第十章DA、AD转换接口

第十章D/A、A/D转换接口（6学时）现代计算机接口技术退出第一节

D/A转换（2学时）

知识概述

第二节A/D转换（4学时）第一节D/A转换

（2学时）

D／A转换器：指将数字量转换成模拟量的电路。数字量输入的位数有8位、12位和16位，输出的模拟量有电流和电压。退出现代计算机接口技术10.1.1D/A转换器的性能参数1.分辨率：指D／A转换器所能分辨的最小电压。有时也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数表示。2.转换精度：指D／A转换器实际输出电压与理论值之间的误差。一般采用数字量的最低有效单位

LSB来衡量。退出现代计算机接口技术10.1.13.温度灵敏度这个参数表明D／A转换器受温度变化影响的特性。它是指数字输入不变的情况下，模拟出信号随温度的变化。一般D／A转换器的温度灵敏度为50PPM／°C，PPM百万分之一。4.建立时间建立时间是指从数字输入端发生变化开始，到输出模拟值稳定在额定值的1／2LSB所需的时间，是D/A转换速率快慢的—个重要参数。5.输出电平不同型号的D／A转换器件的输出电平相差较大，一般为5V~10V。现代计算机接口技术退出

10.1.2D/A芯片介绍但是，不管DAC芯片种类有多少，从与CPU接口的角度看，无非有这样几类：片内有无输入缓存器：有无输入缓冲器的DAC，也有片内具有单级输入缓冲器或双级输入缓冲器DAC。分辨率不同：有8位的DAC，也有高于8位的DAC，如10位、12位等。数据格式的不同：有并行输入的DAC，串行输入的DAC，也有串/并输入。现代计算机接口技术退出10.1.2

一、8位D/A转换芯片DAC0832是常用的8位数／模转换芯片，数据输入方法可以是双缓冲、单缓冲或直接输入。特别适用于要求几个模拟量同时输出的场合，与微处理机的接口方便。DAC0832具有以下主要特性：满足TTL电平规范的逻辑输入；分辨率为8位；建立时间为1µs；功耗20mw；电流输出型D／A转换器。现代计算机接口技术退出10.1.21.DAC0832的内部结构DAC0832的结构框图和引脚如图10.1所示。DAC0832具有双缓冲功能，就是输入数据可分别经过两个寄存器保存。第一个寄存器称为8位输入寄存器，寄存从数据线输入的数据，第二个寄存器称为8位DAC寄存器，8位的D/A转换器是把该DAC寄存器锁存的数据转换成相应的模拟电流。2.DAC0832的外部引脚（1）与CPU相连的引脚D0~D7：8位数据输入端。ILE：锁存允许信号，输入、高电平有效。是第一级8位输入寄存器的锁存的控制信号之一。现代计算机接口技术退出10.1.2：片选信号，输入、低电平有效。它与ILE信号结合起来用以控制是否起作用。：写信号1，输入、低电平有效。在ILE和CS有效时，用它将数据锁存于输入寄存器中。：写信号2，输入、低电平有效。在有效的条件下，用它将输入寄存器中的数据传送到8位DAC寄存器中。：传送控制信号，输入、低电平有效。它和一起控制8位DAC寄存器的锁存。（2）与外设相连的引脚IOUT1：DAC电流输出1。它是逻辑电平为l的各位输出电流之和。IOUT2：DAC电流输出2。它是逻辑电平为0的各位输出电流之和。

现代计算机接口技术退出10.1.2Rfb：反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈电阻。（3）其它VREF：基准电压输入端。一般在-10V~+10V范围内，由外电路提供。VCC：逻辑电源。在+5V~+15V范围，最佳+15V。AGND：模拟地。为芯片模拟电路接地点。DGND：数字地。为芯片片数字电路接地点。

现代计算机接口技术退出10.1.23.DAC0832的三种工作方式DAC0832的工作过程如下：首先在ILE、及三个控制信号都有效时，把数据线上的8位数据锁入输入寄存器中，同时数据送到8位DAC寄存器的输入端。在、都有效的情况下，8位数据再次被锁存到8位DAC寄存器，同时数据送到8位D／A转换器的输入端，这时开始把8位数据转换为相对应的模拟电流从IOUT1和IOUT2输出。针对两个寄存器锁存信号的控制方法形成DAC0832的三种工作方式。1）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。2）单缓冲方式此时两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D／A转换电路。3）直通方式此时两个寄存器都处于直通状态。现代计算机接口技术退出10.1.24.DAC0832应用实例

例10-1利用图10.2提供的接口，通过DAC0832输出产生三角波，三角波最高电压5V，最低电压0V。二、12位D/A转换芯片DACl210的主要特性如下：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1µs；外接10V的基准电压，工作电源+5V~+15V；功耗低，约200mw；电流输出型D／A转换器。现代计算机接口技术退出10.1.21.DAC1210的内部结构及引脚DAC12l0的内部结构及引脚如图10.3所示。DACl210的内部结构与DAC0832非常相似，也具有双缓冲输入寄存器，不同的是DACl210的双缓冲和D／A转换均为12位。DACl210的内部由一个8位锁存器、一个4位锁存器、一个12位DAC锁存器及12位D／A转换器组成。

2.DAC1210的引脚功能（1）与CPU相连的引脚DI0~DI11：12位数据输入端。现代计算机接口技术退出10.1.2：片选信号，输入、低电平有效。：写信号1，输入、低电平有效。在有效时，用它将数字锁存于第一级锁存器中。BYTE1/：12位／4位输入选择，输入。高电平时，高8位和低4位输入锁存；低电平时，低4位输入锁存。：传送控制信号，输入、低电平有效。：写信号2，输入、低电平有效。在有效的条件下，第一级锁存器中的数据传送到第二级的12位DAC寄存器中。（2）与外设相连的引脚IOUT1：DAC电流输出1。它是逻辑电平为l的各位输出电流之和。IOUT2：DAC电流输出2。它是逻辑电平为0的各位输出电流之和。Rfb：反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈电阻。现代计算机接口技术退出10.1.2（3）其它VREF：基准电压输入端。VCC：逻辑电源。AGND：模拟地。DGND：数字地。3.DAC1210的应用实例由于DAC1210具有两级缓冲，所以可与CPU的数据线直接相连，PC机总线与DAC1210连接如图10.4所示。现代计算机接口技术退出10.1.2一个数据的转换的过程是：当译码输出=0，且=0时，使引脚BYTE1/为高电平，则向DAC1210写入高8位数据；当=0，且=0时，使引脚BYTE1/为低电平，则向DAC1210写入低4位；当=0，且=0时，则12位数据一起写入DAC1210的第二级DAC寄存器，进行D/A转换，避免12位数据不是一次送入DAC转换器而使输出产生瞬间毛刺。这个转换过程可用下列程序段完成。 MOV DX,340H MOV AL,DataH OUT DX,AL INC DX MOV AL,DataL OUT DX,AL INC DX OUT DX,AL现代计算机接口技术退出第二节A/D转换（4学时）

A／D转换器是指通过一定的电路将模拟量转变为数字量。A／D转换后，输出的数字信号有8位、l0位、12位和14位。现代计算机接口技术退出10.2.1A/D转换器的主要性能参数1.分辨率分辨率是指A／D转换器能分辨的最小模拟输入量。通常用能转换成的数字量的位数来表示，如8位、10位、12位、15位等。2.转换时间转换时间是A／D完成一次转换所需的时间。3.量程量程是指所能转换的输入电压范围。4.精度A／D转换精度分为绝对精度和相对精度两种。现代计算机接口技术退出10.2.1（1）绝对精度：是指对应于—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。（2）相对精度：由相对误差决定。相对误差是指绝对误差与满刻度值之比，—般用百分数表示。例如，对于—个8位0~5V的A／D转换器，如果其绝对误差为：

5=19.5mV则其相对误差为0.39%。现代计算机接口技术退出一、采样保持电路1.采样：说是把一个时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串，脉冲的幅度取决于输入模拟量。2.保持：是将采样得到的模拟量值保持下来，使之等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。3.最基本的采样保持电路如图10.5所示。其采样、保持的示意图如图10.6所示。4.采样定理：理论和实践都证明，只要满足下列条件，采样保持得到的输出信号在经过信号处理后便可还原成原来的模拟输入信号：现代计算机接口技术退出10.2.2A/D转换的辅助电路

10.2.2其中，为采样频率，为输入信号I的最高次谐波分量的频率。这就是采样定理。在实际中一般取为的4~5倍。二、多路转换开关在实际应用时，要解决多个回路和A／D、D/A转换器之间的切换问题。一般采用两种方法：1.一种方法是用独立的多路转换模拟开关轮流切换各回路和A／D、D／A之间的通路，对于A／D转换来说，要用到多路输入一路输出的模拟开关电路，对于D／A转换来说，要用到一路输入，多路输出的模拟开关电路。2.另一种方法是选择带有转换开关的A／D、D／A转换器，比如A／D0809就是带有8路模拟信号输入端一路输出切换开关的A／D转换器。现代计算机接口技术退出10.2.2三、三态门A/D转换器的数据输出是否能直接与CPU数据总线相连，要看数据输出端是否具有可控的三态输出门。现代计算机接口技术退出10.2.3 A/D芯片介绍

一、8位A/D转换芯片ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式A／D转换器，内部结构和引脚图如图10.7所示。

1.ADC0809的内部特性1)通道选择开关2)通道地址锁存和译码3)逐次逼近A／D转换器4)8位锁存器和三态门现代计算机接口技术退出10.2.32.ADC0809引脚功能1)与CPU相连的引脚2-1、2-2、…、2-8：8位数字量输出端。START：A／D转换启动信号，输入，高电平有效。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。它们与模拟信号的关系如表10.1所示。ALE：地址锁存允许信号，输入、高电平有效。OE：输出允许信号，输出、高电平有效。EOC：A／D转换结束信号，输出、高电平有效。2)与外设相连的引脚IN0~IN7：8路模拟信号输入端。现代计算机接口技术退出10.2.33)其它引脚CLK：时钟脉冲输入端。REF(+)、REF(-)：基准电压。—般与微机接口时，REF(-)为0或-5V，REF(+)为+5V或0。ADC0809的工作过程如下：首先确定ADDA、ADDB、ADC三位地址选择哪一路模拟信号，然后使ALE＝1，使该路模拟信号经选择开关到达比较器的输入端。启动START，START的上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启功A／D转换。这时EOC输出信号变低，指示转换正在进行。A／D转换结束，EOC变为高电平，指示A／D转换结束。此时，数据已保存到8位锁存器。EOC信号可作为中断申请信号，通知CPU转换结束，可以输入数据。中断服务程序所要做的事情是使OE信号变为高电平，打开三态输出，由ADC0809输出的数字量传送到CPU。也可以采用查询方式，CPU执行输入指令，查询EOC端是否变化高电平状态。若为低电平，则等待；若为高电平，则给OE端输入一个高电平信号，打开三态门读入数据。现代计算机接口技术退出10.2.33.ADC0809应用实例ADC0809典型的连接电路如图10.9所示。下面的程序是采用软件延时方法（延时时间应大于128µs），分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次将转换结果转存到数据存储区的Data开始的内存中。上面程序实际上采用的是无条件的输入/输出方式，如果我们将EOC连接到8259的IRQ7端，设8259的端口地址为20H、21H，IRQ7的中断类型号为0FH，则采用中断方式的A/D转换程序。现代计算机接口技术退出10.2.3四、12位A/D转换芯片AD574A是12位的A/D转换器，其主要特性：12位逐次逼近型快速A／D转换器；转换时间为25µs；输入电压可以是单极性0~+100V或0~20V，也可以是双极性-5V~+5V，-10V~+10V；可由外部控制进行12位或8位转换。12位数据输出分为三段，A段为高4位，B段为中4位，C段为低4位。三态分别经三态门控制输出；内部具有三态输出缓冲器，可直接与8位或16位的CPU数据总线相连；功耗390mW。1.内部功能其内部结构与引脚如图10.10所示。现代计算机接口技术退出10.2.3内部结构主要包括逐次逼近寄存器SAR、D／A转换器、比较器、时钟以及控制逻辑电路等。2.外部引脚（1）与CPU相连的引脚12/：输出数据方式选择控制信号，输入。当接高电平时，输出数据是12位字长；当接低电平时，将转换输出的数变成两个8位字输出。A0：转换数据长度选择控制信号，输入。当A0为高电平时，启动转换，进行8位转换；当A0为低电平时，启动转换，进行12位转换。：片选信号，输入、低电平有效。R/：读出或转换控制选择信号，输入。当为低电平时，启动转换；当为高电平时，可将转换后的数据读出。现代计算机接口技术退出10.2.3CE：芯片允许信号，输入、高电平有效。该信号与CS信号一起有效时，AD574才可以进行转换或从AD574输出转换后的数据。AD574A的逻辑真值表如表10.2所示。DB0~DB11：12位数字量输出端、三态。STS：转换状态信号，输出、低电平有效。在A/D转换期间为高电平，转换结束为低电平。从转换被启动并使STS变高电平一直到转换周期完成这一段时间内，AD574A对再来的启动信号不予理睬，转换进行期间也不能从输出数据缓冲器读取数据。现代计算机接口技术退出10.2.3（2）与外设相连的引脚10VIN：单极性0~+10V范围输入端，双极性5V范围输入端。20VIN：单极性0~+20V范围输入端，双极性10V范围输入端。（3）其它：VCC：正电源，其范围为0~+16.5V。REF入：参考电压输入。REF出：+10V参考电压输出AC：模拟地。DC：数字地。VEE：负电源，可选-11.4~-16.5V之间的电压。BIPOFF：双极性偏移，在使用中用于偏移值的调整。无须调整时，单极性输入时接模拟地（AC），双极性输入时接REF出。现代计算机接口技术退出10.2.33.AD574A应用实例AD574A有单极性和双极性两种模拟输入方式。1）单极性输入的接线和校准单极性输入的接线如图10.11(a)所示。2）双极性输入的接线和校准双极性输入的接线如图10.11(b)所示。作为一个实例，图10.12给出了12位分辨率的AD574A与8位PC总线的查询式接口电路。。图中的状态口地址为310H，高8位口地址为312H，低4位口地址为313H。以图10.