AD、DA转换器接口课件

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A/D、D/A转换器接口2A/D和D/A转换：在实时检测和控制等应用中，常常需要将连续变化的模拟量如温度、压力、流量等都要转换成离散的数字量，输入到计算机中处理。经过计算机处理的数字量经D/A转换器转换成为模拟量输出，实现对被控对象的控制。若输入的是非电的模拟信号，还需经传感器转换成电信号。模拟通道接口包含的数/模（D/A）（DigittoAnalog）和模/数（A/D）（AnalogtoDigit）转换器，是计算机与外界联系的重要接口。

3计算机检测控制系统示意图

被控对象微型计算机传感器执行部件运放A/DD/A功放模拟量模拟量数字量数字量（多块）采集板（多块）驱动板49.6.1D/A转换器主要功能：是将数字量转换为模拟量。特点：接收、保持和转换的是数字信息，不存在随温度和时间的漂移问题，因而电路的抗干扰性能较好。常见D/A转换芯片：DAC0830系列（8位）；DAC1208系列（12位）；59.6.1.3D/A转换芯片的主要性能指标1）分辨率：定义：指D/A转换器能够转换的二进制位数。位数越多，分辨率越高，越灵敏。计算：一个位数为n位的转换器，其

分辨率=VFS/2n。VFS——满量程电压值D/A转换器有单极性和双极性之分。例：如果D/A分辨率为8位，转换后的电压满量程为+5V（单极性），则能分辨的最小电压为5v/28=20mv；如果为双极性，电压满量程为-5V~+5V，则能分辨的最小电压为10v/28=40mv62）转换时间：

指从输入数字量到完成转换、输出达到稳定所需要的时间。电流型D/A转换较快，电压型D/A转换较慢。3）精度：定义：指D/A转换器实际输出电压与理论值之间所存在的最大误差。表示方法：有两种，一种是以满量程的百分数为单位，另一种是以最低位（LSB）作为单位表示。例如，某个8位D/A的精度为±1/2LSB，则它的精度是（1/2）×（VFS/28）=±VFS/512精度=±分辨率/279.6.1.18位D/A转换器DAC08301.特点：具有两个输入数据寄存器的8位DAC，可以寄存来自数据总线的数据信息，可采用单缓冲、双缓冲或者直接输入的形式接在系统总线上；D/A转换器除了实现模拟输出控制外，也可以用来产生各种脉冲波形，如三角波、梯形波等等。DAC0830为电流型D/A转换器。82.内部结构双缓冲器（要转换的数据先送到输入锁存器，但不进行转换。只有数据送到DAC寄存器时才能开始转换）。2个端口地址（分别对应输入锁存器和DAC寄存器）8位输入锁存器8位DAC寄存器8位D/A转换器LE2LE1D7D0ILECSXFERWR2WR1VREFIOUT1IOUT2RFBAGNDVCCDGND图9.20DAC0830内部结构9工作说明：ILE为高电平CPU执行OUT指令CS和WR1同时为低电平使LE1为高电平锁存器输出随输入变化CPU写操作完成CS和WR1都变为高电平使LE1为低电平数据锁存到输出锁存器（一级锁存）XFER和WR2同时为低电平使LE2为高电平锁存器数据送到DAC寄存器XFER和WR2任一为高电平使LE2为低电平DAC寄存器中数据被锁存（二级锁存）开始D/A转换103.引脚功能CS：片选信号。ILE：数据锁存允许信号。WR1：输入锁存写选通信号。WR2：DAC寄存器写选通信号。XFER：传送控制信号D0~D7：8位数据输入端，D7为最高位。VCCILEWR2XFERD4D5D6D7（MSB）IOUT2IOUT1CSWR1AGNDD3D2D1（LSB）D0VREFRFBDGNDDAC0830DAC0831DAC0832图9.19DAC0830/0831/0832引脚图11IOUT1，IOUT2：模拟电流输出端。当DAC寄存器中的数字全为“1”时，IOUT1最大；全为0时，IOUT1为0，IOUT1+IOUT2=常数。

RFB：反馈电阻引出端，可以直接接到外部运算放大器的输出端。VCC：电源电压输入端。范围为+5V~+15V。VREF：参考电压输入端。此端可以接1个电压，范围为+10V~-10V，此电压越稳定，模拟输出精度越高。AGND：模拟地。DGND：数字地。124.工作方式 DAC0830系列有三种工作方式：双缓冲方式单缓冲方式直通方式1）双缓冲方式特点：就是把DAC0830的输入锁存器和DAC寄存器都接成受控锁存方式。13适用于多路D/A同时进行转换的系统通过CS和WR1，CPU将多个数据分时输入到每片DAC中并锁存；使各片DAC上的XFER和WR信号同时为低电平（有效），则各片DAC中数据送到其DAC寄存器并锁存，使多个DAC片同时开始转换，实现多点控制。优点：进行D/A转换的同时，可接收下一个转换数据，从而提高了转换速度。例：设输入锁存器地址为200H，DAC寄存器地址为201H，则完成1次D/A转换的程序如下： MOVDX，200H ；将要转换的数据（AL）送到输入锁存器 OUTDX，AL MOVDX，201H ；将输入锁寸器数据送到DAC寄存器并开始转换 OUTDX，AL ；[AL]中可以为任意值142）单缓冲方式特点：使DAC0830的输入锁存器和DAC寄存器1个处于直通方式，另1个处于受控的锁存方式。适用于系统只有1路D/A转换，或虽有多路转换但不要求同步输出的场合。一般使DAC寄存器处于直通方式，使输入锁存器受控。执行下面几条指令完成1次D/A转换MOVDX，300H ；将AL中数据送到DAC寄存器OUTDX，AL DAC0830WR1CSILEWR2XFERIOW地址译码器+5V153）直通方式特点：使输入锁存器和DAC寄存器都处于直通方式。数据一旦输入就立即进行D/A转换。由于不使用缓冲寄存器，故不能直接与CPU或系统总线相连。若要使CPU与DAC相连，则要在CPU和DAC0830之间外加8255或外加锁存器。DAC0830WR1CSILEWR2XFER+5V165.输出方式 DAC0830为电流输出型D/A转换器，要获得模拟电压输出，则需要外接运算放大器。（1）单极性模拟电压输出若要输出双极性电压，则需在输出端外接2个运算放大器。连接图（图9.21)VREFRFBIOUT2IOUT1

+-+DB+5VVOAGNDDAC0830图9.21单极性输出方式17（2）双极性模拟电压输出若要输出双极性电压，则需在输出端外接2个运算放大器。连接图（图9.22)VREFRFBIOUT2IOUT1

+-+DB+5VVOAGNDDAC0830图9.22双极性输出方式

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186.应用举例利用8255A及DAC0830产生一个锯齿波，硬件电路如下图所示。DAC0830采用直通方式工作。其中8255A的端口地址为0E000

0E003H。 （1）完成8255的初始化程序 （2）完成控制DAC转换的程序 （3）完成生成锯齿波的程序 （4）完成生成三角波的程序8086或8088-++VO8255ADAC0830PA0

PA7PB4PB3PB2PB1PB0D0

D7VREFILERFBCSWR1IOUT2WR2IOUT1XFER+5V19分析：（1）8255初始化8255的A口工作在方式0，输出；B口工作在方式0作输出。方式命令字：80H；控制端口：0E003H

；8255初始化 MOVDX，0E003H MOVAL，80H ；设置8255的控制字 OUTDX，AL（2）B口控制DAC转换DAC0830工作在直通方式，故只需使ILE为高电平，CS、WR1、WR2和XFER为低电平，即PB7~PB0输出10H

；B口控制DAC的转换

MOVDX，0E001H MOVAL，10H ；设置0830为直通工作方式 OUTDX，AL20（3）生成锯齿波AL中存放初值0：0

255时产生1个波形（L1）锯齿宽度由延时时间决定。

；生成锯齿波

MOVDX，0E000H MOVAL，0H ；[AL]中为待发送的数据， L1： OUTDX，AL ；向DAC送数据 INCAL NOP ；延时 JMPL121（4）生成三角波AL中存放初值0：0

255时产生波形前半步（L2）255

0时产生波形后半部（L3）

；生成三角波

MOVDX，0E000H MOVAL，0H L2： OUTDX，AL INCAL JNZL2 MOVAL，0FFH L3： OUTDX，AL DECAL JNZL3 JMPL2229.6.1.212位D/A转换器DAC1208系列特点：三种工作方式：双缓冲、单缓冲和直通方式分辨率：12位内部结构内部结构和DAC0830相似（图9.24）。不同点：多1个4位输入锁存器（多了1个端口）字节1/字节2：用于区分8位输入锁存器和4位输入锁存器。高电平时若WR1、WR2有效，则2个输入锁存器均被选中，低电平时若WR1、WR2有效，则只有4位输入锁存器被选中。3个端口：8位输入锁存器、4位输入锁存器和DAC寄存器238位输入锁存器LELED11D0字节1/字节2CSXFERWR2WR1VREFIOUT1IOUT2RFBVCCAGND图9.24DAC1208系列内部结构4位输入锁存器12位DAC寄存器LE12位D/A转换器DGND24

VREFRFBIOUT2IOUT1

+-+D0VOAGNDDAC1208图9.25DAC1208系列芯片与IBMPC总线连接

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D11WR1PC扩展槽XFER字节1/字节2D4地址译码电路WR2DGNDCSA0~A9IOWD0D7AEN

|Y0Y1Y2AD58125与PC总线的连接（图9.25）。DAC的D4~D0连接到PC总线的D7~D4DAC三个端口地址为： 220H（Y0）——8位输入锁存器端口地址 221H（Y1）——4位输入锁存器端口地址

222H（Y2）——DAC寄存器端口地址工作过程：传送高8位数据

传送低4位数据

D/A转换工作程序：BX中存放待转换的数据 START：MOVDX，220H ；[DX]=220H（8位锁存器地址） MOVCL，4 SHLBX，CL ；BX： MOVAL，BH ；AL：

H4L4M4H4L4M4H4M426 OUTDX，AL ；输出高8位数据 INCDX ；[DX]=221H（4位输入锁存器地址） MOVAL，BL ；AL： OUTDX，AL ；写入低4位 INCDX ；[DX]=222H（DAC寄存器地址） OUTDX，AL ；启动D/A转换，AL中可为任意数 HLTY0=0IOW=0字节1/字节2=1XFER=1WR1=0WR2=0D7~D0

D11~D4Y1=0IOW=0字节1/字节2=0XFER=1WR1=0WR2=0D7~D4

D3~D0Y2=0IOW=0字节1/字节2=1XFER=0WR1=0WR2=0D/A转换L4279.6.2A/D转换器A/D转换器的主要功能：是将模拟量转换为数字量。类型：逐次逼近型：易于用集成工艺实现，具有较高分辨率和转换速度。实际应用较多。V/F转换型双积分型：电路简单，抗干扰能力强，但转换速度慢A/D转换主要芯片：ADC0809（8位）；AD574A/AD674A系列（12位）；289.6.2.5A/D转换器的主要性能指标1)分辨率:与DAC的分辨率一样，通常用A/D位数来表示。数字量位数越多分辨率越高。输入量程相同，其输出的位数越多其分辨率越高。例如：输入量程为0~5V，则8位A/D的分辨率为5V/28=20mV；而10位分辨率为5V/210=5mV。2）绝对精度ADC转换后所得数字量所代表的模拟输入值与实际模拟输入值之差。通常用数字量最低位所代表的模拟输入值VLSB表示。3）转换时间和转换速率ADC完成1次对模拟量的测量到数字量转换完成所需要的时间。转换速率：转换时间的倒数。分级：低速(>1ms)；中速(1ms

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s)；高速(<1

s)；超高速（<1ns）299.6.2.18位A/D转换器ADC08091.特点：分辨率为8位，逐次逼近型ADC;

转换速度取决于时钟频率，时钟频率范围10～1280K，当CLK＝500KHz时，转换时间为128us，当CLK＝750KHz时，转换时间为100us;

除了含有8位逐次逼近型数/模转换器外，还有锁存控制的8通道多路转换开关;

输出具有三态输出缓冲器;单－5V电源供电，此时模拟电压输入范围为0～5V。9个端口：8个数据端口，1个状态端口。302.内部结构VCC逐次逼近寄存器（SAR）树型开关（D/A）OE8位输出锁存和三态门D0D78路通道选择开关IN0

IN7通道地址锁存与译码ADDAADDBADDCALEVREF(-)VREF(+)GND定时与控制STARTCLOCKEOC比较器A/D图9.26ADC0809原理图313.ADC0809主要引脚IN0～IN7：8路模拟电压输入端。通过ADDA，ADDB和ADDC3个地址译码来选通其中某一路。D0～D7：A/D转换后的8位数字量输出。D7为最高位。ADDC、ADDB、ADDA：选择8个模拟通道中某一个的作为输入端。只有在ALE引脚有效时，三个引脚才能控制选择，否则不能控制选择。2827262524232221201918171615IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVREF（+）GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VREF（-）D2图9.27ADC0809引脚图32ALE：地址锁存控制信号，该引脚有效时，ADDC、ADDB、ADDA才能选择8路模拟量中的某1路。START：A/D转换启动信号，高电平有效。由CPU执行输出指令产生。上升沿时所有内部寄存器清0；下降沿时启动A/D转换，A/D转换期间START应保持低电平。

EOC：转换结束信号，高电平有效。转换开始后该信号为低电平，经过64个时钟周期后转换结束，该信号变为高电平。在中断方式下，此信号可作为中断请求信号，在查询方式下，可作为A/D转换完毕的状态信号。

OE：输出允许信号输入端，高电平有效。高电平时：打开输出缓冲器三态门，转换结果输出到数据总线；低电平时：输出数据线呈高阻态。中断方式下，该信号为CPU发出的中断响应信号。33VREF（-）、VREF（+）：参考电压输入，VREF（-）的值限定输入模拟电压的最小值，VREF（+）

的值限定输入模拟电压的最大值。两个参考电压分别对应的输出为00H、FFH。通常情况下VREF（+）接Vcc（+5V），VREF（-）接GND（0），即模拟输入电压0~5V对应输出为00H~FFH，输入模拟电压VIN

和输出数字量N之间的关系为：28VIN

N+VREF(-)

=[VREF(+)-VREF(-)]其中：VIN

处于[VREF（-），VREF（+）]之间，N为十进制数例：参考电压为0、5V时，80H（128）对应的输入电压VIN=（5-0）*128/256+0=2.5V

可分辨的最小电压为5V/255=0.02V。344.ADC0809工作时序时序图参见图9.28一次A/D转换的工作过程：ALE有效（选择模拟通道，接收模拟量输入）START有效（启动A/D转换）EOC有效（A/D转换结束）OE有效（输出数据D7~D0到总线上）A/D转换（>=64个时钟周期）355.ADC0809应用采用ADC0809与CPU之间相连，采用查询方式，对8路模拟信号分别采样一次，并将结果存入数据段中BUFFER开始的数据区中。硬件电路如下图所示，设状态标志端口地址为308H，此引脚通过三态门与D0相连。完成数据采集程序。≥1D0D2D1D7.…Y1Y0G3CBAG2G1A9AENA8A7A6A5A4A374LS138EOCALESTARTOECBAADC0809CIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7D0D7…D2D1IOR≥1≥1IOWA2A1A