1、第八章 数模和模数转换接口,模拟量,数字量,2,本章内容,数模和模数转换的概念和必要性 数模转换器的主要性能指标 8位D/A转换器DAC0832及其接口设计 D/A转换器应用实例 8位A/D转换器ADC0809及其接口设计 A/D转换器应用实例,3,一、A/D接口组成,采样保持电路的作用 A/D转换器完成一次转换过程需要一定的时间，在这段时间内, 输入端模拟信号的大小应保持不变,否则将影响转换的精度。,4,A/D接口组成,5,A/D接口组成,A/D转换器 是完成A/D转换的核心。,6,二、ADC的性能指标,1.转换精度由相对误差决定。 相对误差指绝对误差与满刻度值之比，常用LSB来表示。1LS
2、B=满刻度值*1/2n如：一个8位ADC，其相对误差为1/2LSB，则其绝对误差为0.5*5*1/28=9.8mV 相对百分比误差为(0.5*5*1/28)/5=0.195%,7,ADC的性能指标,2.分辨率 输出数字量变化一个相邻数码，所需模拟电压的变化量。 定义为满刻度电压与2n之比，n为ADC的位数。,A/D 分辨率通常用该芯片能转换成的数字量的位数表示。 如：8位A/D转换器的分辨率为8位。10位A/D转换器的分辨率为10位。,8,ADC的性能指标,在ADC中，模拟量和数字量之间不是一一对应的关系,9,ADC的性能指标,3.转换时间和转换速率 转换时间是指完成一次转换所需的时间， 完成
3、一次转换：从接到转换启动信号开始，到输出端获得稳定的数字信号。 转换速率：每秒钟进行A/D转换的次数,转换速率与转换时间不一定是倒数关系,10,ADC的性能指标,4.电源灵敏度 当电源电压发生变化时，ADC的输出会发生变化。 相当于：ADC的输入量发生了变化产生了误差。 电源灵敏度用相当于同样变化的模拟输入值的百分数来表示。如：电源灵敏度为 ，表示电源电压变化为电源电压Us的1%时，相当于引入了0.05%的模拟量输入值,11,逐次逼近型、8位 具有转换起停控制端 最大不可调误差1LSB 单个5V电源供电 模拟输入电压范围05V 工作温度范围为-4085摄氏度 低功耗，约15mW 输出带可控三态
4、缓冲，可与总线直接相连 带锁存控制的8选1多路开关 转换速度取决于CLK输入，CLK为10k-1280K,三、ADC08098bitA/D转换器,12,ADC08098bitA/D转换器,13,ADC0809逻辑结构,14,ADC0809逻辑结构,IN0IN7： 8个模拟电压输入端,15,ADC0809逻辑结构,ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号,ALE的上升沿 用于锁存3个地址输入的状态，然后由译码器从8个模拟输入中选择一个模拟输入端进行A/D转换,16,ADC0809逻辑结构,ADDA、ADDB、ADDC： 3个地址输入线 ALE：地址锁存允许信号,1
5、7,ADC0809逻辑结构,START： ADC启动控制信号输入端，要求正脉冲信号。 脉冲的上升沿使所有内部寄存器清0，下降沿启动A/D转换,EOC: End Of Conversion 在START之后变低，A/D转换结束后变高。可用来申请中断。,18,ADC0809逻辑结构,三态数字量输出端D0D7 ADC0809内部锁存转换后的数字量 当输出允许信号OE为高电平时，将三态锁存缓冲器的数字量从D0D7输出,19,ADC0809逻辑结构,CLK：时钟输入端+VREF、-VREF： 参考电压输入端 一般，+VREF与Vcc接在一起；-VREF与GND接在一起,20,ADC0809的转换公式,基
6、准电压正极,基准电压负极,输出数字量,输入模拟电压,21,转换公式示例,基准电压VREF(+)5V，VREF()0V 输入模拟电压Vin1.5VN （1.50）（50）25676.8774DH,22,ADC0809逻辑结构图,为什么在ADC0809内部有一个D/A转换器？,23,四、逐次逼近A/D转换原理,4种常用的A/D转换方法 计数器式 逐次逼近式 微机系统中应用较多 双积分式 并行式,24,逐次逼近式A/D转换是用得最多的一种方法。组成：D/A转换器、比较器、控制逻辑，逐次逼近寄存器.工作过程：从最高位开始通过试探值逐次进行测试，直到试探值经D/A转换器输出Vo与Vi相等或达到允许误差范
7、围为止。则该试探值就为A/D转换所需的数字量。,逐次逼近式A/D转换,25,逐次逼近式A/D转换,2.41V=123（01111011B）,26,如：实现模拟电压2.41V相当于数字量123（01111011B）的AD转换. 具体过程如下： 当出现启动脉冲 时，逐次逼近寄存器清“0”； 当第一个 T1 到来，逐次逼近寄存器 最高位D7置“1”，8位D/A转换器输入为10000000B，输出Vo为满度的一半5V，即满量值的128/255。若VoVi，比较器输出低电平，控制电路使逐次逼近寄存器最高位D7置“0”(反之，置“1”)；,逐次逼近式A/D转换,27,当第二个 到来，逐次逼近寄存器D6位置
8、“1”，D/A转换器的数字量输入为01000000B，输出电压为2.5V，VoVi，比较器输出高电平，将D6位的“1”保留(否则，将D6位置“0“)； 第三个 T3 时钟脉冲来，又将D5位置“1” 重复上述过程直到D0位置“1”，再与输入比较。 经过8次以后， 逐次逼近寄存器中得到的数字量就是转换结果。 过程用下表表示。,T2,逐次逼近式A/D转换,28,逐次逼近式ADC转换时间图,29,逐次逼近式A/D转换试探表,D/A输出电压Vo,Vo与Vi比较,结果,设定试探值,10000000,5.0,V0Vi，D7=0,01000000,2,.5,V0Vi，D6=1,01100000,3.75,V0
9、Vi ，D5=1,01110000,4.375,V0Vi ，D4=1,01111000,4.69,V0Vi ，D3=1,01111100,4.84,V0Vi，D2=0,01111010,4.76,V0Vi ，D1=1,01111011,4.80,V0Vi ，D0=1,0,64,64+32=96,64+32+16=112,64+32+16+8=120,64+32+16+8=120,64+32+16+8+2=122,64+32+16+8+2+1=123,30,五、ADC0809的转换过程和时序,程序或外部控制送选址信号A、B、C 稳定后，再送地址允许锁存信号ALE. ALE的上升沿锁存A、B、C,
10、31,五、ADC0809的转换过程和时序,START上升沿使逐次逼近寄存器清0，下降沿开始逐位比较,自START上升沿开始，经最多8个时钟周期，EOC自动变低,32,五、ADC0809的转换过程和时序,当ADC结束后，EOC变高 此时，由程序或外部送一个允许输出信号OE（高有效），打开锁存器的三态门，将转换的结果送到数据总线,33,六、ADC0809与PC总线的接口设计,ADC芯片相当于“输入设备”，需要接口电路提供数据缓冲器 主机需要控制转换的启动 主机还需要及时获知转换是否结束，并进行数据输入等处理,34,六、ADC0809与PC总线的接口设计,1.数据输出线与主机的连接 直接相连：用于输
11、出带有三态锁存器的ADC芯片 通过三态锁存器相连：适用于不带三态锁存器的ADC芯片，也适用带有三态锁存缓冲器的芯片ADC芯片的数字输出位数大于系统数据总线位数，需把数据分多次读取,35,六、ADC0809与PC总线的接口设计,2.启动转换信号START的连接 要求一个正脉冲 编程启动 软件上，执行一个输出指令 硬件上，利用输出指令产生ADC启动脉冲，或产生一个启动有效电平 定时启动 启动信号来自定时器输出,36,六、ADC0809与PC总线的接口设计,3.转换结束信号的处理 不同的处理方式对应程序设计方法不同 查询方式把结束信号作为状态信号 中断方式把结束信号作为中断请求信号 延时方式不使用转
12、换结束信号 DMA方式把结束信号作为DMA请求信号,例1、查询方式电路连接,38,PC总线通过8255A与ADC0809连接,39,用软件延时法对8路模拟信号轮流采样，并将结果放于DATA开始的内存单元中:延时法不需要使用EOC,8位ADC与PC接口举例 软件设计,LEA DI,DATAMOV CX,08HMOV AH,00HMOV DX,2F7H AD0: MOV AL,AHOUT DX,ALCALL DELAYIN AL,DXMOV DI,ALINC AHINC DILOOP AD0,例2、中断方式电路连接,41,；主程序段 MOV DX，81H OUT DX，AL ；启动A/D转换 WA： STI ；开中断 ；其它处理程序 JMP WA ；等待A/D转换结束 ；中断服务程序段 MOV DX，81H IN AL，DX ；读入转换结果数据 MOV DATA，AL ；存入指定单元,8位ADC与PC接口举例 软件设计,42,可 编 程 控 制 器,Programmable Logic Controller 专为工业控制而生,by ,各种PLC,控制柜,微型PLC,
