微机原理与接口技术第11章

二、八位D/A转换器DAC0832
1.
芯片源自文库绍
主要技术指标： TTL电平输入 分辨率： 8位 转换时间： 1 S 满量程误差：±1LSB 参考电压： ±10V 单电源： +5V~+15V
DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0 ILE
13 14 15 16 4 5 6 7 19 1 2
三、典型模/数转换器ADC0809 1. 芯片简介 主要功能 分辨率：8位 转换误差：±1/2LSB~±1LSB 转换时间：100 µ S 时钟频率：640KHZ 测量路数：8路 输出：三态缓冲 单一5V供电，对应输入模拟电压范围0~5V
START
CLK
IN7
控制与时序
8路 模拟 开关 SAR 三态 输出 锁存 缓冲 器
转换误差=2.8125v-3v=-0.1875v 小于量化误差0.3125v(1LSB)
逐次逼近式A/D转换所需的时间： 一个8位转换器完成一次转换大致需要88=64个 时钟周期。
例：ADC0809是8位逐次逼近式A/D转换器，典型工作 时钟频率为640kHz.完成一次转换的时间大约为： tc=64 （1/640 103秒）=100us 若为多通道采集，如8通道，转换时间则是单通 道的8倍。
二、逐次逼近式A/D转换器基本组成
比较器：对输入 电压与电子砝码 进行比较，并由 控制逻辑决定该 砝码的去留。
Vi
控制逻辑(SAR)： 移位寄存器、数据寄 存器、时序电路及去 留码逻辑电路。
CLK
+ -
控制逻辑 SAR
缓冲器
DAC
输 出 数 据
VR
DAC:产生电子砝码
逐次逼近式A/D转换器原理框图
设转换器的位数n=4，相应的电子砝码分别为 2.5V、1.25V、0.625V、0.3125V。Vi=3V,则转换 过程及结果如下。
次序 试探码 1 2 3 4 1000 1100 1010 1001 D/A 输出 2.5V<Vi 3.75V>Vi 3.125V>Vi 2.8125V<Vi 去留码 本次结果 留 去 去 留 1000 1000 1000 1001
＋5V
－A +
Vo
MOV MOV OUT INC OUT
DX，320H AL，DATA DX，AL DX DX，AL
VREF DGND
DAC0832与8位数据总线微机的连接图
第二种应用情况： 在多路DAC系统中， 需要同步D/A转换时, 采用双缓冲方式。
AB
DAC1
+ VO1
将要转换的 数据分别打入 各DAC的输入寄 存器，然后由 一个转换命令 同时启动各个 DAC转换。
START： MOV AGAIN： INC OUT CALL JMP
AL，0FFH AL 80H，AL DELAY AGAIN
阶梯的宽度由延时时间决定
例2 要求DAC输出一三角波，波形下限电压为0.5V， 上限电压为2.5V。
BEGIN： MOV AL，1AH 下限电压对应的数字量为： UP ： OUT 80H，AL 0.5*256/5=26=1AH INC AL CMP AL，81H 上限电压对应的数字量为： JNZ UP 2.5*256/5=128=80H DEC AL DOWN： OUT 80H，AL DEC AL CMP AL，19H JNZ DOWN JMP BEGIN
DAC
DB 0830 0831 0832 I I
R
FB
OUT1 OUT2
－ ＋
V
O
A
GND
I/V转换，单极性输出方式
3. DAC0832与CPU接口方式 ①直通方式：ILE接高电平；CS、WR1、WR2、 XFER直接接地。D/A转换器的输出随着总线数据的变 化而变化。 ②单缓冲方式： ILE接高电平；CS、WR1、WR2、XFER接控 制输出端（连接方式有多种形式）； 当对DAC0832进行写操作时（执行OUT指令）， 数字量直接被转换成模拟量。
MSB,权最大
LSB,量化单位
*使用时小数点不给出，二进制编码形式为d1d2d3d4等
4位二进制小数码的表示
输入 模拟量 0 1/16FSR 2/16FSR 3/16FSR ： 15/16FSR 二进制 小数 0.0000 0.0001 0.0010 0.0011 0.1111 输出数码 0000 0001 0010 0011 1111 对应电压
8 8 位 输 入 寄 存 器 IE 8位 DAC 寄存器 8位 D/A 转换器 12
VREF IOUT2
11 I OUT1
Rfb 9
Rfb
IE
3 CS WR1
WR2 XFER 20 10
AGND
Vcc DGND
18 17
DAC0832的内部结构图
2. 芯片的输出电路
V
REF
＋5 V
R
数 字 量 输 入
11.2 D/A转换器 一、数/模转换器的原理(组成）
VR =5V
。
I1
权电阻网络DAC
d1 I2 R 2R
d2
I3
d3 I4 4R
d4
8R
I O d1I1 d 2 I 2 d 3I3 d 4 I 4 VR VR VR VR d1 d 2 d 3 d 4 R 2R 4R 8R 2VR d1 2 1 d 2 2 2 d 3 2 3 d 4 2 4 R
写出启动转 换控制指令。
译 码 CS2 器 CS3
CS1
ILE WR1 CS XFER WR2
XFER
DAC2 ILE WR1 cs XFER WR2
+ VO2
DAC3 ILE WR1 CS XFER WR2 IO/M WR
+ V O3
11.3 模拟/数字（A/D）转换 一、逐次逼近式模/数（A/D）转换器原理 实现A/D转换的方法有多种，而逐次逼近式A/D 转换具有速度快，分辨率高等优点获得了广泛的应 用。这种A/D转换器的比较过程与天平的称重的过程 相似。若一台天平具有32克、16克、 8克、 4克、 2 克和1克等6种砝码，需要称量的物体重量为27.4克。 称量从最重的砝码试起，过程如下表所示。
第11章
模数（A/D）和数模(D/A)转换
11.1 概述 11.2 D/A转换器
11.3 A/D转换器
11.1 概 述 一、实时过程控制系统的结构及组成
控
传感器 放大滤波
制
传感器 放大滤波
多 路 开 关 MUX 执 行 部 件
采 样 保 持 器
S/H 多 路 开 关 MUX
A/D 转 换 器 D/A 转 换 器
I/O 接 口
计
算
对
象
I/O 接 口
机
包括A/D和D/A的实时控制系统
１. 传感器：把控制对象的各种参数的物理量用传感器 测量出来，并转换成电信号。 ２. 放大器：把传感器输出的信号(一般为mV或 V) 放大到A/D转换所需的量程范围。
３. 低通滤波器：抑制干扰，提高信噪比。
４. 多路开关：对传感器输出的多路信号进行切换， 用一路装臵进行测量和控制。 例： 8选1双向多路开关CD4051 ADC0809芯片带有多路转换开关。
IN7
I/O7
O/I
S/H
A/D
CD4051 S A2 A1 A0 74LS273 4Q 4D 3Q 3D 2Q 2D 1Q 1D CLK D3 D2 D1 D0 译 码 器
IN0
数 据 总 线
I/O0
设锁存器地址：ADPORT 问：实现IN6转换的控制指令？
地址总线
MOV AL,00000110B;实现IN6转换 多路开关CD4051构成 8通道数据采集电路 OUT ADPORT,AL
Rf = R/2
S1
S2
S3
S4 － Σ +
If
Vo Io R f 2VR R
若d1d2d3d4=1000，Rf=R/2
虚地点
Io
Vo
1 1 1 R 1 1 0 0 0 2.5V 4 8 16 2 2
数模转换器主要性能指标 1、输入数字量 大多为TTL电平，接受自然二进制编码。 2、输出模拟量 多数是电流输出型，例：DAC0832为差动电流输出 （IOUT1+IOUT2=常数），输出要设计I/V转换电路。 3、分辨率 指输入数据发生1LSB变化时所对应的输出模拟量的 变化。与数字量位数n的关系：分辨率=满度值/2n * 分辨率可用位数n表示。 4、转换时间 指从数字量输入到建立稳定的输出电流的时间。有 ns和us级的转换器。
地址 ③双缓冲方式： Vcc 第一种应用情况： 总线 地址 320H CS 译码 321H 在前一个数据转换 XFER 的同时，CPU将下 WR1 IOUT1 IOWR WR2 IOUT2 一个数据先输入至 AGND 输入寄存器，然后 D7-D0 再在某个时刻启动 DAC0832 D/A转换。 ILE ＋5V
离散模拟量
t0 0 D
t
采样器
X(t) S X(nD) S(t)
采样脉冲
0
脉冲宽度 t0
S(t)
D
采样周期
t
2、采样保持器
模数转换需要时间，在模数转换时间tc内，若 输入模拟信号比较平坦，由采样过程引入的误差可 以忽略不计。但当输入模拟信号变化速率较高时， 需用采样保持器使输入的模拟信号在转换过程中保 持不变。
t
例：8位A/D转换器，分层数=28=256.设电压量程：0~5V 量化单位: q=电压量程范围/ 2n =5v/2560.019v=19mv LSB=1时对应的电压值 n可表示A/D转换分辨率
2、编码 编码就是考虑用一种代码将量化得到的数字量表示 出来。编码形式：二进制码、BCD码、ASCII码等。 例：常用的自然二进制码 设满量程为1，输入模拟量与满量程（FSR）相比总 小于1，故用二进制小数形式表示数字量。 小数: N=d12-1+ d22-2 +…+dn2-n
地址 总线
WR M/IO D7-D0
地址 译码
Vcc WR2 WR1 CS XFER
＋5V
＋5V
ILE VREF
D A C 0 8 3 2
IOUT1 IOUT2 AGND
－A +
Vo
DGND
DAC0832与8位数据总线微机的连接图
单缓冲方式的应用 例1 设DAC的口地址为80H，要求输出0~5V的锯齿波.
二进制数
111 110 101 100 011 010 001 000 7 6 5 4 3 2 1 0
幅度
t0 实际电平 4 量化值 4 编码 100
t1 t2 t3 t 4 t5 t6 t7 t8 t9 5.7 6.4 6.6 6.3 4.2 1.5 0.9 1.2 2 5 6 6 6 4 1 0 1 2 101 110 110 110 100 001 000 001 010
5. 采样保持电路：对模拟信号进行采样并保持以保 证A/D转换的正确性。 * 快变输入信号需要使用采样保持器。
二、采样、量化和编码 处理后得到的几伏量级的模拟信号必须经过采样、 量化和编码的过程才能成为数字量。 1、采样和量化 采样：按相等的时间间隔t从电压信号上截取一个个离 散的电压瞬时值，即时间上的离散化。 量化：将采样的实际值按幅度大小分层的过程。量化 单位越小，一定范围内的电压值被分的层就越多，精 度就越高。
27.4克重物的称量过程
次序 1 2 3 4 5 6 加砝码 32 克 16 克 8克 4克 2克 1克 天平指示 超重 欠重 欠重 超重 欠重 平衡 操作 去码 留码 留码 去码 留码 留码 记录 D5=0 D4=1 D3=1 D2=0 D1=1 D0=1
结果为：
M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27（克）
EOC
D7
IN0
ADDA ADDB ADDC ALE
地址 锁存 与 译码 Vcc GND
树状开关
D0
电阻网络
VREF+
VREF-
OE
ADC0809功能方框图
2. ADC0809工作时序
START ①选择当前转换 的通道，即将通 ALE 道编码送地址锁 存器； 通道地址 ②通过执行OUT 64CLK 指令在START， EOC ALE上产生一个 OE 正脉冲，锁存通 DATA 道编码并启动 A/D； ③A/D转换开始后，EOC变低，经过64个时钟周期后，转换结束， EOC变高； ④转换结束后，通过执行IN指令设法在OE脚上产生一个正脉冲， 打开输出缓冲器的三态门读入转换数据。
FSR=+5V
0.000 0.312 0.625 0.937 4.687
FSR=+10V
0.000 0.625 1.250 1.875 9.375
三、采样保持器
1、采样过程 将模拟信号转换成 离散信号的过程。
采样器输出端为 脉冲序列X(nD)， 采样率fs=1/ D
X(t)
模拟信号
0 X(nD)
t