第10章 AD与DA转换器接口

第10章A/D与D/A转换器接口

主要内容：1、UNIX系统的基本常识

2、UNIX的shell3、UNIX系统启动及用户登录过程

4、UNIX常用命令介绍5、UNIX系统体系结构重点内容：UNIX常用命令1第10章A/D与D/A转换器接口

§10A/D与D/A转换器CPUA/DD/A传感器检测电路被控制对象调节器执行机构模拟量检测与转换模拟量转换成数字量数字量转换成模拟量2第10章A/D与D/A转换器接口

§10·1数模转换器D/A一、D/A转换原理模拟转换标准电压（+/-10V、5V）放大器数字开关控制数字接口……电流ΣIi电压D0D1D2Dn待转换的数字量经数字接口控制各相应的开关，以接通或断开各自的解码电阻，从而改变标准电源经电阻解码网络所产生的总电流ΣIi。该电流经放大器放大后，输出与数字量相对应的模拟电压。数字接口通常由锁存器组存，用来锁存被转换的数字量。3第10章A/D与D/A转换器接口

1、由T型电阻网络和运算放大器构成的D/A转换换器

VoVREFD3D2D1D0R2R4R8R数字量是由一位一位的数字构成的，每个数位都代表一定的权。如10000001，为了把一个数字量变为模拟量，必须把每一位上的代码按照权来转换为对应的模拟量，再把各模拟量相加，得到的总的模拟量便对应于给定的数据。在集成电路中通常采用T型网络实现数字量往模拟电流的转换，再利用运算放大器来完成模拟电流到模拟电压的转换。4第10章A/D与D/A转换器接口

VREF是标准电源，运算放大器输入端的各支路对应待转换数据的第0位、第1位……第n位。支路中的开关由对应的数位来控制，如果数位为1，则对应的开关闭合；如果数位为0，则对应的开关打开。各输入支路中的电阻分别为R、2R、4R……这些电阻为权电阻。现在输入端有4个支路，从4个开关全部断开到全部闭合，运算放大器可以得到16种不同的电流输入。通过电阻网络，可以把0000~1111转换成大小不同的电流，从而可以在运算放大器输出端得到大小不同的电压。如果由数字0000每次增1，一直变化到1111，那么就可以得到一个阶梯波电压。

5第10章A/D与D/A转换器接口

2、分辨率和精度（1）分辨率：阶梯波的每一级增量对应输入数据的最低数位1。在

D/A转换时，将最低位增1所引起的增量和最大输入量的比称分辨率。分辨率=1/（2n-1）≈1/2n

（2）转换精度：相对精度，指输出电压接近理想值的程度。一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数表示，有时也用最低位（LSB）的几分之几表示。例如：一个n位的D/A转换器的相对转换精度为1/2LBS则最大相对误差=满量程/2n+13、T型权电阻网络在D/A转换时，采用独立的权电阻，那么对于一个8位的D/A转器，需要R、2R、4R……128R等共128个电阻，最大电阻的阻值是最小电阻阻值的128倍，而对这些电阻的误差要求又比较高，很难实现。通常用T型电阻网络代替单一的权电阻支路，采用T型网络时，整个网络只需要R和2R两种电阻。6第10章A/D与D/A转换器接口

开关向左，支路电阻接地，只有开关向右倒，才能给运放输入端提供电流。在T型电阻网络中，节点A的左边为两个2R的电阻并联，它们的等效电阻为R，节点B左边也是两个2R的电阻并联，结果等效电阻也是R……，最后在D点等效于一个数值为R的电阻连在参考电压VREF

上。则C、B、A点的电位为-VREF/2、-VREF/4、-VREF/8VREF2R2R2R2R2RRRRK3K2K1K020Vo-+ABC212223RfbDR-2RT型电阻网络7第10章A/D与D/A转换器接口

当K3向右倒时，运算放大器的输入电流为-VREF/2R当K2向右倒时，运算放大器的输入电流为-VREF/4R当K1向右倒时，运算放大器的输入电流为-VREF/8R当K0向右倒时，运算放大器的输入电流为-VREF/16R开关K3、K2、

K1、

K0对应于1位二进制，当二进制为1111时，流入运放的电流为I=-VREF/2R-VREF/4R-VREF/8R-VREF/16R=-VREF/2R（1/20+1/21+1/22+1/23）运放的输出电压Vo=I×Rfb输出电压与输入的二进制数、运放的反馈电阻Rfb及标准电压VREF有关VREF2R2R2R2R2RRRRK3K2K1K020Vo-+ABC212223DRfb8第10章A/D与D/A转换器接口

二、DAC08321、DAC0832的引脚CS1WR12AGND3DI34DI25DI16DI07VREF8Rfb9DGND1020191817161514131211VccILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7Iout1Iout29第10章A/D与D/A转换器接口

2、内部结构8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器DI7~DI0ILECS*WR1*WR2*XFER*LE1LE2VREFIOUT2IOUT1RfbAGND

DAC0832内部有一个T型电阻网络，用来实现D/A转换，它需要外接运算放大器，才能得到模拟电压输出。在DAC0832中有两级锁存器，所以DAC0832可以工作在双缓冲器工作方式，在输出模拟信号的同时可以采集下一个数字，转换速度快。当ILE为高电平、CS*、WR1*为低电平时，LE1为1，输入寄存器的输出随输入而变化。当WR1*为高电平、LE1为低电平时，数据被锁存到输入寄存器中。当XFER*、WR2*为低电平，LE2为高电平时，8位的DAC寄存器的输出随输入而变化，当WR*为高电平、LE2为低电平可将输入寄存器的信息锁存到DAC寄存器中。为了用DAC0832进行数/模转换，可以使用两种方法对数据进行锁存一是输入寄存器工作在锁存状态，而DAC寄存器工作在不锁存状态二是输入寄存器工作在不锁存状态，而DAC寄存器工作在锁存状态CS*：片选信号，它和允许输入锁存信号ILE合起来决定

WR1*是否起作用。ILE*：允许锁存信号。WR1*：写信号1，它作为第一级锁存信号将输入数据锁存到输入寄存器中，它必须和CS*、ILE同时有效。WR2*：写信号2它将锁存在输入寄存器中的数据送到8

位DAC寄存器中进行锁存，此时XFER必须有效。XFER*：传送控制信号，用来控制WR2*。VREF：参考电压输入端，+10~-10V范围。IOUT1：模拟电流输出端，当DAC寄存器中全为1时，输出电流最大，当DAC寄存器中全为0时，输出电流为0。IOUT2：模拟电流输出端，IOUT2为一个常数和IOUT1的差，

IOUT1+IOUT2=常数。Rfb：反馈电阻引出端，DAC0832内部已有反馈电阻，

RFB可以直接接到外部运算放大器的输出端。10第10章A/D与D/A转换器接口

2、工作方式（1）双缓冲方式

ILE接+5V，WR1*、WR2*与CPU的IOW*连接，用CS*作为输入寄存器的片选信号，XFER*为DAC寄存器的片选信号。数据写入时分两次进行，第一次对输入寄存器写入待转换的数字量，第二次对DAC写操作启动DAC寄存器的锁存功能。特点：在D/A转换的同时，可接收下一个待转换的数据，转换速度快。（2）单缓冲方式使两个寄存器中的一个处于直通状态。写入数据后开始D/A转换。可将WR1*（WR2*），XEFR*接地，使两个寄存器中的一处于直通状态，ILE接+5V，WR2*（WR1*）接CPU的IOW*，CS*接端口译码器，只对CS*端时行一次写操作，数据写入后A/D转换（3）直通方式两个寄存器均处于直通状态，此时ILE接+5V，CS*、WR1*、WR2*和XFER*都接地。输入的数据可立即进行D/A转换，但由于输入不使用缓冲寄存器，所以不能和计算机系统的数据线相连。11第10章A/D与D/A转换器接口

练习：判断下面连接图中DAC0832属于哪一种工作方式？画出DAC0832其它两种工作方式的连接示意图。使两个寄存器中的一个处于直通状态。写入数据后开始D/A转换。可将WR1*（WR2*），XEFR*接地，使两个寄存器中的一处于直通状态，ILE接+5V，WR2*（WR1*）接CPU的IOW*，CS*接端口译码器，只对CS*端时行一次写操作，数据写入后A/D转换DAC0832D7~D0IOW*WR1译码器ABM/IO*CS*Iout1Iout2输出RFBXEFR*WR2*DGNDVREFVCCILE+5V12第10章A/D与D/A转换器接口

双缓冲方式

ILE接+5V，WR1*、WR2*与CPU的IOW*连接，用CS*作为输入寄存器的片选信号，XFER*为DAC寄存器的片选信号。数据写入时分两次进行，第一次对输入寄存器写入待转换的数字量，第二次对DAC写操作启动DAC寄存器的锁存功能。DAC0832D7~D0IOW*WR1*译码器ABM/IO*CS*Iout1Iout2输出RFBXEFR*DGNDVREFVCCILE+5VWR2*13第10章A/D与D/A转换器接口

直通方式两个寄存器均处于直通状态，此时ILE接+5V，CS*、WR1*、WR2*和XFER*都接地。输入的数据可立即进行D/A转换，但由于输入不使用缓冲寄存器，所以不能和计算机系统的数据线相连。DAC0832D7~D0CS*Iout1Iout2输出RFBXEFR*DGNDVREFVCCILE+5VWR1*WR2*并行接口或锁存器14第10章A/D与D/A转换器接口

例：结合程序分析下面连接图，DAC0832工作在何种方式下？并分析下面程序段的运行结果。8255A的端口地址为300H~303H。CPU8255APA7~0PB4PB3PB2PB1PB0DAC0832DI7~0ILECS*WR1WR2XEFR*Iout1Iout2示波器RFBRfbIOUT1IOUT215第10章A/D与D/A转换器接口

CPU8255APA7~0PB4PB3PB2PB1PB0DAC0832DI7~0ILECS*WR1WR2XEFR*Iout1Iout2示波器RFBRfbIOUT1IOUT2CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:MOVDX,303HMOVAL,10000000BOUTDX,ALMOVDX,301HMOVAL,00010000BOUTDX,ALMOVDX,300HMOVAL,0L1:OUTDX,ALINCALJNZL1

MOVAL,0FFHL2:OUTDX,ALDECALJNZL2JMPL1CODEENDSENDSTART此程序能否退出？应采取什么措施使程序能退出？16第10章A/D与D/A转换器接口

CPU8255APA7~0PB4PB3PB2PB1PB0DAC0832DI7~0ILECS*WR1WR2XEFR*Iout1Iout2示波器RFBRfbIOUT1IOUT2CODESEGMENTASSUMECS:CODESTART:MOVAH,1INT16HJNZEXITMOVDX,303HMOVAL,10000000BOUTDX,ALMOVDX,301HMOVAL,00010000BOUTDX,ALMOVDX,300HMOVAL,0L1:OUTDX,ALINCALJNZL1MOVAL,0FFHL2:OUTDX,ALDECALJNZL2JMPL1EXIT:MOVAH,4CHINT21HCODEENDSENDSTART17第10章A/D与D/A转换器接口

1、一个8位D/A转换器的分辨能力可以达到满量程的（）A、1/8B、1/16C、1/64D、1/2562、一个8位D/A转换器，若精度为1/2LSB，则其最大可能误差为（）。A、满量程的1/2B、满量程的1/8C、满量程的1/256D、满量程的1/5123、如果一个D/A转换器的精度为0.1%，则其最大可能误差为（）A、最大输入的的0.1%B、电源电压的0.1%C、满量程电压的0.1%D、输出电压的0.1%4、一台PC机的扩展槽中已插入一块D/A转换器模板，其口地址为280H，执行下列程序段后，D/A转换器输出波形是（）。

DAOUT：MOVDX，280HMOVAL，00HLOOP：OUTDX，ALDECALJMPLOOPA、三角波B、锯齿波C、方波D、正弦波18第10章A/D与D/A转换器接口

8251异步通信时采用奇校验、波特因子为16、停止位为2位、数据位为7位，画出传送1001110及1110101两个数据的波形图。若端口地址为210H～217H时，将控制字写入端口中。19第10章A/D与D/A转换器接口

§10·2模数转换器A/D一、模数转换原理（逐次逼近式）+-8位D/A转换器逐次逼近寄存器控制电路CLK转换结束启动信号逐次逼近寄存器缓冲寄存器

Vi＞Vo输出为“高”比较器Vi输出的模拟电压VoVoVi≤Vo输出为“低”D7~D020第10章A/D与D/A转换器接口

启动信号使逐次逼近寄存器清0，Vo输出为0，当启动信号结束后开始转换。在第1个CLK周期，控制电路使逼近寄存器最高位为1（10000000）。这一组数字通过内部D/A转换之后，产生一个Vo，如果Vi>Vo，比较器输出为“高”，通过控制电路使刚才的置1位保留下来。在第2个CLK周期，再使次高位为1（11000000），如果它产生的Vo比Vi大，则比较器输出“低”，通过控制电路使刚才置1位清0接下来再使D5位置1……直到D0位试探完毕。+-8位D/A转换器逐次逼近寄存器控制电路CLK转换结束EOC启动信号start逐次逼近寄存器缓冲寄存器

Vi＞Vo输出为“高”比较器Vi输出的模拟电压VoVoVi≤Vo输出为“低”D7~D021第10章A/D与D/A转换器接口

二、ADC0809模数转换芯片1、ADC0809的引脚12345678910201918171615D2IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLKVccVREF（+）11121314GNDD12625242322212827VREF（-）D0D4D5D6D7ALEADDCADDBADDAIN2IN1IN022第10章A/D与D/A转换器接口

IN0~IN7：8个模拟量输入端ADDC~ADDA：模拟通道选择信号，000~111分别选择IN0~IN7ALE：地址锁存允许信号，ALE有效时锁存ADDC~ADDA的通道选择信号。START：A/D转换启动信号，高电平时将寄存器清0，由高变低时开始转换，常与ALE短连，同时锁存通道选择信号，并开始A/D转换。（大于100ns）CLK：实时时钟。EOC：转换结束信号，EOC由低到高表示转换结束，可作为CPU的中断请示信号。OE：输出允许信号，OE有效时，打开输出三态门，输出转换后的数字量。2、ADC0809的内部结构8路模拟开关IN0IN7地址锁存译码ADDCADDBADDCALE+-逐次逼近寄存器控制与时序三态门D7~D0EOCSTARTCLK电子开关解码网络VccGNDVREF+VREF-OE23第10章A/D与D/A转换器接口

三、A/D转换器接口技术1、查询方式D7~D0＆＆EOCOE＆STARTALE译码IOW*IOR*A9~A3238H~23FH220H~227HADDCADDBADDAA2A1A0VR+Vcc+5VIN0IN78通道模拟量输入（0~5V）GNDVR-EOC经三态门接入数据线D7位，启动转换后，不断检测D7是否为1判断转换是否结束，状态端口地址为238H~23FH。对应8个模拟通道的I/O地址分别为220H~227H下面程序段实现8个模拟通道数据采集功能24第10章A/D与D/A转换器接口

DATASEGMENTCOUNTEREQU8BUFDBCOUNTERDUP（0）DATAENDSCODESEGMENTASSUME：CS：CODE，DS：DATASTART：MOVAX，DATAMOVDS，AXMOVBX，OFFSETBUFMOVCX，COUNTERMOVDX，（）；从IN0开始转换START1：OUTDX，AL；启动A/D转换

PUSHDXMOVDX，（）；查询是否转换结束START2:INAL，DXTESTAL，（）；读入状态信息

JZSTART2POP（）；转换结束

INAL，DX；读取数据

MOV[BX]，AL；存入缓冲区

INCBXINCDXLOOPSTART1（）数据处理程序段MOVAH，4CHINT21HCODEENDSENDSTART25第10章A/D与D/A转换器接口

2、中断方式D7~D0＆EOCOE＆STARTALE译码IOW*IOR*A9~A0220HADDCADDBADDAVR+Vcc+5VIN0GNDVR-IRQ2执行输入IOR*指令时，控制OE端为高电平，可读入转换后的数字量。A/D转换的启动只要执行输出指令IOW*，控制START和ALE为高脉冲，并可与读取数字量占用同一个I/O地址（22