AD与DA转换接口精品课件

A/D与D/A转换接口课程名称：微机原理与接口技术主讲人：**A/D与D/A转换器接口教学重点D/A转换器接口电路设计

A/D转换器接口电路设计A/D与D/A转换器接口微型计算机在实时控制、在线动态测量和对物理过程进行监控，以及图像、语音处理领域的应用中，都要与一些连续变化的模拟量（温度、压力、流量、位移、速度、光亮度、声音等模拟量）打交道，但数字计算机本身只能识别和处理数字量，因此，必须经过转换器，把模拟量转换成数字量，或将数字量转换成模拟量，才能实现CPU与被控对象之间的信息交换。所以微机在面向自动控制，自动测最和自动监控系统与各种被控、被侧对象发生关系时，就需设置模拟接口模拟量与数字量模拟量——连续变化的物理量数字量——时间和数值上都离散的量模拟/数字转换器ADCDAC数字/模拟转换器模拟输入输出系统示意图数字信号模拟信号现场信号1现场信号2现场信号n微型计算机放大器放大器放大器多路开关低通滤波传感器低通滤波传感器低通滤波传感器A/D转换器采样保持器数字信号受控对象控制信号模拟信号D/A转换器放大驱动电路…传感器将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流）

放大器把传感器输出的信号放大到ADC所需的量程范围低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比多路开关把多个现场信号分时地接通到A/D转换器采样保持器周期性地采样连续信号，并在A/D转换期间保持不变D/A转换器工作原理DAC数字/模拟转换器模拟量数字量D/A转换的基本原理数字量→按权相加→模拟量1101B＝1×23＋1×22＋0×21＋1×20＝13D/A转换器的原理图（1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF电阻网络基准电压电子开关D/A转换器的原理图（2）Iout2Iout1RfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗＝2R运算放大器虚地D/A转换器的原理图（3）Va＝VREFVb＝VREF/2Vc＝VREF/4Vd＝VREF/8I0＝Vd/2R＝VREF/（8×2R）I1＝Vc/2R＝VREF/（4×2R）I2＝Vb/2R＝VREF/（2×2R）I3＝Va/2R＝VREF/（1×2R）D/A转换器的的原理图图（4）Iout1＝I0＋I1＋I2＋I3＝VREF/2R××（1/8＋1/4＋1/2＋1）Rfb＝RVout＝－Iout1×Rfb＝－VREF×[（20＋21＋22＋23）/24]Vout＝－（D/2n）×VREFDAC0832的内部结结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器DGNDDI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1.DAC0832的数字接接口8位数字输输入端DI0～DI7（DI0为最低位位）输入寄存存器（第第1级锁存））的控制制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（（第2级锁存））的控制制端XFER*、WR2*直通锁存存器的工工作方式式两级缓冲冲寄存器器都是直直通锁存存器LE＝1，直通（输输出等于于输入））LE＝0，锁存（输输出保持持不变））LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方方式：直直通方式式LE1＝LE2＝1输入的数数字数据据直接进进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方方式：单单缓冲方方式LE1＝1，或者LE2＝1两个寄存存器之一一始终处处于直通通状态另一个寄寄存器处处于受控控状态（（缓冲状状态）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1DAC0832的工作方方式：双双缓冲方方式两个寄存存器都处处于受控控（缓冲冲）状态态能够对一一个数据据进行D/A转换的同同时；输输入另一一个数据据LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0～DI7D/A转换器DAC寄存器Iout12.DAC0832的模拟拟输出出Iout1、Iout2———电流输出端端Rfb——反馈电阻引引出端（电电阻在芯片片内）VREF——参考电压输输入端＋10V～－10VAGND———模拟信号地地VCC——电源电压输输入端＋5V～＋15VDGND———数字信号地地单极性电压压输出Vout＝－Iout1×Rfb＝－（D/28）×VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF9.1D/A转换器的接接口方法一、D/A转换器及其其连接特性性1.D/A转换器主要要参数1）分辨率D/A转换器能够够的转换二二进制位数数，位数越越多分辨率率越高。2）转换时间间数字量输入入到完成转转换，输出出达到最终终值并稳定定为止。3）精度D/A转换器实际际输出电压压与理论值值之间的误误差，一般般采用数字字量的最低低有效位作作为衡量单单位，如+1/2LSB。4）线性度理想的D/A转换器是线线性的，实实际有误差差。数字量量变化时，，D/A转换器输出出的模拟量量按比例关关系变化程程度。9.1D/A转换器的接接口方法2.D/A转换器输入入/输出特性1）输入缓冲冲能力2）输入数据据宽度：8位、10位、12位3）电流型、、电压型4）输入码制制：DAC能接收哪些些码制的数数字量输入入。单极性性输出接收收二进制或或BCD码；双极性性输出接收收补码。5）单极性还还是双极性性输出二、D/A转换器与微微处理器接接口设计方方法1.接口任务解决数据缓缓冲及数据据宽度匹配配。2.接口形式直接与主机机相连；通通过三态门门或寄存器器与主机相相连；利用用可编程并并行接口；；通过可编编程逻辑器器件PAL/GAL、CPLD、EPLD。9.2D/A转换器的接接口电路设设计一、片内无无三态缓冲冲器的8位D/A转换器接口口设计1.DAC0808构成直流数数字电压表表。端口地地址分配为为：数据锁锁存端口为为Y1（318H），，比较较器器结结果果端端口口Y0（319H）。。2.分析析：：DAC0808输入入无无三三态态锁锁存存器器，，接接口口中中要要加加三三态态锁锁存存器器或或并并行接接口口。。数数字字电电压压表表的的实实质质是是将将数数字字量量转转换换成成电电压压和和被被测测电电压压比比较较，，而得得到到被被测测电电压压的的数数字字量量，，为为此此接接口口电电路路中中要要设设置置一一个个比比较较器器。。3.设计计1）硬硬件件连连接接。。2）软软件件编编程程。。直流流数数字字电电压压表表电电路路工工作作原原理理：：二二进进制制数数经经DAC0808转换换为为模模拟拟量，，该该模模拟拟量量与与被被测测信信号号（（直直流流电电压压））在在比比较较器器进进行行比比较较，，由由比比较较结结果去去调调整整输输入入DAC0808的数数字字量量。。当当某某一一数数字字量量经经DAC0808转换换的模模拟拟量量大大于于被被测测信信号号时时，，认认为为不不合合适适，，就就去去掉掉它它，，即即该该位位置置0，否则，，该位位置1，如此逐次次比较，直直到N次为止。此此时被保留留下来的二进制数就就是被测模模拟量的数数字量。9.2D/A转换器的接接口电路设设计9.2D/A转换器的接接口电路设设计MOVAX，，020HOK：SHRCL，1MOVES，，AXJNCNEXTMOVBX，，00HMOVAL，，CHMOVCX，，080HMOVES：[BX]，ALNEXT：：MOVAH，CHHLTMOVAL，AHADDAL，CLMOVCH，ALMOVDX，318HOUTDX，ALMOVDX，，319HINAL，，DXANDAL，01HJZOKMOVCH，AH9.2D/A转换器的接接口电路设设计二、片内有有三态缓冲冲器的8位D/A转换器接口口设计1.要求：采用用DAC0832设计一个能能产生任意意波形（如如正弦波、、三角波等等）的函数数波形发生生器。2.分析：DAC0832是分辨率为为8位、芯片内内部带有两两级缓冲器器的D/A转换器。输输入无三态态锁存器，，接口中要要加三态锁锁存器或并并行接口。。数字电压压表的实质质是将数字字量转换成成电压和被被测电压比比较，而得得到被测电电压的数字字量，为此此接口电路路中要设置置一个比较较器。3.设计1）硬件连接接。采用8255A作为DAC与CPU之间的接口口芯片，A端口用来数数据输出，，B端口用来输输出控制信信号。2）软件编程程。2）片内有有输入锁存存器（DAC0832与CPU接口）函数波形发发生器:1.硬件设计9.2D/A转换器的接接口电路设设计8255初始化DECALMOVDX，303HJNZL2MOVAL，80HJMPL1OUTDX，ALMOVDX，301HOUTAL，00010000BOUTDX，ALMOVDX，300HMOVAL，0HL1：OUTDX，ALINCALJNZL1MOVAL，0FFHL2：OUTDX，AL9.2D/A转换器的接接口电路设设计三、片内无无三态缓冲冲器的12位D/A转换器接口口设计1.要求：对片片内无输入入缓冲器的的12位D/A转换器设计计接口，要要求转换的的数据按““右对齐““格式传送送。2.分析：由于于该D/A分辨率为12位（数据线线有12条），而CPU的字长为8位，因此需需传送两次次。3.设计9.2D/A转换器的接接口电路设设计9.2D/A转换器的接接口电路设设计程序如下：：Movdx,318hMoval,datalOutdx.alMovdx,319hMoval,datahOutdx,al9.2D/A转换器的接接口电路设设计四、片内有有三态缓冲冲器的12位D/A转换器接口口设计1.要求：对片片内有输入入缓冲器的的12位D/A转换器设计计接口，要要求转换的的数据按““左对齐““格式传送送。2.分析：由于于该D/A分辨率为12位（数据线线有12条），且片片内有两级级锁存器，，所以不必必外加锁存存器，可与与CPU直接相连，，但CPU的字长为８８位，因此此需传送两两次。3.设计片内有输入入锁存器（（DAC1210与CPU接口）9.2D/A转换器的接接口电路设设计9.2D/A转换器的接接口电路设设计硬件连接：：DAC1210高8位DI11~DI4连到数据线线D7~D0，低4位DI3~DI0连到数据线的D7~D4，实现左对齐齐。高低字节锁锁存过程：：高低字节控控制端口地地址分别为为340H（Y0=0）、341H（Y1=0），第二级锁存存地址为342H（Y2=0）。当Y0=0时，BYTE1/BYTE2=1，此时若IOW有效（WR1=0），其上升沿锁锁存高8位数据。当Y1=0时，BYTE1/BYTE2=0，此时若IOW有效（WR1=0），其上升沿锁存存低4位数据。当Y2=0时，此时若IOW有效（WR1=0），其上升沿将12位数据锁存到12为DAC寄存器，开始始D/A转换。MOVDX，340HMOVAL，DATALMOVAL，DATAHOUTDX，ALOUTDX，ALMOVDX，342HINCDXOUTDX，AL9.3A/D转换器接口基基本原理与方方法一、A/D转换器及连接接特性1.A/D转换器主要参参数1）分辨率A/D转换器可转换换的二进制位位数。2）转换时间输入启动转换换信号到转换换结束，最后后得到稳定的的数字量输出出所需的时间间。2.A/D转换器外部特特性(1)启动线：由系系统控制器或或通过接口发发出的一种控控制信号，此此信号一到，，A/D转换器立即开开始。(2)转换结束线：：转换完毕由由A/D转换器发出的的一种状态信信号，由它申申请中断、DMA传送和中断查查询用。(3)模拟信号输入入线：来自被被转换的对象象，有单通道道、多通道。。9.3A/D转换器接口基基本原理与方方法(4）数字量输出出线：由ADC将数字量送给给CPU。连接特性：（1）启动信号是是电平还是脉脉冲；（2）芯片内是否否有三态门输输出锁存器，，若有可直接接与CPU数据线相连，否则要外外加锁存器；；（3）输出数字量量的形式，是是二进制还是是BCD码。二、A/D转换器器与微微处理理器接接口方方法1.A/D转换器器与CPU的连接接（1）A/D转换器器的分分辨率率与CPU的数据据总线线的位位数关关系；；转换结结束后后存放放数据据时有有“左左对齐齐”和和“右右对齐齐”之之分，，左对对齐就就是一一个数数据的的最高高位放放在最最左边边，缺缺位在在右边边，并并以0补齐。。右对对齐就就是一一个数数据的的最低低位放放在最最右边边，缺缺位在在左边边，并并以0补齐。。（2）A/D转换器器的输输出锁锁存器器；若A/D转换器器内无无数据据锁存存器，，则A/D接口电电路中中应设设有数数据锁锁存器器方可可与数数据总总线相相连。。9.3A/D转换器器接口口基本本原理理与方方法(3）A/D转换转转换器器的启启动信信号。。有电平平启动动和脉脉冲启启动之之分，，如AD570是低平平启动动，AD574、ADC0809为脉冲冲启动动。2.A/D转换接接口的的主要要操作作1）进行行通道道选择择；2）发启启动信信号；；3）取回回转换换结束束信号号；4）读取取转换换的数数据；；5）发S/H控制信信号；；3.A/D转换器器的数数据传传送方方式1）查询询式传传送；；2）中断断方式式传送送；3）DMA方式传传送；；4）对于于超高高速A/D，采用在在A/D转换器器板上上设置置RAM的方法法；9.3A/D转换器器接口口基本本原理理与方方法4.A/D转换接接口的的结构构形式式1）与CPU直接相相连；；2）采用用三态态门锁锁存器器与CPU相连；；3）利用用可编编程I/O接口与与CPU相连；；4）采用用GAL器件（（通用用可编编程器器件））9.4查询询方方式式A/D转换换器器接接口口设设计计一、、12位片片内内带带有有三三态态门门输输出出锁锁存存器器的的A/D转换换器器接接口口设设计计1.要求求12位A/D转换换，，转转换换结结束束后后分分两两次次输输出出，，以以左左对对齐齐的的方方式式存存放放在在首址址为为400H的内内存存区区，，采采集集64个数数据据，，采采用用查查询询方方式式，，ADC用AD574。2.分析析CS、CE为片片选选，，R/C为启启动动转转换换，，数数据据输输出出允允许许。。CS=0，CE=1，R/C=0：启动动转转换换；；CS=0，CE=1，R/C=1：读取取数数据据。。12/8=1：一一次次输输出出12位；；12/8=0：一一次次输输出出8位。。A0有两两个个功功能能：：控控制制转转换换宽宽度度（（A0=0，12位转转换换；；A0=1，8位转转换））；；控控制制度度高高低低字字节节读读数数（（A0=0，读高高8位；；A0=1，读低低4位））。。3.设计计9.4查询询方方式式A/D转换换器器接接口口设设计计9.4查询询方方式式A/D转换器器接口口设计计数据采采集程程序段段如下下：MOVCX，40HINAL，DXMOVSI，400HMOV [SI]，ALSTT：MOVDX，312HINC SIMOVAL，00HDECCXOUTDX，ALJNZSTTMOVDX，310HMOV AX，4C00HL：INAL，DXINT 21HANDAL，80HJNZLMOVDX，311HIN AL，DXANDAL，F0HMOV[SI]，ALINCSIMOVDX，312H9.4查询方式A/D转换器接口口设计二、12位片内不带带输出锁存存器的A/D转换器接口口设计1.要求数据采集系系统，采用用ADC1210作12位转换，转转换的数据据按右对齐齐式存放。。2.分析与设计计ADC1210无三态输出出锁存器，，它的数据据线不能与与CPU直接相连，，必须通过过244接到CPU数据线上，，分两次传传送12位数据，先先读高8位后读低8位。SC为转换启动动，CC转换结束信信号，低电电平有效，，它通过244接到CPU数据线D7上。Y0（330H）为数据口和和状态口，，Y1（331H）为数据口，，Y2（332H）为启动口。。3.编程9.4查询方式A/D转换器接口口设计9.4查询方式A/D转换器接口口设计MOVDX，332HINAL，，DXIN AL，DXAND AL，OFHMOVDX，330HMOV BH，，ALL： IN AL，，DXMOV DX，，331HROLAL，1INAL，DXJC LMOV BH，ALMOVDX，330HHLT9.4查询方式A/D转换器接口口设计三、电平启动转转换的接口口设计1.要求在8位数据采集集系统中，，采用AD570作A/D转换，采集集256个数据，用用查询方式式送到内存存。2.分析AD570电平启动8位逐次逼近近型A/D转换器，启启动信号B/C，低电平有效效，该信号号为低开始始转换，25us转换结束，，转换时启启动信号必必须保持低低电平，若若提前变高高则转换中中止。转换换结束信号号DR，转换过程为为高，一旦旦变低表示示结束，可可以读出。。3.硬件连接AD570数据输出无无三态锁存存器，不能能直接与CPU相连，可以以用8255。9.4查询方式A/D转换器接口口设计9.4查询方式A/D转换器接口口设计MOVDX，303HMOVAL,98HOUTDX,ALMOVAL,01HOUTDX,ALMOVAX,0040HMOVES,AXMOVBX,00HMOVCX,0FFHAGAIN：：MOVAL，，00HOUTDX，，ALWAIT：：MOVDX，，302HINAL，，DXSHLAL，，1JCWAITMOVDX，，300HINAL，，DXMOVES：：[BX]，，ALMOVDX，，303HMOVAL，，01HOUTDX，，ALINCBXLOOPAGAINMOVAX,4C00HINT21H9.5中断断方方式式的的A/D转换换器器接接口口设设计计中断断技技术术应应用用有有两两种种情情况况：：一一是是用用户户自自行行设设计计和和配配置置的的中中断断系系统统；；二二是是利利用用微微机机系系统统的的中中断断源源。。一、、单单板板机机系系统统的的中中断断数数据据采采集集系系统统设设计计1.要求求单通通道道模模拟拟信信号号采采集集512个数据据，采采用中中断方方式读读入内内存，，并送送到D/A转换器器。2.分析设设计A/D采用AD0804，中断控控制器器用8259。ADC0804是一个个单通通道8位分辨辨率A/D转换器器，输输出有有三态态锁存存，可可直接接与系系统数数据线线相连连。启启动信信号为为CS*WR，转换结结束信信号INTR，低电平平有效效，其其地址址为0FFD4H，DAC0832地址为为0FFD6H。8259在系统统