第12章數(shù)模與模數(shù)轉(zhuǎn)換

1、第第1212章章 數(shù)數(shù)/ /模與模模與模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換數(shù)轉(zhuǎn)換D/A(數(shù)數(shù)/模模)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換: 把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量A/D(模模/數(shù)數(shù))轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換: 將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量12.1 D/A轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1. D/A轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理1) T型解碼網(wǎng)絡(luò)型解碼網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)8位數(shù)字量模擬量T型解碼網(wǎng)絡(luò)示意圖中：VREF: 參考電壓，內(nèi)阻為0；求和元件求和元件：是運(yùn)算放大器， 內(nèi)阻為0；S7, S6, , S0: 8個(gè)電子開(kāi)關(guān)，它們受控于待轉(zhuǎn)換的各位二進(jìn)制代碼。設(shè)待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量數(shù)列為：N=D7D6D5D4D3D2D1D0 (D7為最高位) S7受控于D7位，S6受控于D6位, , S0受控于D0位； Di=1, Si與

2、VREF接通； Di=0, Si與地接通。(i=0, 1, , 7)解碼網(wǎng)絡(luò)相鄰兩節(jié)點(diǎn)之間的電阻=R, 但節(jié)點(diǎn)7與求和元件之間，節(jié)點(diǎn)0與地之間的電阻=2R, 各支路電阻=2R無(wú)論電子開(kāi)關(guān)倒向哪一方，從任一節(jié)點(diǎn)向左，向右看去(不包括支路電阻本身)的等效電阻都等于2R2) 轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理若只有一個(gè)開(kāi)關(guān)接 VREF, 其它開(kāi)關(guān)都接地，則接通VREF的支路，其支路電流恒為: I = VREF/3R但各支路電流向求和元件提供的總電流分量卻不同；當(dāng)S7接 VREF，其它開(kāi)關(guān)接地，S7支路提供的總電流分量=I/2當(dāng)S6接 VREF，其它開(kāi)關(guān)接地，S6支路提供的總電流分量=I/4當(dāng)S5接 VREF，其它開(kāi)關(guān)

3、接地，S5支路提供的總電流分量=I/8 , ;當(dāng)S0接 VREF，其它開(kāi)關(guān)接地，S0支路提供的總電流分量=I/256當(dāng)8位數(shù)字量=0255變化時(shí)，各支路產(chǎn)生的總電流分量之和就是流向求和元件的總電流：總電流總電流=D7 I 2-1+D6 I 2-2+ + D0 I 2-8 =I 2-8 (D7 27+D6 26 + + D0 20) = N 2-8 (VREF/3R) VREF/3R是固定值，總電流只與輸入的二進(jìn)制數(shù)N有關(guān)。通過(guò)解碼網(wǎng)絡(luò)后，得到了一個(gè)與輸入的數(shù)字量成比例的電流。2. D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)1) 分辨率分辨率：指D/A轉(zhuǎn)換器能夠轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制的位數(shù)。例如：8位D/A轉(zhuǎn)

4、換器，轉(zhuǎn)換后的電壓滿程量為5V，其最小分辨電壓 =5V/256=20mV。10位D/A轉(zhuǎn)換器，對(duì)同樣的轉(zhuǎn)換電壓，它能分辨的最小電壓=5V/1024=5mV2) 轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間：指數(shù)字輸入到完成轉(zhuǎn)換，輸出達(dá)到最終的穩(wěn)定值所需的時(shí)間。電流型D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換時(shí)間在幾 ns 幾百s之間。電壓型的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換較慢。3) 轉(zhuǎn)換精度轉(zhuǎn)換精度：指D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出電壓與理論值之間的誤差。一般采用數(shù)字量的最低有效位作為衡量單位，例如：+1/1LSB。如果分辨率為8位，其精度是：+1/512。4) 線性度線性度：當(dāng)數(shù)字量變化時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量按比例關(guān)系變化的程度。3. D/A轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性

5、轉(zhuǎn)換器的輸入輸出特性1) 輸入緩沖能力輸入緩沖能力2) 輸入數(shù)據(jù)的寬度輸入數(shù)據(jù)的寬度3) 電流型還是電壓型電流型還是電壓型4) 輸入的碼制輸入的碼制5) 是單極性輸出還是雙極性輸出是單極性輸出還是雙極性輸出4. DAC0832簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介1) 引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)引腳與內(nèi)部結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)DAC0832是8位的D/A轉(zhuǎn)換芯片內(nèi)部有兩極輸入緩沖寄存器和一個(gè)T型解碼網(wǎng)絡(luò)電流輸出型芯片外部引腳外部引腳DI7DI0: 8位數(shù)字量輸入數(shù)據(jù)線。CS: 片選信號(hào)輸入端。ILE: 輸入鎖存允許信號(hào)。WR1, WR2: 寫(xiě)信號(hào)1和寫(xiě)信號(hào)2。XFER：傳送控制信號(hào)。IOUT1: 模擬電流輸出端1，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為全1時(shí)，輸出電流最

6、大；當(dāng)輸入數(shù)據(jù)為全0時(shí)，輸出電流為0。IOUT2：模擬電流輸出端2，有以下關(guān)系： IOUT1+IOUT2=常量常量RFB：內(nèi)部反饋電阻引出端，外部的運(yùn)算放大器的輸出端可直接接到該端上。VREF：外接參考電壓, 電壓范圍: -10V +10V。VCC：芯片工作電壓， 電壓范圍： +5V +15V。AGND：模擬信號(hào)地。DGND：數(shù)字信號(hào)地。2) 工作方式工作方式 雙緩沖方式：雙緩沖方式：v接線方法：接線方法：ILE 固定接+5V；CPU的IOW信號(hào)復(fù)連到WR1和WR2端；用CS作為輸入緩沖器的“片選”信號(hào)；XFER作為DAC寄存器的“片選”信號(hào)，它們分別接到兩個(gè)I/O口地址譯碼輸出。v數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)

7、要分兩次進(jìn)行：數(shù)據(jù)寫(xiě)入時(shí)要分兩次進(jìn)行：第一次輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量；第二次寫(xiě)操作只是一次“虛擬寫(xiě)操作”，寫(xiě)的內(nèi)容無(wú)關(guān)緊要，目的是啟動(dòng)DAC寄存器的鎖存功能。雙緩沖方式的優(yōu)點(diǎn)是在D/A轉(zhuǎn)換的同時(shí)，可接收下一個(gè)待轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。單緩沖方式單緩沖方式v接線方法：接線方法：WR2, XFER接地(數(shù)字信號(hào)地)，使DAC寄存器處于直通狀態(tài)；ILE接+5V；WR1接CPU的IOW;CS接I/O口地址譯碼器。v數(shù)據(jù)寫(xiě)入只需一次，寫(xiě)入后即開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換。直通方式直通方式 當(dāng)ILE接+5V, CS, WR1, WR2, XREF 接地(數(shù)字信號(hào)地), 則DAC0832處于直通方式。此時(shí)數(shù)據(jù)輸入不使用緩沖寄存器，在輸入端

8、DI7DI0一旦出現(xiàn)數(shù)據(jù)就立即開(kāi)始D/A轉(zhuǎn)換。12.2 A/D(數(shù)數(shù)/模模)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1) 計(jì)數(shù)式計(jì)數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理啟動(dòng)信號(hào)將計(jì)數(shù)器清0，產(chǎn)生的8位數(shù)字量經(jīng)內(nèi)部的D/A轉(zhuǎn)換輸出0伏電壓；該電壓被送到比較器與輸入的模擬電壓進(jìn)行比較；1. A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理當(dāng)比較結(jié)果小于輸入的模擬電壓時(shí)，比較器輸出高電平，啟動(dòng)計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)；計(jì)數(shù)器在CLK的驅(qū)動(dòng)下加1計(jì)數(shù)，使得D/A轉(zhuǎn)換后的電壓不斷上升；當(dāng)D/A轉(zhuǎn)換的電壓等于輸入的模擬電壓時(shí)，比較器輸出為0，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。此時(shí)，數(shù)據(jù)線D7D0上的數(shù)字量就是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果。2)逐次逼近式逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換原理轉(zhuǎn)換原理當(dāng)轉(zhuǎn)換器收到啟動(dòng)信號(hào)后，逐次

9、逼近寄存器被清“0”，通過(guò)內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換器使輸出電壓V0為0，轉(zhuǎn)換開(kāi)始；在第一個(gè) CLK周期控制電路使逐次逼近寄存器的D7位為1(即1000, 0000)。這組數(shù)字經(jīng)內(nèi)部D/A轉(zhuǎn)換后，輸出電壓V0;V0與輸入模擬電壓Vi比較：若Vi V0, 比較器輸出為“高”，通過(guò)控制電路將D7置“1” 保留；若Vi V0, 比較器輸出為“高”，通過(guò)控制電路將D6位“1”保留；若Vi V0, 比較器輸出為“低”，通過(guò)控制電路將D6位清0；重復(fù)上述過(guò)程，直到D0位試探完畢，轉(zhuǎn)換結(jié)束，逐次寄存器中的數(shù)值經(jīng)緩沖器輸出。2.ADC 0809簡(jiǎn)介簡(jiǎn)介 ADC 0809是逐次逼近式的模/數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。 ADC 0809可完

10、成8路模擬量數(shù)字量的轉(zhuǎn)換。 轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量通過(guò)三態(tài)緩沖器輸出，可以和微處理器的數(shù)據(jù)線直接相連。 一次模擬量的轉(zhuǎn)換時(shí)間約為100s。ADC 0809的的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部引腳CLK：時(shí)鐘輸入信號(hào)，最大640kHz。IN7IN0：8路模擬量輸入。ADDC, ADDB, ADDA：模擬通道選擇信號(hào)。ADDC, ADDB, ADDA=000 選擇 IN0;ADDC, ADDB, ADDA=001 選擇 IN1; ADDC, ADDB, ADDA=111 選擇 IN7; ALE：地址鎖存允許信號(hào)，ALE有效時(shí)鎖存ADDCADDA的通道選擇信號(hào)。 START：A/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，高電平時(shí)使內(nèi)部的逐次逼近寄存器清0，有高低時(shí)開(kāi)始轉(zhuǎn)換。START常與ALE短接，以便同時(shí)鎖存通道選擇信號(hào)，并開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換。ST