微機原理與接口技術(shù)課件-11.DAC、ADC

主要內(nèi)容D/A與A/D轉(zhuǎn)換的原理;典型芯片的特點與應(yīng)用;第一頁第二頁，共57頁。D/A轉(zhuǎn)換器的功能功能：D/A轉(zhuǎn)換器是指將數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量的線性集成電路。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）以及二進制數(shù)成比例。第二頁第三頁，共57頁。D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)原理第三頁第四頁，共57頁。D/A轉(zhuǎn)換器的主要參數(shù)1.位數(shù)（分辨率）2.轉(zhuǎn)換時間3.精度4.線性度5.輸出類型和極性第四頁第五頁，共57頁。典型D/A轉(zhuǎn)換DAC0832芯片8位并行、中速(建立時間1us)、電流型、低廉(10~20元)①邏輯結(jié)構(gòu)和引腳功能②

DAC0832與微機系統(tǒng)的連接③應(yīng)用舉例第五頁第六頁，共57頁。

1.引腳和邏輯結(jié)構(gòu)20個引腳、雙列直插式8位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFB第六頁第七頁，共57頁。Vcc

芯片電源電壓,+5V～+15VVREF

參考電壓,-10V～+10V

RFB

反饋電阻引出端,此端可接運算放大器輸出端AGND

模擬信號地DGND

數(shù)字信號地8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB第七頁第八頁，共57頁。DI7~DI0數(shù)字量輸入信號其中:DI0為最低位，DI7為最高位8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB第八頁第九頁，共57頁。8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB0011ILE

輸入鎖存允許信號,高電平有效CS

片選信號,低電平有效WR1

寫信號1，低電平有效LE1當(dāng)ILE、CS、WR1同時有效時,LE=1，輸入寄存器的輸出隨輸入而變化WR1,LE=0，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到輸入寄存器第九頁第十頁，共57頁。LE2XFER

轉(zhuǎn)移控制信號，低電平有效WR2

寫信號2，低電平有效當(dāng)XFER、WR2同時有效時,LE2=1DAC寄存器輸出隨輸入而變化；

WR2,LE2=0，將輸入數(shù)據(jù)鎖存到DAC寄存器，數(shù)據(jù)進入D/A轉(zhuǎn)換器，開始D/A轉(zhuǎn)換VREF8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器IOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器RFB001第十頁第十一頁，共57頁。8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VREFIOUT2RFBAGNDVCCDGNDDI7~DI0LEIOUT1LECSWR1WR2XFERILE&&&8位輸入寄存器IOUT1

模擬電流輸出端1

當(dāng)輸入數(shù)字為全”1”時,

輸出電流最大，約為：全”0”時,輸出電流為0IOUT2

模擬電流輸出端2IOUT1+IOUT2=常數(shù)255VREF256RFBRFB第十一頁第十二頁，共57頁。

DAC0832與微機系統(tǒng)的連接1)直通工作方式兩個寄存器均工作于直通狀態(tài)；2)單緩沖工作方式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)；

3)雙緩沖工作方式兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)；第十二頁第十三頁，共57頁。

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)在不要求多個D/A同時輸出時，可以采用單緩沖方式，此時只需一次寫操作，就開始轉(zhuǎn)換，可以提高D/A的數(shù)據(jù)吞吐量。單緩沖工作方式

第十三頁第十四頁，共57頁。D/A轉(zhuǎn)換IOUT2DI7~DI0LEIOUT1LECSWR1ILE&WR2XFER&輸入寄存RFB-+VoIOWA9~A0D7~D0+5VPC總線port地址譯碼DAC寄存單緩沖工作方式

第十四頁第十五頁，共57頁。

雙緩沖工作方式:兩個寄存器均工作于受控鎖存器狀態(tài)DAC0832PC總線數(shù)據(jù)線WR1IOWDI0~DI7D0~D7+5VILE+-VoIOUT1IOUT2RFB

WR2CS地址譯碼A0~A9XFERVREF-5Vport1port2DGNDAGND第十五頁第十六頁，共57頁。當(dāng)要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。地址譯碼port1XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7~DI0Vo1port2XFERWR2CSWR1ILE+D/A轉(zhuǎn)換DI7~DI0Vo2port3DAC0832DAC0832D7~D0A9~A0IOWPC總線+5v+5v第十六頁第十七頁，共57頁。應(yīng)用舉例（方波）DAC0832直通工作方式，設(shè)8255A的端口地址分別為3F0H，3F1H，3F2H，3F3H第十七頁第十八頁，共57頁。模/數(shù)轉(zhuǎn)換器一、A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理二、A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)三、A/D轉(zhuǎn)換器及其連接四、典型A/D轉(zhuǎn)換器第十八頁第十九頁，共57頁。A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理第十九頁第二十頁，共57頁。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換是用得最多的一種方法。組成：

8位D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、控制邏輯，逐次逼近寄存器.

工作過程：從最高位開始通過試探值逐次進行測試，直到試探值經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器輸出Vo與VX相等或達到允許誤差范圍為止。則該試探值就為A/D轉(zhuǎn)換所需的數(shù)字量。第二十頁第二十一頁，共57頁。+-8位D/A轉(zhuǎn)換器緩沖寄存器控制電路逐次逼近寄存器ViVO啟動CLK轉(zhuǎn)換結(jié)束D7D6D2D3D4D5D0D1比較器逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換工作原理圖第二十一頁第二十二頁，共57頁。如：實現(xiàn)模擬電壓4.80V相當(dāng)于數(shù)字量123的A／D轉(zhuǎn)換.具體過程如下：

當(dāng)出現(xiàn)啟動脈沖時，逐次逼近寄存器清“0”；

當(dāng)?shù)谝粋€T1到來，逐次逼近寄存器最高位D7置“1”，

8位D/A轉(zhuǎn)換器輸入為10000000B， 輸出Vo為滿度的一半5V，即滿量值的128/255。

若Vo>Vi，比較器輸出低電平，控制電路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(反之，置“1”)；

第二十二頁第二十三頁，共57頁。

當(dāng)?shù)诙€到來，逐次逼近寄存器D6位置“1”，

D/A轉(zhuǎn)換器的數(shù)字量輸入為01000000B， 輸出電壓為2.5V，Vo<Vi，比較器輸出高電平， 將D6位的“1”保留(否則，將D6位置"0")；

第三個T3

時鐘脈沖來，又將D5位置“1”……

重復(fù)上述過程直到D0位置“1”，再與輸入比較。

經(jīng)過8次以后，

逐次逼近寄存器中得到的數(shù)字量就是轉(zhuǎn)換結(jié)果。

過程用下表表示。T2第二十三頁第二十四頁，共57頁。逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換第二十四頁第二十五頁，共57頁。二、A/D轉(zhuǎn)換器的技術(shù)指標(biāo)1.

分辨率2.

轉(zhuǎn)換精度3.

轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換率第二十五頁第二十六頁，共57頁。1．分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器所能分辨的最小模擬輸入量，或指轉(zhuǎn)換器滿量程模擬輸入量被分離的級數(shù)。模擬輸入量數(shù)字輸出量000001010011000001010011

1v

2v

3v

4v

5v

6v

7v輸入輸出

-0.5~0.5v

000

0.5~1.5v

001

1.5~2.5v

010

、、、

5.5~6.5v

110

6.5~7.5v

111

在ADC中，模擬量和數(shù)字量之間不是一一對應(yīng)的關(guān)系第二十六頁第二十七頁，共57頁。2．轉(zhuǎn)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之間的偏差。反應(yīng)ADC的實際輸出接近理想輸出的精確程度。由于在一定范圍內(nèi)的模擬值產(chǎn)生相同的數(shù)字量，取該范圍內(nèi)的中間模擬值計算。第二十七頁第二十八頁，共57頁。3．轉(zhuǎn)換時間和轉(zhuǎn)換率轉(zhuǎn)換時間指完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需的時間，從啟動信號開始到轉(zhuǎn)換結(jié)束，得到穩(wěn)定數(shù)字量的時間。轉(zhuǎn)換率是轉(zhuǎn)換時間的倒數(shù)。第二十八頁第二十九頁，共57頁。三、A/D轉(zhuǎn)換器及其連接

1.A/D轉(zhuǎn)換器分類2.A/D轉(zhuǎn)換器與系統(tǒng)的連接第二十九頁第三十頁，共57頁。

1.A/D轉(zhuǎn)換器分類按工作原理分按輸入方式分按輸出方式分按性能特點分按輸出是否帶三態(tài)緩沖分第三十頁第三十一頁，共57頁。

按模擬量輸入方式分單極性ADC、雙極性ADC按數(shù)字量輸出方式分

并行ADC、串行ADC

按工作原理分計數(shù)式ADC、 雙積分式ADC逐次逼近式ADC、并行式ADC第三十一頁第三十二頁，共57頁。

按性能特點分①按分辨率分4位、6位、8位、10位、12位、14位、16位、、、②按轉(zhuǎn)換速度分低速、中速、高速、超高速（轉(zhuǎn)換時間分別為≥1s、≤1ms、≤1us、≤1ns）③按轉(zhuǎn)換精度分低精度、中精度、高精度、超高精度第三十二頁第三十三頁，共57頁。

按輸出是否帶三態(tài)緩沖分①帶可控三態(tài)緩沖ADC如：

ADC0809②不帶可控三態(tài)緩沖ADC如：

ADC570、ADC1210第三十三頁第三十四頁，共57頁。2.A/D轉(zhuǎn)換器及其連接

1)

A/D轉(zhuǎn)換器的典型信號

2)A/D轉(zhuǎn)換器各信號與系統(tǒng)的連接第三十四頁第三十五頁，共57頁。

1)

A/D轉(zhuǎn)換器的典型信號A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入信號①模擬量輸入信號A/D轉(zhuǎn)換啟動信號②A/D轉(zhuǎn)換啟動信號轉(zhuǎn)換完成信號③轉(zhuǎn)換完成(結(jié)束）信號數(shù)字量輸出信號④數(shù)字量輸出信號第三十五頁第三十六頁，共57頁。2)

A/D轉(zhuǎn)換器各信號與系統(tǒng)的連接A/D轉(zhuǎn)換器模擬量輸入信號數(shù)字量輸出信號A/D轉(zhuǎn)換啟動信號轉(zhuǎn)換完成信號第三十六頁第三十七頁，共57頁。典型A/D轉(zhuǎn)換器工作原理

ADC0809是CMOS數(shù)據(jù)采集器件，由于它不僅包括一個8位的逐次逼近型的A/D部分，而且還提供一個8通道的模擬多路開關(guān)和聯(lián)合尋址邏輯。第三十七頁第三十八頁，共57頁。ADC0809主要性能(1)

分辨率為8位(2)

輸入電壓范圍為０～5V,功耗為15mw(3)

轉(zhuǎn)換時間為100μs(4)

工作溫度范圍為-40～+85℃(5)8個模擬輸入通道，有通道地址鎖存(6)有三態(tài)輸出能力，易于與微機相連第三十八頁第三十九頁，共57頁。

ADC080引腳功能圖

第三十九頁第四十頁，共57頁。ADC0809原理框圖

第四十頁第四十一頁，共57頁。ADC0809芯片引腳功能說明

第四十一頁第四十二頁，共57頁。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0～5V。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)總線第四十二頁第四十三頁，共57頁。

ADC0809與8086CPU的接口

第四十三頁第四十四頁，共57頁。

①D/A轉(zhuǎn)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D/A轉(zhuǎn)換器的啟動信號。

②它也沒有轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。D/A轉(zhuǎn)換的過程很快，一般還不到一條指令的執(zhí)行時間。DAC0832第四十四頁第四十五頁，共57頁。

D/A芯片將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量時有兩種輸出形式，即電流型與電壓型。①單極性輸出電路。為反相輸出電路，其輸出電壓為：

常用的一種典型電路!

同相輸出電路，其電壓輸出為：

DAC0832的幾種典型輸出連接方式第四十五頁第四十六頁，共57頁。(a)反相輸出；(b)同相輸出第四十六頁第四十七頁，共57頁。0832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(qū)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。第四十七頁第四十八頁，共57頁。應(yīng)用舉例（方波）DAC0832直通工作方式，設(shè)8255A的端口地址分別為3F0H，3F1H，3F2H，3F3H第四十八頁第四十九頁，共57頁。應(yīng)用舉例設(shè)DAC0832的地址為220H，試說明DAC0832的工作方式，并編寫程序?qū)崿F(xiàn)通過DAC0832輸出正弦波.CSILEWR1WR2XFER-+OAVOUTIOUT1IOUT2RFBVREFDAC0832DI7～0+5D7～D0系統(tǒng)總線AGNDIOWDGND譯碼器AENA9～A0220H第四十九頁第五十頁，共57頁。應(yīng)用舉例第五十頁第五十一頁，共57頁。

ADC0809的硬件電路設(shè)計方法：ADC0809的硬件電路接口圖IOR=M/IO+RDIOW=M/IO+WREOCCS第五十一頁第五十二頁，共57頁。上圖要注意的問題有：1）在上圖中可以不要EOC信號指示轉(zhuǎn)換完成，但在程序中必須給出足夠的轉(zhuǎn)換時間，否則CPU讀回的數(shù)據(jù)是上一次的轉(zhuǎn)換值。2）啟動信號START和地址鎖存信號ALE可以連接在一起，兩者的時序相同。3）讀取信號可以用CPU的讀信號RD和M/IO的組合來完成讀操作。4）片選信號可以用譯碼輸