第10章 数模和模数转换

第10章数/模和模/数转换10.1数/模（D/A）转换10.2模/数（A/D）转换10.1.1D/A转换器的工作原理通常采用电阻网络实现数字量到模拟电流的转换,再利用运算放大器完成模拟电流到模拟电压的转换。10.1数/模（D/A）转换0伏1.T型电阻网络D/A转换器原理2.D/A转换器的基本输出电路⑴分辨率(△)

DAC所能分辨的最小电压，即最小输出电压与最大输出电压

之比。⑵转换精度

实际输出值与理想输出值之间的误差；

一般D/A转换器的误差应不大于1/2LSB。⑶温度灵敏度_数字输入不变的情况下，模拟输出信号随温度的变化。表明

D/A转换器受温度变化影响的特性。⑷建立时间

也称稳定时间（Ts)，描述D/A转换快慢的一个重要参数，指从

数字量输入到建立稳定的输出电流的时间。⑸输出电平_不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大。10.1.2D/A转换器的性能参数10.1.38位D/A转换器DAC0832及其接口技术DAC0832主要特点如下：▲与TTL电平兼容；

▲分辨率为8位；▲

建立时间为1uS；▲

满刻度误差为±1/2LSB；▲功耗为20mW；

▲电流输出型D/A转换器。1.DAC0832内部结构

10.1.3.18位D/A转换器DAC0832的结构原理及引脚2.DAC0832的外部引脚▲VREF参考电压输入端，转换基准，要求数值正确，稳定性好；▲VCC工作电压输入；▲AGND模拟地；DGND数字地；▲DI7-DI0数据输入端；▲IOUT1、IOUT2互补电流输出；为了输出电压，须加I/V转换电路；

▲RFB片内反馈电阻引脚；与运放配合构成I/V转换器；（15K）▲ILE输入锁存使能输入；▲CS片选▲WR1、WR2

写命令输入；▲XFER传输控制信号输入；1.DAC0832的三种工作方式直通方式：

ILE为高，CS、WR1、WR2、XFER都接数字地，特点为8位数字量可直接加到8位D/A转换器上；

单缓冲方式：

只要把两个寄存器的任何一个接为直通方式，另一个锁存数据；双缓冲方式：情况1：需要在程序控制下,把要转换的数据先打入输入寄存器，然后在某个时刻启动D/A转换；情况2：需要同步进行D/A转换的多路DAC系统中。工作方式

直通方式、单缓冲方式、双缓冲方式；10.1.3.2DAC0832的工作方式及输出方式2.DAC0832的输出方式⑴单极性输出输出电压为：⑵双极性输出输出电压为：10.1.3.3DAC0832的应用举例1.单缓冲方式应用D/A变换器的输出驱动程序例产生锯齿波

……A1：MOV

DX，278H；端口地址送DXMOVAL，00H；准备起始输出数据L1：OUTDX，AL；DECALCALLDELAY；延迟

JMPL1；循环形成周期锯齿波

……

例输出三角波要求上限为2.5V，下限为－2V。设置初值设置0832地址转换比较最大值N

Y

反向输出

MOVDX，278H；0832芯片地址

MOVAL，4DH；下限

AAl：OUTDX，ALINCAL；修改输出数据

CMPAL，0C0HJNZAA1AA2：OUTDX，AL；输出0C0HDECALCMPAL，4DHJNZAA2JMPAA1；循环产生三角波－２V２.5V2.双缓冲方式应用例使用DAC0832产生两路不同极性的方波信号，相位关系如图10-10所示，试进行软硬件设计。硬件电路图如图10-11所示程序如下：例利用8255和0832输出产生锯齿波，波形范围0～5V，0832工作在直通方式下，8255芯片地址是04A0H、04A2H、04A4H、04A6H。电路图如下：3.直通方式应用产生0-5V锯齿波电压程序：MOVDX，04A6H；8255控制口

MOVAL，80H；设A口输出方式

OUTDX，ALMOVDX，04A0H；8255A口地址(0832)

MOVAL，00H；输出数据初值AA1：OUTDX，ALINCALCMPAL，FFHJNZAA1MOVAL，00H；输出数据初值

JMPAA1设置8255控制口设置8255工作方式输出8255控制字比较最大值N

Y设置0832地址设置输出初值输出设定值初值整加1设置输出初值10.1.412位D/A转换器DAC1210芯片及其接口技术DAC1210主要特点如下：▲分辨率12位；

▲具有双寄存器结构，可对输入数据进行双重缓冲；▲

输出电流稳定时间为1uS;▲

工作电流+5V～+15V，参考电压为VREF为-10V～+10V；▲功耗低，约20mW；

▲电流输出型D/A转换器。1.DAC1210内部结构

10.1.4.112位D/A转换器DAC1210的结构原理及引脚2.DAC1210的外部引脚10.1.4.2DAC1210的工作方式及输出方式DAC1210有两种工作方式，一种是单缓冲方式，另一种是双缓冲方式。10.1.4.3DAC1210的应用举例例DAC1210单缓冲工作与16位CPU的接口电路如图10-16所示，要求通过DAC1210产生1V～4V范围的三角波信号输出。

DAC1210的端口地址为210H10.2模/数（A/D）转换A/D转换的基本过程模拟量是时间上和幅值上都连续的一种信号，模拟量经过采样后得到的信号是时间上离散的，幅值上连续的信号，即离散信号，这一过程就是采样。计算机对这种离散信号不能处理，计算机只能处理数字量，所以必须把离散信号在幅值上也进一步离散化，这一过程就是量化过程。10.2.1A/D转换器的工作原理1.逐次逼近法2.双积分法⑴分辨率(△)

ADC所能分辨的最小模拟信号的能力；即输入数据发生1LSB

的变化时所对应的输出模拟量的变化。⑵转换时间

A/D转换器完成一次转换所需要的时间；转换时间的倒数称为转换速率。⑶量程_所能转换的输入模拟电压的最大范围。⑷绝对精度

也称绝对误差，指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值

与理论值之间的差值。⑸相对精度_满刻度值校准后，任一数字输出所对应的实际模拟输入值与理

论值（中间值）之差。△=FSR(满程量）N210.2.2A/D转换器的性能参数10.2.38位A/D转换器ADC0809芯片及其接口技术ADC0809主要特性如下：▲分辨率8位；

▲

转换时间为100uS;▲

工作温度范围：-40℃～+85℃；▲功耗为15mW；▲8路模拟输入通道，通道地址锁存并译码；▲单一5V电源供电，模拟输入电压范围为0V～+5V，

不需零点和满刻度校准；▲与TTL兼容三态数据输出，易与微处理器相连；▲时钟频率为10KHz～1280KHz。10.2.3.18位A/D转换器ADC0809的结构原理及引脚1.ADC0809内部结构2.ADC0809的外部引脚IN0-IN7

8通道模拟量输入端；A、B、C通道输入选择端；ALE

地址锁存控制信号;D7-D0

结果数据输出端；START启动转换命令输入端,

正脉冲;EOC转换结束指示，转换时为低；OE

输出使能端，加高电平时打开输出缓冲器三态门，读出数据；CLOCK时钟输入信号，频率范围

10KHz～1.2MHz；REF(+)REF(-)参考电压输入端，通常REF(-)接地，参考电压从REF(+)引入；当REF(+)=5V时，输入范围0-5V。3.ADC0809的工作时序启动转换START地址锁存ALE通道地址输出使能OE输出数据D7-D0数据转换结束EOC64CLK转换开始转换中转换结束1-8个时钟周期编程需判断两次—ADC0809与系统总线的连接，主要是正确处理数据输出线、启动信号START和转换结束信号EOC与系统总线连接的问题4.ADC0809与PC总线的接口

1)数据输出线的连接

0809芯片具有三态输出锁存器，它的数据输出线可以直接和CPU的数据总线相连，当CPU不读取数据时，呈高阻态。

2)启动转换信号START的连接

0809的启动信号START要求一个正脉冲信号，通常由CPU控制发出。

3)转换结束信号EOC的处理

A／D转换结束时，0809发出转换信号EOC，以通知CPU读取转换数据。但在A／D转换过程中，从开始转换到转换结束需要一段时间。为了正确无误地读取转换结果，常采用以下三种方式：

延时方式：CPU在输出启动信号START后延时一段时间（〉64CLK），

直接读取A/D转换结果；

中断方式：可以利用EOC向CPU申请中断,中断响应后，在中断服务程序中读取A／D转换结果；

查询方式：可将EOC信号经三态缓冲器送到CPU的数据总线某一位或并行I／Q接口芯片的某一位。当CPU启动A／D转换后,靠不断查询这一信号的状态，来确定转换是否已经结束。10.2.3.2ADC0809的应用举例例ADC0809与PC总线的连接电路如图10-23所示，编程实现：⑴采用查询方式，依次对8路模拟信号轮流采样一次，并将转换

结果存放到数据存储区的Data开始的内存中；⑵采用延时方式对IN5通道连续采集8次数据，求平均值（取整）

后将其存入变量AVR单元中。MOVAX,SEGDataMOVDS,AXLEADI,DataMOVCX,08HMOVAH,00HMOVDX,2F1HLOP1:MOVAL,AHOUTDX,ALMOVDX,2F0HLOP2:INAL,DXTESTAL,80HJZLOP2MOVDX,2F1HINAL,DXMOV[DI],ALINCAHINCDILOOPLOP1HLT解：⑴程序设计如下：MOVAX,SEGDataMOVDS,AXMOVCX,08HMOVBX,00HMOVAH,05HMOVDX,2F1HLOP1:MOVAL,AHOUTDX,ALCALLDelayINAL,DXADDBL,ALADDCBH,00HMOVDX,2F1HLOOPLOP1MOVCL,3SHRBX,CLMOVAVR,BL⑵程序设计如下：ADC0809芯片通过8255A与PC总线连接例、设有8路模拟量（0-5V）输入信号，要求每一次都从0通道开始顺序将8条通道输入的模拟量转换成数字量，并将转换的数据存入附加段中DATA_BUF开始的单元中（方法：查询）8255A的端口地址为320H～323H查询方式：8255的A口输入,C口的低4位用作输出，C口高4位用作输入AD_SUBPROCMOVCX，8；CX作数据计数器

CLD；清方向标志

MOVBL，00H；模拟通道号存在BL中

LEADI，DATA_BUF；缓冲区偏移地址NEXT_IN:MOVDX，322H；C口地址

MOVAL，BLOUTDX，AL；输出通道号

MOVDX，323H；指向控制口

MOVAL，00000111B；PC3置1OUTDX，AL；送出开始启动信号

NOP；延时

NOPMOVAL，00000110B；PC3复位

OUTDX，AL