微機(jī)原理與接口技術(shù)課件-11.DAC、ADC

1、第十一講 D/A與A/D轉(zhuǎn)換1主要內(nèi)容D/A與A/D轉(zhuǎn)換的原理;典型芯片的特點(diǎn)與應(yīng)用;2D/A轉(zhuǎn)換器的功能功能：D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量 的線性集成電路。輸出特性：它的模擬量輸出（電流或電壓）與 參考量（電流或電壓）以及二進(jìn)制 數(shù)成比例。3D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)原理4D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)1. 位數(shù)（分辨率）2. 轉(zhuǎn)換時(shí)間3. 精度4. 線性度5. 輸出類型和極性5典型D/A轉(zhuǎn)換DAC0832芯片8位并行、中速(建立時(shí)間1us)、電流型、低廉(1020元) 邏輯結(jié)構(gòu)和引腳功能 DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接 應(yīng)用舉例6 1. 引腳和邏輯結(jié)構(gòu) 20個(gè)引腳、雙列直插式8位輸入寄存器8位DAC

2、寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFB7V cc 芯片電源電壓, +5V+15VVREF 參考電壓, -10V+10V RFB 反饋電阻引出端, 此端可接運(yùn)算放大器輸出端AGND 模擬信號(hào)地DGND 數(shù)字信號(hào)地8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位輸入寄存器RFB8DI7 DI0 數(shù)字量輸入信號(hào) 其中: DI0為最低位，DI7為最高位8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAG

3、NDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位輸入寄存器RFB98位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位輸入寄存器RFB0011ILE 輸入鎖存允許信號(hào), 高電平有效CS 片選信號(hào), 低電平有效WR1 寫信號(hào)1，低電平有效LE1當(dāng) ILE、CS、WR1同時(shí)有效時(shí), LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化WR1 , LE=0， 將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器10LE2XFER 轉(zhuǎn)移控制信號(hào)，低電平有效WR2 寫信號(hào)2，低電平有效 當(dāng)XFER、WR2同時(shí)有效時(shí),

4、 LE2=1 DAC寄存器輸出隨輸入而變化； WR2 , LE2=0， 將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，數(shù)據(jù)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器，開始D/A轉(zhuǎn)換VREF8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位輸入寄存器RFB001118位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位輸入寄存器IOUT1 模擬電流輸出端1 當(dāng)輸入數(shù)字為全”1”時(shí), 輸出電流最大，約為： 全”0”時(shí), 輸出電流為0IOUT2 模擬電流輸出端2 IO

5、UT1 + I OUT2 = 常數(shù)255VREF256RFBRFB12 DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接1)直通工作方式 兩個(gè)寄存器均工作于直通狀態(tài)；2)單緩沖工作方式一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài)； 3)雙緩沖工作方式 兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)；13 一個(gè)寄存器工作于直通狀態(tài)， 一個(gè)工作于受控鎖存器狀態(tài) 在不要求多個(gè)D/A同時(shí)輸出時(shí)，可以采用單緩沖方式，此時(shí)只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。單緩沖工作方式 14D/A轉(zhuǎn)換IOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&輸入寄存RFB-+VoIOWA9A0D7D0+5V

6、PC總線port地址譯碼DAC寄存單緩沖工作方式 15 雙緩沖工作方式: 兩個(gè)寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)DAC0832PC總線數(shù) 據(jù) 線WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2CS地址譯碼A0A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND16當(dāng)要求多個(gè)模擬量同時(shí)輸出時(shí)，可采用雙重緩沖方式。地址譯碼port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7D0A9A0IOWPC總線+5v+5v17應(yīng)用舉例（方波

7、）DAC0832直通工作方式，設(shè)8255A的端口地址分別為3F0H，3F1H，3F2H，3F3H18模/數(shù)轉(zhuǎn)換器一、A/D 轉(zhuǎn)換器的基本原理二、A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)三、A/D轉(zhuǎn)換器及其連接四、典型A/D轉(zhuǎn)換器19A/D 轉(zhuǎn)換器的基本原理20逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換 逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換是用得最多的一種方法。 組成： 8位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、控制邏輯，逐次逼近寄存器. 工作過程： 從最高位開始通過試探值逐次進(jìn)行測試， 直到試探值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出Vo與VX相等或達(dá)到允許誤差范圍為止。則該試探值就為A/D轉(zhuǎn)換所需的數(shù)字量。21+-8位D/A轉(zhuǎn)換器緩沖寄存器控制電路逐次逼近寄存器ViVO啟動(dòng)CLK轉(zhuǎn)

8、換結(jié)束D7D6D2D3D4D5D0D1比較器逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換工作原理圖22如：實(shí)現(xiàn)模擬電壓4.80V相當(dāng)于數(shù)字量123的AD轉(zhuǎn)換.具體過程如下： 當(dāng)出現(xiàn)啟動(dòng)脈沖 時(shí)，逐次逼近寄存器清“0”； 當(dāng)?shù)谝粋€(gè) T1 到來，逐次逼近寄存器 最高位D7置“1”， 8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入為10000000B， 輸出Vo為滿度的一半5V，即滿量值的128/255。 若VoVi，比較器輸出低電平， 控制電路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(反之，置“1”)； 23當(dāng)?shù)诙€(gè) 到來，逐次逼近寄存器D6位置“1”， D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入為01000000B， 輸出電壓為2.5V，VoVi，比較器輸出高電平，

9、將D6位的“1”保留(否則，將D6位置0)； 第三個(gè) T3 時(shí)鐘脈沖來，又將D5位置“1” 重復(fù)上述過程直到D0位置“1”，再與輸入比較。 經(jīng)過8次以后， 逐次逼近寄存器中得到的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。 過程用下表表示。T224逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換25二、A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)1. 分辨率2. 轉(zhuǎn)換精度3. 轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率261分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小模擬輸入量，或指轉(zhuǎn)換器滿量程模擬輸入量被分離的級(jí)數(shù)。模擬輸入量數(shù)字輸出量000001010011000001010011 1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v輸入 輸出 -0.50.5v 000 0.51.5v 001 1.52.5v

10、 010 、 5.56.5v 110 6.57.5v 111 在ADC中，模擬量和數(shù)字量之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系272轉(zhuǎn)換精度指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字量，實(shí)際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值之間的偏差。反應(yīng)ADC的實(shí)際輸出接近理想輸出的精確程度。 由于在一定范圍內(nèi)的模擬值產(chǎn)生相同的數(shù)字量，取該范圍內(nèi)的中間模擬值計(jì)算。283轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換時(shí)間指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時(shí)間，從啟動(dòng)信號(hào)開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時(shí)間。轉(zhuǎn)換率是轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。29三、A/D轉(zhuǎn)換器及其連接 1. A/D轉(zhuǎn)換器分類2. A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接30 1. A/D轉(zhuǎn)換器分類 按工作原理分 按輸入方式分 按輸出方式分

11、 按性能特點(diǎn)分 按輸出是否帶三態(tài)緩沖分31 按模擬量輸入方式分單極性ADC、雙極性ADC 按數(shù)字量輸出方式分 并行ADC、串行ADC 按工作原理分計(jì)數(shù)式ADC、 雙積分式ADC逐次逼近式ADC、并行式ADC32 按性能特點(diǎn)分按分辨率分4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、 、 、按轉(zhuǎn)換速度分 低速、中速、高速、超高速（轉(zhuǎn)換時(shí)間分別為1s、1ms、1us、1ns）按轉(zhuǎn)換精度分低精度、中精度、高精度、超高精度33 按輸出是否帶三態(tài)緩沖分帶可控三態(tài)緩沖ADC 如： ADC0809 不帶可控三態(tài)緩沖ADC 如： ADC570、 ADC1210342. A/D轉(zhuǎn)換器及其連接 1) A/D轉(zhuǎn)換

12、器的典型信號(hào) 2) A/D轉(zhuǎn)換器各信號(hào)與系統(tǒng)的連接35 1) A/D轉(zhuǎn)換器的典型信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入信號(hào) 模擬量輸入信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào) A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換完成信號(hào) 轉(zhuǎn)換完成(結(jié)束）信號(hào)數(shù)字量輸出信號(hào) 數(shù)字量輸出信號(hào)362) A/D轉(zhuǎn)換器各信號(hào)與系統(tǒng)的連接A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入信號(hào)數(shù)字量輸出信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)37典型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理 ADC0809是CMOS數(shù)據(jù)采集器件，由于它不僅包括一個(gè)8位的逐次逼近型的A/D部分，而且還提供一個(gè)8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯。38ADC0809主要性能(1)分辨率為8位(2)輸入電壓范圍為5V,功耗為15mw(3)轉(zhuǎn)換時(shí)

13、間為100s(4)工作溫度范圍為-40+85(5) 8個(gè)模擬輸入通道，有通道地址鎖存(6) 有三態(tài)輸出能力，易于與微機(jī)相連39 ADC080引腳功能圖 40ADC0809原理框圖 41ADC0809芯片引腳功能說明 42模擬輸入 0809有8個(gè)模擬輸入通道，每個(gè)通道輸人電壓范圍為05V。 8個(gè)模擬通道由3個(gè)地址輸入ADDA，ADDB，ADDC來選擇模擬通道，地址輸入通過ALE信號(hào)予以鎖存。 地址輸入可直接取自地址總線或數(shù)據(jù)總線43 ADC0809與8086CPU的接口 44 D/A轉(zhuǎn)換器沒有形式上的啟動(dòng)信號(hào)。實(shí)際上后一級(jí)寄存器的控制信號(hào)就是D/A轉(zhuǎn)換器的啟動(dòng)信號(hào)。 它也沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。D/A

14、轉(zhuǎn)換的過程很快，一般還不到一條指令的執(zhí)行時(shí)間。DAC083245 D/A芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量時(shí)有兩種輸出形式，即電流型與電壓型。 單極性輸出電路。 為反相輸出電路，其輸出電壓為： 常用的一種典型電路! 同相輸出電路，其電壓輸出為： DAC0832的幾種典型輸出連接方式46(a)反相輸出；(b)同相輸出 470832與8255的連接方式V0 占用8255的兩個(gè)端口,不直接與CPU連接,常用于接口電路較多時(shí),可以減少總線的驅(qū)動(dòng)負(fù)載,為一種最常用的0832的硬件連接方式。對五個(gè)控制信號(hào)的要求為：只要ILE為高，其它為低就可以工作。48應(yīng)用舉例（方波）DAC0832直通工作方式，設(shè)8255A的端口

15、地址分別為3F0H，3F1H，3F2H，3F3H49應(yīng)用舉例 設(shè)DAC0832的地址為220H，試說明DAC0832的工作方式，并編寫程序?qū)崿F(xiàn)通過DAC0832輸出正弦波.CSILEWR1WR2XFER-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI70+5D7D0系統(tǒng)總線AGNDIOWDGND譯碼器AENA9A0220H50應(yīng)用舉例51 ADC0809的硬件電路設(shè)計(jì)方法：ADC0809的硬件電路接口圖IOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS52上圖要注意的問題有：1）在上圖中可以不要EOC信號(hào)指示轉(zhuǎn)換完成，但在程序中必須給出足夠的轉(zhuǎn)換時(shí)間，否則CPU讀回的數(shù)

16、據(jù)是上一次的轉(zhuǎn)換值。2）啟動(dòng)信號(hào)START和地址鎖存信號(hào)ALE可以連接在一起，兩者的時(shí)序相同。3）讀取信號(hào)可以用CPU的讀信號(hào)RD和M/IO的組合來完成讀操作。4）片選信號(hào)可以用譯碼輸出選通，0809就有一個(gè)專用的口地址，這個(gè)地址即可實(shí)現(xiàn)讀轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，又可做為啟動(dòng)信號(hào)，使0809實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換啟動(dòng)。53ADC0809與8255的硬件連接應(yīng)用舉例在使用中0809可以與8255相連接，此時(shí)，0809無指定的地址口，它的工作過程完全由8255控制。IN7在實(shí)際應(yīng)用時(shí)這兩個(gè)信號(hào)可以連接在一起，轉(zhuǎn)換完成就可讀出。IN0IN1IN2ADDCADDBADDACSOEEOCPB0-7PC2PC1PC0PC3PC4PC582550809D0-D7STARTALECLKPC6外部時(shí)鐘信號(hào)54上圖的設(shè)計(jì)中注意的問題1、啟動(dòng)信號(hào)和地址鎖存信號(hào) 一般連接在一起2、讀控制信號(hào)OE 與8255連接時(shí)，OE=1后，才可由8255的A口讀轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù) ，如果OE與EOC相連接，則只要有EOC=1，就可讀出轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)，如圖虛線所示。3、轉(zhuǎn)換完成由8255的PC5（EOC）的狀態(tài)決定，要判斷該位的狀態(tài)。