第11章模数和数模转换精选文档.ppt

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1、第11章模数和数模转换本讲稿第一页，共五十六页第十一章第十一章 模数和数模转换模数和数模转换11.1 概述概述问题的提出：问题的提出：n模拟量模拟量:自然界连续变化的物理量。所谓连续，包括两方面的含义：自然界连续变化的物理量。所谓连续，包括两方面的含义：n一方面从时间上来说，它是随时间连续变化的；一方面从时间上来说，它是随时间连续变化的；n另一方面从数值上来说，它的数值也是连续变化的。这种连续变化的物理量另一方面从数值上来说，它的数值也是连续变化的。这种连续变化的物理量通常称为模拟量。通常称为模拟量。n数字量：计算机内部处理的是不连续变化的量数字量：计算机内部处理的是不连续变化的量当计算机用于

2、数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行A/D转换为不连续的数字量交给转换为不连续的数字量交给计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要通过计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要通过D/A转换为模拟量转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/D转换器完成模拟

3、量转换器完成模拟量数定数定量的转换，量的转换，D/A转换器完成数字量转换器完成数字量模拟量的转换。模拟量的转换。本讲稿第二页，共五十六页11.1.1 计算机控制系统控制对象传感器放大滤波传感器放大滤波多路开关MUX采样保持器S/HA/D转换器I/O接口D/A转换器执行部件I/O接口计算机多路开关MUX 本讲稿第三页，共五十六页n传感器：是把非电量的模拟量（如温度、压力、流量等）转换成电压或电流信号n量程放大器：把微弱的传感器信号（通常为毫伏或微伏级）放大到A/D转换器所需的量程范围。n低通滤波器：用来降低噪声，滤去不必要的干扰，以增加信噪比。n多路开关：可以使多个模拟信号共用一个A/D转换器。

4、n采样-保持电路：（Sample/hold circuit）把转换的信号采样后还保持一段时间，以便给A/D转换器转换。本讲稿第四页，共五十六页11.1.2 采样、量化和编码1.采样n采样就是按相等的时间间隔t从电压信号上截取一个个离散的电压瞬时值。n采样定理：为了能从采样后的信号能够无失真的恢复原信号，必须满足两个条件：被采样的模拟信号必须是频带受限的，即它有频率上限值fm；采样频率fs 2fm。在实际应用中常取fs=(34)fm本讲稿第五页，共五十六页2.量化n对05V（或010V）电压进行2n等分（n8、10、12、16），形成2n个区间n采样后的模拟电压落在哪个区间，就以该区间的下限值表

5、示该电压值本讲稿第六页，共五十六页量化的实例本讲稿第七页，共五十六页3.编码n自然二进制编码：0电压用数字量全0表示；满量程（FSR）电压用数字量全1表示（实际上全1并不等于满量程电压）。n双极性二进制编码：负满量程电压用全0表示，正满量程电压用全1表示（实际上全1也不等于正满量程电压）。本讲稿第八页，共五十六页自然二进制编码(n=4)输入模拟量输入模拟量输出数码输出数码对应电压对应电压FSR(满量程满量程)=+5VFSR(满量程满量程)=+10V000000.00000.0001/16 FSR(满量程满量程)00010.31250.6252/16 FSR00100.62501.2503/16

6、 FSR00110.93751.8754/16 FSR01001.25002.5005/16 FSR01011.56253.1256/16 FSR01101.87503.7507/16 FSR01112.18754.3758/16 FSR10002.50005.0009/16 FSR10012.81255.62510/16 FSR10103.12506.25011/16 FSR10113.43756.87512/16 FSR11003.75007.50013/16 FSR11014.06258.12514/16 FSR11104.37508.75015/16 FSR11114.68759.37

7、5本讲稿第九页，共五十六页双极性二进制编码(n=4)输入模拟量输入模拟量输出数码输出数码对应电压对应电压FSR=5V+7/8FSR(满量程满量程)1111+4.375+6/8 FSR1110+3.750+5/8 FSR1101+3.125+4/8 FSR1100+2.500+3/8 FSR1011+1.875+2/8 FSR1010+1.250+1/8 FSR1001+0.625010000.000-1/8 FSR0111-0.625-2/8 FSR0110-1.250-3/8 FSR0101-1.875-4/8 FSR0100-2.500-5/8 FSR0011-3.125-6/8 FSR0

8、010-3.750-7/8 FSR0001-4.375-8/8 FSR0000-5.000本讲稿第十页，共五十六页11.2 DA转换器本讲稿第十一页，共五十六页n1权电阻式D/A转换器n2T型电阻网络式D/A转换器基准电压模拟转换基准电压运算放大器电流Ii模拟电压数字开关控制数字接口数字量输入图图11-2 D/A转换器的基本部件转换器的基本部件本讲稿第十二页，共五十六页1权电阻式D/A转换器I0 D0 2n-1RI1 D1 2n-2RI2 D2 2n-3RIn-1 Dn-1 2RRfVrefV0_ A+图图11-3 权电阻权电阻D/A转换原理转换原理本讲稿第十三页，共五十六页2T型电阻网络式D

9、/A转换器B0 B1 B2 B3A0 A1 A2 A3D0 D1 D2 D3I0 I1 I2 I32R 2R 2R 2R2R R R R0 1 2 3RfV0_+AVref图图11-4 T型电阻网络式型电阻网络式D/A转换器转换器本讲稿第十四页，共五十六页DA转换器的性能指标本讲稿第十五页，共五十六页本讲稿第十六页，共五十六页11.2.3 典型的DA转换器nAD7524nDAC0832nDAC1210本讲稿第十七页，共五十六页AD7524数据总线地址总线本讲稿第十八页，共五十六页利用AD7524产生锯齿波、三角波、方波和正弦波n编程实现输出0.5V到2.5V的三角波n如何输出方波？n如何输出正

10、弦波？本讲稿第十九页，共五十六页锯齿波的生成（P389）编程实现输出从编程实现输出从0到到4.98V线形增长的周期性锯齿波线形增长的周期性锯齿波Start:mov al,0ffh;初值Again:inc al;out 80h,al;进行DA转换call delay;延时jmp again本讲稿第二十页，共五十六页三角波的生成本讲稿第二十一页，共五十六页Begin:mov al,1ah;下限值Up:out 80h,al;DA转换inc alcmp al,81h;同上限值比较jnz updec alDown:out 80h,aldec alCmp al,19hJnz downJmp begin本讲

11、稿第二十二页，共五十六页2.DAC0832n主要参数n引脚图n工作方式本讲稿第二十三页，共五十六页DAC0832主要参数DAC0832采用了二次缓冲输入数据方式（输入寄存器及DAC寄存器）。可以在输出的同时采集下一个数字量，以提高转换速度。能够用于需要同时输出多个参数的模拟量系统。n分辨率：8位n转换时间：1usn满量程误差：1LSBn参考电压：10Vn单电源：+5V+15V本讲稿第二十四页，共五十六页CSWR1ILEDI7DI0LE1LE2IOUT2VREFIOUT1Rfb模拟地DGNDAGNDVCC数字地8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A转换器图图11-10 DAC0832逻辑结构框

12、图逻辑结构框图WR2XFERDAC0832逻辑结构框图逻辑结构框图本讲稿第二十五页，共五十六页DAC0832引脚图引脚名称信号名称DI7DI0数据输入线IOUT1 IOUT2互补电流输出端AGND DGND模拟地 数字地ILE输入锁存使能RFB片内反馈电阻VCC工作电压VREF参考电压CSWR1 WR2XFER片选写输入命令传输控制信号本讲稿第二十六页，共五十六页DAC0832工作方式（1）直通方式。当CS、WR1、WR2、XFER都接数字地，ILE接高电平时，使得输入寄存器和DAC寄存器均处于直通状态，8位数字一旦到达DI7-DI0输入端，就立即加到8位D/A转换器，被转换成模拟量。（2）单

13、缓冲方式。此方式是使两个寄存器中任一个处于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态（3）双缓冲方式。双缓冲方式的一大用途是数据接收和启动转换可以异步进行，即在对某数据转换的同时，能进行下一数据的接收，以提高转换速率 本讲稿第二十七页，共五十六页DAC0832工作方式工作方式ILECSWR1WR2XFER直通方式高电平接地接地接地接地单缓冲方式高电平地址译码信号IOW信号接地接地双缓冲方式(单DAC系统)高电平地址译码信号1CPU的IOW信号地址译码信号2双缓冲方式(多路DAC系统)高电平每个DAC的CS各接一个地址译码信号CPU的IOW信号所有的XFER信号连在一起本讲稿第二十八页，共五十六页双缓

14、冲方式（单DAC）本讲稿第二十九页，共五十六页12位D/A转换器DAC1210VCCAGNDDGNDRfbVREFIOUT1IOUT2DI11DI4DI3DI0WR1WR2CSXFERLELELEB1/B28位输入寄存器4位输入寄存器12位DAC寄存器12位D/A转换器图11-14 DAC1210逻辑结构框图本讲稿第三十页，共五十六页本讲稿第三十一页，共五十六页11.3 AD转换器nAD转换的基本原理n典型的AD转换器件本讲稿第三十二页，共五十六页11.3.1 AD转换的基本原理存在多种A/D转换技术，各有特点，分别应用于不同的场合有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本讲稿第三

15、十三页，共五十六页11.3.2 典型的AD转换器件n8位 ADC0809n12位 AD574A本讲稿第三十四页，共五十六页1.ADC0809n引脚图n工作过程n多通道数据采集方案本讲稿第三十五页，共五十六页ADC0809引脚引脚名称引脚功能IN7IN08通道模拟量输入端D7D0结果数据输出端START启动转换命令输入端，该引脚加高电平，开始转换EOC转换结束指示引脚，平时为高电平，转换开始及转换过程中为低电平，转换一结束又变回高电平OE输出允许。高电平允许输出数据C、B、A 通道号选择输入端ALE通道号锁存控制端CLK外接时钟REF（+）REF（-）两个参考电压输入端，通常将REF（-）接模拟

16、地，参考电压从REF（+）引入。本讲稿第三十六页，共五十六页ADC0809内部结构图本讲稿第三十七页，共五十六页ADC0809工作过程n选择当前转换的通道n在START和ALE引脚上加一个正脉冲，启动AD转换n转换开始后，EOC变低，转换结束，EOC变高n转换结束后，可通过执行IN指令读取转换后的数字量本讲稿第三十八页，共五十六页用ADC0809设计多通道数据采集系统n设计多通道数据采集系统的注意事项n控制采样率n转换结束的检测n设计通道选择方案n多通道AD转换时，必须等一个通道转换结束后，才能启动另一个通道的转换，不可同时启动AD转换n具体实例本讲稿第三十九页，共五十六页具体实例n需求：在P

17、C/XT机上采用ADC0809设计一块8通道数据采集卡，要求以200Hz的速率对每个通道均采集1024个数据，也就是每隔5ms对各通道轮流采集一个数据，然后将它们存到数据段中以BUFF开始的数据缓冲区中。n方案设计：n采样率的控制n转换结束的检测n通道选择方案n具体实现电路n具体实现代码本讲稿第四十页，共五十六页采样率的控制n通过8253的0通道的输出引脚接到8259A的IR2引脚，在8259A的控制下定时向CPU发出中断请求，在每次中断时进行采样。n在每次中断出现后，在中断服务程序中用OUT指令启动转换，然后查询EOC引脚的状态，当EOC为高时，表示转换结束，这时可用IN指令读入结果。本讲稿

18、第四十一页，共五十六页转换结果的检测nADC0809的EOC引脚通过一个三态门接到数据总线中D7构成一个状态口（地址为308H）。在启动脉冲结束后，先查EOC是否为低电平，若为低表示转换已开始，再查EOC是否为高，若为高，说明转换已结束，用IN指令读取转换的结果。本讲稿第四十二页，共五十六页通道选择方案n地址线的A9A3经I/O地址译码器形成片选信号CS，选中8个I/O地址300H307H。n地址线的A2、A1、A0接到ADC0809的C、B、A引脚，使每个I/O地址对应一个模拟量输入通道。本讲稿第四十三页，共五十六页具体实现电路n参考第406页 图11-22本讲稿第四十四页，共五十六页具体实

19、现代码n设置数据段，开辟缓冲区存放采集后的数据n主程序n设置中断矢量n8259A的初始化n8253的初始化n设置缓冲区首地址SI，存放数据计数器初值BXn开中断n循环等待中断n数据采集结束返回n中断服务子程序本讲稿第四十五页，共五十六页中断服务子程序n设置通道计数初值（总通道数）CXn0通道地址DXn启动AD转换n检测EOC引脚，若为高，表明AD转换还未开始，等待；n检测EOC引脚，若为低，表明AD转换已经开始了，等待转换结束；n检测EOC引脚，若为高，表明AD转换已经结束了，读取AD转换的结果nDXDX+1，指向下一个通道nSISI+1，指向下一个缓冲区nCXCX-1，进行下一个通道的转换n

20、全部通道转换完后，BXBX-1，缓冲区计数器减1n结束中断，中断返回对某一通道进行采集本讲稿第四十六页，共五十六页AD574An该节的内容作为自学内容本讲稿第四十七页，共五十六页思考题n第414页 第3、6、7题本讲稿第四十八页，共五十六页一个计算机探伤系统本讲稿第四十九页，共五十六页多路模拟开关n多路模拟开关用来切换模拟信号。n对于AD通道，需要多路输入、一路输出的模拟开关，保证每次只转换一个通道的模拟信号n对于DA通道，需要一路输入、多路输出的模拟开关，使输出的模拟信号轮流分配到各模拟通道本讲稿第五十页，共五十六页多路模拟开关的例子用于选择通道号本讲稿第五十一页，共五十六页DA转换的基本原

21、理n利用权电阻网络和运算放大器实现本讲稿第五十二页，共五十六页输出电流Io的计算本讲稿第五十三页，共五十六页AD转换举例已知：n=4,VI=3.7V,VR=5V,即把3.7V的电压转化为4位数字量。4个电子砝码与电压的对应关系：电子砝码相应的电压（V）10002.501001.2500100.62500010.3125本讲稿第五十四页，共五十六页AD转换举例4位逐次逼近式AD转换过程（VI=3.7V,VR=5V）：次序试探码DA输出去留本次结果110002.5VVI去1000310103.125VVI留1010410113.4375VVI留1011本讲稿第五十五页，共五十六页13章nP436nP441nP484nP486本讲稿第五十六页，共五十六页