微机原理与接口技术课件：09数模转换器da.ppt

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1、微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 09 DAC0832数模转换主要内容主要内容 1 0832数模转换数模转换 2 0832外部引脚外部引脚 3 0832内部结构内部结构 4 0832的应用的应用微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.1 数模转换数模转换 （1）D/A转换器的作用是将数字信号转换成模转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。拟的电信号。（2）D/A转换即数转换即数/模转换，是将数字量转换模转换，是将数字量转换成与其成比例的模拟量。成与其成比例的模拟量。（3）D/A

2、转换器的核心电路是解码网络，解码转换器的核心电路是解码网络，解码网络主要形式有两种：一种是权电阻解码网络，网络主要形式有两种：一种是权电阻解码网络，另一种是另一种是T型型(梯型梯型)电阻网络。电阻网络。微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.2 微机控制系统微机控制系统 （1）传感器：温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。传感器：温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把物理量转换成电量的器件称为传

3、感器。目前有温度、压力、位种把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。移、速度、流量等多种传感器。（2）A/D转换转换 （3）D/A转换转换微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.3 数模转换器基本构成数模转换器基本构成 （1）模拟开关）模拟开关 （2）电阻网络（）电阻网络（权电阻网络、权电阻网络、R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络）（3）运算放大器）运算放大器VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达

4、人03:39 1 0832数模转换1.4 基本变换原理基本变换原理 （1）若运放的放大倍数足够大时，输出电压）若运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压与输入电压Vin的关系为：的关系为：VinRf VOR 微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.4 基本变换原理基本变换原理 （2）若输入端有）若输入端有n个支路个支路,则输出电压则输出电压VO与输入与输入电压电压Vin的关系为：的关系为：VinRf VOR1Rn微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.4 基

5、本变换原理基本变换原理 （3）若令每个支路的输入电阻为）若令每个支路的输入电阻为2iRf,并令并令Vin为为一基准电压一基准电压Vref，则有：，则有：微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.4 基本变换原理基本变换原理 （4）如果每个支路由一个开关）如果每个支路由一个开关Si控制，控制，Si=1表示表示Si合上，合上，Si=0表示表示Si断开，则上式变换为：断开，则上式变换为：若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达

6、人03:39 1 0832数模转换1.5 权电阻网络权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8上式中上式中n=8微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.5 权电阻网络权电阻网络 （1）如果用）如果用8位二进制代码来控制图中的位二进制代码来控制图中的S1S8（Di=1时时Si闭合；闭合；Di=0时时Si断开），则不同的断开），则不同的二进制代码就对应不同输出电压二进制代码就对应不同输出电压VO；（2）当代码在）当代码在0FFH之间变化时，之间变化时，VO相应地在相应地

7、在0-(255/256)Vref之间变化；之间变化；（3）为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际）为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的的D/A转换器采用转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻两种阻值的电阻(R和和2R)。微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.6 D/A变换器的工作原理变换器的工作原理 （1）在集成电路中，通常采用）在集成电路中，通常采用T型解码网络型解码网络实现实现数字量往模拟量的转换，再利用数字量往模拟量的转换，再利用运算放大器运算放大器完成完成模拟电流变为模拟电压的转换

8、。模拟电流变为模拟电压的转换。（2）D/A转换器的功能是把二进制数字量电信号转换器的功能是把二进制数字量电信号转换为与其数值成正比的模拟量电信号。在转换为与其数值成正比的模拟量电信号。在D/A参数中一个最重要的参数就是分辨率，它是指输参数中一个最重要的参数就是分辨率，它是指输人数字量发生单位数码变化时，所对应输出模拟人数字量发生单位数码变化时，所对应输出模拟量量(电压或电流电压或电流)的变化量。的变化量。（3）DAC0832采用先进的采用先进的CMOS/SiCr工艺，工艺，为为8位的位的D/A转换器。其内部具有双输入数据缓转换器。其内部具有双输入数据缓冲器和一个冲器和一个R-2RT型电阻网络型

9、电阻网络，原理图如下：，原理图如下：微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.7 R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络R Rf fViVoVrefn-1n-12 21 10 02R2R2R2R2R2R2R2RR RR RR RVn-1V2V1V02R2R+-.倒向左边：支路中电阻接地，即该位为倒向左边：支路中电阻接地，即该位为0；倒向右边：支路接入加法电路的相加点倒向右边：支路接入加法电路的相加点Vi，即该位为，即该位为1。依次计算支路依次计算支路电流电流I0至至I7微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达

10、人03:39 1 0832数模转换1.8 主要技术指标主要技术指标 （1）分辨率分辨率 输入的二进制数每输入的二进制数每1个最低有效位个最低有效位(LSB)使输出变化的使输出变化的程度。程度。可用输入数字量的位数来表示，如可用输入数字量的位数来表示，如8位、位、10位等；也可位等；也可用一个用一个LSB使输出变化的程度来表示。使输出变化的程度来表示。例：一个满量程为例：一个满量程为5V的的10位位D/A变换器，变换器，1 LSB的变的变化将使输出变化化将使输出变化 5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV （LSB-Least Significant Bit）微机原理

11、与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.8 主要技术指标主要技术指标 （2）转换精度转换精度 实际输出值与理论值之间的最大偏差实际输出值与理论值之间的最大偏差 可用最小量化阶可用最小量化阶来度量：来度量：=1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量：也可用满量程的百分比来度量：如如0.05%FSR（FSR-Full Scale Range）微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1 0832数模转换1.8 主要技术指标主要技术指标 （3）建立时间）建立时间 从开始转换到与满量程值相差从开始转换到

12、与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所对应的模拟量所需要的时间所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832外部引脚2.1 0832主要特性主要特性 DAC0832是采用是采用CMOS工艺制造的工艺制造的8位电流输位电流输出型出型D/A转换器。转换器。（1）分辨率分辨率8位位 （2）建立时间为建立时间为1 s （3）功耗）功耗20mW （4）数字输入电平为）数字输入电平为TTL电平电平 （5）差动输出）差动输出微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0

13、832外部引脚2.2 0832外部引脚外部引脚微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832外部引脚2.3 0832引脚信号引脚信号 （1）输入寄存器控制信号）输入寄存器控制信号 D7D0：输入数据线：输入数据线 ILE：输入锁存允许：输入锁存允许 CS：片选信号：片选信号 WR1：写输入锁存器：写输入锁存器 （2）用于）用于DAC寄存器的控制信号寄存器的控制信号 WR2：写：写DAC寄存器寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器寄存器微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达

14、人03:39 2 0832外部引脚2.2 0832引脚信号引脚信号 （3）与外设相连信号）与外设相连信号 VREF：参考电压输入。：参考电压输入。-10V+10V，一般为，一般为+5V或或+10V IOUT1：模拟电流输出，接运放反相端。：模拟电流输出，接运放反相端。IOUT2：模拟电流输出，：模拟电流输出，D/A转换差动电流输出。转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入用于连接运算放大器的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出：内部反馈电阻引脚，接运放输出 VCC：数字电路供电电压：数字电路供电电压 AGND、DGND：模拟地和数字地：模拟地和数字地 微机原理与接口技术微机原理与接口技

15、术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.1 0832内部结构内部结构微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.2 0832内部组成内部组成 （1）8位输入寄存器位输入寄存器 （2）8位位DAC寄存器寄存器 （3）8位位D/A转换器转换器 （4）控制电路）控制电路微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.3 0832工作时序工作时序写输入写输入寄存器寄存器写写DAC寄存器寄存器微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人

16、立己达人03:39 3 0832内部结构3.4 0832工作模式工作模式 （1）单缓冲模式单缓冲模式：只用一级输入锁存，另一：只用一级输入锁存，另一 级始终直通级始终直通 1）使输入锁存器或）使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即寄存器二者之一处于直通，即芯片只占用一个端口地址。芯片只占用一个端口地址。2）CPU只需一次写入即开始转换。只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为：写入数据的程序为：MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.4 0832工作模式工

17、作模式 单缓冲模式连接图示单缓冲模式连接图示微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.4 0832工作模式工作模式 （2）双缓冲模式双缓冲模式（标准模式标准模式）：两级输入锁存）：两级输入锁存 1）对输入寄存器和）对输入寄存器和DAC寄存器均需控制；寄存器均需控制；2）当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入寄存）当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入寄存器中；再在器中；再在DAC寄存器控制信号有效时，数据才写入寄存器控制信号有效时，数据才写入DAC寄存器，并启动变换；寄存器，并启动变换；3）此时芯片占用两个端口地址；）此时芯片

18、占用两个端口地址；优点：数据接收与优点：数据接收与D/A转换可异步进行，可实现多个转换可异步进行，可实现多个DAC同步转换输出，分时写入、同步转换。同步转换输出，分时写入、同步转换。微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.4 0832工作模式工作模式 双缓冲模式连接图示双缓冲模式连接图示微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内部结构3.4 0832工作模式工作模式 双缓冲模式同步转换实例图双缓冲模式同步转换实例图微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人

19、立己达人03:39 3 0832内部结构3.4 0832工作模式工作模式 （2）双缓冲模式双缓冲模式（标准模式标准模式）：两级输入锁存）：两级输入锁存 4）双缓冲模式的数据写入程序）双缓冲模式的数据写入程序 MOV AL，data MOV DX，port1 ;0832-1的输入寄存器地址的输入寄存器地址 OUT DX，AL MOV DX，port2 ;0832-2的输入寄存器地址的输入寄存器地址 OUT DX，AL MOV DX，port3 ;DAC寄存器地址寄存器地址 OUT DX，AL HLT 微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 3 0832内

20、部结构3.4 0832工作模式工作模式 （3）无缓冲模式无缓冲模式：没有输入锁存：没有输入锁存 1）使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始）使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。终跟随输入变化。2）不能直接与数据总线连接，需外加并行接口（如）不能直接与数据总线连接，需外加并行接口（如74LS373、8255等）。等）。微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 4 0832的应用-闭环控制1.1 模拟量模拟量I/O接口作用接口作用 （1）实际工业生产环境）实际工业生产环境连续变化的模拟量连续变化的模拟量 例如：电例如：电压、电流

21、、压力、温度、位移、流量压、电流、压力、温度、位移、流量 （2）计算机内部）计算机内部离散的数字量离散的数字量 二进制数、十进制数二进制数、十进制数（3）工业生产过程的闭环控制）工业生产过程的闭环控制模拟量模拟量D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量模拟量输入模拟量输入(数据采集数据采集)模拟量输出模拟量输出(过程控制过程控制)计算机计算机微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1.2 闭环控制示意图闭环控制示意图控控控控制制制制对对对对象象象象传感器传感器传感器传感器执行执行执行执行部件部件部件部件功放功放功放功

22、放A/DA/DD/AD/A微微微微型型型型计计计计算算算算机机机机运放运放运放运放模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量模拟量数字量数字量数字量数字量数字量数字量数字量数字量微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 模拟接口电路的任务模拟接口电路的任务模拟电路的任务模拟电路的任务0010110110101100工工业业生生产产过过程程传传感感器器放大放大滤波滤波多路转换多路转换&采样保持采样保持A/D转换转换放大放大驱动驱动D/A转换转换输出输出接口接口微微型型计计算算机机执行执行机构机构输入输入接口接口物理量物理量变换变换信号信号处理处理信号信号变

23、换变换I/O接口接口输入通道输入通道输出通道输出通道微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1.3 输入通道组成输入通道组成 （1）传感器（）传感器（Transducer）：非电量）：非电量电压、电流电压、电流 （2）变送器（）变送器（Transformer）：转换成标准的电信号）：转换成标准的电信号 （3）信号处理（）信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波放大、整形、滤波 （4）多路转换开关（）多路转换开关（Multiplexer）：多选一）：多选一 （5）采样保持电路（）采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证

24、变换时信号恒定不变保证变换时信号恒定不变 （6）A/D变换器（变换器（A/D Converter）模拟量转换为数字量模拟量转换为数字量微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 1.4 输出通道组成输出通道组成 （1）D/A变换器（变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量数字量转换为模拟量 （2）低通滤波）低通滤波 平滑输出波形平滑输出波形 （3）放大驱动）放大驱动 提供足够的驱动电压，电流提供足够的驱动电压，电流微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 4 0832的应用-编程 下面是以如下电路图所示

25、下面是以如下电路图所示DAC0832单缓冲方式为基础来单缓冲方式为基础来说明几种典型应用。设说明几种典型应用。设DAC0832的片选接至译码处地的片选接至译码处地址为址为208H20FH。微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 4 0832编程应用4.1 锯齿波锯齿波 （1）控制程序如下：）控制程序如下：START:MOV AL,0 ;数字量初始值数字量初始值 MOV DX,208H ;DAC0832地址地址 EE:OUT DX,AL CALL DELAY ;若加延时，可改变锯齿波的斜率若加延时，可改变锯齿波的斜率 INC AL ;数字量加数字量加1

26、JMP EE ;循环循环微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.1 锯齿波锯齿波 （2）波形图如下：）波形图如下：微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.2 三角波三角波 （1）控制程序如下：）控制程序如下：START:MOV AL,0 ;数字量初始值数字量初始值 MOV DX,208H ;DAC0832地址地址 EE:OUT DX，AL ;转换转换,产生三角波产生三角波 ADD AL，01H ;数字量加数字量加1 CMP AL，0FFH ;比较是否是比较是否是F

27、FH,JNE EE ;不为不为FFH转转BB FF:OUT DX，AL ;为为FFH转换转换 SUB AL，01H ;数字量减数字量减1 CMP AL，00H ;比较是否是比较是否是00H,JNE FF ;不为不为00H转转FF JMP START ;循环循环微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.2 三角波三角波 （2）波形图如下：）波形图如下：微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.3 方波方波 （1）控制程序如下：）控制程序如下：START:MOV AL,0

28、 ;最小数字量最小数字量 MOV DX,208H ;DAC0832地址地址 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时子程序，时间的长短根据需要确定调延时子程序，时间的长短根据需要确定 MOV AL,0FFH ;最大数字量最大数字量 MOV DX,208H ;DAC0832地址地址 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时子程序，时间的长短调延时子程序，时间的长短 JMP START ;循环循环微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.3 方波方波 （2）波形图如下：）波形图如下：（a）方波波形图）方波波形图（b

29、）矩形波波形图）矩形波波形图输出的延时时间的长短不同输出的延时时间的长短不同输出的延时时间的长短相同输出的延时时间的长短相同微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.4 梯形波梯形波 （1）控制程序如下：）控制程序如下：START:MOV AL,0 ;最小数字量最小数字量 MOV DX,208H ;DAC0832地址地址 OUT DX,AL L0:CALL DELAY ;调延时子程序，时间的长短根据需要确定调延时子程序，时间的长短根据需要确定 L1:INC AL OUT DX,AL CMP AL,0FFH JNZ L1 CALL DELAY L2:DEC AL OUT DX,AL CMP AL,00H JNZ L2 JMP L0微机原理与接口技术微机原理与接口技术勤读力耕勤读力耕 立己达人立己达人03:39 2 0832编程应用4.4 梯形波梯形波 （2）波形图如下：）波形图如下：