第十一章+模拟IO接口课件.ppt

1、11-1第十一章第十一章 模拟模拟I/OI/O接口接口1 11.0 1.0 概概 述述1 11.1 DAC1.1 DAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口1 11.2 ADC1.2 ADC及其与及其与MPUMPU的接口的接口11-21 11.0 1.0 概概 述述q 模拟模拟I/OI/O接口即接口即A/DA/D、D/AD/A转换器接口转换器接口q A/D A/D、D/AD/A转换器及其与计算机的接口在计算转换器及其与计算机的接口在计算机测控系统中的重要性。机测控系统中的重要性。q 应用示例应用示例A AA AA/DA/DD/AD/AD DD D计算机计算机传传感感器器执执行行机机构构电压电压

2、电流电流角度角度速度速度位移位移 计算机控制系统示意图计算机控制系统示意图11-311.1.1 D/A11.1.1 D/A转换器原理转换器原理11.1.2 DAC11.1.2 DAC的基本参数的基本参数11.1.3 11.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片11.1.4 DAC11.1.4 DAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术1 11.1 DAC1.1 DAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口11-41 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理 DACDAC是一种把二进制数字信号转换成模拟信号是一种把二进制数字信号转换成模拟信号(电压电压或电流或电流)

3、的电路的电路。DACDAC按转换原理不同按转换原理不同,可分为：可分为：权电阻权电阻DACDAC T T型电阻型电阻DACDAC 倒倒T T型电阻型电阻DACDAC 变形权电阻变形权电阻DACDAC 权电流权电流DACDAC 电容型电容型DACDACv电路结构上均由电路结构上均由电压源电压源、解码解码网络网络、运放和数据缓冲器组成。、运放和数据缓冲器组成。v解码网络各不相同。解码网络各不相同。v以以T T型和倒型和倒T T型电阻型电阻DACDAC在集在集成产品中应用较多。成产品中应用较多。11-51.1.T T型电阻解码网络型电阻解码网络DACDAC1 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转

4、换器原理转换器原理q 结构特点：结构特点：节点节点A A、B B、C C、D D都由三条支路相都由三条支路相交而成，而且从任一节点向三条交而成，而且从任一节点向三条支路看过去的等效电阻都为支路看过去的等效电阻都为2 2R R；从任一开关从任一开关SiSi向上看过向上看过去的等效电阻都为去的等效电阻都为3 3R R。2R2R 2R2RR R2R2RR R2R2RR R2R2R2R2RS S0 0S S1 1S S2 2S S3 31 11 11 11 10 00 00 00 0R Rf f=3R=3R-+A AV VV VR Rv vo oD D0 0D D1 1D D2 2D D3 3LSBL

5、SBMSBMSBi i0 0ABCD11-6输出电流输出电流i io o为：为：i io o=i=io o3 3+i+io o2 2+i+io o1 1+i+io o0 0从上述结构特点可直接分析推出：从上述结构特点可直接分析推出：(经经1 1次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）i io3 o3=D D3 3V VR R3R3R2 21 11 1V VR R(经经2 2次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）i io2o2=D D2 23R3R2 22 21 1(经经3 3次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）i io1o1=D D1 1V VR R3R3R2 23 31 1(经经4 4

6、次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）i io0 o0=D3 D32 24 4V VR R3R3R1 1q T T型电阻型电阻DACDAC的转换原理：的转换原理：1 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理11-7所以所以:进一步得到输出电压进一步得到输出电压vo o:)21212121(304132231DDDDRViRO+=)2222(23001122334DDDDRVR+=iiiRDRV=304223iiifROfODRRViRv=-=-=3042231 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理11-81 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器

7、原理转换器原理推广到一般情况推广到一般情况:当输入数字量为当输入数字量为n n位时，则有：位时，则有：以上两式表明以上两式表明:-=10223niiinRODRVi当当RfRf=3R=3R时时-=-=10223niiinfRODRRVV-=-1022niiinRDV 输出电流输出电流i io o和输出电压和输出电压V Vo o都与输入二进制数都与输入二进制数D Dn n-1-1D Dn-2n-2D D0 0的大小成正比的大小成正比,可见实现了从数字可见实现了从数字量到模拟量的转换。量到模拟量的转换。11-9v主要优点：主要优点：D/AD/A转换的结果转换的结果VoVo只与电阻的比值（只与电阻的

8、比值（R Rf f/R/R）有关，有关，而不取决于电阻的绝对值。而不取决于电阻的绝对值。这为集成单元的制作提供了很大方便。这为集成单元的制作提供了很大方便。v主要缺点：主要缺点：各位数码变化引起的电压变化到达各位数码变化引起的电压变化到达“运放运放”输入输入端的时间明显不相同。这样端的时间明显不相同。这样,在输入数字量变化的动在输入数字量变化的动态过程中可能在输出端产生很大的尖峰脉冲态过程中可能在输出端产生很大的尖峰脉冲,从而带从而带来较大的动态误差，影响来较大的动态误差，影响DACDAC的转换精度和转换速度。的转换精度和转换速度。q T T型电阻型电阻DACDAC的优缺点的优缺点1 11.1

9、.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理11-101 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理2.2.倒倒T T型电阻解码网络型电阻解码网络DACDACq 结构特点：结构特点：是对是对T T型电阻解码网络型电阻解码网络DACDAC的改进的改进2R2R2R2R2R2R2R2R2R2RR RR RR RA AB BC CD DS S0 0S S1 1S S2 2S S3 30 00 00 00 01 11 11 11 1D D0 0D D1 1D D2 2D D3 3R Rf f=R=R-+A AU UV VR RI II I0 0I I1 1I I2 2I I3 3V

10、 Vo o 无论无论SiSi接接1 1或接或接0 0，对应支路，对应支路的电流的电流IiIi都恒定不变都恒定不变(或者流或者流入地或者流入虚地入地或者流入虚地)。电阻网络中各支路的电流都直电阻网络中各支路的电流都直接流入接流入“运放运放”输入端，相互输入端，相互间不存在传输时间差，所以转间不存在传输时间差，所以转换速度较快，动态过程中输出换速度较快，动态过程中输出端的尖峰脉冲较小。端的尖峰脉冲较小。从右边向任一节点从右边向任一节点(A A、B B、C C、D)D)看过去，等效电阻均为看过去，等效电阻均为R R，且两个且两个支路的电阻相等，均为支路的电阻相等，均为2 2R R 11-11)212

11、12121(0413223DDDDI+=32iDii=0R24VRiiifRfRfOODRRVRRVRiv=-=-=-=3044222I3=I2I2=I22I1=I23I0=I24I=VR2io=D3I3+D2I2+D1I1+D0I024RVR=(23D3+22D2+21D1+20D0)q 倒倒T T型电阻型电阻DACDAC的转换原理：的转换原理：1 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理11-121 11.1.1 D/A1.1.1 D/A转换器原理转换器原理推广到推广到n n位转换器，则有：位转换器，则有：同样可见同样可见:2n-1iiDR2nVRio=i=0当当Rf=R

12、 时时-=-1022niiinRDV2n-1iiDR2nVRRfvo=-i=0 输出输出的模拟信号的模拟信号ioio和和VoVo与输入的数字信号的大与输入的数字信号的大小成正比，从而实现了从数字量到模拟量的转换。小成正比，从而实现了从数字量到模拟量的转换。11-131 11.1.2 DAC1.1.2 DAC的基本参数的基本参数1.1.精度参数精度参数用于表明用于表明D/AD/A转换的精确程度转换的精确程度,一般用误差大小表示。一般用误差大小表示。精度特性精度特性常以满量程电压常以满量程电压V VFSFS的百分数或以最低有效的百分数或以最低有效位位LSBLSB的分数形式给出，有时也用二进制位数的

13、形式给出。的分数形式给出，有时也用二进制位数的形式给出。如：如：精度为精度为0.1%0.1%指最大误差为指最大误差为V VFSFS的的0.1%0.1%。n n位位DACDAC的精度为的精度为 LSBLSB指最大误差为指最大误差为:12 精度为精度为n n位指最大误差为位指最大误差为 V VFSFS。12n12n+1 V VFS FS=V VFSFS。12n1211-14主要是建立时间或转换时间，它通常指输入主要是建立时间或转换时间，它通常指输入数字量为满刻度值时，从输入加上到输出模拟量数字量为满刻度值时，从输入加上到输出模拟量达到满刻度值或满刻度值的某一百分比达到满刻度值或满刻度值的某一百分比

14、(如如90%)90%)所需的时间所需的时间。3.3.分辨率分辨率表示表示DACDAC对微小模拟信号的分辨能力，是数字对微小模拟信号的分辨能力，是数字输入量的最低有效位输入量的最低有效位(LSB)LSB)所对应的模拟值。分辨所对应的模拟值。分辨率通常用二进制位数表示。率通常用二进制位数表示。4.4.精度和分辨率的区别：精度和分辨率的区别：精度取决于构成转换器的各个部件的误差和稳定精度取决于构成转换器的各个部件的误差和稳定性，而分辨率则取决于转换器的位数。性，而分辨率则取决于转换器的位数。2.2.速度参数速度参数1 11.1.2 DAC1.1.2 DAC的基本参数的基本参数11-151 11.1.

15、3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片nDACDAC集成芯片集成芯片概述概述nDACDAC集成芯片集成芯片DAC0832DAC0832nDACDAC集成芯片集成芯片DAC1210DAC121011-161.DAC1.DAC集成芯片集成芯片概述概述1 11.1 DAC1.1 DAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口从与从与CPUCPU接口的角度看，接口的角度看，DACDAC芯片有以下几类：芯片有以下几类：有单级输入缓存器有单级输入缓存器的的DAC,DAC,如如AD7524AD7524等等 无输入缓存器无输入缓存器的的DAC,DAC,如如AD1408AD1408等等 按片内有无

16、缓存能力按片内有无缓存能力 有双级输入缓存器有双级输入缓存器的的DAC,DAC,如如DAC0832DAC0832等等11-171 11.1.3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片 8 8位位DACDAC，如如DAC0832DAC0832、AD1408AD1408等等 按位数按位数 串行输入串行输入DACDAC，如如AD7543AD7543等等 串串/并输入并输入DACDAC，如如AD7522AD7522等等 并行输入并行输入DACDAC 按数字输入方式按数字输入方式 分辨率高于分辨率高于8 8位的位的DACDAC，如如DAC1210/1209(12DAC1210/1209(1

17、2位位)等等11-18 DAC0832 DAC0832是是8 8位位R-2R TR-2R T型电阻解码网络芯片，转换结型电阻解码网络芯片，转换结果以一对差动电流果以一对差动电流I IO1O1和和I IO2O2输出。输出。(1)(1)内部结构与外部引脚：内部结构与外部引脚：（MSBMSB）DIDI7 7DIDI6 6DIDI0 013131414151516164 45 56 67 7D DQ Q8 8位输入位输入寄存器寄存器LE1LE1D DQ Q1919ILEILE181817171 12 2CSCSWR1WR1WR2WR2XFERXFER1 12 23 38 8121211119 93 3

18、20201010V VR RI I0202I I0101R RfbfbAGNDAGNDVCCVCCDGNDDGNDD DD DQ QQ QLE2LE28 8位位DACDAC寄存器寄存器8 8位位D/AD/A转换器转换器RfbRfb1515k k（LSBLSB）1.1.DAC0832DAC08321 11.1.3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片11-19 优越性：可转换和接收并行工作优越性：可转换和接收并行工作,利于提高速度；适利于提高速度；适于需要多个模拟输出通道同时改变输出量的应用场合。于需要多个模拟输出通道同时改变输出量的应用场合。单缓冲方式下，数据只要一写入单缓冲方

19、式下，数据只要一写入DACDAC芯片就立即进行芯片就立即进行数数/模转换模转换,省去一条输出指令。省去一条输出指令。双缓冲方式双缓冲方式 要有两级写操作要有两级写操作,为此要提供为此要提供2 2个端口地址个端口地址,译码后分译码后分别接到别接到CSCS和和XFERXFER端。端。单缓冲方式单缓冲方式 这时应使一级缓存器直通。通常使第二级这时应使一级缓存器直通。通常使第二级DACDAC寄存器寄存器直通直通,即把即把WRWR2 2和和XFERXFER固定接地。固定接地。(2)(2)应用说明应用说明1 11.1.3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片11-20这时得到的电压这时得到

20、的电压V VO O是单极性是单极性,极性与极性与VRVR相反：相反：Rfbfb=3R=15K=3R=15KfbR RRVNvo-=3R28 8RVN-256VCCCCDBDB20911121038DACDAC08320832IO1O1IO2O2-+A AV VO OVR R 单极性电压输出单极性电压输出1 11.1.3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片 DAC0832 DAC0832直接输出的信号是模拟电流直接输出的信号是模拟电流I IO1O1、I IO2O2,为得为得到电压输出，应加接一级运放：到电压输出，应加接一级运放：11-21 双极性电压输出双极性电压输出:1 11

21、.1.3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片 方法一：方法一：在单极性电压输出后再增加一级反相比例在单极性电压输出后再增加一级反相比例求和求和 运放运放 作为偏移电路。作为偏移电路。VCC20911121038DACDAC08320832DBVRIO1O1IO2O2-+A1VOR2R2RVO-+A2 若要得到双极性电压输出，还需在输出端引入一个若要得到双极性电压输出，还需在输出端引入一个偏移电路偏移电路。通常有两种引入方法：。通常有两种引入方法：11-221 11.1.3 1.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片 运放运放A2(反相比例求和电路反相比例求和电路)使

22、使A1的输出电压的输出电压Vo的的两倍与参考电压两倍与参考电压VR求和，即求和，即:)256=-(2RRVVN+-RRRVNVVN128128128-=-=N80HN80H时时 V VO O00N80HN80H时时 V VO O0nmn时的时的m m位位DACDAC与与n n位位MPUMPU的接口的接口1 11.1.4 DAC1.1.4 DAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术11-31MPUD7D0ABCBD3D0D7D0D4选通选通D7D0D11D8V0锁存器锁存器（1 1）锁存器锁存器（3 3）端口端口译码译码锁存器锁存器（2 2）12位位DAC方法二：方法二：低低8 8位经两级缓

23、存位经两级缓存,高高4 4位经一级缓存位经一级缓存 (反之也可反之也可)1 11.1.4 DAC1.1.4 DAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术11-32(1)(1)接口硬件逻辑接口硬件逻辑:D D7 7D D6 6D D0 0IOWIOWA A0 0A A9 9AENAEN地址译码地址译码DIDI1111DIDI1010DIDI1 1DIDI0 0WR1WR1WR2WR21 1B1/B2B1/B2 CSCS XFERXFERV VR RR RfbfbI I0101I I0202+15+15V V调满度调满度5050V V0 0-+5G231010kk调零调零-15-15V V&22

24、0220H H221221H H222222H H1 1DACDAC12101210例例11.111.1 DAC1210DAC1210与与IBM PCIBM PC总线的接口总线的接口1 11.1.4 DAC1.1.4 DAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术11-33 假定被转换的假定被转换的1212位数据已事先存放在位数据已事先存放在BXBX寄存器的低寄存器的低1212位位,编写完成一次编写完成一次D/AD/A转换输出的接口驱动程序。转换输出的接口驱动程序。START:MOV DX,0220H ;DAC基地址送基地址送DX寄存器寄存器 MOV CL,4 SHL BX,CL ;BX中中1

25、2位数向左对齐位数向左对齐 MOV AL,BH OUT DX,AL ;写入高写入高8位位 INC DX MOV AL,BL OUT DX,AL ;写入低写入低4位位 INC DX OUT DX,AL ;启动启动D/A转换转换(AL中为任意数均可）中为任意数均可）HLT(2)(2)接口驱动程接口驱动程序序1 11.1.4 DAC1.1.4 DAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术11-3411.2.1 A/DA/D转换的四个步骤转换的四个步骤11.2.2 A/D11.2.2 A/D转换器原理转换器原理11.2.3 11.2.3 ADCADC的性能参数的性能参数11.2.4 11.2.4 典

26、型的典型的ADCADC集成芯片集成芯片11.2.5 ADC11.2.5 ADC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术1 11.2 ADC1.2 ADC及其与及其与MPUMPU的接口的接口11-351 11.2.1 A/D1.2.1 A/D转换的四个步骤转换的四个步骤A/DA/D转换的全过程通常分四步进行：转换的全过程通常分四步进行：采样采样保持保持量化量化编码编码1.1.采样和保持采样和保持采样采样-将时间上连续变化的模拟量转换为时间将时间上连续变化的模拟量转换为时间上断续变化的上断续变化的(离散的离散的)模拟量。也叫跟踪。模拟量。也叫跟踪。保持保持-将采样得到的模拟量值保持下来将采样得到的

27、模拟量值保持下来,使之等使之等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。采样保持采样保持电路电路(S/H)S/H)完成完成ADCADC电路中实现电路中实现11-36q 通常采用等时间间隔采样通常采用等时间间隔采样 为使采样保持得到的输出信号在经过信号处理后可还为使采样保持得到的输出信号在经过信号处理后可还原成原来的模拟输入信号原成原来的模拟输入信号,要满足下列条件要满足下列条件(采样定理采样定理):):fS2fimax 其中：其中：fS为采样频率为采样频率 fimax为输入信号为输入信号Vi的最高次谐波分量的频率的最高次谐波分量的频率q 采样保持电路基采样保持

28、电路基本原理本原理图图1 11.2.1 A/D1.2.1 A/D转换的四个步骤转换的四个步骤ViTS(t)VCCn-+AvVo11-37量化量化-用基本的量化电平用基本的量化电平q q的个数来表示采样保持的个数来表示采样保持的模拟电压值。的模拟电压值。常用量化方法：常用量化方法：只舍不入法；四舍五入法。只舍不入法；四舍五入法。量化产生的误差量化产生的误差,是由于量化电平的有限性造成是由于量化电平的有限性造成的。因此是原理性误差的。因此是原理性误差,只能减小只能减小,无法消除。无法消除。编码编码-把已经量化的模拟量值把已经量化的模拟量值(一定为一定为q q的整数倍的整数倍)用数码表示。用数码表示

29、。2.2.量化和编码量化和编码1 11.2.1 A/D1.2.1 A/D转换的四个步骤转换的四个步骤11-38S(t)S(t)V VI I(t)(t)V VSHSHVqVq4q4q3q3q2q2qq q0 00 00 00 0q q3q3q2q2qq qq q3q3q4q4q2q2q3q3q001 011 010 001 001 011 100 010 011 001 011 010 001 001 011 100 010 011 量化量化编码编码(只舍不入法只舍不入法)(二进制编码二进制编码)(a)(a)采样脉冲采样脉冲(b)(b)输入电压输入电压(c)(c)采样保持电压采样保持电压(d)(

30、d)量化过程量化过程采样、保持、量化、编码采样、保持、量化、编码全过程示意图：全过程示意图：1 11.2.1 A/D1.2.1 A/D转换的四个步骤转换的四个步骤11-391 11.2.2 A/D1.2.2 A/D转换器原理转换器原理 通常所说的通常所说的A/DA/D转换器转换器,是指将采样保持后得到的模拟是指将采样保持后得到的模拟电压值电压值ViVi转换为数字量的电路。转换为数字量的电路。转换过程包括量化和编码，转换过程包括量化和编码，但实际上这两步并无明显分界但实际上这两步并无明显分界。1.1.根据根据A/DA/D转换原理和特点的不同，转换原理和特点的不同，ADCADC可分成两类：可分成两

31、类：直接直接ADCADCViVi直接转换成数码。常见的有：直接转换成数码。常见的有：v 并行转换式并行转换式ADCADCv 逐次逼近式逐次逼近式ADCADCv 计数式计数式ADCADC间接间接ADCADCViVi中间变量中间变量数码。常见的有：数码。常见的有：v 单积分式单积分式ADCADCv 双积分式双积分式ADCADCv V/F V/F转换式转换式ADCADC在集成在集成ADCADC电路中以逐电路中以逐次逼近式次逼近式ADCADC应用最广应用最广11-40 基本特点：基本特点：二分搜索二分搜索 反馈比较反馈比较 逐次逼近逐次逼近 原理框图原理框图0tVI(模拟输入模拟输入)AV +-VFV

32、RD/A转换器转换器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器输出缓冲锁存器输出缓冲锁存器控制逻辑控制逻辑启动转换启动转换转换结束转换结束时钟时钟Dn-1D0OE逐次逼近式逐次逼近式ADC原理原理Dn-1D0数字输出数字输出2.2.逐次逼近式逐次逼近式ADCADC原理原理1 11.2.2 A/D1.2.2 A/D转换器原理转换器原理11-41 一般说来，一般说来，n n位位ADCADC转换一个数需要转换一个数需要n+1n+1个时钟脉冲。个时钟脉冲。若把将转换结果送入输出缓冲锁存器这个节拍也算在内，若把将转换结果送入输出缓冲锁存器这个节拍也算在内，则需要则需要n+2n+2个时钟脉冲。个时钟脉冲。启动启动100

33、100拍拍VI VF拍拍拍拍工作过程示意（以三工作过程示意（以三位位ADCADC为例）为例）1 11.2.2 A/D1.2.2 A/D转换器原理转换器原理11-421 11.2.3 ADC1.2.3 ADC的性能参数的性能参数与与DACDAC基本参数相似，也有三类主要参数。基本参数相似，也有三类主要参数。1 1、分辨率、分辨率 ADCADC对对V Vi i 微小变化响应能力的度量。它是数字输出微小变化响应能力的度量。它是数字输出的最低位的最低位(LSB)LSB)所对应的模拟输入电平值，即量化电平所对应的模拟输入电平值，即量化电平q=Vq=VFSFS/2/2n n。常用常用ADCADC位数表示。

34、位数表示。2 2、转换时间、转换时间 指完成一次指完成一次A/DA/D转换所需的时间转换所需的时间,即从输入转换启动即从输入转换启动信号开始到转换结束所经历的时间。转换时间的倒数称信号开始到转换结束所经历的时间。转换时间的倒数称为为转换速率转换速率。11-43 实际变换函数与理想变换函数的接近程度。通常用实际变换函数与理想变换函数的接近程度。通常用误差表示。误差表示。绝对精度：绝对精度：指对于一个给定的数字量输出，其实际上输入的模指对于一个给定的数字量输出，其实际上输入的模拟电压值与理论上应输入的模拟电压值之差。拟电压值与理论上应输入的模拟电压值之差。相对精度：相对精度：指在整个转换范围内，任

35、一个数指在整个转换范围内，任一个数(不是指一个数不是指一个数)所所对应的实际模拟输入电压与理论输入电压的差。对应的实际模拟输入电压与理论输入电压的差。相对精相对精度实质上反映的是度实质上反映的是ADCADC的线性度好坏。的线性度好坏。3.3.精精 度度1 11.2.3 ADC1.2.3 ADC的性能参数的性能参数11-44 数字误差即量化误差，主要由分辨率决定数字误差即量化误差，主要由分辨率决定,属原属原理性误差，可通过增加位数来减小。理性误差，可通过增加位数来减小。模拟误差即设备误差，主要来自比较器、模拟误差即设备误差，主要来自比较器、DACDAC中中解码电阻、基准电压源和模拟开关等模拟电路

36、的误差。解码电阻、基准电压源和模拟开关等模拟电路的误差。ADCADC的转换误差来源于两个方面，即：的转换误差来源于两个方面，即：数字误差数字误差和和模拟误差模拟误差1 11.2.3 ADC1.2.3 ADC的性能参数的性能参数11-451 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片n集成集成ADCADC芯片概述芯片概述n集成集成ADCADC芯片芯片ADC0808/0809ADC0808/0809n集成集成ADCADC芯片芯片AD574AD57411-461 1.集成集成ADCADC芯片概述芯片概述ADCADC芯片一般都有芯片一般都有4 4种基本信号引线：种基本信号引线：

37、模拟信号输入端（单模拟信号输入端（单/双极性）双极性）数字量输出端（并行或串行）数字量输出端（并行或串行）转换启动信号输入端转换启动信号输入端 转换结束信号输出端转换结束信号输出端 选用选用ADCADC芯片时芯片时，除必须考虑其技术要求外，通常还，除必须考虑其技术要求外，通常还需了解芯片以下需了解芯片以下两方面特性两方面特性：数字输出方式数字输出方式是否有可控三态输出是否有可控三态输出 启动转换的控制方式启动转换的控制方式是脉冲控制式还是电平是脉冲控制式还是电平 控制式控制式1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片11-471 11.2.4 1.2.4 典型的集成

38、典型的集成ADCADC芯片芯片2.ADC 0808/08092.ADC 0808/0809 8 8位逐次逼近型位逐次逼近型ADCADC。内含一个内含一个8 8通道模拟多路开关和通道模拟多路开关和通道寻址逻辑通道寻址逻辑,可作为简单的数据采集系统。可作为简单的数据采集系统。(1)(1)主要性能指标和特性主要性能指标和特性v分辨率分辨率:8 8位位v总的不可调误差总的不可调误差:ADC0808ADC0808为为1/21/2LSB,ADC0809LSB,ADC0809为为1 1LSBLSBv单一电源单一电源:+5+5V Vv具有可控三态输出缓存器具有可控三态输出缓存器v启动转换控制为脉冲式启动转换控

39、制为脉冲式(正脉冲正脉冲),上升沿使内部寄存器上升沿使内部寄存器 清零清零,下降沿使下降沿使A/DA/D转换开始转换开始v使用时不需进行零点和满刻度调节使用时不需进行零点和满刻度调节v转换时间转换时间:取决于芯片时钟频率取决于芯片时钟频率(CLK=500KHz,TCLK=500KHz,TCONVCONV=128S)=128S)v模拟输入电压范围模拟输入电压范围:单极性单极性0 05 5V V；双极性双极性5 5V,V,10V(10V(需外需外 加电路加电路)11-48CLOCKCLOCKSTARTSTARTIN0IN0IN1IN1IN7IN7通道选通道选择开关择开关ADDAADDAADDBAD

40、DBADDCADDCALEALE通道地址通道地址锁存和译码锁存和译码比较器比较器A/D定时和控制定时和控制逐次逼近寄逐次逼近寄存器（存器（SARSAR）开关树型开关树型D/AVR(+)VR(+)VR(-)VR(-)8 8位锁位锁存和三存和三态门态门EOCEOCOEOE（MSBMSB）D7D7D6D6D0D0（LSBLSB）模拟输入模拟输入数字输出数字输出(2)(2)内部结构和外部引脚内部结构和外部引脚1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片11-49ADC0808/0809ADC0808/0809工作时序工作时序高阻高阻复位复位ASR启动转换启动转换(CPU)WR

41、START/ALEADD(A，B，C)EOCOE数据输出数据输出地址锁存地址锁存转换结束转换结束数据有效数据有效200ns2 s+8T(3)(3)工作时序工作时序1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片11-50v 通道选择通道选择ALEALE与转换启动与转换启动STARTSTART既可用两条写指令既可用两条写指令分开控制分开控制,也可合起来用一条写指令控制。也可合起来用一条写指令控制。v 输入通道的选择可有两种方法：通过地址总线选输入通道的选择可有两种方法：通过地址总线选择或通过数据总线选择。择或通过数据总线选择。v 如以中断驱动式作为如以中断驱动式作为ADCA

42、DC与与CPUCPU间的数据传输控制间的数据传输控制方式，应注意方式，应注意EOCEOC的下降沿相对于启动信号有一段延的下降沿相对于启动信号有一段延时时,防止由它产生虚假中断请求。为此防止由它产生虚假中断请求。为此,最好利用最好利用EOCEOC的上升沿而不是高电平作为中断触发信号。的上升沿而不是高电平作为中断触发信号。(4)(4)使用说明使用说明1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片11-51 一种性价比较高、应用很广的混合集成一种性价比较高、应用很广的混合集成1212位逐次逼位逐次逼近式近式ADCADC芯片芯片，分，分AJAJ、AKAK、ALAL、ASAS、A

43、TAT、AUAU六个等级。六个等级。(1)(1)主要技术指标和特性主要技术指标和特性v非线性误差非线性误差：1 1LSBLSB或或1/21/2LSB(LSB(因等级不同而异因等级不同而异)v电压输入范围电压输入范围:单极性单极性0 0+10+10V,0V,0+20V;+20V;双极性双极性5 5V,V,10V10Vv转换时间转换时间:35:35SSv供电电源供电电源:+5:+5V,V,15V15Vv启动转换方式启动转换方式：由多个信号联合控制，属脉冲式：由多个信号联合控制，属脉冲式v输出方式输出方式：具有多路方式的可控三态输出缓存器：具有多路方式的可控三态输出缓存器v无需外加时钟无需外加时钟v

44、片内有基准电压源片内有基准电压源，可外加，可外加VR,VR,也可通过也可通过VO(R)VO(R)与与Vi(R)Vi(R)相相连而自己提供连而自己提供VRVRv可进行可进行1212位或位或8 8位转换位转换,12,12位输出可一次完成位输出可一次完成,也可两次完也可两次完成成(先高先高8 8位位,后低后低4 4位位)3.AD574A3.AD574A1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片11-5212/812/8 CSCSA A0 0R/CR/CCECEVCCVCC+5+5V VDGNDDGNDVEEVEEVi(20)Vi(20)Vi(10)Vi(10)AGNDAG

45、NDBIPOFFBIPOFFVi(R)Vi(R)VO(R)VO(R)7 71 115151111141413135 5kk5 5kk9 9121210108 810k10k控制逻辑电路控制逻辑电路启启/停停时钟时钟比较器比较器+-1010V V基准基准3k3k输出控制输出控制复位复位时钟时钟留留/舍舍D D1111D D1 1D D0 02727 262616161717A A段段B B段段C C段段三态输出缓冲器三态输出缓冲器转换结束转换结束1212位位逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器(SAR)AD574A1212位位模拟片模拟片DACDAC输出输出DAC(AD565A)STS2828 数字片数

46、字片MSBLSB(2)(2)内部结构与引脚功内部结构与引脚功能能1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片(AD574A)(AD574A)11-53q 操作控制真值表操作控制真值表CECECSCSR/CR/C12/812/8A0A0操作内容操作内容0 0无操作无操作1 11 11 11 11 11 10 00 00 00 00 00 00 01 11 11 1+5+5V VDGNDDGNDDGNDDGND0 01 10 01 1无操作无操作启动一次启动一次1212位转换位转换启动一次启动一次8 8位转换位转换并行读出并行读出1212位位读出高读出高8 8位位(A A

47、段和段和B B段段)读出读出C C段低段低4 4位位,并自动并自动后跟后跟4 4个个0 0(3)(3)操作控制与工作时序操作控制与工作时序1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片(AD574A)(AD574A)11-54有普通和单独控制两种方式。有普通和单独控制两种方式。普通方式普通方式:由至少两个信号由至少两个信号(R/CR/C和和CECE或者或者R/CR/C和和CS)CS)作为转换作为转换/读出控制信号。读出控制信号。单独方式单独方式:CSCS和和A0A0接低电平接低电平,CECE和和12/812/8接高接高电平电平,转换转换/读出只用读出只用R/CR/C控制

48、。控制。q 控制转换控制转换/读数方式读数方式:1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片(AD574A)(AD574A)11-55q工作时序工作时序1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片(AD574A)(AD574A)11-56模拟输入连接方式：模拟输入连接方式：有单极性和双极性两种方式有单极性和双极性两种方式Vi(R)Vi(R)高高4 4位位中中4 4位位低低4 4位位Vo(R)Vo(R)BIP OFFBIP OFFAGNDAGNDVi(10)Vi(10)Vi(20)Vi(20)DGNDDGND5 5V V1010V VR2R21

49、00100100100R1R1数数字字输输出出AD574AD574双极性输入双极性输入模模拟拟输输入入数数字字输输出出-15-15V V100100kk+15+15V VR1R1R2R21001000 0+10+10V V0 0+20+20V V100100kk100100模模拟拟输输入入AD574AD574Vi(R)Vi(R)高高4 4位位中中4 4位位低低4 4位位Vo(R)Vo(R)BIP OFFBIP OFFAGNDAGNDVi(10)Vi(10)Vi(20)Vi(20)DGNDDGND单极性输入单极性输入(4)(4)使用方法使用方法1 11.2.4 1.2.4 典型的集成典型的集成A

50、DCADC芯片芯片(AD574A)(AD574A)11-57v与与1616位以上微机总线接口时位以上微机总线接口时,可采用可采用1212位一次并行位一次并行输出方式，既可按普通方式也可按单独方式发转换输出方式，既可按普通方式也可按单独方式发转换/读数控制信号。外部定时控制和内部软件控制均可。读数控制信号。外部定时控制和内部软件控制均可。v与与8 8位微机总线接口时位微机总线接口时,应采用分应采用分2 2次输出次输出1212位数据位数据的方式，使的方式，使12/8=012/8=0、CS=0CS=0、CE=1CE=1、R/C=1R/C=1，A0A0受控：受控：A0=0A0=0时输出高时输出高8 8