微机原理与接口技术课件-11.DAC、ADC

主要内容D/A与A/D转换的原理;典型芯片的特点与应用;第一页第二页，共57页。D/A转换器的功能功能：D/A转换器是指将数字量转换成模拟量的线性集成电路。输出特性：它的模拟量输出（电流或电压）与参考量（电流或电压）以及二进制数成比例。第二页第三页，共57页。D/A转换器实现原理第三页第四页，共57页。D/A转换器的主要参数1.位数（分辨率）2.转换时间3.精度4.线性度5.输出类型和极性第四页第五页，共57页。典型D/A转换DAC0832芯片8位并行、中速(建立时间1us)、电流型、低廉(10~20元)①逻辑结构和引脚功能②

DAC0832与微机系统的连接③应用举例第五页第六页，共57页。

1.引脚和逻辑结构20个引脚、双列直插式8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFB第六页第七页，共57页。Vcc

芯片电源电压,+5V～+15VVREF

参考电压,-10V～+10V

RFB

反馈电阻引出端,此端可接运算放大器输出端AGND

模拟信号地DGND

数字信号地8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位输入寄存器RFB第七页第八页，共57页。DI7~DI0数字量输入信号其中:DI0为最低位，DI7为最高位8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位输入寄存器RFB第八页第九页，共57页。8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位输入寄存器RFB0011ILE

输入锁存允许信号,高电平有效CS

片选信号,低电平有效WR1

写信号1，低电平有效LE1当ILE、CS、WR1同时有效时,LE=1，输入寄存器的输出随输入而变化WR1,LE=0，将输入数据锁存到输入寄存器第九页第十页，共57页。LE2XFER

转移控制信号，低电平有效WR2

写信号2，低电平有效当XFER、WR2同时有效时,LE2=1DAC寄存器输出随输入而变化；

WR2,LE2=0，将输入数据锁存到DAC寄存器，数据进入D/A转换器，开始D/A转换VREF8位DAC寄存器8位D/A转换器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位输入寄存器RFB001第十页第十一页，共57页。8位DAC寄存器8位D/A转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位输入寄存器IOUT1

模拟电流输出端1

当输入数字为全”1”时,

输出电流最大，约为：全”0”时,输出电流为0IOUT2

模拟电流输出端2IOUT1+IOUT2=常数255VREF256RFBRFB第十一页第十二页，共57页。

DAC0832与微机系统的连接1)直通工作方式两个寄存器均工作于直通状态；2)单缓冲工作方式一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态；

3)双缓冲工作方式两个寄存器均工作于受控锁存器状态；第十二页第十三页，共57页。

一个寄存器工作于直通状态，

一个工作于受控锁存器状态在不要求多个D/A同时输出时，可以采用单缓冲方式，此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞吐量。单缓冲工作方式

第十三页第十四页，共57页。D/A转换IOUT2DI7~DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&输入寄存RFB-+VoIOWA9~A0D7~D0+5VPC总线port地址译码DAC寄存单缓冲工作方式

第十四页第十五页，共57页。

双缓冲工作方式:两个寄存器均工作于受控锁存器状态DAC0832PC总线数据线WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2CS地址译码A0~A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND第十五页第十六页，共57页。当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。地址译码port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换DI7~DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换DI7~DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7~D0A9~A0IOWPC总线+5v+5v第十六页第十七页，共57页。应用举例（方波）DAC0832直通工作方式，设8255A的端口地址分别为3F0H，3F1H，3F2H，3F3H第十七页第十八页，共57页。模/数转换器一、A/D转换器的基本原理二、A/D转换器的技术指标三、A/D转换器及其连接四、典型A/D转换器第十八页第十九页，共57页。A/D转换器的基本原理第十九页第二十页，共57页。逐次逼近式A/D转换逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。组成：

8位D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.

工作过程：从最高位开始通过试探值逐次进行测试，直到试探值经D/A转换器输出Vo与VX相等或达到允许误差范围为止。则该试探值就为A/D转换所需的数字量。第二十页第二十一页，共57页。+-8位D/A转换器缓冲寄存器控制电路逐次逼近寄存器ViVO启动CLK转换结束D7D6D2D3D4D5D0D1比较器逐次逼近式A/D转换工作原理图第二十一页第二十二页，共57页。如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123的A／D转换.具体过程如下：

当出现启动脉冲时，逐次逼近寄存器清“0”；

当第一个T1到来，逐次逼近寄存器最高位D7置“1”，

8位D/A转换器输入为10000000B， 输出Vo为满度的一半5V，即满量值的128/255。

若Vo>Vi，比较器输出低电平，控制电路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(反之，置“1”)；

第二十二页第二十三页，共57页。

当第二个到来，逐次逼近寄存器D6位置“1”，

D/A转换器的数字量输入为01000000B， 输出电压为2.5V，Vo<Vi，比较器输出高电平， 将D6位的“1”保留(否则，将D6位置"0")；

第三个T3

时钟脉冲来，又将D5位置“1”……

重复上述过程直到D0位置“1”，再与输入比较。

经过8次以后，

逐次逼近寄存器中得到的数字量就是转换结果。

过程用下表表示。T2第二十三页第二十四页，共57页。逐次逼近式A/D转换第二十四页第二十五页，共57页。二、A/D转换器的技术指标1.

分辨率2.

转换精度3.

转换时间和转换率第二十五页第二十六页，共57页。1．分辨率指A/D转换器所能分辨的最小模拟输入量，或指转换器满量程模拟输入量被分离的级数。模拟输入量数字输出量000001010011000001010011

1v

2v

3v

4v

5v

6v

7v输入输出

-0.5~0.5v

000

0.5~1.5v

001

1.5~2.5v

010

、、、

5.5~6.5v

110

6.5~7.5v

111

在ADC中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系第二十六页第二十七页，共57页。2．转换精度指在输出端产生给定的数字量，实际输入的模拟值与理论输入的模拟值之间的偏差。反应ADC的实际输出接近理想输出的精确程度。由于在一定范围内的模拟值产生相同的数字量，取该范围内的中间模拟值计算。第二十七页第二十八页，共57页。3．转换时间和转换率转换时间指完成一次A/D转换所需的时间，从启动信号开始到转换结束，得到稳定数字量的时间。转换率是转换时间的倒数。第二十八页第二十九页，共57页。三、A/D转换器及其连接

1.A/D转换器分类2.A/D转换器与系统的连接第二十九页第三十页，共57页。

1.A/D转换器分类按工作原理分按输入方式分按输出方式分按性能特点分按输出是否带三态缓冲分第三十页第三十一页，共57页。

按模拟量输入方式分单极性ADC、双极性ADC按数字量输出方式分

并行ADC、串行ADC

按工作原理分计数式ADC、 双积分式ADC逐次逼近式ADC、并行式ADC第三十一页第三十二页，共57页。

按性能特点分①按分辨率分4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、、、②按转换速度分低速、中速、高速、超高速（转换时间分别为≥1s、≤1ms、≤1us、≤1ns）③按转换精度分低精度、中精度、高精度、超高精度第三十二页第三十三页，共57页。

按输出是否带三态缓冲分①带可控三态缓冲ADC如：

ADC0809②不带可控三态缓冲ADC如：

ADC570、ADC1210第三十三页第三十四页，共57页。2.A/D转换器及其连接

1)

A/D转换器的典型信号

2)A/D转换器各信号与系统的连接第三十四页第三十五页，共57页。

1)

A/D转换器的典型信号A/D转换器模拟量输入信号①模拟量输入信号A/D转换启动信号②A/D转换启动信号转换完成信号③转换完成(结束）信号数字量输出信号④数字量输出信号第三十五页第三十六页，共57页。2)

A/D转换器各信号与系统的连接A/D转换器模拟量输入信号数字量输出信号A/D转换启动信号转换完成信号第三十六页第三十七页，共57页。典型A/D转换器工作原理

ADC0809是CMOS数据采集器件，由于它不仅包括一个8位的逐次逼近型的A/D部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。第三十七页第三十八页，共57页。ADC0809主要性能(1)

分辨率为8位(2)

输入电压范围为０～5V,功耗为15mw(3)

转换时间为100µs(4)

工作温度范围为-40～+85℃(5)8个模拟输入通道，有通道地址锁存(6)有三态输出能力，易于与微机相连第三十八页第三十九页，共57页。

ADC080引脚功能图

第三十九页第四十页，共57页。ADC0809原理框图

第四十页第四十一页，共57页。ADC0809芯片引脚功能说明

第四十一页第四十二页，共57页。模拟输入

0809有8个模拟输入通道，每个通道输人电压范围为0～5V。8个模拟通道由3个地址输入ADDA，ADDB，ADDC来选择模拟通道，地址输入通过ALE信号予以锁存。地址输入可直接取自地址总线或数据总线第四十二页第四十三页，共57页。

ADC0809与8086CPU的接口

第四十三页第四十四页，共57页。

①D/A转换器没有形式上的启动信号。实际上后一级寄存器的控制信号就是D/A转换器的启动信号。

②它也没有转换结束信号。D/A转换的过程很快，一般还不到一条指令的执行时间。DAC0832第四十四页第四十五页，共57页。

D/A芯片将数字量转换为模拟量时有两种输出形式，即电流型与电压型。①单极性输出电路。为反相输出电路，其输出电压为：

常用的一种典型电路!

同相输出电路，其电压输出为：

DAC0832的几种典型输出连接方式第四十五页第四十六页，共57页。(a)反相输出；(b)同相输出第四十六页第四十七页，共57页。0832与8255的连接方式V0占用8255的两个端口,不直接与CPU连接,常用于接口电路较多时,可以减少总线的驱动负载,为一种最常用的0832的硬件连接方式。对五个控制信号的要求为：只要ILE为高，其它为低就可以工作。第四十七页第四十八页，共57页。应用举例（方波）DAC0832直通工作方式，设8255A的端口地址分别为3F0H，3F1H，3F2H，3F3H第四十八页第四十九页，共57页。应用举例设DAC0832的地址为220H，试说明DAC0832的工作方式，并编写程序实现通过DAC0832输出正弦波.CSILEWR1WR2XFER-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI7～0+5D7～D0系统总线AGNDIOWDGND译码器AENA9～A0220H第四十九页第五十页，共57页。应用举例第五十页第五十一页，共57页。

ADC0809的硬件电路设计方法：ADC0809的硬件电路接口图IOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS第五十一页第五十二页，共57页。上图要注意的问题有：1）在上图中可以不要EOC信号指示转换完成，但在程序中必须给出足够的转换时间，否则CPU读回的数据是上一次的转换值。2）启动信号START和地址锁存信号ALE可以连接在一起，两者的时序相同。3）读取信号可以用CPU的读信号RD和M/IO的组合来完成读操作。4）片选信号可以用译码输