模数和数模转换 (2)精选文档.ppt

模数和数模转换模数和数模转换(2)本讲稿第一页，共七十页10.1 10.1 概述概述 模拟量连续变化的物理量数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器本讲稿第二页，共七十页含有含有A/DA/D与与D/AD/A转换的监控系统转换的监控系统 本讲稿第三页，共七十页10.2 10.2 模模/数与数数与数/模转换通道的组成模转换通道的组成 10.2.1 10.2.1 模模/数转换通道的组成数转换通道的组成一般模一般模/数转换通道由传感器、信号处理、数转换通道由传感器、信号处理、多路转换开关、采样保持器以及多路转换开关、采样保持器以及A/DA/D转换器组转换器组成成 本讲稿第四页，共七十页传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电传感器：能够把非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏压）的器件，一般传感器由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比电流或电压与非电物理量的变化成正比 一、传感器（一、传感器（TransducerTransducer）本讲稿第五页，共七十页由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，在市场上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路场上能买到的各种变送器，已将传感器与放大电路制作在一起，输出统一标准的制作在一起，输出统一标准的0 01010mAmA或或4 42020mAmA电电流，或流，或0 05 5V V电压，以便传输或直接送电压，以便传输或直接送A/DA/D转换器进行转换器进行A/DA/D转换，其中，转换，其中，4 42020mAmA标准电流输出的传感器较为标准电流输出的传感器较为普遍，常说的流量变送器、压力变送器等一般输出普遍，常说的流量变送器、压力变送器等一般输出4 42020mAmA标准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流标准电流，内部处于恒流输出结构，显然电流型传感器比电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传型传感器比电压型传感器抗干扰能力强，易于远距离传输，因此，电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系输，因此，电流型传感器被广泛用于生产过程的检测系统中统中 本讲稿第六页，共七十页二、信号放大处理二、信号放大处理信号放大处理电路信号放大处理电路，接在，接在A/DA/D转换器与传感器之间，用转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题于解决以下存在问题 A/DA/D转换器与传感器二者电压不匹配转换器与传感器二者电压不匹配如果是电流型输出传感器，要进行如果是电流型输出传感器，要进行变换与放变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号大处理，将电流信号对应变换成电压信号传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，传感器工作在现场，可能存在复杂的强电磁波的干扰，通常采用通常采用RCRC低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上低通滤波器，滤除叠加在传感器输出信号上的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特的高频干扰信号，也可采用有源滤波技术，使得滤波特性更好性更好本讲稿第七页，共七十页三、多路转换开关（三、多路转换开关（MultiplexerMultiplexer）一个数据采集系统（一个数据采集系统（A/DA/D转换）往往要采集多路模转换）往往要采集多路模拟信号拟信号 通常只用一片通常只用一片A/DA/D转换芯片，轮流选择输入信号进转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制监测与控制 许多许多A/DA/D转换芯片内部具备多路转换开关，一片转换芯片内部具备多路转换开关，一片A/DA/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果A/DA/D转换芯片不具有多路转换功能，则在转换芯片不具有多路转换功能，则在A/DA/D转换转换之前外加模拟多路转换开关之前外加模拟多路转换开关 本讲稿第八页，共七十页四、采样保持器（四、采样保持器（Sample HolderSample Holder）在在A/DA/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路变的电路称为采样保持电路A/DA/D转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间转换器完成一次转换所需要的时间称为转换时间不同不同A/DA/D转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化转换芯片，其转换时间各异，对于连续变化较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起较快的模拟信号如果不采取采样保持措施，将会引起转换误差转换误差慢速变化的模拟信号，在慢速变化的模拟信号，在A/DA/D转换系统中，完全可以不转换系统中，完全可以不必采用采样保持电路，而且并不会影响必采用采样保持电路，而且并不会影响A/DA/D转换的精转换的精度度本讲稿第九页，共七十页1 1采样采样/保持器的基本原理保持器的基本原理 采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于采样保持器是指在逻辑电平的控制下处于“采样采样”或或“保持保持”两种工作状态的电路两种工作状态的电路,采样采样/保持示意图如图保持示意图如图10-510-5所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟所示，在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样信号，在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止。从图状态为止。从图10-510-5中可以看出，经过对中可以看出，经过对V Vi i的采样，的采样，V V0 0的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的的“小平台小平台”电压供电压供A/DA/D转换器进行转换器进行A/DA/D转换转换 本讲稿第十页，共七十页采样采样/保持示意图保持示意图本讲稿第十一页，共七十页2 2常用的集成采样常用的集成采样/保持器保持器 按照集成型采样按照集成型采样/保持器的性能可分为如下几类：保持器的性能可分为如下几类：通用采样通用采样/保持器芯片保持器芯片：例如：例如AD582AD582、AD583AD583、LF198LF198、LF298LF298以及以及LF398LF398等等 高速采样高速采样/保持器芯片保持器芯片：例如：例如HTS-0025HTS-0025、THS-0060THS-0060、THC-1500THC-1500以及以及ADSHM-5ADSHM-5等等 高分辨率采样高分辨率采样/保持器芯片保持器芯片：例如：例如SHA1144SHA1144、AD389AD389以及以及SHA6SHA6等等 超高速采样超高速采样/保持器芯片保持器芯片：例如：例如THS-0010THS-0010（压摆率（压摆率300V/s300V/s）及）及HTC-0300HTC-0300（压摆率（压摆率250V/s250V/s）等）等 本讲稿第十二页，共七十页五、五、A/DA/D转换器（转换器（Analog to DigitAnalog to Digit）A/D A/D转换器是模转换器是模/数转换通道的核心环节，数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二进制数或（二进制数或BCDBCD码等），以便由计算机读码等），以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号控制信号 本讲稿第十三页，共七十页10.2.2 10.2.2 数数/模转换通道的组成模转换通道的组成必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电流或电必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电流或电压，这个任务主要由数压，这个任务主要由数/模转换器来完成模转换器来完成 数数/模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能将计模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能将计算机输入给它的数字量锁存下来算机输入给它的数字量锁存下来 需要有一级功率放大电路，将需要有一级功率放大电路，将D/AD/A输出的电流或电压输出的电流或电压放大到足以驱动执行机构放大到足以驱动执行机构 本讲稿第十四页，共七十页10.3 10.3 模模/数与数数与数/模转换器的主要技术指标模转换器的主要技术指标10.3.1 10.3.1 模模/数转换器的主要技术指标数转换器的主要技术指标分辨率（分辨率（ResolutionResolution）精度（精度（precisionprecision）量程（满刻度范围量程（满刻度范围Full Scale RangeFull Scale Range）转换时间（转换时间（Conversion TimeConversion Time）线性度误差（线性度误差（Linearity ErrorLinearity Error）本讲稿第十五页，共七十页一、分辨率（一、分辨率（ResolutionResolution）分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。例如称八位例如称八位A/DA/D转换器的分辨率称为转换器的分辨率称为8 8位，它位，它把模拟电压的变化范围分成把模拟电压的变化范围分成28-128-1级（级（255255级）级）。位数越多，分辨率越高位数越多，分辨率越高本讲稿第十六页，共七十页二、精度（二、精度（precisionprecision）精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精度有两种表示方法精度有两种表示方法（1 1）绝对精度：）绝对精度：用最低位（用最低位（LSBLSB）的倍数来表）的倍数来表示，如示，如（1/21/2）LSBLSB或或1LSB1LSB等等（2 2）相对精度：）相对精度：用绝对精度除以满量程值的用绝对精度除以满量程值的百分数来表示，例如百分数来表示，例如0.05%0.05%等等 注意：分辨率与精度是两个不同的概念注意：分辨率与精度是两个不同的概念本讲稿第十七页，共七十页三、量程（满刻度范围三、量程（满刻度范围Full Scale RangeFull Scale Range）量程是指允许输入模拟电压的变化范围。例如，某转量程是指允许输入模拟电压的变化范围。例如，某转换器具有换器具有0 010V10V的单极性输入模拟电压的范围，或的单极性输入模拟电压的范围，或-5V-5V+5V+5V的双极性范围，那么，它们的量程都为的双极性范围，那么，它们的量程都为10V10V 应当指出，实际上应当指出，实际上A/DA/D、D/AD/A转换器的最大输出值总是比转换器的最大输出值总是比满刻度值小满刻度值小1/2n1/2n，n n为转换器的位数，这是因为模拟量的为转换器的位数，这是因为模拟量的0 0值是值是2n2n个转换状态中的一个，在个转换状态中的一个，在0 0值以上，则有值以上，则有2n-12n-1个个梯级梯级 本讲稿第十八页，共七十页按按通通常常习习惯惯，转转换换器器的的模模拟拟量量范范围围总总是是用用满满刻刻度度表表示示。例例如如1212位位的的A/DA/D转转换换器器，其其满满刻刻度度值值为为1010V V，而实际的最大输出值为而实际的最大输出值为本讲稿第十九页，共七十页四、转换时间（四、转换时间（Conversion TimeConversion Time）从启动转换开始直至转换出稳定的二进代码所需的时从启动转换开始直至转换出稳定的二进代码所需的时间称为转换时间。转换时间与转换器工作原理及其位数间称为转换时间。转换时间与转换器工作原理及其位数有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换有关。同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间则越长时间则越长 五、线性度误差（五、线性度误差（Linearity ErrorLinearity Error）理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输入与数字理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输入与数字量输出成线性关系。线性度误差是转换器实际的模拟数字量输出成线性关系。线性度误差是转换器实际的模拟数字转换关系与理想直线不同而出现的误差，通常用多少转换关系与理想直线不同而出现的误差，通常用多少LSBLSB表表示示 本讲稿第二十页，共七十页10.3.2 D/A0.3.2 D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 D/A D/A转换器与转换器与A/DA/D转换器的主要技术指标基转换器的主要技术指标基本相同，只是转换时间的概念略有不同，本相同，只是转换时间的概念略有不同，D/AD/A转换器的转换时间也称建立时间，是指转换器的转换时间也称建立时间，是指当输入的二进制代码从最小值突然跳变到最当输入的二进制代码从最小值突然跳变到最大值时，其模拟输出电压相应的满度跳跃并大值时，其模拟输出电压相应的满度跳跃并达到稳定值所需的时间。一般而言，达到稳定值所需的时间。一般而言，D/AD/A比比A/DA/D的转换时间要短得多的转换时间要短得多本讲稿第二十一页，共七十页10.4 10.4 模模/数转换接口技术数转换接口技术 10.4.1 10.4.1 常用模常用模/数转换芯片数转换芯片 ADCADC（Analog-Digital ConverterAnalog-Digital Converter）的功能是将输入）的功能是将输入模拟电压量转换为与其成比例的数字量，它是智能化测模拟电压量转换为与其成比例的数字量，它是智能化测量与控制系统中的一种重要组成器件。按其工作原理，量与控制系统中的一种重要组成器件。按其工作原理，可分为可分为比较式比较式ADCADC、积分式积分式ADCADC以及以及电荷平衡电荷平衡（电压（电压-频频率转换）式率转换）式ADCADC等等 在实用中，应根据具体情况选用合适的在实用中，应根据具体情况选用合适的ADCADC芯片芯片 本讲稿第二十二页，共七十页不同的芯片具有不同的连接方式，其中最主不同的芯片具有不同的连接方式，其中最主要的是输入、输出以及控制信号的连接方式。要的是输入、输出以及控制信号的连接方式。从输入端来看，有单端输入的，也有差动输入从输入端来看，有单端输入的，也有差动输入的。差动输入有利于克服共模干扰。的。差动输入有利于克服共模干扰。输入信号输入信号的极性有的极性有单极性单极性和和双极性双极性输入，这由极性控制输入，这由极性控制端的接法决定端的接法决定本讲稿第二十三页，共七十页从从输出方式输出方式来看，主要有两种：来看，主要有两种：（1 1）在）在ADCADC芯片内部，数据输出寄存器具有可控的输出芯片内部，数据输出寄存器具有可控的输出三态门，这类芯片输出线允许和计算机系统的数据总线直三态门，这类芯片输出线允许和计算机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后可以利用输入输出读信号选通三接相连，并在转换结束后可以利用输入输出读信号选通三态门，将转换成的数据送到计算机系统的数据总线上态门，将转换成的数据送到计算机系统的数据总线上 （2 2）在）在ADCADC芯片内部没有可控的输出三态门，输出芯片内部没有可控的输出三态门，输出寄存器直接与芯片数据输出引脚相连，这种芯片的寄存器直接与芯片数据输出引脚相连，这种芯片的数据输出引脚必须通过外加的三态门才能连到计算数据输出引脚必须通过外加的三态门才能连到计算机系统的数据总线机系统的数据总线本讲稿第二十四页，共七十页本讲稿第二十五页，共七十页ADCADC芯芯片片的的启启动动转转换换信信号号有有电电平平和和脉脉冲冲两两种种形形式式。设设计计时时应应分分别别对对待待，对对要要求求用用电电平平启启动动转转换换的的芯芯片片，如如果果在在转转换换过过程程中中撤撤去去电电平平信信号号，则则将将停停止止转转换换而而得得到到错错误误的的结果结果本讲稿第二十六页，共七十页在在ADCADC转转换换完完成成后后，会会发发出出转转换换结结束束信信号号，以以示示主主机机可可以以从从模模/数数转转换换器器读读取取转转换换后后的的数数据据。结结束束信信号号可可以以用用来来向向CPUCPU发发出出中中断断申申请请，CPUCPU响响应应中中断断后后，在在中中断断服服务务子子程程序序中中读读取取数数据据。也也可可用用查查询询转转换换是是否否结结束束的的方方法法来来读读取取数数据据，通通过过延延时时等等待待的的方方法法来来读读取取数数据据也也是是一一种种常常用用的的简简便便方方法法，这这是是在在采采集集速速度度要要求求并并不不高高的的情情况况下下，启启动动ADCADC转转换换后后，延延时时等等待待时时间间大大于于ADCADC的的转转换换时时间后便可以读取转换数据间后便可以读取转换数据 本讲稿第二十七页，共七十页本讲稿第二十八页，共七十页 ADC0809 8 8位逐次逼近型位逐次逼近型A/DA/D转换器转换器,内部有内部有8 8通道多路开关、通道多路开关、地址译码、电压比较器、地址译码、电压比较器、8 8位位DADA转换器、控制及时序电转换器、控制及时序电路等。路等。工作过程：工作过程：由地址（由地址（CBACBA）选择输入（）选择输入（IN0IN0IN7IN7），），ALEALE进行地址锁存；进行地址锁存；STARTSTART启启ADAD转换；转换开始转换；转换开始EOCEOC0 0；转换结束转换结束EOCEOC1 1，向外发出结束信号；，向外发出结束信号；使使OEOE1 1，读取转换结果。，读取转换结果。10.4.2 模数转换器模数转换器ADC0809本讲稿第二十九页，共七十页控制与时序控制与时序逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器模拟开关模拟开关256256电阻阶梯电阻阶梯数据数据锁存锁存和三和三态输态输出缓出缓冲器冲器8 8路路模拟模拟开关开关地址地址锁存锁存与与译码译码比较器比较器8 8位位DADA模模拟拟输输入入IN0IN0IN7IN73 3位位地址地址C CB BA A地址地址锁存锁存允许允许ALEALEV VCCCCGNDGNDV VR RV VR ROEOE输出允许输出允许8 8位位输输出出EOCEOC启动启动STARTSTART时钟时钟CLOCKCLOCK5V5V15V15V500KHz500KHz1MHz1MHz转换结束转换结束ADC0809ADC0809结构框图结构框图本讲稿第三十页，共七十页1.ADC08091.ADC0809特性参数特性参数 分辨率：分辨率：8 8位位精度：精度：8 8位位转换时间：转换时间：100100ss增益温度系数：增益温度系数：20ppm/20ppm/输入电平：输入电平：TTLTTL功耗：功耗：15mW15mW ADC0809ADC0809是采用是采用CMOSCMOS工艺制成的工艺制成的8 8位位八通道八通道逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换器。转换器。本讲稿第三十一页，共七十页发出发出A/DA/D转换转换启动信号启动信号STARTSTART，在，在STARTSTART的的上升沿上升沿将将SARSAR清清0 0，转换结束标志转换结束标志EOCEOC变为低电平，在变为低电平，在STARTSTART的的下降沿开始转换下降沿开始转换；2.ADC08092.ADC0809工作原理工作原理转换结束后，转换结束后，EOCEOC跳为高电平跳为高电平，在，在OEOE端输入高电平，从而得到端输入高电平，从而得到转换结果输出。转换结果输出。输入输入3 3位地址信号，在位地址信号，在ALEALE脉冲的脉冲的上升沿上升沿将将地址锁存地址锁存，经译码选，经译码选通某一通道的模拟信号进入比较器；通某一通道的模拟信号进入比较器；转换过程在时钟脉冲转换过程在时钟脉冲CLKCLK的控制下进行；的控制下进行；本讲稿第三十二页，共七十页ININ0 0ININ7 7：8 8路模拟电压输入。路模拟电压输入。ADDADDC C、ADDADDB B、ADDADDA A：3 3位地址信号。位地址信号。ALEALE：地址锁存允许信号输入，高电平有效。：地址锁存允许信号输入，高电平有效。D D7 7D D0 0（2 2-1-12 2-8-8）：）：8 8位二进制数码输出。位二进制数码输出。OEOE：输输出出允允许许信信号号，高高电电平平有有效效。即即当当OE=1OE=1时时，打打开开输输出出锁锁存存器器的的三态门，将数据送出。三态门，将数据送出。U UR(+)R(+)和和U UR(-)R(-)：基准电压的正端和负端。：基准电压的正端和负端。3.ADC08093.ADC0809引脚功能引脚功能本讲稿第三十三页，共七十页CLKCLK：时钟脉冲输入端。一般在此端加：时钟脉冲输入端。一般在此端加500kHz500kHz的时钟信号。的时钟信号。STARTSTART：A/DA/D转转换换启启动动信信号号，为为一一正正脉脉冲冲。在在STARTSTART的的上上升升沿沿将将逐逐次次比较寄存器比较寄存器SARSAR清清0 0，在其下降沿开始，在其下降沿开始A/DA/D转换过程。转换过程。EOCEOC：转转换换结结束束标标志志输输出出信信号号。在在STARTSTART信信号号上上升升沿沿之之后后 EOCEOC信信号号变变为为低低电电平平；当当转转换换结结束束后后，EOCEOC变变为为高高电电平平。此此信信号号可可作作为为向向CPUCPU发出的中断请求信号。发出的中断请求信号。本讲稿第三十四页，共七十页10.4.3 A/D转换芯片转换芯片AD574一、一、AD574AD574的引脚功能的引脚功能AD574AD574是一种逐次逼近型是一种逐次逼近型1212位位A/DA/D转换芯片，也转换芯片，也可以用作可以用作8 8位位A/DA/D转换，转换时间为转换，转换时间为151535s35s，若，若转换成转换成1212位二进制数，可以一次读出，也可分成两次位二进制数，可以一次读出，也可分成两次读出，即先读出高读出，即先读出高8 8位后读出低位后读出低4 4位。位。AD574AD574内部能自内部能自动提供基准电压，并具有三态输出缓冲器，使用动提供基准电压，并具有三态输出缓冲器，使用十分方便十分方便本讲稿第三十五页，共七十页图图10-8 AD574的引脚图的引脚图 本讲稿第三十六页，共七十页 （1 1）REFOUTREFOUT：内部基准电压输出端（内部基准电压输出端（+10+10V V）（2 2）REFINREFIN：基基准准电电压压输输入入端端，该该信信号号输输入入端端与与REFOUTREFOUT配合，用于满刻度校准配合，用于满刻度校准 （3 3）BIPBIP：偏置电压输入，用于调零偏置电压输入，用于调零 （4 4）DBDB1111DBDB0 0：1212位二进制数的输出端位二进制数的输出端 （5 5）STSSTS：“忙忙”信号输出端，高电平有效。当信号输出端，高电平有效。当其有效时，表示正在进行其有效时，表示正在进行A/DA/D转换转换 各引脚定义如下各引脚定义如下本讲稿第三十七页，共七十页（6 6）12/8*12/8*：用用于于控控制制输输出出字字长长的的选选择择输输入入端端。当当其其为为高高电电平平时时，允允许许A/DA/D转转换换并并行行输输出出1212位位二二进进制制数数；当当其其为为低低电电平平时时，A/DA/D转换输出为转换输出为8 8位二进制数位二进制数 （7 7）R/C*R/C*：数数据据读读出出/启启动动A/DA/D转转换换。当当该该输输入入脚脚为为高高电电平平时时，允允许许读读A/DA/D转转换换器器输输出出的的转转换换结结果果；当当该该输输入入脚脚为为低低电电平平时，启动时，启动A/DA/D转换转换 （8 8）A A0 0：字节地址控制输入端。当启动字节地址控制输入端。当启动A/DA/D转换时，若转换时，若A A0 0=1=1，仅作仅作8 8位位A/DA/D转换；若转换；若A A0 0=0=0，则作则作1212位位A/DA/D转换。当作转换。当作1212位位A/DA/D转换转换并按并按8 8位输出时，在读入位输出时，在读入A/DA/D转换值时，若转换值时，若A A0 0=0=0，可读高可读高8 8位位A/DA/D转换值，若转换值，若A A0 0=1=1，则读入低则读入低4 4位位A/DA/D转换值转换值 本讲稿第三十八页，共七十页（9 9）CECE：工作允许输入端，高电平有效工作允许输入端，高电平有效 （1010）CS*CS*：片选输入信号，低电平有效片选输入信号，低电平有效 （1111）1010V VININ：模模拟拟信信号号输输入入端端，允允许许输输入入电电压压范范围围55V V或或0 01010V V （1212）20V20VININ：模模拟拟量量信信号号输输入入端端，允允许许输输入入电电压压范范围围1010V V或或0 02020V V （1313）+15V+15V，-15V-15V：+15V+15V，-15V-15V电源输入端电源输入端 （1414）AGNDAGND：模拟地模拟地（1515）DGNDDGND：数字地数字地 本讲稿第三十九页，共七十页 AD574控制信号的功能表控制信号的功能表本讲稿第四十页，共七十页从图从图10-810-8可以看出，它有两个模拟输入电可以看出，它有两个模拟输入电压引脚压引脚10VIN10VIN和和20VIN20VIN，即分别有，即分别有10V10V和和20V20V的的动态范围，而且可以是单极性电压或双极性动态范围，而且可以是单极性电压或双极性电压，通过改变电压，通过改变AD574AD574其它引脚的接法来实现其它引脚的接法来实现图图10-910-9表示了常用的两种接法表示了常用的两种接法二、二、AD574AD574模拟输出电路的极性选择模拟输出电路的极性选择本讲稿第四十一页，共七十页如果启动作为如果启动作为1212位位A/DA/D转换，转换后的二进转换，转换后的二进制数与模拟输入电压对应关系有下列制数与模拟输入电压对应关系有下列4 4种：种：000HFFFH对应对应-5V+5V 000HFFFH对应对应0V+10V 000HFFFH对应对应-10V+10V 000HFFFH对应对应0V+20V本讲稿第四十二页，共七十页 AD574AD574单极性与双极性输入时的连接方法单极性与双极性输入时的连接方法 本讲稿第四十三页，共七十页10.4.4 AD574与与CPU的连接的连接一、一、AD574AD574与与CPUCPU信号线连接成信号线连接成1212位位A/DA/D转换转换 将将AD574AD574与与CPUCPU信号线接口，可以将模信号线接口，可以将模/数转换成的数转换成的1212位数据分两次读入计算机，优点是可以节省硬件投资。位数据分两次读入计算机，优点是可以节省硬件投资。用软件延时方法实现定时采集的用软件延时方法实现定时采集的A/DA/D转换接口电路更加转换接口电路更加节省硬件开销节省硬件开销 使用场合：使用场合：数据采集系统的速度要求不高，主要追求数数据采集系统的速度要求不高，主要追求数据采集的精度据采集的精度 本讲稿第四十四页，共七十页AD574AD574单极性与双极性输入时的连接方法单极性与双极性输入时的连接方法 本讲稿第四十五页，共七十页采集程序如下：采集程序如下：MOV DXMOV DX，；为偶地址；为偶地址 OUT DXOUT DX，ALAL；假输出，启动作假输出，启动作1212位位A/DA/D转换转换 CALL DELAYCALL DELAY；调用延时调用延时100s100s（35s35s）的子程序（忽略）的子程序（忽略）MOV DXMOV DX，；为偶地址为偶地址 IN ALIN AL，DXDX；读高读高8 8位位 MOV AHMOV AH，ALAL MOV DX MOV DX，；为奇地址为奇地址 IN AL IN AL，DXDX；从数据总线从数据总线D7D7D4D4位读入低位读入低4 4位位例例【10-110-1】根据图根据图10-1010-10，AD574AD574与与8 8位数据总线相位数据总线相连接，编写实现连接，编写实现1212位位A/DA/D转换的程序段转换的程序段 本讲稿第四十六页，共七十页10.5 数数/模转换接口技术模转换接口技术10.5.1 10.5.1 常用数常用数/模转换芯片模转换芯片DACDAC（Digital-Analog ConverterDigital-Analog Converter）的功能的功能是将数字量转换为与其成比例的模拟电压或电流是将数字量转换为与其成比例的模拟电压或电流信号，并对生产过程的控制对象进行各种控制。信号，并对生产过程的控制对象进行各种控制。本节主要介绍本节主要介绍DACDAC芯片的使用方法及其与并行总芯片的使用方法及其与并行总线的接口技术线的接口技术 本讲稿第四十七页，共七十页 各种类型的各种类型的DACDAC芯片都具有数字量输入端和模拟量芯片都具有数字量输入端和模拟量输出端及基准电压端输出端及基准电压端 数字输入端有以下几种类型：数字输入端有以下几种类型：无数据锁存器无数据锁存器带单数据锁存器带单数据锁存器带双数据锁存器带双数据锁存器只能接收并行数字输入只能接收并行数字输入只能接收串行数字输入只能接收串行数字输入本讲稿第四十八页，共七十页无数据锁存器无数据锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器带单数据锁存器和带单数据锁存器和带双数据锁存器带双数据锁存器可直接与系统总线可直接与系统总线接口接口 只能接收并行数字输入只能接收并行数字输入与并行总线相连接与并行总线相连接 只能接收串行数字输入只能接收串行数字输入与串行数据线相连接，接收数据较与串行数据线相连接，接收数据较慢，但适用于远距离现场控制的场合慢，但适用于远距离现场控制的场合 与系统总线的接口与系统总线的接口.本讲稿第四十九页，共七十页本讲稿第五十页，共七十页10.5.2 8位位D/A转换芯片转换芯片0832一、一、8 8位位 D/AD/A转换芯片转换芯片08320832的组成的组成 DAC0832DAC0832为单片为单片8 8位数位数/模转换器，可以直接与微模转换器，可以直接与微机接口。片内有机接口。片内有R-2RR-2R结构的结构的T T型电阻网络，用以对参型电阻网络，用以对参考电压提供的两条回路分别产生两个电流信号考电压提供的两条回路分别产生两个电流信号I IOUT1OUT1和和I IOUT2OUT2。DAC0832DAC0832采用采用8 8位输入寄存器和位输入寄存器和8 8位位DACDAC寄存器二寄存器二次缓冲方式，这样可以在次缓冲方式，这样可以在D/AD/A输出的同时，送入下一个输出的同时，送入下一个待转换的二进制数据，以便提高转换速度。每个输入数待转换的二进制数据，以便提高转换速度。每个输入数据为据为8 8位，可以直接与位，可以直接与8 8位微机数据总线相连接，其逻辑位微机数据总线相连接，其逻辑电平与电平与TTLTTL电平相兼容电平相兼容 本讲稿第五十一页，共七十页DAC0832DAC0832的内部结构与引脚图的内部结构与引脚图 本讲稿第五十二页，共七十页（1 1）D D7 7D D0 0，8 8条输入数据线（图中标记为条输入数据线（图中标记为DIDI7 7DIDI0 0）（2 2）CS*CS*，选片信号，低电平有效选片信号，低电平有效（3 3）ILEILE，输入寄存器选通信号，高电平有效输入寄存器选通信号，高电平有效 （4 4）WR1*WR1*，写输入寄存器信号，低电平有效写输入寄存器信号，低电平有效（5 5）WR2*WR2*，写写8 8位位DACDAC寄存器信号，低电平有效寄存器信号，低电平有效（6 6）WFER*WFER*，允许允许8 8位位DACDAC寄存器数据送到寄存器数据送到8 8位位D/AD/A转换器。转换器。（7 7）I IOUT1OUT1，DACDAC输输出出电电流流1 1，当当8 8位位DACDAC寄寄存存器器为为全全1 1时时，此此时时输输出出电电流最大，当流最大，当为为全全0 0时时，输输出出电电流最小流最小 DAC0832DAC0832的的2020条引脚定义条引脚定义本讲稿第五十三页，共七十页（8 8）I IOUT2OUT2，DACDAC输出电流输出电流2 2，I IOUT2OUT2=常数常数-I IOUT1OUT1 （9 9）R Rfbfb，反反馈馈电电阻阻引引出出端端，即即片片内内在在R Rfbfb与与I IOUT1OUT1之之间间制制作作了了一一个个反馈电阻反馈电阻 （1010）V VREFREF，参参考考电电压压输输入入端端。该该端端连连至至片片内内R-2R R-2R T T型型电电阻阻网网络络，由由外外部部提提供供一一个个准准确确的的参参考考电电压压。该该电电压压的的精精度度直直接接影影响响D/AD/A转转换换的的精精度度 （1111）V VCCCC，电源电压，可接电源电压，可接+5+5V V+15V+15V （1212）AGNDAGND，模拟地模拟地 （1313）DGNDDGND，数字地数字地本讲稿第五十四页，共七十页DAC0832转换器输出为电流形式，通常需要通过运算放大器将输出电流转变成电压输出。按电压输出时还可分为单极性和双极性两种形式本讲稿第五十五页，共七十页二、单极性输出电路二、单极性输出电路单单极极性性输输出出电电路路如如图图10-1310-13所所示示。在在图图10-13(10-13(a)a)中中，D/AD/A转转换换器器输输出出接接到到运运算算放放大大器器的的反反相相输输入入端端，所所以以输出电压为：输出电压为：V VOUTOUT=-i=-i（R Rf f+R+Rw w）在在图图10-13 10-13(b)b)中中，D/AD/A转转换换器器输输出出接接到到运运算算放放大大器器的同相输入端，所以输出电压为：的同相输入端，所以输出电压为：V VOUTOUTiRiR2 21+1+（R Rf f+R+Rw w）/R/R1 1 本讲稿第五十六页，共七十页D/AD/A单极性输出电路单极性输出电路 本讲稿第五十七页，共七十页三、双极性输出电路三、双极性输出电路 双极性输出电路如图双极性输出电路如图10-1410-14所示，一般需要通过两级所示，一般需要通过两级运算放大器才能实现运算放大器才能实现 i i1 1VV1 1/R/R1 1，i i2 2VVREFREF/R/R2 2，i i3 3=（V Vi1i1-V-VOUTOUT）/R/R3 3-V-VOUTOUT/R/R3 3 因为因为 i i3 3ii1 1+i+i2 2 所以所以 V V1 1/R/R1 1+V+VREFREF/R/R2 2-V-VOUTOUT/R/R3 3 V VOUTOUT=-=-（V V1 1RR3 3/R/R1 1+V+VREFREFRR3 3/R/R2 2）设：设：R R2 2=R=R3 3=2R=2R1 1，V VREFREF=10V=10V，V V1 1输出输出0 01010V V，则则 V VOUTOUT输出为输出为-10-10V V+10V+10V（双极性输出）双极性输出）本讲稿第五十八页，共七十页D/AD/A双极性输出电路双极性输出电路 本讲稿第五十九页，共七十页10.5.3 DAC0832与与CPU插槽接口插槽接口 DAC0832DAC0832与与PCPC机机ISAISA总线前总线前6262芯的连接如图芯的连接如图12-1512-15所所示，由于示，由于DAC0832DAC0832的数据输入线可以直接与的数据输入线可以直接与CPUCPU数据数据线连接，所以在图线连接，所以在图12-1512-15中，中，DAC0832DAC0832没经缓冲器而直没经缓冲器而直接与数据总线中接与数据总线中D D7 7D D0 0相连，图中相连