第11章__模拟接口技术

10.1 D/A转换器接口


(3)DAC1208系列DAC的工作方式。 DAC1208系列D/A转换器具有单缓冲和双缓冲两 种工作方式。 ①单缓冲方式：如图10.5(a)所示，BYTE1/ WR 接高电平， 与XFER 相连接， 与WR 相连接，则输 CS 入锁存器和DAC寄存器同时被选通，数据可以 直接送至DAC寄存器，形成一级缓冲后送到D/A 转换器。
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IOUT1 ：输出电流1，与数字量的大小成正比。 IOUT2：输出电流2，与数字量的反码成正比。 Rfb：反馈电阻输入引脚，反馈电阻在芯片内 部，可与运算放大器的输出直接相连。 VREF：基准电源输入引脚。 Vcc：电源输入引脚，电压范围为+5V~ +15V。 AGND：模拟地。 DGND：数字地。

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图10.7 双极性输出接口
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2. DAC1208系列D/A转换器与计算机的接口 如图10.8所示，DAC1208与16位数据总线相连接，工作在单缓冲方 式。只要向DAC1208输出数字数据，就可以得到相应的模拟电压。设 DAC1208的端口地址为PORT，则产生100个方波的指令如下： MOV DX,PORT MOV CX,64H LP： MOV AX,0000H OUT DX,AX CALL DELAY ;延时 MOV AX,0FFFFH OUT DX,AX CALL DELAY LOOP LP
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图10.6 DAC0832单极性输出接口图
பைடு நூலகம்
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设DAC0832的端口地址为PORT，则输出2.5V模拟电压的指令为： MOV DX,PROT MOV AL,80H OUT DX,AL (2) 双极性输出：双极性输出接口如图10.7所示，输出电压范围为5V ~ +5V。 图10.7中，VREF=5V，VOUT1= -DATA(VREF/28)为单极性输出， 其中DATA为输入数字量，则输出电压为 VOUT= -VOUT1×(2R/R)+(-VREF)×(2R/2R) = VREF (DATA-128)/128 =(DATA-128)×5/128 可见，当DATA=00H时，VOUT= -5V。 当DATA=80H时，VOUT=0V。 当DATA=0FFH时，VOUT= +5V。
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Vout= - (I/16) ×3R = - (1/16) ×(VREF/3R) ×3R = -VREF/16 根据迭加原理，可以得出D为任意4位数时D/A转 换器的输出电压为 Vout = -VREF/16(23 ×+ 22×+ 21×+ 20×) = -(VREF/16) ×D 可见，输出电压大小与D3、D2、D1、D0 成正 比，而极性与VREF相反。
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图10.1 T型电阻解码网络D/A转换器
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10.1.2 D/A转换器性能指标 1. 分辨率 分辨率与D/A转换器能够转换的二进制数据的位 数n有关，表示为输出满量程电压与2的比值， 它反映了输出模拟电压的最小变化量。 例如，具有12位分辨率的DAC，如果转换后的 满量程电压为5V，则它能分辨的最小电压为 U = 5/212 = 5/4096= 1.22m(V)
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(2)DAC1208系列DAC的引脚与结构。 其内部包括两个分别为8位和4位的输入锁 存器、12位DAC寄存器和12位D/A转换器。 其中8位和4位输入寄存器构成第1级数据 锁存器，12位DAC寄存器为第二级数据锁 存器。
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图10.4 DAC1208内部结构和引脚图
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1. DAC0832与计算机的接口 DAC0832是电流输出型D/A转换器，需要用运算 放大器将输出电流转换为输出电压。电压的输出 可分单极性输出和双极性输出两种。 (1)单极性输出：如图10.6所示，DAC0832工作 在单缓冲方式，输出为正电压，电压范围为 0V~5V。如图10.6中的VREF= -5V，设输入数据 为DATA=128，则输出电压为 VOUT = -DATA(VREF/28) = -128×(-5/ 256 ) = 2.5(V)
第10章 模拟接口技术
*10.3 多路模拟开关及采样保持电路
10.3.1 多路模拟开关 10.3.2 采样/保持电路 * 10.4 数据采集系统设计 10.4.1 数据采集系统构成 10.4.2 应用实例 10.4.3 数据采集接口设计注意问题
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10.1.1 D/A转换器工作原理
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IOUT1：输出电流1，与数字量的大小成正比。 IOUT2：输出电流2，与I OUT1配合使用。 Rfb：反馈电阻输入引脚。 VREF：基准电源输入引脚，电压范围-10V~ +10V。 Vcc：电源输入引脚，电压范围为+5V~ +15V。 AGND：模拟地。 DGND：数字地。


一个4位T型电阻解码网络D/A转换器的组成原理如图10.1所示。 R和2R两种阻值的电阻构成T型网络，VREF为基准电压，S0、 S1、S2、S3是模拟开关，它们分别受输入代码D3、D2、D1、 D0的控制，Di=1，开关向左闭合；Di=0，开关向右闭合。电 流各自流入4个节点。 图中S0开关接通而其余开关断开，即数字输入为D = 0001B。 由于任一节点的3个分支的等效电阻都是2R，由电路知识知， 任一分支流进节点的电流值都为I = VREF/(3R)。 此电流经A0 、A1 、A2 、A3 共4个节点被4次均分后得到I/16并 注入运算放大器电路，进而将电流信号转换为电压信号。现 假定反馈电阻Rfb = 3R，则运算放大器的输出电压为
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2. 转换精度 转换精度是指D/A转换器在整个工作区间实际的输出电 压与理想输出电压之间的偏差，可用绝对精度或相对精 度来表示。一般采用数字量的最低有效位±1/2LSB作为 衡量单位。对于n=8位的DAC而言，若精度为±1/2LSB， 满量程电压为U=5V，则其最大绝对误差为 U = 1/2×U/2n = 1/2×5/28 = 0.01V 相对误差为以上最大偏差与满量程电压之比的百分数： ΔU =1/2×(U/2n)/U = 1/29 = 0.20%
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3. 转换时间 指从数字量输入到完成转换，输出达到最终误差1/2LSB 并稳定为止所需要的时间，也称为稳定时间。不同类型 的D/A转换器转换速度差别较大，一般电流型D/A转换器 较之电压型D/A转换器速度快一些。 4. 线性误差 D/A转换器在工作范围内的理想输出是与输入数字量成 正比的一条直线。由于误差的存在，实际输出的模拟量 是一条近似直线的曲线。实际的模拟输出与理想直线的 最大偏移就是线性误差。一般该误差应小于1/2LSB。 D/A转换器的其他性能指标还有输出电压范围、输出极 性、数字输入特性、工作环境条件等。
微机原理与接口技术
第10章 模拟接口技术
第10章 模拟接口技术
*10.1 D/A转换器接口 10.1.1 D/A转换器工作原理 10.1.2 D/A转换器性能指标 10.1.3 D/A转换芯片 10.1.4 D/A转换器的接口 * 10.2 A/D转换器 10.2.1 A/D转换器的工作原理 10.2.2 A/D转换器的 主要性能指标 10.2.3 A/D转换芯片 10.2.4 A/D转换器的接口
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图10.2 DAC0832引脚
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DAC0832的结构框图如图10.3所示。DAC0832由8位 输入锁存器、8位DAC寄存器和8位D/A转换器构成。由 于有两个寄存器，可以进行两次缓冲操作。转换输出模 拟电流信号。
图10.3 DAC0832结构框图
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10.1.3 D/A转换芯片 1. DAC0832 (1)DAC0832的特性。 DAC0832是利用CMOS/Si-Cr工艺制造的电流输出型8位 D/A转换器，具有两个输入数据寄存器，它可以与各种 CPU相连接。其主要特性如下： ①分辨率为8位。 ②电流稳定时间1μs。 ③可单、双缓冲数据输入或直接数据输入。 ④只需在满量程下进行线性调整。 ⑤单一电源供电(+5V ~ +15V)。 ⑥低功耗(20mW)。
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2. DAC1208系列D/A转换器 DAC1208系列D/A转换器主要包括DAC1208、 DAC1209和DAC1210，它们都是12位的D/A转换器，主 要区别在于线性误差不同。 (1) DAC1208系列DAC的主要特性： ① 分辨率为12位。 ② 电流稳定时间1μs。 ③ 具有双缓冲数据锁存器。 ④ 单一电源供电(+5V ~ +15V)。 ⑤ 参考电压VREF = -10V~ +10V。 ⑥ 低功耗(20mW)。
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(3)DAC0832的工作方式。 DAC0832在不同信号组合的控制之下可实现直通、单缓 冲和双缓冲3种工作方式： ① 直通方式：图10.3中，将ILE接高电平， 、 、 、 WR WR CS XFER 全部接低电平，则CPU送来的数据不进行缓冲，而 是直接送到DAC转换器进行变换。 XFER ② 单缓冲方式：只将 WR 、 接低电平，ILE接高电 CS 平， 、WR1 有效之后，DAC寄存器为直通，而输入寄存 器为选通。也就是只进行一级缓冲。 CS WR ③ 双缓冲方式：ILE接高电平， 、 1 控制输入寄存 器， 、 控制DAC寄存器，则进行两级缓冲。 WR XFER
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② 双缓冲方式：如图10.5(b)所示进行线路连接，则输入 锁存器和DAC寄存器被分别控制，输入数据经两级缓冲 后送到D/A转换器。
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图10.5 DAC1208两种工作方式
10.1 D/A转换器接口



10.1.4 D/A转换器的接口 在D/A转换器接口设计中，首先要解决数据缓冲 问题，这是因为CPU输出的数据在数据总线上 停留的时间只有几个时钟周期，非常短暂。 如果DAC内部含有输入锁存器，则可以与CPU 直接相连，否则，在CPU与DAC之间需外加锁 存器来保存CPU送来的数据。 另外需要注意的是CPU的数据总线宽度小于 DAC的数据输入线宽度时的协调问题，可以分 两次传送。下面分别介绍8位和12位DAC与计算 机的接口。
10.1 D/A转换器接口

(2)DAC0832的引脚与结构。 DAC0832的引脚如图10.2所示，各引脚功能如下： DI0~DI7：数据输入。 CS ：片选信号，低电平有效。 ILE：数据寄存器允许，高电平有效。 WR1 ：输入寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有 效时将输入数据装入输入寄存器。 WR 2 ：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有 效时将输入寄存器的数据装入DAC寄存器。 XFER：数据传送信号，低电平有效。
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DAC1208系列D/A转换器引脚功能如下： DI0~DI10：数据输入。 CS ：片选信号，低电平有效。 BYTE1/ BYTE ：12位/4位输入选择，高电平时12位输入锁 存，低电平时低4位输入锁存。 WR ：输入寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有效 时将输入数据装入输入寄存器。 WR ：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。与同时有效 时将输入寄存器的数据装入DAC寄存器。 XFER：数据传送信号，低电平有效。

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3. D/A转换器应用举例 采用DAC0832作音乐发声器的电路如图 10.9所示，运算放大器LF351的输出接至 有源音箱，当按动键盘上的数字键1~7时 音箱能发出音阶1~7。要求根据接口电路 编程(设端口地址为228H)。