第十章 A-D与D-A转换器接口

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10.2
D／ D／A转换器接口电路设计
1. 要求 通过DAC0832产生任意波形 如矩形波、 DAC0832产生任意波形， 通过DAC0832产生任意波形，如矩形波、 三角 梯形波、正弦波以及锯齿波等。 波、梯形波、正弦波以及锯齿波等。 2 . 分析 由 于 连 接 的 对 象 是 DAC0832 ， 故 首 先 分 析 DAC0832的连接特性及工作方式。 的连接特性及工作方式。 的连接特性及工作方式 (1) 连接特性 ： DAC0832是分辨率为 位的乘法 连接特性： 是分辨率为8位的乘法 是分辨率为 型 DAC， 芯片内部带有两级缓冲寄存器 ， 其内 ， 芯片内部带有两级缓冲寄存器， 部结构和外部引脚如下图所示。 部结构和外部引脚如下图所示。
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传感器
模拟量ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
A/D
模入接口
被控对象
CPU
功放
模拟量
D/A
模出接口
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D／ 10.1 D／A转换器的接口方法
一、D／A转换器及其连接特性 ／ 转换器及其连接特性
D/A转换器的功能是把二进制 D/A转换器的功能是把二进制 数字量电信号转换为与其数值成 正比的模拟量电信号。 正比的模拟量电信号。 由于实现这种转换的原理和电 路结构及工艺技术有所不同， 路结构及工艺技术有所不同，出 现了各种各样的D/A转换器， D/A转换器 现了各种各样的D/A转换器，也各 具特色。 具特色。
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ADC按分辨率可分为：4位、6位、8位、10位、 按分辨率可分为： 位 按分辨率可分为 位 位 位 12位、14位和 位，BCD码的有31/2位、51/2位。 位和16位 31/2位 51/2位 位 位和 码的有31/2 ADC按速度可分为： 按速度可分为： 按速度可分为 超高速（转换时间≤330ns） 超高速（转换时间≤330ns） 高速（转换时间330ns 3.3us） 330ns～ 次高速（转换时间330ns～3.3us） 高速（转换时间＜20us） 高速（转换时间＜20us） 中速（转换时间20us 中速（转换时间20us ～330us ） 低速（转换时间＞ 低速（转换时间＞330us ） ADC按转换原理可分为 按转换原理可分为 并行A/D、逐次逼近A/D、双积分A/D。 并行 、逐次逼近 、双积分 。
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二、D/A转换器与微型计算机接口的方法 转换器与微型计算机接口的方法 1.接口的任务 1.接口的任务 实现D/A转换器和微型计算机接口技 实现 转换器和微型计算机接口技 术的关键是数据锁存问题。有些D/A转换 数据锁存问题 术的关键是数据锁存问题。有些 转换 器芯片本身带有锁存器，但也有些D/A转 器芯片本身带有锁存器，但也有些 转 换器芯片本身不带锁存器。 换器芯片本身不带锁存器 。 此时一些并 口芯片如8212、74LS273及可编程的并行 口芯片如 、 及可编程的并行 I/O接口芯片 接口芯片8255A均可作为 均可作为D/A转换的 接口芯片 均可作为 转换的 锁存器。 锁存器。
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2.接口电路结构形式 2.接口电路结构形式 D/A转换器的种类繁多，型号各异，速 转换器的种类繁多， 转换器的种类繁多 型号各异， 度与精度差别甚大， 度与精度差别甚大， 它们与微型计算机连 接时的接口电路结构形式一般有3 接时的接口电路结构形式一般有3种： （1）采用中小规模逻辑芯片构成 利用通用并行接口芯片与CPU CPU连接 （2）利用通用并行接口芯片与CPU连接 采用GAL GAL器件 （3）采用GAL器件
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3、设计 硬件设计。采用8255作为DAC CPU之 8255作为DAC与 （1）硬件设计。采用8255作为DAC与CPU之 间的接口。 间的接口。电路图如下
8255A PA0-7 PB4 ： ： ： PB0 DAC0832
DI0-7 ILE CS W1 R W2 R XFER
RFB IO1 IO2
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10.3 A／D转换器的接口方法 ／ 转换器的接口方法
一、A／D转换器及其特性 ／ 转换器及其特性
ADC的功能是把模拟量变换成数 的功能是把模拟量变换成数 字量。 字量。 由于实现这种转换的原理和电路 结构及工艺技术有所不同， 结构及工艺技术有所不同，出现了各 种各样的ADC，且品种繁多，也各 种各样的 ，且品种繁多， 具特色。 具特色。
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二、并行8位D/A转换芯片AD558及其接口 并行8 D/A转换芯片AD558及其接口 转换芯片AD558 1、 AD558的内部结构框图
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2、AD558与PC机的连接图
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三、串行8位D/A转换器TLC5620
第一级缓冲 第二级缓冲
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数据写入方式 (LDAC更新 更新DAC输出 输出) 更新 输出
更新DAC输出 输出) 数据写入方式 (LOAD更新 更新 输出
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TLC5620 REFA REFB REFC DATA REFD CLK DACA LOAD DACB LDAC DACC DACD
8255A
PC0 PC1 PC2 PC3
TLC5620与8255A的连接 与 的连接
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四、12位D／A转换及接口
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2、D/A转换器的连接特性 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： 表示一个D/A 转换器连接特性的几个方面： 数据缓冲能力。 1. 数据缓冲能力。 输入的数据宽度（分辨率）。 2. 输入的数据宽度（分辨率）。 输入码制。一般对单极性输出的DAC DAC只能 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 BCD码 而双极性输出的DAC 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。 接收偏移二进制码或补码。 输出模拟量的类型。 4. 输出模拟量的类型。有电流和电压两种类型 输出模拟量的极性。 5. 输出模拟量的极性。有单极性和双极性两种
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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 的 口 ;生成三角波 生成三角波
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思考题： 思考题： 1.编写完整的程序 编写完整的程序。 1.编写完整的程序。 2.编写生成矩形波、三角波、梯形波、 2.编写生成矩形波、三角波、梯形波、 编写生成矩形波 正弦波以及锯齿波等程序
3 20 10
&
18 XFER 17
&
11
各引脚功能： 各引脚功能：
LE 锁存信号 LE = 1 输出随输入变化 LE = 0 数据被锁存在输出端 因此实现两级缓冲的信号： 因此实现两级缓冲的信号：
1i
ILE CS
WR1 WR2
2 i XFER
所以， 所以，DAC0832可以通过以上信号的控制实现 可以通过以上信号的控制实现 直通、一级缓冲和双缓冲3种工作方式 种工作方式。 直通、一级缓冲和双缓冲 种工作方式。
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1. D/A转换器的主要参数 转换器的主要参数
衡量一个D/A 转换器的性能的主要参数有： 衡量一个D/A 转换器的性能的主要参数有： 1.分辨率 分辨率： D/A转换器能够转换的二进制数的 1.分辨率：指D/A转换器能够转换的二进制数的 位数。位数越多分辨率就越高。 位数。位数越多分辨率就越高。 转换时间：指数字量从输入到完成转换、 2. 转换时间：指数字量从输入到完成转换、输 出达到最终值并稳定为止所需要的时间。 出达到最终值并稳定为止所需要的时间。一般电流 型的DAC较快，电压型的DAC较慢。 DAC较快 DAC较慢 型的DAC较快，电压型的DAC较慢。 精度： DAC实际输出电压与理论值之间的 3. 精度：指DAC实际输出电压与理论值之间的 误差。 误差。一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位 1/2LSB。 ，如±1/2LSB。 线性度：指数字变化时，DAC输出的模拟量 4. 线性度：指数字变化时，DAC输出的模拟量 按比例变化关系的程度。理想的DAC是线性的， DAC是线性的 按比例变化关系的程度。理想的DAC是线性的，但实 际上有误差， 际上有误差，模拟输出偏离理想输出的最大值称为 线性误差。 线性误差。
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转换器接口 第10章 A/D与D/A转换器接口 10章 与 转换器
1、概述 、 2、D／A转换器的接口方法 、 ／ 转换器的接口方法 3、D／A转换器芯片 转换器芯片0832及其应用 、 ／ 转换器芯片 及其应用 4、A／D转换器的接口方法 、 ／ 转换器的接口方法 5、A／D转换芯片 转换芯片0809及其应用 、 ／ 转换芯片 及其应用
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2、ADC的外部特性 的外部特性 ADC的外部特性表现在： 的外部特性表现在： 的外部特性表现在 模拟信号输入线。 1. 模拟信号输入线。有单通道和多通道之分 。 数字量输出线（分辨率）。 2. 数字量输出线（分辨率）。 转换启动输入线。 3. 转换启动输入线。 转换结束输出线。 4. 转换结束输出线。
概
述
A/D和D/A转换器是把微型计 和 转换器是把微型计 算机的应用领域扩展到检测和过 程控制的必要装置， 程控制的必要装置，是把计算机 和生产过程、 和生产过程、科学实验过程联系 起来的重要桥梁。下图给出了A/D 起来的重要桥梁。下图给出了 、D/A转换器在微机检测和控制系 转换器在微机检测和控制系 统中的应用实例框图。 统中的应用实例框图。
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2、ADC的主要操作 ADC的主要操作
ADC接口，一般要完成以下几个操作： ADC接口，一般要完成以下几个操作： 接口 （1）进行通道选择 （2）发启动信号 取回“状态结束” （3）取回“状态结束”信号 （4）读取转换的数据 发采样/保持（S/H)控制信号 （5）发采样/保持（S/H)控制信号
CPU
+ +
接示波器
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(2)软件编程。产生三角波程序如下： (2)软件编程。产生三角波程序如下： 软件编程
MOV DX，303H ;8255A初始化 ， 初始化 MOV AL，10000000B ， OUT DX，AL ， MOV DX，301H ;8255A的B口 ， 的 口 MOV AL，00010000B ， OUT DX，AL ;置DAC0832为直通方式 ， 置 为直通方式
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DI7 13
： ： ：
DI0 ILE
CS WR1 WR2
14 15 16 4 5 6 7
输 入 寄 存 器
： DAC ： ： 寄 ： 转 ： 存 ： 换
器 器
8 12 D/A 11
VREF I OUT2 I OUT1
9
RFB
AN GD VC C DN GD
19
&
1 2
LE 1 LE2 第一级 第二级 缓冲 缓冲
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1. ADC的主要参数 的主要参数 衡量一个ADC的性能的主要参数有： 的性能的主要参数有： 衡量一个 的性能的主要参数有 分辨率： 1. 分辨率：指ADC能够转换成二 能够转换成二 进制数的位数。 进制数的位数。 转换时间： 2. 转换时间：指从启动转换开始 到转换结束， 到转换结束，得到稳定的数字输出量为 止的时间。 止的时间。 其它参数与DAC类似。 类似。 其它参数与 类似
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二、A／D转换与微机的接口方法 ／ 转换与微机的接口方法
1、ADC与CPU的连接 ADC与CPU的连接 （1）分辨率 ADC芯片的分辨率与CPU的数据线的位数是否一致 芯片的分辨率与CPU的数据线的位数是否一致。 ADC芯片的分辨率与CPU的数据线的位数是否一致。 ADC的输出锁存器 （2）ADC的输出锁存器 有的ADC芯片带有三态输出缓冲器，其控制端为OE( ADC芯片带有三态输出缓冲器 OE(输出 有的ADC芯片带有三态输出缓冲器，其控制端为OE(输出 允许) 若不带三态缓冲器的ADC芯片( AD570芯片) ADC芯片 570芯片 允许)。若不带三态缓冲器的ADC芯片(如AD570芯片)与微机 接口，必须使用三态器件， 8255A 74LS273等 LS273 接口，必须使用三态器件，如：8255A，74LS273等。 ADC的启动信号 （3）ADC的启动信号 有电平启动和脉冲启动。 有电平启动和脉冲启动。 A/D芯片一般有三个信号要求控制 芯片一般有三个信号要求控制： A/D芯片一般有三个信号要求控制：启动转换信号 (START)，转换结束信号(EOC) 允许输出信号(OE) (EOC)， (OE)。 (START)，转换结束信号(EOC)，允许输出信号(OE)。