1、第12章 数/模和模/数转换,12.1 概 述 12.2 D/A转换器 12.3 A/D转换器,12.1 概 述,A/D和D/A转换器的实时控制系统的构成框图,图12.1 包含ADC和DAC的实时控制系统构成图,概 述,A/D和D/A转换主要分为以下三类： 数字/电压和电压/数字转换； 电压/频率(脉宽)频率(脉宽)/电压转换； 转角/数字和数字/转角转换。,概 述,A/D转换的三个关键过程： 采样由传感器，放大电路，滤波电路，多路开关以及采样保持电路构成采样过程 量化把采样到的模拟信号转换为数字量。 编码。 编码是将量化后的数字量用相应的二进制编码表示出来的过程 。,12.2 D/A转换器,
2、12.2.1 D/A转换器的基本原理 数字量是由一位一位的数位构成的，每一位都代表一个确定的权。为了把一个数字量变为模拟量，必须把每一位的代码按其权值转换为对应的模拟量，再把每一位对应的模拟量相加，这样得到的总模拟量便对应于给定的数据。 多数D/A转换器把数字量变成模拟电流，如果将其转换成模拟电压还要使用电流/电压转换器（I/V）来实现。,D/A转换电路权电阻网络,D/A转换器的基本原理,D,V,v,R,R,n,REF,o,f,1,2,:,-,-,=,=,则,如果,D/A转换器电路T形电阻网络,D/A转换器的基本原理,12.2.2 D/A转换器的性能指标,1输入数字量 2单级DAC的输出电压
3、3DAC的分辩率 4转换精度 5转换速率 6建立时间 7线性误差,12.2.3 典型的D/A转换器DAC0832,当前使用的DAC器件中，既有分辩率和价格均较低的通用8位芯片。也有速度和分辩率较高，价格也较高的16位乃至20位及其以上的芯片。既有电流输出型芯片，也有电压输出型芯片，即内部带有运算放大器的芯片。 DAC0832是8位D/A转换器，是DAC0800系列的一种。DAC0832与微机接口方便，转换控制容易，且价格便宜，因此在实际中得到广泛的应用。,典型的D/A转换器DAC0832,1主要特性 输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲，单缓冲或直通数字输入。 所有通用微外理理器可直接连接。 满
4、足TTL电平规范的逻辑输入 分辩率为8位，满刻度误差，建立时间为1s，功耗20mW。 电流输出型D/A转换器。,2内部结构及引脚功能,内部结构,典型的D/A转换器DAC0832,引脚及功能,(2) DAC0832引脚图,图12.4 DAC0832内部结构和外部引脚,典型的D/A转换器DAC0832,DI0 DI7 数据输入线ILE 数据允许锁存CS 输入寄存器选择WR1 输入寄存器的写选通WR2 DAC寄存器的写选通XREF 数据传送信号Vref 基准电源输入Rfb 反信号输入（内有反馈电阻） Iout1、Iout2 电流输出 Vcc、AGND、DGND 电源、地,典型的D/A转换器DAC08
5、32,3工作方式 三种工作方式 双缓冲方式：即数据经过双重缓冲后再送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一次D/A转换。这种方式可在D/A转换的同时进行下一个数据的输入，以提高转换的速率。更重要的是这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。,典型的D/A转换器DAC0832,单缓冲方式：不需要多个模拟量同时输出时，可采用此种方式。此时，两个寄存器之一处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换电路。这种方式只需要执行一次写操作，即可完成D/A转换。 直通方式：此时两个寄存器均处于直通状态，因此要将都接数字地，ILE接高电平。数据直接送入D/A转换电路进行D/A 转换。这种方式可
6、用于不采用微机的控制系统中。,典型的D/A转换器DAC0832,4D/A转换器的应用 DAC0832的外部连接图,图12.5 DAC0832的外部结构,典型的D/A转换器DAC0832,利用D/A转换器产生一个锯齿电压程序 MOV DX，PORTA ；PORTA为D/A转换器 端口地址MOV AL，0FFH ；初值为0FFH LOP1: INC ALOUT DX，AL ；往D/A转换器输出数据JMP LOP1,12.3 A/D转换器,12.3.1 A/D转换器的基本原理 A/D转换的基本方法有很多，有计数法、逐次逼近法、双斜积分法和并行转换法 。广泛采用的是逐次逼近法。所以在此仅介绍逐次逼近式
7、A/D转换器的原理和应用。,A/D转换器,逐次逼近式A/D转换器的转换原理A/D转换器的转换原理是建立在逐次逼近的基础上进行的，即把输入电压Vi和一组参考电压分层得到的量化电压进行比较，比较从最大的量化电压开始，由粗到细逐次进行，由每次比较的结果来确定相应的位是1还是0，不断比较，不断逼近，直到两者的差别小于某一误差范围时即完成了一次转换。,A/D转换器,逐次逼近A/D转换器的原理如图12.6所示（下页） 逐次逼近A/D转换器的组成：由逐次逼近寄存器SAR、D/A转换器、比较器A、缓冲器等组成。SAR中包含一个移位寄存器、一个数据寄存器及决定去/留码的逻辑电路等几个部分，它们在时钟脉冲CLK的
8、作用下有次序的进行操作。,A/D转换器,图12.6 逐次逼近A/D转换器的原理,A/D转换器,性能指标 分辨率 精度 转换时间 输入电压范围 输出数据格式 参考电压范围,14.3.2 典型的A/D转换器ADC0809,1.主要特性 分辨率：8位。 总的不可调误差：1LSB。 转换时间：100s。 单一电源：5V。 模拟电压输入范围：在单电源5V 下，05V； 具有可控的三态输出缓冲器。 启动转换控制为脉冲式（正脉冲），上升沿使所有内部寄存器清零，下降沿时A/D转换开始。 使用时不需进行零点和满刻度调节。,典型的A/D转换器ADC0809,2.内部结构与外部引脚 ADC0809是CMOS单片型逐
9、次逼近式A/D转换器，。它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型D/A转换器逐次逼近寄存器、8位三态输出锁存器定时与控制等电路组成。,ADC0809的内部结构,ADC0809的外部引脚,IN0IN7：8路模拟量输入端 D0D7：8位数字量输出端 ADDC、ADDB、ADDA：地址输入线，选择输入通道 ALE：地址锁存允许信号，输入，高电平有效 START：A/D转换启动信号，输入，高电平有效 EOC：A/D转换结束信号，输出，高电平有效 OE：数据输出允许信号，输出，高电平有效 CLK：转换时钟输入端 Vref(+)：正的基准电压输入端 Vref(-)：负的基准电压输入端,典型
10、的A/D转换器ADC0809,3.工作时序和工作过程,图12.8 ADC0809的工作时序图,典型的A/D转换器ADC0809,ADC0809的工作过程： 当通道选择地址有效时，ALE信号一出现，地址便马上被锁存，这时转换启动信号紧随ALE之后（或与ALE同时）出现。START的上升沿将逐次逼近寄存器复位，在该上升沿之后的2s加8个时钟周期内（不定），EOC信号将变为低电平，以指示转换操作正在进行中，直到转换完成后，EOC再变高电平。微处理器接到变为高电平的EOC信号后，便立刻送出OE信号，打开三态门，读取转换结果。,典型的A/D转换器ADC0809,4.A/D转换器同微处理器的时间配合问题
11、（1）固定延时等待法启动软件延时等待进行输入（即无条件I/O）。 （2）中断响应法启动CPU转去执行其他程序并等待A/D转换完毕发出中断请求A/D转换完毕CPU提出中断请求CPU响应中断请求，并进行输入。（即中断I/O） （3）查询法启动CPU对EOC进行状态采样，未准备好继续采样进行I/O。,典型的A/D转换器ADC0809,5ADC0809与CPU的连接,图12.9 ADC0809与CPU的连接,典型的A/D转换器ADC0809,6A/D转换器的应用 启动指令是：MOV DX，PORTn；PORTn为n通道的端口地址OUT DX，AL ；AL中数据不重要，是一次虚写 读取转换结果指令：MOV DX，PORTnIN AL，DX,
