ADAD转换PPT学习教案

1、会计学1ADAD转换转换通过本章的学习，使学生通过本章的学习，使学生掌握掌握模模/ /数和数和数数/ /模转换通道的基本组成、模模转换通道的基本组成、模/ /数与数数与数/ /模转换器的主要技术指标，模转换器的主要技术指标，掌握掌握A/DA/D转换转换芯芯AD574AD574及及D/AD/A转换芯片转换芯片DAC0832DAC0832分别与分别与ISAISA总线的连接及应用编程总线的连接及应用编程 了解了解常用模常用模/ /数转换芯片和常用数数转换芯片和常用数/ /模模转换芯片转换芯片教学目的和教学要求教学目的和教学要求第1页/共68页线连接的原理线连接的原理第2页/共68页n模拟量连续变化的

2、物理量n数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器第3页/共68页含有含有A/DA/D与与D/AD/A转换的监控系统转换的监控系统 第4页/共68页一般模一般模/ /数转换通道由传感器、信号处数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及理、多路转换开关、采样保持器以及A/DA/D转换器组成转换器组成 第5页/共68页传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在

3、外加激励电流或电压电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比量的变化成正比 一、传感器（一、传感器（TransducerTransducer）第6页/共68页由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电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

4、器，已将传感器与放大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，输出统一标准的电路制作在一起，输出统一标准的0 01010mAmA或或4 42020mAmA电流，或电流，或0 05 5V V电压，以便传输或直接送电压，以便传输或直接送A/DA/D转换器进行转换器进行A/DA/D转换，其中，转换，其中，4 42020mAmA标准电流输标准电流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、压力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变送器等一般输出4 42020mAmA标准电流，内部处于标准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型传感恒流输出结构，显然电流型传

5、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型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中 第7页/共68页第8页/共68页第9页/共68页八选一八选一模拟多路开关模拟多路开关 第10页/共68页第11页/共68页第12页/共68页第13页/共68页 注意：两片连续扩展成十六选一模拟开关，同样可以实现注意：两片连续扩展成十六选一模拟开关，同样可以实现多传一或一传多的双向传输，类似的模拟多路开关，例如多传一或一传多的双向传输，类似的模拟多路开关，例如CD4067BCD4067B为十六选一模拟多路开关，也可以扩展

6、成为三十二为十六选一模拟多路开关，也可以扩展成为三十二选一的模拟多路开关选一的模拟多路开关 第14页/共68页第15页/共68页第16页/共68页采样采样/ /保持示意图保持示意图第17页/共68页第18页/共68页第19页/共68页第20页/共68页第21页/共68页第22页/共68页一、分辨率（一、分辨率（ResolutionResolution） 分辨率是指转换器所能分辨的被测量分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最小值。通常用输出二进制代码的位的最小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。例如称八位数来表示。例如称八位A/DA/D转换器的分转换器的分辨率称为辨率称为8 8位，它把模拟电压的

7、变化范位，它把模拟电压的变化范围分成围分成28-128-1级（级（255255级）。级）。位数越多，位数越多，分辨率越高分辨率越高第23页/共68页注意：分辨率与精度是两个不注意：分辨率与精度是两个不同的概念同的概念第24页/共68页第25页/共68页)(9976. 9409640951021101012V按通常习惯，转换器的模拟量范围总是用按通常习惯，转换器的模拟量范围总是用满刻度表示。满刻度表示。例如例如1212位的位的A/DA/D转换器，其满转换器，其满刻度值为刻度值为1010V V，而实际的最大输出值为而实际的最大输出值为第26页/共68页第27页/共68页第28页/共68页第29页/

8、共68页第30页/共68页从从输出方式输出方式来看，主要有两种：来看，主要有两种： （1 1）在）在ADCADC芯片内部，数据输出寄存器具有可芯片内部，数据输出寄存器具有可控的输出三态门，这类芯片输出线允许和计算机控的输出三态门，这类芯片输出线允许和计算机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后可以系统的数据总线直接相连，并在转换结束后可以利用输入输出读信号选通三态门，将转换成的数利用输入输出读信号选通三态门，将转换成的数据送到计算机系统的数据总线上据送到计算机系统的数据总线上 （2 2）在）在ADCADC芯片内部没有可控的输出三态门，芯片内部没有可控的输出三态门，输出寄存器直接与芯片数据输出引

9、脚相连，这种输出寄存器直接与芯片数据输出引脚相连，这种芯片的数据输出引脚必须通过外加的三态门才能芯片的数据输出引脚必须通过外加的三态门才能连到计算机系统的数据总线连到计算机系统的数据总线第31页/共68页第32页/共68页ADCADC芯片的启动转换信号有芯片的启动转换信号有电平电平和和脉冲脉冲两种形式。设计时应分别对待，对要求两种形式。设计时应分别对待，对要求用电平启动转换的芯片，如果在转换过用电平启动转换的芯片，如果在转换过程中撤去电平信号，则将停止转换而得程中撤去电平信号，则将停止转换而得到错误的结果到错误的结果第33页/共68页在在ADCADC转换完成后，会发出转换结束信号，转换完成后，

10、会发出转换结束信号，以示主机可以从模以示主机可以从模/ /数转换器读取转换后的数转换器读取转换后的数据。结束信号可以用来向数据。结束信号可以用来向CPUCPU发出中断申发出中断申请，请，CPUCPU响应中断后，在中断服务子程序中响应中断后，在中断服务子程序中读取数据。也可用查询转换是否结束的方读取数据。也可用查询转换是否结束的方法来读取数据，通过延时等待的方法来读法来读取数据，通过延时等待的方法来读取数据也是一种常用的简便方法，这是在取数据也是一种常用的简便方法，这是在采集速度要求并不高的情况下，启动采集速度要求并不高的情况下，启动ADCADC转转换后，延时等待时间大于换后，延时等待时间大于A

11、DCADC的转换时间后的转换时间后便可以读取转换数据便可以读取转换数据 第34页/共68页10.4.2 A/D转换芯片转换芯片AD574一、一、AD574AD574的引脚功能的引脚功能AD574AD574是一种逐次逼近型是一种逐次逼近型1212位位A/DA/D转换芯片，转换芯片，也可以用作也可以用作8 8位位A/DA/D转换，转换时间为转换，转换时间为151535s35s，若转换成，若转换成1212位二进制数，可以一次读位二进制数，可以一次读出，也可分成两次读出，即先读出高出，也可分成两次读出，即先读出高8 8位后读位后读出低出低4 4位。位。AD574AD574内部能自动提供基准电压，并内部

12、能自动提供基准电压，并具有三态输出缓冲器，使用十分方便具有三态输出缓冲器，使用十分方便第35页/共68页第36页/共68页 （1 1）REFOUTREFOUT：内部基准电压输出端（内部基准电压输出端（+10+10V V） （2 2）REFINREFIN：基准电压输入端，该信号输入基准电压输入端，该信号输入端与端与REFOUTREFOUT配合，用于满刻度校准配合，用于满刻度校准 （3 3）BIPBIP：偏置电压输入，用于调零偏置电压输入，用于调零 （4 4）DBDB1111DBDB0 0：1212位二进制数的输出端位二进制数的输出端 （5 5）STSSTS：“忙忙”信号输出端，高电平有效信号输出

13、端，高电平有效。当其有效时，表示正在进行。当其有效时，表示正在进行A/DA/D转换转换 各引脚定义如下各引脚定义如下第37页/共68页（6 6）12/812/8* *：用于控制输出字长的选择输入端。当其为：用于控制输出字长的选择输入端。当其为高电平时，允许高电平时，允许A/DA/D转换并行输出转换并行输出1212位二进制数；当其位二进制数；当其为低电平时，为低电平时，A/DA/D转换输出为转换输出为8 8位二进制数位二进制数 （7 7）R/CR/C* *：数据读出数据读出/ /启动启动A/DA/D转换。当该输入脚转换。当该输入脚为高电平时，允许读为高电平时，允许读A/DA/D转换器输出的转换结

14、果；当该转换器输出的转换结果；当该输入脚为低电平时，启动输入脚为低电平时，启动A/DA/D转换转换 （8 8）A A0 0：字节地址控制输入端。当启动字节地址控制输入端。当启动A/DA/D转换时转换时，若，若A A0 0=1=1，仅作仅作8 8位位A/DA/D转换；若转换；若A A0 0=0=0，则作则作1212位位A/DA/D转换转换。当作。当作1212位位A/DA/D转换并按转换并按8 8位输出时，在读入位输出时，在读入A/DA/D转换值转换值时，若时，若A A0 0=0=0，可读高可读高8 8位位A/DA/D转换值，若转换值，若A A0 0=1=1，则读入低则读入低4 4位位A/DA/D

15、转换值转换值 第38页/共68页（9 9）CECE：工作允许输入端，高电平有效工作允许输入端，高电平有效 （1010）CSCS* *：片选输入信号，低电平有效片选输入信号，低电平有效 （1111）1010V VININ：模拟信号输入端，允许输入电压范围模拟信号输入端，允许输入电压范围5 5V V或或0 01010V V （1212） 20V 20VININ：模拟量信号输入端，允许输入电压范围模拟量信号输入端，允许输入电压范围1010V V或或0 02020V V （1313）+15V+15V，-15V-15V：+15V+15V，-15V-15V电源输入端电源输入端 （1414）AGNDAGND

16、：模拟地模拟地（1515）DGNDDGND：数字地数字地 第39页/共68页第40页/共68页第41页/共68页000HFFFH对应对应0V+20V第42页/共68页第43页/共68页将将AD574AD574与与ISAISA总线中的前总线中的前6262根信号线接口，可根信号线接口，可以将模以将模/ /数转换成的数转换成的1212位数据分两次读入计算机位数据分两次读入计算机，优点是可以节省硬件投资。用软件延时方法实，优点是可以节省硬件投资。用软件延时方法实现定时采集的现定时采集的A/DA/D转换接口电路更加节省硬件开转换接口电路更加节省硬件开销销 使用场合：使用场合：数据采集系统的速度要求不高，

17、主要数据采集系统的速度要求不高，主要追求数据采集的精度追求数据采集的精度 第44页/共68页AD574AD574单极性与双极性输入时的连接方法单极性与双极性输入时的连接方法 第45页/共68页nYnYnYnYnYnY例例【10-110-1】根据图根据图10-1010-10，AD574AD574与与8 8位数据位数据总线相连接，编写实现总线相连接，编写实现1212位位A/DA/D转换的程序段转换的程序段 第46页/共68页 如果对数据采集系统的速度要求较高，在上述采集电如果对数据采集系统的速度要求较高，在上述采集电路的基础上作两点改变，一是路的基础上作两点改变，一是12/812/8* *接接+5

18、+5V V，A/DA/D转换的转换的1212位数据一次读出，二是采用查询方式或中断方式实位数据一次读出，二是采用查询方式或中断方式实现现A/DA/D转换，图转换，图10-1110-11采用查询方式，假设转换结果信采用查询方式，假设转换结果信号号STSSTS经过三态门从数据总线的经过三态门从数据总线的D D0 0位读入计算机位读入计算机 另外，另外，AD574AD574接成单极性输入，由于接到接成单极性输入，由于接到1010V VININ输入端输入端，模拟输入电压为，模拟输入电压为0 0+10+10V V。Y Y0 0* *为查询端口，为查询端口，Y Y1 1* *为为AD574AD574的片选

19、，同样用地址线的片选，同样用地址线A A0 0配合分别产生相应的奇配合分别产生相应的奇地址和偶地址地址和偶地址 第47页/共68页AD574AD574与与ISAISA总线的连接总线的连接 第48页/共68页1Y1Y0Y0Y1Y第49页/共68页如果需要使用中断方式实现如果需要使用中断方式实现A/DA/D转换，则可转换，则可利用利用ISAISA总线后总线后3636芯插槽上的保留中断，分别芯插槽上的保留中断，分别是是IRQIRQ1010、IRQIRQ1111、IRQIRQ1212以及以及IRQIRQ1515，其中断型号其中断型号分别是分别是7272H H、73H73H、74H74H以及以及7777

20、H H。电路上只需将电路上只需将AD574AD574的的STSSTS取反后接至保留中断的输入端，编取反后接至保留中断的输入端，编写程序时，需要将中断服务子程序的首地址装写程序时，需要将中断服务子程序的首地址装入所用中断类型号对应中断向量表中的双字存入所用中断类型号对应中断向量表中的双字存储单元中储单元中 第50页/共68页术术第51页/共68页 各种类型的各种类型的DACDAC芯片都具有数字量输入端和模芯片都具有数字量输入端和模拟量输出端及基准电压端拟量输出端及基准电压端 数字输入端有以下几种类型：数字输入端有以下几种类型：无数据锁存器无数据锁存器带单数据锁存器带单数据锁存器带双数据锁存器带双

21、数据锁存器只能接收并行数字输入只能接收并行数字输入只能接收串行数字输入只能接收串行数字输入第52页/共68页无数据锁存器无数据锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器带单数据锁存器和带双数据锁存器带单数据锁存器和带双数据锁存器可直接与系可直接与系统总线接口统总线接口 只能接收并行数字输入只能接收并行数字输入与并行总线相连接与并行总线相连接 只能接收串行数字输入只能接收串行数字输入与串行数据线相连接，接与串行数据线相连接，接收数据较慢，但适用于远距离现场控制的场合收数据较慢，但适用于远距离现场控制的场合 与系统总线的接口与系统总线的接口.第53页/共68页第54页/共6

22、8页第55页/共68页DAC0832DAC0832的内部结构与引脚图的内部结构与引脚图 第56页/共68页（1 1）D D7 7D D0 0，8 8条输入数据线（图中标记为条输入数据线（图中标记为DIDI7 7DIDI0 0）（2 2）CSCS* *，选片信号，低电平有效选片信号，低电平有效（3 3）ILEILE，输入寄存器选通信号，高电平有效输入寄存器选通信号，高电平有效 （4 4）WR1WR1* *，写输入寄存器信号，低电平有效写输入寄存器信号，低电平有效（5 5）WR2WR2* *，写写8 8位位DACDAC寄存器信号，低电平有效寄存器信号，低电平有效（6 6）WFERWFER* *，允

23、许允许8 8位位DACDAC寄存器数据送到寄存器数据送到8 8位位D/AD/A转换器。转换器。（7 7）I IOUT1OUT1，DACDAC输出电流输出电流1 1，当，当8 8位位DACDAC寄存器为全寄存器为全1 1时，此时，此时输出电流最大，当为全时输出电流最大，当为全0 0时，输出电流最小时，输出电流最小 DAC0832DAC0832的的2020条引脚定义条引脚定义第57页/共68页（8 8）I IOUT2OUT2，DACDAC输出电流输出电流2 2，I IOUT2OUT2= =常数常数- -I IOUT1OUT1 （9 9） R Rfbfb，反馈电阻引出端，即片内在反馈电阻引出端，即片

24、内在R Rfbfb与与I IOUT1OUT1之间制之间制作了一个反馈电阻作了一个反馈电阻 （1010）V VREFREF，参考电压输入端。该端连至片内参考电压输入端。该端连至片内R-2R TR-2R T型电型电阻网络，由外部提供一个准确的参考电压。该电压的精度直阻网络，由外部提供一个准确的参考电压。该电压的精度直接影响接影响D/AD/A转换的精度转换的精度 （1111）V VCCCC，电源电压，可接电源电压，可接+5+5V V+15V+15V （1212）AGNDAGND，模拟地模拟地 （1313）DGNDDGND，数字地数字地第58页/共68页DAC0832转换器输出为电流形式，通常需要通过运算放大器将输出电流转变成电压输出。按电压输出时还可分为单极性和双极性两种形式第59页/共68页单极性输出电路如图单极性输出电路如图10-1310-13所示。在图所示。在图10-10-13(13(a)a)中，中，D/AD/A转换器输出接到运算放大器的反相转换器输出接到运算放大器的反相输入端，所以输出电压为：输入端，所以输出电压为： V VOUTOUT=-i=-i（R Rf f+R+Rw w） 在图在图10-13 (10-13 (b)b)中，中，D/AD/A转换器输