吉林大學遠程教育學院

1、計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 吉林大學遠程教育學院計算機接口技術計算機接口技術主講人：主講人： 趙宏偉趙宏偉 教授教授 總學時：總學時： 3232 吉林大學計算機科學與技術學院吉林大學計算機科學與技術學院 第第 二十三二十三 講講 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHN

2、OLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 第第6 6章章 模擬通道及其接口模擬通道及其接口 在測量和工業(yè)實時控制中，經(jīng)常要對一些現(xiàn)場物理量進行在測量和工業(yè)實時控制中，經(jīng)常要對一些現(xiàn)場物理量進行測量，或者將其采集下來進行處理。這些物理量可能是電測量，或者將其采集下來進行處理。這些物理量可能是電信號，也可能是非電信號。信號，也可能是非電信號。電信號有電壓、電流、電量等，非電信號有拉力、壓力、電信號有電壓、電流、電量等，非電信號有拉力、壓力、溫度、聲音、光、濃度、密度、濕度以及物體的重量、形溫度、聲音、光、濃度、密度、濕度以及物體的重量、形變、位移、運

3、動物體的速度和加速度等。變、位移、運動物體的速度和加速度等。對于電信號，需要轉化成計算機所能接受的形式，對于非對于電信號，需要轉化成計算機所能接受的形式，對于非電信號則需要轉換成電信號再由計算機進行處理。電信號則需要轉換成電信號再由計算機進行處理。在數(shù)字計算機中，任何物理量都是以數(shù)字的形式表示和進在數(shù)字計算機中，任何物理量都是以數(shù)字的形式表示和進行處理的，而上述電信號、非電信號一般都是模擬量信號，行處理的，而上述電信號、非電信號一般都是模擬量信號，所以就需要將模擬量信號轉換成數(shù)字量信號，這一轉換過所以就需要將模擬量信號轉換成數(shù)字量信號，這一轉換過程稱為模數(shù)轉換，即程稱為模數(shù)轉換，即A/DA/D

4、轉換。轉換。另一方面，為滿足測控系統(tǒng)各執(zhí)行機構對模擬量信號的要另一方面，為滿足測控系統(tǒng)各執(zhí)行機構對模擬量信號的要求，需要將計算機處理后的用于控制的數(shù)字量信號轉換成求，需要將計算機處理后的用于控制的數(shù)字量信號轉換成模擬量信號，這一轉換過程稱為數(shù)模轉換，即模擬量信號，這一轉換過程稱為數(shù)模轉換，即D/AD/A轉換。轉換。A/DA/D轉換和轉換和D/AD/A轉換是微型機與外界聯(lián)系的重要橋梁，是微轉換是微型機與外界聯(lián)系的重要橋梁，是微型機在測量、控制和各類智能儀器儀表中不可缺少的重要型機在測量、控制和各類智能儀器儀表中不可缺少的重要環(huán)節(jié)。環(huán)節(jié)。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER

5、SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 6.1 6.1 概述概述 圖 6.1.1 多回路模入、模出通道基本組成 CPU I/O A/D S/H REG I/O D/A 模擬量輸入 模擬量輸出 MUX #2 #n #1 圖 6.1.2 典型工業(yè)過程控制系統(tǒng) CPU 多路采樣開關 放大濾波 多路切換開關 放大濾波 驅動器 驅動器 傳感器 傳感器 執(zhí)行器 執(zhí)行器 A/D D/A 采樣/ 保持 溫度 壓力 流速 調(diào)溫 調(diào)壓 調(diào)速 計算機科學與技術學院計算機科

6、學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 傳感器分類傳感器分類表 6.1.1 傳感器的分類情況 被測量類別 被測量 熱工量 溫度、熱量、比熱；壓力、壓差、真空度；流量、流速、風速 機械量 位移（線位移、角位移） 、尺寸、形狀；力、力矩、應力；重量、質(zhì)量；轉速、線速度；振動幅值、頻率、加速度、噪聲 物性和成分量 氣體化學成分、液體化學成分；酸堿度（pH 值） 、鹽度、濃度、粘度；密度、比重 按 被測 參量 分類 狀態(tài)量 顏色

7、、透明度、磨損量、材料內(nèi)部裂紋或缺陷、氣體泄漏、表面質(zhì)量 按 工作 原理 分類 電阻式、電感式、電容式、阻抗式（電渦流式） 、磁電式、熱電式、壓電式、光電式（包括紅外式、光導纖維式） 、諧振式、霍爾式（磁式） 、超聲式、同位素式、電化學式、微波式 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 6.2 D/A6.2 D/A轉換及其接口轉換及其接口 D/AD/A轉換原理轉換原理 D/AD/A轉換常用的方

8、法是加權電阻網(wǎng)和轉換常用的方法是加權電阻網(wǎng)和T T型電阻網(wǎng)法型電阻網(wǎng)法 1.1.加權電阻網(wǎng)加權電阻網(wǎng)D/AD/A轉換：轉換：加權電阻網(wǎng)加權電阻網(wǎng)D/AD/A轉換就是用一個二轉換就是用一個二進制數(shù)字的每一位代碼產(chǎn)生一個與其相應權成正比的電壓進制數(shù)字的每一位代碼產(chǎn)生一個與其相應權成正比的電壓（或電流），然后將這些電壓（或電流）疊加起來，就可（或電流），然后將這些電壓（或電流）疊加起來，就可得到該二進制數(shù)所對應的模擬量電壓（或電流）信號得到該二進制數(shù)所對應的模擬量電壓（或電流）信號2 2T T型電阻網(wǎng)型電阻網(wǎng)D/AD/A轉換：轉換： T T型電阻網(wǎng)型電阻網(wǎng)D/AD/A轉換的組成是轉換的組成是 （1

9、1）輸入數(shù)據(jù)控制的開關組）輸入數(shù)據(jù)控制的開關組 （2 2）R-2RR-2R電阻網(wǎng)絡電阻網(wǎng)絡 （3 3）由運算放大器構成的電流）由運算放大器構成的電流- -電壓轉換電路電壓轉換電路 這種轉換方法與上述加權電阻網(wǎng)絡法的主要區(qū)別在于這種轉換方法與上述加權電阻網(wǎng)絡法的主要區(qū)別在于電阻求和網(wǎng)絡的形式不同，它采用分流原理來實現(xiàn)對相應電阻求和網(wǎng)絡的形式不同，它采用分流原理來實現(xiàn)對相應數(shù)字位的轉換數(shù)字位的轉換計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND

10、 TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 吉林大學遠程教育學院計算機接口技術計算機接口技術主講人：主講人： 趙宏偉趙宏偉 教授教授 總學時：總學時： 3232 吉林大學計算機科學與技術學院吉林大學計算機科學與技術學院 第第 二十四二十四 講講 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 D/AD/A轉換結構示意圖轉換結構示意圖 N 位位 數(shù)數(shù) 字字 模擬模擬 量量 電壓輸出電壓輸出 輸輸 入入 電電

11、阻阻網(wǎng)網(wǎng)絡絡 運運算算放放大大器器 模模擬擬開開關關 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 D/AD/A轉換器原理框圖轉換器原理框圖 數(shù)數(shù) D0 字字 量量 模模擬擬量量 輸輸 輸輸出出 入入 Dn 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 緩緩 沖沖 數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 鎖鎖 存存 模模 擬擬 開開 關關 電電 組組 網(wǎng)網(wǎng) 絡絡 驅驅 動動 放放 大大 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE

12、AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 D/AD/A轉換器的主要性能指標轉換器的主要性能指標1 1分辨率：分辨率：當輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時，即當輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化時，即LSBLSB位產(chǎn)生一次位產(chǎn)生一次變化時，所對應輸出模擬量（電壓或電流）的變化量變化時，所對應輸出模擬量（電壓或電流）的變化量2 2精度：精度：分絕對精度和相對精度，表明分絕對精度和相對精度，表明D/AD/A轉換的精確程度，用轉換的精確程度，用誤差大小表示誤差大小表示（1 1）絕對精度：）絕對

13、精度：指的是在整個工作區(qū)間實際的模擬量輸出值與指的是在整個工作區(qū)間實際的模擬量輸出值與理論輸出值之差的最大值。它是由理論輸出值之差的最大值。它是由D/AD/A轉換器的零點調(diào)整，增益轉換器的零點調(diào)整，增益誤差，噪聲和線性誤差，微分線性誤差等引起的。在手冊上常常誤差，噪聲和線性誤差，微分線性誤差等引起的。在手冊上常常單獨給出各種誤差以綜合說明絕對誤差單獨給出各種誤差以綜合說明絕對誤差（2 2）相對精度：）相對精度：相對精度與絕對精度相似，不同在于，相對精相對精度與絕對精度相似，不同在于，相對精度把上述的最大偏差表示為滿量程輸出模擬量的百分數(shù)，或者用度把上述的最大偏差表示為滿量程輸出模擬量的百分數(shù)，

14、或者用二進制位數(shù)的形式給出，例如：精度為二進制位數(shù)的形式給出，例如：精度為0.1%0.1%，含義是：最大誤，含義是：最大誤差為差為FSFS的的0.1%0.1%，若，若FS=5VFS=5V，則最大誤差為，則最大誤差為5 5mVmV3 3建立時間：建立時間：描述描述D/AD/A轉換速率快慢的一個重要參數(shù)，一般所指轉換速率快慢的一個重要參數(shù)，一般所指的建立時間是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應數(shù)值的建立時間是指輸入數(shù)字量變化后，輸出模擬量穩(wěn)定到相應數(shù)值范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時間范圍內(nèi)所經(jīng)歷的時間4 4環(huán)境及工作條件：環(huán)境及工作條件：一般情況下，影響一般情況下，影響D/AD/A轉換精度的主要環(huán)境轉換精

15、度的主要環(huán)境和工作條件因素是溫度和電源電壓變化。和工作條件因素是溫度和電源電壓變化。D/AD/A轉換器的工作溫度轉換器的工作溫度按產(chǎn)品等級分為軍用級、工業(yè)級和商業(yè)級，各級的標準工作溫度按產(chǎn)品等級分為軍用級、工業(yè)級和商業(yè)級，各級的標準工作溫度分別如下：分別如下： 軍用級軍用級 -55-55+125+125 工業(yè)級工業(yè)級 -25-25+85+85 商業(yè)級商業(yè)級 00-70-70計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOG

16、Y吉林大學吉林大學 8 8位位D/AD/A轉換器轉換器DAC 0832DAC 0832目前，目前，D/AD/A轉換器已將精密電阻、模擬開關、數(shù)據(jù)鎖存器，轉換器已將精密電阻、模擬開關、數(shù)據(jù)鎖存器，甚至包括基準電源、運算放大器等集成在一個芯片上，可甚至包括基準電源、運算放大器等集成在一個芯片上，可與與8 8位或位或1616位的微處理器直接連接位的微處理器直接連接D/AD/A轉換器的分類方式也有多種，例如轉換方式有并行、轉換器的分類方式也有多種，例如轉換方式有并行、串行之分，并行快，串行慢；按字長分，有串行之分，并行快，串行慢；按字長分，有8 8位、位、1010位、位、1212位位之分；按模擬開關工

17、藝分有雙極型、之分；按模擬開關工藝分有雙極型、JFETJFET型、型、MOSMOS型，它們的速率和精度不同；按結構有帶數(shù)據(jù)鎖存器型，它們的速率和精度不同；按結構有帶數(shù)據(jù)鎖存器和不帶數(shù)據(jù)鎖存器之分；按輸出形式有電壓和電流之分，和不帶數(shù)據(jù)鎖存器之分；按輸出形式有電壓和電流之分，等等等等DAC 0832DAC 0832是美國國家半導體公司推出的是美國國家半導體公司推出的8 8位位D/AD/A轉換器。該轉換器。該芯片采用芯片采用CMOSCMOS工藝，雙列直插式封裝，可直接與工藝，雙列直插式封裝，可直接與80808080、80888088、Z80Z80等等8 8位微處理器以及位微處理器以及MCS-51M

18、CS-51系列單片機直接接口，系列單片機直接接口，是在是在8 8位位D/AD/A轉換器中使用率最高的一種芯片轉換器中使用率最高的一種芯片DAC 0832DAC 0832主要特性：主要特性：8 8位分辨率位分辨率；電流型輸出電流型輸出；外接參考外接參考電壓電壓：-10-10V V+10V+10V；可采用雙緩沖、單緩沖或直接輸入三可采用雙緩沖、單緩沖或直接輸入三種工作方式種工作方式；單電源單電源：+5+5V V+15V+15V；電流建立時間電流建立時間：1 1ss；低功耗低功耗：2020mVmV；R-2R TR-2R T型解碼網(wǎng)絡型解碼網(wǎng)絡；線性誤差線性誤差：0.2%FS0.2%FS（FSFS為滿

19、量程）；為滿量程）；非線性誤差非線性誤差：0.4%0.4%FSFS；增益溫度系數(shù)增益溫度系數(shù)：0.002%0.002%FS/FS/；數(shù)字輸入與數(shù)字輸入與TTLTTL兼容兼容計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832的內(nèi)部構造的內(nèi)部構造 4 4個部分組成：一個個部分組成：一個8 8位輸入寄存器，一個位輸入寄存器，一個8 8位位DACDAC寄存器，寄存器，一個一個8

20、8位位D/AD/A轉換器和一組控制邏輯轉換器和一組控制邏輯 圖 6.2.1 DAC0832 內(nèi)部結構 8 位 輸入 寄存器 D7-D0 ILE CS WR1 WR2 XFER 8 位 DAC 寄存器 8 位 D/A 轉換器 VREF IOUT2 IOUT1 RFB AGND VCC DGND LE1 LE2 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 吉林大學遠程教育學院計算機接口技術計算機接口技

21、術主講人：主講人： 趙宏偉趙宏偉 教授教授 總學時：總學時： 3232 吉林大學計算機科學與技術學院吉林大學計算機科學與技術學院 第第 二十五二十五 講講 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832單緩沖方式電路連接單緩沖方式電路連接D0D7 IOW IO/M 地址總線地址總線 譯譯 碼碼 電電 路路 D0D7 WR1 CS VCC ILE Vref Rfb IO

22、UT1 IOUT2 DAC083XFEWR2 DGND AGND VOUT +5V 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832雙緩沖方式電路連接雙緩沖方式電路連接譯譯 碼碼 電電 路路 D0D7 D0D7 WR1 WR2 IOW CS XFER DAC0832 DGND AGND VCC ILE Vref Rfb IOUT1 IOUT2 +5V VOUT R 地址

23、總線地址總線 IO/M Y1 Y2 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832與與80888088系統(tǒng)總線系統(tǒng)總線連接連接 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A8 A7 A2 A1 A0 A9 A6 A5 A4 A3 1 1 D0D7 IOW D0D7 WR1 CS DAC0832 VCC ILE Vref Rfb IOUT1 IOUT2 XFER

24、WR2 DGND AGND +5V A1 7.5K 15K 15K A2 +5V VOUT 0.1F 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832 DAC 0832 在直流電機調(diào)速系統(tǒng)中的應用在直流電機調(diào)速系統(tǒng)中的應用 A15 A0 8088 CPU D0D7 三三 態(tài)態(tài) 鎖鎖 存存 器器 D/AD/A 轉轉 換換 器器 地址譯碼地址譯碼 Vref Iref PWMPWM 功放功放

25、 SM TGTG IO/M 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832 DAC 0832 方波輸出方波輸出MOV DX，300HSTART：MOV AL，00HOUT DX，ALCALL DELAY1MOV AL，0FFHOUT DX，ALCALL DELAY2JMP START 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOG

26、YCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832鋸齒波鋸齒波輸出輸出MOV DX，300H MOV AL，00H OUT DX，ALX1：INC AL OUT DX，AL CALL DELAY JMP X1 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DA

27、C 0832三角波輸出三角波輸出MOV DX，300HR0：MOV CX，0FFH MOV AL，00HR1：OUT DX，AL INC AL LOOP R1 MOV CX，0FFHR2：DEC AL OUT DX，AL LOOP R2 JMP R0 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832梯形波輸出梯形波輸出MOV DX，300H MOV CX，0FFH MO

28、V AL，00HT1：OUT DX，AL LOOP T1 MOV CX，0FFHT2：INC AL OUT DX，AL LOOP T2 MOV CX，0FFHT3：OUT DX，AL LOOP T3 MOV CX，0FFHT4：DEC AL OUT DX，AL LOOP T4 JMP T1 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 吉林大學遠程教育學院計算機接口技術計算機接口技術主講人：主講人：

29、 趙宏偉趙宏偉 教授教授 總學時：總學時： 3232 吉林大學計算機科學與技術學院吉林大學計算機科學與技術學院 第第 二十六二十六 講講 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 0832DAC 0832應用應用例例: :將從將從2000H2000H開始的開始的5050個個字節(jié)單元數(shù)據(jù)依次送到字節(jié)單元數(shù)據(jù)依次送到DAC DAC 08320832輸出，每個數(shù)據(jù)輸出輸出，每個數(shù)據(jù)輸出間隔時間

30、為間隔時間為1ms1ms，可調(diào)用，可調(diào)用D1msD1ms延時延時1ms1ms子程序子程序 圖 6.2.2 DAC 0832 單緩沖接口 IO/M A7 A6 A5 A4 A3 A2 D7-D0 WR G1 G2A Y0 G2B C B A ILE CS VCC RFB IOUT1 IOUT2 AGND D7-D0 DGND WR2 WR1 XFER 8088 DAC 0832 74LS138 +5V VOUT START：MOV SI，2000H MOV CX，50X1： MOV AL，SI INC SI OUT 80H，AL CALL D1ms LOOP X1 HLT 計算機科學與技術學院計

31、算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8 8位位CPUCPU與超過與超過8 8位的位的DACDAC接口（接口（1 1）一個一個1212位的位的D/AD/A轉換器與轉換器與8 8位位CPUCPU接口時，需把數(shù)據(jù)寬度分接口時，需把數(shù)據(jù)寬度分為兩段，即為兩段，即用兩個數(shù)據(jù)鎖存器分別鎖存低用兩個數(shù)據(jù)鎖存器分別鎖存低8 8位和高位和高4 4位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)，計算機向計算機向D/AD/A轉換器送數(shù)據(jù)時分為二次操作，即先把低轉換器

32、送數(shù)據(jù)時分為二次操作，即先把低8 8位位送給低送給低8 8位鎖存器，緊接著把高位鎖存器，緊接著把高4 4位送到高位送到高4 4位鎖存器位鎖存器這種方法實際上這種方法實際上存在問題：存在問題：它會在模擬電壓輸出中出現(xiàn)本它會在模擬電壓輸出中出現(xiàn)本來沒有來沒有“毛刺毛刺”現(xiàn)象現(xiàn)象，這種現(xiàn)象主要是由于兩個鎖存器的，這種現(xiàn)象主要是由于兩個鎖存器的值不同時改變而造成的值不同時改變而造成的 設前一個送入鎖存器的數(shù)據(jù)為：設前一個送入鎖存器的數(shù)據(jù)為： D D1 1=0000 1111 1111=0000 1111 1111 DAC DAC（D/AD/A轉換器）輸出電壓為轉換器）輸出電壓為V V1 1。下一個送入

33、鎖存器。下一個送入鎖存器的數(shù)據(jù)為：的數(shù)據(jù)為： D D2 2=0001 0000 0000=0001 0000 0000 對應對應D2D2的電壓輸出為的電壓輸出為V V2 2。顯然，由于。顯然，由于D D2 2D D1 1，而使，而使V V2 2V V1 1，但當把，但當把D D2 2的低的低8 8位送入低位送入低8 8位鎖存器后，高位鎖存器后，高4 4位送入高位送入高4 4位鎖存器之前，位鎖存器之前，DACDAC的數(shù)據(jù)鎖存器出現(xiàn)了一個中間數(shù)據(jù)，的數(shù)據(jù)鎖存器出現(xiàn)了一個中間數(shù)據(jù)，即即0000 0000 00000000 0000 0000，DACDAC輸出的模擬電壓在這瞬間也會輸輸出的模擬電壓在這

34、瞬間也會輸出一個出一個“0”0”電壓。在高電壓。在高4 4位數(shù)據(jù)輸出之后，位數(shù)據(jù)輸出之后，DACDAC的數(shù)據(jù)變的數(shù)據(jù)變?yōu)闉?001 0000 00000001 0000 0000，模擬電壓變?yōu)檎５?，模擬電壓變?yōu)檎５腣 V2 2。這樣，輸出。這樣，輸出的模擬電壓中出現(xiàn)了一個的模擬電壓中出現(xiàn)了一個“毛刺毛刺” ” 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8 8位位CPUCPU與超過與超過8 8

35、位的位的DACDAC接口（接口（2 2）為了解決毛刺問題，可采用雙緩沖結構，也即為了解決毛刺問題，可采用雙緩沖結構，也即二重鎖存二重鎖存，如圖所，如圖所示，使加到示，使加到DACDAC上的數(shù)據(jù)同時改變上的數(shù)據(jù)同時改變CPUCPU先把低先把低8 8位鎖存在鎖存器位鎖存在鎖存器1 1中，然后再把高中，然后再把高4 4位鎖存在鎖存器位鎖存在鎖存器2 2中，最后選中鎖存器中，最后選中鎖存器3 3和鎖存器和鎖存器4 4，使剛才鎖存的，使剛才鎖存的1212位數(shù)據(jù)同時傳位數(shù)據(jù)同時傳送，對于送，對于DACDAC來說，高字節(jié)和低字節(jié)的數(shù)據(jù)是同時送到來說，高字節(jié)和低字節(jié)的數(shù)據(jù)是同時送到DACDAC的輸入的輸入端，

36、因此不會產(chǎn)生端，因此不會產(chǎn)生“毛刺毛刺” ” 圖 6.2.3 采用二重鎖存的 12 位 DAC 接口 鎖 存 器 2 鎖 存 器 1 鎖 存 器 3 鎖 存 器 4 D7 | | D0 D11 12 位 D/A 轉換器 D0 口 2 口 1 口 3 VOUT 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 1212位位D/AD/A轉換器轉換器DAC 1210DAC 1210主要特性主要特性 DAC 1

37、210DAC 1210芯片屬于芯片屬于DAC 1208DAC 1208系列，是系列，是1212位的位的D/AD/A轉換器，轉換器，2424個引腳。個引腳。1212位分辨率位分辨率；電流型輸出電流型輸出；外接參考電壓外接參考電壓：-10-10V V+10V+10V；可采用雙緩沖、單緩沖或直接輸入三種工作方式；可采用雙緩沖、單緩沖或直接輸入三種工作方式；單電源單電源：+5+5V V+15V+15V；電流建立時間電流建立時間：1 1ss；低功耗低功耗：2020mVmV；R-2R TR-2R T型解碼網(wǎng)絡；型解碼網(wǎng)絡；線性誤差線性誤差：0.05%FS0.05%FS（FSFS為滿量程）；為滿量程）；線性

38、誤差線性誤差：0.05%0.05%FSFS；數(shù)字輸入與數(shù)字輸入與TTLTTL兼容。兼容。 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 1210DAC 1210的內(nèi)部構造的內(nèi)部構造 圖 6.2.4 DAC 1210 內(nèi)部結構 8 位 輸入 鎖存器 D11-D4 D3-D0 BYTE1/BYTE2 CS WR1 WR2 XFER 4 位 輸入 鎖存器 12 位 D/A 轉換器 VREF IOU

39、T2 IOUT1 RFB AGND VCC DGND LE1 LE2 12 位 DAC 寄存器 LE3 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 吉林大學遠程教育學院計算機接口技術計算機接口技術主講人：主講人： 趙宏偉趙宏偉 教授教授 總學時：總學時： 3232 吉林大學計算機科學與技術學院吉林大學計算機科學與技術學院 第第 二十七二十七 講講 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPU

40、TER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 1210DAC 1210的典型連接的典型連接 DAC 1210DAC 1210的典型連接是單極性單緩沖連接，如圖的典型連接是單極性單緩沖連接，如圖6.2.56.2.5所示。圖所示。圖中中DAC 1210DAC 1210高高8 8位端口地址為位端口地址為81H81H，低，低4 4位端口地址為位端口地址為80H80H，1212位傳位傳送端口地址為送端口地址為8484H H。假設假設BXBX寄存器中低

41、寄存器中低1212位數(shù)據(jù)是待轉換的位數(shù)據(jù)是待轉換的1212位數(shù)字量，則可編寫如位數(shù)字量，則可編寫如下程序，啟動下程序，啟動DAC 1210DAC 1210完成一次完成一次D/AD/A轉換：轉換：BEGIN：MOV CL，4 SHL BX，CL MOV AL，BH OUT 81H，AL MOV AL，BL OUT 80H，AL OUT 84H，AL RET 圖 6.2.5 DAC 1210 單緩沖接口 IO/M A7 A6 A5 A4 A3 A2 A0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 WR G1 G2A Y0 G2B C Y1 B A ILE CS VCC RFB XFER IO

42、UT1 BYTE1/ IOUT2 BYTE2 AGND D11 DGND D10 WR2 D9 XFER D8 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 WR1 WR2 8088 DAC 1210 74LS138 +5V VOUT 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 DAC 1210DAC 1210應用應用例例1 1 利用利用DAC 1210DAC 1210設計一個正向鋸齒波發(fā)生器，

43、要求設設計一個正向鋸齒波發(fā)生器，要求設計接口電路，并編制相應的接口程序。計接口電路，并編制相應的接口程序。接口電路設計可參考圖接口電路設計可參考圖6.2.56.2.5。鋸齒波發(fā)生程序編制如下：。鋸齒波發(fā)生程序編制如下：START：MOV SI，00HX1： MOV BX，SI MOV CL，4 SHL BX，CL MOV AL，BH OUT 81H，AL MOV AL，BL OUT 80H，AL OUT 84H，AL CALL DELAY INC SI JMP X1 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIE

44、NCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 6.3 A/D6.3 A/D轉換及其接口轉換及其接口 A/DA/D轉換的基本過程轉換的基本過程模擬量是時間上和幅值上都連續(xù)的一種信號，模擬量經(jīng)過模擬量是時間上和幅值上都連續(xù)的一種信號，模擬量經(jīng)過采樣后得到的信號是時間上離散，幅值上連續(xù)的信號，即采樣后得到的信號是時間上離散，幅值上連續(xù)的信號，即離散信號，這一過程就是采樣過程離散信號，這一過程就是采樣過程計算機對這種離散信號還不能處理，計算機只能處理數(shù)字計算機對這種離散信號還不能處理，計算機只能處理數(shù)字量，所以還必須把離散信號在幅值

45、上也進一步離散化，這量，所以還必須把離散信號在幅值上也進一步離散化，這一過程就是量化過程一過程就是量化過程量化后的信號是時間上和幅值上都離散的數(shù)字量，可以直量化后的信號是時間上和幅值上都離散的數(shù)字量，可以直接送到計算機中進行處理接送到計算機中進行處理采樣：采樣：將模擬量變換為離散量，一般包括采樣與保持兩個將模擬量變換為離散量，一般包括采樣與保持兩個步驟步驟量化：量化：將離散量變換成數(shù)字量，一般包括量化與編碼兩個將離散量變換成數(shù)字量，一般包括量化與編碼兩個步驟步驟采樣與量化是采樣與量化是A/DA/D轉換的基本過程轉換的基本過程計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENC

46、E AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 A/DA/D轉換的基本過程轉換的基本過程 采樣采樣采樣的過程一般是：采樣的過程一般是：先使用一個采集電路，按等距離時間間隔，先使用一個采集電路，按等距離時間間隔，對模擬信號進行采樣，然后用保持電路將采集來的信號電平保持對模擬信號進行采樣，然后用保持電路將采集來的信號電平保持一段時間，以便模數(shù)轉換器正確地將其轉換成對應的數(shù)字量一段時間，以便模數(shù)轉換器正確地將其轉換成對應的數(shù)字量 采樣定理：采樣定理：對一個有限頻率譜對一個有限

47、頻率譜(+max)(+max)的連續(xù)信號進行采樣，的連續(xù)信號進行采樣，當采樣頻率當采樣頻率f f22f fmaxmax時時( (f fmaxmax是輸入模擬信號的最高頻率是輸入模擬信號的最高頻率) )，則采，則采樣輸出信號能無失真地恢復到原來的連續(xù)信號。樣輸出信號能無失真地恢復到原來的連續(xù)信號。 f(t)：模擬信號 f(nT)：離散信號 T：采樣周期 t：采樣時間 n：采樣次數(shù) T f (t) o f (t) t 1T 2T 3T 4T 5T 6T 7T 8T 9T 10T o f (nT) nT 原始：模擬信號 f (t) 采樣： 離散信號 f (nT) 計算機科學與技術學院計算機科學與技術

48、學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 A/DA/D轉換的基本過程轉換的基本過程 量化量化量化過程：量化過程：把離散信號轉變?yōu)閿?shù)字信號的過程把離散信號轉變?yōu)閿?shù)字信號的過程量化就是把輸入模擬信號量化就是把輸入模擬信號f f(t)(t)的變化范圍劃分成若干層，的變化范圍劃分成若干層，每一層都由一個數(shù)字來代表，采樣值落到哪一層，就由哪每一層都由一個數(shù)字來代表，采樣值落到哪一層，就由哪一層的數(shù)字來代表。這樣，所有的采樣值經(jīng)過一層的數(shù)字來

49、代表。這樣，所有的采樣值經(jīng)過“量化量化”后，后，就化為了對應的數(shù)字量，成為了整數(shù)值就化為了對應的數(shù)字量，成為了整數(shù)值舍入誤差是量化過程中的固有誤差，最大偏差等于量化單舍入誤差是量化過程中的固有誤差，最大偏差等于量化單位的一半。這種誤差不可能消除，只能降低，當量化單位位的一半。這種誤差不可能消除，只能降低，當量化單位取得愈小時，誤差愈小取得愈小時，誤差愈小 f(t)：模擬信號 000111：A/D 轉換后的數(shù)字信號 n：采樣次數(shù) 代碼 111 110 101 100 011 010 001 000 f (t) 量化：數(shù)字信號 0 n 2 1 4 3 6 5 8 7 10 9 計算機科學與技術學院

50、計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 吉林大學遠程教育學院計算機接口技術計算機接口技術主講人：主講人： 趙宏偉趙宏偉 教授教授 總學時：總學時： 3232 吉林大學計算機科學與技術學院吉林大學計算機科學與技術學院 第第 二十八二十八 講講 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPU

51、TER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 A/DA/D轉換原理轉換原理A/DA/D轉換是將模擬信號轉換成數(shù)字信號轉換是將模擬信號轉換成數(shù)字信號A/DA/D轉換的方法較多，有計數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式轉換的方法較多，有計數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式以及并行式轉換等以及并行式轉換等計數(shù)式最簡單，但轉換速度很低；計數(shù)式最簡單，但轉換速度很低；并行轉換速率最快，但需要的器件多，價格高；并行轉換速率最快，但需要的器件多，價格高；逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉換器的速度較高，比較簡單，而且價格轉換器的速度較高，比較簡單，而且價格適中；適中；雙積分式雙積分式A/DA/D轉換器

52、精度高，抗干擾能力強，但速度低，轉換器精度高，抗干擾能力強，但速度低，一般應用在要求精度高而速度不高的場合，例如儀器儀表一般應用在要求精度高而速度不高的場合，例如儀器儀表等等計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 計數(shù)式計數(shù)式A/DA/D轉換器轉換器計數(shù)式計數(shù)式A/DA/D轉換器的工作原理是：轉換器的工作原理是：被測電壓和一個均勻增被測電壓和一個均勻增長的斜坡電壓不斷地作比較，直到二者相等時，

53、比較過程長的斜坡電壓不斷地作比較，直到二者相等時，比較過程結束，并輸出一個代表被測電壓值的二進制數(shù)值結束，并輸出一個代表被測電壓值的二進制數(shù)值計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉換器轉換器工作原理：工作原理：將被測電壓和由將被測電壓和由D/AD/A轉換生成的電壓進行比較，轉換生成的電壓進行比較，但這里但這里D/AD/A轉換生成的電壓不是線性增長去接近被測電

54、壓，轉換生成的電壓不是線性增長去接近被測電壓，而是用對分搜索的方法來逐次逼近被測電壓而是用對分搜索的方法來逐次逼近被測電壓電路內(nèi)部由電路內(nèi)部由4 4個部分組成：個部分組成：逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器SARSAR、D/AD/A轉換轉換器、電壓比較器和控制邏輯電路器、電壓比較器和控制邏輯電路 圖 6.3.2 逐次逼近式 A/D 轉換器工作原理 電壓比較器 VA 逐次逼近寄存器 SAR 置數(shù)選擇邏輯 8 位 D/A 轉換器 D7D0 脈沖源 置/復位控制 VIN 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE

55、AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 雙積分式雙積分式 A/DA/D轉換器轉換器工作原理：工作原理：將一段時間內(nèi)的模擬電壓通過兩次積分，轉換將一段時間內(nèi)的模擬電壓通過兩次積分，轉換成與模擬電壓成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計成與模擬電壓成正比的時間間隔，然后利用時鐘脈沖和計數(shù)器測出此段時間間隔，所得到的計數(shù)結果就是輸入電壓數(shù)器測出此段時間間隔，所得到的計數(shù)結果就是輸入電壓對應的數(shù)字值對應的數(shù)字值組成：組成：由積分器、過零比較器、計數(shù)器和控制電路組成由積分器、過零比較器、計數(shù)器和控制電路組成 圖 6.3.3 雙積分式 A

56、/D 轉換器原理 A VX +VREF -VREF VS 門 控 制 控制邏輯 計數(shù)器 脈沖源 比較器 積分器 C VC R K B VA 數(shù)字量 計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 A/DA/D轉換器的主要性能指標轉換器的主要性能指標（1 1）分辨率：）分辨率：輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需輸入模擬電壓的變化量，亦即芯片最低有效位擬電壓的變化量，亦即芯

57、片最低有效位(LSB)(LSB)相當?shù)哪M相當?shù)哪M電壓值電壓值（2 2）精度：）精度：A/DA/D轉換器輸出數(shù)字量所對應的實際輸入電壓轉換器輸出數(shù)字量所對應的實際輸入電壓值與理論上產(chǎn)生該數(shù)字量應有的輸入電壓之差，它反映實值與理論上產(chǎn)生該數(shù)字量應有的輸入電壓之差，它反映實際際A/DA/D轉換器與理想轉換器與理想A/DA/D轉換器的差別，常用誤差表示。精轉換器的差別，常用誤差表示。精度分為絕對精度和相對精度度分為絕對精度和相對精度（3 3）轉換時間：）轉換時間：轉換時間是指完成一次轉換時間是指完成一次A/DA/D轉換所需的時轉換所需的時間，即從啟動間，即從啟動A/DA/D轉換器開始工作到轉換結束

58、所經(jīng)歷的時轉換器開始工作到轉換結束所經(jīng)歷的時間間隔。轉換時間的倒數(shù)稱為轉換速率。例如間間隔。轉換時間的倒數(shù)稱為轉換速率。例如ADC 0809ADC 0809的的轉換時間為轉換時間為100s100s，則轉換速率為每秒，則轉換速率為每秒1 1萬次萬次A/DA/D轉換器根據(jù)轉換時間可分為幾檔：轉換器根據(jù)轉換時間可分為幾檔： 低速低速ADC ADC 轉換時間轉換時間 1 1msms 中速中速ADC ADC 轉換時間轉換時間 1 1msms1s1s 高速高速ADC ADC 轉換時間轉換時間 1 1nsns1s1s 超高速超高速ADC ADC 轉換時間轉換時間 1 1nsns計算機科學與技術學院計算機科學

59、與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGYCOMPUTER SCIENCE AND TECHNOLOGY吉林大學吉林大學 8 8位位A/DA/D轉換器轉換器ADC 0809ADC 0809ADC 0809ADC 0809是美國是美國NSNS公司生產(chǎn)的公司生產(chǎn)的CMOSCMOS組件，組件，8 8路輸入單片路輸入單片A/DA/D轉換器，可直接與轉換器，可直接與CPUCPU總線連接，使用非常廣泛總線連接，使用非常廣泛ADC 0809ADC 0809主要特性主要特性: :8 8位分辨率；位分辨率；電壓輸入：電壓

60、輸入：0 0+5+5V V；轉換時間：轉換時間：100s100s（640KHz640KHz條件）；條件）；時鐘頻率：時鐘頻率：100KHz100KHz1280KHz1280KHz，標準時鐘為，標準時鐘為640640KHzKHz；無漏碼；無漏碼；單一電源：單一電源：+5+5V V；8 8路單端模擬量輸入通道；路單端模擬量輸入通道；參考電壓：參考電壓：+5+5V V；總的不可調(diào)誤差：總的不可調(diào)誤差：土土1 1LSBLSB；不需進行零點調(diào)整和滿量程調(diào)整；不需進行零點調(diào)整和滿量程調(diào)整；可鎖存的三態(tài)輸出可鎖存的三態(tài)輸出計算機科學與技術學院計算機科學與技術學院COMPUTER SCIENCE AND TE