微機(jī)原理與接口技術(shù)課件-11.DAC、ADC

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