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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;第一頁(yè)第二頁(yè),共57頁(yè)。D/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。第二頁(yè)第三頁(yè),共57頁(yè)。D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)原理第三頁(yè)第四頁(yè),共57頁(yè)。D/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.輸出類型和極性第四頁(yè)第五頁(yè),共57頁(yè)。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(10~20元)①邏輯結(jié)構(gòu)和引腳功能②
DAC0832與微機(jī)系統(tǒng)的連接③應(yīng)用舉例第五頁(yè)第六頁(yè),共57頁(yè)。
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寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFB第六頁(yè)第七頁(yè),共57頁(yè)。Vcc
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VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB第七頁(yè)第八頁(yè),共57頁(yè)。DI7~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VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB第八頁(yè)第九頁(yè),共57頁(yè)。8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&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)鎖存到輸入寄存器第九頁(yè)第十頁(yè),共57頁(yè)。LE2XFER
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),LE2=1DAC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IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB001第十頁(yè)第十一頁(yè),共57頁(yè)。8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&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2IOUT1+IOUT2=常數(shù)255VREF256RFBRFB第十一頁(yè)第十二頁(yè),共57頁(yè)。
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);第十二頁(yè)第十三頁(yè),共57頁(yè)。
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
第十三頁(yè)第十四頁(yè),共57頁(yè)。D/A轉(zhuǎn)換IOUT2DI7~DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&輸入寄存RFB-+VoIOWA9~A0D7~D0+5VPC總線port地址譯碼DAC寄存單緩沖工作方式
第十四頁(yè)第十五頁(yè),共57頁(yè)。
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WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB
WR2CS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND第十五頁(yè)第十六頁(yè),共57頁(yè)。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DI7~DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7~DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7~D0A9~A0IOWPC總線+5v+5v第十六頁(yè)第十七頁(yè),共57頁(yè)。應(yīng)用舉例(方波)DAC0832直通工作方式,設(shè)8255A的端口地址分別為3F0H,3F1H,3F2H,3F3H第十七頁(yè)第十八頁(yè),共57頁(yè)。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)換器第十八頁(yè)第十九頁(yè),共57頁(yè)。A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理第十九頁(yè)第二十頁(yè),共57頁(yè)。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(cè)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。第二十頁(yè)第二十一頁(yè),共57頁(yè)。+-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)換結(jié)束D7D6D2D3D4D5D0D1比較器逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換工作原理圖第二十一頁(yè)第二十二頁(yè),共57頁(yè)。如:實(shí)現(xiàn)模擬電壓4.80V相當(dāng)于數(shù)字量123的A/D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(lái),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Vo>Vi,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”);
第二十二頁(yè)第二十三頁(yè),共57頁(yè)。
當(dāng)?shù)诙€(gè)到來(lái),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,Vo<Vi,比較器輸出高電平, 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(lái),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。T2第二十三頁(yè)第二十四頁(yè),共57頁(yè)。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換第二十四頁(yè)第二十五頁(yè),共57頁(yè)。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)換率第二十五頁(yè)第二十六頁(yè),共57頁(yè)。1.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
-0.5~0.5v
000
0.5~1.5v
001
1.5~2.5v
010
、、、
5.5~6.5v
110
6.5~7.5v
111
在ADC中,模擬量和數(shù)字量之間不是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系第二十六頁(yè)第二十七頁(yè),共57頁(yè)。2.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。第二十七頁(yè)第二十八頁(yè),共57頁(yè)。3.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)。第二十八頁(yè)第二十九頁(yè),共57頁(yè)。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)的連接第二十九頁(yè)第三十頁(yè),共57頁(yè)。
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按性能特點(diǎn)分按輸出是否帶三態(tài)緩沖分第三十頁(yè)第三十一頁(yè),共57頁(yè)。
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ADC第三十一頁(yè)第三十二頁(yè),共57頁(yè)。
按性能特點(diǎn)分①按分辨率分4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、、、②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)③按轉(zhuǎn)換精度分低精度、中精度、高精度、超高精度第三十二頁(yè)第三十三頁(yè),共57頁(yè)。
按輸出是否帶三態(tài)緩沖分①帶可控三態(tài)緩沖ADC如:
ADC0809②不帶可控三態(tài)緩沖ADC如:
ADC570、ADC1210第三十三頁(yè)第三十四頁(yè),共57頁(yè)。2.A/D轉(zhuǎn)換器及其連接
1)
A/D轉(zhuǎn)換器的典型信號(hào)
2)A/D轉(zhuǎn)換器各信號(hào)與系統(tǒng)的連接第三十四頁(yè)第三十五頁(yè),共57頁(yè)。
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)①模擬量輸入信號(hào)A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)②A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)換完成信號(hào)③轉(zhuǎn)換完成(結(jié)束)信號(hào)數(shù)字量輸出信號(hào)④數(shù)字量輸出信號(hào)第三十五頁(yè)第三十六頁(yè),共57頁(yè)。2)
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)第三十六頁(yè)第三十七頁(yè),共57頁(yè)。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。第三十七頁(yè)第三十八頁(yè),共57頁(yè)。ADC0809主要性能(1)
分辨率為8位(2)
輸入電壓范圍為0~5V,功耗為15mw(3)
轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs(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)相連第三十八頁(yè)第三十九頁(yè),共57頁(yè)。
ADC080引腳功能圖
第三十九頁(yè)第四十頁(yè),共57頁(yè)。ADC0809原理框圖
第四十頁(yè)第四十一頁(yè),共57頁(yè)。ADC0809芯片引腳功能說(shuō)明
第四十一頁(yè)第四十二頁(yè),共57頁(yè)。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0~5V。8個(gè)模擬通道由3個(gè)地址輸入ADDA,ADDB,ADDC來(lái)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)總線第四十二頁(yè)第四十三頁(yè),共57頁(yè)。
ADC0809與8086CPU的接口
第四十三頁(yè)第四十四頁(yè),共57頁(yè)。
①D/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)。
②它也沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)。D/A轉(zhuǎn)換的過程很快,一般還不到一條指令的執(zhí)行時(shí)間。DAC0832第四十四頁(yè)第四十五頁(yè),共57頁(yè)。
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。①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第四十五頁(yè)第四十六頁(yè),共57頁(yè)。(a)反相輸出;(b)同相輸出第四十六頁(yè)第四十七頁(yè),共57頁(yè)。0832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(duì)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。第四十七頁(yè)第四十八頁(yè),共57頁(yè)。應(yīng)用舉例(方波)DAC0832直通工作方式,設(shè)8255A的端口地址分別為3F0H,3F1H,3F2H,3F3H第四十八頁(yè)第四十九頁(yè),共57頁(yè)。應(yīng)用舉例設(shè)DAC0832的地址為220H,試說(shuō)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-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI7~0+5D7~D0系統(tǒng)總線AGNDIOWDGND譯碼器AENA9~A0220H第四十九頁(yè)第五十頁(yè),共57頁(yè)。應(yīng)用舉例第五十頁(yè)第五十一頁(yè),共57頁(yè)。
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+WREOCCS第五十一頁(yè)第五十二頁(yè),共57頁(yè)。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)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(lái)完成讀操作。4)片選信號(hào)可以用譯碼輸
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