第八章-数模和模数转换课件.ppt

1、18.1 概述 A/D和D/A转换技术主要用于计算机控制和测量仪表中。28.2 数/模（D/A）转换器 一、一、D/AD/A转换原理转换原理 I0I1I2I3V0=-(I0+I1+I2+I3)R0R03)(3210212121212RVREFI)(3210212121210200RRIVRVREF04 D/A转换器的两个指标：(1)分辨率：在D/A转换时，将最低位增1所引起的增 量和最大输入量的比称为分辨率，即 分辨率=1/（2n-1）(2)精度：即转换精度 绝对转换精度：就是指每个输出电压接近理 想值的程度。绝对精度与标准电源精度、权电阻 的精度有关。可用D/A变换器的输出变化量来表示，如几

2、分之几伏。也有用D/A变换器最低有效位LSB的几分之几来表示，如 LSB。415 相对转换精度：是更加常用的描述输出电压接近理想值程度的物理量。一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数来表示，有时也用最低有效位（LSB）的几分之几表示。例如：一个D/A转换器的相对精度为1/2LSB，则可能出现的最大相对误差为：12221nnFSFSAFS：为满量程输出电压6二、二、D/AD/A转换器件和与系统的连接转换器件和与系统的连接1.分类 根据能否直接与系统相连这一点，目前市场上的D/A转换芯片可以分为两类：一类其芯片内部没有数据输入寄存器，如AD7520、AD7521、DAC0808等。这类芯片内部

3、结构简单，价格低，但这些芯片不能直接和总线相连。另一类芯片内部有数据输入寄存器，例如DAC0832、DAC7524等，这些芯片使用时可以直接和系统总线相连。7 2.不带数据输入寄存器的D/A芯片与系统的连接 内部不带数据寄存器的内部不带数据寄存器的D/AD/A芯片，使用时不可以直芯片，使用时不可以直接和数据总线相连，要求在接和数据总线相连，要求在D/AD/A转换器的前面增加一个转换器的前面增加一个数据锁存器，再与数据总线相连。数据锁存器，再与数据总线相连。图7.5 不带数据输入寄存器的D/A转换器的连接89MOV AL，DATALOUT PORTL，ALMOV AL，DATAHOUT PORT

4、H，ALOUT PORT，AL103.带有数据输入寄存器的D/A芯片与系统的连接 内部带有数据输入寄存器的D/A芯片，使用时可以将D/A芯片直接和数据总线相连。以DAC0832为例来具体介绍这类转换芯片的工作原理和使用方法。（1）DAC0832内部功能结构 DAC0832的功能示意图见下图所示11 工作方式工作方式：有三种，即：有三种，即双双缓冲工作方式缓冲工作方式、仅有输入仅有输入寄存器工作在锁存状态的寄存器工作在锁存状态的单缓冲方式单缓冲方式或或仅有仅有DAC寄寄存器工作在锁存状态的单存器工作在锁存状态的单缓冲方式缓冲方式。12(2)DAC0832芯片的引脚13(1)(1)DAC0832D

5、AC0832是一个是一个8 8位电流输出型位电流输出型的的DACDAC芯片芯片。(2)要使要使DAC0832DAC0832输出输出电压电压信号，一般在其输出端信号，一般在其输出端接接运算放大器运算放大器。14(3)DAC0832芯片的外部连接15(4)D/A转换编程 假设DAC0832与系统的连接图如前所示：设要转换的数据放在1000H单元，实现一次D/A转换，其程序如下：MOV BX，1000H MOV AL，BX MOV DX，PORTA ;PORTA为D/A转换器端口号 OUT DX,AL ;往D/A转换器输出数据16（5）DAC0832应用 试用8255和DAC0832设计一个锯齿波发

6、生器；要求：画出硬件连线示意图 编写程序（含8255初始化程序）解：硬件连接线路图示意图见后所示 此题没有要求接口地址，可假设8255的4个端口地址分别为：PORTA、PORTB、PORTC、PORTCT；程序段如下：17译码器地址信号RESETA2A1IORIOWD0D7D0D7ILEXFERRFBDGNDWR2CSWR1+5V输出-+IOUT1IOUT28255DAC0832D0D7RESETA0WRRDA1PA0 7CS18INIT55：MOV DX，PORTCT MOV AL，80H OUT DX，AL JCB：MOV DX，PORTA MOV AL，0FFH ROTATE：INC A

7、L OUT DX，AL JMP ROTATE RET 若改变锯齿波周期，加延时子程序。19一、A/D转换涉及的参数1.转换精度：反映了A/D转换器的实际输出接近理想输出的精确程度。A/D转换的精度通常是用数字量的最低有效位（LSB）来表示的。设数字量的最低有效位对应于模拟量,则称为数字量的最低有效位的当量。8.3 模/数（A/D）转换器202.转换率：是用完成一次D/A转换所需要的时间的倒数来表示，所以转换率表明了D/A转换的速度。3.分辨率：表明了能够分辨最小的量化信号的能力。通常用位数来表示A/D转换器的分辨率。对于一个能实现N N位位转换的A/D转换器来说，它能分辨的最小量化信号的能力为

8、2 2N N位.21二、A/D转换的方法 1.计数式 2.双积分式 3.逐次逼近式 4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换22*三、A/D转换器与系统的连接 目前目前A/DA/D转换芯片型号很多，既有转换芯片型号很多，既有通用而廉价通用而廉价AD570AD570、AD7574AD7574、ADC0801(0802ADC0801(0802、08030803、08040804、0809)0809)、也有、也有高精高精度高速度度高速度的的AD5774AD5774、AD578AD578、ADC1130ADC1130、ADC1131ADC1131，还有，还有高高分辨率分辨率的的ADC1210ADC12

9、10（1212位）位）ADC1140ADC1140（1616位）等。位）等。不管是那种型号的不管是那种型号的A/DA/D转换芯片，其对外引腿都是类转换芯片，其对外引腿都是类似的。一般似的。一般A/DA/D转换芯片的引腿涉及这几类信号：转换芯片的引腿涉及这几类信号：模拟输模拟输入信号、数据输出信号、启动转换信号和转换结束信号入信号、数据输出信号、启动转换信号和转换结束信号。A/DA/D与系统连接时，就要考虑这些信号的连接问题。与系统连接时，就要考虑这些信号的连接问题。231.输入模拟电压的连接 A/D转换芯片的输入模拟电压即可为单端的，也可为差动的。芯片上常用VIN(-)、VIN(+)标号注出输

10、入端。若为电压信号直接与转换的模拟信号相连，否则要将其转换成电压信号。242.数据输出线与系统总线的连接 分两种情况：第一种：若芯片输出端带有可控的三态输出门，如ADC0804，则这类芯片的输出端可直接与系统总线相连。DB(CPU)A/D三态OE RDIN AL,PORTA(产生RD信号)252.数据输出线与系统总线的连接 第二种：A/D内部有三态输出门。但这种三态门不是受外部控制的，而是由A/D转换电路在转换结束时自动接通的。如AD570；此外还有些A/D转换器不带三态输出门电路。对这类芯片，其数据输出线就不能直接和系统的数据总线相连，而是必须通过I/O接口或附加的三态门电路实现A/D转换器

11、和CPU之间的数据传输。DB(CPU)A/DI/O接口或三态门263.启动信号 启动信号一般有两种形式：启动信号一般有两种形式：电平启动信号电平启动信号，要求在整个转换过程中都必须保持，要求在整个转换过程中都必须保持启动信号有效，若中途撤除，那就回立即停止转换而得启动信号有效，若中途撤除，那就回立即停止转换而得到错误的结果。一般用并行接口或到错误的结果。一般用并行接口或 D D触发器发启动信号，触发器发启动信号，使其在使其在A/DA/D转换期间保持有效电平。如转换期间保持有效电平。如：AD570AD570等等。用用脉冲信号来启动脉冲信号来启动的，通常用的，通常用CPUCPU执行输出指令时发执行

12、输出指令时发出的片选信号和写信号即可在片内产生启动脉冲，从而出的片选信号和写信号即可在片内产生启动脉冲，从而开始转换。开始转换。如如ADC0804ADC0804、ADC0809ADC0809、ADC1210ADC1210等等。脉冲信号 电平信号274.4.转换结束信号以及转换数据的读取转换结束信号以及转换数据的读取 A/DA/D转换结束时，转换结束时，A/DA/D转换芯片会输出转换结束信号，转换芯片会输出转换结束信号，通知通知CPUCPU读取转换数据。读取转换数据。CPUCPU一般可采用一般可采用4 4种种方式和方式和A/DA/D转换器进行联络来实现转换器进行联络来实现对转换数据的读取。对转换

13、数据的读取。程序查询方式程序查询方式：不断读取：不断读取A/DA/D转换结束信号。转换结束信号。中断方式中断方式：用转换结束信号作为中断请求信号。：用转换结束信号作为中断请求信号。CPUCPU等待方式等待方式：是利用：是利用CPUCPU的的READYREADY引脚的功能。引脚的功能。固定的延时程序方式固定的延时程序方式：28举例：例例1 1 带有可控三态门的A/D转换器进行A/D转换，且采用中断方式传输转换数据。以ADC0804为例。ADC0804是8位分辨率、逐次逼近型模/数转换器，转换精度为1LSB，转换时间为100s.ADC0804与系统总线的连接见下图所示：29 主程序：OUT POR

14、TAD，ALAL 中断程序：IN AL，PORTADWR和CS 同时有效启动（负脉冲）30 例例22 用不带可控三态门的A/D转换器实现A/D转换，且分别采用程序查询方式及等待方式来读取转换结果。以以AD570AD570为具体对象介绍。为具体对象介绍。AD570AD570是是8 8位逐次比较型位逐次比较型单片集成模单片集成模/数转换芯片。数转换芯片。AD570AD570将将D/AD/A转换电路、参考电压、时钟脉冲、比较器、转换电路、参考电压、时钟脉冲、比较器、逐次逼近寄存器及输出缓冲器集成在一块芯片上，所逐次逼近寄存器及输出缓冲器集成在一块芯片上，所以一般情况，只需要接上以一般情况，只需要接上

15、+5+5V V及及-15-15V V电源，加上模拟电源，加上模拟输入，发出启动转换信号，而不需要任何外部电路即输入，发出启动转换信号，而不需要任何外部电路即可实现可实现8 8位位A/DA/D转换。转换。31 由于AD570内部带有三态输出门，但不是外不是外部可控部可控的。因此AD570的数据输出线不能直接与系统的数据总线相连。解决的办法：通过并行接口芯片8255A等与系统相连。（1）CPU工作于查询方式来读取转换结果 AD570与系统总线连接的电路图为：32INI55INI55：MOV ALMOV AL，92H W:IN AL,PORTB92H W:IN AL,PORTB OUT PORTCT

16、OUT PORTCT，AL RCR AL,01AL RCR AL,01ADZHADZH：MOV ALMOV AL，01 JC W01 JC W OUT PORTC,AL MOV AL,01OUT PORTC,AL MOV AL,01 MOV AL,00 OUT PORTC,ALMOV AL,00 OUT PORTC,AL OUT PORTC,AL IN AL,PORTAOUT PORTC,AL IN AL,PORTAAINBO1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0V+V-33(2)CPU工作于等待方式读取转换结果INI55：MOV AL，90H MOV AL，0 OUT

17、 PORTC,AL OUT PORTC,ALADZH：MOV AL,01 IN AL,PORTA OUT PORTC,AL 1 10 00 01 10 00 00 00 034 以ADC1210为例。ADC1210是低功耗中速12位逐次比较型的A/D转换器，转换时间为100s，主要硬件特性如下：(1)芯片内有输出锁存器，但没有三态功能；(2)以脉冲作为启动信号，要求启动信号的宽度等于时钟信号，启动输入端为SC；(3)转换结束信号为CC，低电平有效，一直维持到下次启动转换为止；(4)转换结束以二进制反码输出。例例3 3 8位以上的A/D转换器和系统的连接硬件连接图见教材35 若某10位A/D变换

18、器芯片的引脚简图及工作波形如图所示。试画出该A/D芯片与8088系统总线相连接的接口电路图，并编制采集子程序，要求将采集到的数据放在BX中。接口芯片和地址自定。例例4 4 8位以上的A/D转换器和系统的连接D0D9STARTENBUSYVSTARTBUSYEND0D910位A/D转换器及其时序图36 分析：本题中没有规定接口芯片，就可以任意选。简单三态门、三态锁存器、可编程并行接口8255等都可以实现连接，利用8255会更加方便一些。利用8255作为A/D变换器接口的硬件连接图如下所示。37ABCGG2AG2BY0A12RESETA1A0IORIOWD7D0A7A6A5A4A3A2A13A11

19、A10A9A15A14A8&+D7D0RESETA0WRRDA1PA0PA7PB0PB1PC1PC0CSPC7D0D7D8D9STARTENBUSYV8088系统38INI55：MOV DX，0FF03H MOV AL，10011010B OUT DX，AL MOV DX，0FFO2H MOV AL，00H OUT DX，AL DATACQ：MOV DX，0FF02H MOV AL，01H OUT DX，AL MOV AL，00H OUT DX，AL ；使START=0，EN=0；产生启动正脉冲39WAIT：IN AL，DX AND AL，80H JZ WAIT MOV AL，02H OUT

20、DX，AL MOV DX，0FF00H IN AL，DX MOV BL，AL INC DX IN AL，DX AND AL，03H；等待变换结束；使EN=1，有效；读D0 D7；读D8 D9；屏蔽高6位40 MOV BH，AL MOV DX，0FF02H MOV AL，00H OUT DX，AL RET；再使START=0，EN=0，A/D转 换器停止转换41 7.4 采样保持电路+-输入输入+状态控制状态控制开关开关A1A2-采样保持电路芯片有通用型的，如AD583K、AD582K LF398等；也有高速的，如THS-0025、THS-0060、THC-0300、THC-1500；还有高分辨

21、率的，如SHA1144、ADC1130等。427.5 多路转换模拟开关 可采用的方法有两种：第一种方法：是用独立的多路转换模拟开关来轮流切换各回路和A/D、D/A之间的通路。对于A/D转换来说，要用到多路输入、一路输出的模拟开关电路；对于D/A转换来说，要用到一路输入、多路输出的模拟开关电路。这两种电路都已经有集成电路芯片，如AD7501、AD7503和CD4501、CD4502、CC4067等。43 第二种方法：是选择内部带有多路转换模拟开关电路的A/D、D/A转换器。比如ADC0808、ADC0809就是内部带多路输入、一路输出切换开关的A/D转换器。介绍ADC0809芯片44*ADC08

22、09 ADC0809芯片芯片 ADC0809是单片、CMOS、逐次比较、8位模/数变换器。片内包含8位模/数变换器、8通道多路转换器与微控制器相兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适用于过程控制、智能仪器和机床控制等领域。45主要性能：主要性能：可锁存三态输出，输出与可锁存三态输出，输出与TTLTTL兼容；兼容；具有锁存控制的具有锁存控制的8 8路模拟开路模拟开关；关；分辨率：分辨率：8 8位位;无需外部进行零点和满度调无需外部进行零点和满度调整整;转换时间转换时间(f fCLKCLK=

23、500KHz):128=500KHz):128 s s 转换精度：转换精度：0.4%0.4%46ININ0 0 ININ7 7：8 8路输入通道的模拟路输入通道的模拟 量输入端口量输入端口2 2-1-1 2 2-8-8 ：8 8位数字量输出端口位数字量输出端口STARTSTART，ALEALE：启动信号输入端启动信号输入端 口和地址锁存控制信号端口。口和地址锁存控制信号端口。这两个信号也可连接在一起，这两个信号也可连接在一起，当通过软件输入一个正脉冲，当通过软件输入一个正脉冲，便立即启动模便立即启动模/数转换。数转换。REF(+),REF(-)REF(+),REF(-)：为参考电压输入为参考电

24、压输入端。端。引脚：47 引脚：EOCEOC，OEOE：分别为转换结束信号分别为转换结束信号脉冲输入端口和输出允许控脉冲输入端口和输出允许控制端口。这两个信号也可连制端口。这两个信号也可连接在一起表示模接在一起表示模/数转换结束。数转换结束。OEOE端的电平由低变高，打开端的电平由低变高，打开三态输出锁存器，将转换结三态输出锁存器，将转换结果的数字量输出到数据总线果的数字量输出到数据总线上。上。V VCCCC，GNDGND：分别为主电源输入端分别为主电源输入端和接地端。一般将和接地端。一般将REF(+)REF(+)与与V VCCCC连在一起，连在一起，REF(-)REF(-)与与GNDGND连

25、连在一起在一起48引脚：CLKCLK：时钟输入端。时钟输入端。ADDAADDA，ADDBADDB，ADDCADDC：8 8路模拟开路模拟开 关的三位地址选通输入端，关的三位地址选通输入端，以选择对应的输入通道。其以选择对应的输入通道。其 对应关系如下：对应关系如下：49 地址码对应的输入通道CBA000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN750应用举例：设有一系统，要求监控8路模拟输入信号，每一路转换精度要求8位，当这8路信号的前7路之和大于第8路时，则输出一报警信号（LED亮）。(1)画出硬件连线图；(2)写出对8路模拟信号进行A/D转换，

26、并将结果送入BUF内存区的程序段。要求：用8255的A口输入A/D转换后的8位数字量51 用8255的C口上半口输出通道选择信号和启动脉冲信号；C口的下半口PC7接收A/D转换器转换结束信号；用8255B口的PB7输出报警信号，点亮LED发光二极管。（系统采用8088CPU）解：（1）根据题要求画出硬件连接图如下：8255的4个端口地址为：200H、201H、202H、203H52RESETA1A0IORIOWA7A8A9D7D0A6A5A4A3A2+ABCGG2AG2BY0D7D0ADDBADDAIN0IN7OEADDCSTARTALEEOC+5V8路模拟输入+5VLEDD7D0RESETA

27、0CSWRRDA1PA0PA7PC0PC1PC2PC3PB0PB7PC753INIT55:MOV DX,203H MOV AL,98H OUT DX,AL MOV DX,202H MOV AL,00H OUT DX,ALSTART:MOV DX,SEG BUF MOV DS,DX MOV SI,OFFSET BUF MOV DI,SI MOV CX,08H MOV BL,00H;使PC3为0,为转换做好准备;8255初始化;记录存放8路转换数据的内存首址;存放路地址54ADZH:MOV DX,202H MOV AL,BL OUT DX,AL MOV DX,203H MOV AL,07H OUT

28、 DX,AL MOV AL,06H OUT DX,AL MOV DX,202HWAIT:IN AL,DX AND AL,80H JZ WAIT;送路地址信号;产生启动转换正脉冲信号;查询转换是否完成55 MOV DX,200H IN AL,DX MOV SI,AL INC SI INC BL MOV DX,203H MOV AL,06H OUT DX,AL LOOP ADZH MOV AL,00H MOV CX,07H CLC;读出转换好的数据;将数据存入内存;内存地址加1;路地址加1;使PC3=0,为下一路转换做好准备56ADDA:ADC AL,DI INC DI LOOP ADDA JC OUTB CMP AL,DI JNA LTOUTB:MOV DX,201H MOV AL,00H OUT DX,ALLT:RET ;使PB7为0,输出报警信号使LED亮;前7路转换结果相加;判断有无进位，有进位前7路大;继续判断进位前7路是否大于第8路