 直至放电为0 放电所花时间T 正比于输入电压) 直至放电为0，放电所花时间T′(正比于输入电压)
12MHz
GND
AGND
DGND
接 示 波 器
DAC 0832 常 见 的 几 种 用 法
DAC 0832 常 见 的 几 种 用 法
20 PIN
DIP封装 DIP封装
DAC0832 内部结构框图
D0—D7： D0 D7：8位数字量输入端 D7 /CS： 片选端， /CS： 片选端，低有效 ILE： 数据锁存允许, ILE： 数据锁存允许,高有效 /WR1： 写控制信号1, 1,低有效 /WR1： 写控制信号1,低有效 /WR2： 写控制信号2, 2,低有效 /WR2： 写控制信号2,低有效 /XFER： /XFER：数据传送控制信号 Iout1：电流输出端1 Iout1：电流输出端1 Iout2：电流输出端2 Iout2：电流输出端2 Rfb： Rfb： 内置反馈电阻端 Vref: 参考电压源, 10～ Vref: 参考电压源,-10～+10V DGND： DGND： 数字量地 AGND： AGND： 模拟量地 +5～+15V单电源供电端 Vcc: +5～+15V单电源供电端
双积分式A/D转换器结构与工作原理 双积分式A/D转换器结构与工作原理 A/D 电路对未知输入电压先进行固定时间T的积分( 电路对未知输入电压先进行固定时间T的积分(充 ),然后对已知标准电压进行反向积分 放电) 然后对已知标准电压进行反向积分( 电),然后对已知标准电压进行反向积分(放电)， 直至放电为0 放电所花时间T 正比于输入电压) 直至放电为0，放电所花时间T′(正比于输入电压)
12MHz
GND
AGND
DGND
接 示 波 器
DAC 0832 常 见 的 几 种 用 法
DAC 0832 常 见 的 几 种 用 法
第八章AD和DA转换器
VREF (dn-1 2 n-1 d n-2 2 n-22nd 121 d °20)U 0V REF(d n 1d n 22nd 1 21 d 0 20)10数模和模数转换器在数字系统的应用中，通常要将一些被测量的物理量通过传感器送到数字系统进行加工 处理；经过处理获得的输出数据又要送回物理系统， 对系统物理量进行调节和控制。
传感器 输出的模拟电信号首先要转换成数字信号，数字系统才能对模拟信号进行处理。
这种模拟量到数字量的转换称为模-数(A/D)转换。
处理后获得的数字量有时又需转换成模拟量，这种转 换称为数-模(D/A)变换。
A/D 转换器简称为 ADC 和D/A 转换器简称为 DAC 是数字系统和 模拟系统的接口电路。
一、D/A 转换器D/A 转换器一般由变换网络和模拟电子开关组成。
输入 n 位数字量D (=D n-i …D i D o )分别控制这些电子开关， 通过变换网络产生与数字量各位权对应的模拟量，通过加法电路输出与数字量成比例的模拟量。
1、倒T 型电阻网络D/A 转换器倒T 型电阻解码D/A 转换器是目前使用最为广泛的一种形式，其电路结构如图10.1.1 所示。
当输入数字信号的任何一位是“ 1”时，对应开关便将 2R 电阻接到运放反相输入端， 而当其为“ 0”时，则将电阻2R 接地。
由图7.2可知，按照虚短、虚断的近似计算方法，求 和放大器反相输入端的电位为虚地，所以无论开关合到那一边，都相当于接到了“地”电位 上。
在图示开关状态下，从最左侧将电阻折算到最右侧，先是 2R//2R 并联，电阻值为 R , 再和R 串联，又是2R , 一直折算到最右侧，电阻仍为 R ,则可写出电流I 的表达式为IV REFR只要V REF 选定，电流I 为常数。
流过每个支路的电流从右向左，分别为「、~2、「3、…。
21 22 23当输入的数字信号为“ 1”时，电流流向运放的反相输入端，当输入的数字信号为“ 0”时， 电流流向地，可写出I 的表达式12d n 1：d n 2在求和放大器的反馈电阻等于R 的条件下，输出模拟电压为U o RI 讯知1知2d12nd0)2、权电流型D/A转换器倒T型电阻变换网络虽然只有两个电阻值，有利于提高转换精度，但电子开关並非理想器件，模拟开关的压降以及各开关参数的不一致都会引起转换误差。
AD和DA接口功能的扩展
DA接口在模拟信号输出方面具有 很高的精度和稳定性，能够实现 多种模拟信号的输出。此外，DA 接口还具有低噪声、低失真和高 驱动能力等优点，能够满足各种 模拟信号输出需求。
扩展的必要性
随着科技的发展和应用的不断深 化，传统的AD和DA接口功能已 经无法满足某些高精度、高速和 复杂的应用需求。因此，对AD和 DA接口功能的扩展是必要的，以 提高数据采集、处理和传输的精 度和速度，以及增强模拟信号输 出的多样性和稳定性。
标准化与互操作性
为了更好地满足应用需求和提高设备之间的互操作性，未 来的AD和DA接口将更加注重标准化和互操作性。通过制 定统一的接口规范和技术标准，不同厂商的设备将能够更 好地实现互联互通，提高应用的灵活性和便利性。
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感谢您的观看
DA接口功能扩展方式一
增加通道数
01
通过增加DA接口的通道数，可以实现同时控制更多的模拟设备。
这有助于提高系统的灵活性和可扩展性。
增加采样率
02
提高DA接口的采样率可以减小转换误差，提高输出模拟信号的
精度和稳定性。
增加数据位数
03
增加DA接口的数据位数可以增加输出模拟信号的动态范围和分
辨率，提高信号质量。
03 DA接口功能扩展
DA接口概述
DA接口（Digital to Analog Interface）是一种将数字信号转换为模拟信号的接口。 它通常用于将计算机或其他数字设备产生的数字信号转换为模拟信号，以便在模拟 设备上使用。
DA接口的主要特点是能够将数字信号转换为连续变化的模拟信号，使得数字信 号能够被模拟设备理解和使用。
实时性和精度的需求
在许多应用领域，如音频处理、图像处理和控制系统等，需要高精度和高实时性的AD 和DA转换。
AD DA
ADC/DAC简介数字信号：是一种非0即1的非连续信号。
模拟信号：是一种连续信号，身边很多量都是模拟量如温度、亮度等。
随着现代科学技术的迅猛发展,特别是数字系统已广泛应用于各种学科领域及日常生活,微型计算机就是一个典型的数学系统。
但是数字系统只能对输入的数字信号进行处理,其输出信号也是数字信号。
而在工业检测控制和生活中的许多物理量都是连续变化的模拟量,如温度、压力、流量、速度等,这些模拟量可以通过传感器或换能器变成与之对应的电压、电流或频率等电模拟量。
为了实现数字系统对这些电模拟量进行检测、运算和控制,就需要一个模拟量与数字量之间的相互转换的过程。
即常常需要将模拟量转换成数字量,简称为AD转换,完成这种转换的电路称为模数转换器(Analog to Digit al Converter) ,简称ADC;或将数字量转换成模拟量,简称DA转换,完成这种转换的电路称为数模转换器(Digital to Analog Converter) ,简称DACDAC1.1数模转换器(DAC)的基本原理DAC的内部电路构成无太大差异,一般按输出是电流还是电压、能否作乘法运算等进行分类。
大多数DAC由电阻阵列和n个电流开关(或电压开关)构成。
按数字输入值切换开关,产生比例于输入的电流(或电压) 。
此外,也有为了改善精度而把恒流源放入器件内部的。
DAC分为电压型和电流型两大类,电压型DAC有权电阻网络、T型电阻网络和树形开关网络等;电流型DAC有权电流型电阻网络和倒T型电阻网络等。
1 .电压输出型(如TLC5620)。
电压输出型DAC虽有直接从电阻阵列输出电压的,但一般采用内置输出放大器以低阻抗输出。
直接输出电压的器件仅用于高阻抗负载,由于无输出放大器部分的延迟,故常作为高速DAC使用。
2. 电流输出型(如THS5661A )。
电流输出型DAC很少直接利用电流输出,大多外接电流- 电压转换电路得到电压输出,后者有两种方法:一是只在输出引脚上接负载电阻而进行电流- 电压转换,二是外接运算放大器。
AD和DA接口技术
A/D和D/A接口技术模拟量输入通道模拟量输入通道主要用来把现场的物理信号经过采样、放大、A/D转换等环节转变成数字量，而后送计算机去进一步处理。
模拟量输入通道的主要特点：（1）作为测控系统．模拟量输入通道要对被测对象拾取必要的原始参量信号作为测控的依据。
因此，必须将传感器输出的次级电信号转换成满足计算机要求的TTL逻辑电子信号。
A／D转换接口技术目前不同厂家已经生产出了多种型号的A／D转换器，以满足不同应用场合的需要。
如果按转换原理划分，主要有三种类型，即双积分式A／D转换器、逐次逼近式A/D转换器和并行式A/D转换器。
目前最常用的是双积分式和逐次逼近式。
双积分式A／D转换器具有抗干扰能力强、转换精度高、价格便宜等优点，缺点是转换速度较慢。
因此，这种转换器主要用于速度要求不高的场合。
目前常用的双积分式A/D芯片有：D／A转换接口技术在微型计算机控制系统中，常常将检测到的物理量转换成数字量，经计算机进行数据处理后，再将结果的数字量转换成模拟量输出，以实现对被控对象——过程、仪器、仪表、机电设备等的控制。
把数字量到模拟量的变换称为数/模转换（简称D/A转换）。
随着大规模集成电路的发展及工艺的改进，出现了许多高精度、高可靠性的D/A转换器芯片，因此在微机应用系统中D/A转换接口的设计任务主要是选择D/A芯片，配置好外围电路及器件，实现数字量到模拟量的线性转换。
串行通信接口技术串行口通信方式1．数据通信计算机与外界的信息交换称为通信。
通信方式有两种，即并行通信和串行通信。
并行通信是指数据的各位同时进行传送（发送或接收）的通信方式。
其优点是传送速度快；缺点是并行数据位决定于传输线的根数，成本高，只适于近距离传送信息。
串行通信指数据是一位一位按顺序传送的通信方式。
它的突出特点是仅需一到两根传输线，故在长距离传送数据时比较经济；其缺点是传送速度较低。
PC机与单片机的通信在许多应用场合，需要由PC系列计算机和8051单片机组成多机系统，下面讨论PC机与单片机的通信问题及接口设计。
AD与DA接口讲解学习
不含运放的DAC的建立时间，一般小于0.1μS。 含运放的集成DAC的建立时间，一般小于1.5μS。
3. 转换精度
转换精度＝理论满度值－实际满度值= ±1/2LSB
如 8位 DA ： 1C L＝ S2B 15V 6R
1LS 2
B＝ 1 51
2VR
Page7
4. 线性度 在全量程范围内，实际输出偏离理想转换特性的最大值。
②片内带有电压输出放大器。 ③具有双缓冲输入寄存器 ④能完全与微处理器兼容。
Page14
8.串行DAC（MAX517、518、5198）
主要特点：
8位DAC 串行2线接口 满摆幅输出， 多种参考电压 低功耗
Page15
四、MCS51-和D/A的接口
1.概述 D/A转换器与单片机接口具有硬、软件相
AD7520－美国Analog Devices公司 建立时间：500 ns
Page11
4.DAC1220/AD7521 系列
系列产品：DAC1220 、DAC1221、 DAC1222 AD7521、AD7531
位 数：12 电源电压：＋5V～＋15V 管脚封装：18脚双插直列式封装。 生产厂家：DAC1220－美国National Semiconductor 公司
转换形式
权电阻 权电流
T型电阻网络 倒T型电阻网络
Page2
4位T型电阻网络DA转换原理
T型电阻网络桥上电阻为R，桥臂电阻为2R；假设反馈 电阻为R。 VREF为参考电压；S3-S0为电子开关，受四位DAC寄存器 中b3 b2 b1 b0控制。
VREF
I3
I2
I1
I0
IRf
S3
S2
S1
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《单片机原理与应用》 光学与电子信息学院
8.1 基本概念
8.1.1 AD转换 （一） 基本概念
1. 模拟信号、离散信号、数字信号
（a）
（b）
数字信号：时间离散、幅值离散 （采样） (量化)
（c）量化方式1 （d）量化方式2
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8.1 基本概念
（2）量化误差 AD的过程就是把电压进行量化，即
4、执行指令MOVX A，@DPTR，单片机发出/RD信号,加到OE端， 把转换完毕的数字量读到A中。
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8.2
ADC0809的扩展
端口地址译码和控制信号的产生
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8.2
ADC0809的扩展
/WR
≥1
START AlE
启动、读取A/D结果的 前提条件：P2.7=0
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8.2
2、通道选择及锁存
ADC0809的扩展
通道选择方式1：（固定采样通道固定）
ADC0809
ADDA ADDB ADDC
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8.2
通道选择方式2
ADC0809的扩展
ADC0809 P1.0 P1.1 P1.2 ADDA ADDB ADDC
; 1011 1111 1111 1111 ;A中值为对应的通道号，必须设定！
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8.2
A/D数据的读取方式
ADC0809的扩展
四、应用程序设计（多通道数据采集，或称巡回检测）
1、无条件数据传送（数据传送过 程中不询问设备状态）
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8.1 基本概念
4. 转换时间 A/D器件完成一次模拟量到数字量的转换所需要 的时间。 5. 采样频率（周期） Nyquist定理： fs 2 f max
fs：采样频率， f max : 信号频率的最高分量
实际情况：
fs (7～ 10) f max
6. 转换精度 反映一个实际A/D器件在量化值上与一个理想A/D 转换值之间的差异。
8位A/D, Vref=5.000V
1LSB
10位A/D, Vref=5.000V
1LSB
5.000 5.000 4.88mv 10 2 1024
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8.1 基本概念
若输入电压为Vin：则有
Vin D 2N Vref
N＝8，则有：
Vin Vin 8 D 2 256 Vref Vref
实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏 差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。 在转换器电路设计 中，一般要求非线性误 差不大于±1/2LSB。 5、 精度：一项综合指标， 与器件的非线性等因素有关。
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8.1 基本概念
（三）D/A器件的分类与选取原则 1. 分类 输入形式：并行、串行 输出形式：电流型、电压型 内部结构：带锁存器、不带锁存器 2. 选取原则 ◆ 分辨率：3－8位；9－12位；13位以上 低 中 高 ◆ 建立时间 ◆ 输入是否带锁存 ◆ 输出电流型或电压型 ◆ 串行或并行输入
MOV DPTR, #7FF8H MOVX @DPTR, A
；0111 1111 1111 1000 ；启动A/D,同时锁入通道号0 ；A 可以取任意值
目的在于输出端口地址和通道号（地址）
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8.2
ADC0809的扩展
NOTE： 1. 在(89C51)ALE下降沿，通道号(DPL值)锁入373（Q0－Q2）。 2. 在(89C51)/WR上升沿，373（Q0－Q2）数据被锁入ADC，同时ADC开始 转换工作。因为start（ADC）、ALE（ADC）同时受控于/WR(89C51) 《单片机原理与应用》 光学与电子信息学院
《单片机原理与应用》 光学与电子信息学院
8.2
ADC0809的扩展
一. ADC0809结构及转换原理
0809完成1次转换需100s左右，可对0~5V信号进行转换。
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8.2
• 控制信号：
ADC0809的扩展
ALE：用于锁存通道（地址）号 ADDA、ADDB、ADDC：用于选择通道（地址）号 START： 启动 EOC： 转换结束 OE：输出允许
v N U LSB
U L S B是最低有效位 1所代表的模拟输入量
模拟电压不一定能被ULSB整除，就会产生误差。
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8.1 基本概念
(3) 分辨率 用输出二进制位数N表示。 分辨率：
1 100 % N 2
5.000 5.000 19.53mv 28 256
注：因使用反相比例放大器来实现电流到电压的转 换，所以输出模拟信号(VO)的极性与参考电压(VREF) 极性相反。
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8.1 基本概念
（二）技术指标
1. 分辨率：反映了输出模拟电压的最小变化量。
分辨率＝ 模拟量输出的满量程值 Um 2n
例：8位D/A, Um=5.000v
8.2Βιβλιοθήκη ADC0809的扩展通道选择方式4：(通道号数据写入方式)
ADC0809 D0 D1 D2
特点：
ADDA ADDB ADDC
省去了锁存器373 在发出START 信号的同时，发出通道号（信息）并锁入ADC
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8.2
ADC0809的扩展
MOV DPTR, #0BFFFH MOV A, #00H MOVX @DPTR,A
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8.1 基本概念
（三）A/D转换系统原理框图
传 感 器
前 置 放 大
滤 波 器
多 通 道 电 子 开 关
采 样 保 持 器
A/D
单 片 机
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8.1 基本概念
8.1.2 数模转换
（一）基本思想
io D
D/A
R
Uo
I0 ＝ Ki ×D U0＝ i0 ×R ＝ Ki ×R ×D ＝ Ku×D
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8.1 基本概念
Vref D0 D1 D2 D3 I out ( 4 3 2 1) R 2 2 2 2 Vref 3 4 ( Di 2i ) 2 R i 0
Di是1还是0，取决于输入数码第i位是逻辑1还是 逻辑0。
Vout Vout
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8.2
2. ADC0809引脚及功能
ADC0809的扩展
逐次比较式8路模拟输 入、8位输出的A/D转换器。
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8.2
二、接口时序
ADC0809的扩展
START( 8031A/D )
EOC
开始转换
转换结束
tEOC =10μS OE( 8031A/D )
实现： 电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压，在运算放 大器的输入端进行总加。放大器的输出则反映了输入数码的大 小。
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8.1 基本概念
T型电阻网络型D/A转换器：
把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通 过运算放大器求和相加。根据克希荷夫定律，如下关系成立： I=Vref/R I3=I/2 I2＝I/4 I1=I/8 I0=I/16
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8.1 基本概念
3. 建立时间：输入数据变化后输出再次达到稳定所需 要的时间。
速度 超高速 Ts值 ＜100ns
高速 较高速
中速 低速
1us－100ns 10us－1us
100us－10us ≥ 100us
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8.1 基本概念 4、非线性误差
分辨率 ＝ 5.000 5.000 19.53125 mv 8 2 256
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8.1 基本概念
2. 标称满量程、实际满量程
Vref＝5.000v，标称满量程＝5.000v
255 5.000 4.98 实际满量程＝ 256
Vref Uo ＝ 8 D 2
sps：samples per second
输出形式：并行、串行 输出进制：BIN、DEC
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8.1 基本概念
2.主要技术指标 分辨率：6，8，10，12，14，16，18，20，24 转换时间：几个ns－几百μs
3. A/D器件的选择原则 精度、速度、输入/输出方式、成本、环境参数、资 源情况（资料、购买的便利性）
Vref R f I out R f 4 2 R Vref R f I out R f n 2 R
( Di 2 )
i i 0 i ( D 2 i ) i 0 n 1
3
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8.1 基本概念
n位数字量与模拟量的关系式： VO = - VREF×（数字码 / 2n） (VREF —— 参考电压)
D0－D7
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8.2
ADC0809的扩展
三、ADC0809与8031单片机的接口方法
单片机如何来控制ADC?
1、用指令选择0809的一个模拟输入通道
8.1 基本概念
8.1.1 AD转换 （一） 基本概念
1. 模拟信号、离散信号、数字信号
（a）
（b）
数字信号：时间离散、幅值离散 （采样） (量化)
（c）量化方式1 （d）量化方式2
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8.1 基本概念
（2）量化误差 AD的过程就是把电压进行量化，即
4、执行指令MOVX A，@DPTR，单片机发出/RD信号,加到OE端， 把转换完毕的数字量读到A中。
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ADC0809的扩展
端口地址译码和控制信号的产生
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ADC0809的扩展
/WR
≥1
START AlE
启动、读取A/D结果的 前提条件：P2.7=0
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8.2
2、通道选择及锁存
ADC0809的扩展
通道选择方式1：（固定采样通道固定）
ADC0809
ADDA ADDB ADDC
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通道选择方式2
ADC0809的扩展
ADC0809 P1.0 P1.1 P1.2 ADDA ADDB ADDC
; 1011 1111 1111 1111 ;A中值为对应的通道号，必须设定！
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8.2
A/D数据的读取方式
ADC0809的扩展
四、应用程序设计（多通道数据采集，或称巡回检测）
1、无条件数据传送（数据传送过 程中不询问设备状态）
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8.1 基本概念
4. 转换时间 A/D器件完成一次模拟量到数字量的转换所需要 的时间。 5. 采样频率（周期） Nyquist定理： fs 2 f max
fs：采样频率， f max : 信号频率的最高分量
实际情况：
fs (7～ 10) f max
6. 转换精度 反映一个实际A/D器件在量化值上与一个理想A/D 转换值之间的差异。
8位A/D, Vref=5.000V
1LSB
10位A/D, Vref=5.000V
1LSB
5.000 5.000 4.88mv 10 2 1024
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8.1 基本概念
若输入电压为Vin：则有
Vin D 2N Vref
N＝8，则有：
Vin Vin 8 D 2 256 Vref Vref
实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏 差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。 在转换器电路设计 中，一般要求非线性误 差不大于±1/2LSB。 5、 精度：一项综合指标， 与器件的非线性等因素有关。
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8.1 基本概念
（三）D/A器件的分类与选取原则 1. 分类 输入形式：并行、串行 输出形式：电流型、电压型 内部结构：带锁存器、不带锁存器 2. 选取原则 ◆ 分辨率：3－8位；9－12位；13位以上 低 中 高 ◆ 建立时间 ◆ 输入是否带锁存 ◆ 输出电流型或电压型 ◆ 串行或并行输入
MOV DPTR, #7FF8H MOVX @DPTR, A
；0111 1111 1111 1000 ；启动A/D,同时锁入通道号0 ；A 可以取任意值
目的在于输出端口地址和通道号（地址）
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ADC0809的扩展
NOTE： 1. 在(89C51)ALE下降沿，通道号(DPL值)锁入373（Q0－Q2）。 2. 在(89C51)/WR上升沿，373（Q0－Q2）数据被锁入ADC，同时ADC开始 转换工作。因为start（ADC）、ALE（ADC）同时受控于/WR(89C51) 《单片机原理与应用》 光学与电子信息学院
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8.2
ADC0809的扩展
一. ADC0809结构及转换原理
0809完成1次转换需100s左右，可对0~5V信号进行转换。
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8.2
• 控制信号：
ADC0809的扩展
ALE：用于锁存通道（地址）号 ADDA、ADDB、ADDC：用于选择通道（地址）号 START： 启动 EOC： 转换结束 OE：输出允许
v N U LSB
U L S B是最低有效位 1所代表的模拟输入量
模拟电压不一定能被ULSB整除，就会产生误差。
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8.1 基本概念
(3) 分辨率 用输出二进制位数N表示。 分辨率：
1 100 % N 2
5.000 5.000 19.53mv 28 256
注：因使用反相比例放大器来实现电流到电压的转 换，所以输出模拟信号(VO)的极性与参考电压(VREF) 极性相反。
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8.1 基本概念
（二）技术指标
1. 分辨率：反映了输出模拟电压的最小变化量。
分辨率＝ 模拟量输出的满量程值 Um 2n
例：8位D/A, Um=5.000v
8.2Βιβλιοθήκη ADC0809的扩展通道选择方式4：(通道号数据写入方式)
ADC0809 D0 D1 D2
特点：
ADDA ADDB ADDC
省去了锁存器373 在发出START 信号的同时，发出通道号（信息）并锁入ADC
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ADC0809的扩展
MOV DPTR, #0BFFFH MOV A, #00H MOVX @DPTR,A
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8.1 基本概念
（三）A/D转换系统原理框图
传 感 器
前 置 放 大
滤 波 器
多 通 道 电 子 开 关
采 样 保 持 器
A/D
单 片 机
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8.1 基本概念
8.1.2 数模转换
（一）基本思想
io D
D/A
R
Uo
I0 ＝ Ki ×D U0＝ i0 ×R ＝ Ki ×R ×D ＝ Ku×D
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8.1 基本概念
Vref D0 D1 D2 D3 I out ( 4 3 2 1) R 2 2 2 2 Vref 3 4 ( Di 2i ) 2 R i 0
Di是1还是0，取决于输入数码第i位是逻辑1还是 逻辑0。
Vout Vout
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2. ADC0809引脚及功能
ADC0809的扩展
逐次比较式8路模拟输 入、8位输出的A/D转换器。
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二、接口时序
ADC0809的扩展
START( 8031A/D )
EOC
开始转换
转换结束
tEOC =10μS OE( 8031A/D )
实现： 电阻网络将基准电压转变为相应的电流或电压，在运算放 大器的输入端进行总加。放大器的输出则反映了输入数码的大 小。
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8.1 基本概念
T型电阻网络型D/A转换器：
把输入数字量中每位都按其权值分别转换成模拟量，并通 过运算放大器求和相加。根据克希荷夫定律，如下关系成立： I=Vref/R I3=I/2 I2＝I/4 I1=I/8 I0=I/16
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8.1 基本概念
3. 建立时间：输入数据变化后输出再次达到稳定所需 要的时间。
速度 超高速 Ts值 ＜100ns
高速 较高速
中速 低速
1us－100ns 10us－1us
100us－10us ≥ 100us
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8.1 基本概念 4、非线性误差
分辨率 ＝ 5.000 5.000 19.53125 mv 8 2 256
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8.1 基本概念
2. 标称满量程、实际满量程
Vref＝5.000v，标称满量程＝5.000v
255 5.000 4.98 实际满量程＝ 256
Vref Uo ＝ 8 D 2
sps：samples per second
输出形式：并行、串行 输出进制：BIN、DEC
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8.1 基本概念
2.主要技术指标 分辨率：6，8，10，12，14，16，18，20，24 转换时间：几个ns－几百μs
3. A/D器件的选择原则 精度、速度、输入/输出方式、成本、环境参数、资 源情况（资料、购买的便利性）
Vref R f I out R f 4 2 R Vref R f I out R f n 2 R
( Di 2 )
i i 0 i ( D 2 i ) i 0 n 1
3
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8.1 基本概念
n位数字量与模拟量的关系式： VO = - VREF×（数字码 / 2n） (VREF —— 参考电压)
D0－D7
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8.2
ADC0809的扩展
三、ADC0809与8031单片机的接口方法
单片机如何来控制ADC?
1、用指令选择0809的一个模拟输入通道