第十章_A／D及D／A转换器

MSB
8位输入 锁存器 12位DAC 存储器 4位输入 锁存器 12位相乘型 D/A转换器
10 Vref 14 Iout2 13 Iout1
11 Rfb
LE
DI3 6 DI2 7 DI1 8 DI0 9 BYTE1 23 /BYTE2
CS 1 WR1 2 WR1 21 WR2 22
LSB LE
24 Vcc 3 AGND 24 DGND
二.DAC的输入输出特性：
DAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能
器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不 同的要求， DAC的输入输出特性一般考虑以下几方面： （1）输入缓冲能力：DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有 缓冲能力（数据寄存器）的DAC芯片可直接与CPU或系统总线相
中 速（转换时间<1ms） 低速（转换时间<1s)等。 如果采集对象是动态连续信号，要求f采≥2 f信，也就是说必 须在信号的一个周期内采集2个以上的数据，才能保证信号形态 被 还原（避免出现“假频”），这就是“最小采样”原理。若f信 =20kHz， 则f采≥ 40kHz，其转换时间要求≤25µ s.
LE
图10-4 DAC1210内部结构
D7 D6 D5 D4 D3 D2 系 D1 统 D0 总 线
IOW AEN
AB
译 码 Y1 器
Y2
Y0
DI11 Rfb DI10 10k Vout DI9 101 A1 A2 DI8 102 + + W1 W2 DI7 22k AGND 22k DI6 -12V -12V DI5 DI4 +12V DI3 470 Vcc +5V DI2 +12V DI1 DI0 4.7uF + 200 A3 Vref WR1 2DW7C W3 WR2 100 DGND 1K BYTE1 /BYTE2 CS XFER 图10-5 DAC1210与CPU连接
200~20FH
CS
XFER IOUT2
CS AGND Vcc
LF351
A0 IOW +5V 10K
WR1 WR2 DGND ILF VREF
10K +12V
-12V
图10-6 DAC0832电路
10.2
A/D转换接口
在数据采集和过程控制中，被采集对象往往是连续变化的
物理量（如温度、压力。声波等），由于计算机只能处理离散
2
3 4
19
18 17
ILE
WR2 XFER
DI2
DI1 DI0
5
6 7
16
15 14
DI4
DI5 DI6
VREF
RFB DGND
8
9 10
13
12 11
DI7
IOUT1 IOUT2
DI7~DI10
8位 输入 寄存器 LE1 LE1
8位 DAC 寄存器 LE2
8位 D/A 寄存器
VREF IOUT2 IOUT1 IO1 RFB AGND (((模拟地 ) (模拟地 )
ILE
CS WR1 DAC0832的内部结构： WR2 XFER 输入R与DAC寄存器构成双缓冲 图10-2 DAC0832引脚及内部结构结
（3）工作过程： LE= 1 —— 数据传送
0 —— 数据琐存 第一级缓冲：ILE=1 ： CS WR=0 LE1=1 DB 数据 输入R 随之 ；CS .， WR=1 LE1=0 数据被琐存于输入R中 第二级缓冲：WR2 XFER=0 LE2=1 输入R中数据 DAC寄存器中 D/A转换 ： WR 、XFER 的上 升 沿将DAC中的数据琐存，并 开始进行D/A转换
的数字量，需要对连续变化的物理转换为数字量,这一操作过 程就是A/D转换。
CPU
DATA
A/D
Alanogy I/O
一、A/D转换器的分类 1· 按分辨率分： 有4 、6 、8 、 10 、 14、 16位 —— 二进制 31/2位、 51/2位 —— BCD码 2· 按转换速度分； 超高 度 —— 转换时间≤330NS 次超高速 —— 转换时间≤3· 3～33 高 速 —— 转换时间≤33～330 低 速 —— 转换时间≤330 3· 按转换原理分： 直接A/D转换器 —— 将模拟信号直接转换成数字信号 间接A/D转换器 —— 先模拟量转换成中间量，然后再 转换成数字量。 如电压/时间转换型、电压/频率转换型、电压/脉宽等
译 码 器
WR2 XFER DGND
图10-3 DAC0832单缓冲方式连接
（6）应用举例
利用DAC可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如 输出锯齿波、三角波的程序段如下： TRG：MOV DX，200H MOV AL，0H
TN1：OUT DX，AL
INC AL
JNZ TN1 MOV AL，0FFH TN2：OUT DX，AL DEC AL JNZ TN2 JMP TN1
10k
在图10-5所示的DAC1210连接电路中，电位器W2用于调零、 W1用于DAC满刻度修正。设译码器YO端口地址为200H,用该 电路产生连续锯齿波输出程序如下：
MOV TN: MOV MOV SHL SHL MOV AX，0H BX，AX CL，4 AX，CL AX，CL AL,AH
;高8位数据
DATA
D/A
CPU
Analogy I/O Alanogy I/O
CPU
DATA
A/D
一、D/A转换器的主要性能参数 （1）分辨率： 该参数是描述D/A转换对输入变量变化的敏感
程度。具体指D/A转换器能分辨的最小电压值。 分辨率的表示有两种： • 最小输出电压与最大输出电压之比 • 用输入端待进行转换的二进制数的位数来表示， 位数越多， 分辨率越高。 分辨率的表示式为： 分辨率=Vref/2位数 或 分辨率=（V+ref+V-ref)/2位数 若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。
四、D/A转换器接口的设计 1.DAC0832与CPU的接口 （1）.DAC0832的性能参数 DAC0832是一片典型的8位DAC芯片 分辨率：8位 电流型：内部有2级缓冲器 转换时间：1mS 功耗：20mW
CS
1
20
VCC
（2）DAC0832引脚和内 部结构如图10-2所示。
WR1
AGND DI3
连，否则必须添加锁存器。
（2）输入码制：DAC输入有二进制和BCD码两种，对于单极性 DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏移二进制或补码。
（3）输出类型：DAC输出有电流型和电压型两种，用 户可根据 需要选择，也可进行电流→电压转换。
（4）输出极性：DAC有单极性和双极性两种，如果要 求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。
MOV OUT MOV AND INC
DX, 200H DX,AL ;输出高8位数据 AX,BX AL,OFH ;屏蔽高4位 DX ;低4位端口地址201H
OUT INZ CMP
DX,AL TN AX,OFFFH
; 输出低4位
JNZ
TN
MOV AX.0 JMP TN …………
ADC0832
1K D7~D0 D7~D0 IOUT1 RFB 200P 1M +12V AOUT
0
AL全“1”输出
产生
输出锯齿波程序段如下： TRG： MOV DX，200H MOV AL，0H TN： OUT DX，AL INC AL JMP TN …………
在图10-6所示的DAC电路中，CPU与DAC0832相连，用于产生 Y=2＊COS（200t)＊SIN(100t）的函数信号（CS=200H） 电路图如下： 图10-6
三、D/A转换器与CPU的接口 1、接口的功能（ CPU给DAC送数据无须条件查询） DAC芯片与CPU或系统总线连接时，可从数据总线宽度是 否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来考 虑，所以接口的功能主要考虑以下两点： （1）进行数据缓冲与锁存 （2）需进行两次数字量输入时，可在受控条件下同时进行 转换 2、接口形式 （1）直通 （2）通过外加三态门，数据锁存器与CPU相连 （3）通过可编程的I/O接口芯片与CPU相连
2.12位DAC连接
由于微机的I/O指令一次只能输出8位数据，因此对于数据宽度 大于8位DAC只能分两次输入数据，为此一般大于8位数据宽度的 DAC内部均设计有两级数据缓冲，如12位DAC1210内部就有两级数 据缓冲，内部结构如图10-4所示。
DI11 15 DI10 16 DI9 17 DI8 18 DI7 19 DI6 20 DI5 4 DI4 5
二、模拟接口 ⑴定义：A/D D/A转换器可视作一外部设备 ⑵功能： 将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变 化的模拟量两者建立适配关系，使CPU能进行 控 制与鉴测
10.1
数/模（D/A）转换
D/A转换器完成数字量→ 模拟 量的转换，这在计算机和虚拟信号 发生器中应用非常普遍。
A/D转换
A/D转换器完成模拟量→数字量的 转换
Vi
比较器：Vi＞V0输出为“1” Vi≤V0输出为“0” + 控制电路 逐次 逼近
CLK 转换结束
8位 输出 模拟电压V0 D/A 转换器 缓冲寄存器
寄存器
D7~D0 图10-10 逐次逼近式A/D转换器
三、A/D转换器特性 A/D转换器的功能是把模拟量转换为数字量，其主要参数有：
（1）分辨率：指A/D转换器可转换成数字量的最小电压 ，是反 映A/D转换器对最小模拟输入值的敏感度 分辨率通常是用A/D的位数来表示，比如 8位、10位、12位 等· 所以， A/D转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。 如、： 8为ADC满量程为5V,则分辨率为
第十章 数/模、模/数转换接口
一、问题的提出： 当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是 连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处 理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟 量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给计算机 处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量 去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/D转换器完 成模拟量→数定量的转换，D/A转换器完成数字量→模拟量 的转换。
（2）转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需 的时间。一般电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内；而 电压型D/A转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。 （3）转换精度：指D/A转换器实际输出与理论值之间的误 差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位。 如：±1/2LSB表示，当D/A分辨率为20mV，则精度为 ±10mV. （4）线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟 量按比例变化的程度。 线性误差—— 模拟量输出值与理想输出值之间偏离 的最大值。
5000mV/256=20mV， 也就是说当模拟电 压小于20mV，ADC就不能转换了，
所以分辨率一般表示式为： 分辨率=Vref/2位数（单极性） 或 分辨率=（V+ref-V-ref)/2位数（双极性）
（2）转换时间：指从输入启动转换信号到转换结束，得到稳定 的数字量输出的时间。一般转换速度越快越好（特别是动态信号 采集）。常见有： 超高速（转换时间<1ns）、高速（转换时间<1µ s）、
（4）可使用多片0832同时进行D/A转换，以便同时产生 多个摸拟信号送出 DI CS1 WR1 ILE WR2 XFER
○ ○
DI
CS2 WR1
○ ○
DI
CS3 WR1 ILE WR2 XEFR
○ ○
0832
○ ○
ILE WR2 XFIR
0832
0832
○ ○
○ ○
注：在DAC实际连接中，要注意区分“模拟地”和“数字地” 的 连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字 地，而模所量部分只能连接到模拟地。
二、A/D转换原理
A/D转换的原理很多,常见的有双积分式、逐次逼 近式、计数式等，输出码制有二进制、BCD码等，输 出数据宽度有8位、12位、16位、20位等（二进制和 BCD码）。常用的是逐次逼近式A/D。
逐次逼近式A/D转换器
逐次逼近式A/D转换器原理如图10-10所示，当转 换器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器清0，通过 内部D/A转换器输出使输出电压V0为0，启动信号结 束后开始A/D转换。
Baidu Nhomakorabea
（5） DAC的工作方式 DAC0832有三种工作方式： 双缓冲方式 单缓冲方式 直通方式 采用单缓冲方式连接如图10-3所示。
D7~D0
DAC0832 DI0~7 Verf
WR1 +5V ILE I01 200H CS I02 AGND
+5V R
系 统 总 线 A9~A0
AEN
IOW
Rfb
A + Vout