第13章-模拟输入输出技术课件

第13章 模拟输入输出技术13.1 模拟输入输出技术13.2 数模（D/A）转换器13.3 模数（A/D）转换器13.1模拟输入输出系统A:Analog(模拟量)D:Digital(数字量)图13.1 典型微型计算机测控系统13.2数模（D/A）转换器输入：D(n位数字量)说明：输出：VO(模拟量)VREF

：参考电压VO=K×D×VREF其中，K为常数图13.2 D/A转换器示意13.2.1D/A转换的原理D/A转换器的基本组成：电阻（或电容）网络（核心）模拟切换开关基准电压运算放大器一、T型电阻网络DAC图13.3 T型电阻网络DAC通式：叠加原理：假设RF=3R：Vo=-I∑RF推广到n位：T形电阻网络DAC的优缺点：优点：

电阻的取值只有R和2R两种，易于集成，

转换精度高。

缺点：

当输入数字信号发生变化，使开关变换接

通方向时，流过开关的电流方向发生改

变，容易产生毛刺和影响工作速度。改进：倒T形电阻网络DAC二、倒T型电阻网络DAC图13.4倒T型电阻网络DAC通式：叠加原理：假设RF=3R：Vo=-I∑RF推广到n位：倒T形电阻网络DAC的优缺点：优点：

保证电流始终能以一个方向流过开关，提

高转换精度。缺点：

由于模拟开关的导通电阻和各支路电阻串

联，电阻值将附加在各支路的电阻上，从

而降低转换精度。改进：电流激励型DAC13.2.2DAC的主要性能指标一、分辨率：最小输出电压VLSB和满量程输出电压VFSR之比。最小输出电压：VLSB

－－当输入数字量D=00…01时的输出满量程输出电压：VFSR

－－当输入数字量D=11…11时的输出分辨率：说明：DAC位数越多，分辨率越高2.转换精度

DAC的转换误差是指实际模拟输出值与理想值之间的误差程度。该指标是一项综合性的静态性能指标。转换误差绝对误差：用VLSB的倍数表示相对误差：绝对误差与满量程输出的比值3.建立时间DAC的建立时间是指从数字量输入到完成转换且输出达到终值误差的±1/2LSB所需时间。该指标是一项动态性能指标。图13.5 DAC的建立时间13.2.3典型DAC芯片DAC0832DAC0832是采用CMOS工艺制成的R-2R倒T型电阻网络8位D/A转换器，20脚DIP封装，内部带有两级8位锁存。该器件不仅可用于一般数字系统和模拟系统之间的接口电路，而且可以直接与8位微型计算机接口，是目前使用较为广泛的一种集成DAC器件。一、DAC0832引脚功能图13.6 DAC0832引脚功能框图二、DAC0832工作方式（1）直通方式

两个锁存器均处于直通状态，输入的数据直接送至D/A转换器进行转换并输出。（2）单缓冲方式

两个锁存器中一个处于直通状态，而只控制另一个锁存器的锁存（3）双缓冲方式

两级锁存器都受控。该缓冲方式常用于要求多个模拟量同时输出的场合，以提高转换的速度。三、DAC0832的模拟输出方式

图13.7 DAC0832单极性电压输出示意图（1）单极性输出输出电压为0~-VREF图13.8 DAC0832双极性电压输出示意图（2）双极性输出输出电压为-VREF~+VREF13.2.4D/A转换接口技术分类：有输入锁存器D/A与PC机的连接不带输入锁存器D/A与PC机的连接一、有输入锁存器D/A与PC机的连接图13.9 PC机与DAC0832连接示意图[例13.1]

设DAC0832工作在单缓冲方式下，单极性输出，端口地址为350H，VREF=-5V，现利用该转换器进行D/A转换，产生一个如图13.10所示三角波。图13.10 D/A产生三角波（1）确定上、下限所对应的数字量。 上限：Dup=3/(5/28)=153.6=99H

下限：Ddowm=1/(5/28)

=51.2=33H（2）编写程序。 采用从下限值开始逐次加1，直到上限值，然后在将上限值

逐次减1，直到下限值，如此重复，D/A转换器输出的就是一个

三角波。程序如下：TRIANG PROC FAR MOV DX，350H MOV CX，066H MOV AL，33HZ1： OUT DX，AL ；形成上升斜坡

INC AL ；AL加1 LOOP Z1 ；循环102次 MOV CX，066HZ2： DEC AL OUT DX，AL ；输出下降斜坡

LOOP Z2 JMP Z1 RETTRIANG ENDP二、不带输入锁存器D/A与PC机的连接图13.11 PC机与DAC0808连接示意图[例13.2]如图13.11所示，假设译码器输出地址为0030H，8位数字量放在数据段的1000H中，将其转换成模拟量的程序片断如下：MOV BX，1000HMOV DX，0030HMOV AL，[BX]OUT DX，AL ；锁存到74LS273中，并转换13.3模数（A/D）转换器13.3.1A/D转换的步骤图13.12 采样过程示意图一、采样和保持采样：以一定的周期读取输入电压信号。保持：使读取的信号在周期内不变。二、量化和编码图13.13 量化过程示意图量化：把取样电平归化到最接近的离散电平上。编码：用二进制码表示离散电平。13.3.2ADC的主要技术指标2.转换精度：

绝对精度：实际值与理论值之间的最大差值

相对精度：绝对精度与满量程输出比值

3.转换时间：ADC完成一次转换所需的时间。1.分辨率：输出数字量最低位变化时所对应的输入模拟量的变化量，即ADC所能分辨的输入模拟量的最小值。因此，当ADC的位数为n，最大输入电压为Vmax时，分辨率为：13.3.3ADC工作原理一、并行高速ADC并行ADC的优缺点：优点：转换速度高(100MHz以上)

缺点：器件量过大，精度不高。二、双积分式ADC图13.15双积分式ADC原理图缺点：转换速度较低；优点：抗干扰能力较强，转换精度较高。三、逐次比较式ADC图13.16 逐次比较式ADC原理图表13.28位逐次比较式ADC的转换过程步骤逐次比较寄存器内容VA≥Vo比较器判断2726252423222120码值110000000128否去码20100000064是加码30110000096是加码401110000112否去码501101000104否去码601100100100是加码701100110102是加码801100111103是加码13.3.4典型ADC芯片ADC0809ADC0809是采用CMOS工艺制成的8位逐次比较式ADC。其内部包括8路模拟开关，并由地址锁存及译码器选择其中一路进行A/D转换，三态输出锁存缓冲器在OE（输出允许）信号的控制下完成数据输出。图13.17ADC0809引脚功能框图13.3.5A/D转换接口技术图13.18PC机与ADC080