第12章数模(DA)转换与模数(AD)转换接口

1、第第12章章 数模（数模（D/A）转换与模数（）转换与模数（A/D）转换）转换接口接口12.1 模拟量输入与输出通道模拟量输入与输出通道 传感器1传感器2传感器n低通滤波低通滤波低通滤波多路开关采样保持A/D转换器微型计算机工业生产过程I/O接口D/A转换器放大驱动12放大放大放大.n 图图12-1 12-1 模拟量输入、输出通道的结构框图模拟量输入、输出通道的结构框图12.1.1 模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成1传感器传感器2量程放大器量程放大器3低通滤波器低通滤波器4多路开关多路开关5采样保持电路采样保持电路6A/D转换器转换器12.1.2 模拟量输出通道的组成模拟量输出通道的组

2、成1D/A转换器转换器2锁存器锁存器3放大驱动电路放大驱动电路12.2 数模（数模（D/A）转换器）转换器12.2.1 D/A转换的基本原理转换的基本原理 .R2R4R8RVREF-+(b)(a)D0VOD1D2D3AVREF VO （a a） （b b）图图12-2 D/A12-2 D/A转换的基本原理转换的基本原理图图12-3 12-3 电流型电流型D/AD/A连接成电压输出方式连接成电压输出方式图图12-4 12-4 单极性和双极性输出方式单极性和双极性输出方式12.2.2 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1分辨率分辨率 分辨率为分辨率为8位的位的D/A转换器能给出满量转换

3、器能给出满量程电压的程电压的1/256（即（即1/28）的分辨能力。）的分辨能力。2精度精度（1）绝对精度：是指对应于给定的数字量，）绝对精度：是指对应于给定的数字量，D/A输出端实际测得的模拟输出值（电流或输出端实际测得的模拟输出值（电流或电压）与理论值之差。绝对精度由电压）与理论值之差。绝对精度由D/A转换转换的增益误差、线性误差和噪声等综合因素的增益误差、线性误差和噪声等综合因素决定。决定。（2）相对精度：是指在零点和满量程值校准）相对精度：是指在零点和满量程值校准后，各种数字输入的模拟量输出与理论值后，各种数字输入的模拟量输出与理论值之差，可把各种输入的误差画成曲线。之差，可把各种输入

4、的误差画成曲线。3建立时间建立时间4输出电平输出电平5线性误差线性误差6温度系数温度系数12.2.3 典型的典型的D/A转换器芯片转换器芯片1DAC0832（1）DAC0832的逻辑结构的逻辑结构 8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器DI7DI0CSXFERWR1WR2ILEVREFIOUT2IOUT1Rf bAGND模拟地DGND数字地VCCLE2LE1VREF IOUT2 IOUT1 VCC 图图12-5 DAC083212-5 DAC0832逻辑结构框图逻辑结构框图（2）DAC0832的输入工作方式的输入工作方式图图12-6 12-6 用用DAC0832DAC0832构成的构成

5、的3 3路路D/AD/A系统系统 2DAC1210 8位输入寄存器12位DAC寄存器12位D/A转换器CSXFERWR1WR2B1/B2VREFIOUT2IOUT1Rf bAGNDDGNDVCCLELE4位输入寄存器LEDI3DI0DI11DI4VREF IOUT1 IOUT2 VCC 图图12-7 DAC121012-7 DAC1210逻辑结构框图逻辑结构框图12.3 D/A转换器与微处理器的接口转换器与微处理器的接口12.3.1 8位位D/A转换芯片与转换芯片与CPU的接口的接口图图12-8 DAC083212-8 DAC0832与与8 8位微处理器的连接位微处理器的连接 一个数据通过一个

6、数据通过DAC0832输出的典型程输出的典型程序段如下：序段如下：MOV DX, 320H；指向输入寄存器；指向输入寄存器MOV AL, DATA；DATA为被转换的数据为被转换的数据OUT DX, AL ；数据打入输入寄存器；数据打入输入寄存器INC DX；指向；指向DAC寄存器寄存器OUT DX, AL；选通；选通DAC寄存器，启寄存器，启动动D/A转换转换12.3.2 12位位D/A转换芯片与转换芯片与CPU的接口的接口图图12-9 DAC121012-9 DAC1210与与8 8位微处理器的连接位微处理器的连接 下面的程序段为图下面的程序段为图12-9中完成一次转中完成一次转换输出的程

7、序。设换输出的程序。设BX寄存器中的低寄存器中的低12位为位为待转换的数字量。待转换的数字量。START：MOVDX, 0450H ；DAC1210的基地址的基地址 MOV CL, 04 SHL BX, CL ；BX（输出的（输出的12位位数）中的数）中的12位数左移位数左移4位位 MOV AL, BH；高；高8位数位数AL OUT DX, AL；写入高；写入高8位位 INC DX ；修改；修改DAC1210的端口地址的端口地址 MOV AL, BL ；低；低4位数位数AL OUT DX, AL ；写入低；写入低4位位 INC DX；修改；修改DAC1210的端口的端口地址地址 OUT DX,

8、 AL ；12位数据同时进入位数据同时进入DAC寄存器，启动寄存器，启动D/A转换转换 HLT模拟电路模拟电路数字电路数字电路D/AA/D图图12-10 12-10 地线的连接方法地线的连接方法12.4 模数（模数（A/D）转换器）转换器12.4.1 A/D转换的基本原理转换的基本原理图图12-11 12-11 逐次逼近型转换原理逐次逼近型转换原理12.4.2 A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标1分辨率分辨率2精度精度3转换时间转换时间4电源灵敏度电源灵敏度5量程量程6输出逻辑电平输出逻辑电平7工作温度范围工作温度范围12.4.3 A/D转换器与系统连接的问题转换器与系统连接的问题

9、1启动信号的供给启动信号的供给2转换结束信号以及转换数据的读取转换结束信号以及转换数据的读取12.4.4 典型的典型的A/D转换芯片转换芯片1ADC0809图图12-12 ADC080912-12 ADC0809逻辑结构框图逻辑结构框图中选模拟通道中选模拟通道ADDCADDCADDBADDBADDAADDAININ0 00 00 00 0ININ1 10 00 01 1ININ2 20 01 10 0ININ3 30 01 11 1ININ4 41 10 00 0ININ5 51 10 01 1ININ6 61 11 10 0ININ7 71 11 11 1表表12-2 12-2 通道号选择与

10、模拟量输入选通的关系通道号选择与模拟量输入选通的关系2AD574A图图12-13 AD574A12-13 AD574A的逻辑结构框图的逻辑结构框图输输 入入 方方 式式量量 程程输输 入入 量量输出数字量输出数字量单极性单极性0 010V10V0V0V000H000H5V5V7FFH7FFH10V10VFFFHFFFH0 020V20V0V0V000H000H10V10V7FFH7FFH20V20VFFFHFFFH双极性双极性5V5V+5V+5V5V5V000H000H0V0V7FFH7FFH+5V+5VFFFHFFFH10V10V+10V+10V10V10V000H000H0V0V7FFH7

11、FFH+10V+10VFFFHFFFH表表12-412-4 12 12位位A/DA/D输入模拟量与输出数字量的对应关系输入模拟量与输出数字量的对应关系12.5 A/D转换器与微处理器的接口转换器与微处理器的接口12.5.1 8位位A/D转换芯片与转换芯片与CPU的接口的接口CPU80888255AADC08094373CLKCLOCKSTARTADDCADDBADDAEOCALED0D0D1D1D2D2D3D3D4D4D5D5D6D6D7D7AD7AD6AD5AD4AD3AD2AD1AD0PA1PA2PA3PA4PA5PA6PA7PA0PB4PB2PB1PB3PB0PC4A0A1VCCGNDI

12、N3REF(+)REF(-)RDWR/LOCR1R2RDWR+6V图图12-14 ADC080912-14 ADC0809与与CPUCPU的接口的接口 A/D转换的程序如下：转换的程序如下： ORG 1000HSTART：MOV AL, 98H ；8255A初始化，方式初始化，方式0，A口输入，口输入，B口输出口输出 MOV DX, 0FFH；8255A控制字端口地址控制字端口地址 OUT DX, AL ；送；送8255A方式字方式字 MOV AL, 0BH ；选；选IN3输入端和地址锁存输入端和地址锁存信号信号 MOV DL, 0FDH；8255A的的B口地址口地址 OUT DX, AL ；

13、送；送IN3通道地址通道地址 MOV AL, 1BH ；STARTPB4 = 1 OUT DX, AL；启动；启动A/D转换转换 MOV AL, 0BH OUT DX, AL；STARTPB4 = 0 MOV DL, 0FEH；8255A的的C口地址口地址TEST：IN AL, DX；读；读C口状态口状态 AND AL, 10H ；检测；检测EOC状态状态 JZ TEST；如果未转换完，；如果未转换完，再测试；转换完则继续再测试；转换完则继续 MOV DL, 0FCH；8255A的的A口地址口地址 IN AL, DX；读转换结果；读转换结果 HLT；12.5.2 12位位A/D转换芯片与转换芯

14、片与CPU的接口的接口74LS245U174LS244U274LS244U3AD574A地址译码U574LS273U8采样保持器U774LS373U6控制逻辑DR0DR1DR2DR3RDWRIORQAINAOUT+5V+15V-15V+5VABCSR/C1G1G2G2GD0D6D7D11D10D9D8VCCVEE20VINA0STSCEREF OUTREF INBIP OFF.D7Q712/8U4AD7AD0AD7AD0图图12-15 AD574A12-15 AD574A与与CPUCPU的接口的接口START：MOV DX, DR0 OUT DX, AL；使；使R/ = 0，启动启动A/D转换

15、转换 MOV DX, DR3TEST： IN AL, DX；读；读STS状态状态 AND AL, 80H JNZ TEST；未转换完，；未转换完，再测试再测试C MOV DX, DR1 IN AL, DX ；转换完，读入高；转换完，读入高4位位 MOV BH, AL ；BH高高4位位 MOV DX, DR2 IN AL, DX ；读入低；读入低8位位 MOV BL, AL ；BL低低8位位 HLT12.6 D/A、A/D转换应用举例转换应用举例12.6.1 D/A转换举例转换举例图图12-16 12-16 锯齿波信号发生器锯齿波信号发生器 对于图对于图12-16所示电路，执行下面的程所示电路，

16、执行下面的程序时，就可以产生一个锯齿波信号。序时，就可以产生一个锯齿波信号。 MOVDX, PORTA；PORTA为为D/A转换器端口地址转换器端口地址 MOVAL, 0FFH；初值为；初值为0FFHROTATE：INC AL OUT DX, AL；往；往D/A转换器转换器输出数据输出数据 JMP ROTATE12.6.2 A/D转换举例转换举例图图12-17 12-17 数据采集电路数据采集电路1电路分析电路分析2转换程序转换程序DATA1 SEGMENT ORG 2000H AREA DB 200DUP(?) DATA1 ENDS STACK1SEGMENT DB 50 DUP(?) ST

17、ACK1 ENDS CODE1 SEGMENT ASSUME DS：DATA1，SS：STACK1，CS：CODE1START： MOV AL, 92H；置；置8255A方式字，方式字，0方式，方式，PA、PB口输入口输入 MOV DX, 1C3H OUT DX, AL MOV AX, DATA1 ；数据段寄存器赋值；数据段寄存器赋值 MOV DS, AX MOV SI, 2000H；地址指针指向缓；地址指针指向缓冲区冲区 MOV BL, 8；大循环计数；大循环计数通道个数通道个数 MOV DX, 1C8H；IN0开始转换开始转换LOP1：MOVCX, 18H ；每个通道采；每个通道采样样24次次LOP2：IN AL, DX；启动转换；启动转换 PUSH DX