第10章 数模模数转换器

第10章模/数和数/模转换本章重点D/A转换的原理，D/A转换的分辨率和精度的含义计数式A/D转换、双积分式A/D转换和逐次逼近式A/D的原理利用软件实现A/D转换的方法10.1概述模/数和数/模用途：控制和测量仪表

10.2数/模(D/A)转换器数/模转换的原理数字量－>模拟量

把数字量的每一位的代码按照权转换成对应的模拟量，再把各模拟量相加，这样得到总的模拟量对应要转换的数据。

例如：二进制到十进制的转换：（1011）2＝（11）10D/A转换也利用这个原理。转换过程通过T型网络实现数字量到模拟电流的转换，再通过运算放大器完成模拟电流到模拟电压的转换。10.2.1数/模转换的原理运算放大器的工作特点和原理T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器分辨率和精度T型权电阻网络

1.运算放大器的工作特点和原理特点：开环放大倍数非常高，几千甚至十万，所以正常情况下输入电压都很小。输入阻抗非常大，输入电流几乎为0。输出阻抗很小，驱动能力很大。1.运算放大器的工作特点和原理运算放大器有两个输入端：同相端（+）、反相端（-）和一个输出端如图a.同相端接地，输入电压Vi非常小，电位接近0，同时，由于输入阻抗很大，输入电流也几乎为0，一般把这种电压近似位0，输入电流也近似为0的情况称为虚地。1.运算放大器的工作特点和原理2.由T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换器权电阻D/A转换的含义若用4位二进制转换0～150mv的模拟信号，即:Vomax=150mv将0~150mv按2n-1均分，再重新组合。数字量－模拟量0000－0mv0001－10mv0010－20mv0011－30mv……－……1111－150mv3.T型权电阻网络采用T型电阻网络的D/A转换器

在D/A转换中，如果采用独立的权电阻，那么对于一个8位的D/A转换器，需要R、2R、4R、8R……128R不同型号的电阻，工艺上很难保证这么准确的电阻，影响转换的绝对精度。实际中，使用T型电阻网络如图：3.T型权电阻网络无论K打向哪边，都是接地，所以C点电压不变，但是输入电流发生变化类似二进制到十进制的转换10.2.2D/A转换器的指标1.分辨率

分辨率反应D/Ａ转换的灵敏度，是指D/A转换器能辨别的最小电压增量，通常用最低有效位对于的模拟量表示，如满量程为VFS,则n位D/A的分辨率

例如：8位DA满量程10V，那么10V/(28-1)=39.2mv,则分辨率39.2mv10.2.2D/A转换器的指标2.转换精度(绝对和相对)：

（1）绝对转换精度：每个输出电压接近理想值的程度，主要与标准电源精度、权电阻的精度有关。（2）相对转换精度：

绝对精度相对于满量程输出的百分比，又用最低位(LSB)的几分之几表示，如一个D/A的相对转换精度是(LSB)/2，那就意味着可能出现的最大误差是10.2.2D/A转换器的指标3.转换速率:大信号工作时，模拟输出电压最大变化速度。4.建立时间:大信号工作时，D/A输出模拟电压某个标准范围（终值±(LSB)/2）所要的时间。5.线性误差：在D/A转换过程中，两个相邻的数之间的差是1，如果数字量连续变化，在输出模拟电压就线性变化，但实际输出不是理想的线性，所以把偏离理想的最大值成为线性误差。10.2.3DAC0832的工作方式和应用1.DAC0832的功能结构

DAC0832的功能示意图D7~D0IOWA9~A0AEN系统总线DI0~7WR1ILECSDAC0832译码器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVout图10-3DAC0832一级锁存方式连接+5V200H这四个信号共同决定着DAC0832的工作方式。此时表示一级锁存；当四个信号线都接地表示无锁存；当四个线号线都不接地表示二级锁存计科（高职）08-1张明霞制作DAC0832有三种工作方式：（1）两级锁存方式（2）一级锁存方式（3）无锁存方式注：在DAC实际连接中，要注意区分“模拟地”和“数字地”的连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字地，而模所量部分只能连接到模拟地。采用单缓冲方式连接如图10-3所示。利用DAC可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如输出锯齿波、三角波的程序段如下：

TRG：MOVDX，200HMOVAL，0HTN1：OUTDX，ALINCAL计科（高职）08-1张明霞制作

JNZTN1MOVAL，0FFHTN2：OUTDX，ALDECALJNZTN1

…………输出锯齿波程序段如下：TRG：MOVDX，200HMOVAL，0HTN：OUTDX，ALINCALJMPTN

…………计科（高职）08-1张明霞制作3.DAC0832的信号下图是DAC0832的引脚图DAC0832信号定义：CS# 片选信号ILE允许锁存信号WR1# 写信号1WR2# 写信号2XFER# 传送控制信号

DI7～DI08位的数据输入端IOUT1

模拟电流输出端IOUT2

模拟电流输出(差分方式)RFB 反馈电阻引出VREF 参考电压VCC

电源AGND 模拟地DGND 数字地DAC0832的外部连接

4.DAC0832的外部接线图编程实现D/A转换例1：实现一次D/A转换。 MOV BX，1000H ；假设数据放在1000H中 MOV AL，〔BX〕 ；数据送AL中 MOV DX，PORTA ；PORTA为D/A端口号 OUT DX,AL

锯齿电压例2：产生一个锯齿电压。 MOV DX，PORTA ；PORTA为D/A端口号 MOV AL，0FFH ；初值为0FFHROTATE： INC AL OUT DX，AL ；往D/A输出数据 JMP ROTATE锯齿电压例3：锯齿周期用延时调整。 MOVDX，PORTA ；PORTA为D/A端口号 MOVAL，0FFH ；初值为0FFHROTATE： INCAL OUTDX，AL ；往D/A输出数据 MOVCX,DATA;延时常数CALLDELAYJMPROTATEDELAY:LOOPDELAY;延时子程序RET10.3模/数(A/D)转换器模/数转换涉及的参数模/数转换的方法和原理模/数转换器和系统连接时要考虑的问题10.3.1模/数转换涉及的参数1.分辨率：能够分辩最小的量化信号能力，常用位数表示，如N为A/D的分辨率2N位2.转换精度转换精度反应了A/D转换的输出接近理想输出的精确程度，通常用数字量的最低有效位表示，如果数字量的最低有效位对应模拟量的△,那么称△为最低有效位当量。误差范围转换精度±△/2±0LSB±△3/4±1/4LSB3.转换率:完成一次A/D转换所用时间的倒数。例如:t=200ns,则转换率=5MHz例如：4位A/D来转换150mv,那么，LSB＝10mv，理论上10mv对应数子量0001,实际上5～15mv都可以看成0001,误差5mv

f(t)

fs(t)

s(t)

t

s(t)

t

tA/D转换器工作原理1）采样A/D转换器工作原理采用保持电路两种状态：采样状态保持状态下图为采样保持电路的原理图开关闭合：采样。输出随输入的变化而变化开关打开：保持。电容是充电的最终电压值，输出保持不变。A/D转换器工作原理

量化装置X(t)y(t)X(t)y(t)

0

a

2a

3a

4a

5a

a

2a

3a

4a

5a2）量化——以一定的量化单位，把数值上连续的模拟量通过量化装置转变为数值上离散的阶越量的过程。10.3.2模/数转换的方法和原理A/D转换方法：计数式双积分式逐次逼近式用软件和D/A转换器实现A/D转换1.计数式A/D转换2.双积分式A/D转换(a)电路工作原理 (b)双积分原理

3.逐次逼近式A/D转换第1次用10000000试探如果小于，第2次用11000000试探如果大于，第2次用01000000试探4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换逐次逼近过程的例子4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换程序如下：START： XOR AX，AX ；累加器清零 MOV BL，80H ；初值为80H（10000000） MOV CX，08H ；计数初值为8AGAIN： ADD AL，BL ；计算试探值

MOV BH，AL ；保留试探值OUT PORTA，AL ；PORTA是锁存器地址IN AL，PORTS ；PORTS是输入端口的地址AND AL，01；取状态位D0是标志

4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换JZ END1 ；如状态位为0，则说明试探值太小，存此位

MOV AL，BLNOT AL ；求反 AND AL，BH ；使试探位为0 MOV BH，AL ；保存试探值END1： ROR BL，1 ；右移，得下一个试探值(01000000) MOV AL，BH；上次试探值备份 LOOP AGAIN ；继续进行试探和测试

… ；后续程序段10.3.3模/数转换器和系统连接时要考虑的问题1.模拟电压输入2.数据输出线和系统总线的连接3.启动信号的供给4.转换结束数据的读取5.模拟电路和数字电路的接地10.3.4

ADC0809

1.ADC0809功能结构10.3.4

ADC0809

2.ADC0809和系统的连接10.3.5

AD5701.查询方式读取A/D结果10.3.5

AD5701.查询方式读取A/D结果MOVAL，92H；端口A

B为输入方式；端口C为输出方式OUTPORTCT，AL；PORTCT为控制口MOVAL，01OUTPORTC，AL；使PC0为1，PORTC为C端口MOVAL，00OUTPORTC，AL ；使PC0为0，启动A/D转换IN AL，PORTB；读取端口B中的状态RCRAL，01 ；如PB0为1，则再查询JC WMO