第DA及AD转换器课程学习.pptx

会计学1第第 DA及及AD转换器转换器第一页，共62页。14-1 微机测控微机测控(c kn)输入输出系统输入输出系统数字信号数字信号模拟信号模拟信号现场信号现场信号1现场信号现场信号2现场信号现场信号n微型微型计算机计算机放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路开开关关低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器A/D转换器转换器采样保持器采样保持器数字信号数字信号受控对象受控对象控制信号控制信号模拟信号模拟信号D/A转换器转换器放大驱动电路放大驱动电路传感器传感器将各种将各种(zhn)现场的物理量测量出来现场的物理量测量出来并转换成电信号（模拟电压或电流）并转换成电信号（模拟电压或电流）放大器放大器把传感器输出的信号放大到把传感器输出的信号放大到ADC所需所需的量程的量程(lingchng)范围范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比以增加信噪比多路开关多路开关把多个现场信号分时地接通到把多个现场信号分时地接通到A/D转换器转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，周期性地采样连续信号，并在并在A/D转换期间保持不变转换期间保持不变第1页/共61页第二页，共62页。14-2 典型典型(dinxng)D/A转换器芯片转换器芯片 DAC数字数字/模拟转换器模拟转换器模拟量数数字字(shz)量量第2页/共61页第三页，共62页。14-2-1 D/A转换器工作转换器工作(gngzu)原理原理 数字(shz)量 按权相加 模拟量1101B 12123 312122 202021 112120 0 13第3页/共61页第四页，共62页。D/AD/A转换器的原理图转换器的原理图（1 1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF电阻网络电阻网络基准电压基准电压电子开关电子开关第4页/共61页第五页，共62页。D/A转换器的原理图转换器的原理图转换器的原理图转换器的原理图（2 2）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗阻抗2R运算放大器运算放大器虚地虚地第5页/共61页第六页，共62页。D/AD/A转换器的原理图转换器的原理图（3 3）VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vd/2RVREF/（42R）I2Vd/2RVREF/（22R）I3Vd/2RVREF/（12R）第6页/共61页第七页，共62页。D/A转换器的原理图转换器的原理图转换器的原理图转换器的原理图（4 4）Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREF第7页/共61页第八页，共62页。14-2-3 DAC0832及应用及应用(yngyng)n nDAC0832是典型的8位电流(dinli)输出型通用DAC芯片LE2LE1 RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器 DGNDDI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1第8页/共61页第九页，共62页。DAC0832DAC0832的内部结构的内部结构的内部结构的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER第9页/共61页第十页，共62页。1.DAC08321.DAC0832的数字的数字的数字的数字(shz)(shz)接口接口接口接口n n8位数字输入(shr)端n nDI0DI7（DI0为最低位）n n输入(shr)寄存器（第1级锁存）的控制端n nILE、CS*、WR1*n nDAC寄存器（第2级锁存）的控制端n nXFER*、WR2*第10页/共61页第十一页，共62页。直通锁存器的工作直通锁存器的工作直通锁存器的工作直通锁存器的工作(gngzu)(gngzu)方式方式方式方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE1，直通（输出等于输入(shr)）LE0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1第11页/共61页第十二页，共62页。DAC0832DAC0832的工作的工作的工作的工作(gngzu)(gngzu)方式：直通方式方式：直通方式方式：直通方式方式：直通方式n nLE1LE21n n输入的数字(shz)数据直接进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1第12页/共61页第十三页，共62页。DAC0832DAC0832的工作的工作的工作的工作(gngzu)(gngzu)方式：单缓冲方式方式：单缓冲方式方式：单缓冲方式方式：单缓冲方式n nLE1LE11 1，或者，或者LE2LE21 1n n两个两个(li(li n n )寄存器之一始终处于直通状态寄存器之一始终处于直通状态n n另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1第13页/共61页第十四页，共62页。DAC0832的工作的工作(gngzu)方式：双缓冲方式方式：双缓冲方式n n两个寄存器都处于受控（缓冲）状态两个寄存器都处于受控（缓冲）状态n n能够对一个数据能够对一个数据(shj)(shj)进行进行D/AD/A转换的同时；转换的同时；输入另一个数据输入另一个数据(shj)(shj)LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1第14页/共61页第十五页，共62页。2.DAC08322.DAC0832的模拟输出的模拟输出的模拟输出的模拟输出n nIout1、Iout2电流输出端n nRfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内）n nVREF参考电压输入(shr)端n n10V10Vn nAGND模拟信号地n nVCC电源电压输入(shr)端n n5V15Vn nDGND数字信号地第15页/共61页第十六页，共62页。单极性电压单极性电压单极性电压单极性电压(diny)(diny)输出输出输出输出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF第16页/共61页第十七页，共62页。单极性电压单极性电压单极性电压单极性电压(diny)(diny)输出：例子输出：例子输出：例子输出：例子设 VREF5VDFFH255时，最大输出电压(diny)：Vmax（255/256）5V4.98VD00H时，最小输出电压(diny)：Vmin（0/256）5V0VD01H时，一个最低有效位（LSB）电压(diny)：VLSB（1/256）5V0.02VVout（D/2n）VREF第17页/共61页第十八页，共62页。双极性电压输出双极性电压输出双极性电压输出双极性电压输出(shch)(shch)：电路：电路：电路：电路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20第18页/共61页第十九页，共62页。双极性电压双极性电压双极性电压双极性电压(diny)(diny)输出：公式输出：公式输出：公式输出：公式取 R R2R R32R2R1得得 Vout2（2Vout2Vout1V VREFREF）因因 Vout1Vout1（D/2D/28）VREFREF故故 Vout2Vout2（D2 27）/2/27）VVREF第19页/共61页第二十页，共62页。双极性电压输出双极性电压输出双极性电压输出双极性电压输出(shch)(shch)：例子：例子：例子：例子设 VREF5VDFFH255时，最大输出(shch)电压：Vmax（255128）/1285V4.96VD00H时，最小输出(shch)电压：Vmin（0128）/1285V5VD81H129时，一个最低有效位电压：VLSB（129128/1285V0.04VVout（D27）/27）VREF第20页/共61页第二十一页，共62页。3.3.输出精度的调整输出精度的调整输出精度的调整输出精度的调整(tiozhng)(tiozhng)RfbIout2Iout1Vout+_AGND调零调零电位器电位器调满刻度调满刻度电位器电位器电源电源 5VADI10K1M1KVREF第21页/共61页第二十二页，共62页。4.4.地线地线地线地线(dxin)(dxin)的连接的连接的连接的连接DGNDAGND模拟电路模拟电路数字电路数字电路ADCDAC模拟电路模拟电路数字电路数字电路模拟地模拟地模拟地模拟地数字地数字地数字地数字地公共接地点公共接地点公共接地点公共接地点第22页/共61页第二十三页，共62页。12.2.3 DAC芯片与主机芯片与主机(zhj)的连接的连接n nDAC芯片(xn pin)相当于一个“输出设备”，至少需要一级锁存器作为接口电路n n考虑到有些DAC芯片(xn pin)的数据位数大于主机数据总线宽度，所以分成两种情况：n n1.主机位数等于或大于DAC芯片(xn pin)位数n n2.主机位数小于DAC芯片(xn pin)位数第23页/共61页第二十四页，共62页。1.1.主机位数大于或等于主机位数大于或等于主机位数大于或等于主机位数大于或等于DACDAC芯片芯片芯片芯片(xn pin)(xn pin)的的的的连接连接连接连接mov al,bufmov dx,portdout dx,al译码译码ABD0D7CLKDACVout+_ALS273 IOW第24页/共61页第二十五页，共62页。DAC0832DAC0832单缓冲单缓冲单缓冲单缓冲(hu(hu nchng)nchng)方式方式方式方式 WR1 CS IOW 5V+5VRfbIout2Iout1 WR2XFERDGNDAGNDD0D7DI0D17VccILEVREFVout+_A译码译码AB第25页/共61页第二十六页，共62页。2.主机主机(zhj)位数小于位数小于DAC芯片的连接芯片的连接n n数字数据需要(xyo)多次输出n n接口电路也需要(xyo)多个（级）锁存器保存多次输出的数据n n并需要(xyo)同时将完整的数字量提供给DAC转换器CPUCPUDACDAC8位位12位位第26页/共61页第二十七页，共62页。两级锁存电路两级锁存电路(dinl)模拟输出模拟输出12位位DAC第第2级级12位锁存控制位锁存控制第第1级低级低8位锁存控制位锁存控制第第1级高级高4位锁存控制位锁存控制D0D74位位锁存器锁存器4位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器由同一个信号控制由同一个信号控制关键的一级锁存关键的一级锁存无需输出数据无需输出数据第27页/共61页第二十八页，共62页。简化简化(jinhu)的两级锁存电路的两级锁存电路模拟输出模拟输出12位位DAC第第2级级12位锁存控制位锁存控制第第1级低级低8位锁存控制位锁存控制D0D74位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器8位位锁存器锁存器由同一个信号控制由同一个信号控制关键的一级锁存关键的一级锁存需要输出高需要输出高4位数据位数据mov dx,port1mov al,blout dx,almov dx,port2mov al,bhout dx,al第28页/共61页第二十九页，共62页。12.2.4 DAC芯片芯片(xn pin)的应用的应用mov dx,portdmov al,0repeat:out dx,alinc aljmp repeat第29页/共61页第三十页，共62页。输出输出输出输出(shch)(shch)正向锯齿波正向锯齿波正向锯齿波正向锯齿波2次数据输出的时间间隔次数据输出的时间间隔02LSB1LSB255LSB254LSB锯齿波周期锯齿波周期第30页/共61页第三十一页，共62页。14-3 典型典型(dinxng)A/D转换器芯片转换器芯片 模拟量数数字字(shz)量量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADC第31页/共61页第三十二页，共62页。14-3-1 A/D转换器工作转换器工作(gngzu)原理原理 n n存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合(chng h)n n4种常用的转换技术n n计数器式n n逐次逼近式n n双积分式n n并行式第32页/共61页第三十三页，共62页。1.1.计数器式计数器式计数器式计数器式以最低位为增减量以最低位为增减量单位单位(dnwi)(dnwi)的逐步计的逐步计数法数法时钟时钟复位复位数字输出数字输出比较器比较器模拟输入模拟输入计数器计数器D/A转换器转换器转换结束转换结束第33页/共61页第三十四页，共62页。2.2.逐次逐次逐次逐次(zh c)(zh c)逼近式逼近式逼近式逼近式从最高位开始从最高位开始(kish(kish)的逐位试探法的逐位试探法时钟时钟复位复位数字输出数字输出转换结束转换结束比较器比较器模拟输入模拟输入寄存器寄存器D/A转换器转换器第34页/共61页第三十五页，共62页。3.双积分双积分(jfn)式式两个积分两个积分(jfn)(jfn)阶段阶段实质是电压实质是电压/时间变换时间变换IREFIinVinVREF积分器积分器比较器比较器V/IV/I时钟时钟启动计数启动计数计数器计数器数字输出数字输出T2T1Vc固定斜率固定斜率时间可变时间可变固定时间固定时间斜率可变斜率可变转换结束转换结束第35页/共61页第三十六页，共62页。4.4.并行并行并行并行(bngxng)(bngxng)式式式式速度快成本(chngbn)高直接比较法编编码码电电路路VinVREF数字输出数字输出比较器比较器RRRRRRR/2R/2第36页/共61页第三十七页，共62页。14-3-3 A/D转换转换(zhunhun)器件器件ADC0809 n n具有A/D转换的基本功能n nCMOS工艺制作n n8位逐次逼近式ADCn n转换时间为100 sn n包含扩展部件(bjin)n n多路开关n n三态锁存缓冲器第37页/共61页第三十八页，共62页。ADC0809ADC0809的内部的内部的内部的内部(nib)(nib)结结结结构图构图构图构图ADC0809地址锁存地址锁存和译码和译码OE通道通道选择选择开关开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三态三态锁存锁存缓冲器缓冲器DACVcc比较器比较器CLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存器SAR定时和控制定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC第38页/共61页第三十九页，共62页。1.ADC08091.ADC0809的模拟的模拟的模拟的模拟(mn(mn)输入输入输入输入n n提供一个8通道的多路开关和寻址逻辑n nIN0IN7：8个模拟电压(diny)输入端n nADDA、ADDB、ADDC：3个地址输入线n nALE：地址锁存允许信号n nALE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转换第39页/共61页第四十页，共62页。2.ADC08092.ADC0809的转换的转换的转换的转换(zhu(zhu nhun)nhun)时序时序时序时序D0D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100 s2 s+8T(最大最大)200ns(最小最小)转换启动信号转换启动信号转换启动信号转换启动信号转换结束信号转换结束信号转换结束信号转换结束信号第40页/共61页第四十一页，共62页。3.ADC08093.ADC0809的数字的数字的数字的数字(shz)(shz)输出输出输出输出n nADC0809内部(nib)锁存转换后的数字量n n具有三态数字量输出端D0D7n n配合输出允许信号OEn n当输出允许信号OE为高电平有效时，将三态锁存缓冲器的数字量从D0D7输出第41页/共61页第四十二页，共62页。4.ADC0809的转换的转换(zhunhun)公式公式输入模拟电压输入模拟电压输入模拟电压输入模拟电压输出数字量输出数字量输出数字量输出数字量基准电压基准电压基准电压基准电压正正正正极极极极基准电压基准电压基准电压基准电压负负负负极极极极第42页/共61页第四十三页，共62页。单极性转换单极性转换单极性转换单极性转换(zhu(zhu nhun)nhun)示例示例示例示例n n基准电压(diny)VREF(+)5V，VREF()0Vn n输入模拟电压(diny)Vin1.5Vn nN（1.50）（50）256n n76.8774DH第43页/共61页第四十四页，共62页。双极性转换双极性转换双极性转换双极性转换(zhu(zhu nhun)nhun)示例示例示例示例n n基准(jzhn)电压VREF(+)5V，VREF()5Vn n输入模拟电压Vin1.5Vn nN（1.55）（55）256n n89.6905AH第44页/共61页第四十五页，共62页。5.ADC0809与微机与微机(wi j)接口接口 n nADC芯片相当于“输入设备”，需要接口电路(dinl)提供数据缓冲器n n主机需要控制转换的启动n n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第45页/共61页第四十六页，共62页。数据输出数据输出(shch)线的连接线的连接n n与主机的连接可分成两种方式n n直接相连：用于输出带有三态锁存器的ADC芯片n n通过三态锁存器相连：适用(shyng)于不带三态锁存器的ADC芯片，也适用(shyng)带有三态锁存缓冲器的芯片n nADC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第46页/共61页第四十七页，共62页。A/DA/D转换转换转换转换(zhu(zhu nhun)nhun)的启动（的启动（的启动（的启动（1 1）n n启动信号一般有两种形式n n脉冲信号启动转换(zhunhun)n n电平信号启动转换(zhunhun)转换转换转换转换(zhunhun)(zhunhun)启动启动启动启动转换结束转换结束转换结束转换结束第47页/共61页第四十八页，共62页。A/DA/D转换转换转换转换(zhu(zhu nhun)nhun)的启动（的启动（的启动（的启动（2 2）n n主机产生启动信号有两种方法n n编程启动n n软件上，执行一个输出指令n n硬件上，利用(lyng)输出指令产生ADC启动脉冲，或产生一个启动有效电平n n定时启动n n启动信号来自定时器输出第48页/共61页第四十九页，共62页。转换结束信号转换结束信号转换结束信号转换结束信号(xnho)(xnho)的处理的处理的处理的处理v不同的处理方式对应程序设计方法(fngf)不同v 查询方式把结束信号作为状态信号v 中断方式把结束信号作为中断请求信号v 延时方式不使用转换结束信号v DMA方式把结束信号作为DMA请求信号第49页/共61页第五十页，共62页。ADC芯片芯片(xn pin)的应用的应用n n（1）ADC0809与CPU的直接连接 n n（2）统通过并口与ADC0809的连接 n n（3）按中断方式采样A/D转换(zhunhun)数据 第50页/共61页第五十一页，共62页。连接连接连接连接(linji)(linji)图如下所图如下所图如下所图如下所示：示：示：示：第51页/共61页第五十二页，共62页。程序程序程序程序(chngx)(chngx)如如如如下：下：下：下：MOV AL，07HOUT 1FH，ALCALL DELAY100IN AL，1FHHLT第52页/共61页第五十三页，共62页。系统系统系统系统(xtng)(xtng)(xtng)(xtng)通过并口与通过并口与通过并口与通过并口与ADC0809ADC0809ADC0809ADC0809的连接的连接的连接的连接 n n系统可对系统可对8 8路模拟量分时进行数据采集，转换路模拟量分时进行数据采集，转换(zhunhun)(zhunhun)结果采用查结果采用查询方式传送，除了一个传送转换询方式传送，除了一个传送转换(zhunhun)(zhunhun)结果的输入端口外，还结果的输入端口外，还需要传送需要传送8 8个模拟量的选择信号和个模拟量的选择信号和A/DA/D转换转换(zhunhun)(zhunhun)的状态信息。的状态信息。因此，可以采用因此，可以采用82558255作为作为ADC0809ADC0809和和CPUCPU的连接接口，将的连接接口，将A A口设为方式口设为方式0 0的输入方式，的输入方式，B B口的口的PB5PB7PB5PB7输出选择输出选择8 8路模拟量的地址选通信号，路模拟量的地址选通信号，PC7PC7输出输出ADC0809ADC0809的控制信号，的控制信号，PB0PB0作为启动信号。作为启动信号。第53页/共61页第五十四页，共62页。硬件连接硬件连接硬件连接硬件连接(linji)(linji)(linji)(linji)如下如下如下如下图所示图所示图所示图所示 第54页/共61页第五十五页，共62页。由于由于(yuy)ADC0809(yuy)ADC0809需要脉冲启动，所以通过软需要脉冲启动，所以通过软件编程让件编程让PB0PB0输出一个正脉冲。输出一个正脉冲。EOCEOC信号直接接信号直接接PC7PC7。8 8位数据通过读位数据通过读82558255芯片芯片A A口。现假设口。现假设82558255的的A A口、口、B B口、口、C C口及控制口地址分别为口及控制口地址分别为1CH1CH、1DH1DH、1EH1EH和和1FH1FH，A/DA/D转换结果的存储区首地址设为转换结果的存储区首地址设为40H40H，采样顺序从，采样顺序从IN0IN0到到IN7IN7。译码器输出。译码器输出Y0Y0选通选通82558255，Y1Y1输出选通输出选通ADC0809ADC0809，ADC0809ADC0809的输出为的输出为3FH3FH。第55页/共61页第五十六页，共62页。程序程序(chngx)如如下：下：MOV DX，1FH；8255初始化 MOV AL，99H OUT DX，AL MOV SI，40H；数 据 存 储(cn ch)地址 MOV CX，08H MOV BH，00HLOOP1：MOV BH，08H MOV AL，01H MOV DX，1DH；启动0809，送脉冲 OUT DX，AL MOVAL，00H OUTDX，ALLOOP2：INAL，DX TESTAL，1EH；查寻EOC信号 JZLOOP2 MOVDX，1CH；取数据 MOVAL，DX MOVSI，AL INCSI；存储单元加1 INC BH；循环(xnhun)寄存器加1 LOOPLOOP1；转换没有结束循环(xnhun)第56页/共61页第五十七页，共62页。按中断按中断按中断按中断(zhngdun)(zhngdun)(zhngdun)(zhngdun)方式采样方式采样方式采样方式采样A/DA/DA/DA/D转换数据转换数据转换数据转换数据 编制程序，按中断方式采样A/D转换数据，结果送内存(ni cn)6000H段，采样点为300个。将A/D转换结果在计算机屏幕上动态显示出来，设置计算机显示方式为640200图形方式。0809片选端口地址为220H227H。第57页/共61页第五十八页，共62页。硬件硬件硬件硬件(yn jin)(yn jin)(yn jin)(yn jin)电路如下电路如下电路如下电路如下图所示图所示图所示图所示 第58页/共61页第五十九页，共62页。分频(fn pn)电路的控制端A接8MHZ脉冲输出，B端接+5V，分频(fn pn)电路Q3（500KHZ）端接A/D转换器的500KHZ。模拟量输入端IN0接2.2K电位器中心抽头，电位器两端分别接+5V和地。0809的CS端接译码电路的200H227H端口地址。0809的EOC端接总线的IRQ2。程序见教材。第59页/共61页第六十页，共62页。本章内容本章内容(nirng)(nirng)到此结束到此结束 谢谢各位谢谢各位!第60页/共61页第六十一页，共62页。感谢您的观看感谢您的观看(gunkn)！第61页/共61页第六十二页，共62页。