微机原理DA与AD转换接口

1、 D/A、A/D的基本概念 DAC及其接口 ADC及其接口 A/D、D/A本章内容微机原理DA与AD转换接口 了解微机控制系统的一般组成 了解D/A、A/D的基本原理 了解DAC、ADC的主要性能指标 掌握DAC、ADC与CPU的接口及其应用学习目的微机原理DA与AD转换接口 12.1 D/A与A/D接口概述一、一个典型的计算机自动控制系统 数/模（D/A）和模/数（A/D）转换技术主要用于计算机实时控制和自动测量系统中。在工业控制和参数测量时，经常会遇到如温度、压力、流量等连续变化的物理量（通称模拟量）。用计算机处理这些模拟量必须先将其转换为电信号，然后再经A/D转换器将其转换为数字量。对于

2、大多数的被控对象，计算机加工处理后输出的数字形式控制信号还应经D/A转换变成模拟量。才能推动执行机构工作。一个包含A/D和D/A转换的计算机闭环自动控制系统如下图所示微机原理DA与AD转换接口生产过程传感器执行机构A/D转 换 器I/O接口计 算 机D/A转 换 器I/O接口图12.1 典型的计算机自动控制系统微机原理DA与AD转换接口二、模/数转换器(ADC)的主要性能参数分辨率（Resolution） 它表明A/D对模拟信号的分辨能力，由它确定能被A/D辨别的最小模拟量变化。2. 量化误差（Quantizing error） 在A/D转换中由于整量化产生的固有误差。量化误差在1/2LSB（

3、最低有效位）之间。 一个8位的A/D转换器，它把输入电压信号分成28=256层，若它的量程为05V，那么，量化单位q为：q = = 0.0195V=19.5mV 例如微机原理DA与AD转换接口3. 转换时间（Conversion time） 转换时间是A/D完成一次转换所需要的时间。一般转换速度越快越好，常见有高速（转换时间1us）、中速（转换时间1ms）和低速（转换时间1s）等。4. 绝对精度 对于A/D，指的是对应于一个给定量，A/D转换器的误差，其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量。5. 相对精度 对于A/D，指的是满度值校准以后，任一数字输出所对应的实际模拟输入值（中间值）与

4、理论值（中间值）之差。例如，对于一个8位0+5V的A/D转换器，如果其相对误差为1LSB，则其绝对误差为19.5mV，相对误差为0.39%。微机原理DA与AD转换接口三、数/模转换器(DAC)的主要性能参数分辨率（Resolution） 分辨率表明DAC对模拟量的分辨能力，它是最低有效位（LSB）所对应的模拟量，它确定了能由D/A产生的最小模拟量的变化。通常用二进制数的位数表示DAC的分辨率，如分辨率为8位的D/A能给出满量程电压的1/28的分辨能力，显然DAC的位数越多，则分辨率越高。2. 线性误差（Linearity error） D/A的实际转换值偏离理想转换特性的最大偏差与满量程之间的

5、百分比称为线性误差。微机原理DA与AD转换接口3. 建立时间（Setting time） 这是D/A的一个重要性能参数，定义为：在数字输入端发生满量程码的变化以后，D/A的模拟输出稳定到最终值1/2LSB时所需要的时间。4. 温度灵敏度 它是指数字输入不变的情况下，模拟输出信号随温度的变化。一般D/A转换器的温度灵敏度为50PPM/。PPM为百万分之一。 5. 输出电平 不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大，一般为5V10V，有的高压输出型的输出电平高达24V30V。微机原理DA与AD转换接口 12.2 DAC0832数/模转换器一、DAC0832的内部结构与引脚图 图12.2 给出了DA

6、C0832的内部结构。 图12.3 给出了DAC0832的引脚图。 DAC0832是一种相当普遍且成本较低的数/模转换器。该器件是一个8位转换器，它将一个8位的二进制数转换成模拟电压。微机原理DA与AD转换接口ILECSWR1XFERWR2D0 Q0 D1 Q1D2 Q2D3 Q3D4 Q4D5 Q5D6 Q6D7 Q7 G D0 Q0 D1 Q1D2 Q2D3 Q3D4 Q4D5 Q5D6 Q6D7 Q7 G D/AD0 D1 D2D3D4 D5 D6 D7VREFIOUT2IOUT1RFB锁存器1锁存器2转换器图12.2 DAC0832的内部结构 微机原理DA与AD转换接口图12.3 DA

7、C0832引脚图7203121181CS VREFWR1RFBD0D1D2D3 D4D5 D6D7XFERILE VCCDGND AGND218965416151413191017IOUT2 IOUT1 DAC0832WR2微机原理DA与AD转换接口各引脚的功能如下： D0D7： 8位数据输入端。CS：片选信号输入端。WR1、WR2：两个写入命令输入端，低电平有效。XFER：传送控制信号，低电平有效。IOUT1和IOUT2：互补的电流输出端。微机原理DA与AD转换接口RFB：反馈电阻，被制作在芯片内，与外接的运 算放大器配合构成电流/电压转换电路。VREF：转换器的基准电压。VCC：工作电源输

8、入端。AGND：模拟地，模拟电路接地点。DGND：数字地，数字电路接地点。RFB：反馈电阻，被制作在芯片内，与外接的运 算放大器配合构成电流/电压转换电路。VREF：转换器的基准电压。VCC：工作电源输入端。AGND：模拟地，模拟电路接地点。DGND：数字地，数字电路接地点。微机原理DA与AD转换接口(1) 直通方式二、DAC0832 的工作方式DAC0832可工作在三种不同的工作模式: 当ILE接高电平，CS，WR1、WR2和XFER都接数字地时，DAC处于直通方式，8位数字量一旦到达D0D7输入端，就立即加到D/A转换器，被转换成模拟量。微机原理DA与AD转换接口(2)单缓冲方式 单缓冲方

9、式是将一个锁存器处于缓冲方式，另一个锁存器处于直通方式，输入数据经过一级缓冲送入D/A转换器。(3) 双缓冲方式 即数据通过两个寄存器锁存后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一次D/A转换。微机原理DA与AD转换接口三、DAC0832与CPU的连接 由于DAC0832内部含有数据锁存器，在与CPU相连时,使其可直接挂在数据总线上。DAC0832采用单缓冲方式与CPU的连接如图12.4所示。微机原理DA与AD转换接口I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10O1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8GAL16V8WR A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7

10、 M/IO+5V10K20HCS WR1 WR2 DGNDD0D7D0D7ILEXFERVREFIOUT1 IOUT2AGND_ +RFBLM741+5VU0DAC0832图12.4 DAC0832与CPU的单缓冲方式连接电路 微机原理DA与AD转换接口下面举例说明如何编写D/A转换程序。例 编写图12.4中DAC0832输出三角波的汇编程序，要求三角波的最低电压为0V，最高电压为2.5V。分析：三角波电压范围02.5V，对应的数字量 00H7FH。三角波的下降部分，从7FH 减1，直到数字量降为00H；上升部分则 从00H加1，直到7FH。微机原理DA与AD转换接口相应的程序如下： MOV

11、AL，7FH ;设2.5V初值DOWN：OUT 20H，AL ;输出模拟信号到端口20H，三角波下降;段 DEC AL ;输出值减1 CMP AL，00H ;输出值到达0V？ JNZ DOWN ;输出值未达到0V，则跳到DOWN UP： OUT 20H，AL;输出模拟量到端口20H，三角波上升段 INC AL ;输出值加1 CMP AL，7FH;判别输出值是否到达2.5V JNZ UP ;输出值未达到2.5V则跳到UP JMP DOWN ;输出值达到2.5V则跳到DOWN循环。 微机原理DA与AD转换接口 本例中DAC0832输出的三角波如图12.5所示。若8086的时钟频率为5MHz，则可计

12、算出该三角波的周期大约为1.53ms，即频率约为654Hz。如果要进一步降低三角波的频率（增大其周期），可在每次D/A转换之后加入适当的延时。图12.5 DAC0832输出的三角波形图微机原理DA与AD转换接口 12.3 ADC0809模/数转换器一、ADC0809的内部结构与引脚图 ADC0809是一种普遍使用且成本较低的CMOS材料A/D转换器。它具有8个模拟量输入通道，可将模拟量转换为8位二进制数字量。 图12.6 给出了ADC0809的内部结构。 图12.7 给出了ADC0809的引脚图。微机原理DA与AD转换接口图12.6 ADC0809转换器的内部结构图EOCOED0 D7 REF

13、(+) REF(-)ADDC ADDB ADDA ALEIN0IN7比较器通道选择开关逐位逼近寄存器(SAR)开关树型 D/A 8位锁存和 三态门定时和控制通道地址锁存及 译码模拟输入数字输出START微机原理DA与AD转换接口图12.7 ADC0809的引脚图 10 CLOCK D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ADDAADDBADDCEOCOEALESTART REF(+)REF(-)VccGNDIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7171481518192021252423792261216111326272812345ADC0809 CLOCK微机原理DA与AD转

14、换接口二、ADC0809与CPU的连接ADC0809与CPU的连接，主要是正确处理数据输出线（D0D7），启动信号START和转换结束信号EOC与系统总线的连接问题。 图12.8给出了ADC0809与CPU的典型连接图。 微机原理DA与AD转换接口图12.8 ADC0809与CPU的连接图300H307HOEALESTARTIN0IN7ADDCADDBADDACLKEOCD7D0REF（-）GND500KHZREF + Vcc（）+5VA2A18路模拟输入IORIOWADC08091308H30FHD7D0A0121I/O译码A9 A31微机原理DA与AD转换接口下面举例说明如何编写A/D转换

15、程序。例 编写图12.8中的A/D转换程序，具体要求如下： 顺序采样IN0IN7 8个输入通道的模拟信号; 结果依次保存在ADDBUF开始的八个内存 单元中; 上述采样每隔100ms循环一次。设DELAY 是一延时100ms子程序。 分析：（1）模拟输入通道IN0IN7由A0A2决定其端口 地址，分别为300H307H，与IOW相配合， 可启动ADC0809进行转换；（2）查询端口和读A/D转换结果寄存器的地址分 别为：308H和300H。 微机原理DA与AD转换接口相应的采集程序如下： AD：MOV CX，0008H ;通道计数单元CX赋初值 MOV DI， OFFSET ADDBUF ;寻址数据区，结果保存 ;在ADDBUF存储区START：MOV DX，300H ;取IN0启动地址LOOP1：OUT DX，AL ;启动A/D转换，AL可为 ;任意值 PUSH DX ;保存通道地址 MOV DX，308H ;取查询EOC状态的端口 ;地址WAIT： IN AL，DX ;读EOC状态 TEST AL，80H ;测试A/D转换是否结束