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1第十一讲第十一讲 D/A与与A/D转换1第十一讲 D/A与A/D转换2主要内容nD/AD/A与A/DA/D转换的原理转换的原理;n典型芯片的特点与应用典型芯片的特点与应用;2主要内容D/A与A/D转换的原理;3D/A转换器的功能n功能：功能：D/A转换器是指将数字量转换成模拟量转换器是指将数字量转换成模拟量 的线性集成电路。的线性集成电路。n输出特性：它的模拟量输出（电流或电压）与输出特性：它的模拟量输出（电流或电压）与 参考量（电流或电压）以及二进制参考量（电流或电压）以及二进制 数成比例。数成比例。3D/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4D/A转换器实现原理4D/A转换器实现原理5D/A转换器的主要参数n1.位数（分辨率）位数（分辨率）n2.转换时间转换时间n3.精度精度n4.线性度线性度n5.输出类型和极性输出类型和极性5D/A转换器的主要参数6典型D/A转换DAC0832芯片8位并行位并行、中速中速(建立时间建立时间1us)、电流型电流型、低廉、低廉(1020(1020元元元元)逻辑结构和逻辑结构和引脚功能引脚功能 DAC0832与微机系统的连接与微机系统的连接 应用举例应用举例6典型D/A转换DAC0832芯片8位并行、中速(建立时间17 1.引脚和逻辑结构引脚和逻辑结构 20个引脚、双列直插式个引脚、双列直插式8位位输入输入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFB71.引脚和逻辑结构20个引脚、双列直插式8位8V cc 芯片电源电压芯片电源电压,+5V+15VVREF 参考电压参考电压,-10V+10V RFB 反馈电阻引出端反馈电阻引出端,此端可接运算放大器输出端此端可接运算放大器输出端AGND 模拟信号地模拟信号地DGND 数字信号地数字信号地8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位输入输入寄存器寄存器RFB8Vcc芯片电源电压,+5V+159DI7 DI0 数字量输入信号数字量输入信号 其中其中:DI0为最低位，为最低位，DI7为最高位为最高位8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位输入输入寄存器寄存器RFB9DI7DI0数字量输入信号8位8位VRE108位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位输入输入寄存器寄存器RFB0011ILE 输入锁存允许信号输入锁存允许信号,高电平有效高电平有效CS 片选信号片选信号,低电平有效低电平有效WR1 写信号写信号1，低电平有效，低电平有效LE1当当 ILE、CS、WR1同时有效时同时有效时,LE=1，输入寄存器的输出随输入而变化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将输入数据锁存到输入寄存器108位8位VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDD11LE2XFER 转移控制信号，转移控制信号，低电平有效低电平有效WR2 写信号写信号2，低电平有效，低电平有效 当当XFER、WR2同时有效时同时有效时,LE2=1 DAC寄存器输出随输入而变化；寄存器输出随输入而变化；WR2 ,LE2=0，将输入数据锁存到将输入数据锁存到DAC寄存器，寄存器，数据进入数据进入D/A转换器，开始转换器，开始D/A转换转换VREF8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位输入输入寄存器寄存器RFB00111LE2XFER转移控制信号，低电平有效当XF128位位DAC寄存器寄存器8位位D/A转换器转换器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位输入输入寄存器寄存器IOUT1 模拟电流输出端模拟电流输出端1 当输入数字为全当输入数字为全”1”时时,输出电流最大，约为：输出电流最大，约为：全全”0”时时,输出电流为输出电流为0IOUT2 模拟电流输出端模拟电流输出端2 IOUT1+I OUT2=常数常数255VREF256RFBRFB128位8位VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDD13 DAC0832与微机系统的连接与微机系统的连接1)直通工作方式直通工作方式 两个寄存器均工作于直通状态；两个寄存器均工作于直通状态；2)单缓冲工作方式单缓冲工作方式一个寄存器工作于直通状态，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；另一个工作于受控锁存器状态；3)双缓冲工作方式双缓冲工作方式 两个寄存器均工作于受控锁存器状态；两个寄存器均工作于受控锁存器状态；13DAC0832与微机系统的连接1)直通工作方式14 一个一个寄存器工作于寄存器工作于直通直通状态，状态，一个一个工作于工作于受控受控锁存器状态锁存器状态 在不要求多个在不要求多个D/A同时输出时，同时输出时，可以采用单缓冲方式，可以采用单缓冲方式，此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据的数据吞吐量。吞吐量。单缓冲工作方式单缓冲工作方式 14在不要求多个D/A同时输出时，可以采用单缓15D/A转换转换IOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&输入输入寄存寄存RFB-+VoIOWA9A0D7D0+5VPC总线总线port地址地址译码译码DAC寄存寄存单缓冲工作方式单缓冲工作方式 15D/AIOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR16 双缓冲工作方式双缓冲工作方式:两个寄存器均工作于受控锁存器状态两个寄存器均工作于受控锁存器状态DAC0832PC总线总线数数 据据 线线WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2CS地地址址译译码码A0A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND16双缓冲工作方式:两个寄存器均工作于受控锁存器状17当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。地地址址译译码码port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换转换DI7DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A转换转换DI7DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7D0A9A0IOWPC总线总线+5v+5v17当要求多个模拟量同时输出时，可采用双重缓冲方式。地por18应用举例（方波）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，3F3H18应用举例（方波）DAC0832直通工作方式，设8255A19模模/数转换器数转换器一、一、A/D 转换器的基本原理转换器的基本原理二、二、A/D转换器的技术指标转换器的技术指标三、三、A/D转换器及其连接转换器及其连接四、四、典型典型A/D转换器转换器19模/数转换器20A/D 转换器的基本原理转换器的基本原理20A/D转换器的基本原理21逐次逼近式逐次逼近式A/D转换转换 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换是用得最多的一种方法。转换是用得最多的一种方法。组成：组成：8 8位位D/AD/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.工作过程：工作过程：从最高位开始通过试探值逐次进行测试，从最高位开始通过试探值逐次进行测试，直到试探值经直到试探值经D/AD/A转换器输出转换器输出VoVo与与V VX X相等或达到允许误差范相等或达到允许误差范围为止。则该试探值就为围为止。则该试探值就为A/DA/D转换所需的数字量。转换所需的数字量。21逐次逼近式A/D转换逐次逼近式A/D转换是用得最多的一22+-8 8位位D/AD/A转换器转换器缓冲寄存器缓冲寄存器控制电路控制电路逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器V Vi iV VO O启动启动CLKCLK转换结束转换结束D D7 7D D6 6D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D0 0D D1 1比较器比较器逐次逼近式逐次逼近式A/D转换转换工作原理图工作原理图22+-8位D/A转换器缓冲寄存器控制电路逐次逼近寄存器Vi23如：实现模拟电压如：实现模拟电压4.80V相当于数字量相当于数字量123的的AD转换转换.具体过程如下：具体过程如下：当出现启动脉冲当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清时，逐次逼近寄存器清“0”；当第一个当第一个 T1 到来，逐次逼近寄存器到来，逐次逼近寄存器 最高位最高位D7置置“1”，8位位D/A转换器输入为转换器输入为10000000B，输出输出Vo为满度的一半为满度的一半5V，即满量值的，即满量值的128/255。若若VoVi，比较器输出低电平，比较器输出低电平，控制电路使逐次逼近寄存器最高位控制电路使逐次逼近寄存器最高位D7置置“0”(反之，置反之，置“1”)；23如：实现模拟电压4.80V相当于数字量123的AD转换24 当第二个当第二个 到来，逐次逼近寄存器到来，逐次逼近寄存器D6位置位置“1”，D/A转换器的数字量输入为转换器的数字量输入为01000000B，输出电压为输出电压为2.5V，VoVi，比较器输出高电平，比较器输出高电平，将将D6位的位的“1”保留保留(否则，将否则，将D6位置位置0)；第三个第三个 T3 时钟脉冲来，又将时钟脉冲来，又将D5位置位置“1”重复上述过程直到重复上述过程直到D0位置位置“1”，再与输入比较。，再与输入比较。经过经过8次以后，次以后，逐次逼近寄存器中得到的数字量就是转换结果。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。过程用下表表示。T224当第二个到来，逐次逼近寄存器D25逐次逼近式逐次逼近式A/D转换转换25逐次逼近式A/D转换26二、二、A/D转换器的技术指标转换器的技术指标1.分辨率分辨率2.转换精度转换精度3.转换时间和转换率转换时间和转换率26二、A/D转换器的技术指标1.分辨率271分辨率分辨率指指A/D转换器所能分辨的最小模拟输入量，或指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。转换器满量程模拟输入量被分离的级数。模拟输入量模拟输入量数字数字输出量输出量000001010011000001010011 1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v输入输入 输出输出-0.50.5v 000 0.51.5v 001 1.52.5v 010 、5.56.5v 110 6.57.5v 111 在在ADC中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系271分辨率模拟输入量数字0000010100110000282转换精度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。输入的模拟值之间的偏差。反应反应ADC的实际输出接近理想输出的精确程度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，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。取该范围内的中间模拟值计算。282转换精度由于在一定范围内的模拟值产生293转换时间和转换率转换时间和转换率转换时间转换时间指完成一次指完成一次A/D转换所需的时间，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。从启动信号开始到转换结束，得到稳定数字量的时间。转换率转换率是转换时间的倒数。是转换时间的倒数。293转换时间和转换率转换率是转换时间的倒数。30三、三、A/D转换器及其连接转换器及其连接 1.A/D转换器分类转换器分类2.A/D转换器与系统的连接转换器与系统的连接30三、A/D转换器及其连接1.A/D转换器分类31 1.A/D转换器分类转换器分类l 按工作原理分按工作原理分l 按输入方式分按输入方式分l 按输出方式分按输出方式分l 按性能特点分按性能特点分l 按输出是否带三态缓冲分按输出是否带三态缓冲分311.A/D转换器分类按工作原理分32l 按模拟量输入方式分按模拟量输入方式分单极性单极性ADC、双极性双极性ADCl 按数字量输出方式分按数字量输出方式分 并行并行ADC、串行串行ADCl 按工作原理分按工作原理分计数式计数式ADC、双积分式双积分式ADC逐次逼近式逐次逼近式ADC、并行式并行式ADC32按模拟量输入方式分按数字量输出方式分按工作原理分33l 按性能特点分按性能特点分按分辨率分按分辨率分4位、位、6位、位、8位、位、10位、位、12位、位、14位、位、16位、位、按转换速度分按转换速度分 低速、中速、高速、超高速低速、中速、高速、超高速（转换时间分别为（转换时间分别为1s、1ms、1us、1ns）按转换精度分按转换精度分低精度、中精度、高精度、超高精度低精度、中精度、高精度、超高精度33按性能特点分34 按输出是否带三态缓冲分按输出是否带三态缓冲分带可控三态缓冲带可控三态缓冲ADC 如：如：ADC0809 不带可控三态缓冲不带可控三态缓冲ADC 如：如：ADC570、ADC121034按输出是否带三态缓冲分352.A/D转换器及其连接转换器及其连接 1)A/D转换器的典型信号转换器的典型信号 2)A/D转换器各信号与系统的连接转换器各信号与系统的连接352.A/D转换器及其连接1)A/D转换器的典型信36 1)A/D转换器的典型信号转换器的典型信号A/D转换器转换器模拟量模拟量输入信号输入信号 模拟量输入信号模拟量输入信号A/D转换启动信号转换启动信号 A/D转换启动信号转换启动信号转换完成信号转换完成信号 转换完成转换完成(结束）信号结束）信号数字量输出信号数字量输出信号 数字量输出信号数字量输出信号361)A/D转换器的典型信号A/D模拟量模拟量输入372)A/D转换器各信号与系统的连接转换器各信号与系统的连接A/D转换器转换器模拟量输入信号模拟量输入信号数字量输出信号数字量输出信号A/D转换启动信号转换启动信号转换完成信号转换完成信号372)A/D转换器各信号与系统的连接A/D模拟量输入信38典型典型A/DA/D转换器工作原理器工作原理 ADC0809ADC0809是是CMOSCMOS数数据据采采集集器器件件，由由于于它它不不仅仅包包括括一一个个8 8位位的的逐逐次次逼逼近近型型的的A/DA/D部部分分，而而且且还还提提供供一一个个8 8通通道道的的模模拟拟多多路路开开关和联合寻址逻辑。关和联合寻址逻辑。38典型A/D转换器工作原理ADC0809是39ADC0809主要性能主要性能(1)(1)分辨率为分辨率为8 8位位(2)(2)输入电压范围为输入电压范围为5 5V,V,功耗为功耗为1515mwmw(3)(3)转换时间为转换时间为100100s s(4)(4)工作温度范围为工作温度范围为-40-40+85+85(5)85)8个模拟输入通道，有通道地址锁存个模拟输入通道，有通道地址锁存(6)6)有三态输出能力，易于与微机相连有三态输出能力，易于与微机相连39ADC0809主要性能(1)分辨率为8位40 ADC080ADC080引脚功能引脚功能图 40ADC080引脚功能图41ADC0809ADC0809原理框原理框图 41ADC0809原理框图42ADC0809芯片引脚功能说明芯片引脚功能说明 42ADC0809芯片引脚功能说明43模拟输入模拟输入 0809有8个模拟输入通道，每个通道输人电压范围为05V。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43模拟输入0809有8个模拟输入通道44 ADC0809ADC0809与与80868086CPUCPU的接口的接口 44ADC0809与8086CPU的接口45 D/A D/A转换器没有形式上的启动信号。实际上后一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级寄存器的控制信号就是D/AD/A转换器的启动信号。转换器的启动信号。它也没有转换结束信号。它也没有转换结束信号。D/AD/A转换的过程很快，转换的过程很快，一般还不到一条指令的执行时间。一般还不到一条指令的执行时间。DAC0832DAC083245DAC083246 D/A芯片将数字量转换为模拟量时有两种输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。出形式，即电流型与电压型。单极性输出电路。单极性输出电路。为反相输出电路，其输出电压为：为反相输出电路，其输出电压为：常用的一种典型电路常用的一种典型电路!同相输出电路，其电压输出为：同相输出电路，其电压输出为：DAC0832DAC0832的几种典型输出连接方式的几种典型输出连接方式46DAC0832的几种典型输出连接方式47(a)反相输出；(b)同相输出 47(a)反相输出；(b)同相输出4808320832与与82558255的连接方式的连接方式V0 占用占用8255的两个端口的两个端口,不直接与不直接与CPU连接连接,常常用于接口电路较多时用于接口电路较多时,可以减少总线的驱动负载可以减少总线的驱动负载,为为一种最常用的一种最常用的0832的硬件连接方式。对五个控制的硬件连接方式。对五个控制信号的要求为：只要信号的要求为：只要ILE为高，其它为低就可以工为高，其它为低就可以工作。作。480832与8255的连接方式V0占用82549应用举例（方波）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，3F3H49应用举例（方波）DAC0832直通工作方式，设8255A50应用举例应用举例 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-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI70+5D7D0系统总线AGNDIOWDGND译码器AENA9A0220H50应用举例设DAC0832的地址为220H51应用举例应用举例51应用举例52 ADC0809ADC0809的硬件电路设计方法：的硬件电路设计方法：ADC0809的硬件电路接口图IOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS52ADC0809的硬件电路设计方法：ADC0809的硬件53上图要注意的问题有：上图要注意的问题有：1 1）在上图中可以不要）在上图中可以不要EOCEOC信号指示转换完成，但在程序信号指示转换完成，但在程序中必须给出足够的转换时间，否则中必须给出足够的转换时间，否则CPUCPU读回的数据是上读回的数据是上一次的转换值。一次的转换值。2 2）启动信号）启动信号STARTSTART和地址锁存信号和地址锁存信号ALEALE可以连接在一起，可以连接在一起，两者的时序相同。两者的时序相同。3 3）读取信号可以用）读取信号可以用CPUCPU的读信号的读信号RDRD和和M/IOM/IO的组合来完成的组合来完成读操作。读操作。4 4）片选信号可以用译码输出选通，）片选信号可以用译码输出选通，08090809就有一个专用就有一个专用的口地址，这个地址即可实现读转换好的数据，又可做的口地址，这个地址即可实现读转换好的数据，又可做为启动信号，使为启动信号，使08090809实现转换启动。实现转换启动。5354ADC0809与8255的硬件连接应用举例n在使用中在使用中0809可以与可以与8255相连接，相连接，此时，此时，0809无无指定的地址口，指定的地址口，它的工作过程它的工作过程完全由完全由8255控控制。制。IN7在实际应用时这两个信号可以连接在一起，转换完成就可读出。IN0IN1IN2ADDCADDBADDACSOEEOCPB0-7PC2PC1PC0PC3PC4PC582550809D0-D7STARTALECLKPC6外部时钟信号54ADC0809与8255的硬件连接应用举例在使用中08055上图的设计中注意的问题上图的设计中注意的问题1 1、启动信号和地址锁存信号、启动信号和地址锁存信号 一般连接在一起一般连接在一起2 2、读控制信号、读控制信号OE OE 与与82558255连接时，连接时，OE=1OE=1后，才可由后，才可由82558255的的A A口读转换完的数据口读转换完的数据 ，如果，如果OEOE与与EOCEOC相连接，相连接，则只要有则只要有EOC=1EOC=1，就可读出转换的数据，如图虚线所，就可读出转换的数据，如图虚线所示。示。3 3、转换完成由、转换完成由82558255的的PC5PC5（EOCEOC）的状态决定，要判断）的状态决定，要判断该位的状态。该位的状态。4 4、选择那个通道作为模拟量输入，由、选择那个通道作为模拟量输入，由PC0-2PC0-2决定，可决定，可以通过软件对以通过软件对8255C8255C口的控制来实现。口的控制来实现。5 5、位操作不影响、位操作不影响C口其它位的状态，即不影响其它位口其它位的状态，即不影响其它位的工作。的工作。55上图的设计中注意的问题56 一种通过接口芯片一种通过接口芯片8255将将ADC0809接到接到8088系统总线上的连接图如下系统总线上的连接图如下图所示。该电路以可编程并行接口图所示。该电路以可编程并行接口8255作为作为ADC0809的接口，其初始化程的接口，其初始化程序规定：序规定：8255工作在方式工作在方式0之下，之下，A口输入，口输入，B口输出，口输出，C口的低口的低4位输出、高位输出、高4位输入，并且使位输入，并且使PC0=0，PC1=0。56一种通过接口芯片8255将ADC0809接到8057 某某8086系统中系统中8255端口地址范围为端口地址范围为360H363H，其与开，其与开关及关及LED指示灯的接口电路如下图。指示灯的接口电路如下图。57某8086系统中8255端口地址范围
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