四川大学电子信息学院微机原理ppt 14AD
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DAC是把数字量转换成模拟量的线性电路器件， 已做成集成芯片，它的主要功能是将二进制数 字信号转换成模拟信号（电压或电流）。数字 量是由一位一位的数位构成的，每一数位都有 一个确定的权。 实际应用中，通常由T型（R，2R）电阻网络和 运算放大器构成D/A转换器
一、数模转换器（DAC）的基本原理
T型网络DAC 原理图
“虚地”的概念是分析运放电路的基础
一、数模转换器（DAC）的基本原理
Vo的表达形式
d点、c点、b点、a点的电位分别为 Vref 、
Vref / 2 、Vref / 4 、 Vref / 8 ，电流分别是： I3 Vref / 2R I2 Vref / 4R
I1 Vref / 8R
二、A/D转换的方法和原理
2．并行比较式ADC
三位并行比较式的原理图
当Vi大于比较器的基准 电压时，相应比较器给 出逻辑“1”状态，否则 给出逻辑“0” 状态， 七个比较器A1～A7的输 出再经逻辑编码电路的 转换，即可得到对应的 三位二进制ADC数据
12.2.2 转换器主要参数指标
什么D/A转换？
在微机控制系统中，将数字量转换成模拟电量转换过 程叫做数字/模拟转换，而实现这种转换的装置则称为 数/模转换器（Digital to Analog Converter）,简称为 D/A转换器或DAC
12.1概述
实时计算机控制系统的构成示意图
12.2模拟量输入输出接口
12.2.1基本原理 一、数模转换器（DAC）的基本原理
1、分辨率
分辨率表示ADC/DAC对微小模拟信号的分辨能力。它 是数字量的最低有效位（LSB）所对应的模拟值，它
确定着ADC/DAC所能表示的最小模拟量变化，即:数
字量变化一个数字，所对应的模拟量的变化量。
例如一个输出位数为8位的DAC，若转换后的电压满量 程（满度）是5V，则它能分辨的最小电压为5V／256 ＝20mV。
注意:转换时间 <采样时间
12.2.2 转换器主要参数指标
4、线性度
理想的输出电压，应严格正比于输入的数字量，故理 想的转换特性是线性的，但由于开关内阻和网络电阻
偏差等因素影响转换特性。通常用非线性误差大小表
示D／A转换器的线性度，并且在满刻度范围内偏离理 想的转换特性的最大值称非线性误差，有时又将它与
二、A/D转换的方法和原理
1．逐次逼近式ADC
原理框图
A/D转换的工作过程： 当启动信号由高电平变 为低电平时，逐次逼近 寄存器清0，这时DAC 的输出电压Vo也为0。 当启动信号变为高电平 时，转换开始，逼近寄 存器开始计数
二、A/D转换的方法和原理
1．逐次逼近式ADC
逐次逼近式ADC工作过程示意图
注意：对于ADC转换器，存在量化误差。
12.2.2 转换器主要参数指标
3、转换时间
对于一个理想的D／A或A/D转换器，当数字信号从一 个二进制数变到另一个二进制数时，其对应的模拟信
号电压，应立即从原来的电压跳转到新电压，但在实
际的D／A，A/D转换器中，电路中的电容、电感或开 关电路会引起电路的时间延迟。
12.2.2 转换器主要参数指标
2、精度
用于表明A/D、D/A转换器的精确程度，它是指实际输 出电压与理论值之间的误差，即每个输出电压接近理
想值的程度，它与标准电源的精度和解码网络电阻的
精度有关。
在DAC参数手册中，精度特性常以三种形式给出：满 量程电压VFS的百分数、最低有效位LSB的分数形式或 二进制位数的形式
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
介绍具有两个输入数据寄存器的8位DAC的 应用。以DAC0832为例
DAC0832内部结构与外部引脚
DAC0832内部结构与外部引脚
（1）主要性能参数：
分辨率：8位 转换时间：1μ s 满刻度误差：±1LSB 单电源：+5V ～ +15V 基准电压：-10V ～ +10V 输入数据具有双缓冲功能 数据输入电平与TTL电平兼容
DAC0832内部结构与外部引脚
DAC 0832与ISA总线连接电路
3.计算机中数的表示方法
利用DAC0832与ISA总线的接口电路，输出正向
；200H为DAC端口地址 ；赋初值 AL ；向DAC送数据 ；调用延迟子程序 CX，DATA ；往CX中送延迟常数
锯齿波的程序 MOV DX，200H MOV AL，OFFH LOOPOUT：INC OUT DX，AL CALL DELAY JMP LOOPOUT DELAY： MOV LOOP DELAY RET
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
2、有数据输入寄存器的DAC的使用
这类D/A转换器，实际上是将外围寄存器集成在同 一个芯片中，当主机位数等于DAC芯片位数时，在 使用时就可以直接将DAC直接与数据总线相连。当 主机位数大于DAC芯片位数，若DAC带有单级锁存 器，加一级锁存器，若DAC带有两级锁存器，直接 连接。
12.2.5 A/D 转换器与微机系统的连接
2．数据输出线和系统总线的连接 有些转换器输出端具有可控的三态输出门，例如 ADC0809，这种芯片的输出端可以直接和系统总线 相连，由读信号控制三态门。当转换结束后，CPU 执行一条输入指令，将数据从A／D转换器读出。 有些转换器输出端三态门不受外界信号的控制， 而是由A/D转换电路在转换结束时自动接通的。例 如ADC570就是这样的芯片，还有某些A/D转换器根 本就没有三态输出门电路。在这种情况下，A／D 转换芯片的数据输出线就不能直接和系统数据总 线相接，而必须通过附加的三态门作为缓冲器连 接系统数据总线，实现数据传输。
12.2.5 A/D 转换器与微机系统的连接
2．数据输出线和系统总线的连接
此外需要考虑系统总线数位与A／D输出数 位之间的关系，系统总线数位多于A／D输 出数位，这种情况连接很简单，即把A／D 输出数据按位对应于数据总线连接。 A/D输出数位多于系统总线数位，这种情况 下要用读／写控制逻辑将数据按字节分时 读出。这时，CPU可以用两条输入指令，分 二次读出转换的数据。
满度值之比称为线性度。
12.2.3 转换器选择要点
(一) D/A转换器选择要点
数字输入特性 模拟量输出特性
锁存特性及转换控制
参考源
(二) A/D转换器选择要点
分辨率和速度 误差参数
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
由于CPU的输出数据在数据总线上出现的时间很短 暂，一般只有几个时钟周期，因此，D/A转换器接 口的主要任务是要解决CPU与DAC之间数据缓冲问 题。另外，当CPU的数据总线宽度与DAC的分辨率 不一致时，数据需要分两次传送。 根据D/A转换器的分辨率与数据总线宽度的关系和 转换器是否带有缓冲器或数据寄存器，接口形式 有三种：
微机原理与接口技术
第12章 模拟量输入输出接口
主要内容
模拟量输入输出接口概述
模拟量输入输出接口
基本原理 转换器主要参数指标 转换器选择要点 D/A 转换器与微机系统的连接 A/D转换器与微机系统的连接
12.1概述
什么A/D转换？
数据采集过程中，将模拟量转换成数字量的过程叫做 模拟/数字转换，完成这种转换的装置则被称为模/数转 换器（Analog to Converter），简称为A/D转换器或 ADC
加法电路的相加点I
则：Vo表示为：
I0 Vref / 16R
I I0 I1 I2 I3
2i Di
i 0 3
1 Rf V0 4 Vref 2 R
12.2.1基本原理
二、A/D转换的方法和原理
常见的实现模/数转换的方法有：逐次逼近式、双 积分式、并行比较式等几种方法。在此简述逐次 逼近式、和并行比较式的原理
DAC0832内部结构与外部引脚
（2）外部引脚 与微机连接的引脚
DI0～DI7（DI0为最低位）
输入寄存器（第1级锁存）的控制端 ILE、CS*、
WR1*
DAC寄存器（第2级锁存）的控制端
XFER*、WR2*
DAC0832内部结构与外部引脚
与外设连接的引脚
Iout1—— 模拟电流输出端。常接运算放大器反向输入端， 随DAC中数据的变化而变化。 Iout2 ——模拟电流输出端，Iout1 + Iout2 ＝常数 Rfb —— 反馈电阻引出端,芯片内部此端和Iout1端之间已 接有一电阻Rfb，其值为15K。所以，Rfb端可以直接接 到外部运算放大器的输出端。 Vref ——基准电压输入端，此端刻接正的参考电压，也 可接负的参考电压，范围为-10V ～ +10V，要指出的 是，此电压越稳定模拟输出精度越高。 Vcc —— 电源电压，+5V ～ +15V。 AGND —— 模拟地。 DGND —— 数字地
拟电压输出，通常可在输出端再加一级 运算放大器作为偏移电路。
D 128 V0 Vref 128
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
（3）D/A转换接口程序设计
DAC广泛应用于计算机函数波形发生器、计算机绘 图、图形显示以及与ADC相配合的工业计算机自动 控制系统中。函数波形发生器D/A转换接口程序的 一般程序流程
DAC0832内部结构与外部引脚
DAC0832直接得到的转换输出信号是模拟
电流Iout1和Iout2（Iout1+Iout2 ＝ 常数）。 为得到电压输出，通常应加接一运算放 大器。如：DAC0832外部连接图
D V0 Vref 256
DAC0832内部结构与外部引脚
计算机控制系统中常常需要双极性的模
（1）D/A转换器直接与CPU相联； （2）利用外加三态缓冲器或数据寄存器与CPU相联；
（3）利用并行I/O接口芯片与CPU相联。
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
1、无数据输入锁存器的DAC的使用
D/A转换器的分辨率与数据总线宽度相等时， 要求在D/A转换器的前面加上一个数据锁存器 和系统总线相连。常用的输入锁存器有 74LS273（八D触发器）、74LS373等。示意图 如下
12.2.5 A/D 转换器与微机系统的连接
1．输入模拟电压的连接
A／D转换芯片的模拟输入电压往往既可以是单端 的，也可以是差动的，属于这种类型的A/D芯片常 用VIN（﹣）、VIN（﹢）或IN（﹣）、IN（﹢） 一类符号表明模拟输入端。 单端输入的正信号时，则把VIN（﹣）接地，输入 模拟信号加到VIN（﹢）端；如用单端输入的负信 号时，则把VIN（﹢）接地，信号加到VIN（﹣） 端； 差动输入，则模拟信号加在VIN（﹢）和VIN（﹣） 端之间。
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
D/A转换器的分辨率>数据总线宽度时，例如：D/A 转换器是12位，CPU的数据总线为8位，要求在D/A 转换器前面加上两级数据锁存器。示意图如下
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
设第一级锁存器的低位端口号为PORTL ，高位端口 为号PORTH，第二级锁存器端口号为PORT ，具体 程序段如下： MOV AL, DATAL OUT PORTL，AL；高4位数据送第一级锁存器 MOV AL，DATAH OUT PORTH，AL；低8位数据送第一级锁存器 OUT PORT，AL ；12位数据同时进人第二级锁存器
二、A/D转换的方法和原理
原理描述
具体描述为：第一个时钟脉冲来到时，将逐次逼近寄 存器最高位置1，其输出10000000送入DAC，使DAC的输 出电压Vo为满量程的128/255。这时，如果Vo＞Vi，比 较器输出的低电平使D7复位，逐次逼近寄存器中的内 容变为00000000；如果Vo≤Vi，比较器输出的高电平， 逐次逼近寄存器内容保持为10000000 下一个时钟脉冲使次低位D6为1，如果原最高位被保留 时，逐次逼近寄存器的值变为11000000，DAC的输出电 压Vo为满量程的192/255，并再次与Vi作比较。如Vo＞ Vi，比较器输出的低电平使D6复位；如果Vo≤Vi，比 较器输出的高电平，将保留次高位D6为1。…… 重复 这一过程，直到D0=1
一、数模转换器（DAC）的基本原理
T型网络DAC 原理图
“虚地”的概念是分析运放电路的基础
一、数模转换器（DAC）的基本原理
Vo的表达形式
d点、c点、b点、a点的电位分别为 Vref 、
Vref / 2 、Vref / 4 、 Vref / 8 ，电流分别是： I3 Vref / 2R I2 Vref / 4R
I1 Vref / 8R
二、A/D转换的方法和原理
2．并行比较式ADC
三位并行比较式的原理图
当Vi大于比较器的基准 电压时，相应比较器给 出逻辑“1”状态，否则 给出逻辑“0” 状态， 七个比较器A1～A7的输 出再经逻辑编码电路的 转换，即可得到对应的 三位二进制ADC数据
12.2.2 转换器主要参数指标
什么D/A转换？
在微机控制系统中，将数字量转换成模拟电量转换过 程叫做数字/模拟转换，而实现这种转换的装置则称为 数/模转换器（Digital to Analog Converter）,简称为 D/A转换器或DAC
12.1概述
实时计算机控制系统的构成示意图
12.2模拟量输入输出接口
12.2.1基本原理 一、数模转换器（DAC）的基本原理
1、分辨率
分辨率表示ADC/DAC对微小模拟信号的分辨能力。它 是数字量的最低有效位（LSB）所对应的模拟值，它
确定着ADC/DAC所能表示的最小模拟量变化，即:数
字量变化一个数字，所对应的模拟量的变化量。
例如一个输出位数为8位的DAC，若转换后的电压满量 程（满度）是5V，则它能分辨的最小电压为5V／256 ＝20mV。
注意:转换时间 <采样时间
12.2.2 转换器主要参数指标
4、线性度
理想的输出电压，应严格正比于输入的数字量，故理 想的转换特性是线性的，但由于开关内阻和网络电阻
偏差等因素影响转换特性。通常用非线性误差大小表
示D／A转换器的线性度，并且在满刻度范围内偏离理 想的转换特性的最大值称非线性误差，有时又将它与
二、A/D转换的方法和原理
1．逐次逼近式ADC
原理框图
A/D转换的工作过程： 当启动信号由高电平变 为低电平时，逐次逼近 寄存器清0，这时DAC 的输出电压Vo也为0。 当启动信号变为高电平 时，转换开始，逼近寄 存器开始计数
二、A/D转换的方法和原理
1．逐次逼近式ADC
逐次逼近式ADC工作过程示意图
注意：对于ADC转换器，存在量化误差。
12.2.2 转换器主要参数指标
3、转换时间
对于一个理想的D／A或A/D转换器，当数字信号从一 个二进制数变到另一个二进制数时，其对应的模拟信
号电压，应立即从原来的电压跳转到新电压，但在实
际的D／A，A/D转换器中，电路中的电容、电感或开 关电路会引起电路的时间延迟。
12.2.2 转换器主要参数指标
2、精度
用于表明A/D、D/A转换器的精确程度，它是指实际输 出电压与理论值之间的误差，即每个输出电压接近理
想值的程度，它与标准电源的精度和解码网络电阻的
精度有关。
在DAC参数手册中，精度特性常以三种形式给出：满 量程电压VFS的百分数、最低有效位LSB的分数形式或 二进制位数的形式
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
介绍具有两个输入数据寄存器的8位DAC的 应用。以DAC0832为例
DAC0832内部结构与外部引脚
DAC0832内部结构与外部引脚
（1）主要性能参数：
分辨率：8位 转换时间：1μ s 满刻度误差：±1LSB 单电源：+5V ～ +15V 基准电压：-10V ～ +10V 输入数据具有双缓冲功能 数据输入电平与TTL电平兼容
DAC0832内部结构与外部引脚
DAC 0832与ISA总线连接电路
3.计算机中数的表示方法
利用DAC0832与ISA总线的接口电路，输出正向
；200H为DAC端口地址 ；赋初值 AL ；向DAC送数据 ；调用延迟子程序 CX，DATA ；往CX中送延迟常数
锯齿波的程序 MOV DX，200H MOV AL，OFFH LOOPOUT：INC OUT DX，AL CALL DELAY JMP LOOPOUT DELAY： MOV LOOP DELAY RET
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
2、有数据输入寄存器的DAC的使用
这类D/A转换器，实际上是将外围寄存器集成在同 一个芯片中，当主机位数等于DAC芯片位数时，在 使用时就可以直接将DAC直接与数据总线相连。当 主机位数大于DAC芯片位数，若DAC带有单级锁存 器，加一级锁存器，若DAC带有两级锁存器，直接 连接。
12.2.5 A/D 转换器与微机系统的连接
2．数据输出线和系统总线的连接 有些转换器输出端具有可控的三态输出门，例如 ADC0809，这种芯片的输出端可以直接和系统总线 相连，由读信号控制三态门。当转换结束后，CPU 执行一条输入指令，将数据从A／D转换器读出。 有些转换器输出端三态门不受外界信号的控制， 而是由A/D转换电路在转换结束时自动接通的。例 如ADC570就是这样的芯片，还有某些A/D转换器根 本就没有三态输出门电路。在这种情况下，A／D 转换芯片的数据输出线就不能直接和系统数据总 线相接，而必须通过附加的三态门作为缓冲器连 接系统数据总线，实现数据传输。
12.2.5 A/D 转换器与微机系统的连接
2．数据输出线和系统总线的连接
此外需要考虑系统总线数位与A／D输出数 位之间的关系，系统总线数位多于A／D输 出数位，这种情况连接很简单，即把A／D 输出数据按位对应于数据总线连接。 A/D输出数位多于系统总线数位，这种情况 下要用读／写控制逻辑将数据按字节分时 读出。这时，CPU可以用两条输入指令，分 二次读出转换的数据。
满度值之比称为线性度。
12.2.3 转换器选择要点
(一) D/A转换器选择要点
数字输入特性 模拟量输出特性
锁存特性及转换控制
参考源
(二) A/D转换器选择要点
分辨率和速度 误差参数
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
由于CPU的输出数据在数据总线上出现的时间很短 暂，一般只有几个时钟周期，因此，D/A转换器接 口的主要任务是要解决CPU与DAC之间数据缓冲问 题。另外，当CPU的数据总线宽度与DAC的分辨率 不一致时，数据需要分两次传送。 根据D/A转换器的分辨率与数据总线宽度的关系和 转换器是否带有缓冲器或数据寄存器，接口形式 有三种：
微机原理与接口技术
第12章 模拟量输入输出接口
主要内容
模拟量输入输出接口概述
模拟量输入输出接口
基本原理 转换器主要参数指标 转换器选择要点 D/A 转换器与微机系统的连接 A/D转换器与微机系统的连接
12.1概述
什么A/D转换？
数据采集过程中，将模拟量转换成数字量的过程叫做 模拟/数字转换，完成这种转换的装置则被称为模/数转 换器（Analog to Converter），简称为A/D转换器或 ADC
加法电路的相加点I
则：Vo表示为：
I0 Vref / 16R
I I0 I1 I2 I3
2i Di
i 0 3
1 Rf V0 4 Vref 2 R
12.2.1基本原理
二、A/D转换的方法和原理
常见的实现模/数转换的方法有：逐次逼近式、双 积分式、并行比较式等几种方法。在此简述逐次 逼近式、和并行比较式的原理
DAC0832内部结构与外部引脚
（2）外部引脚 与微机连接的引脚
DI0～DI7（DI0为最低位）
输入寄存器（第1级锁存）的控制端 ILE、CS*、
WR1*
DAC寄存器（第2级锁存）的控制端
XFER*、WR2*
DAC0832内部结构与外部引脚
与外设连接的引脚
Iout1—— 模拟电流输出端。常接运算放大器反向输入端， 随DAC中数据的变化而变化。 Iout2 ——模拟电流输出端，Iout1 + Iout2 ＝常数 Rfb —— 反馈电阻引出端,芯片内部此端和Iout1端之间已 接有一电阻Rfb，其值为15K。所以，Rfb端可以直接接 到外部运算放大器的输出端。 Vref ——基准电压输入端，此端刻接正的参考电压，也 可接负的参考电压，范围为-10V ～ +10V，要指出的 是，此电压越稳定模拟输出精度越高。 Vcc —— 电源电压，+5V ～ +15V。 AGND —— 模拟地。 DGND —— 数字地
拟电压输出，通常可在输出端再加一级 运算放大器作为偏移电路。
D 128 V0 Vref 128
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
（3）D/A转换接口程序设计
DAC广泛应用于计算机函数波形发生器、计算机绘 图、图形显示以及与ADC相配合的工业计算机自动 控制系统中。函数波形发生器D/A转换接口程序的 一般程序流程
DAC0832内部结构与外部引脚
DAC0832直接得到的转换输出信号是模拟
电流Iout1和Iout2（Iout1+Iout2 ＝ 常数）。 为得到电压输出，通常应加接一运算放 大器。如：DAC0832外部连接图
D V0 Vref 256
DAC0832内部结构与外部引脚
计算机控制系统中常常需要双极性的模
（1）D/A转换器直接与CPU相联； （2）利用外加三态缓冲器或数据寄存器与CPU相联；
（3）利用并行I/O接口芯片与CPU相联。
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
1、无数据输入锁存器的DAC的使用
D/A转换器的分辨率与数据总线宽度相等时， 要求在D/A转换器的前面加上一个数据锁存器 和系统总线相连。常用的输入锁存器有 74LS273（八D触发器）、74LS373等。示意图 如下
12.2.5 A/D 转换器与微机系统的连接
1．输入模拟电压的连接
A／D转换芯片的模拟输入电压往往既可以是单端 的，也可以是差动的，属于这种类型的A/D芯片常 用VIN（﹣）、VIN（﹢）或IN（﹣）、IN（﹢） 一类符号表明模拟输入端。 单端输入的正信号时，则把VIN（﹣）接地，输入 模拟信号加到VIN（﹢）端；如用单端输入的负信 号时，则把VIN（﹢）接地，信号加到VIN（﹣） 端； 差动输入，则模拟信号加在VIN（﹢）和VIN（﹣） 端之间。
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
D/A转换器的分辨率>数据总线宽度时，例如：D/A 转换器是12位，CPU的数据总线为8位，要求在D/A 转换器前面加上两级数据锁存器。示意图如下
12.2.4 D/A 转换器与微机系统的连接
设第一级锁存器的低位端口号为PORTL ，高位端口 为号PORTH，第二级锁存器端口号为PORT ，具体 程序段如下： MOV AL, DATAL OUT PORTL，AL；高4位数据送第一级锁存器 MOV AL，DATAH OUT PORTH，AL；低8位数据送第一级锁存器 OUT PORT，AL ；12位数据同时进人第二级锁存器
二、A/D转换的方法和原理
原理描述
具体描述为：第一个时钟脉冲来到时，将逐次逼近寄 存器最高位置1，其输出10000000送入DAC，使DAC的输 出电压Vo为满量程的128/255。这时，如果Vo＞Vi，比 较器输出的低电平使D7复位，逐次逼近寄存器中的内 容变为00000000；如果Vo≤Vi，比较器输出的高电平， 逐次逼近寄存器内容保持为10000000 下一个时钟脉冲使次低位D6为1，如果原最高位被保留 时，逐次逼近寄存器的值变为11000000，DAC的输出电 压Vo为满量程的192/255，并再次与Vi作比较。如Vo＞ Vi，比较器输出的低电平使D6复位；如果Vo≤Vi，比 较器输出的高电平，将保留次高位D6为1。…… 重复 这一过程，直到D0=1