第DA及AD转换器学习.pptx
14-1 微机测控输入输出系统数字信号模拟信号现场信号1现场信号2现场信号n微型计算机放大器放大器放大器多路开关低通滤波传感器低通滤波传感器低通滤波传感器A/D转换器采样保持器数字信号受控对象控制信号模拟信号D/A转换器放大驱动电路传感器传感器将各种现场的物理量测量出来并转换成电信号（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ADC所需的量程范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，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A/D转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，并在A/D转换期间保持不变第1页/共61页14-2 典型典型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字量第2页/共61页14-2-1 D/A转换器工作原理转换器工作原理 数字量 按权相加按权相加 模拟量1101B 123122021120 13第3页/共61页D/A转换器的原理图（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D/A转换器的原理图（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D/A转换器的原理图（3）VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vd/2RVREF/（42R）I2Vd/2RVREF/（22R）I3Vd/2RVREF/（12R）第6页/共61页D/A转换器的原理图（4）Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREF第7页/共61页14-2-3 DAC0832及应用及应用 DAC0832是典型的8位电流输出型通用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DAC0832的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入寄存器DGNDDI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER第9页/共61页1.DAC0832的数字接口8位数字输入端DI0DI7（DI0为最低位）输入寄存器（第1级锁存）的控制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（第2级锁存）的控制端XFER*、WR2*第10页/共61页直通锁存器的工作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）LE0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1第11页/共61页DAC0832的工作方式：直通方式LE1LE21输入的数字数据直接进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1第12页/共61页DAC0832的工作方式：单缓冲方式LE11，或者LE21两个寄存器之一始终处于直通状态另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1第13页/共61页DAC0832的工作方式：双缓冲方式两个寄存器都处于受控（缓冲）状态能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据LE2LE1DAC0832输入寄存器DI0DI7D/A转换器DAC寄存器Iout1第14页/共61页2.DAC0832的模拟输出Iout1、Iout2电流输出端Rfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内）VREF参考电压输入端10V10VAGND模拟信号地VCC电源电压输入端5V15VDGND数字信号地第15页/共61页单极性电压输出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF第16页/共61页单极性电压输出：例子设 VREF5VDFFH255时，最大输出电压：Vmax（255/256）5V4.98VD00H时，最小输出电压：Vmin（0/256）5V0VD01H时，一个最低有效位（LSB）电压：VLSB（1/256）5V0.02VVout（D/2n）VREF第17页/共61页双极性电压输出：电路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20第18页/共61页双极性电压输出：公式取 R2R32R1得 Vout2（2Vout1VREF）因 Vout1（D/28）VREF故 Vout2（D27）/27）VREF第19页/共61页双极性电压输出：例子设 VREF5VDFFH255时，最大输出电压：Vmax（255128）/1285V4.96VD00H时，最小输出电压：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3.输出精度的调整RfbIout2Iout1Vout+_AGND调零电位器调满刻度电位器电源 5VADI10K1M1KVREF第21页/共61页4.地线的连接DGNDAGND模拟电路数字电路ADCDAC模拟电路数字电路模拟地模拟地数字地数字地公共接地点公共接地点第22页/共61页12.2.3 DAC芯片与主机的连接DAC芯片相当于一个“输出设备”，至少需要一级锁存器作为接口电路考虑到有些DAC芯片的数据位数大于主机数据总线宽度，所以分成两种情况：1.主机位数等于或大于DAC芯片位数2.主机位数小于DAC芯片位数第23页/共61页1.主机位数大于或等于DAC芯片的连接mov al,bufmov dx,portdout dx,al译码ABD0D7CLKDACVout+_ALS273 IOW第24页/共61页DAC0832单缓冲方式 WR1 CS IOW 5V+5VRfbIout2Iout1 WR2XFERDGNDAGNDD0D7DI0D17VccILEVREFVout+_A译码AB第25页/共61页2.主机位数小于DAC芯片的连接数字数据需要多次输出接口电路也需要多个（级）锁存器保存多次输出的数据并需要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页两级锁存电路模拟输出12位DAC第2级12位锁存控制第1级低8位锁存控制第1级高4位锁存控制D0D74位锁存器4位锁存器8位锁存器8位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页简化的两级锁存电路模拟输出12位DAC第2级12位锁存控制第1级低8位锁存控制D0D74位锁存器8位锁存器8位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12.2.4 DAC芯片的应用mov dx,portdmov al,0repeat:out dx,alinc aljmp repeat第29页/共61页输出正向锯齿波2次数据输出的时间间隔02LSB1LSB255LSB254LSB锯齿波周期第30页/共61页14-3 典型典型A/D转换器芯片转换器芯片 模拟量数字量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADC第31页/共61页14-3-1 A/D转换器工作原理转换器工作原理 存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合4种常用的转换技术计数器式逐次逼近式双积分式并行式第32页/共61页1.计数器式以最低位为增减量单位的逐步计数法时钟复位数字输出比较器模拟输入计数器D/A转换器转换结束第33页/共61页2.逐次逼近式从最高位开始的逐位试探法时钟复位数字输出转换结束比较器模拟输入寄存器D/A转换器第34页/共61页3.双积分式两个积分阶段实质是电压/时间变换IREFIinVinVREF积分器比较器V/IV/I时钟启动计数计数器数字输出T2T1Vc固定斜率时间可变固定时间斜率可变转换结束第35页/共61页4.并行式速度快成本高直接比较法编码电路VinVREF数字输出比较器RRRRRRR/2R/2第36页/共61页14-3-3 A/D转换器件转换器件ADC0809 具有A/D转换的基本功能vCMOS工艺制作v8位逐次逼近式ADCv转换时间为100 s包含扩展部件多路开关三态锁存缓冲器第37页/共61页ADC0809的内部结构图ADC0809地址锁存和译码OE通道选择开关ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位三态锁存缓冲器DACVcc比较器CLOCKSTARTGNDVREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近寄存器SAR定时和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC第38页/共61页1.ADC0809的模拟输入提供一个8通道的多路开关和寻址逻辑IN0IN7：8个模拟电压输入端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转换第39页/共61页2.ADC0809的转换时序D0D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100 s2 s+8T(最大)200ns(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3.ADC0809的数字输出ADC0809内部锁存转换后的数字量具有三态数字量输出端D0D7配合输出允许信号OEo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4.ADC0809的转换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页单极性转换示例基准电压VREF(+)5V，VREF()0V输入模拟电压Vin1.5VN（1.50）（50）25676.8774DH第43页/共61页双极性转换示例基准电压VREF(+)5V，VREF()5V输入模拟电压Vin1.5VN（1.55）（55）25689.6905AH第44页/共61页5.ADC0809与微机接口与微机接口 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第45页/共61页数据输出线的连接与主机的连接可分成两种方式q直接相连：用于输出带有三态锁存器的ADC芯片q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第46页/共61页A/D转换的启动（1）启动信号一般有两种形式q脉冲信号启动转换q电平信号启动转换转换启动转换启动转换启动转换启动转换结束转换结束转换结束转换结束第47页/共61页A/D转换的启动（2）主机产生启动信号有两种方法q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q定时启动启动信号来自定时器输出第48页/共61页转换结束信号的处理v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 延时方式不使用转换结束信号 DMA方式把结束信号作为DMA请求信号第49页/共61页ADC芯片的应用（1）ADC0809与CPU的直接连接（2）统通过并口与ADC0809的连接（3）按中断方式采样A/D转换数据 第50页/共61页连接图如下所示：第51页/共61页程序如下：MOV AL，07HOUT 1FH，ALCALL DELAY100IN AL，1FHHLT第52页/共61页系统通过并口与系统通过并口与ADC0809的连接的连接 系统可对8路模拟量分时进行数据采集，转换结果采用查询方式传送，除了一个传送转换结果的输入端口外，还需要传送8个模拟量的选择信号和A/D转换的状态信息。因此，可以采用8255作为ADC0809和CPU的连接接口，将A口设为方式0的输入方式，B口的PB5PB7输出选择8路模拟量的地址选通信号，PC7输出ADC0809的控制信号，PB0作为启动信号。第53页/共61页硬件连接如下图所示硬件连接如下图所示 第54页/共61页 由于ADC0809需要脉冲启动，所以通过软件编程让PB0输出一个正脉冲。EOC信号直接接PC7。8位数据通过读8255芯片A口。现假设8255的A口、B口、C口及控制口地址分别为1CH、1DH、1EH和1FH，A/D转换结果的存储区首地址设为40H，采样顺序从IN0到IN7。译码器输出Y0选通8255，Y1输出选通ADC0809，ADC0809的输出为3FH。第55页/共61页程序如下：MOV DX，1FH；8255初始化初始化 MOV AL，99H OUT DX，AL MOV SI，40H；数据存储地址；数据存储地址 MOV CX，08H MOV BH，00HLOOP1：MOV BH，08H MOV AL，01H MOV DX，1DH；启动；启动0809，送脉冲，送脉冲 OUT DX，AL MOVAL，00H OUTDX，ALLOOP2：INAL，DX TESTAL，1EH；查寻；查寻EOC信号信号 JZLOOP2 MOVDX，1CH；取数据；取数据 MOVAL，DX MOVSI，AL INCSI；存储单元加；存储单元加1 INC BH；循循环环寄寄存存器器加加1 LOOPLOOP1；转转换换没没有有结结束束循环循环第56页/共61页按中断方式采样按中断方式采样A/D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页硬件电路如下图所示硬件电路如下图所示 第58页/共61页 分频电路的控制端A接8MHZ脉冲输出，B端接+5V，分频电路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 本章内容到此结束本章内容到此结束 谢谢各位谢谢各位 !第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页
