《A／D及D／A转换器》PPT课件.ppt

《《A／D及D／A转换器》PPT课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《《A／D及D／A转换器》PPT课件.ppt（52页珍藏版）》请在得力文库 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、 第十章第十章 数数/模、模模、模/数转换接口数转换接口一、问题的提出：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，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为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转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/D转换器完成模拟量数定量的转换，D/A转换器完成数字量模拟量的转换。二、模拟接口 定义：A/D D/A转换器可视作一外部设备 功能：将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变 化的模拟量两者建立适配关系，使CPU能进行 控 制

2、与鉴测 10.1 10.1 数数/模（模（D/AD/A）转换转换 D/A转换器完成数字量 模拟量的转换，这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常普遍。DATAAnalogyD/AAlanogyDATAA/DCPUI/OCPUI/OA/DA/D转换转换 A/D转换器完成模拟量数字量的转换 一、D/A转换器的主要性能参数（1）分辨率：该参数是描述D/A转换对输入变量变化的敏感 程度。具体指D/A转换器能分辨的最小电压值。分辨率的表示有两种：最小输出电压与最大输出电压之比 用输入端待进行转换的二进制数的位数来表示，位数越多，分辨率越高。分辨率的表示式为：分辨率=Vref/2位数 或 分辨率=（V+ref

3、+V-ref)/2位数 若Vref=5V，8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。（3）转换精度：指D/A转换器实际输出与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位。如：1/2LSB表示，当D/A分辨率为20mV，则精度为 10mV.（2）转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需的时间。一般电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内；而电压型D/A转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应时间。（4）线性度：当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按比例变化的程度。线性误差 模拟量输出值与理想输出值之间偏离的最大值。二.DAC的输入输出特性：DAC（数字模拟变换集成电路）是

4、系统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的要求，DAC的输入输出特性一般考虑以下几方面：（1）输入缓冲能力：DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数据寄存器）的DAC芯片可直接与CPU或系统总线相连，否则必须添加锁存器。（2）输入码制：DAC输入有二进制和BCD码两种，对于单极性DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏移二进制或补码。（3）输出类型：DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择，也可进行电流电压转换。（4）输出极性：DAC有单极性和双极性两种，如果要求输出有正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。三、D/A转换器与CP

5、U的接口 1、接口的功能（CPU给DAC送数据无须条件查询）DAC芯片与CPU或系统总线连接时，可从数据总线宽度是否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来考虑，所以接口的功能主要考虑以下两点：（1）进行数据缓冲与锁存 （2）需进行两次数字量输入时，可在受控条件下同时进行转换 2、接口形式 （1）直通 （2）通过外加三态门，数据锁存器与CPU相连 （3）通过可编程的I/O接口芯片与CPU相连 四、D/A转换器接口的设计 1.DAC0832与CPU的接口 （1）.DAC0832的性能参数 DAC0832是一片典型的8位DAC芯片 分辨率：8位 电流型：内部有2级缓冲器 转换时间：1

6、mS 功耗：20mW （2）DAC0832引脚和内部结构如图10-2所示。2019181716151413121112345678910VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDGND图10-2 DAC0832引脚及内部结构结 DAC0832的内部结构：输入R与DAC寄存器构成双缓冲8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A寄存器DI7DI10ILELE1LE2CSWR1WR2XFERVREFIOUT2IOUT1RFBAGND(模拟地)8位输入寄存器8位DAC寄存器8位D/A寄存器ILELE1LE2CSWR1W

7、R2XFERVREFIOUT2IO1RFBAGND(模拟地)（3）工作过程：LE=1 数据传送 0 数据琐存 第一级缓冲第一级缓冲：ILE=1：CS WR=0 LE1=1 数据 输入R 随之；CS.，WR=1 LE1=0 数据被琐存于输入R中 第二级缓冲第二级缓冲：WR2 XFER=0 LE2=1 输入R中数据 DAC寄存器中 D/A转换转换：WR 、XFER 的上 升 沿将DAC中的数据琐存，并 开始进行D/A转换DBCS1WR1 DIILEWR2XFERCS2WR1 WR2 XFIRILECS3WR1ILEWR2 XEFRDIDI（4）可使用多片0832同时进行D/A转换，以便同时产生多个

8、摸拟信号送出083208320832DAC0832有三种工作方式：双缓冲方式 单缓冲方式 直通方式采用单缓冲方式连接如图10-3所示。注：在DAC实际连接中，要注意区分“模拟地”和“数字地”的 连接，为了避免信号串扰，数字量部分只能连接到数字 地，而模所量部分只能连接到模拟地。（5）DAC的工作方式D7D0IOWA9A0AEN系统总线DI07WR1ILECSDAC0832译码器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVout 图10-3 DAC0832单缓冲方式连接+5V200H（6 6）应用举例）应用举例 利用DAC可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的

9、输出，如输出锯齿波、三角波的程序段如下：JNZ TN1 MOV AL，0FFHTN2：OUT DX，AL DEC AL TRG：MOV DX，200H MOV AL，0HTN1：OUT DX，AL INC ALJNZ TN2JMP TN1产生0AL全“1”输出输出锯齿波程序段如下：TRG：MOV DX，200H MOV AL，0HTN：OUT DX，AL INC AL JMP TN 在图10-6所示的DAC电路中，CPU与DAC0832相连，用于产生Y=2COS（200t)SIN(100t）的函数信号（CS=200H）电路图如下：图图10-610-62.12位DAC连接 由于微机的I/O指令一

10、次只能输出8位数据，因此对于数据宽度大于8位DAC只能分两次输入数据，为此一般大于8位数据宽度的DAC内部均设计有两级数据缓冲，如12位DAC1210内部就有两级数据缓冲，内部结构如图10-4所示。8位输入锁存器4位输入锁存器12位DAC存储器12位相乘型D/A转换器LELELELSBMSBDI11 15DI10 16DI9 17DI8 18DI7 19DI6 20DI5 4DI4 5DI3 6DI2 7DI1 8DI0 9BYTE1 23/BYTE2CS 1 WR1 2WR1 21WR2 2210 Vref14 Iout213 Iout111 Rfb24 Vcc3 AGND24 DGND图1

11、0-4 DAC1210内部结构D7D6D5D4D3D2D1D0DI11DI10DI9DI8DI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0译码器Y0IOWAENABY1Y2系统总线WR1WR2BYTE1/BYTE2XFERCSVccAGND-+A1-+A2Rfb+-A310110222k-12V+12VW110k10kVoutW222k-12VVrefDGND+5V+12V2DW7C470200W31K1004.7uF图10-5 DAC1210与CPU连接在图10-5所示的DAC1210连接电路中，电位器W2用于调零、W1用于DAC满刻度修正。设译码器YO端口地址为200H,用该电路产生连续锯

12、齿波输出程序如下：MOV AX，0H TN:MOV BX，AX MOV CL，4 SHL AX，CL SHL AX，CL MOV AL,AH ;高8位数据 OUT DX,AL ;输出低4位 INZ TN CMP AX,OFFFH JNZ TN MOV AX.0 JMP TN MOV DX,200H OUT DX,AL ;输出高8位数据 MOV AX,BX AND AL,OFH ;屏蔽高4位 INC DX ;低4位端口地址201HADC0832RFBD7D0IOUT1IOUT2D7D0D7D0XFERCSAGNDVccDGNDWR1WR2ILFVREF20020FHCSA0IOW+5V+12V1

13、0K-12V200PAOUT+12V10K1K1MLF351图10-6 DAC0832电路10.2 10.2 A/DA/D转换接口转换接口 在数据采集和过程控制中，被采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力。声波等），由于计算机只能处理离散的数字量，需要对连续变化的物理转换为数字量,这一操作过程就是A/D转换。AlanogyDATAA/DCPUI/O一、A/D转换器的分类 1 按分辨率分：有4、6、8 、10、14、16位 二进制 31/2位、51/2位 BCD码 2 按转换速度分；超高 度 转换时间330NS 次超高速 转换时间3333 高 速 转换时间33330 低 速 转换时间330

14、 3 按转换原理分：直接A/D转换器 将模拟信号直接转换成数字信号 间接A/D转换器 先模拟量转换成中间量，然后再 转换成数字量。如电压/时间转换型、电压/频率转换型、电压/脉宽等 二、A/D转换原理 A/D转换的原理很多,常见的有双积分式、逐次逼近式、计数式等，输出码制有二进制、BCD码等，输出数据宽度有8位、12位、16位、20位等（二进制和 BCD码）。常用的是逐次逼近式A/D。逐次逼近式A/D转换器 逐次逼近式A/D转换器原理如图10-10所示，当转换器接收到启动信号后，逐次逼近寄存器清0，通过内部D/A转换器输出使输出电压V0为0，启动信号结束后开始A/D转换。8位D/A转换器逐次逼

15、近寄存器缓冲寄存器控制电路D7D0CLK转换结束比较器：ViV0输出为“1”ViV0输出为“0”Vi输出模拟电压V0+-图10-10 逐次逼近式A/D转换器三、A/D转换器特性 A/D转换器的功能是把模拟量转换为数字量，其主要参数有：（1）分辨率：指A/D转换器可转换成数字量的最小电压 ，是反映A/D转换器对最小模拟输入值的敏感度 所以分辨率一般表示式为：分辨率=Vref/2位数（单极性）或 分辨率=（V+ref-V-ref)/2位数（双极性）分辨率通常是用A/D的位数来表示，比如 8位、10位、12位等 所以，A/D转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。如、：8 8为为ADCADC满量程为满

16、量程为5 5V,V,则分辨率为则分辨率为 5000 5000mV/256=20mVmV/256=20mV，也就是说当模拟电也就是说当模拟电 压小于压小于2020mVmV，ADCADC就不能转换了，就不能转换了，（2）转换时间：指从输入启动转换信号到转换结束，得到稳定的数字量输出的时间。一般转换速度越快越好（特别是动态信号采集）。常见有：超高速（转换时间1ns）、高速（转换时间1s）、中 速（转换时间1ms）低速（转换时间100ns.CLK为时钟信号，最大为640KHz.图10-12所示电路的CS=220227H，IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7Q0Q1Q2Q31ACLKOESt

17、artALEA0A1A2IRQ2EOC+5V+5V8MHzIORIOW220H227H图10-12 ADC0809典型连接8位数据五、采用中断方式的A/D、D/A转换器接口的设计 ADC0809：ADC0809是8位A/D转换器为ADC08XX系列依次 逼近A/D，可直接与CPU相连。ADC0809精度为1LSB，+5V供电时模拟量输入 电压范围为05V，时钟为640KH，转换速度为 100nS ADC0809有8位路模拟通道，为28PIN双列直插 式器件。当时钟信号为640hz，START（正脉冲）信号有效后，经100微秒以后，转换结束，EOC置“0”，数据送输出寄存器，同时，EOC置“1”

18、，向CPU发中断请求，以使CPU以中断方式读取ADC转换所得数据。(2)12位ADC连接与编程 ADC574A是具有三态输出锁存器的12位逐次比较ADC芯片，转换速度快（25us）,是目前国内使用最广泛的ADC芯片之一。ADC574A可并行输出12位数据，也可以分两次输出（先高8位后低4位）数据；既可进行8位转换，也可进行12位A/D转换。ADC574的引脚定义和控制信号工作时序如图10-13所示。2827262524232221201912345678910STSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3+5V12/8CSA0R/CCE+15VREFOUTAGNDREFIN1

19、112131418171615DB2DB1DB0DGND-15VBIP10VIN20VINADC574ACSCER/CA0STSDB7DB0图10-13 AD574A引脚定义和工作时序D7D0译码器PC总线AENA9A0IOWIORADC574ADB11DB4DB3DB0STSCSA0R/CCE12/8VccVee10Vin20VinREFinREFoutBIPOFFDCACVin+15V-15V图10-14 AD574通过并行接口芯片与系统总线相连D3D0 设图10-14所示电路中译码器对A9A1进行译码，Y0=210H，Y1=212H213H，因此，ADC574A的CS=211H213H分

20、另用于高位和 低位数据的读取，采用查询方式的数据采集程序 如下：、MOV CX，40H ；采集次数 MOV SI,400H ;存放数据内存首址START:MOV DX,312H;12位转换（A0=0)MOV AL,0H ;写入的数据可以取任意值 OUT DX,AL ;转换启动（cs及R/C均置0 Ce置1）DX,310H ；读状态，Y0=0，打开三态门 L:IN AL,DX AND AL,80H ;检查D7=STS=0?JNZ L ;不为0，则等待 MOV DX,312H ;为0，读高位（A0=1)IN AL,DX MOV SI,AL ;送内存 INC SI ；内存地址加1 MOV DX,31

21、1H ；读低4位（A0=1)IN AL,DX AND AL,0F0H ;屏蔽低4位 MOV SI,AL ；送内存 INC SI ；内存地址加1 DEC CX ；数据个数减1 JNZ START ；未完，继续 HLT ；已完，暂停#include#includeMain()unsigned int DATA256;采集数据存放数组 unsigned char status,datah,datal,id;id=1;while(!kbhit()等待键盘，按任意键结束 outportb(0 x212,0 x00);启动12位转换，CS、A0、R/C=0，CE=1do status=inportb(0

22、x210);读取状态 status=status 0 x80;D7(STS)=1?while(status!=0);STS不等于0，等待A/D转换完，再读状态 datah=inportb(0 x212);A/D转换完成，读取高8位 datal=inportb(0 x213);读取低8位数据 DATAid=16*datah+datal;合成高8位数据与低4位数据 id+;数组下标+1 A/D转换采集程序一般采用中断方式编写（MS-DOS)环境或Windows95/98环境）或线程方式编写（Windows95/98环境），用软件查询方式可能会导致数据丢失，因此使用较少。四、数据采集系统设计 该数据

23、采集接口板可对16路模拟信号进行采集，A/D变换精度为5V/212=1.2mV，接口板具有数据保持电路，可对变化的模拟信号进行实时采集。1.多路转换开关 16路模拟信通过多路转换开关芯片AD7506进行切换，AD7506是一个161的模式电子开关，用于切换16个被测模拟信号输入端，使16路模式信号的采集共享一片ADC转换器。2.采样/保持器 接口板的采样/保持器采用AD582芯片，采样/保持状态的控制由差分逻辑输入端+LogicIN和-Logicin完成，模拟信号的输入通过IN+和IN-端输入。3.ADC与DAC转换器 接口板的A/D转换采用ADC574芯片，DAC采用DAC1210芯片，这两个芯片均是12位的ADC和DAC转换芯片，可保证A/D的信号通过D/A转换器进行完全的回放。4.地址译码器 接口板的地址译码器采用3片74LS136异或门芯片和一片74LS138译码器芯片构成，接口板采用跳线K对I/O地址进行设置和改变。5.工作原理及程序控制 该接口板的主要操作有通道选择命令、启动ADC转换命令、查询ADC转换是否结束、读取ADC转换数据等A/D转换器方面的命令，以及发送DAC转换数据、启动DAC转换器等。