微机原理与接口技术课件-11.DAC、ADC

1、第十一讲 D/A与A/D转换1主要内容D/A与A/D转换的原理;典型芯片的特点与应用;2D/A转换器的功能功能：D/A转换器是指将数字量转换成模拟量 的线性集成电路。输出特性：它的模拟量输出（电流或电压）与 参考量（电流或电压）以及二进制 数成比例。3D/A转换器实现原理4D/A转换器的主要参数1. 位数（分辨率）2. 转换时间3. 精度4. 线性度5. 输出类型和极性5典型D/A转换DAC0832芯片8位并行、中速(建立时间1us)、电流型、低廉(1020元) 逻辑结构和引脚功能 DAC0832与微机系统的连接 应用举例6 1. 引脚和逻辑结构 20个引脚、双列直插式8位输入寄存器8位DAC

2、寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFB7V cc 芯片电源电压, +5V+15VVREF 参考电压, -10V+10V RFB 反馈电阻引出端, 此端可接运算放大器输出端AGND 模拟信号地DGND 数字信号地8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位输入寄存器RFB8DI7 DI0 数字量输入信号 其中: DI0为最低位，DI7为最高位8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAG

3、NDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位输入寄存器RFB98位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位输入寄存器RFB0011ILE 输入锁存允许信号, 高电平有效CS 片选信号, 低电平有效WR1 写信号1，低电平有效LE1当 ILE、CS、WR1同时有效时, LE=1，输入寄存器的输出随输入而变化WR1 , LE=0， 将输入数据锁存到输入寄存器10LE2XFER 转移控制信号，低电平有效WR2 写信号2，低电平有效 当XFER、WR2同时有效时,

4、 LE2=1 DAC寄存器输出随输入而变化； WR2 , LE2=0， 将输入数据锁存到DAC寄存器，数据进入D/A转换器，开始D/A转换VREF8位DAC寄存器8位D/A转换器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位输入寄存器RFB001118位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位输入寄存器IOUT1 模拟电流输出端1 当输入数字为全”1”时, 输出电流最大，约为： 全”0”时, 输出电流为0IOUT2 模拟电流输出端2 IO

5、UT1 + I OUT2 = 常数255VREF256RFBRFB12 DAC0832与微机系统的连接1)直通工作方式 两个寄存器均工作于直通状态；2)单缓冲工作方式一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态； 3)双缓冲工作方式 两个寄存器均工作于受控锁存器状态；13 一个寄存器工作于直通状态， 一个工作于受控锁存器状态 在不要求多个D/A同时输出时，可以采用单缓冲方式，此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞吐量。单缓冲工作方式 14D/A转换IOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&输入寄存RFB-+VoIOWA9A0D7D0+5V

6、PC总线port地址译码DAC寄存单缓冲工作方式 15 双缓冲工作方式: 两个寄存器均工作于受控锁存器状态DAC0832PC总线数 据 线WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2CS地址译码A0A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND16当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。地址译码port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换DI7DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换DI7DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7D0A9A0IOWPC总线+5v+5v17应用举例（方波

7、）DAC0832直通工作方式，设8255A的端口地址分别为3F0H，3F1H，3F2H，3F3H18模/数转换器一、A/D 转换器的基本原理二、A/D转换器的技术指标三、A/D转换器及其连接四、典型A/D转换器19A/D 转换器的基本原理20逐次逼近式A/D转换 逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。 组成： 8位D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器. 工作过程： 从最高位开始通过试探值逐次进行测试， 直到试探值经D/A转换器输出Vo与VX相等或达到允许误差范围为止。则该试探值就为A/D转换所需的数字量。21+-8位D/A转换器缓冲寄存器控制电路逐次逼近寄存器ViVO启动CLK转

8、换结束D7D6D2D3D4D5D0D1比较器逐次逼近式A/D转换工作原理图22如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123的AD转换.具体过程如下： 当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“0”； 当第一个 T1 到来，逐次逼近寄存器 最高位D7置“1”， 8位D/A转换器输入为10000000B， 输出Vo为满度的一半5V，即满量值的128/255。 若VoVi，比较器输出低电平， 控制电路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(反之，置“1”)； 23当第二个 到来，逐次逼近寄存器D6位置“1”， D/A转换器的数字量输入为01000000B， 输出电压为2.5V，VoVi，比较器输出高电平，

9、将D6位的“1”保留(否则，将D6位置0)； 第三个 T3 时钟脉冲来，又将D5位置“1” 重复上述过程直到D0位置“1”，再与输入比较。 经过8次以后， 逐次逼近寄存器中得到的数字量就是转换结果。 过程用下表表示。T224逐次逼近式A/D转换25二、A/D转换器的技术指标1. 分辨率2. 转换精度3. 转换时间和转换率261分辨率指A/D转换器所能分辨的最小模拟输入量，或指转换器满量程模拟输入量被分离的级数。模拟输入量数字输出量000001010011000001010011 1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v输入 输出 -0.50.5v 000 0.51.5v 001 1.52.5v

10、 010 、 5.56.5v 110 6.57.5v 111 在ADC中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系272转换精度指在输出端产生给定的数字量，实际输入的模拟值与理论输入的模拟值之间的偏差。反应ADC的实际输出接近理想输出的精确程度。 由于在一定范围内的模拟值产生相同的数字量，取该范围内的中间模拟值计算。283转换时间和转换率转换时间指完成一次A/D转换所需的时间，从启动信号开始到转换结束，得到稳定数字量的时间。转换率是转换时间的倒数。29三、A/D转换器及其连接 1. A/D转换器分类2. A/D转换器与系统的连接30 1. A/D转换器分类 按工作原理分 按输入方式分 按输出方式分

11、 按性能特点分 按输出是否带三态缓冲分31 按模拟量输入方式分单极性ADC、双极性ADC 按数字量输出方式分 并行ADC、串行ADC 按工作原理分计数式ADC、 双积分式ADC逐次逼近式ADC、并行式ADC32 按性能特点分按分辨率分4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、 、 、按转换速度分 低速、中速、高速、超高速（转换时间分别为1s、1ms、1us、1ns）按转换精度分低精度、中精度、高精度、超高精度33 按输出是否带三态缓冲分带可控三态缓冲ADC 如： ADC0809 不带可控三态缓冲ADC 如： ADC570、 ADC1210342. A/D转换器及其连接 1) A/D转换

12、器的典型信号 2) A/D转换器各信号与系统的连接35 1) A/D转换器的典型信号A/D转换器模拟量输入信号 模拟量输入信号A/D转换启动信号 A/D转换启动信号转换完成信号 转换完成(结束）信号数字量输出信号 数字量输出信号362) A/D转换器各信号与系统的连接A/D转换器模拟量输入信号数字量输出信号A/D转换启动信号转换完成信号37典型A/D转换器工作原理 ADC0809是CMOS数据采集器件，由于它不仅包括一个8位的逐次逼近型的A/D部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。38ADC0809主要性能(1)分辨率为8位(2)输入电压范围为5V,功耗为15mw(3)转换时

13、间为100s(4)工作温度范围为-40+85(5) 8个模拟输入通道，有通道地址锁存(6) 有三态输出能力，易于与微机相连39 ADC080引脚功能图 40ADC0809原理框图 41ADC0809芯片引脚功能说明 42模拟输入 0809有8个模拟输入通道，每个通道输人电压范围为05V。 8个模拟通道由3个地址输入ADDA，ADDB，ADDC来选择模拟通道，地址输入通过ALE信号予以锁存。 地址输入可直接取自地址总线或数据总线43 ADC0809与8086CPU的接口 44 D/A转换器没有形式上的启动信号。实际上后一级寄存器的控制信号就是D/A转换器的启动信号。 它也没有转换结束信号。D/A

14、转换的过程很快，一般还不到一条指令的执行时间。DAC083245 D/A芯片将数字量转换为模拟量时有两种输出形式，即电流型与电压型。 单极性输出电路。 为反相输出电路，其输出电压为： 常用的一种典型电路! 同相输出电路，其电压输出为： DAC0832的几种典型输出连接方式46(a)反相输出；(b)同相输出 470832与8255的连接方式V0 占用8255的两个端口,不直接与CPU连接,常用于接口电路较多时,可以减少总线的驱动负载,为一种最常用的0832的硬件连接方式。对五个控制信号的要求为：只要ILE为高，其它为低就可以工作。48应用举例（方波）DAC0832直通工作方式，设8255A的端口

15、地址分别为3F0H，3F1H，3F2H，3F3H49应用举例 设DAC0832的地址为220H，试说明DAC0832的工作方式，并编写程序实现通过DAC0832输出正弦波.CSILEWR1WR2XFER-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI70+5D7D0系统总线AGNDIOWDGND译码器AENA9A0220H50应用举例51 ADC0809的硬件电路设计方法：ADC0809的硬件电路接口图IOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS52上图要注意的问题有：1）在上图中可以不要EOC信号指示转换完成，但在程序中必须给出足够的转换时间，否则CPU读回的数

16、据是上一次的转换值。2）启动信号START和地址锁存信号ALE可以连接在一起，两者的时序相同。3）读取信号可以用CPU的读信号RD和M/IO的组合来完成读操作。4）片选信号可以用译码输出选通，0809就有一个专用的口地址，这个地址即可实现读转换好的数据，又可做为启动信号，使0809实现转换启动。53ADC0809与8255的硬件连接应用举例在使用中0809可以与8255相连接，此时，0809无指定的地址口，它的工作过程完全由8255控制。IN7在实际应用时这两个信号可以连接在一起，转换完成就可读出。IN0IN1IN2ADDCADDBADDACSOEEOCPB0-7PC2PC1PC0PC3PC4PC582550809D0-D7STARTALECLKPC6外部时钟信号54上图的设计中注意的问题1、启动信号和地址锁存信号 一般连接在一起2、读控制信号OE 与8255连接时，OE=1后，才可由8255的A口读转换完的数据 ，如果OE与EOC相连接，则只要有EOC=1，就可读出转换的数据，如图虚线所示。3、转换完成由8255的PC5（EOC）的状态决定，要判断该位的状态。