第10章 模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)

1、第第1010章章 模模/ /數(shù)和數(shù)數(shù)和數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換技術(shù)模轉(zhuǎn)換技術(shù)10.1 10.1 模擬量輸入與輸出通道的組模擬量輸入與輸出通道的組10.2 10.2 數(shù)數(shù)/ /模（模（D/AD/A）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器10.3 10.3 模模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器思考題與習(xí)題思考題與習(xí)題 模模/ /數(shù)（數(shù)（Analog to DigitAnalog to Digit，A/DA/D）和數(shù)）和數(shù)/ /模（模（Digit to Digit to AnalogAnalog，D/AD/A）轉(zhuǎn)換技術(shù)是微型計(jì)算機(jī)與監(jiān)測(cè)設(shè)備、控制對(duì)象之）轉(zhuǎn)換技術(shù)是微型計(jì)算機(jī)與監(jiān)測(cè)設(shè)備、控制對(duì)象之間的一種重要的接口技術(shù)，也是

2、實(shí)現(xiàn)信號(hào)監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制的兩個(gè)間的一種重要的接口技術(shù)，也是實(shí)現(xiàn)信號(hào)監(jiān)測(cè)、過(guò)程控制的兩個(gè)重要組成部分。重要組成部分。10.1 10.1 模擬量輸入與輸出通道的組成模擬量輸入與輸出通道的組成10.1.1 10.1.1 模擬量輸入通道的組成模擬量輸入通道的組成v 在工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)實(shí)生活中，許多待測(cè)量與控制的非電物理在工業(yè)生產(chǎn)和現(xiàn)實(shí)生活中，許多待測(cè)量與控制的非電物理量及模擬電壓、電流通常都是連續(xù)變化的模擬量，為了利用計(jì)量及模擬電壓、電流通常都是連續(xù)變化的模擬量，為了利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的監(jiān)測(cè)和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，必算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬量的監(jiān)測(cè)和對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)調(diào)節(jié)與控制，必須首先將連續(xù)變化的物理量變換

3、成連續(xù)變化的電信號(hào)，其模擬須首先將連續(xù)變化的物理量變換成連續(xù)變化的電信號(hào)，其模擬電信號(hào)的大小與極性要滿(mǎn)足具體模電信號(hào)的大小與極性要滿(mǎn)足具體模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器的規(guī)范，然后經(jīng)數(shù)轉(zhuǎn)換器的規(guī)范，然后經(jīng)過(guò)模過(guò)模/ /數(shù)轉(zhuǎn)換器，變換成計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量。數(shù)轉(zhuǎn)換器，變換成計(jì)算機(jī)所能接受的數(shù)字量。v 計(jì)算機(jī)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)大多是要經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，送至輸計(jì)算機(jī)對(duì)所采集的數(shù)據(jù)大多是要經(jīng)過(guò)運(yùn)算處理后，送至輸出設(shè)備顯示輸出。在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，如果需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)出設(shè)備顯示輸出。在實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)中，如果需要對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)節(jié)與控制，那么還需要經(jīng)過(guò)行調(diào)節(jié)與控制，那么還需要經(jīng)過(guò)PIDPID調(diào)節(jié)運(yùn)算，微機(jī)將運(yùn)算結(jié)調(diào)節(jié)運(yùn)算，微機(jī)

4、將運(yùn)算結(jié)果的數(shù)字量輸出到數(shù)果的數(shù)字量輸出到數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，模轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬電信號(hào)，并經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后送往執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控并經(jīng)驅(qū)動(dòng)放大后送往執(zhí)行部件，實(shí)現(xiàn)對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的自動(dòng)控制。制。v 模擬量輸入、輸出通道的一般結(jié)構(gòu)如圖模擬量輸入、輸出通道的一般結(jié)構(gòu)如圖10-110-1所示，該圖描所示，該圖描述了一個(gè)含有述了一個(gè)含有A/DA/D轉(zhuǎn)換與轉(zhuǎn)換與D/AD/A轉(zhuǎn)換的監(jiān)控系統(tǒng)。轉(zhuǎn)換的監(jiān)控系統(tǒng)。工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程微型計(jì)算機(jī)微型計(jì)算機(jī) 信號(hào)信號(hào)處理處理1 1信號(hào)信號(hào)處理處理2 2多路開(kāi)關(guān)多路開(kāi)關(guān)放大驅(qū)動(dòng)放大驅(qū)動(dòng)采樣保持采樣保持 A/DA/D 轉(zhuǎn)換

5、轉(zhuǎn)換圖圖10-1 10-1 模擬量輸入、輸出通道的一般結(jié)構(gòu)圖模擬量輸入、輸出通道的一般結(jié)構(gòu)圖傳感傳感器器n n傳感傳感器器1 1傳感傳感器器n n執(zhí)行執(zhí)行機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu)鎖存器鎖存器輸出接口輸出接口 D/AD/A 轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換過(guò)程監(jiān)視過(guò)程監(jiān)視1 1傳感器傳感器 能夠把非電物理量轉(zhuǎn)換成電量（電流或電壓）的器件被稱(chēng)為能夠把非電物理量轉(zhuǎn)換成電量（電流或電壓）的器件被稱(chēng)為傳感器。傳感器。 傳感器將十分微弱的電信號(hào)處理成傳感器將十分微弱的電信號(hào)處理成010mA，或，或420mA電流，或電流，或05V電壓，或電壓，或010V電壓等，以便傳輸或直接電壓等，以便傳輸或直接送送A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換器進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。2

6、 2信號(hào)處理信號(hào)處理設(shè)置信號(hào)處理電路的主要原因：設(shè)置信號(hào)處理電路的主要原因： 第一種，傳感器輸出信號(hào)與第一種，傳感器輸出信號(hào)與A/DA/D轉(zhuǎn)換器輸入電信號(hào)大小不匹轉(zhuǎn)換器輸入電信號(hào)大小不匹配，要進(jìn)行電壓調(diào)整。配，要進(jìn)行電壓調(diào)整。 第二種，傳感器輸出信號(hào)與第二種，傳感器輸出信號(hào)與A/DA/D轉(zhuǎn)換器輸入電信號(hào)極性不匹轉(zhuǎn)換器輸入電信號(hào)極性不匹配。配。 3 3多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān) 在運(yùn)用系統(tǒng)中，往往要在運(yùn)用系統(tǒng)中，往往要監(jiān)測(cè)或控制的模擬量不單是監(jiān)測(cè)或控制的模擬量不單是一個(gè)，一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往一個(gè)，一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)往往要采集多路模擬信號(hào)，如往要采集多路模擬信號(hào)，如果被采集的物理量是緩慢變果被采集的物理

7、量是緩慢變化的，則可以只用一片化的，則可以只用一片A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換芯片，輪流選擇輸入信號(hào)換芯片，輪流選擇輸入信號(hào)進(jìn)行采集，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)進(jìn)行采集，可以簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)。計(jì)。圖圖10-2 CD4051B10-2 CD4051B模擬開(kāi)關(guān)邏輯圖模擬開(kāi)關(guān)邏輯圖 CH0CH1CH7INHVDDVEEVSSI/OI/O端端13141512152469 10 1187163KA2A1A04 4采樣保持器采樣保持器 在在A/DA/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)不變的電轉(zhuǎn)換器進(jìn)行采樣期間，保持被轉(zhuǎn)換輸入信號(hào)不變的電 路稱(chēng)為采樣保持電路。路稱(chēng)為采樣保持電路。A/DA/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱(chēng)轉(zhuǎn)換

8、器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間稱(chēng) 為轉(zhuǎn)換時(shí)間。不同為轉(zhuǎn)換時(shí)間。不同A/DA/D轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換時(shí)間各異，對(duì)于連續(xù)變轉(zhuǎn)換芯片，其轉(zhuǎn)換時(shí)間各異，對(duì)于連續(xù)變 化較快的模擬信號(hào)必須采取采樣保持措施，否則將會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤化較快的模擬信號(hào)必須采取采樣保持措施，否則將會(huì)引起轉(zhuǎn)換誤 差。差。圖圖10-3 10-3 采樣采樣/ /保持器的基本原理圖保持器的基本原理圖 圖圖10-5 LF39810-5 LF398的典型接法的典型接法 A/D A/D轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的核心環(huán)節(jié)，其功能是將模擬輸入轉(zhuǎn)換器是模擬輸入通道的核心環(huán)節(jié)，其功能是將模擬輸入電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（二進(jìn)制數(shù)或電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量（二進(jìn)制數(shù)或BCDBCD碼

9、等）。碼等）。 5 5A/DA/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器10.1.2 10.1.2 模擬量輸出通道的組成模擬量輸出通道的組成 計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)是以數(shù)字的形式給出的，而有的執(zhí)行單元計(jì)算機(jī)輸出的信號(hào)是以數(shù)字的形式給出的，而有的執(zhí)行單元要求提供模擬的電流或電壓，故必須要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)要求提供模擬的電流或電壓，故必須要將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬的電流或電壓，這個(gè)任務(wù)主要由數(shù)換成模擬的電流或電壓，這個(gè)任務(wù)主要由數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器來(lái)完成；模轉(zhuǎn)換器來(lái)完成； 由于由于D/AD/A轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，輸入待轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換器需要一定的轉(zhuǎn)換時(shí)間，在轉(zhuǎn)換期間，輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而計(jì)算機(jī)輸出至數(shù)

10、據(jù)總線(xiàn)上的穩(wěn)定時(shí)換的數(shù)字量應(yīng)該保持不變，而計(jì)算機(jī)輸出至數(shù)據(jù)總線(xiàn)上的穩(wěn)定時(shí)間很短，且間很短，且D/AD/A轉(zhuǎn)換器部分通常是組合電路結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)換器部分通常是組合電路結(jié)構(gòu)，所以，數(shù)所以，數(shù)/ /模轉(zhuǎn)模轉(zhuǎn)換應(yīng)該具有鎖存數(shù)據(jù)總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的功能。換應(yīng)該具有鎖存數(shù)據(jù)總線(xiàn)上數(shù)據(jù)的功能。10.2 10.2 數(shù)數(shù)/ /模（模（D/AD/A）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器10.2.1 D/A10.2.1 D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)1 1D/AD/A轉(zhuǎn)換器的原理轉(zhuǎn)換器的原理 D/A D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將二進(jìn)制的數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模轉(zhuǎn)換器的作用是將二進(jìn)制的數(shù)字量按比例轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的模擬電流或電壓量。擬電流或電壓量。 圖圖

11、10-610-6中以一個(gè)中以一個(gè)4 4位數(shù)位數(shù)/ /模轉(zhuǎn)換器為例，二進(jìn)制的數(shù)字量模轉(zhuǎn)換器為例，二進(jìn)制的數(shù)字量D=DD=D3 3D D2 2D D1 1D D0 0，每一位代碼控制一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，當(dāng)某一位為，每一位代碼控制一個(gè)模擬開(kāi)關(guān)，當(dāng)某一位為“1”1” 時(shí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)倒向右邊，產(chǎn)生相應(yīng)的電流輸入到運(yùn)算放大器的輸時(shí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)倒向右邊，產(chǎn)生相應(yīng)的電流輸入到運(yùn)算放大器的輸 入端，電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了運(yùn)算放大器的輸入阻抗，且電阻網(wǎng)絡(luò)接至入端，電阻網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了運(yùn)算放大器的輸入阻抗，且電阻網(wǎng)絡(luò)接至 虛地，為運(yùn)算放大器提供輸入電流。虛地，為運(yùn)算放大器提供輸入電流。 當(dāng)某一位為當(dāng)某一位為“0”0”時(shí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)倒向左邊，

12、且電阻網(wǎng)絡(luò)接到時(shí)，對(duì)應(yīng)開(kāi)關(guān)倒向左邊，且電阻網(wǎng)絡(luò)接到 真正的地端，對(duì)應(yīng)的位不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)算放大器的輸入電流。真正的地端，對(duì)應(yīng)的位不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)算放大器的輸入電流。 由于電阻網(wǎng)絡(luò)中由于電阻網(wǎng)絡(luò)中的電阻只有的電阻只有R R和和2R2R兩兩種阻值，所以，種阻值，所以，X X3 3X X0 0各點(diǎn)的電壓分別固各點(diǎn)的電壓分別固定為定為V Vrefref、V Vref/2ref/2、V Vref/4ref/4、V Vref/8ref/8，注意，與各開(kāi)關(guān)的方注意，與各開(kāi)關(guān)的方向無(wú)關(guān)，產(chǎn)生的電流向無(wú)關(guān)，產(chǎn)生的電流與電壓如下：與電壓如下： X3X0X2X132103210ref321030f2222(2222 )22 V

13、VVVIDDDDRRRRVDDDDRVRI圖圖10-6 T10-6 T型電阻網(wǎng)絡(luò)型電阻網(wǎng)絡(luò)D/AD/A轉(zhuǎn)換器原理圖轉(zhuǎn)換器原理圖 D/A D/A轉(zhuǎn)換器的輸出分為電壓和電流兩種類(lèi)型，分別如圖轉(zhuǎn)換器的輸出分為電壓和電流兩種類(lèi)型，分別如圖10-10-7(a)7(a)和圖和圖10-7 (b)10-7 (b)所示。所示。2 2D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸出類(lèi)型轉(zhuǎn)換器的輸出類(lèi)型 圖圖10-7 10-7 電壓和電流兩種類(lèi)型電壓和電流兩種類(lèi)型D/VD/IIOUTVOUT數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入數(shù)數(shù)字字量量輸輸入入電流輸出型電流輸出型D/AD/A轉(zhuǎn)換芯片在具體應(yīng)用中，還必須外接運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換芯片在具體應(yīng)用中，還必須外接運(yùn)算

14、放大器 3 3電流輸出型電流輸出型D/AD/A轉(zhuǎn)換器的使用轉(zhuǎn)換器的使用v圖圖10-8(a)10-8(a)是反相連接，輸出電壓：是反相連接，輸出電壓：v圖圖10-8 (b)10-8 (b)是同相連接，輸出電壓：是同相連接，輸出電壓：OUT ViR2OUT11RViRR10.2.2 D/A10.2.2 D/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1 1分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指D/AD/A轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值。通常用數(shù)轉(zhuǎn)換器所能分辨的被測(cè)量的最小值。通常用數(shù)字量的位數(shù)來(lái)表示。字量的位數(shù)來(lái)表示。 2 2轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間 轉(zhuǎn)換時(shí)間是指轉(zhuǎn)換時(shí)間是指D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸入加上滿(mǎn)刻度范

15、圍的變化值，轉(zhuǎn)換器的輸入加上滿(mǎn)刻度范圍的變化值，例如，輸入由全例如，輸入由全“0”0”變?yōu)槿優(yōu)槿?”1”，輸出端達(dá)到最終值并穩(wěn)定為，輸出端達(dá)到最終值并穩(wěn)定為止所需的時(shí)間。止所需的時(shí)間。3 3絕對(duì)精度絕對(duì)精度 絕對(duì)精度是對(duì)應(yīng)于給定的滿(mǎn)刻度數(shù)字量，絕對(duì)精度是對(duì)應(yīng)于給定的滿(mǎn)刻度數(shù)字量，D/AD/A轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出與理論值之間的誤差。用最低位（出與理論值之間的誤差。用最低位（LSBLSB）的倍數(shù)來(lái)表示，如）的倍數(shù)來(lái)表示，如（1/21/2）LSBLSB或或1LSB1LSB等。等。4 4相對(duì)精度相對(duì)精度 相對(duì)精度是指在已校準(zhǔn)滿(mǎn)刻度的情況下，在整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)相對(duì)精度是指在已校準(zhǔn)滿(mǎn)刻度的情況下，

16、在整個(gè)范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)于任一個(gè)輸入二進(jìn)制數(shù)的模擬輸出與理論值之差。用兩種方法表于任一個(gè)輸入二進(jìn)制數(shù)的模擬輸出與理論值之差。用兩種方法表示：一種是將偏差用數(shù)字量的最低位（示：一種是將偏差用數(shù)字量的最低位（LSBLSB）的倍數(shù)來(lái)表示，另一）的倍數(shù)來(lái)表示，另一種是用該偏差相對(duì)滿(mǎn)刻度的百分比表示。種是用該偏差相對(duì)滿(mǎn)刻度的百分比表示。10.2.3 D/A10.2.3 D/A轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片DAC0832DAC08321 1DAC0832DAC0832的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu) 8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器由轉(zhuǎn)換器由R-2RR-2R結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)的T T型電阻網(wǎng)絡(luò)組成，對(duì)參考電壓型電阻網(wǎng)絡(luò)組成，對(duì)參考電壓提供的兩條回路分

17、別產(chǎn)生兩個(gè)輸出電流提供的兩條回路分別產(chǎn)生兩個(gè)輸出電流IOUTIOUT1 1和和IOUTIOUT2 2，而，而IOUTIOUT1 1和和IOUTIOUT2 2是一組差動(dòng)電流。是一組差動(dòng)電流。vDAC0832DAC0832主要引腳功能定義如下：主要引腳功能定義如下：vDIDI7 7DIDI0 0，8 8位輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)。位輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)。v ，選片信號(hào)，低電平有效。，選片信號(hào)，低電平有效。vILEILE，輸入寄存器選通信號(hào)，高電平有效。，輸入寄存器選通信號(hào)，高電平有效。v ，寫(xiě)，寫(xiě)8 8位輸入寄存器信號(hào)，低電平有效。位輸入寄存器信號(hào)，低電平有效。v ，寫(xiě)，寫(xiě)8 8位位DACDAC寄存器信號(hào)，低電平有效。寄

18、存器信號(hào)，低電平有效。v ，允許，允許8 8位位DACDAC寄存器數(shù)據(jù)送到寄存器數(shù)據(jù)送到8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換器。vIOUTIOUT1 1，DACDAC輸出電流輸出電流1 1，當(dāng)，當(dāng)8 8位位DACDAC寄存器為全寄存器為全“1”1”時(shí)，此時(shí)輸出電流最大，時(shí)，此時(shí)輸出電流最大，當(dāng)為全當(dāng)為全“0”0”時(shí)，輸出電流最小。時(shí)，輸出電流最小。CS1WR2WRXFERvIOUTIOUT2 2，DACDAC輸出電流輸出電流2 2，IOUTIOUT2 2= =常數(shù)常數(shù) - IOUT- IOUT1 1。vR Rfbfb，反饋電阻引出端，即片內(nèi)在，反饋電阻引出端，即片內(nèi)在R Rfbfb與與IOUTI

19、OUT1 1之間制作了一個(gè)之間制作了一個(gè)v反饋電阻。反饋電阻。vV VREFREF，參考電壓輸入端。，參考電壓輸入端。 2 2DAC0832DAC0832的工作方式的工作方式 （1 1）雙緩沖工作方式）雙緩沖工作方式 在此工作方式下，微處理器要對(duì)在此工作方式下，微處理器要對(duì)DAC0832DAC0832芯片作兩步操作，首芯片作兩步操作，首先將數(shù)據(jù)寫(xiě)入先將數(shù)據(jù)寫(xiě)入8 8位輸入寄存器，然后，把位輸入寄存器，然后，把8 8位輸入寄存器的二進(jìn)制位輸入寄存器的二進(jìn)制數(shù)傳送到數(shù)傳送到8 8位位DACDAC寄存器中鎖存。寄存器中鎖存。 （2 2）單緩沖工作方式）單緩沖工作方式 在單緩沖工作方式下，使兩個(gè)在單緩

20、沖工作方式下，使兩個(gè)8 8位寄存器中任意一個(gè)處于直位寄存器中任意一個(gè)處于直通狀態(tài)，另一個(gè)工作在可控的鎖存器狀態(tài)，通狀態(tài)，另一個(gè)工作在可控的鎖存器狀態(tài)， （3 3）無(wú)緩沖工作方式）無(wú)緩沖工作方式 DAC0832 DAC0832芯片處于直通狀態(tài)。一旦芯片處于直通狀態(tài)。一旦8 8位數(shù)據(jù)到達(dá)位數(shù)據(jù)到達(dá)8 8位輸入寄存位輸入寄存器的輸入端，便立即傳送到器的輸入端，便立即傳送到8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器的輸入端，轉(zhuǎn)換器的輸入端，8 8位數(shù)據(jù)直位數(shù)據(jù)直接通過(guò)兩級(jí)寄存器，到達(dá)接通過(guò)兩級(jí)寄存器，到達(dá)8 8位位D/AD/A轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行轉(zhuǎn)換器，并進(jìn)行D/AD/A轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。3 3DAC0832DAC0832的應(yīng)

21、用的應(yīng)用【例【例10-110-1】 在圖在圖10-1010-10中中DAC0832DAC0832片選片選 的地址范圍是的地址范圍是200H200H23FH23FH，要求在要求在VOUTVOUT輸出端輸出方波，編寫(xiě)主要程序段。輸出端輸出方波，編寫(xiě)主要程序段。0Y圖圖10-10 DAC083210-10 DAC0832的單緩沖連接的單緩沖連接MOV DX，200H ；端口地址；端口地址ABCDABCD： MOV AL，00H OUT DX，AL ；對(duì)；對(duì)DAC 0832輸入輸入8個(gè)個(gè)“0” CALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)子程序；調(diào)用延時(shí)子程序DELAY MOV AL，0FFH OUT DX，AL

22、 ；對(duì)；對(duì)DAC0832輸入輸入8個(gè)個(gè)“1” CALL DELAY JMP ABCD10.2.4 D/A10.2.4 D/A轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片DAC1210DAC12101 1DAC1210DAC1210的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)DAC1210DAC1210與與DAC0832DAC0832主體結(jié)構(gòu)相似，都有一級(jí)輸入寄存器、一級(jí)主體結(jié)構(gòu)相似，都有一級(jí)輸入寄存器、一級(jí)DACDAC寄存器和寄存器和DACDAC轉(zhuǎn)換器。但是，轉(zhuǎn)換器。但是，DAC1210DAC1210輸入寄存器由高輸入寄存器由高8 8位和低位和低4 4位兩位兩個(gè)輸入寄存器組成，個(gè)輸入寄存器組成，DACDAC寄存器是寄存器是1212位，位，DAC

23、DAC轉(zhuǎn)換器也是轉(zhuǎn)換器也是1212位。位。vB1/ =1B1/ =1， = =0= =0，DIDI1111DIDI4 4數(shù)據(jù)寫(xiě)入高數(shù)據(jù)寫(xiě)入高8 8位輸入寄存器中；位輸入寄存器中；vB1/ =0B1/ =0， = =0= =0，DIDI1111DIDI4 4數(shù)據(jù)寫(xiě)入低數(shù)據(jù)寫(xiě)入低4 4位輸入寄存器中。位輸入寄存器中。2B2BCSCS1WR1WRDAC1210DAC1210也有三種工作方式，分別稱(chēng)為雙緩沖、單緩沖和無(wú)緩沖也有三種工作方式，分別稱(chēng)為雙緩沖、單緩沖和無(wú)緩沖（直通）工作方式。（直通）工作方式。2 2DAC1210DAC1210的引腳功能的引腳功能vDIDI1111DIDI0 0，1212位

24、輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)。位輸入數(shù)據(jù)線(xiàn)。vB1/ B1/ ，高，高/ /低字節(jié)控制，低字節(jié)控制，B1/ B1/ 為高電平時(shí)，為高電平時(shí)，1212位輸入數(shù)據(jù)可以同時(shí)位輸入數(shù)據(jù)可以同時(shí)寫(xiě)入高寫(xiě)入高8 8位和低位和低4 4位輸入寄存器中，位輸入寄存器中，DAC1210DAC1210接接8 8位計(jì)算機(jī)時(shí)，僅高位計(jì)算機(jī)時(shí)，僅高8 8位數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)寫(xiě)入高寫(xiě)入高8 8位輸入寄存器中。位輸入寄存器中。B1/ B1/ 為低電平時(shí)，只將為低電平時(shí)，只將1212位輸入數(shù)據(jù)中的低位輸入數(shù)據(jù)中的低4 4位寫(xiě)入低位寫(xiě)入低4 4位寄存器中。位寄存器中。v其他引腳與其他引腳與DAC0832DAC0832類(lèi)似。類(lèi)似。 2B2B2B4 4DAC

25、1210DAC1210的應(yīng)用的應(yīng)用圖圖10-12 DAC121010-12 DAC1210與與8 8位計(jì)算機(jī)的連接位計(jì)算機(jī)的連接ZHUANH PROC NEAR ；定義近的子程序；定義近的子程序ZHUANHv PUSH AX ；AX的值入棧的值入棧v PUSH DX ；DX的值入棧的值入棧v PUSH CX ；CX的值入棧的值入棧v MOV DX，300H ；高；高8位輸入寄存器的地址傳送給位輸入寄存器的地址傳送給DXv MOV CL，04H ；計(jì)數(shù)值傳送給；計(jì)數(shù)值傳送給CLv SHL BX，CL ；BX中值左移中值左移4次次v MOV AL，BH ；高；高8位傳送給位傳送給ALv OUT D

26、X，AL ；寫(xiě)高；寫(xiě)高8位位v MOV AL，BL ；低；低4位傳送給位傳送給AL，在，在AL的高的高4位位v MOV DX，200H ；低；低4位輸入寄存器的地址傳送給位輸入寄存器的地址傳送給DXv OUT DX，AL ；輸出低；輸出低4位位v MOV DX，310H ；12位位DAC寄存器的地址傳送給寄存器的地址傳送給DXv OUT DX，AL ；寫(xiě)入；寫(xiě)入12位位DAC寄存器寄存器v POP CX ；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)v POP DXv POP AXv RETvZHUANH ENDP【例【例10-310-3】 設(shè)待轉(zhuǎn)換的設(shè)待轉(zhuǎn)換的1212位二進(jìn)制數(shù)存放在位二進(jìn)制數(shù)存放在BXBX中的低中的

27、低1212位，根據(jù)圖位，根據(jù)圖10-1210-12，編，編寫(xiě)轉(zhuǎn)換一次寫(xiě)轉(zhuǎn)換一次1212位二進(jìn)制數(shù)的子程序，位二進(jìn)制數(shù)的子程序，BXBX中的值為調(diào)用子程序的入口參數(shù)。中的值為調(diào)用子程序的入口參數(shù)。10.3 10.3 模模/ /數(shù)（數(shù)（A/DA/D）轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換器10.3.1 A/D10.3.1 A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換器的工作原理1 1逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 逐次逼近型也稱(chēng)逐位比較式。主要由逐次逼近寄存器、逐次逼近型也稱(chēng)逐位比較式。主要由逐次逼近寄存器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器、比較器、緩沖寄存器及控制電路組成。它工作原理的轉(zhuǎn)換器、比較器、緩沖寄存器及控制電

28、路組成。它工作原理的實(shí)質(zhì)是逐次把設(shè)定的逐次逼近寄存器中的數(shù)字量經(jīng)實(shí)質(zhì)是逐次把設(shè)定的逐次逼近寄存器中的數(shù)字量經(jīng)D/AD/A轉(zhuǎn)換后，轉(zhuǎn)換后，得到的電壓與待轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行比較，比較時(shí)，先從逐次逼得到的電壓與待轉(zhuǎn)換模擬電壓進(jìn)行比較，比較時(shí)，先從逐次逼近寄存器的最高位開(kāi)始，順序比較，直到最低位比較結(jié)束，逐近寄存器的最高位開(kāi)始，順序比較，直到最低位比較結(jié)束，逐次試探，確定各位的數(shù)碼是留下（為次試探，確定各位的數(shù)碼是留下（為“1”1”）還是舍棄（為）還是舍棄（為“0”0”）。）。2 2電壓頻率轉(zhuǎn)換型電壓頻率轉(zhuǎn)換型A/DA/D轉(zhuǎn)換器的基本原理轉(zhuǎn)換器的基本原理 電壓頻率轉(zhuǎn)換型電壓頻率轉(zhuǎn)換型A/DA/D轉(zhuǎn)換器由

29、轉(zhuǎn)換器由V/FV/F轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)數(shù)器、定時(shí)轉(zhuǎn)換芯片、計(jì)數(shù)器、定時(shí)器及相應(yīng)的門(mén)控電路組成。器及相應(yīng)的門(mén)控電路組成。 圖圖10-14 10-14 電壓頻率轉(zhuǎn)換型電壓頻率轉(zhuǎn)換型A/DA/D 轉(zhuǎn)換器工作原理圖轉(zhuǎn)換器工作原理圖基本工作原理：基本工作原理： 定時(shí)器定時(shí)輸出，定時(shí)器定時(shí)輸出，由定時(shí)器輸出的時(shí)間由定時(shí)器輸出的時(shí)間間隔控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，間隔控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器統(tǒng)計(jì)到的脈沖個(gè)數(shù)器統(tǒng)計(jì)到的脈沖個(gè)數(shù)與輸入模擬電壓量數(shù)與輸入模擬電壓量成正比例，計(jì)數(shù)器輸成正比例，計(jì)數(shù)器輸出最終的數(shù)字量。出最終的數(shù)字量。電壓輸入電壓輸入定時(shí)器定時(shí)器計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器V/F轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換數(shù)字量輸出數(shù)字量

30、輸出10.3.2 A/D10.3.2 A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)1 1分辨率分辨率2 2轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間3 3量程量程4 4精度精度分辨率是指分辨率是指A/DA/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小模擬輸入量。轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小模擬輸入量。 從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)始直至轉(zhuǎn)換出穩(wěn)定的二進(jìn)代碼所需的時(shí)間稱(chēng)從啟動(dòng)轉(zhuǎn)換開(kāi)始直至轉(zhuǎn)換出穩(wěn)定的二進(jìn)代碼所需的時(shí)間稱(chēng)為轉(zhuǎn)換時(shí)間。為轉(zhuǎn)換時(shí)間。 量程是指允許輸入模擬電壓的變化范圍。量程是指允許輸入模擬電壓的變化范圍。 精度是指轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對(duì)于實(shí)際的偏差，精度有兩種表示方精度是指轉(zhuǎn)換的結(jié)果相對(duì)于實(shí)際的偏差，精度有兩種表示方法。法。（1 1）相對(duì)精度：）相對(duì)精度：用絕對(duì)

31、精度除以用絕對(duì)精度除以A/DA/D轉(zhuǎn)換器滿(mǎn)量程輸出值的百分轉(zhuǎn)換器滿(mǎn)量程輸出值的百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。數(shù)來(lái)表示。 （2 2）絕對(duì)精度：）絕對(duì)精度：在轉(zhuǎn)換器中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬在轉(zhuǎn)換器中，對(duì)應(yīng)于一個(gè)數(shù)字量的實(shí)際模擬輸入電壓和理想的模擬輸入電壓之差往往不是一個(gè)常數(shù)，把所有差輸入電壓和理想的模擬輸入電壓之差往往不是一個(gè)常數(shù)，把所有差值中的最大值，定義為值中的最大值，定義為“絕對(duì)誤差絕對(duì)誤差”，或稱(chēng)為絕對(duì)精度。用最低位，或稱(chēng)為絕對(duì)精度。用最低位（LSBLSB）的倍數(shù)來(lái)表示，如）的倍數(shù)來(lái)表示，如（1/21/2）LSBLSB或或1LSB1LSB等。絕對(duì)誤差包等。絕對(duì)誤差包括量化誤差及其他所有的誤差。括量化

32、誤差及其他所有的誤差。10.3.3 A/D10.3.3 A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片ADC0809ADC08091 1ADC0809ADC0809的功能結(jié)構(gòu)的功能結(jié)構(gòu) ADC0809 ADC0809是典型的是典型的8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換器，采用轉(zhuǎn)換器，采用逐次逼近式逐次逼近式進(jìn)行進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換；換；ADC0809ADC0809內(nèi)部由內(nèi)部由地址鎖存器地址鎖存器、D/AD/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器、逐次逼近式寄存器逐次逼近式寄存器、比較器及定時(shí)控制比較器及定時(shí)控制等部件組成；輸出端具有等部件組成；輸出端具有8 8個(gè)三態(tài)門(mén)個(gè)三態(tài)門(mén)，輸出輸出允許允許OEOE是高電平有效。是高電平有效。 2 2ADC080

33、9ADC0809的引腳的引腳vININ0 0ININ7 7:8:8路模擬量輸入。路模擬量輸入。vADDAADDA、ADDBADDB、ADDCADDC：地址輸入端，用于選通：地址輸入端，用于選通8 8路模擬輸入中路模擬輸入中的一路。的一路。vALE:ALE:地址鎖存允許信號(hào)，輸入，地址鎖存允許信號(hào)，輸入，AELAEL為低電平時(shí)，接通某一為低電平時(shí)，接通某一路的模擬輸入信號(hào)，路的模擬輸入信號(hào)，AELAEL為高電平時(shí)，鎖存該路的模擬信號(hào)。為高電平時(shí)，鎖存該路的模擬信號(hào)。vD D0 0D D7 7：8 8位數(shù)字量輸出。位數(shù)字量輸出。vSTARTSTART：A/DA/D轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，輸入。轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)，

34、輸入。vEOCEOC：A/DA/D轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，高電平有效。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)，輸出，高電平有效。vCLOCKCLOCK：時(shí)鐘脈沖輸入。：時(shí)鐘脈沖輸入。vVREF(+)VREF(+)、VREF(-)VREF(-)：基準(zhǔn)電壓。：基準(zhǔn)電壓。VREF(+)VREF(+)為為+5V+5V或或0V, VREF(-)0V, VREF(-)為為0V0V或或-5V-5V。 3 3ADC0809ADC0809的工作時(shí)序的工作時(shí)序注：注：t tWSWS：最小啟動(dòng)脈沖寬度為：最小啟動(dòng)脈沖寬度為100ns100ns，最大值，最大值200ns200ns。t tS S：地址設(shè)置時(shí)間，：地址設(shè)置時(shí)間，典型值是典型值是100

35、ns100ns，最大值是，最大值是200ns200ns。t tC C：轉(zhuǎn)換時(shí)間：轉(zhuǎn)換時(shí)間100s100s。t tEOCEOC：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換延遲時(shí)間，：?jiǎn)?dòng)轉(zhuǎn)換延遲時(shí)間，2s+82s+8個(gè)時(shí)鐘周期。個(gè)時(shí)鐘周期。圖圖10-16 ADC080910-16 ADC0809的工作時(shí)序的工作時(shí)序 4 4ADC0809ADC0809的應(yīng)用的應(yīng)用ADC0809ADC0809與與8 8位微機(jī)的連接圖如圖位微機(jī)的連接圖如圖10-1710-17所示。所示。 圖圖10-17 ADC080910-17 ADC0809與與8 8位微機(jī)的連接圖位微機(jī)的連接圖v =380H387H地址范圍適合于地址范圍適合于CPUCPU執(zhí)行執(zhí)行

36、I/OI/O指令，即訪(fǎng)問(wèn)輸入指令，即訪(fǎng)問(wèn)輸入/ /輸出設(shè)輸出設(shè)v備時(shí)有效，因?yàn)閳?zhí)行備時(shí)有效，因?yàn)閳?zhí)行I/OI/O指令時(shí)指令時(shí)M/ M/ 是低電平。是低電平。v v 和和 參與二次譯碼，分別產(chǎn)生的讀操作片選及寫(xiě)操作片選。參與二次譯碼，分別產(chǎn)生的讀操作片選及寫(xiě)操作片選。vMOV DXMOV DX，380H 380H ；A2=A1=A0=0A2=A1=A0=0， IN0IN0的選通地址的選通地址vOUT DXOUT DX，AL AL ； = =低電平，低電平， = =低電平，或非門(mén)輸出使低電平，或非門(mén)輸出使v STARTSTART及及ALE=ALE=高電平高電平v ；A2=A1=A0=0A2=A1=

37、A0=0，所以啟動(dòng)選通模擬電壓，所以啟動(dòng)選通模擬電壓IN0IN0轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。vMOV DXMOV DX，380H380HvIN ALIN AL，DX DX ； = =低電平，低電平， = =低電平，所以低電平，所以O(shè)E=OE=高電平，高電平，A/DA/Dv 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換器8 8位三態(tài)鎖存緩沖器輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，讀位三態(tài)鎖存緩沖器輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，讀v 轉(zhuǎn)換結(jié)果。轉(zhuǎn)換結(jié)果。0Y0YIOIORIOWIOW0YIOR【例【例10-510-5】 采用延時(shí)等待輸入方式，順序采集采用延時(shí)等待輸入方式，順序采集8 8路模擬信號(hào)，將采集到的數(shù)字量存入內(nèi)存，路模擬信號(hào)，將采集到的數(shù)字量存入內(nèi)存，編寫(xiě)程序。程序如下：編

38、寫(xiě)程序。程序如下：vDATA SEGMENTvSHUJU DB 8 DUP(?) vDATA ENDSvXSTART EQU 380H vDWORD EQU 380HvCODE SEGMENTvASSUME CS:CODE，DS:DATAvSTART: MOV AX，DATA ；程序段的段值傳送給；程序段的段值傳送給AX寄存器寄存器v MOV DS，AX ；再傳送給；再傳送給DS寄存器寄存器v MOV CL，8 ；采集次數(shù)；采集次數(shù)8傳送給傳送給CL寄存器寄存器v LED SI，SHUJU ；數(shù)據(jù)段的偏移地址傳送給；數(shù)據(jù)段的偏移地址傳送給SI寄存器寄存器v MOV BL，0FFHv BG: I

39、NC BLv MOV DX，XSTART ；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換地址傳送給；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換地址傳送給DX寄存器寄存器v MOV AL，BLv OUT DX，AL ；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換；啟動(dòng)轉(zhuǎn)換v CALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)；調(diào)用延時(shí)v MOV DX，DWORD ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的地址傳送給；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果的地址傳送給DX寄存器寄存器v IN AL，DX ；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果；讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果v MOV SI，AL ；結(jié)果存入內(nèi)存；結(jié)果存入內(nèi)存v INC SI ；地址指針增；地址指針增1v DEC CL ；CL計(jì)數(shù)器減計(jì)數(shù)器減1v JNZ BG ；如果不是；如果不是0轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)地址轉(zhuǎn)到標(biāo)號(hào)地址BG處處vDELAY PROC NEAR

40、 ；延時(shí)子程序，大于；延時(shí)子程序，大于100sv PUSHCXv MOVCX，0F00Hv LOOP $v POP CXv RET10.3.4 A/D10.3.4 A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換芯片AD574AD5741 1AD574AD574的引腳功能的引腳功能主要引腳定義如下：主要引腳定義如下： REFOUTREFOUT：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端（：內(nèi)部基準(zhǔn)電壓輸出端（+10V+10V）。）。 REFINREFIN：基準(zhǔn)電壓輸入端，用于滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。：基準(zhǔn)電壓輸入端，用于滿(mǎn)刻度校準(zhǔn)。 BIPBIP：偏置電壓輸入，用于調(diào)零。：偏置電壓輸入，用于調(diào)零。 DB11DB11DB0DB0：1212位二進(jìn)制數(shù)的輸出端。位

41、二進(jìn)制數(shù)的輸出端。 STSSTS：“忙忙”信號(hào)輸出端，高電平時(shí)，表示正信號(hào)輸出端，高電平時(shí)，表示正在進(jìn)行在進(jìn)行A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 12/88 8：用于控制輸出用于控制輸出字長(zhǎng)的選擇字長(zhǎng)的選擇輸入端。輸入端。 CR R/ ：數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)讀出讀出/ /啟動(dòng)啟動(dòng)A/DA/D轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。 A0 A0 ：字節(jié)地址字節(jié)地址控制輸入端?？刂戚斎攵?。 CE CE ：工作允許工作允許輸入端，高電平有效。輸入端，高電平有效。 CS：片選輸入信號(hào)片選輸入信號(hào)，低電平有效。，低電平有效。 10VIN 10VIN ：模擬信號(hào)輸入端：模擬信號(hào)輸入端 。20VIN 20VIN ：模擬量信號(hào)輸入端。：模擬量信號(hào)輸入端。 2. AD5742. AD574控制信號(hào)的功能表控制信號(hào)的功能表 CECER/R/12/12/A A0 0操操 作作0 0無(wú)操作無(wú)操作1 1無(wú)操作無(wú)操作1 10 00 00 0作作1212位位A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1 10 00 01 1作作8 8位位A/DA/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換1 10 01 1+5V+5V允許允許1212位并行輸出位并行輸出1 10 01 1地地0 0允許高允許高8 8位輸出位輸出1 10 01 1地地1 1允許低允許低4 4位輸出位輸出CSC8表表10-5 AD57410-