第10章 數(shù)模轉(zhuǎn)換

第10章D/A數(shù)模轉(zhuǎn)換目的與要求：1、了解D/A轉(zhuǎn)換的原理2、掌握D/A的主要技術(shù)指標(biāo)。3、掌握項(xiàng)目1，實(shí)驗(yàn)四（D/A轉(zhuǎn)換部分）10.1.2知識(shí)講解圖10-4微機(jī)控制系統(tǒng)示意圖1、概述D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)。常用的微機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖10-4所示，各部分的作用如下所示。（1）傳感器溫度、速度、流量、壓力等非電信號(hào)，稱(chēng)為物理量。要把這些物理量轉(zhuǎn)換成電量，才能進(jìn)行模擬量對(duì)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，這種把物理量轉(zhuǎn)換成電量的器件稱(chēng)為傳感器。目前有溫度、壓力、位移、速度、流量等多種傳感器。（2）A/D轉(zhuǎn)換器把連續(xù)變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的器件稱(chēng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即A/D轉(zhuǎn)換器。（3）D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的器件，稱(chēng)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換即數(shù)/模轉(zhuǎn)換，是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成比例的模擬量。D/A轉(zhuǎn)換器的核心電路是解碼網(wǎng)絡(luò)，解碼網(wǎng)絡(luò)主要形式有兩種：一種是權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)，另一種是T型電阻網(wǎng)絡(luò)。D/A接口芯片種類(lèi)很多，有通用型、高速型、高精度型等，轉(zhuǎn)換位數(shù)有8位、12位、16位等，輸出模擬信號(hào)有電流輸出型（如DAC0832、AD7522等）和電壓輸出型（如AD558、AD7224等），在應(yīng)用中可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行選擇。DAC0832芯片介紹(1)DAC0832的特性美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司產(chǎn)品，具有兩個(gè)輸入數(shù)據(jù)寄存器的8位DAC,能直接與MCS-51單片機(jī)相連。主要特性如下：*分辨率為8位；*電流輸出，穩(wěn)定時(shí)間為1s；*可雙緩沖輸入、單緩沖輸入或直接數(shù)字輸入；*單一電源供電（+5～+15V）；3.DAC0832芯片引腳*功耗為20mW，數(shù)字輸入電平為T(mén)TL電平。（2）DAC0832的引腳及邏輯結(jié)構(gòu)引腳：DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)如下：引腳功能：DI0～DI7：8位數(shù)字信號(hào)輸入端CS*：

片選端。ILE：

數(shù)據(jù)鎖存允許控制端，高電平有效。WR1*：輸入寄存器寫(xiě)選通控制端。當(dāng)CS*=0、ILE=1、WR1*=0時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)被鎖存在輸入寄存器中。XFER*：數(shù)據(jù)傳送控制。WR2*：DAC寄存器寫(xiě)選通控制端。當(dāng)XFER*=0，WR2*=0時(shí)，輸入寄存器狀態(tài)傳入DAC寄存器中。IOUT1：電流輸出1端，輸入數(shù)字量全“1”時(shí)，IOUT1最大，輸入數(shù)字量全為“0”時(shí)，IOUT1最小。IOUT2：D/A轉(zhuǎn)換器電流輸出2端，IOUT2+IOUT1=常數(shù)。Rfb：外部反饋信號(hào)輸入端，內(nèi)部已有反饋電阻Rfb，根據(jù)需要也可外接反饋電阻。Vcc：電源輸入端，可在+5V~+15V范圍內(nèi)。DGND：數(shù)字信號(hào)地。AGND：模擬信號(hào)地?！?位輸入寄存器”用于存放CPU送來(lái)的數(shù)字量，使輸入數(shù)字量得到緩沖和鎖存，由LE1*控制；“8位DAC寄存器”存放待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量，由LE2*控制；“8位D/A轉(zhuǎn)換電路”由T型電阻網(wǎng)絡(luò)和電子開(kāi)關(guān)組成，T

型電阻網(wǎng)絡(luò)輸出和數(shù)字量成正比的模擬電流。T型解碼網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖+RRR2R2R2R2R2RI6I1I0010101D7D6D1D0...IOUT1RfbIfVO(27)(26)(21)(20)I7VREF10…T型解碼網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)圖+RRR2R2R2R2R2RI6I1I0010101D7D6D1D0...IOUT1RfbIfVO(27)(26)(21)(20)I7VREF10…T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)模擬電子開(kāi)關(guān)求和放大器I7=VREF/2R=27(VREF/28R)=27(VREF/256R)I6=VREF/2/2R=1/2*I7=26(VREF/256R)

I0=1/2*I1=20(VREF/256R)

用一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù)D7,D6,D0來(lái)控制并表示這些開(kāi)關(guān)的狀態(tài),這些數(shù)位都代表一定的權(quán),例最高位D7的權(quán)是27=128,若此位開(kāi)關(guān)接1,表代碼D7=1,表示數(shù)值為1128。最低位D0的權(quán)是20=1,此位開(kāi)關(guān)接1,表代碼D0=1,表示數(shù)值為1。......運(yùn)算放大器輸入端的電流為：

IOUT1=I7+I6++I0 =(D727D626...D020)(VREF/256R)輸出電壓為:

VO=-IOUT1Rfb

=-VREF(D727D626...D020)Rfb/256R

=-B*(VREF/256)*(Rfb/R)其中B=D727D626...D020對(duì)DAC0832,有Rfb=R,則上式為:

VO=-B*(VREF/256)從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)模轉(zhuǎn)換的基本要求：輸出模擬量與輸入數(shù)字量成正比。

5.D/A轉(zhuǎn)換器的輸出(1)單極性電壓輸出輸出電壓為:

VO=-B*(VREF/256)*(Rfb+RW

)/R)其中B=D727D626...D020

RW調(diào)零VO=-B*(VREF/256)B為0時(shí)，Vout也為0，輸入數(shù)字量為255時(shí)，Vout為最大值，輸出電壓為單極性。

（2）雙極性電壓輸出

圖10-8雙極性電壓輸出Vout=（B－128）*（VREF/128）Vout=（B－128）*（VREF/128）由上式，在選用+VREF時(shí)，（1）若輸入數(shù)字量D7＝1，則Vout為正；（2）若輸入數(shù)字量D7＝0，則Vout為負(fù)。

6．?DAC0832的工作方式

DAC0832內(nèi)部有兩級(jí)輸入緩沖寄存器。當(dāng)LE1=1（高電平）時(shí)（即ILE=1,=0，=0），輸入寄存器的輸出端信號(hào)隨D7～D0的變化而變化；當(dāng)LE1=0時(shí)（即ILE=0,或=1，或=1），輸入寄存器鎖存D7～D0的當(dāng)前值。當(dāng)LE2=1時(shí)（即=0,=0），DAC寄存器的輸出信號(hào)跟隨輸入寄存器的輸出端信號(hào)變化；當(dāng)LE2=0時(shí)（即=1或=1），DAC寄存器鎖存當(dāng)前輸入寄存器輸出的值，送D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此DAC0832有3種工作方式。（1）雙緩沖方式：數(shù)據(jù)通過(guò)二個(gè)寄存器鎖存后送入D/A轉(zhuǎn)換電路，執(zhí)行兩次寫(xiě)操作才能完成一次D/A轉(zhuǎn)換。這種方式特別適用于要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量的場(chǎng)合。這種方式通常采用的接線是：ILE固定接+5V，CPU的/IOW信號(hào)復(fù)連接到/WR1和/WR2，用/CS和/XFER作為輸入寄存器的片選信號(hào)，分別接到兩個(gè)I/O口地址譯碼輸出，接線如圖10-9所示。圖10-9DAC0832雙緩沖方式譯碼器+5V8086總線DO~D7(2)單緩沖方式：兩個(gè)寄存器中的一個(gè)處于直通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)只經(jīng)過(guò)一級(jí)緩沖送入D/A轉(zhuǎn)換器電路，例如，把/XFER接數(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。在這種方式下，只需執(zhí)行一次寫(xiě)操作，即可完成D/A轉(zhuǎn)換，可以提高DAC的數(shù)據(jù)吞吐量。這種方式接線如圖10-10所示。

圖10-10DAC0832單緩沖方式

(3)直通方式：兩個(gè)寄存器都處于直通狀態(tài)，即ILE=1、/CS、/WR1、/WR2和/XFER都接數(shù)字信號(hào)地，數(shù)據(jù)直接送入D/A轉(zhuǎn)換器電路進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。這種方式可用于一些不采用微機(jī)的控制系統(tǒng)中。

10.1.1項(xiàng)目1：DAC0832輸出連續(xù)的鋸齒波

1．項(xiàng)目要求與目的（1）項(xiàng)目要求：編寫(xiě)程序，使DAC0832輸出連續(xù)的鋸齒波，用示波器觀看。（2）項(xiàng)目目的：●了解DAC0832芯片的引腳和內(nèi)部結(jié)構(gòu)?！窳私釪AC0832芯片的性能及編程方法?！裾莆?086CPU與DAC0832連接硬件電路。2．項(xiàng)目電路連接與說(shuō)明（1）項(xiàng)目電路連接：DAC0832的片選孔用導(dǎo)線接至譯碼處208H～20FH插孔,用示波器的輸入探頭接DAC0832的輸出插孔。（2）項(xiàng)目說(shuō)明：本項(xiàng)目是DAC0832輸出連續(xù)的鋸齒波模擬電壓，輸出結(jié)果可用示波器觀察，波形如圖10-1所示。D/A轉(zhuǎn)換是把數(shù)字量轉(zhuǎn)化成模擬量的過(guò)程，D/A轉(zhuǎn)換取值范圍為一個(gè)周期，采樣點(diǎn)越多，精度越高些，本項(xiàng)目采用的采樣點(diǎn)為256點(diǎn)/周期。0H0H0FFH0H0H0H0FFH0FFH0FFH圖10-1生成的鋸齒波波形圖3．項(xiàng)目電路原理框圖項(xiàng)目電路原理框圖如圖10-2所示。電路由8086CPU、DAC0832芯片、LM358運(yùn)算放大器等組成。圖10-2DAC0832輸出鋸齒波電路圖AB地址總線A0~A19DB數(shù)據(jù)總線CB控制總線D0D7~WR1CSDA0832208H~20FHABCG2BG2AG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y720根A0~A19A7A5M/IOA6A4A374LS138譯碼器D0~D15≥1A9A8A10A11A12A13A14A158086CPU的三種總線與0832詳細(xì)的連線圖WR2WRXFERILEVccVref5vGND

10,0000,1XXX0832端口地址208H000000A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0A15~A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0接口片內(nèi)地址接入138譯碼器地址A15~A10接入邏輯門(mén)電路地址CS片選信號(hào)范圍0832接口芯片端口地址實(shí)驗(yàn)室DA單元接口電路CSWRD0~D7CSXFERWR1WR20832DGNDILEVCC+5V8D0~D7VREFRfbIOUT1IOUT2-++5VOUTLM3584．項(xiàng)目程序設(shè)計(jì)（1）程序流程圖DAC0832輸出連續(xù)的鋸齒波程序流程圖如圖10-3所示。圖10-3DAC0832輸出連續(xù)的鋸齒波程序流程圖（2）程序清單DAC0832輸出連續(xù)鋸齒波程序清單如下所示。CODESEGMENTASSUMECS：CODESTART:PUSHCSPOPDSMOVAL，00H;鋸齒波的起始值MOVDX,208H;DAC0832地址BG:OUTDX，AL;輸出，進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換時(shí)間1μsNOP;延時(shí)NOP;延時(shí)NOP;延時(shí)INCAL;數(shù)字量加1JMPBG;循環(huán)CODEENDSENDSTART

應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)四：例：利用三種總線、DAC單元，8255單元完成D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。1、將數(shù)據(jù)段DIGITAL單元中的數(shù)字值，利用0832芯片輸出對(duì)應(yīng)的模擬量電壓（DIGITAL單元中的數(shù)字值由程序中給出，模擬量利用萬(wàn)用表測(cè)量）

實(shí)驗(yàn)室DA單元接口電路CSWRD0~D7CSXFERWR1WR20832DGNDILEVCC+5V8D0~D7VREFRfbIOUT1IOUT2-+-+10K10K+5VOUT-12V+12VTL084CNTL084CN三種總線與實(shí)驗(yàn)室DA單元接口電路D0~D7CSXFERWR1WR20832DGNDILEVCC+5V8VREFRfbIOUT1IOUT2-+-+10K10K+5VOUT-12V+12VTL084CNTL084CNAB地址總線A0~A19DB數(shù)據(jù)總線CB控制總線D0~D15WRD0~D7譯碼器IOY0IOY1IOY2IOY3IOY0=9800H

XXXX,XXXX端口地址9800H

A7A6A5A4A3A2A1A0用戶可用地址線A15~A80832接口芯片端口地址10011000IOY0由系統(tǒng)板確定IOY0EQU9800HSTACK1SEGMENTSTACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTDIGITALDB102DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE，DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXAA1:MOVAL,DIGITALMOVDX,IOY0OUTDX,AL;輸出，轉(zhuǎn)換時(shí)間1usCALLDALLYMOVAH,1DALLYPROCNEAR;軟件延時(shí)子程序

PUSHCX PUSHAXMOVCX,0050HD1:MOVAX,5000HD2: DECAX JNZD2 LOOPD1 POPAX POPCX RETDALLYENDPCODEENDSENDSTRATINT16HJZAA1MOVAH,4CHINT21H數(shù)字量模擬量00H0V256（FFH)5V511V1022V1533V

應(yīng)用實(shí)例實(shí)驗(yàn)四：例：利用三種總線、DAC單元，8255單元完成D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。2、將數(shù)據(jù)段DIGITAL單元中的數(shù)字值，利用0832芯片輸出一個(gè)模擬量電壓，同時(shí)在數(shù)碼管中動(dòng)態(tài)顯示要送出的數(shù)字值（指要轉(zhuǎn)換成模擬量的數(shù)字量）。圖2：三種總線與82C55、DAC單元的連線圖OUT模出CSRDWRA0A18255D0D7D0~D7D0~D7ILEVCCVREFRfbIOUT1IOUT2DGNDCSXFERWR1WR2-+TL084CN-+TL084CN5V5V+12V-12V10K10KCSWR實(shí)驗(yàn)室DA單元接口電路圖DBCBAB譯碼器IOY0IOY1IOY2IOY3D0~D7D0~D7A2A3WRRDWRABCDEFGDPSN74074個(gè)共陰極數(shù)碼管Y1X15V012345674.7K*4（2片）89ABCDEFSN7407Y2Y3Y4X2X3X45V8255芯片與4個(gè)數(shù)碼管接線圖4.7K*8PA0PA38255PC0PC301230231PB0PB7

XXXX,00XXPA端口地址9C00HPB端口地址9C04H控制字端口地址9C0CH10011100

A7A6A5A4A3A2A1A0接口片內(nèi)地址A15~A88255接口芯片各端口地址100111001001110010011100

XXXX,01XX

XXXX,10XX

XXXX,11XXPC端口地址9C08HIOY1由系統(tǒng)板確定

XXXX,XXXX端口地址9800H

A7A6A5A4A3A2A1A0用戶可用地址線A15~A80832接口芯片端口地址10011000IOY0由系統(tǒng)板確定IOY0EQU9800H;片選IOY0對(duì)應(yīng)的端口始地址IOY1EQU9C00H;片選IOY1對(duì)應(yīng)的端口始地址MY8255_AEQUIOY1+00H*4;8255的A口地址MY8255_BEQUIOY1+01H*4;8255的B口地址MY8255_CEQUIOY1+02H*4;8255的C口地址MY8255_MODEEQUIOY1+03H*4;8255的控制寄存器地址STACK1SEGMENTSTACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATA SEGMENTDIGITALDB102DISVALUEDBDH,AH,16,16DTABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,00HDATA ENDS;

0～F對(duì)應(yīng)的7段數(shù)碼管的共陰極段位值表CODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATA MOVDS,AX

MOVDX,MY8255_MODE;初始化8255工作方式

MOVAL,80H;方式0，A口、B口輸出

OUTDX,ALCC1:CALLDIS

CALLDACONMOV[DISVALUE+2]，ALMOV[DISVALUE+3]，ALAND[DISVALUE+2]，F(xiàn)0HMOVCL,4SHR[DISVALUE+2]，CLAND[DISVALUE+3]，0FHMOVAH,1INT16HJZCC1

MOVAH,4CINT21HDISPROCNEAR;顯示子程序

PUSHAX

MOVSI,OFFSETDISVALUE MOVDL,0FEH MOVAL,DLAGAIN:PUSHDXMOVDX,MY8255_AOUTDX,AL;設(shè)置X1～X4，選通一個(gè)數(shù)碼管

MOVAL,[SI];取出緩沖區(qū)中存放數(shù)值

ANDAX,00FFHMOVBX,OFFSETDTABLE

；等待有無(wú)任意鍵按下；返回DOS結(jié)束ADDBX,AXMOVAL,[BX]

MOVDX,MY8255_BOUTDX,AL;寫(xiě)入數(shù)碼管A～DpCALLDALLYINCSI;取下一個(gè)值

POPDX

MOVAL,DL TESTAL,01H;判斷是否顯示完？

JZOUT1;顯示完，返回

RORAL,1 MOVDL,AL JMPAGAIN;未顯示完，跳回繼續(xù)OUT1:POPAX RETDISENDPDACONPROCNEAR;DA轉(zhuǎn)換子程序MOVAL,DIGITALMOVDX,IOY0OUTDX,AL;輸出，轉(zhuǎn)換時(shí)間1usPUSHAXCALLDALLYPOPAXRETDACONENDP

DALLYPROCNEAR;軟件延時(shí)子程序

PUSHCXMOVCX,00FFHD1:MOVAX,00FFHD2:DECAX JNZD2 LOOPD1 POPCX RETDALLYENDPCODEENDSENDSTART補(bǔ)充作業(yè)實(shí)驗(yàn)四：利用三種總線、DAC單元，8255單元完成D/A轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)。1、將數(shù)據(jù)段DA單元中的數(shù)字值，利用0832芯片輸出對(duì)應(yīng)的模擬量電壓（DA單元中的數(shù)字值由程序中給出，模擬量利用萬(wàn)用表測(cè)量）

2、將數(shù)據(jù)段DA單元中的數(shù)字值，利用0832芯片輸出一個(gè)模擬量電壓，同時(shí)在數(shù)碼管中動(dòng)態(tài)顯示要送出的數(shù)字值（指要轉(zhuǎn)換成模擬量的數(shù)字量）。10.1.2知識(shí)講解1.概述D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬的電信號(hào)。常用的微機(jī)控制系統(tǒng)示意圖如圖10-4所示，各部分的作用如下所示。（1）傳感器溫度、速度、流量、壓力等非電信號(hào)，稱(chēng)為物理量。要把這些物理量轉(zhuǎn)換成電量，才能進(jìn)行模擬量對(duì)數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，這種把物理量轉(zhuǎn)換成電量的器件稱(chēng)為傳感器。目前有溫度、壓力、位移、速度、流量等多種傳感器。（2）A/D轉(zhuǎn)換器把連續(xù)變化的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的器件稱(chēng)為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，即A/D轉(zhuǎn)換器。（3）D/A轉(zhuǎn)換器把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，去控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)的器件，稱(chēng)為數(shù)模轉(zhuǎn)換器，即D/A轉(zhuǎn)換器。D/A轉(zhuǎn)換即數(shù)/模轉(zhuǎn)換，是將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成與其成比例的模擬量