微機原理與接口技術課件11DACADC

1、微機原理與接口技術課件11DACADC微機原理與接口技術課件-11.DAC、ADC3主要內容nD/AD/A與A/DA/D轉換的原理轉換的原理;n典型芯片的特點與應用典型芯片的特點與應用;4D/A轉換器的功能n功能：功能：D/A轉換器是指將數(shù)字量轉換成模擬量轉換器是指將數(shù)字量轉換成模擬量 的線性集成電路。的線性集成電路。n輸出特性：它的模擬量輸出（電流或電壓）與輸出特性：它的模擬量輸出（電流或電壓）與 參考量（電流或電壓）以及二進制參考量（電流或電壓）以及二進制 數(shù)成比例。數(shù)成比例。5D/A轉換器實現(xiàn)原理6D/A轉換器的主要參數(shù)n1. 位數(shù)（分辨率）位數(shù)（分辨率）n2. 轉換時間轉換時間n3.

2、精度精度n4. 線性度線性度n5. 輸出類型和極性輸出類型和極性7典型D/A轉換DAC0832芯片8位并行位并行中速中速(建立時間建立時間1us)、電流型電流型、低廉、低廉 邏輯結構和引腳功能邏輯結構和引腳功能 DAC0832與微機系統(tǒng)的連接與微機系統(tǒng)的連接 應用舉例應用舉例8 1. 引腳和邏輯結構引腳和邏輯結構 20個引腳、雙列直插式個引腳、雙列直插式8位位輸入輸入寄存器寄存器8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉換器轉換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&RFB9V cc 芯片電源電壓芯片電源電壓, +5V+

3、15VVREF 參考電壓參考電壓, -10V+10V RFB 反饋電阻引出端反饋電阻引出端, 此端可接運算放大器輸出端此端可接運算放大器輸出端AGND 模擬信號地模擬信號地DGND 數(shù)字信號地數(shù)字信號地8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉換器轉換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFB10DI7 DI0 數(shù)字量輸入信號數(shù)字量輸入信號 其中其中: DI0為最低位，為最低位，DI7為最高位為最高位8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉換器轉換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGN

4、DDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFB118位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉換器轉換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器RFB0011ILE 輸入鎖存允許信號輸入鎖存允許信號, 高電平有效高電平有效CS 片選信號片選信號, 低電平有效低電平有效WR1 寫信號寫信號1，低電平有效，低電平有效LE1當當 ILE、CS、WR1同時有效時同時有效時, LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化輸入寄存器的輸出隨輸入而變化WR1 ,

5、 LE=0， 將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器12LE2XFER 轉移控制信號，轉移控制信號，低電平有效低電平有效WR2 寫信號寫信號2，低電平有效，低電平有效 當當XFER、WR2同時有效時同時有效時, LE2=1 DAC寄存器輸出隨輸入而變化；寄存器輸出隨輸入而變化； WR2 , LE2=0， 將輸入數(shù)據(jù)鎖存到將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器寄存器，數(shù)據(jù)進入，數(shù)據(jù)進入D/A轉換器，開始轉換器，開始D/A轉換轉換VREF8位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉換器轉換器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8

6、位位輸入輸入寄存器寄存器RFB001138位位DAC寄存器寄存器8位位D/A轉換器轉換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&8位位輸入輸入寄存器寄存器IOUT1 模擬電流輸出端模擬電流輸出端1 當輸入數(shù)字為全當輸入數(shù)字為全”1”時時, 輸出電流最大，約為：輸出電流最大，約為： 全全”0”時時, 輸出電流為輸出電流為0IOUT2 模擬電流輸出端模擬電流輸出端2 IOUT1 + I OUT2 = 常數(shù)常數(shù)255VREF256RFBRFB14 DAC0832與微機系統(tǒng)的連接與微機系統(tǒng)的連接1)直通工作方式直通工作方式 兩

7、個寄存器均工作于直通狀態(tài)；兩個寄存器均工作于直通狀態(tài)；2)單緩沖工作方式單緩沖工作方式一個寄存器工作于直通狀態(tài)，一個寄存器工作于直通狀態(tài)，另一個工作于受控鎖存器狀態(tài)；另一個工作于受控鎖存器狀態(tài)； 3)雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式 兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)；兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)；15 一個寄存器工作于直通狀態(tài)，一個寄存器工作于直通狀態(tài)， 一個工作于受控鎖存器狀態(tài)一個工作于受控鎖存器狀態(tài) 在不要求多個在不要求多個D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉換，可以提高需一次寫操作，就開始轉換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量

8、。的數(shù)據(jù)吞吐量。單緩沖工作方式單緩沖工作方式 16D/A轉換轉換IOUT2DI7DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&輸入輸入寄存寄存RFB- -+VoIOWA9A0D7D0+5VPC總線總線port地址地址譯碼譯碼DAC寄存寄存單緩沖工作方式單緩沖工作方式 17 雙緩沖工作方式雙緩沖工作方式: 兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)DAC0832PC總線總線數(shù)數(shù) 據(jù)據(jù) 線線WR1IOWDI0DI7D0D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB WR2CS地地址址譯譯碼碼A0A9XFERVREF- -5Vport1port2

9、DGNDAGND18當要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。當要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。地地址址譯譯碼碼port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉換轉換DI7DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉換轉換DI7DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7D0A9A0IOWPC總線總線+5v+5v19應用舉例（方波）應用舉例（方波）DAC0832直通工作方式，設8255A的端口地址分別為3F0H，3F1H，3F2H，3F3H20模模/數(shù)轉換器數(shù)轉換器一、一、A/D 轉換器的基本原理轉換器的基本原理二、二、A/D轉換器的技術指標轉

10、換器的技術指標三、三、A/D轉換器及其連接轉換器及其連接四、典型四、典型A/D轉換器轉換器21A/D 轉換器的基本原理轉換器的基本原理22逐次逼近式逐次逼近式A/D轉換轉換 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D轉換是用得最多的一種方法。轉換是用得最多的一種方法。 組成：組成： 8 8位位D/AD/A轉換器、比較器、控制邏輯，逐次逼近寄存器轉換器、比較器、控制邏輯，逐次逼近寄存器. . 工作過程：工作過程： 從最高位開始通過試探值逐次進行測試，從最高位開始通過試探值逐次進行測試， 直到試探值經(jīng)直到試探值經(jīng)D/AD/A轉換器輸出轉換器輸出VoVo與與V VX X相等或達到允許誤差范圍為止。則相等或達到

11、允許誤差范圍為止。則該試探值就為該試探值就為A/DA/D轉換所需的數(shù)字量。轉換所需的數(shù)字量。23+ +- -8 8位位D/AD/A轉換器轉換器緩沖寄存器緩沖寄存器控制電路控制電路逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器V Vi iV VO O啟動啟動CLKCLK轉換結束轉換結束D D7 7D D6 6D D2 2D D3 3D D4 4D D5 5D D0 0D D1 1比較器比較器逐次逼近式逐次逼近式A/D轉換轉換工作原理圖工作原理圖24如：實現(xiàn)模擬電壓相當于數(shù)字量如：實現(xiàn)模擬電壓相當于數(shù)字量123的的AD轉換轉換.具體過程如下：具體過程如下： 當出現(xiàn)啟動脈沖當出現(xiàn)啟動脈沖 時，逐次逼近寄存器清時，逐次

12、逼近寄存器清“0”； 當?shù)谝粋€當?shù)谝粋€ T1 到來，逐次逼近寄存器到來，逐次逼近寄存器 最高位最高位D7置置“1”， 8位位D/A轉換器輸入為轉換器輸入為10000000B， 輸出輸出Vo為滿度的一半為滿度的一半5V，即滿量值的，即滿量值的128/255。 若若VoVi，比較器輸出低電平，比較器輸出低電平， 控制電路使逐次逼近寄存器最高位控制電路使逐次逼近寄存器最高位D7置置“0”(反之，置反之，置“1”)； 25當?shù)诙€當?shù)诙€ 到來，逐次逼近寄存器到來，逐次逼近寄存器D6位置位置“1”， D/A轉換器的數(shù)字量輸入為轉換器的數(shù)字量輸入為01000000B， 輸出電壓為，輸出電壓為，VoVi，

13、比較器輸出高電平，比較器輸出高電平， 將將D6位的位的“1”保留保留(否則，將否則，將D6位置位置0)； 第三個第三個 T3 時鐘脈沖來，又將時鐘脈沖來，又將D5位置位置“1” 重復上述過程直到重復上述過程直到D0位置位置“1”，再與輸入比較。，再與輸入比較。 經(jīng)過經(jīng)過8次以后，次以后， 逐次逼近寄存器中得到的數(shù)字量就是轉換結果。逐次逼近寄存器中得到的數(shù)字量就是轉換結果。 過程用下表表示。過程用下表表示。T226逐次逼近式逐次逼近式A/D轉換轉換27二、二、A/D轉換器的技術指標轉換器的技術指標1. 分辨率分辨率2. 轉換精度轉換精度3. 轉換時間和轉換率轉換時間和轉換率281分辨率分辨率指指

14、A/D轉換器所能分辨的最小模擬輸入量，或指轉換轉換器所能分辨的最小模擬輸入量，或指轉換器滿量程模擬輸入量被分離的級數(shù)。器滿量程模擬輸入量被分離的級數(shù)。模擬輸入量模擬輸入量數(shù)字數(shù)字輸出量輸出量000001010011000001010011 1v 2v 3v 4v 5v 6v 7v輸入輸入 輸出輸出 -0.50.5v 000 0.51.5v 001 1.52.5v 010 、 5.56.5v 110 6.57.5v 111 在在ADC中，模擬量和數(shù)字量之間不是一一對應的關系中，模擬量和數(shù)字量之間不是一一對應的關系292轉換精度轉換精度指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字量，實際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值

15、指在輸出端產(chǎn)生給定的數(shù)字量，實際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值之間的偏差。之間的偏差。反應反應ADC的實際輸出接近理想輸出的精確程度。的實際輸出接近理想輸出的精確程度。 由于在一定范圍內的模擬值產(chǎn)生相同的數(shù)字量，由于在一定范圍內的模擬值產(chǎn)生相同的數(shù)字量，取該范圍內的中間模擬值計算。取該范圍內的中間模擬值計算。303轉換時間和轉換率轉換時間和轉換率轉換時間指完成一次轉換時間指完成一次A/D轉換所需的時間，轉換所需的時間，從啟動信號開始到轉換結束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時間。從啟動信號開始到轉換結束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時間。轉換率是轉換時間的倒數(shù)。轉換率是轉換時間的倒數(shù)。31三、三、A/D轉換器及其連接轉

16、換器及其連接 1. A/D轉換器分類轉換器分類2. A/D轉換器與系統(tǒng)的連接轉換器與系統(tǒng)的連接32 1. A/D轉換器分類轉換器分類l 按工作原理分按工作原理分l 按輸入方式分按輸入方式分l 按輸出方式分按輸出方式分l 按性能特點分按性能特點分l 按輸出是否帶三態(tài)緩沖分按輸出是否帶三態(tài)緩沖分33l 按模擬量輸入方式分按模擬量輸入方式分單極性單極性ADC、雙極性、雙極性ADCl 按數(shù)字量輸出方式分按數(shù)字量輸出方式分 并行并行ADC、串行、串行ADCl 按工作原理分按工作原理分計數(shù)式計數(shù)式ADC、 雙積分式雙積分式ADC逐次逼近式逐次逼近式ADC、并行式、并行式ADC34l 按性能特點分按性能特點

17、分按分辨率分按分辨率分4位、位、6位、位、8位、位、10位、位、12位、位、14位、位、16位、位、 、 、按轉換速度分按轉換速度分 低速、中速、高速、超高速低速、中速、高速、超高速（轉換時間分別為（轉換時間分別為1s、1ms、1us、1ns）按轉換精度分按轉換精度分低精度、中精度、高精度、超高精度低精度、中精度、高精度、超高精度35 按輸出是否帶三態(tài)緩沖分按輸出是否帶三態(tài)緩沖分帶可控三態(tài)緩沖帶可控三態(tài)緩沖ADC 如：如： ADC0809 不帶可控三態(tài)緩沖不帶可控三態(tài)緩沖ADC 如：如： ADC570、 ADC1210362. A/D轉換器及其連接轉換器及其連接 1) A/D轉換器的典型信號轉

18、換器的典型信號 2) A/D轉換器各信號與系統(tǒng)的連接轉換器各信號與系統(tǒng)的連接37 1) A/D轉換器的典型信號轉換器的典型信號A/D轉換器轉換器模擬量模擬量輸入信號輸入信號 模擬量輸入信號模擬量輸入信號A/D轉換啟動信號轉換啟動信號 A/D轉換啟動信號轉換啟動信號轉換完成信號轉換完成信號 轉換完成轉換完成(結束）信號結束）信號數(shù)字量輸出信號數(shù)字量輸出信號 數(shù)字量輸出信號數(shù)字量輸出信號382) A/D轉換器各信號與系統(tǒng)的連接轉換器各信號與系統(tǒng)的連接A/D轉換器轉換器模擬量輸入信號模擬量輸入信號數(shù)字量輸出信號數(shù)字量輸出信號A/D轉換啟動信號轉換啟動信號轉換完成信號轉換完成信號39典型典型A/DA/

19、D轉換器工作原理轉換器工作原理 ADC0809 ADC0809是是CMOSCMOS數(shù)據(jù)采集器件，由于它不數(shù)據(jù)采集器件，由于它不僅包括一個僅包括一個8 8位的逐次逼近型的位的逐次逼近型的A/DA/D部分，而且部分，而且還提供一個還提供一個8 8通道的模擬多路開關和聯(lián)合尋址通道的模擬多路開關和聯(lián)合尋址邏輯。邏輯。40ADC0809主要性能主要性能(1)(1) 分辨率為分辨率為8 8位位(2)(2) 輸入電壓范圍為輸入電壓范圍為5 5V,V,功耗為功耗為1515mwmw(3)(3) 轉換時間為轉換時間為100100s s(4)(4)工作溫度范圍為工作溫度范圍為-40-40+85+85( (5) 85

20、) 8個模擬輸入通道，有通道地址鎖存?zhèn)€模擬輸入通道，有通道地址鎖存( (6) 6) 有三態(tài)輸出能力，易于與微機相連有三態(tài)輸出能力，易于與微機相連41 ADC080ADC080引腳功能圖引腳功能圖 42ADC0809ADC0809原理框圖原理框圖 43ADC0809芯片引腳功能說明芯片引腳功能說明 44模擬輸入模擬輸入 0809有8個模擬輸入通道，每個通道輸人電壓范圍為05V。 8個模擬通道由3個地址輸入ADDA，ADDB，ADDC來選擇模擬通道，地址輸入通過ALE信號予以鎖存。 地址輸入可直接取自地址總線或數(shù)據(jù)總線45 ADC0809ADC0809與與80868086CPUCPU的接口的接口

21、46 D/A D/A轉換器沒有形式上的啟動信號。實際上后一轉換器沒有形式上的啟動信號。實際上后一級寄存器的控制信號就是級寄存器的控制信號就是D/AD/A轉換器的啟動信號。轉換器的啟動信號。 它也沒有轉換結束信號。它也沒有轉換結束信號。D/AD/A轉換的過程很快，轉換的過程很快，一般還不到一條指令的執(zhí)行時間。一般還不到一條指令的執(zhí)行時間。DAC0832DAC083247 D/A芯片將數(shù)字量轉換為模擬量時有兩種輸出芯片將數(shù)字量轉換為模擬量時有兩種輸出形式，即電流型與電壓型。形式，即電流型與電壓型。 單極性輸出電路。單極性輸出電路。 為反相輸出電路，其輸出電壓為：為反相輸出電路，其輸出電壓為： 常用

22、的一種典型電路常用的一種典型電路! 同相輸出電路，其電壓輸出為：同相輸出電路，其電壓輸出為： DAC0832DAC0832的幾種典型輸出連接方式的幾種典型輸出連接方式48(a)反相輸出；(b)同相輸出 490832與8255的連接方式V0 占用8255的兩個端口,不直接與CPU連接,常用于接口電路較多時,可以減少總線的驅動負載,為一種最常用的0832的硬件連接方式。對五個控制信號的要求為：只要ILE為高，其它為低就可以工作。50應用舉例（方波）應用舉例（方波）DAC0832直通工作方式，設8255A的端口地址分別為3F0H，3F1H，3F2H，3F3H51應用舉例應用舉例 設DAC0832的地

23、址為220H，試說明DAC0832的工作方式，并編寫程序實現(xiàn)通過DAC0832輸出正弦波.CSILEWR1WR2XFER-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI70+5D7D0系統(tǒng)總線AGNDIOWDGND譯碼器AENA9A0220H52應用舉例應用舉例53 ADC0809ADC0809的硬件電路設計方法的硬件電路設計方法：ADC0809的硬件電路接口圖&OEALEIN7STARTADDCADDBADDAVREF()DBIORIOWA2來自地址譯碼器輸出V7500 kHz&A1A0D7 D05 VVREF()V1V0IN1IN0CLKIOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS54上圖要注意的問題有：上圖要注意的問題有：1 1）在上圖中可以不要）在上圖中可以不要EOCEOC信號指示轉換完成