微机原理09教材

1第十章A/D及D/A转换器10.1D/A转换器工作原理和性能指标10.2DAC0832D/A转换器10.3A/D转换器工作原理和主要性能指标10.4ADC0809A/D转换器10.5AD570A/D转换器210.1D/A转换器工作原理和性能指标D/A转换器的作用是将二进制的数字量转换为相应的模拟量。D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式有权电阻网络和R–2R梯形电阻网络，其工作原理这里不作介绍。集成D/A芯片类型很多，按生产工艺分有双极型、MOS型等；按字长分有8位、10位、12位等；按输出形式分有电压型和电流型。另外，不同生产厂家的产品，其型号各不相同。例如，美国国家半导体公司的D/A芯片为DAC系列，如DAC0832等；美国模拟器件公司的D/A芯片为AD系列，如AD558等。使用时可参阅各公司提供的使用手册。一、D/A转换接口310.1D/A转换器工作原理和性能指标二、D/A转换器工作原理D/A转换器从工作原理上可分为并行D/A转换器及串行D/A转换器两种。并行D/A转换器的转换速度快，但电路复杂。随着微电子技术的发展，并行D/A转换器集成电路目前已大量生产，广为采用。并行D/A转换器的位数与输入数码的位数相同，对应输入数码的每一位都设有信号输入端，用以控制相应的模拟切换开关，把基准电压Un接到电阻网络上。410.1D/A转换器工作原理和性能指标三、D/A转换器的主要性能指标D/A转换器的主要特性指标包括以下几方面：分辨率：指最小输出电压(对应的输入数字量只有最低有效位为“1”)与最大输出电压(对应的输入数字量所有有效位全为“1”)之比。如N位D/A转换器，其分辨率为1/(2N-1)。在实际使用中，表示分辨率大小的方法也用输入数字量的位数来表示。线性度：用非线性误差的大小表示D/A转换的线性度。并且把理想的输入输出特性的偏差与满刻度输出之比的百分数定义为非线性误差。510.1D/A转换器工作原理和性能指标三、D/A转换器的主要性能指标（续）(3)转换精度：D/A转换器的转换精度与D/A转换器的集成芯片的结构和接口电路配置有关。(4)建立时间：建立时间是D/A转换速率快慢的一个重要参数，也是D/A转换器中的输入代码有满度值的变化时，其输出模拟信号电压(或模拟信号电流)达到满刻度值±１/2LSB(或与满刻度值差百分之多少)时所需要的时间。(5)温度系数：在满刻度输出的条件下，温度每升高1℃，输出变化的百分数定义为温度系数。610.1D/A转换器工作原理和性能指标三、D/A转换器的主要性能指标（续）(6)电源抑制比：对于高质量的D/A转换器，要求开关电路及运算放大器所用的电源电压发生变化时，对输出电压影响极小。通常把满量程电压变化的百分数与电源电压变化的百分数之比称为电源抑制比。(7)工作温度范围：一般情况下，影响D/A转换精度的主要环境和工作条件因素是温度和电源电压变化。(8)失调误差(或称零点误差)：失调误差定义为数字输入全为0码时，其模拟输出值与理想输出值之偏差值。7(9)增益误差(或称标度误差)：D/A转换器的输入与输出传递特性曲线的斜率称为D/A转换增益或标度系数，实际转换的增益与理想增益之间的偏差称为增益误差。(10)非线性误差：D/A转换器的非线性误差定义为实际转换特性曲线与理想特性曲线之间的最大偏差，并以该偏差相对于满量程的百分数度量。在转换器电路设计中，一般要求非线性误差不大于±1/2LSB。三、D/A转换器的主要性能指标（续）10.1D/A转换器工作原理和性能指标810.2DAC0832D/A转换器一、DAC0832的结构与引脚DAC0832是美国国家半导体公司采用CMOS工艺生产的8位D/A转换集成电路芯片。它具有与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等特点，因而得到了广泛的应用。其主要技术指标如下：电流建立时间1μs单电源+5～+15VVREF输入端电压±25V分辨率8位功率耗能200mW最大电源电压VDD17V9DAC0832的逻辑结构图10引脚信号图11二、DAC0832的电路组成8位输入锁存器，8位DAC寄存器8位D/A转换电路组成。当ILE为高电平，CS为低电平，WR1为负脉冲时，在LE1产生正脉冲；LE1为高电平时，输入寄存器的状态随数据输入线状态变化，LE1的负跳变将输入数据线上的信息存入输入寄存器。当XFER为低电平，WR2输入负脉冲时，则在LE2产生正脉冲；LE2为高电平时，DAC寄存器的输入与输出寄存器的状态一致，LE2的负跳变，输入寄存器内容存入DAC寄存器。12三、DAC0832工作方式根据对DAC0832的输入锁存器和DAC寄存器的不同的控制方法，DAC0832有如下3种工作方式：(1)单缓冲方式：此方式适用于只有一路模拟量输出或几路模拟量非同步输出的情形。方法是控制输入寄存器和DAC寄存器同时接收数据，或者只用输入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。(2)双缓冲方式：此方式适用于多个DAC0832同时输出的情形。方法是先分别使这些DAC0832的输入寄存器接收数据，再控制这些DAC0832同时传送数据到DAC寄存器以实现多个D/A转换同步输出。13三、DAC0832工作方式（续）(3)直通方式：此方式适用于连续反馈控制线路中。方法是：数据不通过缓冲存储器，即WR1，WR2，XFER，CS均接地，ILE接高电平。此时必须通过I/O接口与CPU连接，以匹配CPU与D/A的转换。14四、DAC0832应用实例题目：利用D/A转换器产生一个锯齿电压？可采用以下程序：ROTATE：MOVDX，PORTA；PORTA为D/A转换器端口号MOVAL，0FFH；初值为0FFHINCALOUTDX，AL；往D/A转换器输出数据JMPROTATE注：程序在执行时得到的输出电压会有256个小台阶，不过，宏观看，仍为连续上升的锯齿波。可以通过增加延时来解决。15四、DAC0832应用实例VREFILEVCCWR1WR2XFERCSDI0DI7…&&…RFBIOUT1IOUT2-+-+OUTWRD0D7A1CS0DAC0832题目：如图所示，DAC0832工作于双缓冲方式下，试编写一个程序，输出一序列锯齿波。16程序清单：assumecs:codecodeSegmentpublic org100hstart: movdx,04a0hup1: movbx,0up2: movax,bx outdx,ax movdx,04a2h outdx,ax movdx,04a0h

incbx cmpbx.0ffh jneup2 jmpup1codeends endstart1710.3A/D转换器工作原理和主要性能指标一、A/D转换器主要性能指标1.分辨率分辨率表示转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用转换器输出数字量的位数来表示。2.精度A/D转换器的精度是指与数字输出量所对应的模拟输入量的实际值与理论值之间的差值。3.转换时间完成一次A/D转换所需要的时间，称为A/D转换电路的转换时间。1810.3A/D转换器工作原理和主要性能指标一、A/D转换器主要性能指标4.温度系数和增益系数这两项指标都是表示A/D转换器受环境温度影响的程度。一般用每摄氏度温度变化所产生的相对误差作为指标，以ppm/℃为单位表示。5.对电源电压变化的抑制比A/D转换器对电源电压变化的抑制比(PSRR)用改变电源电压使数据发生±1LSB变化时所对应的电源电压变化范围来表示。19二、A/D转换器工作原理ADC是把模拟量(通常是模拟电压)信号转换为n位二进制数字量信号的电路。这种转换通常分4步进行：采样→保持→量化→编码前两步在采样保持电路中完成，后两步在A/D转换过程中同时实现。20三、A/D转换的方法（1）计数式A/D转换

简单便宜,速度慢（2）逐次逼近式A/D转换常用,速度较高（3）双积分式A/D转换 精度高,速度慢（4）并行转换A/D 高速,成本高211、利用D/A转换器来实现（计数式）输入端口锁存器D/A比较器ՕՕ≥1ՕՕ27HIOWR15HIORDD7D0D6D5……VXVC22程序清单：

ORG2000HSTART: MOVCL,0DALOOP: MOVAL,CL OUT27H,AL INAL,15H ANDAL,20H JNZDONE INCCL JMPDALOOPDONE: MOVAL,CL OUT02H,AL HLT;将AL内容D/A转换，产生VC，;与输入VX比较;输入比较器的状态，;检测其输出（D5）;若输出D5=1，即VC≥VX转换结束;否则，VC>VX顺序执行;加1后重新转换比较;从02H端口输出转换好的数字量232、逐次逼近式A/D转换逐次逼近寄存器SARD/A转换器时钟脉冲数字输出模拟输入ViVf比较器若D/A转换器：Vf=

VREF（D3/21+D2/22+D1/23＋D0/24）设Vi=（9/16）VREF，则SAR00001000

Vf=(8/16)VREF,小于Vi，D3保留11100

Vf=(12/16)VREF,大于Vi，D2不保留11010

Vf=(10/16)VREF,大于Vi，D1不保留11001

Vf=(9/16)VREF,等于Vi，D0保留1故模拟输入为：(9/16)VREF，数字输出为：10012410.4ADC0809A/D转换器一、ADC0809主要性能指标1）分辨率为8位

ADC的分辨率是输出数字量变化一个相邻数码所需模拟电压的变化量，定义为满刻度电压与2n之比值，其中n为ADC的位数。也常用二进制位数表示。2）转换速度（转换时间）为100μs(CLK＝640kHZ)

转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为10kHz～1280KHZ。3）单一电源＋5V，模拟输入电压范围为0～5V。4）温度范围－40～＋85℃。5）功耗为15mw。25二、ADC0809功能框图和引脚图数字26三、ADC0809引脚功能IN0IN7ADDCADDBADDAVREF（+）VREF（）VCC8路模入输入选择D7～D0OESTARTALECLKEOC输出使能启动转换命令地址锁存允许外部时钟信号转换完成信号+5V5V接地...27四、ADC0809的工作时序28ADC0809与CPU的连接的一般形式IN0IN7ADDCADDBADDAVREF（+）OESTARTALECLKEOC+5V

...ADC0809VREF（-）IN3...OOCSIORIOWA2A1A0640KHZ接CPU的数据输入或中断申请输入选择D7～D01129从时序图可知:(1) 当模拟量送至某一输入通道后,由三位地址信号译码选择,地址信号由ALE的下降沿加以锁存。(2) START的下降沿开始转换,ADC0809的启动信号START是脉冲信号,即此芯片是靠脉冲启动的,这可通过或非门由一条OUT指令来产生。(3) 接着EOC变低,A/D转换需要一段时间（如100μs）A/D转换结束,EOC变成高电平,CPU以查询或检测INTR线的方式感知；(5)然后CPU通过IN指令,送出OE(高电平有效),打开三态输出锁存器的门,把转换结果送到数据总线上。30五、ADC0809与CPU的接口及编程1、ADC0809与CPU的接口需要考虑的问题（1）模拟信号输入（2）启动转换信号的连接（3）状态信号EOC端的连接（4）地址线的连接（5）数据线的连接312、例题：每个通道连续采集24个数据后接着进行下一个通道，直到8个通道全部采集完毕（采用查询方式）&&≥1≥1≥1≥1A0A1A2M/IOA3A4A5A6WRA7RDD7-D08086D7-D0WRRDA0A1D7-D0EOCOEADDAADDBADDCSTARTALEIN7IN0……PB0PACSACBG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y0Y1Y2Y3A8ՕՕՕՕՕՕՕՕՕՕՕՕՕՕՕ8255LS138ADC0809Օ+5V88……32电路分析：8255： PA口－－01C0H 输入0809的数字输出 PB口－－01C1H 只用PB0输入0809结束信号 PC口－－01C2H 未用

控制字端口－－01C3H 正常使用ADC0809：

IN0通道－－01C8H

IN1通道－－01C9H

IN7通道－－01CFH……8个通道地址分配接口电路应用

从IN0开始，连续采集24个数据，然后采样IN1，连续采样24个数据后继续，直到IN7338255方式字设置设置接收数据缓冲区置大循环次数BL8DXIN0地址置采样次数CX18H采样通道数据并启动转换保护该通道地址从8255PB口读取数据PB0=0?存入数据缓冲区恢复该通道地址CX-1=0?大循环次数BL减1BL-1=0?Y从8255PB口读取数据N置下一通道地址YNN结束Y3410.5AD570A/D转换器AD570是AD公司生产的8位逐次逼近型A/D转换芯片，它将D/A转换电路、基准电压、时钟、比较器、逐次逼近寄存器以及输出缓冲存储器等集成在一块芯片上，并具有三态输出。AD570的主要特性指标如下：分辨率8位转换时间25μs转换精度±2LSB输入信号单级性或双极性电源+5V及-15V内含基准电源35一、AD570引脚排列如图：36二、AD570工作方式A/D转换结束时，A/D转换芯片会输出转换结束信号，通过CPU读取转换数据。CPU一般可以采用4种方式和A/D转换器进行联络来实现对转换数据的读取。第1种是程序查询方式。第2种是中断方式。第3种是CPU等待方式。这种方式利用CPU的READY引脚的功能，设法在A/D转换期间使READY处于低电平，以使CPU停止工作，转换结束时，则使READY成为高电平，CPU读取转换数据。第4种是固定的延迟程序方式。用这种方式时，要预先精确地知道完成一次A/D转换所需要的时间。37三、AD570与系统总线的连接如图在AD570和系统总线之间连接了并行接口8255A。8255A的端口A连接A/D转换器的数据端，