第10章 ADDA——郑学坚、周斌《微型计算机原理及应用》

1、11第十章A/D及D/A转换器2第10章A/D及D/A转换器章节目录D/AD/A转换器工作原理转换器工作原理D/AD/A转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标123DAC 0832 D/ADAC 0832 D/A转换器转换器A/DA/D转换器主要性能指标转换器主要性能指标A/DA/D转换器工作原理转换器工作原理456ADC 0809 A/DADC 0809 A/D转换器转换器31 D/A转换器工作原理n概述概述模拟量模拟量I/O接口的作用：接口的作用：n实际工业生产环境实际工业生产环境连续变化的模拟量连续变化的模拟量 n例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位

2、移、流量 n计算机内部计算机内部离散的数字量离散的数字量n二进制数、十进制数二进制数、十进制数n工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机41 D/A转换器工作原理一、模拟量一、模拟量I/OI/O通道的组成通道的组成模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转

3、换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道51 D/A转换器工作原理模拟量输入通道模拟量输入通道n传感器（传感器（Transducer）n非电量非电量电压、电流电压、电流 n变送器（变送器（Transformer）n转换成标准的电信号转换成标准的电信号n信号处理（信号处理（Signal Processing）n放大、整形、滤波放大、整形、滤波 n多路转换开关（多路转换开关（Multiplexer） n多选一多选一n采样保持电路（采样保持电路

4、（Sample Holder，S/H）n保证变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变nA/D变换器（变换器（A/D Converter）n模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量 61 D/A转换器工作原理模拟量输出通道模拟量输出通道nD/A变换器（变换器（D/A Converter）n数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量n低通滤波低通滤波n平滑输出波形平滑输出波形n放大驱动放大驱动n提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流71 D/A转换器工作原理n组成：模拟开关、组成：模拟开关、电阻网络电阻网络、运算放大器、运算放大器 n两种电阻网络：权电阻网络、两种电阻网络：权电阻网络、R-2RR-

5、2R梯形电阻网络梯形电阻网络n基本结构如图：基本结构如图：数字量数字量VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VOD/AD/A变换器的基本工作原理变换器的基本工作原理81 D/A转换器工作原理 运放的放大倍数足够大时，输出电压运放的放大倍数足够大时，输出电压V VO O与输与输入电压入电压V Vinin的关系为：的关系为：fOinRV = -VR式中：式中：Rf 为反馈电阻为反馈电阻 R 为输入电阻为输入电阻 VinRf VOR 91 D/A转换器工作原理 若输入端有若输入端有n n个支路个支路, , 则输出电压则输出电压V VO O与输与输入电压入电压V Vi i的关系为：的关系为：V

6、inRf VOR1n0fini=1i1V =-RVR式中：式中：Ri 为第为第i支路的输支路的输 入电阻入电阻Rn101 D/A转换器工作原理n令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2 2i iR Rf f , , 并令并令V Vinin为一基准为一基准电压电压V Vrefref，则有，则有n如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关S Si i控制，控制，S Si i=1=1表示表示S Si i合上，合上，S Si i=0=0表示表示S Si i断开，则上式变换断开，则上式变换为为 nn0frefrefiii=1i=1f11V = -RV= -V2 R2n0irefii=11V =

7、-SV2若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献111 D/A转换器工作原理2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8n与上式相对应的电路如下与上式相对应的电路如下( (图中图中n=8)n=8)： n图中的电阻网络就称为图中的电阻网络就称为权电阻网络权电阻网络121 D/A转换器工作原理说明：说明：n如果用如果用8 8位二进制代码来控制图中的位二进制代码来控制图中的S S1 1S S8 8(D(Di i=1=1时时S Si i闭合；闭合；D Di i=0=0时时S Si i断开断开) )，那么根据

8、二进制代码的，那么根据二进制代码的不同，输出电压不同，输出电压V VO O也不同，这就构成了也不同，这就构成了8 8位的位的D/AD/A转转换器。换器。n可以看出，当代码在可以看出，当代码在0 0FFHFFH之间变化时，之间变化时，V VO O相应地相应地在在0 0-(255/256)V-(255/256)Vrefref之间变化。之间变化。n为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/AD/A转换器采用转换器采用R-2RR-2R梯形电阻网络梯形电阻网络( (见下页见下页) )，它只用，它只用两种阻值的电阻两种阻值的电阻(R(R和和2R)2R)。131 D

9、/A转换器工作原理R-2R梯形电阻网络Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF电阻网络电阻网络基准电压基准电压电子开关电子开关141 D/A转换器工作原理Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗阻抗2R运算放大器运算放大器虚地虚地R-2R梯形电阻网络151 D/A转换器工作原理VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vd/2RVREF/（42R）I

10、2Vd/2RVREF/（22R）I3Vd/2RVREF/（12R）161 D/A转换器工作原理Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREF172 D/A转换器的主要性能指标D/AD/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标n输入数字量输入数字量n并行自然二进制并行自然二进制nBCD码码n输出模拟量输出模拟量n电流电流n电压电压182 D/A转换器的主要性能指标n分辨率（分辨率（Resolution）n输入的二进制数每输入的二进制数每1个最低有效位个最低有效位(LSB)使输出变化使

11、输出变化的程度。的程度。n一般用输入数字量的位数来表示一般用输入数字量的位数来表示: 如如8位、位、10位位例：一个满量程（例：一个满量程（FSR）为）为5V的的10位位DAC，1 LSB的变化将使输出变化的变化将使输出变化 5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mVn转换精度（线性误差）转换精度（线性误差）n实际输出值与理论值之间的最大偏差。实际输出值与理论值之间的最大偏差。n一般用最小量化阶一般用最小量化阶来度量，如来度量，如1/2 LSB1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量，如也可用满量程的百分比来度量，如0.05% FSR0.05% FSR(LSB-Lea

12、st Significant Bit, FSR-Full Scale Range)(LSB-Least Significant Bit, FSR-Full Scale Range)192 D/A转换器的主要性能指标n转换时间转换时间n从开始转换到与满量程值相差从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB1/2 LSB所对应的所对应的模拟量所需要的时间模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL203 DAC 3 DAC 0832 D/A0832 D/A转换器转换器典型典型D/AD/A转换器转换器- -DAC0832DAC0832nDAC0832n特性：特性：n8位电流输出型位电流输出型D/A

13、转换器转换器nT型电阻网络型电阻网络n差动输出差动输出213 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFERnDAC0832是典型的是典型的8位电流输出型通用位电流输出型通用DAC芯片芯片223 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器引脚功能引脚功能nD D7 7D D0 0：输入数据线：输入数据线nILEILE：输入锁存允许：输入锁存允许nCS#CS#：片选信号：片选信号

14、nWRWR1 1# #：写输入锁存器：写输入锁存器 上述三个信号用于把数据写入到输入锁存器上述三个信号用于把数据写入到输入锁存器nWRWR2 2# #：写：写DACDAC寄存器寄存器nXFER#XFER#：允许输入锁存器的数据传送到：允许输入锁存器的数据传送到DACDAC寄存器寄存器 上述二个信号用于启动转换上述二个信号用于启动转换233 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器nV VREFREF：参考电压，：参考电压，-10V-10V+10V+10V，一般为，一般为+5V+5V或或+10V+10VnI IOUT1OUT1、I IOUT2OUT2：D/AD/A转换差动

15、电流输出，接转换差动电流输出，接运放输入运放输入nR Rfbfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出：内部反馈电阻引脚，接运放输出nAGNDAGND、DGNDDGND：模拟地和数字地：模拟地和数字地 引脚功能引脚功能 ( (续续) )243 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器工作时序工作时序nD/AD/A转换可分为两个阶段：转换可分为两个阶段：nCS#=0CS#=0、WR1#=0WR1#=0、ILE=1ILE=1，使输入数据锁存到输入寄存器；，使输入数据锁存到输入寄存器；nWR2#=0WR2#=0、XFER#=0XFER#=0，数据传送到，数据传送到DACDAC寄存器，

16、并开始转换。寄存器，并开始转换。写输入写输入寄存器寄存器写写DAC寄存器寄存器253 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器n单缓冲方式单缓冲方式n使输入锁存器或使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通。寄存器二者之一处于直通。CPU只需一次写入即开始转换。控制比较简单。只需一次写入即开始转换。控制比较简单。nLE11，或者，或者LE21n两个寄存器之一始终处于直通状态两个寄存器之一始终处于直通状态n另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器I

17、out1263 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器n双缓冲方式（标准方式）双缓冲方式（标准方式）n转换要有两个步骤：转换要有两个步骤：n将数据写入输入寄存器将数据写入输入寄存器nCS#=0、WR1#=0、ILE=1n将输入寄存器的内容写入将输入寄存器的内容写入DAC寄存器寄存器nWR2#=0、XFER#=0 n优点：数据接收与优点：数据接收与D/A转换可异步进行；转换可异步进行； 可实现多个可实现多个DAC同步转换输出同步转换输出分时写入分时写入、同步转换同步转换工作方式工作方式 ( (续续) )273 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转

18、换器n两个寄存器都处于受控（缓冲）状态两个寄存器都处于受控（缓冲）状态n能够对一个数据进行能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入转换的同时；输入另一个数据另一个数据LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1283 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器n直通方式直通方式n使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。输出始终跟随输入变化。n不能直接与数据总线连接，需外加并行接口不能直接与数据总线连接，需外加并行接口( (如如74LS37374LS373、

19、82558255等等) )。nILEILE接高电平；接高电平；CS#CS#、WR1#WR1#、WR2#WR2#、XFER#XFER#直接直接接地。接地。D/AD/A转换器的输出随着总线数据的变化转换器的输出随着总线数据的变化而变化。而变化。293 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器两级缓冲寄存器都是直通锁存器两级缓冲寄存器都是直通锁存器nLE1，直通（输出等于输入），直通（输出等于输入）nLE0，锁存（输出保持不变），锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1303 DAC 0832

20、 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器nLE1LE21n输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1313 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器单极性电压输出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF323 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器设设 VREF5VnDFFH255时，最大输出电压：时，最大输出电压：Vmax（255/256）5V4.9

21、8VnD00H时，最小输出电压：时，最小输出电压：Vmin（0/256）5V0VnD01H时，一个最低有效位（时，一个最低有效位（LSB）电压：）电压：VLSB（1/256）5V0.02VVout（D/2n）VREF333 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器双极性电压输出：电路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20343 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器双极性电压输出：公式取取 R2R32R1得得 Vout2（2Vout1VREF）因因

22、Vout1（D/28）VREF故故 Vout2（D27）/27）VREF353 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器双极性电压输出：例子设设 VREF5VnDFFH255时，最大输出电压：时，最大输出电压：Vmax（255128）/1285V4.96VnD00H时，最小输出电压：时，最小输出电压：Vmin（0128）/1285V5VnD81H129时，一个最低有效位电压：时，一个最低有效位电压：VLSB（129128/1285V0.04VVout（D27）/27）VREF363 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器输出精度的调整RfbIo

23、ut2Iout1Vout+_AGND调零调零电位器电位器调满刻度调满刻度电位器电位器电源电源 5VADI10K1M1KVREF373 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器地线的连接DGNDAGND模拟电路模拟电路数字电路数字电路ADCDAC模拟电路模拟电路数字电路数字电路383 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器单缓冲方式的应用单缓冲方式的应用DAC0832WR2WR1CSXFERVcc5VD7-D0+AIOUT2IOUT1AGNDDGNDVREFILE5V地址地址总线总线DAC0832与与8位数据总线微机的连接图位数据总线微机的连接图

24、地址地址译码译码WRIO/M ILE ILE接高电平；接高电平；CS#CS#、WR1#WR1#、WR2#WR2#、XFER#XFER#接接控制输出端（连接方控制输出端（连接方式有多种形式）；当式有多种形式）；当对对DAC0832DAC0832进行写操作进行写操作时（执行时（执行OUTOUT指令），指令），数字量直接被转换成数字量直接被转换成模拟量。模拟量。393 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器例例1 1 设设DACDAC的口地址为的口地址为80H80H， 要求输出要求输出05V05V的锯齿波的锯齿波STARTSTART：MOV ALMOV AL，0FFH0FF

25、HAGAINAGAIN：INC ALINC AL OUT 80H OUT 80H，ALAL CALL DELAY CALL DELAY JMP AGAIN JMP AGAIN阶梯的宽度由延时时间决定阶梯的宽度由延时时间决定403 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器例例2 2 要求要求DACDAC输出一三角波，输出一三角波，波形下限电压为波形下限电压为0.5V0.5V，上限电压，上限电压为为2.5V2.5V。下限电压对应的数字量为：下限电压对应的数字量为：0.50.5* *256/5=26=1AH256/5=26=1AH上限电压对应的数字量为：上限电压对应的数字量为

26、：2.52.5* *256/5=128=80H256/5=128=80HBEGIN： MOV AL，1AHUP ： OUT 80H，AL INC AL CMP AL，81H JNZ UP DEC ALDOWN： OUT 80H，AL DEC AL CMP AL，19H JNZ DOWN JMP BEGIN413 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器双缓冲方式的应用：双缓冲方式的应用：地址译码320H321HDAC0832Vcc5VD7-D0Vo+AIOUT2IOUT1AGNDDGNDVREFILE5V地址总线WR1WR2IOWRCSXFERMOV DXMOV DX，

27、320H320HMOV ALMOV AL，DATADATAOUT DXOUT DX，ALALINC DXINC DXOUT DXOUT DX，ALAL 第一种应用情况：第一种应用情况：在前一个数据转换的同时，在前一个数据转换的同时，CPUCPU将下一个数将下一个数据先输入至输入寄存器，然后再在某个时刻启动据先输入至输入寄存器，然后再在某个时刻启动D/AD/A转换。转换。423 DAC 0832 D/A3 DAC 0832 D/A转换器转换器42-+CS XFER WR2ILE WR1DAC1-+ XFER WR2ILE WR1DAC2-+CS XFER WR2ILE WR1DAC3译译码码器器

28、ABCS1CS2CS3XFERIO/MWRVO1VO2VO3第二种应用情况：第二种应用情况：在多路在多路DACDAC系统系统中，需要同步中，需要同步D/AD/A转换时，采转换时，采用双缓冲方式。用双缓冲方式。 在不同的时刻将在不同的时刻将要转换的数据分别打要转换的数据分别打入各入各DACDAC的输入寄存的输入寄存器，然后由一个转换器，然后由一个转换命令同时启动，各个命令同时启动，各个DACDAC转换。转换。双缓冲方式的应用：双缓冲方式的应用：434 A/D转换器工作原理n将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便于计算机进行处理。常用于数据采集系

29、统。行处理。常用于数据采集系统。计数器式计数器式A/D转换器：转换器：结构简单，转换速度慢结构简单，转换速度慢,很少很少采用；采用；分分类类并行并行A/D转换器：转换器：转换速度最快，结构复杂，造价转换速度最快，结构复杂，造价较高。较高。双积分式双积分式A/D转换器：转换器：抗干扰能力强，转换精度高，抗干扰能力强，转换精度高，速度不够理想，常用于数字式测量仪表中速度不够理想，常用于数字式测量仪表中 ；逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器：转换器：结构不太复杂，转换速度结构不太复杂，转换速度较高；较高；n模模/数（数（A/D）转换器）转换器444 A/D转换器工作原理1. 计数器式以最低位为增减量以

30、最低位为增减量单位的逐步计数法单位的逐步计数法时钟时钟复位复位数字输出数字输出比较器比较器模拟输入模拟输入计数器计数器D/A转换器转换器转换结束转换结束454 A/D转换器工作原理2. 逐次逼近式从最高位开始从最高位开始的逐位试探法的逐位试探法时钟时钟复位复位数字输出数字输出转换结束转换结束比较器比较器模拟输入模拟输入寄存器寄存器D/A转换器转换器 逐次逼近式（也称逐位逐次逼近式（也称逐位比较式）比较式）A/D转换器转换实转换器转换实质是，逐次把设定的质是，逐次把设定的SAR寄寄存器中的数字量经存器中的数字量经D/A转换转换后得到电压后得到电压VC,与待转换模与待转换模拟电压拟电压VX进行比较

31、。比较时，进行比较。比较时，先从先从SAR的最高位开始，逐的最高位开始，逐次确定各位的数值应是次确定各位的数值应是“1”还是还是“0”。SARVCVX464 A/D转换器工作原理比较器D/ASAR时序及控制逻辑数字量输出VrefVxVcSTARTEOC（a）逐次逼近式A/D转换原理图D3D2D1D0(1000)(0100)(0110)(0111)VcVxt（b）逐次逼近过程原理图工作过程工作过程1、先将、先将SAR寄存器各位清零。寄存器各位清零。2、设定、设定SAR寄存器的最高寄存器的最高位为位为“1”，其余位为，其余位为“0”，此试探值经此试探值经D/A转换成电压转换成电压VC，然后将，然后

32、将VC与模拟输入与模拟输入电压电压VX比较。若小则保留，比较。若小则保留，若大则该位清零。若大则该位清零。3、再对、再对SAR寄存器的次高寄存器的次高位置位置“1”，依上述方法进行，依上述方法进行D/A转换和比较。如此重复转换和比较。如此重复上述过程，直至确定上述过程，直至确定SAR寄寄存器的最低位为止。存器的最低位为止。该图为四位该图为四位A/D转换器的逐次转换器的逐次逼近过程逼近过程474 A/D转换器工作原理 转换结果能否准确逼近模拟信号，主要取决于转换结果能否准确逼近模拟信号，主要取决于SAR和和D/A位数。位数越多，越能准确逼近模拟量，位数。位数越多，越能准确逼近模拟量，但转换所需的

33、时间也越长。但转换所需的时间也越长。 逐次逼近式的逐次逼近式的A/D转换器的主要特点是：转换器的主要特点是： （1）转换速度较快，在）转换速度较快，在1100s以内，分辨以内，分辨率可以达率可以达18位，特别适合于工业控制系统。位，特别适合于工业控制系统。 （2）转换时间固定，不随输入信号的变化而）转换时间固定，不随输入信号的变化而变化。变化。 （3）抗干扰能力相对积分型的差。）抗干扰能力相对积分型的差。484 A/D转换器工作原理3. 双积分式两个积分阶段两个积分阶段实质是电压实质是电压/时间变换时间变换IREFIinVinVREF积分器积分器比较器比较器V/IV/I时钟时钟启动计数启动计数

34、计数器计数器数字输出数字输出T2T1Vc固定斜率固定斜率时间可变时间可变固定时间固定时间斜率可变斜率可变转换结束转换结束双积分式也称二重积分式，其实质是测量和比较两个积分的双积分式也称二重积分式，其实质是测量和比较两个积分的时间，一个是模拟输入电压积分时间，此时间往往是固定的时间，一个是模拟输入电压积分时间，此时间往往是固定的；另一个是充电后的电压为初值，对参考电压；另一个是充电后的电压为初值，对参考电压Vref反相积分反相积分，积分电容被放电至零所需的时间，积分电容被放电至零所需的时间T1（或（或T2等）。等）。494 A/D转换器工作原理控制逻辑计数器.时钟F-+VrefKViRCVOUT

35、基准电压输入电压积分器检零比较器数据输出（a）原理框图T2T1T0V2V1V1V2VA1VA2（b）积分器波形图工作过程工作过程 1.积分电容积分电容完全放电，并将完全放电，并将计数器清零。计数器清零。 2.使开关使开关K先接通先接通输入电压输入电压Vi端，积分器端，积分器对对Vi定时积分定时积分 3.使使K合向基合向基准电压准电压Vref端，并端，并让计数器开始计数让计数器开始计数504 A/D转换器工作原理 下面对两个阶段的积分作一些定量分析。下面对两个阶段的积分作一些定量分析。 第一阶段，第一阶段，K合向合向Vi积分器对模拟输入电压积分器对模拟输入电压Vi固固定时间（定时间（T0）积分，

36、输出）积分，输出VA为：为： 即积分器的输出即积分器的输出VA与模拟输入电压与模拟输入电压Vi的平均值成的平均值成正比。正比。 0 TAi0i 011VVdtT VRCRC 第二阶段，开关第二阶段，开关K合向基准电压合向基准电压Vref端时，积端时，积分器对分器对Vref进行反向积分，直至积分器输出为进行反向积分，直至积分器输出为0，即，即:0 TOUTAref 01VVV dt0RC01refiTTVV两式整合得：两式整合得：514 A/D转换器工作原理4. 并行式速度快成本高速度快成本高直接比较法直接比较法编编码码电电路路VinVREF数字输出数字输出比较器比较器RRRRRRR/2R/25

37、25 A/D转换器主要性能指标 1. 分辨率（分辨率（Resolution） 分辨率反映分辨率反映A/D转换器对输入微小变化相应的能转换器对输入微小变化相应的能力，通常用数字量输出最低位（力，通常用数字量输出最低位（LSB）所对应的模）所对应的模拟输入的电平值表示。例如，拟输入的电平值表示。例如，8位位A/D转换器能对输转换器能对输入满量程入满量程1/28的增量作出反应。的增量作出反应。n位位A/D能反应能反应1/2n满满量程的输入电平。量程的输入电平。A/DA/D转换器主要技术性能转换器主要技术性能535 A/D转换器主要性能指标1. 分辨率（分辨率（Resolution）2. 精度（精度（

38、Accuracy） 精度有绝对精度（精度有绝对精度（Absolute Accuracy）和相对精度）和相对精度（Relative Accuracy）两种表示方法。）两种表示方法。 绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内，任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值之间的最大误差。绝对精度是由绝对精度是由DAC的的增益误差增益误差（当输入数码为全（当输入数码为全1时，实际输时，实际输出值与理想输出值之差）、出值与理想输出值之差）、零点误差零点误差（数码输入为全时，（数码输入为全时，DAC的非零

39、输出值）、的非零输出值）、非线性误差和噪声非线性误差和噪声等引起的。绝对精等引起的。绝对精度（即最大误差）应小于度（即最大误差）应小于1个个LSB。 相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相对于满刻度的百分比表示。满刻度的百分比表示。 545 A/D转换器主要性能指标1. 分辨率（分辨率（Resolution）2. 精度（精度（Accuracy）3. 转换时间（转换时间（Conversion Time） 转换时间是完成一次转换时间是完成一次A/D转换所需的时间，即由转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时发出启动转换

40、命令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔。转换时间的倒数称为转换速率。例如间间隔。转换时间的倒数称为转换速率。例如AD570的转换时间为的转换时间为25s，其转换速率为，其转换速率为40KHz。555 A/D转换器主要性能指标1. 分辨率（分辨率（Resolution）2. 精度（精度（Accuracy）3. 转换时间（转换时间（Conversion Time）4. 电源灵敏度（电源灵敏度（Power Supply Sensitivity） 电源灵敏度是电源灵敏度是A/D转换芯片的供电电源的电压转换芯片的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。一般用与电源电压发生变化时，产生的转换误差。一般

41、用与电源电压变化变化1时相当的模拟量变化的百分数来表示。时相当的模拟量变化的百分数来表示。 565 A/D转换器主要性能指标1. 分辨率（分辨率（Resolution）2. 精度（精度（Accuracy）3. 转换时间（转换时间（Conversion Time）4. 电源灵敏度（电源灵敏度（Power Supply Sensitivity）5. 量程量程 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。性、双极性两种类型。例如，单极性：量程为例如，单极性：量程为05V，010V，020V 双极性：量程为双极性：量程为55V，1010V57

42、5 A/D转换器主要性能指标1. 分辨率（分辨率（Resolution）2. 精度（精度（Accuracy）3. 转换时间（转换时间（Conversion Time）4. 电源灵敏度（电源灵敏度（Power Supply Sensitivity）5. 量程量程6. 输出逻辑电平输出逻辑电平多数多数A/D转换器的输出逻辑电平与转换器的输出逻辑电平与TTL电平兼容。在电平兼容。在考虑数字量输出与微处理器的数据总线接口时，应注考虑数字量输出与微处理器的数据总线接口时，应注意是否要三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等问意是否要三态逻辑输出，是否要对数据进行锁存等问题。题。585 A/D转换器主要性能指

43、标1. 分辨率（分辨率（Resolution）2. 精度（精度（Accuracy）3. 转换时间（转换时间（Conversion Time）4. 电源灵敏度（电源灵敏度（Power Supply Sensitivity）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 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。一般响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。一般A/D转换器的工作温度范围为转换器的工作温度范围为070，军用品的工作温度范，军用品的工作温度范围为围为

44、55125。596 ADC 0809 A/D转换器 ADC0809u逐次逼近型逐次逼近型8位位A/D转换芯片。转换芯片。u片内有片内有8路模拟开关，可输入八个模拟量。路模拟开关，可输入八个模拟量。u单极性，量程为单极性，量程为05伏。伏。u典型的转换速度为典型的转换速度为100s。u片内带有三态输出缓冲器，可直接与片内带有三态输出缓冲器，可直接与CPU总线接口。总线接口。606 ADC 0809 A/D转换器D7D0：输出数据线（三态）：输出数据线（三态）IN0IN7：8通道（路）模拟输入通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址：通道地址（通道选择）（通道选择）ALE：通道地址

45、锁存：通道地址锁存START：启动转换：启动转换EOC：转换结束，可用于查询或作：转换结束，可用于查询或作为中断申请为中断申请OE：输出允许（打开输出三态门）：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（：时钟输入（10KHz1.2MHz）VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压：基准参考电压IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD4O.E.CLKVCCREF(+)GNDD6IN2IN1IN0ADDAALED0D1D2D3D7REF(-)D5ADDBADDC12345678910111213141918171615242322212028272625616 ADC 0809 A/D

46、转换器ADC0809地址锁存地址锁存和译码和译码OE通道通道选择选择开关开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三态三态锁存锁存缓冲器缓冲器DACVcc比较器比较器CLOCKSTARTGND VREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR定时和控制定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC模拟输入部分模拟输入部分变换器部分变换器部分三态输出三态输出 基准电压输入端基准电压输入端内部结构图626 ADC 0809 A/D转换器工作时序工作时序 636 ADC 0809 A/D转换器 ADC0809的时序的时序 ADC0809靠

47、脉冲启动，为靠脉冲启动，为START是脉冲信号是脉冲信号 当模拟量送至某一通道后，由三位地址信号译码选择：当模拟量送至某一通道后，由三位地址信号译码选择： 地址信号由地址锁存允许地址信号由地址锁存允许ALE（Address Latch Enable）锁存，锁存，ALE高电平有效。高电平有效。 输出转换结束信号输出转换结束信号EOC由低电平变为高电平表示转换完成。由低电平变为高电平表示转换完成。 输出允许信号输出允许信号OE（Output Enable）为高电平时，打开输）为高电平时，打开输出三态缓冲器的门，把转换结果送到数据总线上。出三态缓冲器的门，把转换结果送到数据总线上。 CPU与与ADC

48、接口时必须弄清并处理好三个问题：接口时必须弄清并处理好三个问题： 要给要给START线送一个线送一个100S宽的启动正脉冲；宽的启动正脉冲； 获取获取EOC引脚上的状态信息，它是引脚上的状态信息，它是A/D转换的结束标志；转换的结束标志； 给给“三态输出锁存器三态输出锁存器”分配一个端口地址。分配一个端口地址。646 ADC 0809 A/D转换器ADC0809的转换公式输入模拟电压输入模拟电压输出数字量输出数字量基准电压基准电压正正极极基准电压基准电压负负极极656 ADC 0809 A/D转换器单极性转换示例n基准电压基准电压VREF(+)5V，VREF()0Vn输入模拟电压输入模拟电压V

49、in1.5VN （1.50）（50）25676.8774DH666 ADC 0809 A/D转换器双极性转换示例n基准电压基准电压VREF(+)5V，VREF()5Vn输入模拟电压输入模拟电压Vin1.5VN （1.55）（55）25689.6905AH676 ADC 0809 A/D转换器典型典型A/D转换器与转换器与CPU接口接口nADC芯片相当于芯片相当于“输入设备输入设备”，需要接，需要接口电路提供数据缓冲器口电路提供数据缓冲器n主机需要控制转换的启动主机需要控制转换的启动n主机还需要及时获知转换是否结束，并主机还需要及时获知转换是否结束，并进行数据输入等处理进行数据输入等处理686

50、ADC 0809 A/D转换器n模拟输入端模拟输入端INin单路输入单路输入n模拟信号可固定连接到任何一个输入端模拟信号可固定连接到任何一个输入端n地址线根据输入线编号固定连接地址线根据输入线编号固定连接(高电平或低电平高电平或低电平)n多路输入多路输入n模拟信号按顺序分别连接到输入端模拟信号按顺序分别连接到输入端n要转换哪一路输入，就将其编号送到地址线上要转换哪一路输入，就将其编号送到地址线上(动态选择动态选择)单路输入时单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入输入多路输入时多路输入时ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入输入0输入输入1输

51、入输入2输入输入3输入输入4CPU指定指定通道号通道号+5VADC0809与系统的连接 696 ADC 0809 A/D转换器数据数据输出线的连接输出线的连接n与主机的连接可分成两种方式与主机的连接可分成两种方式q直接相连直接相连：用于输出带有三态锁存器的：用于输出带有三态锁存器的ADC芯片芯片q通过三态锁存器相连通过三态锁存器相连：适用于不带三态锁存器的：适用于不带三态锁存器的ADC芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译码译码D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译码译码直接相连直接相连通过三态锁存器相

52、连通过三态锁存器相连74LS244+5VDIDOE1#E2#n上述两种方法均需占用一个上述两种方法均需占用一个I/O地址地址706 ADC 0809 A/D转换器n启动信号一般有两种形式启动信号一般有两种形式q脉冲信号启动转换脉冲信号启动转换q电平信号启动转换电平信号启动转换转换启动转换启动转换结束转换结束n地址锁存地址锁存ALE和启动转换和启动转换START716 ADC 0809 A/D转换器n主机产生启动信号有两种方法主机产生启动信号有两种方法q编程启动编程启动软件上，执行一个输出指令软件上，执行一个输出指令硬件上，利用输出指令产生硬件上，利用输出指令产生ADC启动脉启动脉冲，或产生一个

53、启动有效电平冲，或产生一个启动有效电平q定时启动定时启动启动信号来自定时器输出启动信号来自定时器输出n地址锁存地址锁存ALE和启动转换和启动转换START726 ADC 0809 A/D转换器n独立连接：用两个信号分别进行控制独立连接：用两个信号分别进行控制需需占用两个占用两个I/O端口或两个端口或两个I/O线线(用用8255时时)；n统一连接：用一个脉冲信号的上升沿进行地统一连接：用一个脉冲信号的上升沿进行地址锁存，下降沿实现启动转换址锁存，下降沿实现启动转换只需占用只需占用一个一个I/O端口或一个端口或一个I/O线线(用用8255时时)ADC0809ALESTART独立连接独立连接来自来自

54、I/O译码译码1来自来自I/O译码译码2ADC0809ALESTART统一连接统一连接来自来自I/O译码译码n地址锁存地址锁存ALE和启动转换和启动转换START736 ADC 0809 A/D转换器转换结束信号（EOC）的处理v不同的处理方式对应程序设计方法不同不同的处理方式对应程序设计方法不同 查询方式查询方式把结束信号作为状态信号把结束信号作为状态信号 中断方式中断方式把结束信号作为中断请求信号把结束信号作为中断请求信号 延时方式延时方式不使用转换结束信号不使用转换结束信号 DMA方式方式把结束信号作为把结束信号作为DMA请求信号请求信号746 ADC 0809 A/D转换器n转换结束E

55、OCn软件延时等待软件延时等待(比如延时比如延时1ms)不用不用EOC信号信号nCPU效率最低效率最低n软件查询软件查询EOC状态状态nEOC通过一个三态门连到数据总线的通过一个三态门连到数据总线的D0(其他其他也可以也可以)n三态门要占用一个三态门要占用一个I/O端口地址端口地址nCPU效率低效率低n把把EOC作为中断申请信号，接到作为中断申请信号，接到8259的的IR端端n在中断服务程序中读入转换结果，效率高在中断服务程序中读入转换结果，效率高756 ADC 0809 A/D转换器中断方式D0D7220hIRQ2A0A9译码译码VccD0D7EOCADDAADDBADDCALE模拟输入模拟

56、输入（05V）500KHzCLOCKVREF(+)+5VIN0OESTARTGNDVREF(-) IOR IOW766 ADC 0809 A/D转换器;数据段数据段adtemp db 0;给定一个临时变量给定一个临时变量;代码段代码段;设置中断向量等工作设置中断向量等工作sti;开中断开中断mov dx,220hout dx,al;启动启动A/D转换转换;其他工作其他工作主程序776 ADC 0809 A/D转换器adint procsti;开中断开中断push ax;保护寄存器保护寄存器push dxpush dsmov ax,data;设置数据段设置数据段DSmov ds,axmov dx

57、,220hin al,dx;读读A/D转换的数字量转换的数字量mov adtemp,al ;送入缓冲区送入缓冲区中断服务程序786 ADC 0809 A/D转换器mov al,20h;发送发送EOI命令命令out 20h,alpop ds;恢复寄存器恢复寄存器pop dxpop axiret;中断返回中断返回adintendp中断服务程序796 ADC 0809 A/D转换器查询方式VccD7A3A9D0D7D0D7OEEOCA0A1A2ADDAADDBADDC 译码译码500KHzCLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE+5VIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7220h227h238h23fh IOR IOW806 ADC 0809 A/D转换器;数据段数据段counter equ 8bufdb counter dup(0);数据缓冲区数据缓冲区;代码段代码段mov bx,offset bufmov cx