AD、DA轉(zhuǎn)換器接口課件

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A/D、D/A轉(zhuǎn)換器接口2A/D和D/A轉(zhuǎn)換：在實(shí)時(shí)檢測(cè)和控制等應(yīng)用中，常常需要將連續(xù)變化的模擬量如溫度、壓力、流量等都要轉(zhuǎn)換成離散的數(shù)字量，輸入到計(jì)算機(jī)中處理。經(jīng)過(guò)計(jì)算機(jī)處理的數(shù)字量經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成為模擬量輸出，實(shí)現(xiàn)對(duì)被控對(duì)象的控制。若輸入的是非電的模擬信號(hào)，還需經(jīng)傳感器轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。模擬通道接口包含的數(shù)/模（D/A）（DigittoAnalog）和模/數(shù)（A/D）（AnalogtoDigit）轉(zhuǎn)換器，是計(jì)算機(jī)與外界聯(lián)系的重要接口。

3計(jì)算機(jī)檢測(cè)控制系統(tǒng)示意圖

被控對(duì)象微型計(jì)算機(jī)傳感器執(zhí)行部件運(yùn)放A/DD/A功放模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量（多塊）采集板（多塊）驅(qū)動(dòng)板49.6.1D/A轉(zhuǎn)換器主要功能：是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量。特點(diǎn)：接收、保持和轉(zhuǎn)換的是數(shù)字信息，不存在隨溫度和時(shí)間的漂移問(wèn)題，因而電路的抗干擾性能較好。常見(jiàn)D/A轉(zhuǎn)換芯片：DAC0830系列（8位）；DAC1208系列（12位）；59.6.1.3D/A轉(zhuǎn)換芯片的主要性能指標(biāo)1）分辨率：定義：指D/A轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制位數(shù)。位數(shù)越多，分辨率越高，越靈敏。計(jì)算：一個(gè)位數(shù)為n位的轉(zhuǎn)換器，其

分辨率=VFS/2n。VFS——滿量程電壓值D/A轉(zhuǎn)換器有單極性和雙極性之分。例：如果D/A分辨率為8位，轉(zhuǎn)換后的電壓滿量程為+5V（單極性），則能分辨的最小電壓為5v/28=20mv；如果為雙極性，電壓滿量程為-5V~+5V，則能分辨的最小電壓為10v/28=40mv62）轉(zhuǎn)換時(shí)間：

指從輸入數(shù)字量到完成轉(zhuǎn)換、輸出達(dá)到穩(wěn)定所需要的時(shí)間。電流型D/A轉(zhuǎn)換較快，電壓型D/A轉(zhuǎn)換較慢。3）精度：定義：指D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間所存在的最大誤差。表示方法：有兩種，一種是以滿量程的百分?jǐn)?shù)為單位，另一種是以最低位（LSB）作為單位表示。例如，某個(gè)8位D/A的精度為±1/2LSB，則它的精度是（1/2）×（VFS/28）=±VFS/512精度=±分辨率/279.6.1.18位D/A轉(zhuǎn)換器DAC08301.特點(diǎn)：具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC，可以寄存來(lái)自數(shù)據(jù)總線的數(shù)據(jù)信息，可采用單緩沖、雙緩沖或者直接輸入的形式接在系統(tǒng)總線上；D/A轉(zhuǎn)換器除了實(shí)現(xiàn)模擬輸出控制外，也可以用來(lái)產(chǎn)生各種脈沖波形，如三角波、梯形波等等。DAC0830為電流型D/A轉(zhuǎn)換器。82.內(nèi)部結(jié)構(gòu)雙緩沖器（要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)先送到輸入鎖存器，但不進(jìn)行轉(zhuǎn)換。只有數(shù)據(jù)送到DAC寄存器時(shí)才能開(kāi)始轉(zhuǎn)換）。2個(gè)端口地址（分別對(duì)應(yīng)輸入鎖存器和DAC寄存器）8位輸入鎖存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器LE2LE1D7D0ILECSXFERWR2WR1VREFIOUT1IOUT2RFBAGNDVCCDGND圖9.20DAC0830內(nèi)部結(jié)構(gòu)9工作說(shuō)明：ILE為高電平CPU執(zhí)行OUT指令CS和WR1同時(shí)為低電平使LE1為高電平鎖存器輸出隨輸入變化CPU寫操作完成CS和WR1都變?yōu)楦唠娖绞筁E1為低電平數(shù)據(jù)鎖存到輸出鎖存器（一級(jí)鎖存）XFER和WR2同時(shí)為低電平使LE2為高電平鎖存器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器XFER和WR2任一為高電平使LE2為低電平DAC寄存器中數(shù)據(jù)被鎖存（二級(jí)鎖存）開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換103.引腳功能CS：片選信號(hào)。ILE：數(shù)據(jù)鎖存允許信號(hào)。WR1：輸入鎖存寫選通信號(hào)。WR2：DAC寄存器寫選通信號(hào)。XFER：傳送控制信號(hào)D0~D7：8位數(shù)據(jù)輸入端，D7為最高位。VCCILEWR2XFERD4D5D6D7（MSB）IOUT2IOUT1CSWR1AGNDD3D2D1（LSB）D0VREFRFBDGNDDAC0830DAC0831DAC0832圖9.19DAC0830/0831/0832引腳圖11IOUT1，IOUT2：模擬電流輸出端。當(dāng)DAC寄存器中的數(shù)字全為“1”時(shí)，IOUT1最大；全為0時(shí)，IOUT1為0，IOUT1+IOUT2=常數(shù)。

RFB：反饋電阻引出端，可以直接接到外部運(yùn)算放大器的輸出端。VCC：電源電壓輸入端。范圍為+5V~+15V。VREF：參考電壓輸入端。此端可以接1個(gè)電壓，范圍為+10V~-10V，此電壓越穩(wěn)定，模擬輸出精度越高。AGND：模擬地。DGND：數(shù)字地。124.工作方式 DAC0830系列有三種工作方式：雙緩沖方式單緩沖方式直通方式1）雙緩沖方式特點(diǎn)：就是把DAC0830的輸入鎖存器和DAC寄存器都接成受控鎖存方式。13適用于多路D/A同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)通過(guò)CS和WR1，CPU將多個(gè)數(shù)據(jù)分時(shí)輸入到每片DAC中并鎖存；使各片DAC上的XFER和WR信號(hào)同時(shí)為低電平（有效），則各片DAC中數(shù)據(jù)送到其DAC寄存器并鎖存，使多個(gè)DAC片同時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，可接收下一個(gè)轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，從而提高了轉(zhuǎn)換速度。例：設(shè)輸入鎖存器地址為200H，DAC寄存器地址為201H，則完成1次D/A轉(zhuǎn)換的程序如下： MOVDX，200H ；將要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)（AL）送到輸入鎖存器 OUTDX，AL MOVDX，201H ；將輸入鎖寸器數(shù)據(jù)送到DAC寄存器并開(kāi)始轉(zhuǎn)換 OUTDX，AL ；[AL]中可以為任意值142）單緩沖方式特點(diǎn)：使DAC0830的輸入鎖存器和DAC寄存器1個(gè)處于直通方式，另1個(gè)處于受控的鎖存方式。適用于系統(tǒng)只有1路D/A轉(zhuǎn)換，或雖有多路轉(zhuǎn)換但不要求同步輸出的場(chǎng)合。一般使DAC寄存器處于直通方式，使輸入鎖存器受控。執(zhí)行下面幾條指令完成1次D/A轉(zhuǎn)換MOVDX，300H ；將AL中數(shù)據(jù)送到DAC寄存器OUTDX，AL DAC0830WR1CSILEWR2XFERIOW地址譯碼器+5V153）直通方式特點(diǎn)：使輸入鎖存器和DAC寄存器都處于直通方式。數(shù)據(jù)一旦輸入就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。由于不使用緩沖寄存器，故不能直接與CPU或系統(tǒng)總線相連。若要使CPU與DAC相連，則要在CPU和DAC0830之間外加8255或外加鎖存器。DAC0830WR1CSILEWR2XFER+5V165.輸出方式 DAC0830為電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出，則需要外接運(yùn)算放大器。（1）單極性模擬電壓輸出若要輸出雙極性電壓，則需在輸出端外接2個(gè)運(yùn)算放大器。連接圖（圖9.21)VREFRFBIOUT2IOUT1

+-+DB+5VVOAGNDDAC0830圖9.21單極性輸出方式17（2）雙極性模擬電壓輸出若要輸出雙極性電壓，則需在輸出端外接2個(gè)運(yùn)算放大器。連接圖（圖9.22)VREFRFBIOUT2IOUT1

+-+DB+5VVOAGNDDAC0830圖9.22雙極性輸出方式

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186.應(yīng)用舉例利用8255A及DAC0830產(chǎn)生一個(gè)鋸齒波，硬件電路如下圖所示。DAC0830采用直通方式工作。其中8255A的端口地址為0E000

0E003H。 （1）完成8255的初始化程序 （2）完成控制DAC轉(zhuǎn)換的程序 （3）完成生成鋸齒波的程序 （4）完成生成三角波的程序8086或8088-++VO8255ADAC0830PA0

PA7PB4PB3PB2PB1PB0D0

D7VREFILERFBCSWR1IOUT2WR2IOUT1XFER+5V19分析：（1）8255初始化8255的A口工作在方式0，輸出；B口工作在方式0作輸出。方式命令字：80H；控制端口：0E003H

；8255初始化 MOVDX，0E003H MOVAL，80H ；設(shè)置8255的控制字 OUTDX，AL（2）B口控制DAC轉(zhuǎn)換DAC0830工作在直通方式，故只需使ILE為高電平，CS、WR1、WR2和XFER為低電平，即PB7~PB0輸出10H

；B口控制DAC的轉(zhuǎn)換

MOVDX，0E001H MOVAL，10H ；設(shè)置0830為直通工作方式 OUTDX，AL20（3）生成鋸齒波AL中存放初值0：0

255時(shí)產(chǎn)生1個(gè)波形（L1）鋸齒寬度由延時(shí)時(shí)間決定。

；生成鋸齒波

MOVDX，0E000H MOVAL，0H ；[AL]中為待發(fā)送的數(shù)據(jù)， L1： OUTDX，AL ；向DAC送數(shù)據(jù) INCAL NOP ；延時(shí) JMPL121（4）生成三角波AL中存放初值0：0

255時(shí)產(chǎn)生波形前半步（L2）255

0時(shí)產(chǎn)生波形后半部（L3）

；生成三角波

MOVDX，0E000H MOVAL，0H L2： OUTDX，AL INCAL JNZL2 MOVAL，0FFH L3： OUTDX，AL DECAL JNZL3 JMPL2229.6.1.212位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1208系列特點(diǎn)：三種工作方式：雙緩沖、單緩沖和直通方式分辨率：12位內(nèi)部結(jié)構(gòu)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和DAC0830相似（圖9.24）。不同點(diǎn)：多1個(gè)4位輸入鎖存器（多了1個(gè)端口）字節(jié)1/字節(jié)2：用于區(qū)分8位輸入鎖存器和4位輸入鎖存器。高電平時(shí)若WR1、WR2有效，則2個(gè)輸入鎖存器均被選中，低電平時(shí)若WR1、WR2有效，則只有4位輸入鎖存器被選中。3個(gè)端口：8位輸入鎖存器、4位輸入鎖存器和DAC寄存器238位輸入鎖存器LELED11D0字節(jié)1/字節(jié)2CSXFERWR2WR1VREFIOUT1IOUT2RFBVCCAGND圖9.24DAC1208系列內(nèi)部結(jié)構(gòu)4位輸入鎖存器12位DAC寄存器LE12位D/A轉(zhuǎn)換器DGND24

VREFRFBIOUT2IOUT1

+-+D0VOAGNDDAC1208圖9.25DAC1208系列芯片與IBMPC總線連接

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D11WR1PC擴(kuò)展槽XFER字節(jié)1/字節(jié)2D4地址譯碼電路WR2DGNDCSA0~A9IOWD0D7AEN

|Y0Y1Y2AD58125與PC總線的連接（圖9.25）。DAC的D4~D0連接到PC總線的D7~D4DAC三個(gè)端口地址為： 220H（Y0）——8位輸入鎖存器端口地址 221H（Y1）——4位輸入鎖存器端口地址

222H（Y2）——DAC寄存器端口地址工作過(guò)程：傳送高8位數(shù)據(jù)

傳送低4位數(shù)據(jù)

D/A轉(zhuǎn)換工作程序：BX中存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù) START：MOVDX，220H ；[DX]=220H（8位鎖存器地址） MOVCL，4 SHLBX，CL ；BX： MOVAL，BH ；AL：

H4L4M4H4L4M4H4M426 OUTDX，AL ；輸出高8位數(shù)據(jù) INCDX ；[DX]=221H（4位輸入鎖存器地址） MOVAL，BL ；AL： OUTDX，AL ；寫入低4位 INCDX ；[DX]=222H（DAC寄存器地址） OUTDX，AL ；啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換，AL中可為任意數(shù) HLTY0=0IOW=0字節(jié)1/字節(jié)2=1XFER=1WR1=0WR2=0D7~D0

D11~D4Y1=0IOW=0字節(jié)1/字節(jié)2=0XFER=1WR1=0WR2=0D7~D4

D3~D0Y2=0IOW=0字節(jié)1/字節(jié)2=1XFER=0WR1=0WR2=0D/A轉(zhuǎn)換L4279.6.2A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器的主要功能：是將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量。類型：逐次逼近型：易于用集成工藝實(shí)現(xiàn)，具有較高分辨率和轉(zhuǎn)換速度。實(shí)際應(yīng)用較多。V/F轉(zhuǎn)換型雙積分型：電路簡(jiǎn)單，抗干擾能力強(qiáng)，但轉(zhuǎn)換速度慢A/D轉(zhuǎn)換主要芯片：ADC0809（8位）；AD574A/AD674A系列（12位）；289.6.2.5A/D轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)1)分辨率:與DAC的分辨率一樣，通常用A/D位數(shù)來(lái)表示。數(shù)字量位數(shù)越多分辨率越高。輸入量程相同，其輸出的位數(shù)越多其分辨率越高。例如：輸入量程為0~5V，則8位A/D的分辨率為5V/28=20mV；而10位分辨率為5V/210=5mV。2）絕對(duì)精度ADC轉(zhuǎn)換后所得數(shù)字量所代表的模擬輸入值與實(shí)際模擬輸入值之差。通常用數(shù)字量最低位所代表的模擬輸入值VLSB表示。3）轉(zhuǎn)換時(shí)間和轉(zhuǎn)換速率ADC完成1次對(duì)模擬量的測(cè)量到數(shù)字量轉(zhuǎn)換完成所需要的時(shí)間。轉(zhuǎn)換速率：轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)。分級(jí)：低速(>1ms)；中速(1ms

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s)；高速(<1

s)；超高速（<1ns）299.6.2.18位A/D轉(zhuǎn)換器ADC08091.特點(diǎn)：分辨率為8位，逐次逼近型ADC;

轉(zhuǎn)換速度取決于時(shí)鐘頻率，時(shí)鐘頻率范圍10～1280K，當(dāng)CLK＝500KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為128us，當(dāng)CLK＝750KHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間為100us;

除了含有8位逐次逼近型數(shù)/模轉(zhuǎn)換器外，還有鎖存控制的8通道多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān);

輸出具有三態(tài)輸出緩沖器;單－5V電源供電，此時(shí)模擬電壓輸入范圍為0～5V。9個(gè)端口：8個(gè)數(shù)據(jù)端口，1個(gè)狀態(tài)端口。302.內(nèi)部結(jié)構(gòu)VCC逐次逼近寄存器（SAR）樹(shù)型開(kāi)關(guān)（D/A）OE8位輸出鎖存和三態(tài)門D0D78路通道選擇開(kāi)關(guān)IN0

IN7通道地址鎖存與譯碼ADDAADDBADDCALEVREF(-)VREF(+)GND定時(shí)與控制STARTCLOCKEOC比較器A/D圖9.26ADC0809原理圖313.ADC0809主要引腳IN0～I(xiàn)N7：8路模擬電壓輸入端。通過(guò)ADDA，ADDB和ADDC3個(gè)地址譯碼來(lái)選通其中某一路。D0～D7：A/D轉(zhuǎn)換后的8位數(shù)字量輸出。D7為最高位。ADDC、ADDB、ADDA：選擇8個(gè)模擬通道中某一個(gè)的作為輸入端。只有在ALE引腳有效時(shí)，三個(gè)引腳才能控制選擇，否則不能控制選擇。2827262524232221201918171615IN3IN4IN5IN6IN7STARTEOCD3OECLOCKVCCVREF（+）GNDD1IN2IN1IN0ADDAADDBADDCALED7D6D5D4D0VREF（-）D2圖9.27ADC0809引腳圖32ALE：地址鎖存控制信號(hào)，該引腳有效時(shí)，ADDC、ADDB、ADDA才能選擇8路模擬量中的某1路。START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電平有效。由CPU執(zhí)行輸出指令產(chǎn)生。上升沿時(shí)所有內(nèi)部寄存器清0；下降沿時(shí)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換，A/D轉(zhuǎn)換期間START應(yīng)保持低電平。

EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，高電平有效。轉(zhuǎn)換開(kāi)始后該信號(hào)為低電平，經(jīng)過(guò)64個(gè)時(shí)鐘周期后轉(zhuǎn)換結(jié)束，該信號(hào)變?yōu)楦唠娖健Ｔ谥袛喾绞较?，此信?hào)可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)，在查詢方式下，可作為A/D轉(zhuǎn)換完畢的狀態(tài)信號(hào)。

OE：輸出允許信號(hào)輸入端，高電平有效。高電平時(shí)：打開(kāi)輸出緩沖器三態(tài)門，轉(zhuǎn)換結(jié)果輸出到數(shù)據(jù)總線；低電平時(shí)：輸出數(shù)據(jù)線呈高阻態(tài)。中斷方式下，該信號(hào)為CPU發(fā)出的中斷響應(yīng)信號(hào)。33VREF（-）、VREF（+）：參考電壓輸入，VREF（-）的值限定輸入模擬電壓的最小值，VREF（+）

的值限定輸入模擬電壓的最大值。兩個(gè)參考電壓分別對(duì)應(yīng)的輸出為00H、FFH。通常情況下VREF（+）接Vcc（+5V），VREF（-）接GND（0），即模擬輸入電壓0~5V對(duì)應(yīng)輸出為00H~FFH，輸入模擬電壓VIN

和輸出數(shù)字量N之間的關(guān)系為：28VIN

N+VREF(-)

=[VREF(+)-VREF(-)]其中：VIN

處于[VREF（-），VREF（+）]之間，N為十進(jìn)制數(shù)例：參考電壓為0、5V時(shí)，80H（128）對(duì)應(yīng)的輸入電壓VIN=（5-0）*128/256+0=2.5V

可分辨的最小電壓為5V/255=0.02V。344.ADC0809工作時(shí)序時(shí)序圖參見(jiàn)圖9.28一次A/D轉(zhuǎn)換的工作過(guò)程：ALE有效（選擇模擬通道，接收模擬量輸入）START有效（啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換）EOC有效（A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束）OE有效（輸出數(shù)據(jù)D7~D0到總線上）A/D轉(zhuǎn)換（>=64個(gè)時(shí)鐘周期）355.ADC0809應(yīng)用采用ADC0809與CPU之間相連，采用查詢方式，對(duì)8路模擬信號(hào)分別采樣一次，并將結(jié)果存入數(shù)據(jù)段中BUFFER開(kāi)始的數(shù)據(jù)區(qū)中。硬件電路如下圖所示，設(shè)狀態(tài)標(biāo)志端口地址為308H，此引腳通過(guò)三態(tài)門與D0相連。完成數(shù)據(jù)采集程序?！?D0D2D1D7.…Y1Y0G3CBAG2G1A9AENA8A7A6A5A4A374LS138EOCALESTARTOECBAADC0809CIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7D0D7…D2D1IOR≥1≥1IOWA2A1A