(精品)模拟电路与数字电路的转换.ppt
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1、第第 九章九章 A/D与与D/A转换接口转换接口课程名称:微机原理与接口技术课程名称:微机原理与接口技术授课方式授课方式:讲课、实验、提问及作业讲课、实验、提问及作业主讲人:金永贤主讲人:金永贤第九章第九章A/D与与D/A转换器接口转换器接口教学重点n D/A转换器接口电路设计转换器接口电路设计n A/D转换器接口电路设计转换器接口电路设计第九章A/D与与D/A转换器接口转换器接口 微微型型计计算算机机在在实实时时控控制制、在在线线动动态态测测量量和和对对物物理理过过程程进进行行监监控控,以以及及图图像像、语语音音处处理理领领域域的的应应用用中中,都都要要与与一一些些连连续续变变化化的的模模拟
2、拟量量(温温度度、压压力力、流流量量、位位移移、速速度度、光光亮亮度度、声声音音等等模模拟拟量量)打打交交道道,但但数数字字计计算算机机本本身身只只能能识识别别和和处处理理数数字字量量,因因此此,必必须须经经过过转转换换器器,把把模模拟拟量量转转换换成成数数字字量量,或或将将数数字字量量转转换换成成模模拟拟量量,才才能能实实现现CPU与与被被控控对对象象之之间间的的信信息息交交换换。所所以以微微机机在在面面向向自自动动控控制制,自自动动测测最最和和自自动动监监控控系系统统与与各各种种被被控控、被被侧对象发生关系时,就需设置模拟接口侧对象发生关系时,就需设置模拟接口模拟量与数字量n模拟量模拟量连
3、续变化的物理量连续变化的物理量n数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量模拟模拟/数字转换器数字转换器ADCDAC数字数字/模拟转换器模拟转换器模拟输入输出系统示意图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现场的物理量测
4、量出来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)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所需所需的量程范围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,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D/A转换器工作原理DAC数字数字/模拟转换器模拟转换器模拟量模拟量数字量数字量D/A转换的基本原理数字量数字量
5、按权相加按权相加 模拟量模拟量1101B 123122021120 13D/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D/A转换器的原理图(2)Iout2Iout1RfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗阻抗2R运算放大器运算放大器虚地虚地D/A转换器的原理图(3)VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/(82R)I1V
6、c/2RVREF/(42R)I2Vb/2RVREF/(22R)I3Va/2RVREF/(12R)D/A转换器的原理图(4)Iout1I0I1I2I3VREF/2R(1/81/41/21)RfbRVoutIout1RfbVREF(20212223)/24Vout(D/2n)VREFDAC0832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Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1.DAC0832的数字接口n8位数字输入端位数字输入端nDI0DI7(DI0为最低位)为最低位)n输入寄存器(第输
7、入寄存器(第1级锁存)的控制端级锁存)的控制端nILE、CS*、WR1*nDAC寄存器(第寄存器(第2级锁存)的控制端级锁存)的控制端nXFER*、WR2*直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器两级缓冲寄存器都是直通锁存器nLE1,直通(输出等于输入)直通(输出等于输入)nLE0,锁存(输出保持不变)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Iout1DAC0832的工作方式:直通方式nLE1LE21n输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI
8、0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式:单缓冲方式nLE11,或者或者LE21n两个寄存器之一始终处于直通状态两个寄存器之一始终处于直通状态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Iout1DAC0832的工作方式:双缓冲方式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能能够够对对一一个个数数据据进进行行D/A转转换换的的同同时时;输输入入另另一个数据一个数据LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器
9、DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout12.DAC0832的模拟输出nIout1、Iout2电流输出端电流输出端nRfb反馈电阻引出端(电阻在芯片内)反馈电阻引出端(电阻在芯片内)nVREF参考电压输入端参考电压输入端n10V10VnAGND模拟信号地模拟信号地nVCC电源电压输入端电源电压输入端n5V15VnDGND数字信号地数字信号地单极性电压输出VoutIout1Rfb(D/28)VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF9.1 D/A转换器的接口方法 一、一、D/A转换器及其连接特性转换器及其连接特性 1.D/A转换器主要参数转换器主要参数
10、1)分辨率)分辨率 D/A转换器能够的转换二进制位数,位数越多分辨率越高。转换器能够的转换二进制位数,位数越多分辨率越高。2)转换时间)转换时间 数字量输入到完成转换,输出达到最终值并稳定为止。数字量输入到完成转换,输出达到最终值并稳定为止。3)精度)精度 D/A转转换换器器实实际际输输出出电电压压与与理理论论值值之之间间的的误误差差,一一般般采采用用数数字字量量的的最低有效位作为衡量单位,如最低有效位作为衡量单位,如+1/2LSB。4)线性度线性度 理理想想的的D/A转转换换器器是是线线性性的的,实实际际有有误误差差。数数字字量量变变化化时时,D/A转转换器输出的模拟量按比例关系变化程度。换
11、器输出的模拟量按比例关系变化程度。9.1 D/A转换器的接口方法 2.D/A转换器输入转换器输入/输出特性输出特性 1)输入缓冲能力)输入缓冲能力 2)输入数据宽度:)输入数据宽度:8位、位、10位、位、12位位 3)电流型、电压型)电流型、电压型 4)输输入入码码制制:DAC能能接接收收哪哪些些码码制制的的数数字字量量输输入入。单单极极性性输输出出接接收收二进制或二进制或BCD码;双极性输出接收补码。码;双极性输出接收补码。5)单极性还是双极性输出)单极性还是双极性输出二、二、D/A转换器与微处理器接口设计方法转换器与微处理器接口设计方法 1.接口任务接口任务 解决数据缓冲及数据宽度匹配。解
12、决数据缓冲及数据宽度匹配。2.接口形式接口形式 直直接接与与主主机机相相连连;通通过过三三态态门门或或寄寄存存器器与与主主机机相相连连;利利用用可可编编程程并并行接口;通过可编程逻辑器件行接口;通过可编程逻辑器件PAL/GAL、CPLD、EPLD。9.2 D/A转换器的接口电路设计一、片内无三态缓冲器的一、片内无三态缓冲器的8位位D/A转换器接口设计转换器接口设计1.DAC0808构成直流数字电压表。端口地址分配为:数据锁存端构成直流数字电压表。端口地址分配为:数据锁存端口为口为Y1(318H),),比较器结果端口比较器结果端口Y0(319H)。)。2.分析:分析:DAC0808输入无三态锁存
13、器,接口中要加三态锁存器或并输入无三态锁存器,接口中要加三态锁存器或并行接口。数字电压表的实质是将数字量转换成电压和被测电压比较,行接口。数字电压表的实质是将数字量转换成电压和被测电压比较,而得到被测电压的数字量,为此接口电路中要设置一个比较器。而得到被测电压的数字量,为此接口电路中要设置一个比较器。3.设计设计 1)硬件连接。)硬件连接。2)软件编程。)软件编程。直流数字电压表电路工作原理:二进制数经直流数字电压表电路工作原理:二进制数经DAC0808转换为模拟转换为模拟量,该模拟量与被测信号(直流电压)在比较器进行比较,由比较结量,该模拟量与被测信号(直流电压)在比较器进行比较,由比较结果
14、去调整输入果去调整输入DAC0808的数字量。当某一数字量经的数字量。当某一数字量经DAC0808转换转换的模拟量大于被测信号时,认为不合适,就去掉它,即该位置的模拟量大于被测信号时,认为不合适,就去掉它,即该位置0,否则,该位置否则,该位置1,如此逐次比较,直到,如此逐次比较,直到N次为止。此时被保留下来的次为止。此时被保留下来的二进制数就是被测模拟量的数字量。二进制数就是被测模拟量的数字量。9.2 D/A转换器的接口电路设计9.2 D/A转换器的接口电路设计 MOV AX,020H OK:SHR CL,1 MOV ES,AX JNC NEXT MOV BX,00H MOV AL,CH MO
15、V CX,080H MOV ES:BX,ALNEXT:MOV AH,CH HLT MOV AL,AH ADD AL,CL MOV CH,AL MOV DX,318H OUT DX,AL MOV DX,319H IN AL,DX AND AL,01H JZ OK MOV CH,AH9.2 D/A转换器的接口电路设计二、片内有三态缓冲器的二、片内有三态缓冲器的8位位D/A转换器接口设计转换器接口设计1.要要求求:采采用用DAC0832设设计计一一个个能能产产生生任任意意波波形形(如如正正弦弦波波、三三角角波等)的函数波形发生器波等)的函数波形发生器。2.分分析析:DAC0832是是分分辨辨率率为为
16、8位位、芯芯片片内内部部带带有有两两级级缓缓冲冲器器的的D/A转转换换器器。输输入入无无三三态态锁锁存存器器,接接口口中中要要加加三三态态锁锁存存器器或或并并行行接接口口。数数字字电电压压表表的的实实质质是是将将数数字字量量转转换换成成电电压压和和被被测测电电压压比比较较,而而得得到到被测电压的数字量,为此接口电路中要设置一个比较器。被测电压的数字量,为此接口电路中要设置一个比较器。3.设计设计 1)硬硬件件连连接接。采采用用8255A作作为为DAC与与CPU之之间间的的接接口口芯芯片片,A端端口口用来数据输出,用来数据输出,B端口用来输出控制信号。端口用来输出控制信号。2)软件编程。)软件编
17、程。2)片内有输入锁存器(DAC0832与CPU接口)函数波形发生器函数波形发生器:1.硬件设计硬件设计9.2 D/A转换器的接口电路设计8255初始化初始化 DEC ALMOV DX,303H JNZ L2 MOV AL,80H JMP L1OUT DX,ALMOV DX,301HOUT AL,00010000BOUT DX,ALMOV DX,300HMOV AL,0HL1:OUT DX,AL INC AL JNZ L1 MOV AL,0FFHL2:OUT DX,AL9.2 D/A转换器的接口电路设计三三、片片内内无无三三态态缓缓冲冲器器的的12位位D/A转转换换器器接接口口设设计计1.要要
18、求求:对对片片内内无无输输入入缓缓冲冲器器的的12位位D/A转转换换器器设设计计接接口口,要求转换的数据按要求转换的数据按“右对齐右对齐“格式传送。格式传送。2.分分析析:由由于于该该D/A分分辨辨率率为为12位位(数数据据线线有有12条条),而而CPU的字长为的字长为8位,因此需传送两次。位,因此需传送两次。3.设计设计 9.2 D/A转换器的接口电路设计9.2 D/A9.2 D/A转换器的接口电路设计转换器的接口电路设计程序如下:程序如下:Mov dx,318hMov al,datalOut dx.alMov dx,319hMov al,datahOut dx,al9.2 D/A9.2 D
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