11数模转换与模数转换接口
模数与数模转换器的主要技术指标10.4模数转换接口技术
10.4
10.4.1
模/数转换接口技术
常用模/数转换芯片
ADC（Analog-Digital Converter）的功能是 将输入模拟电压量转换为与其成比例的数字量， 它是智能化测量与控制系统中的一种重要组成器 件。按其工作原理，可分为比较式ADC、积分式
ADC以及电荷平衡（电压-频率转换）式ADC等。
一传感器transducer由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱容易受外界干扰因此在市场上能买到的各种变送器已将传感器与放大电路制作在一起输出统一标准的010ma或420ma电流或05v电压以便传输或直接送ad转换器进行ad转换其中420ma标准电流输出的传感器较为普遍常说的流量变送器压力变送器等一般输出420ma标准电流内部处于恒流输出结构显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强易于远距离传输因此电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中
（6）12/8*：用于控制输出字长的选择输入端。当其 为高电平时，允许A/D转换并行输出12位二进制数；当其 为低电平时，A/D转换输出为8位二进制数。 （ 7 ） R/C*：数据读出 / 启动 A/D 转换。当该输入脚为 高电平时，允许读A/D转换器输出的转换结果；当该输入 脚为低电平时，启动A/D转换。 （8）A0：字节地址控制输入端。当启动A/D转换时， 若A0=1，仅作8位A/D转换；若A0=0，则作12位A/D转换。 当作12位A/D转换并按8位输出时，在读入A/D转换值时， 若A0=0，可读高8位A/D转换值，若A0=1，则读入低4位 A/D转换值。
二、精度（precision）
精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精度 有两种表示方法： （1）绝对精度：用最低位（LSB）的倍数来表示，如 ±（1/2）LSB或±1LSB等。 （2）相对精度：用绝对精度除以满量程值的百分数 来表示，例如±0.05%等。 注意：分辨率与精度是两个不同的概念。
模数(A／D)和数模(D／A)转换
模数(A／D)和数模(D／A)转换模数（A/D）和数模（D/A）转换11.1模数转换和数模转换概述11.1.1一个典型的计算机自动控制系统一个包含A/D和D/A转换器的计算机闭环自动控制系统如图11.1所示。
传感器μV，mV控制传感器放大滤波几伏放大滤波多路开关MU某采样保持S/H模拟A/D数字I/O转换接口计算机对象执行部件多路开关MU 某模拟D/A数字I/O转换接口图11.1典型的计算机自动控制系统在图11.1中，A/D转换器和D/A转换器是模拟量输入和模拟量输出通路中的核心部件。
在实际控制系统中，各种非电物理量需要由各种传感器把它们转换成模拟电流或电压信号后，才能加到A/D转换器转换成数字量。
一般来说，传感器的输出信号只有微伏或毫伏级，需要采用高输入阻抗的运算放大器将这些微弱的信号放大到一定的幅度，有时候还要进行信号滤波，去掉各种干扰和噪声，保留所需要的有用信号。
送入A/D转换器的信号大小与A/D转换器的输入范围不一致时，还需进行信号预处理。
在计算机控制系统中，若测量的模拟信号有几路或几十路，考虑到控制系统的成本，可采用多路开关对被测信号进行切换，使各种信号共用一个A/D转换器。
多路切换的方法有两种：一种是外加多路模拟开关，如多路输入一路输出的多路开关有：AD7501，AD7503，CD4097，CD4052等。
另一种是选用内部带多路转换开关的A/D转换器，如ADC0809等。
若模拟信号变化较快，为了保证模数转换的正确性，还需要使用采样保持器。
在输出通道，对那些需要用模拟信号驱动的执行机构，由计算机将经过运算决策后确定的控制量（数字量）送D/A转换器，转换成模拟量以驱动执行机构动作，完成控制过程。
第11章模数（A/D）和数模（D/A）转换28711.1.2模/数转换器（ADC）的主要性能参数1.分辨率它表明A/D对模拟信号的分辨能力，由它确定能被A/D辨别的最小模拟量变化。
一般来说，A/D转换器的位数越多，其分辨率则越高。
数模转换与模数转换
数模转换与模数转换数模转换（Digital-to-Analog Conversion，简称DAC）和模数转换（Analog-to-Digital Conversion，简称ADC）是数字信号处理中常用的两种信号转换方法。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，而模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
本文将就数模转换和模数转换的原理、应用以及未来发展进行探讨。
一、数模转换（DAC）数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字系统中，所有信号都以离散的形式存在，如二进制码。
为了能够将数字信号用于模拟系统中，需要将其转换为模拟信号，从而使得数字系统与模拟系统能够进行有效的接口连接。
数模转换的原理是根据数字信号的离散性质，在模拟信号上建立相似的离散形式。
常用的数模转换方法有脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，简称PAM），脉冲宽度调制（Pulse Width Modulation，简称PWM）和脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，简称PPM）等。
这些方法根据传输信号的不同特点，在转换过程中产生连续的模拟信号。
数模转换在很多领域有广泛应用。
例如，在音频领域，将数字音频信号转换为模拟音频信号，使得数字音频可以通过扬声器播放出来。
另外，在电信领域，将数字信号转换为模拟信号后，可以用于传输、调制解调、功率放大等过程。
二、模数转换（ADC）模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
模拟信号具有连续的特点，而数字系统只能处理离散的信号。
因此，当需要将模拟信号用于数字系统时，就需要将其转换为数字形式。
模数转换的原理是通过采样和量化来实现。
采样是将模拟信号在时间上进行离散化，而量化是将采样信号在幅度上进行离散化。
通过这两个过程，可以将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
模数转换在很多领域都有应用。
例如，在音频领域，将模拟音频信号转换为数字音频信号，使得音频信号可以被数字设备处理和存储。
【精品】数模转换与模数转换
【关键字】精品第7章数-模转换与模-数转换第1讲数-模转换一、教学目的：1、数模转换的基本原理。
2、理解常见的数模转换电路。
3、掌握数模转换电路的主要性能指标。
二、主要内容：1、数模转换的定义及基本原理2、权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数3、DAC主要性能指标三、重点难点：权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。
四、课时安排：2学时五、教学方式：课堂讲授六、教学过程设计复习并导入新课：新课讲解：[重点难点]权电阻D/A转换器、倒T型D/A转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数，逐次逼近型A/D转换器、双积分型A/D转换器的电路结构特点、工作原理及其主要技术参数。
[内容提要]本章介绍数字信号和模拟信号相互转换的基本原理和常见转换电路。
必要性与意义：自然界中，许多物理量是模拟量，电子系统中的输入、输出信号多数也是模拟信号。
而数字系统处理的数字信号却具有抗干扰能力强、易处理等优点；利用数字系统处理模拟信号的情况也越来越普遍。
由于数字系统只能对数字信号进行处理，因此要根据实际情况对模拟信号和数字信号进行相互转换。
随着计算机技术和数字信号处理技术的快速发展，在通信、自动控制等许多领域，常常需要将输入到电子系统的模拟信号转换成数字信号后，再由系统进行相应的处理，而数字系统输出的数字信号，还要再转换为模拟信号后，才能控制相关的执行机构。
这样，就需要在模拟信号与数字信号之间建立一个转换接口电路—模数转换器和数模转换器。
A/D转换定义：将模拟信号转换为数字信号的过程称为模数转换（Analog to Digital），或A/D转换。
能够完成这种转换的电路称为模数转换器（Analog Digital Converter），简称ADC。
D/A转换定义：将数字信号转换为模拟信号的过程称为数模转换（Digital to Analog），或D/A转换。
数模转换和模数转换
2）CLOCK（第10脚）：时钟CP输入端，ADC0808/0809只有在CP信号同步下, 才能进行A/D转换。时钟 频率的上限是640KHZ。 3）ALE（第22脚）：地址锁存允许端。 ~ALE=1时地址锁存和译码部分把上面所述的CBA的值输入和译码并接通IN0 IN7之一。 当 ALE=0时，把CBA的值锁存起来。 4）START（第6脚）：启动脉冲输入端，启动脉冲的上升沿清除逐次逼近寄存器SAR，下跳沿启动ADC 开始转换。 ~5）VDD(第11脚)：电源输入端：+5V +6.5V。 6）GND（第13脚）：地 7）VREF（+）（第12脚）VREF-（第16脚）：分别为基准电压的高电平和低电平端。 8）EOC（第7脚）：转换结束信号端。EOC=0，表示转换正在进行，输出数据不可信。EOC=1表示转换 已完成，输出数据可信。 9）BO～B7（第8、14、15、17～21脚）：转换所得八位输出数据，B7是最高位，BO是最低位。 10）OE（第9脚）：允许输出端。OE端控制输出锁存器的三态门。当OE=1时，转换所得的数据送到B0 ～B7端，当OE=0时，B0～B7脚对外呈高阻状态。 11 ） ADDA 、 ADDB 、 ADDC （第 25 ～ 23 脚）：通道地址输入端。例如当 CBA=001 时，模拟量 IN1 输至 ADC0808/0809，CBA=010时,IN2输入ADC0809…依次类推。
并行比较型A/D转换器真值表
2． 逐次比较型A/D转换器 转换原理：
输出数 字信号
逻辑电路
8.2.3间接A/D转换器 1．双积分型A/D转换器
它由积分器、过零比较器（C）、时钟脉冲控制门（G）和定 时器、计数器（FF0～FFn）等几部分组成。
工作原理：
模数与数模转换器
10.2 A/D转换器
A/D转换的一般工作过程
2. 量化与编码 量化
数字信号在数值上是离散的。将采样–保持电路的输出 电压按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上的过程。
量化单位 量化过程中所取最小数量单位。量化单位用表示。它
是数字信号最低位为1时所对应的模拟量用 表示，即 1 LSB。
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10.1 D/A转换器
D/A转换器的主要技术指标
1. 分辨率:
分辨率：其定义为D/A转换器模拟输出电压可能被分离的等 级数。n 位DAC最多有2n个模拟输出电压。位数越多D/A转 换器的分辨率越高。
分辨率也可以用能分辨的最小输出电压与最大输出电压之比
给出。n 位D/A转换器的分辨率可表示为
1 2n 1
R
5 VREF 8
R
4 VREF 8
R
3 VREF 8
R
2 VREF 8
R
1 VREF 8
R
D2 D1 D0
Y7
Y6
3
Y5 线
|
Y4 8
线
Y3 译
码
Y2 器
Y1
Y0
–
vO
+ 缓冲器
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2.集成电阻串联分压式D/A转换器
DAC121S101是CMOS12位D/A转换器
等值电阻 串联分压网络
(4096 个)
通常建立时间在100 ns ~几十s之间，有的厂家给出的高 速D/A指标可达1 ns一下，一般100ns就算转换速度比较快了。
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10.1 D/A转换器
集成D/A转换器的应用
(2) 脉冲波产生电路
10V
VREF
AD7533
数模(DA)转换与模数(AD)转换接口
第12章 数模(D/A)转换与模数(A/D)转换接口§12.1 D/A转换器接口D/A(Digit to Analog)和A/D(Analog to Digit)转换是计算机与外部世界联系的重要接口。
在一个实际的系统中，有两种基本的量——模拟量和数字量。
外界的模拟量要输入给计算机，首先要经过A/D转换，才能由计算机进行运算、加工处理等。
若计算机的控制对象是模拟量，也必须先把计算机输出的数字量经过D/A转换，才能控制模拟量。
D/A和A/D转换的具体电路已经在数字电路课程中讲述。
本章主要介绍如何把D/A 和A/D转换的芯片与CPU进行接口以及用CPU控制这些转换的软件编程如何实现。
12.1.1 CPU与8位D/A芯片的接口D/A转换通常是由输入的二进制数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。
若CPU的输出数据要通过D/A转换变为模拟量输出，当然要把CPU数据总线的输出连到D/A的数字输入上。
但是，由于CPU要进行各种信息的加工处理，它的数据总线上的数据是不断地改变的，它输出给D/A的数据只在输出指令的几个微秒中出现在数据总线上。
所以，必须要有一个锁存器，把CPU输出给D/A转换的数据锁存起来，直至输送新的数据为止。
一个最简单的D/A芯片与CPU的接口电路如图12-1所示。
其中，以锁存器74100作为CPU与D/A转换之间的接口。
CPU把74100作为一个输出端口，用地址27H来识别，则CPU输给D/A的数据要用一条I/O写(即输出)指令来实现。
图12-1的电路可应用于许多场合，例如：(1) 驱动一个侍服电机；(2) 控制一个电压—频率转换器(用于锁相环路)；(3) 控制一个可编程的电源；(4) 驱动一个模拟电表。
12.1.2 8位CPU与12位（高于8位的）D/A转换器的接口1.一种12位D/A转换芯片这里介绍一种12位D/A转换片子DAC1210。
数模转换和模数转换
Ii 2nU 1 RiR2U n1RR2iDi
运算放大器总的输入电流为
In i 0 1Iin i 0 12 U n 1 R RD i2i2 U n 1 R Rn i 0 1D i2i
运算放大器的输出电压为
URfI2 Rnf U 1R Rn i 01Di2i
若Rf=1/2R，代入ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ式后则得
在目前常见的D/A转换器中，有权电阻网络D/A转换 器，倒梯形电阻网络D/A转换器等。A/D转换器的类型也 有多种，可以分为直接A/D转换器和间接A/D转换器两大 类。在直接A/D转换器中，输入的模拟信号直接被转换成 相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信 号先被转换成某种中间变量（如时间、 频率等），然后 再将中间变量转换为最后的数字量。
它由一个八位输入寄存器、一个八位DAC寄存器和一 个八位D/A转换器三大部分组成，D/A转换器采用了倒T 型R-2R电阻网络。由于DAC0832有两个可以分别控制的 数据寄存器，所以，在使用时有较大的灵活性， 可根据 需要接成不同的工作方式。DAC0832中无运算放大器， 且是电流输出，使用时须外接运算放大器。芯片中已设 置了Rfb，只要将 9 脚接到运算放大器的输出端即可。若 运算放大器增益不够， 还须外加反馈电阻。
图 10-5 漂移误差
3.
从数字信号输入DAC起，到输出电流（或电压）
达到稳态值所需的时间为建立时间。 建立时间的大小
决定了转换速度。目前 10~12
D/A 转换
器（不包括运算放大器）的建立时间可以在 1 微秒以
内。
10.2.4 八位集成DAC0832
图 10-6 集成DAC0832框图与引脚图
10.2.3 D/A转换器的主要技术指标
计算机数模和模数转换接口技术
逐次逼近式A/D转换
如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123（01111011B）的A／ D转换. 具体过程如下： 当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“0”；
数字 输出量 111 110 101 100 011 010 001 000
输入 -0.5~0.5v 0.5~1.5v 1.5~2.5v
输出 000 001 010 110 111
、、、
5.5~6.5v
1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v
6.5~7.5v
模拟输入量
8
ADC的性能指标
3.转换时间和转换速率
22
四、逐次逼近A/D转换原理
4种常用的A/D转换方法 计数器式 逐次逼近式 微机系统中应用较多 双积分式 并行式
23
逐次逼近式A/D转换
• •
逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。
组成：
D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.
•
工作过程： 从最高位开始通过试探值逐次进行测试，
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ADC0809逻辑结构
ADDC 0 0 0 0 1 1 1 1 ADDB 0 0 1 1 0 0 1 1 ADDA 0 1 0 1 0 1 0 1 通道 IN0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号
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ADC0809逻辑结构
START： ADC启动控制信号输入端， EOC: End Of Conversion 要求正脉冲信号。 脉冲的上升沿使所有内 在START之后变低，A/D转 部寄存器清0，下降沿启 换结束后变高。可用来申 请中断。 动A/D转换
数模转换和模数转换原理
8.2 数模转换器
当Dn=Dn-1…D0=0时，uO=0
2n 1 当Dn=Dn-1…D0=11…1时， uO 2n U REF 。
因而uO的变化范围是
0
~
2n 2n
1 U REF
权电阻网络D/A转换器的特点 ①优点：结构简单，电阻元件数较少； ②缺点：阻值相差较大，制造工艺复杂。
U REF 2n-1 R
n-1
di 2i
i0
虚断 运算放大器输出电压为
uO
RF I
RF
U REF 2n1 R
n1
di 2i
i0
令 RF=R/2 ，则
uO
U REF 2n
n1
di 2i
i0
U REF 2n
Dn
即：输出的模拟电压uO正比于输入的数字量Dn，从而实现
8.3 模数转换器
一、A/D转换器的基本工作原理 A/D转换是将模拟信号转换为数字信号，转换过程通
过取样、保持、量化和编码四个步骤完成。
模拟量输入
数字量输出
VI 采样 保持 量化 编码 DO
8.3 模数转换器
1.取样和保持
取样（也称采样）是将时间上连续变化的信号，转换为时 间上离散的信号，即将时间上连续变化的模拟量转换为一系列 等间隔的脉冲，脉冲的幅度取决于输入模拟量。
WR1：输入数据选通信号，低电平有效。（
上升沿锁存）
XFER：数据传送选通信号，低电平有效。 WR2：数据传送选通信号，低电平有效。（
上升沿锁存）
IOUT1：DAC输出电流1。当DAC锁存器中为全1时，IOUT1最大（满 量程输出）；为全0时，IOUT1为0。
第十章十一章数模及模数转换
5
③精度
指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误 差。有绝对误差和相对误差两种。 前者一般采用数字量的最低有效位作为衡量单 位。后者则用：输出量绝对误差/满量程×100％。 例如，一个数模转换器精度为±1/2LSB，表示该 转换器的实际输出值与其理想输出值间最大偏差 为最低有效位所对应的模拟输出值的一半。 再如，某分辨率为8位的D/A转换器。其精度为 ±1/2LSB。如果用相对误差表示其精度，则它的 精度是： (±1/2LSB×△)/(△×28)=(±1/2LSB)/28=(±1/2)/28 =±1/512。
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对要求多片DAC0832同时进行转换的系统， 各芯片的选片信号不同，这样可由选片信号CS与 WR1将数据分别输入到每片的输入寄存器中。各片 的XFER与WR2分别接在一起，公用一组信号，在 XFER与WR2同时为低电平时，数据将在同一时刻由 8位输入寄存器传送到对应的8位DAC寄存器，并 靠WR2或XFER的上升沿将信号锁存在DAC寄存器中， 与此同时，多个DAC0832芯片开始转换，其时间 关系如图所示。
两个8位输入寄存器可以分别选通，从而使 DAC0832实现双缓冲工作方式，即可把从CPU 送来的数据先打入输入寄存器，在需要进行转 换时．再选通DAC寄存器，实现D/A转换，这种 工作方式称为双缓冲工作方式。
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各引脚功能说明如下： ILE：输入锁存允许信号，输入，高电平有效。 CS：片选信号，输入、低电平有效，与ILE共同 决定WR1是否起作用。
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IOUT2：DAC电流输出2， RFB：片内反馈电阻引脚，与外接运算放大器 配合构成I/V转换器。 VREF：参考电源或叫基准电源输入端，此端 可接一个正电压或一个负电压，范围为： +10V~ -10V，由于它是转换的基准，要求电压 准确、稳定性好。 VCC：芯片供电电压端．范围为+5V~+15V， 最佳值为+15V。 AGND：模拟地，即芯片模拟电路接地点，所 有的模拟地要连在一起。 DGND：数字地，即芯片数字电路接地点。所 有的数字电路地连地一起。使用时，再将模拟地 和数字地连到一个公共接地点，以提高系统的抗 干扰能力。
数模和模数转换接口
14.2.2 DAC0832的工作方式
3．双缓冲工作方式 2双1．．缓单直冲缓通工冲工作工作方作方式方式是式使输入寄存 单器缓和当冲D0A8工C32作寄所方存有式器的是都控使处制两于信个受号寄控存状 器态(/C始。S终这、有主/W一要R个用1、于(多/W多为R路D2DA、／CIL寄AE转存、换器) 处系/X于统FE直以R通实)都状现为态多有，路效另模时一拟，个信两处号个于的寄受同 控步存状输器态出处。于如例直使如通有/状W三R态2个，=八0此和位时二数进据 /制线XF数的E，R数=分字0别，信先或号后将经进/两W入个R1三寄与个存/W器R直2 相D接A连进C及0入8/D3X2F／芯EAR片转与的换/C输器S入相进寄连行存，转器则换， D这并A时输C若寄出将存。三器此个处工D于作A直方C通0式8状适32态用的，于DA输连C 入寄续寄存反存器馈器的控处锁制于存中受信。控号状同态时。变为低 应电用平系（统三中个如DA只C有08一32路的D引／脚A转 换/W，R2或、有/X多F路ER转分换别但接不在要一求起同， 步即输可出达时到，此可目采的用）单，缓冲工作 则分别先后锁存在三个DAC0832方芯式片。的输入寄存器中的数据同
数模和模数转换接口
数模和模数转换接口
数模和模数转换接口
#include <reg51.h>//包含头文件reg51.h
sbit CLOCK=P2^4;//定义ADC0809的CLOCK引脚
sbit EOC=P2^5; //定义ADC0809的EOC引脚
sbit START=P2^6; //定义ADC0809的START引脚
D／A转换器的基 准电压VREF由稳 压管上的电压分 压后提供。图中 运算放大器的作 用将D／A转换器 输出电流转换成 电压输出。
什么是电路中的数模转换和模数转换
什么是电路中的数模转换和模数转换电路中的数模转换和模数转换是指将数字信号和模拟信号互相转换的过程。
在现代电子设备和通信系统中，这两种转换方式起着至关重要的作用。
1. 数模转换：数模转换是将数字信号转换为模拟信号的过程。
在数字电路中，所有信息都以二进制形式表示，通过数模转换可以将数字信号转换为模拟电压、电流或其他模拟形式的信号。
常见的数模转换器是数字到模拟转换器（DAC），它将数字信号转换为模拟信号的输出。
数模转换器通常由一个数字输入和一个模拟输出组成。
数模转换器的输入可以是数字编码、数字信号或数字数据，输出信号则是连续的模拟波形。
在数模转换的过程中，数字信号经过采样和量化，然后根据一定的规则转换为相应的模拟信号。
数模转换在诸多应用中发挥着重要的作用，如音频和视频处理、通信系统中的调制解调器等。
通过数模转换，数字信号能够在模拟电路中进行处理和传输，实现数字与模拟信号之间的无缝衔接。
2. 模数转换：模数转换是将模拟信号转换为数字信号的过程。
在大部分现代电子设备中，数字信号更易于处理和存储，因此需要将模拟信号转换为数字信号以进行后续处理。
模数转换器（ADC）是常见的模数转换设备，它将模拟信号转换为离散的数字化信号。
模数转换器通常包含一个模拟输入和一个数字输出。
在模数转换的过程中，连续的模拟波形被分段采样，然后经过量化，最终转换为离散的数字信号。
适当的采样频率和精度可以确保模拟信号在数字化后能够保持较高的还原度。
模数转换在许多领域中被广泛使用，如音频和视频编码、传感器信号处理、通信系统中的调制解调器等。
通过模数转换，模拟信号可以被数字电路准确地表示和处理，实现了数字系统对模拟信号的感知和操作。
总结：数模转换和模数转换是电路中常见的信号转换方式，它们相互补充，使得数字和模拟信号能够在电子设备和通信系统中相互转换。
数模转换将数字信号转换为模拟信号，模数转换则将模拟信号转换为数字信号。
这两种转换方式的应用广泛，并在现代电子技术中扮演着重要的角色。
数模和模数转换电路
；的模拟量
INC A
；A中内容加1
LJMP LOOP
；继续循环转换
（2）方波
（2）产生方波
MOV DPTR，#7FFFH ；指向0832的口地址
LOOP：MOV A，#0FFH
；将最大数字量0FFH送A
MOVX @DPTR，A ；送D／A转换输出对应的模拟量
LCALL DEL
；调延时子程序
MOV A，#00H
D／A转换器的基 准电压VREF由稳 压管上的电压分 压后提供。图中 运算放大器的作 用将D／A转换器 输出电流转换成 电压输出。
图中的接法是采用线选法把DAC0832当作8031扩展的一个并行I／ O口，当P2.7=0时，则信号/CS和/XFER有效，若设其它无关的地 址位为“1”，则DAC0832的口地址为7FFFH。将一个8位数据送 入DAC0832完成转换的指令如下： MOV DPTR，#7FFFH ；指向0832的口地址 MOV A，#data ；待转换的数据送A MOVX @DPTR，A ；写入0832，即实现一次转换并输出
14.2.2 DAC0832的工作方式
3．双缓冲工作方式 2双1．．缓单直冲缓通工冲工作工作方作方式方式是式使输入寄存 单器缓和当D冲0A8工C32作寄所方存有式器的是都控使处制两于信个受号寄控存状 器态(/C始。S终这、有主/W一要R个用1、于(多/W多为R路D2DA、／CIL寄AE转存、换器) 处系/X于统FE直以R通实)都状现为态多有，路效另模时一拟，个信两处号个于的寄受同 控步存状输器态出处。于如例直使 如通有/状W三R态2个，=八0此和位时二数进据 /制线XF数的E，R数=分字0别，信先或号后将经进/两W入个R1三寄与个存/W器R直2 相D接A连进C及0入8/D3X2F／芯EAR片转与的换/C输器S入相进寄连行存，转器则换， D这并A时输C若寄出将存。三器此个处工D于作A直方C通0式8状适32态用的，于DA输连C 入寄续寄存反存器馈器的控处锁制于 存中受信。控号状同态时。变为低 应电用平系（统三中个D如A只C有08一32路的D引／脚A转 换/W，R2或、有/X多F路ER转分换别但接不在要一求起同， 步即输可出达时到，此可目采的用）单，缓冲工作 则分别先后锁存在三个DAC0832方芯式片。的输入寄存器中的数据同
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位、16位D/A转换器。
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.3 D/A转换器的主要性能参数
模拟量
数字量 n 位 0 1 2 „ 2n-1
图11.4 D/A转换器输出的阶梯波电压(数字量增加或者减少时)
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.3 D/A转换器的主要性能参数
2. 转换精度
转换精度表示由于D/A转换器的引入而使输出和输入之间产生的误差。
则
2n 1 VO n VREF 2
2n 1 也就是，输出电压 的变化范围是 0～ n VREF ， VREF为正电压时，V0 2 为负值，VREF取负 电压时，输出V0 为正电压。
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.2 D/A转换器的工作原理
权电阻网络D/A转换器的转换精度与基准电压VREF、权电阻的精
量D是不连续的，当数字增加或者减少时，模拟量为阶梯形电压，如图 11.4所示，阶梯形每一级增量对应于输入数字的最低数位1。把阶梯形每 1 一级增量与最大模拟量的比值称为分辨率。分辨率= n 。比如，8 2 1 1 0.39% 。通常，在工程中，直接用 位D/A转换器，其分辨率为 8 2 1 D/A转换器能转换的二进制位数表示分辨率，如8位、10位、12位、14
V R i R (I I I I )
O F Z F 3 2 1 0
式中
I3 VREF d3 R
(d3=1时， ，VREF为参考电压，d3=0时，I3=0)
I2 I1 I0 VREF d2 1 2R VREF d1 2 2 R VREF d0 3 2 R
第11章 数/模转换与模/数转换接口
2R两种阻值连接成T形结构，所以叫T形电阻网络，该电路在集成电路中
易实现，精度也容易保证，因此得到了更广泛的应用。由4位二进制代码 d3、d2、d1、d0分别控制电子开关S3、S2、S1、S0接运算放大器的反相输 入端或接地，比如d3为1时，表示S3与运算放大器的反相输入端接通，d3 为0时，表示S3与地接通。因为理想运算放大器的同相端和反相端是虚短 的，在图11.3中，相当于均接地，所以不论4位二进制代码d3、d2、d1、 d0是1还是0，流过每条支路的电流都是不变的，分别为I/2、I/4、I/8、 I/16，并依次减半。从参考电压端输出
11.4 D/A转换器芯片与微处理器的接口
CS WR1 AGND DI3 DI2 DI1 DI0 VREF RFB DGND 20 1 19 2 3 18 17 4 5 DAC 16 6 0832 15 14 7 8 13 9 12 10 11 VCC ILE WR2 XFER DI4 DI5 DI6 DI7 IOUT2 IOUT1
L存 器
转 换 器
9
VREF IOUT2 IOUT1
RFB LE2 3 20 10 AGND VCC DGND
ILE 19 CS 1 2 WR1 18 WR2 17 XFER
& & &
图11.5 DAC0832的内部结构框图
第11章 数/模转换与模/数转换接口
度和数字量的位数有关。显然，位数越多，转换精度就越高，但同时权 电阻的种类就越多。由于在集成电路中制作高阻值的精密电阻是比较困
难的，所以常采用“R-2R”T形电阻网络来代替权电阻网络。
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.2 D/A转换器的工作原理
11.2.2 T形电阻网络D/A转换器 图11.3为4位T形电阻网络D/A转换器的基本原理图，该转换器用R和
DAC0832的模拟输出为差动电流信号，因此，要想得到模拟电压输出，必
DAC0832是20个引脚的双列直插式芯片，其引脚图如图11.6所示。各
引脚功能如下：
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.4 D/A转换器芯片与微处理器的接口
DI7 13 14 15 16 … 4 5 6 7 DI
0
8位
输 入 寄 存 器
VV+
-
+
VO
S3 I/2 VREF I R I/4 2R
S2
S0 S1 I/8 I/16 2R 2R 2R R R 2R
图11.3 四位T形电阻网络D/A转换器
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.3 D/A转换器的主要性能参数
1．分辨率
分辨率是D/A转换器对数字输入量变化的敏感程度的度量。由于数字
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.2 D/A转换器的工作原理
的总电流是固定的，其大小为
VREF R 但电流iz的大小取决于二进制代码d3、d2、d1、d0是1还是0，其大小为 I
输出电压V0的大小为
iz
I I I I d3 d 2 d1 d 0 2 4 8 16
VO iz R
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.4 D/A转换器芯片与微处理器的接口
11.4.1 D/A转换器与CPU接口的基本原理 D/A转换器的种类繁多，在目前常用的D/A芯片中，从数码位数上 看，有8位、10位、12位、16位等；在输出形式上，有电流输出和电压输 出。从内部结构上，又可分为含数据输入寄存器和不含数据输入寄存器两 类。对内部不含数据输入寄存器的芯片，亦即不具备数据的锁存能力，是 不能直接与系统总线连接的。因为对D/A转换器来讲，当有数字量输入时， 其输出端随之有模拟电流或电压信号建立；而当输入端数字量消失时，输 出模拟量也随之消失。
1 1 1 1 VO IR( d3 d 2 d1 d 0 ) 2 4 8 16 VO VREF 3 (2 d3 22 d 2 21 d1 20 d 0 ) 24
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.2 D/A转换器的工作原理
R d3 d2 d1 d0
iz
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.4 D/A转换器芯片与微处理器的接口
另外，为实现对某个对象的控制，要求输出模拟量要能够保持一段时间。 在微机系统中，D/A转换器的输入数据来自CPU，8086微处理器在执行输 出指令时，数据在数据总线上只能维持两个时钟周期，这使得转换后模拟 量的输出保持时间太短，无法满足实际系统的要求。所以，在这类芯片(如 AD7520，AD7521等)与CPU连接时，要在其与CPU之间增加数据锁存器 (如74LS273)。而内部已包含数据输入寄存器的D/A转换器芯片可直接与系 统总线相连，常见的有DAC0832、AD7524等。
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.1 概 述
在实际生产过程中，需要测量和控制的通常是一些连续变化的模拟量， 如电流、电压、温度、压力、流量、位移、速度、光亮度等。如果要用计
算机来自动监测和控制生产过程中的物理量，因为计算机本身只能识别和
处理数字量(即由0和1构成的二进制数)，所以，实际生产过程中的模拟量 必须经过模/数转换器(Analog to Digital Converter，即ADC或A/D转换器)，
11.2 D/A转换器的工作原理
当RF=R/2时，则 V VREF (d 23 d 22 d 21 d 20 ) O 3 2 1 0 24 那么，对于n位的权电阻网络D/A转换器，输出电压可按下式计算
VO VREF V (d n1 2n1 d n2 2n2 d1 21 d 0 20 ) REF Dn 2n 2n
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.4 D/A转换器芯片与微处理器的接口
11.4.2 D/A转换器与CPU的接口实例 1. 8位D/A转换器DAC0832与CPU的接口设计
s DAC0832是应用较广泛的8位D/A转换芯片，转换时间1 。其内部结
构如图11.5所示，主要包括一个T形电阻网络的8位D/A转换器和两级锁存器， 第一级锁存器是8位的数据输入寄存器，由控制信号ILE、 第二级锁存器是8位的DAC寄存器，由控制信号 须外接运算放大器。 1) DAC0832的引脚及功能 和 WR 2 和 控制； CS WR1 XFER 控制。
才能输入到计算机，由计算机以二进制形式对该模拟量进行分析、计算、
存储、显示等。同理，如果计算机要把数字量转换为模拟量输出，以便控 制模拟电流或电压电量作为输入的执行机构，就必须经过数/模转换器
(Digital to Analog Converter，DAC或D/A转换器)才能实现。所以，A/D转
换器、D/A转换器已成为计算机接口技术中最常用的芯片之一，应用非常广 泛。计算机控制系统组成框图如图11.1所示。
时间较快，单片集成D/A转换器建立时间最短可达0.1s以内。
转换速率，用大信号工作状态下(输入信号由全1到全0或由全0到 全1)，模拟电压的变化率表示。一般集成D/A转换器在不包含外接参考电
压源和运算放大器时，转换速率比较高。实际应用中，要实现快速D/A转
换不仅要求D/A转换器有较高的转换速率，而且还应选用转换速率较高的 集成运算放大器。
第11章 数/模转换与模/数转换接口
第十一章 数模转换与模数转换窗口
第11章 数/模转换与模/数转换接口
计算机用于过程控制和数据采集时，需要将连续变化的 模拟量转换为数字量，以及反向的转换。A/D转换技术的D/A 转换技术就成为其中的关键。A/D和D/A转换技术主要用于计 算机控制系统和测量仪表中。
第11章 数/模转换与模/数转换接口
11.3 D/A转换器的主要性能参数
3. 转换速度
当D/A转换器输入的数字量发生变化时，输出的模拟量并不能立即 达到所对应的量值，而需要一段时间。通常用建立时间和转换速率两个 参数来描述D/A转换器的转换速度。 建立时间指输入数字量变化时，输出电压变化到相应稳定电压值 所需要的时间。一般用D/A转换器输入的数字量从全0变为全1时，输出 电压达到规定的误差范围(LSB/2)时所需时间来表示。D/A转换器的建立