第11章-模拟量接口课件.ppt

1、11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理 数/模转换器是把输入的数字量转换为模拟量的器件。为了完成这种转换功能，需要如下几个组成部分：基准电压、模拟二进制数的电子开关、产生二进制权电流（电压）的精密电阻解码网络和提供电流（电压）相加输出的运算放大器，如图11-2所示 11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理 1权电阻解码网络D/A转换器 图11-3为4位权电阻数/模转换器的原理图。基准电压为E，K1K4为位切换开关，它受二进制各位状态控制。当相应的二进制位为“0”时，开关接地；为“1”时，开关接基准电压。20R，21R，22R，23R为二进制权电阻解码网络，它们的电阻值与相

2、应的二进制数每位的权相对应，权越大则电阻超小，以保证一定权的数字信号产生相应的模拟电流。运算放大器的虚地按二进制数大小和各位开关的状态对电流求和后，转换成相应的输出电压u。11.1 D/A转换及其接口 11.1.1 基本原理11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理 2T型电阻解码网络D/A转换器11.1 D/A转换及其接口11.1.1 基本原理 如图11-4所示，整个电路由若干个相同的电路环节组成。每个环节有两个电阻和一个开关。开关S是按二进制位进行控制的，当该位为1时，开关将加权电阻与Iout1输出端接通产生电流；当该位为0时，开关与Iout2端接通。11.1 D/A转换及其接口1

3、1.1.2 DAC芯片的主要参数 1分辨率（位数）是指D/A转换器所能产生的最小模拟量增量，通常用输入数字量的最低有效位（LSB）对应的输出模拟电压值来表示。2建立时间（转换时间）它是指当输入数字量从0变化到最大时，其模拟输出达到满刻度值上下1/2LSB对应值时所需要的时间。3转换精度 精度是指某一数字量的理论输出值和经DAC转换的实际输出值之差。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 18位DAC转换芯片DAC 0832 （1）芯片介绍 DAC0832的方框图如图11-5所示。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 DAC 0832的引脚排列如

4、图11-6 11.1 D/A转换及其接口 11.1.3 DAC芯片原理及应用 （2）DAC0832的数字接口 DAC0832的数字接口由8条数字输入线DI0DI7,两个写信号 WR1,WR2,片选 CS,允许输入锁存ILE和传送控制XFER组成。图11-5中LE1/LE2为寄存器锁存信号。当LE1/LE2为1时，寄存器的输出随输入变化，寄存器处于直通状态；当LE1/LE2为0时，输入数据被锁存在寄存器中，输出不再随输入变化。当ILE为高，CS和WR为低时，使LE1为1，输入寄存器的输出随数字输入线变化；当LE1为0，输入数据被锁存在输入寄存器中。为低时，使LE1为1，输入寄存器的输出随数字输入

5、线变化；当LE1为0，输入数据被锁存在输入寄存器中。当XFER和WR2为低时，使LE2为1，DAC寄存器的输出随它的输入变化；若LE2为0，将输入寄存器的数据锁存在DAC寄存器中。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 由于DAC0832具有两级缓冲寄存器，所以可有3种工作方式：l 1.直通方式：使LE1和LE2都为1，数据可以直接进入D/A转换器。l 2.单缓冲方式：使LEI或LE2为1，两个寄存器之一始终处于直通状态，另一个寄存器处于受控状态，即缓冲状态。l 3.双缓冲方式：两个寄存器均处于受控状态，只有LE1和LE2依次为高时，数据才能进入相应寄存器。双缓冲工作方

6、式能做到对某个数据进入D/A转换的同时，输入下一个数据，特别适用于要求多个模拟量同时输出的场合。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。1）单极性电压输出。图11-7是DAC0832实现单极性电压输出的示意图。由梯形电阻解码网络组成的D/A转换电路，其转换结果是与输入数字量成比例的电流，称为电流输出型DAC。有些DAC芯片中己经集成有运算放大器，它们属于电压输出型DAC。通常D/A转换器输出电压范围有0+5V、0+10V、02.5V、05V、010V等几种 11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC083

7、2的模拟输出。2）双极性输出，图11-8为DAC0832实现双极性电压输出 11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用（3）DAC0832的模拟输出。3）输出零点和满刻度的调整。对于一个实际的D/A转换电路，由于存在零点偏移、增益误差、非线性误差及温度漂移等原因，其实际得到的模拟输出量会不等于理论上的模拟输出量。为了得到一定精度的D/A转换结果，需进行零点和满刻度调整 如图11-9为DAC0832单极性电压输出时的调零和调满刻度电路示意图 11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 （3）DAC0832的模拟输出。3）输出零点和满刻度的调整。为了得到一定

8、精度的D/A转换结果，需进行零点和满刻度调整 如图11-9为DAC0832单极性电压输出时的调零和调满刻度电路示意图 11.1 D/A转换及其接口 11.1.3 DAC芯片原理及应用（3）DAC0832的模拟输出。4）数字地与模拟地。在数字量和模拟量并存的电路系统中，有两类电路。一类是数字电路，另一类是模拟电路，、DAC和ADC它们各有自己的信号地线，分别表示为数字地DGND和模拟地AGND。我们应该把整个系统中所有模拟地连接在一起，所有数字地连接在一起，然后整个系统在一处把模拟地和数字地连起来。通常这个共地连接处，就是DAC或ADC芯片的模拟地和数字地之间。如图11-10所示。11.1 D/

9、A转换及其接口 11.1.3 DAC芯片原理及应用 （4）DAC0832与CPU接口。1）直通方式 将数字量输出到DAC0832，在VOUT端可以得到各种输出波形锯齿波、三角波、方波。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 （4）DAC0832与CPU接口 2）单缓冲工作方式。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 （4）DAC0832与CPU接口 3）双缓冲方式。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DAC芯片原理及应用 212位DAC转换芯片DACl210 内部结构图如图11-14所示。11.1 D/A转换及其接口11.1.3 DACDA

10、C芯片原理及应用芯片原理及应用 212位DAC转换芯片DACl210 图11-15 DAC1210 与总线的连接 11.1 D/A转换及其接口1.11.3 DAC芯片原理及应用 212位DAC转换芯片DACl210 可用下面的程序完成一次转换：MOV DX，220H ；低4位寄存器地址M0V AL，DATA ；低4位数据OUT DX，AL ；输出低4位INC DX ；高8位寄存器地址M0V AL，DATAH；高8位数据OUT DX，AL ；输出高8位数据MOV DX，222H；DAC寄存器OUT DX AL ；启动12位数据转换11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D11.2.1 A/

11、D转换器的分类转换器的分类 1计数式A/D转换 8位的计数式A/D转换原理如图11-16所示。11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D11.2.1 A/D转换器的分类转换器的分类 2逐次逼近式A/D转换 逐次逼近式A/D转换原理如图11-17所示。11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D转换器的分类 3双积分式A/D转换 双积分式AD转换原理如图11-18所示。它主要由积分器、零比较器、计数器及时钟发生器组成。11.2 A/D转换及其接口11.2.1 A/D转换器的分类 4并行式A/D转换 并行式A/D转换的原理最简单、速度最快，但成本也是最高的。它采用的是直接比较法，如图11

12、-20所示。11.2 A/D转换及其接口11.2.2 11.2.2 主要性能参数 1 1分辨率分辨率分辨率是指A/D转换器能测量的最小输入模拟量。一个n位A/D转换器，分辨率等于最大允许模拟量输入值（即满量程）除以2n。所以，通常用转换成的数字量位数来表示分辨率。2 2转换时间转换时间转换时间是指从输入转换启动信号开始到转换结束所需要的时间，它反映了ADC转换速度。3 3精度精度精度是指输入模拟信号的实际电压值与被转换成数字量理论电压值之间的差值，这一差值称为绝对误差。当它用百分数表示时就称为相对误差。11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 1 1ADC 0809

13、ADC 0809（1）内部结构。ADC 0809模数转换器结构如图11-21所示。11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （2）接口信号。ADC0809的引脚如图11-22所示。11.2 A/D转换及其接口 11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （3）工作时序。图11-23是ADC 0809的工作时序图，对指定通道采集一个数据的过程如下所述。11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （4）ADC 0809与CPU的连接。1）采用延时等待方式。图11-24为ADC 0809与CPU的一种连接图 11.2 A/D转换及其接口11.2.3

14、 典型的A/D转换器及其接口 （4）ADC 0809与CPU的连接。2）采用中断方式。ADC0809工作于中断方式的连接示意图如图11-25所示 11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 2）采用中断方式 由于ADC0809带有三态锁存缓冲器，所以其数字输出线可与系统数据总线直接相连。只要执行输入指令，控制OE端为高电平即可读入转换后的数字量。A/D转换的启动只要执行输出指令，控制START为高电平，并可与读取数字量占用同一个I/O地址，设为220H。ADC0809有8个输入信号端，但此例中仅使用IN0信号，所以ALE和ADDA、ADDB、ADDC均接低电平就可以只

15、选用IN0模拟通道。采用中断方式，主程序要设置中断服务的工作环境，此外主要就是启动A/D转换。11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口启动A/D转换：DATA SEGMENTDATA SEGMENT ADTEMP DB 0 ADTEMP DB 0 DATA ENDSDATA ENDSCODE SEGMENTCODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DATA ASSUME CS:CODE,DS:DATASTART:START:；设置中断向量等工作；设置中断向量等工作STI STI ；开中断；开中断MOV DX,220H MOV DX,220H ；启

16、动；启动A/DA/D转换转换OUT DX,AL OUT DX,AL ；其他工作；其他工作11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 中断服务程序如下：中断服务程序如下：ADINT PROCADINT PROC STI STI ；开中断；开中断 PUSH AX PUSH AX ；保护现场；保护现场 PUSH DXPUSH DX PUSH DSPUSH DS MOV AX,DATAMOV AX,DATA；设置数据段；设置数据段 MOV DS,AXMOV DS,AX MOV DX,220HMOV DX,220H 11.2 A/D转换及其接口 IN AL,DX IN AL,D

17、X ；读取数据；读取数据 MOV ADTEMP,ALMOV ADTEMP,AL；送入缓冲区；送入缓冲区 ；其他工作；其他工作 MOV AL,20H MOV AL,20H；发；发EOIEOI命令命令OUT 2OH,ALOUT 2OH,AL POP DS POP DS ；恢复现场；恢复现场 POP DXPOP DX POP AXPOP AX IRET IRET ；中断返回；中断返回ADINT ENDPADINT ENDP。11.2 A/D转换及其接口 11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 3）采用查询方式。可将转换结束信号EOC作为状态信号，经三态门接入数据总线最高位D7。这样，启动转换之后，

18、只要不断检测D7位是否为1，就可以知道转换是否结束。状态端口的I/O地址假设为238H，图12-26为其连接示意图。11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 3）采用查询方式11.2 A/D转换及其接口 11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 2 2AD 574AAD 574A AD 574A是具有三态输出锁存器的A/D转换器，它可以作12位转换，也可作8位转换。它的转换速度较快，为25s，内部含有与微型计算机连接的逻辑控制电路，是目前使用得较多的器件之一。11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （1）A/D 574内部结构和引脚信号

19、11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 2 2AD 574AAD 574A11.2 A/D转换及其接口11.2.3 典型的A/D转换器及其接口 （2）AD574A与CPU的连接 11.3 多路模拟开关与采样保持器 1 1多路模拟开关多路模拟开关AMUXAMUX 由于计算机在任一时刻只能接收一路模拟量信号的采集输入，当有多路模拟量信号时需通过模拟转换开关，按一定的顺序选取其中一路进行采集。一般AMUX有2n个输入端，N个控制选择端，一个输出端。对N个控制选择端（即地址）进行译码，选中某一个开关闭合。AMUX的一般性能要求是开关通导电阻小，断开电阻无穷大，转换速度快等。多路模拟开关AMUX一般用于多路A/D转换的输入端或多路D/A转换的输出端。CD4051就是一种常用的8路模拟开关，其内部结构如图11-29所示。使用两块CD4051可构成16路模拟开关。11.3 多路模拟开关与采样保持器CD4051内部结构如图11-2911.3 多路模拟开关与采样保持器 2 2采样保持器采样保持器 由于进行一次A/D转换需要一定的时间，如果A/D转换速度远大于模拟输入信号的变化，那么模拟信号可以直接送入A/D转换器。如果信号变化较快，为了保证转换精度，需在A/D转换之前加一级采样保持电路，使模拟信号在转换期间保持不变。采样保持器的工作原理如图11-30所示