DA、AD转换技术课件

D/A、A/D轉換技術16.1模擬量的輸入輸出通道16.2D/A轉換器的作用和主要技術指標D/A轉換器的作用是將二進位的數字量轉換為相應的模擬量。主要技術指標解析度絕對精度相對精度建立時間轉換結果的輸出形式解析度：它表示對微小輸入量變化的敏感程度，一般用數字量的位數來表示。位數越高，解析度越高；如8位的D/A，若輸出滿刻度值為10V，則一個最低有效二進位數對應的模擬信號為39.2mv,占滿度值的0.392％。如10位的D/A，則若輸出滿刻度值為10V，則一個最低有效二進位數對應的模擬信號為9.78mv,占滿度值的0.0978％。絕對精度：對應於滿度數字量，D/A轉換器實際輸出值與理論輸出值之差。相對精度：滿度已校準的情況下，對於任一數字量的模擬量輸出與理論值之差。（非線性度）建立時間：數字變化量為滿刻度時，輸出模擬達到終值所需的時間。輸出是電流型的D/A建立時間短，輸出是電壓型的D/A建立時間長；轉換結果的輸出形式（電壓或電流、單極性或雙極性）：輸入信號的形式（並行或串行）。16.3典型的D/A轉換晶片DAC0832單電源：+5V~+15VVref:-10V~+10V

低功耗：20mW；解析度：8位線性誤差：0.2%(FS);NL誤差：0.4%(FS)建立時間：1μs溫度係數：200ppm/℃輸出方式:電流VRef×DRfb×256Iout1＝Iout1＋Iout2＝常數ILE：輸入數據允許鎖存信號，高電平有效；CS輸入寄存器選擇信號，低電平有效；WR1輸入寄存器的“寫”選通信號，低電平有效；LE1為高電平鎖存器的輸出隨輸入變化，LE1負跳變將數據存到鎖存器中，LE1為低電平，輸出保持不變；(1)DAC0832邏輯結構框圖兩級緩衝結構輸入輸出XFER：數據轉移控制信號，低電平有效；WR2：DAC寄存器的“寫”選通信號，XFER和WR2決定了LE2的電平，LE2為高電平鎖存器的輸出隨輸入變化，LE2負跳變將數據存到鎖存器中，LE2為低電平，輸出保持不變；VREF:基準電源輸入端；RFB:回饋信號輸入端；IOUT1IOUT2：電流輸出端，IOUT1和IOUT2的和為常數，在單極性輸出時，IOUT2通常接地；VCC工作電源；DGND：數字信號地、AGND為模擬信號地；ID0~ID7：數據輸入端(2)DAC0832的工作方式直通工作方式：輸入寄存器和DAC寄存器都接成直通方式。此時提供給DAC的數據，必須來自鎖存端口(LE1=LE2=0)。單緩衝工作方式：控制輸入寄存器和DAC寄存器同時跟隨或鎖存數據，或只控制這兩個寄存器之一，而另一個接成直通方式。此方式適用於只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。雙緩衝工作方式：分別控制輸入寄存器和DAC寄存器，此方式適用於多路D/A同時輸出的情形：使各路數據分別鎖存於各輸入寄存器，然後同時（相同控制信號）打開各DAC寄存器、實現同步轉換。單緩衝方式：用於一路輸出或幾路非同步輸出輸入寄存器與DAC寄存器地址為：7FFFH，WR1/WR2與單片機的寫信號連接，CPU對DAC0832執行一次“寫”操作，把一個數據直接寫入DAC寄存器進行D/A轉換。單緩衝工作方式的典型應用：信號發生器鋸齒波MOVDPTR,#7FFFH;MOVA,#00H;LOOP:MOVX@DPTR,A;INCA;AJMPLOOP三角波：MOVDPTR,#7FFFH;MOVA,#00H;UP:MOVX@DPTR,A;INCA;CJNEA,#0FFH,UP;DOWN:DECA;MOVX@DPTR,ACJNEA,＃0H,DOWN;SJMPUP;雙緩衝工作方式：用於多個DAC0832同步輸出第1片的輸入寄存器的地址為DFFFH,第2片的輸入寄存器的地址為BFFFH,兩片的DAC寄存器的地址都為7FFFH。兩片DAC0832同步輸出的相應控制軟體為：1、將待轉換的第一個數據NNH送入第1片的DAC0832的輸入寄存器；MOVDPTR,#0DFFFH;MOVA,#0NNH;MOVX@DPTR,A;2、將待轉換的第二個數據MMH送入第2片的DAC0832的輸入寄存器；MOVDPTR,#0BFFFH;MOVA,#MMH;MOVX@DPTR,A;3、將分別鎖在兩個輸入寄存器中的數據NN和MM同時送入各自的DAC寄存器進行轉換；

MOVDPTR,#7FFFH;MOV@DPTR,A;A的內容無關緊要(3)8位D/A轉換器與CPU的典型連接數據線控制線地址線16.4D/A轉換器與單片機連接應注意的幾點：當D/A與單片機的P0口連接時，由於轉換數據僅在“輸出”指令的瞬間出現在P0口上，而數據轉換是需要一定時間，因此為保證轉換精度，需將轉換數據鎖存直到下一次“輸出”不同數據為止。對於高8位以上的D/A與單片機的連接，必須解決分時輸出所造成的毛刺現象。方法一：採用內部帶有雙緩衝數據寄存器的D/A；方法二：利用74LS373等鎖存器作為數據緩衝器將D/A與單片機連接；輸出電壓為雙極性，可利用運算放大器實現，如下圖所示：A點單極性輸出電壓為0～－5V；B點雙極性輸出電壓為＋5V～－5V16.5A/D轉換器的主要技術指標解析度：通常用數字輸出最低位（LSB）所對應的模擬輸入的電平值表示。精度：絕對精度和相對精度轉換時間：由啟動轉換命令到轉換結束信號開始有效的時間間隔電源靈敏度量程：所能轉換模擬電壓的範圍，雙極性和單極性輸出邏輯電平工作溫度範圍轉換時間和轉換頻率（T=1/f)

A/D轉換時間（T）——A/D轉換器完成一次模擬量變換為數字量所需的時間。如圖所示，t為時間，V(t)為模擬量，T為採樣間隔，TA為轉換時間模擬量離散化原理圖量化誤差與解析度

A/D轉換器的解析度—轉換器對輸入電壓微小變化回應能力的度量，習慣上輸出用二進位位數或者BCD碼位數表示。輸出用二進位表示：如AD574A的解析度為12位，即輸出數據可以用212個二進位數進行量化，其解析度為1LSB，用百分數表示為：

1/212×100%=(1/4096)×100%≈0.0244%當VFS=5V，可分辨的最小電壓是1.22mV;當VFS=10V，可分辨的最小電壓是2.44mV;輸出用BCD碼表示：輸出為BCD碼的A/D轉換器一般用位數表示解析度，例如MC14433雙積分式A/D轉換器解析度為3(1/2)位。滿度字位為1999，用百分數表示解析度為：

(1/1999)×100%=0.05%量化誤差與解析度是統一的。量化誤差是由於用有限數字對模擬數值進行離散取值（量化）而引起的誤差。因此，量化誤差理論上為一個單位的解析度，即±1/2LSB。提高解析度可減少量化誤差。轉換精度轉換精度反映了一個實際上A/D轉換器在量化值上與一個理想A/D轉換器進行模/數轉換的差值，可表示成絕對誤差或相對誤差。必須指出，A/D轉換器的精度所對應的誤差指標是不包括量化誤差的。(1)應用背景模擬量（模擬信號）模/數轉換器（A/D）電腦（數字信號）時間、數值連續變化的物理量，如溫度、壓力、流量等AnalogtoDigit(2).轉換過程

採樣

量化

編碼

使模擬信號在時間上離散化用一個基本的計量單位（量化電平）使模擬量變為一個整數的數字量把已經量化的模擬量用二進位數碼、BCD碼或其他數碼表示(3).轉換電路及轉換器

轉換電路有逐次逼近式、雙積分式、並行式、跟蹤比較式、串並式、電荷平衡式等。常用的有：並行式A/D——速度快，價格高逐次逼近式A/D—精度、速度和價格適中（）雙積分式A/D——精度高、價格低，但速度慢

16.6採樣定理當信號頻譜為有限寬度，而最高截止頻率為fm時，只要在一定時間內對它進行足夠過的採樣，就可以保持信號的真實頻譜，條件是採樣週期T≦1/(2fm),即f≧2fm。f稱為奈圭斯特採樣頻率，是理論上限制的最低頻率。16.7逐次逼近式A/D轉換器轉換原理比較器時序與控制邏輯電路時鐘啟動DONEOE輸出緩衝器N位數字量輸出D/A轉換器N位寄存器模擬量輸入VNVX

注：Dn-i

表示N位寄存器第n-i位

Vx送入比較器，Dn-I

為1,其餘位為0,比較Vx,VN；若VX≥VN，Dn-I=1；VX＜VN，Dn-I=0

然後將Dn-2

置1，與上次的結果一起經A/D轉換後與VX比較。重複上述過程，直至判別出D0位，轉換結束，N位寄存器的內容就是轉換後的數字量數據。16.8典型晶片ADC0809主要技術指標和特性解析度：8位轉換時間：64個時鐘週期單一電源：+5V模擬輸入電壓範圍：單極性0~+5V，雙極性±5V或±10V具有可控三態輸出鎖存器啟動轉換控制為脈衝式（正脈衝），上升沿使寄存器清0，下降沿使A/D開始轉換。②ADC0809的引腳IN0~IN7：模擬信號輸入端；D0~D7：8位數字輸出端，為三態可控輸出，可直接與電腦相連。A、B、C：模擬通道選擇端，3位二進位可有8種組合，對應8路模擬輸入；CLK：時鐘信號輸入端，頻率範圍為50~800KHZALE：地址信號鎖存端，高電平有效；START：啟動A/D轉換信號,正脈衝有效；EOC：轉換結束信號，轉換開始EOC為低電平，轉換結束，EOC為高電平；OE：輸出允許控制端，高電平有效；VCC：工作電源；VREF(+),VREF(—)：基準參考電壓晶片封裝類型(1)雙列直插（DUAL-IN-LINEPACKAGE)(2)表貼封裝(CHIPCARRIER)ADC0809的內部結構模擬輸入部分控制邏輯地址解碼輸入選通基準電壓輸入端通道地址表ADC0809結構VCCGNDOEVREF(-)VREF(+)SCCLKEOCD0D7ABCALEIN0IN78路模擬量開關地址鎖存與解碼8位A/D轉換器三態輸出鎖存器83ADC0809與80C51單片機介面輸入模擬量：0-5VEOC用做外部中斷請求源用中斷方式讀取A/D轉換結果P2.0，RD，WR來控制地址鎖存、啟動和轉換結果的輸出A、B、C由P0.0—P0.2提供舉例應用：如圖所示，巡迴檢測一遍8路模擬量輸入，將讀數依次存放在片外數據記憶體A0H~A7H單元，程式如下：初始化程式清單：

MOVR0，#0A0H；數據暫存區首址

MOVR2，#08H；8路計數初值

SETBIT1；置脈衝觸發方式

SETBEA；CPU中斷

SETBEX1；允許INT1申請中斷

MOVDPTR,#0FEF8H；指向ADC0809首地址

MOV@DPTR,A;啟動A/D轉換HERE：SJMPHERE；等中斷中斷服務程式