第12章数模和模数转换优秀PPT.ppt

第第12章数模和模数转换章数模和模数转换现在学习的是第1页，共33页12.1 概概 述述 nA/D和D/A转换器的实时控制系统的构成框图 图图12.1 包含包含ADC和和DAC的实时控制系统构成图的实时控制系统构成图 现在学习的是第2页，共33页概概 述述nA/D和D/A转换主要分为以下三类：n数字/电压和电压/数字转换；n电压/频率(脉宽)频率(脉宽)/电压转换；n转角/数字和数字/转角转换。现在学习的是第3页，共33页概概 述述nA/D转换的三个关键过程：n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 n量化 把采样到的模拟信号转换为数字量。n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。现在学习的是第4页，共33页12.2 D/A转换器转换器 n12.2.1 D/A转换器的基本原理转换器的基本原理 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。现在学习的是第5页，共33页D/A转换电路转换电路权电阻网络权电阻网络+_A02 R12 Rn-22 Rn-12 RfRINvoVREFD0D1Dn-1Dn-2LSBMSBI0I1In-2In-1Dn-2Dn-1S0S1Sn-2Sn-1现在学习的是第6页，共33页D/A转换器的基本原理转换器的基本原理DVvRRnREFof12:-=则如果现在学习的是第7页，共33页D/A转换器电路转换器电路T形电阻网络形电阻网络 R R R 2RfR 2R 2R 2R 2R 2RREFV0D1D2D3Dovvi0S1S2S3S+_A现在学习的是第8页，共33页D/A转换器的基本原理转换器的基本原理现在学习的是第9页，共33页12.2.2 D/A转换器的性能指标转换器的性能指标 n1输入数字量 n2单级DAC的输出电压n3DAC的分辩率 n4转换精度n5转换速率 n6建立时间 n7线性误差 现在学习的是第10页，共33页12.2.3 典型的典型的D/A转换器转换器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。现在学习的是第11页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832n1主要特性 n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。n所有通用微外理理器可直接连接。n满足TTL电平规范的逻辑输入n分辩率为8位，满刻度误差，建立时间为1s，功耗20mW。n电流输出型D/A转换器。现在学习的是第12页，共33页2内部结构及引脚功能内部结构及引脚功能n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现在学习的是第13页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832n引脚及功能 (2)DAC0832引脚图图12.4 DAC0832内部结构和外部引脚DAC0832DAC0832I IOUT2OUT2I IOUT1OUT1DIDI7 7(MSB)MSB)DIDI6 6DIDI5 5DIDI4 4XFERXFERWRWR2 2ILEILEV VCCCC20201919171716161414131315151111121218187 78 810109 96 65 53 34 42 21 1DIDI0 0(LSB)LSB)DIDI1 1DIDI2 2R RFBFBD DGNDGNDV VREFREFA AGNDGNDDIDI3 3WRWR1 1CSCS现在学习的是第14页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832DI0 DI7 数据输入线数据输入线 ILE 数据允许锁存数据允许锁存 CS 输入寄存器选择输入寄存器选择 WR1 输入寄存器的写选通输入寄存器的写选通 WR2 DAC寄存器的写选通寄存器的写选通 XREF 数据传送信号数据传送信号 Vref 基准电源输入基准电源输入 Rfb 反信号输入（内有反馈电阻）反信号输入（内有反馈电阻）Iout1、Iout2 电流输出电流输出Vcc、AGND、DGND 电源、地电源、地 现在学习的是第15页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832n3工作方式 三种工作方式n双缓冲方式：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。现在学习的是第16页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832单缓冲方式：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：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。这种方式可用于不采用微机的控制系统中。现在学习的是第17页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832n4D/A转换器的应用转换器的应用nDAC0832的外部连接图 输出DGNDWR2XFERIOUT2IOUT1RFBM/IOCSWR1编译码地址总线数据总线D0D7DAC0832图12.5 DAC0832的外部结构 现在学习的是第18页，共33页典型的典型的D/A转换器转换器DAC0832n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0FFHLOP1:INC ALOUT DX，AL ；往D/A转换器输出数据JMP LOP1 现在学习的是第19页，共33页12.3 A/D转换器转换器 n12.3.1 A/D转换器的基本原理转换器的基本原理 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A/D转换器的原理和应用。现在学习的是第20页，共33页A/D转换器转换器n逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器的转换原理转换器的转换原理 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。现在学习的是第21页，共33页A/D转换器转换器n逐次逼近A/D转换器的原理如图12.6所示（下页）n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的作用下有次序的进行操作。现在学习的是第22页，共33页A/D转换器转换器CLKAViVRD/A输出数据缓冲器SAR图图12.6 12.6 逐次逼近逐次逼近A/D转换器的原理转换器的原理 现在学习的是第23页，共33页A/D转换器转换器n性能指标 n分辨率n精度n转换时间n输入电压范围n输出数据格式n参考电压范围 现在学习的是第24页，共33页14.3.2 典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809 ADC0809 n1.主要特性主要特性n分辨率：8位。n总的不可调误差：1LSB。n转换时间：100s。n单一电源：5V。n模拟电压输入范围：在单电源5V 下，05V；n具有可控的三态输出缓冲器。n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。n使用时不需进行零点和满刻度调节。现在学习的是第25页，共33页典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809ADC0809n2.内部结构与外部引脚 ADC0809是CMOS单片型逐次逼近式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。现在学习的是第26页，共33页ADC0809的的内部结构内部结构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ADDAADDBADDCIN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78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现在学习的是第27页，共33页ADC0809的的外部引脚外部引脚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现在学习的是第28页，共33页典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809ADC0809n3.工作时序和工作过程工作时序和工作过程 图图12.8 12.8 ADC0809ADC0809的工作时序图的工作时序图100 s2s+8T最大200ns最小转换完成启动转换D0D7OEEOCADDB、ADDCSATRT/ALEWR现在学习的是第29页，共33页典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809ADC0809nADC0809的工作过程：n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。现在学习的是第30页，共33页典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809ADC0809n4.A/D转换器同微处理器的时间配合问题转换器同微处理器的时间配合问题 n（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）。n（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）n（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。现在学习的是第31页，共33页典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809ADC0809n5ADC0809与CPU的连接 图图12.9 ADC0809与与CPU的连接的连接 现在学习的是第32页，共33页典型的典型的A/D转换器转换器ADC0809ADC0809n6A/D转换器的应用n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n读取转换结果指令：MOV DX，PORTn IN AL，DX现在学习的是第33页，共33页