《模拟IO接口》课件.ppt

1、a1第十章第十章 模拟模拟I/O接口接口10.0 10.0 概述概述10.1 10.1 DACDAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口10.2 10.2 ADCADC及其与及其与MPUMPU的接口的接口a10.0 10.0 概概 述述q模拟模拟I/OI/O接口接口是模拟输入接口是模拟输入接口/模拟输出接口的模拟输出接口的 简称。简称。模拟输入接口也即模拟模拟输入接口也即模拟/数字转换器数字转换器(ADC,A/DADC,A/D转换器转换器)接口。接口。模拟输出接口也即数字模拟输出接口也即数字/模拟转换器模拟转换器(DAC,D/ADAC,D/A转换器转换器)接口。接口。qA/DA/D、D/AD/

2、A转换器及其与计算机的接口在计算机转换器及其与计算机的接口在计算机 测控系统中的测控系统中的重要性重要性aq模拟模拟I/OI/O接口在计算机测控系统中的接口在计算机测控系统中的应用示例应用示例：a410.1 10.1 DACDAC及其与及其与MPUMPU的接口的接口q D/A D/A转换器原理转换器原理q DAC DAC的基本参数的基本参数q 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片q DAC DAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理 DAC DAC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(电电

3、压或电流压或电流)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DACDACT 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电路结构上均由电压源、解码电路结构上均由电压源、解码 网络、运放和数据缓冲器组成。网络、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。a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理1.1.T T型电阻解码网络

4、型电阻解码网络DACDACq结构特点：结构特点：v解码网络上方任一节点解码网络上方任一节点A A、B B、C C、D D都由三条支路相交而都由三条支路相交而成，而且从任一节点向三条支路看过去的等效电阻都为成，而且从任一节点向三条支路看过去的等效电阻都为2 2R R；v从任一开关从任一开关SiSi向上看过去的等效电阻都为向上看过去的等效电阻都为3 3R R。此特点使得任一开关支路流进某节点的电流都等分此特点使得任一开关支路流进某节点的电流都等分为二，从该节点的另外两条支路流出去。为二，从该节点的另外两条支路流出去。a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理qT T型电阻型电阻

5、DACDAC的转换原理：的转换原理：输出电流输出电流i i0 0与与D D3 3D D0 0位产生的输出电流分量有如下关系：位产生的输出电流分量有如下关系：i i0 0=i=i0303+i+i0202+i+i0101+i+i0000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：331132ROViDR(经经1 1次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）222132ROViDR(经经2 2次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）113132ROViDR(经经3 3次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）004132ROViDR(经经4 4次二等分到输出支路）次二等分到输出支路）a1

6、0.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理所以所以321012341111()32222ROViDDDDR321032104(2222)32RVDDDDR340232iRiiVDR进一步得到输出电压进一步得到输出电压V V0 0:340232RfiOf OiiVRvR iDR a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理推广到一般情况，当输入数字量为推广到一般情况，当输入数字量为n n位时，则有：位时，则有：10232niROiniViDR10232nRfiOiniVRVDR 当当R Rf f=3R=3R时时1022niRiniVD以上两式表明以上两式表明:v

7、输出电流输出电流i i0 0和输出电压和输出电压V V0 0都与输入二进制数都与输入二进制数 D Dn_1n_1D Dn_2n_2DD0 0的大小成正比，可见实现了从的大小成正比，可见实现了从 数字量到模拟量的转换。数字量到模拟量的转换。vi i0 0和和V V0 0除与输入数字量大小成正比外，还与除与输入数字量大小成正比外，还与R R、R Rf f和和V VR R有关，通过调节它们可实现零和满刻度有关，通过调节它们可实现零和满刻度 值调整。但在集成值调整。但在集成DACDAC中主要是调中主要是调V VR R 。a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理qT T型电阻型电阻

8、DACDAC的优缺点的优缺点v主要优点：主要优点：D/AD/A转换的结果转换的结果V Vo o只与电阻的比值只与电阻的比值 有关，而不取决于电阻的绝对值。有关，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”输入端的时间明显不相同。输入端的时间明显不相同。这样这样,在输入数字量变化的动态过程中可能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，从而带来较大的在输出端产生很大的尖峰脉冲，从而带来较大的 动态误差，影响动态误差，影响DACDAC的

9、转换精度和转换速度。的转换精度和转换速度。a10.1.1 10.1.1 D/AD/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DACDAC-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a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理q结构特点：结构特点：v无论无论SiSi接接1 1或接或接0,0,对应支路的电流对应支路的电流IiIi都恒定不变都恒定不变(或者流入地，或者流入虚地或者流入地，或者流入虚地)。v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，等效电看过去，等效电 阻均为阻均为R R，且两支路电阻都

10、等于且两支路电阻都等于2 2R R。可见可见VRVR产生的产生的 电流电流I I每经一个节点即平均分流一次。每经一个节点即平均分流一次。v电阻网络中各支路的电流都直接流入电阻网络中各支路的电流都直接流入“运放运放”输输 入端，相互间不存在传输时间差，所以转换速入端，相互间不存在传输时间差，所以转换速 度较快，动态过程中输出端的尖峰脉冲较小。度较快，动态过程中输出端的尖峰脉冲较小。a10.1.1 10.1.1 D/AD/A转换器原理转换器原理q倒倒T T型电阻型电阻DACDAC的转换原理：的转换原理：32102342222RVIIIIIIIIIR33221100OiD ID ID ID I321

11、02341111()2222IDDDD321032104(2222)2RVDDDDR34022iRiiVDR3440222RfRfiOOfiiVRVRviRDRR a10.1.1 10.1.1 D/AD/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：1022niROiniViDR同样可见同样可见:v输出的模拟信号输出的模拟信号i i0 0和和V V0 0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。vi i0 0和和V V0 0除与输入数字量大小成正比外，还与除与输入数字量大小成正比外

12、，还与R R、R Rf f和和V VR R有关。实际中常通过调节有关。实际中常通过调节V VR R（有时还有有时还有 R Rf f）来实现零和满刻度值调整。来实现零和满刻度值调整。1022nRfiOiniVRVDR 当当R Rf f=R=R时时1022niRiniVDa10.1.2 10.1.2 DACDAC的基本参数的基本参数精度参数精度参数速度参数速度参数分辨率分辨率a1.1.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,一般用误一般用误 差大小表示。差大小表示。精度特性常以满量程电压精度特性常以满量程电压V VFSFS的百分数或以最低的百分数或以最低有效位有

13、效位LSBLSB的分数形式给出，有时也用二进制位数的的分数形式给出，有时也用二进制位数的形式给出。如：形式给出。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1/21/2LSBLSB指最大误差为指最大误差为 1/21/2 1/21/2n n V VFSFS=1/21/2n+1n+1V VFSFS。精度为精度为n n位位指最大误差为指最大误差为1/21/2n nV VFSFS。a10.1.2 10.1.2 DACDAC的基本参数的基本参数2.2.速度参数速度参数-主要是建立时间或转换时间。主要是建立时间或转换时间

14、。通常指输入数字量为满刻度值时，从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达到满刻度值或满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刻度值的某一百分比(如如90%)90%)所需的时间。所需的时间。a3.3.分辨率分辨率-表示表示DACDAC对微小模拟信号的分辨能力，对微小模拟信号的分辨能力，是数字输入量的最低有效位是数字输入量的最低有效位(LSB)LSB)所对所对 应的模拟值。应的模拟值。分辨率通常用二进制位数表示，对于一个分辨率通常用二进制位数表示，对于一个n n位位DACDAC，其分辨能力为满量程其分辨能力为满量程V V0 0或或I I0 0的的1/21/2n n

15、。精度取决于构成转换器的各个部件的误差和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。稳定性，而分辨率则取决于转换器的位数。精度和分辨率的区别：精度和分辨率的区别：a10.1.3 10.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片种类繁多种类繁多,功能、性能各异。功能、性能各异。DACDAC芯片分类：芯片分类：片内无输入缓存器的片内无输入缓存器的DACDAC片内有单级输入缓存器的片内有单级输入缓存器的DACDAC片内有双级输入缓存器的片内有双级输入缓存器的DACDAC按片内有无按片内有无 缓存能力缓存能力并行输入并行输入DACDAC，串行输入串行输入DACDA

16、C，串串/并输入并输入DACDAC，按数字输按数字输 入方式入方式8 8位位DACDAC，分辨率高于分辨率高于8 8位的位的DACDAC，按位数按位数a1.1.DAC0832DAC083288位位R-2R TR-2R T型电阻解码网络芯片，转换结果以型电阻解码网络芯片，转换结果以一对差动电流一对差动电流I IO1O1和和I IO2O2输出。输出。10.1.3 10.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片(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

17、位输入位输入寄存器寄存器LELE1 1D DQ Q（LSBLSB）1919ILEILE181817171 12 2CSCSWRWR1 1WRWR2 2XFERXFER1 12 23 38 8121211119 93 320201010V VR RI I0202I I0101R RfbfbAGNDAGNDV VCCCCDGNDDGNDD DD DQ QQ Q8 8位位DACDAC寄存器寄存器8 8位位D/AD/A转换器转换器R Rfbfb1515k kLELE2 2a10.1.3 10.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片(2)(2)应用说明应用说明 可工作于双缓冲方式可工作于双缓冲

18、方式 这时要有两级写操作，为此要提供这时要有两级写操作，为此要提供2 2个端口地址个端口地址,译码后分别接到译码后分别接到CSCS和和XFERXFER端。端。双缓冲工作方式的优越性：双缓冲工作方式的优越性：可转换和接收并行工作可转换和接收并行工作,利于提高速度；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适于需要多个模拟输出通道同时改变输出量的应用场合。应用场合。a 这时应使一级缓存器使直通。通常使第二级这时应使一级缓存器使直通。通常使第二级DACDAC寄存器直通寄存器直通,即把即把WRWR2 2和和XFERXFER固定接地。固定接地。单缓冲方式下，数据只要一写入单缓冲方式下，数据只

19、要一写入DACDAC芯片就芯片就立即进行数立即进行数/模转换模转换,省去一条输出指令。省去一条输出指令。可工作于单缓冲方式可工作于单缓冲方式a这时得到的电压这时得到的电压V V0 0是单极性是单极性,极性与极性与V VR R相反：相反：823RofbVNvRR R Rfbfb=3R=15K=3R=15K256RNV256RNVV VO O在在0 0V V之间变化。之间变化。10.1.3 10.1.3 典型的典型的DACDAC集成芯片集成芯片 DAC0832DAC0832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,为得到电压输出，应加接一级运放：为得到电压输出

20、，应加接一级运放：V VCCCCDBDB20209 91111121210103 38 8DACDAC08320832I IO1O1I IO2O2-+A AV VO OV VR Ra 如要输出双极性电压如要输出双极性电压,应于输出端引入一个偏应于输出端引入一个偏 移电路。移电路。10.1.3 10.1.3 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。V VCCCC20209 91111121210103 38 8DACDAC08320832DBDBV VR RI

21、 IO1O1I IO2O2-+A A1 1V VO O R R2R2R2R2RV VO O-+A A2 2通常有两种引入方法：通常有两种引入方法：a 运放运放A A2 2(反相比例求和电路反相比例求和电路)使使A A1 1的输出电压的输出电压V Vo o的的两倍与参考电压两倍与参考电压V VR R求和，即求和，即:(2)256oRRNvVV 128128128RRRNNVVVN80HN80H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 这时要采用两级缓冲寄存器。具体接口方法又这时要采用两级缓冲寄存器。具体接

22、口方法又有两种有两种(以以1212位位DACDAC和和8 8位位MPUMPU为例为例):):每级用两个锁存器每级用两个锁存器10.1.4 10.1.4 DACDAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术MPUMPUD D7 7D D0 0ABAB CBCB端口端口译码译码D D7 7D D0 0D3D3D0D0锁存器锁存器（1 1）锁存器锁存器（3 3）锁存器锁存器（2 2）锁存器锁存器（4 4）或或D D0 0D D3 31212位位DACDAC或或D D4 4D D1111D D7 7D D0 0D D1111D D8 8V V0 0a 低低8 8位经两级缓存位经两级缓存,高高4 4位经

23、一级缓存位经一级缓存(反之也可反之也可)10.1.4 10.1.4 DACDAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术MPUMPUD D7 7D D0 0ABABCBCB端口端口译码译码D D3 3D D0 0D D7 7D D0 0D D4 4锁存器锁存器（1 1）锁存器锁存器（3 3）锁存器锁存器（2 2）选通选通1212位位DACDACD D7 7D D0 0D D8 8D D1111V V0 0a 一般一般8 8位以上位以上DACDAC与与8 8位位MPUMPU接口示例接口示例(以以DAC1210DAC1210与与IBM PCIBM PC总线的接口为例总线的接口为例)(1)(1)接口

24、硬件逻辑接口硬件逻辑:10.1.4 10.1.4 DACDAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术调满度调满度D D7 7D D6 6D D0 0IOWIOWA A0 0A A9 9AENAEN地址译码地址译码DIDI1111DIDI1010DIDI1 1DIDI0 0WRWR1 1WRWR2 21 11 1B B1 1/B/B2 2CSCS XFERXFER DACDAC12101210V VR RR RfbfbI I0101I I0202+15+15V V5050V V0 0-+5 5G23G231010kk调零调零-15-15V V&220220H H221221H H222222H

25、 Ha(2)(2)接口驱动程序接口驱动程序 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寄存寄存器的低器的低1212位位,则完成一次则完成一次D/AD/A转换输出的接口驱动转换输出的接口驱动程序如下程序如下:START:MOV DX,0220H ;DAC START:MOV DX,0220H ;DAC基地址送基地址送DXDX寄存器寄存器 MOV CL,4MOV CL,4 SHL BX,CL ;BX SHL BX,CL ;BX中中1212位数向左对齐位数向左对齐 MOV AL,BHMOV AL,BH OUT DX,AL ;OUT DX,AL ;写入高写入高8 8位

26、位 INC DXINC DX MOV AL,BL MOV AL,BL OUT DX,AL ;OUT DX,AL ;写入低写入低4 4位位 INC DX INC DX OUT DX,AL ;OUT DX,AL ;启动启动D/AD/A转换转换(ALAL中为任意数均可）中为任意数均可）HALTHALT10.1.4 10.1.4 DACDAC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术a3710.2 10.2 ADCADC及其与及其与MPUMPU的接口的接口q A/D A/D转换的四个步骤转换的四个步骤q A/D A/D转换器原理转换器原理q ADCADC的性能参数的性能参数q 典型的典型的ADCADC集

27、成芯片集成芯片q ADC ADC芯片与芯片与MPUMPU接口技术接口技术a10.2.1 10.2.1 A/DA/D转换的四个步骤转换的四个步骤采样采样保持保持量化量化编码编码前两步在采样保持电路前两步在采样保持电路(S/H)S/H)中完成中完成,后两步在后两步在ADCADC电路中实现。电路中实现。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上将时间上连续变化的模拟量转换为时间上 断续变化的断续变化的(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模拟量值保持下来,使之等于使之等于 采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样

28、值。采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。a10.2.1 10.2.1 A/DA/D转换的四个步骤转换的四个步骤q采样保持电路基本原理图采样保持电路基本原理图:q通常采用等时间间隔采样。为使采样保持得到的输出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原成原来的模拟输入信号信号在经过信号处理后可还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):):f fs s2f2fimaximaxf fs s为采样频率为采样频率,f fimaximax为输入信号为输入信号V V1 1的最高次谐波分量的最高次谐波分量V VI IT TS(t)S(t)V VC

29、 CCnCn-+AvAvV V0 0a2.2.量化和编码量化和编码量化量化-用基本的量化电平用基本的量化电平q q的个数来表示采的个数来表示采 样保持的模拟电压值。样保持的模拟电压值。量化实质上是把时间上离散而数值上连续的模量化实质上是把时间上离散而数值上连续的模拟量以一定的准确度变为时间上、数值上都离散的、拟量以一定的准确度变为时间上、数值上都离散的、量级化的等效模拟量。量级化的等效模拟量。10.2.1 10.2.1 A/DA/D转换的四个步骤转换的四个步骤a常用量化方法：常用量化方法：量化误差量化误差 减小量化误差的办法：减小量化误差的办法：编码编码-把已经量化的模拟量值把已经量化的模拟量

30、值(一定为一定为q q的整数的整数 倍倍)用数码表示。用数码表示。只舍不入法只舍不入法四舍五入法四舍五入法由量化电平的有限性所造成；由量化电平的有限性所造成；是原理性误差是原理性误差,只能减小只能减小,无法消除。无法消除。根本办法是取小的量化电平；根本办法是取小的量化电平；在量化电平一定时在量化电平一定时,采用四舍五入法采用四舍五入法 也有利于减小量化误差。也有利于减小量化误差。a采样、保持、量化、编码全过程示意图：采样、保持、量化、编码全过程示意图：10.2.1 10.2.1 A/DA/D转换的四个步骤转换的四个步骤a10.2.2 10.2.2 A/DA/D转换器原理转换器原理 通常所说的通

31、常所说的A/DA/D转换器是指将采样保持后转换器是指将采样保持后得到的模拟电压值得到的模拟电压值V Vi i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，但实际上这两转换过程包括量化和编码，但实际上这两步并无明显分界。步并无明显分界。a1 1、ADCADC芯片分类芯片分类直接直接ADCADCVVi i直接转换成数码直接转换成数码间接间接ADCADCVVi i中间变量中间变量数码数码根据根据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：可分成两类：并行转换式并行转换式ADCADC逐次逼近式逐次逼近式ADCADC计数式计数式ADCADC常见的有常

32、见的有单积分式单积分式ADCADC双积分式双积分式ADCADCV/FV/F转换式转换式ADCADC常见的有常见的有 其中其中逐次逼逐次逼近式近式ADCADC的转换速的转换速度和精度较高，度和精度较高，且比较简单，在且比较简单，在集成集成ADCADC芯片中应芯片中应用最多。用最多。a2 2、逐次逼近式、逐次逼近式ADCADC原理原理 二分搜索，二分搜索，反馈比较，反馈比较，逐次逼近。逐次逼近。（与天平称与天平称重思想相似重思想相似）v原理框图原理框图10.2.2 10.2.2 A/DA/D转换器原理转换器原理v基本特点：基本特点：av工作过程示意（以三位工作过程示意（以三位ADCADC为例）为例

33、）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个个时钟脉冲。若把将转换结果送入输出缓冲锁存时钟脉冲。若把将转换结果送入输出缓冲锁存器这个节拍也算在内，则需要器这个节拍也算在内，则需要n+2n+2个时钟脉冲。个时钟脉冲。10.2.2 10.2.2 A/DA/D转换器原理转换器原理a10.2.3 10.2.3 ADCADC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。微小变化响应能力的度量。它是数字输出的最低位它是数字输出的最低位(L

34、SB)LSB)所对应的模拟输入所对应的模拟输入电平值，即量化电平电平值，即量化电平q=VFS/2q=VFS/2。常用常用ADCADC位数表示。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，即转换所需的时间，即 从输入转换启动信号开始到转换结束从输入转换启动信号开始到转换结束 所经历的时间。所经历的时间。转换时间的倒数称为转换速率。转换时间的倒数称为转换速率。a10.2.3 10.2.3 ADCADC的性能参数的性能参数3 3、精度、精度实际变换函数与理想变换函数的接近程度。通常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。用误差表示。相对精度实质

35、上反映的是相对精度实质上反映的是ADCADC的线性度好坏。的线性度好坏。指对于一个给定的数字量输出，其实际上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输入的模拟电压值与理论上应输入的模拟电压值之差。电压值之差。v绝对精度绝对精度：v相对精度相对精度：指在整个转换范围内，任一个数（不是指指在整个转换范围内，任一个数（不是指一个数）所对应的实际模拟输入电压与理一个数）所对应的实际模拟输入电压与理论输入电压的差。论输入电压的差。avADCADC的转换误差来源的转换误差来源 数字误差，即量化误差数字误差，即量化误差 模拟误差，即设备误差模拟误差，即设备误差 10.2.3

36、10.2.3 ADCADC的性能参数的性能参数 主要由分辨率决定，属原理性误差，可主要由分辨率决定，属原理性误差，可通过增加位数来减小。通过增加位数来减小。主要来自比较器、主要来自比较器、DACDAC中解码电阻、基中解码电阻、基准电压源和模拟开关等模拟电路的误差。准电压源和模拟开关等模拟电路的误差。a10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片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：选用选用ADCADC芯片时，除必须考虑其技术要求外，芯片时，除必须考虑其技术要求外，通常还需了解芯片以下两方面特性：通常还需了解芯片以下两方面特性：数字输出

37、方式数字输出方式 启动转换的控制方式启动转换的控制方式模拟信号输入端（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是脉冲控制式，是脉冲控制式，还是电平控制式还是电平控制式是否有可控三态输出是否有可控三态输出下节下节a1.1.ADC0804ADC080488位逐次逼近式位逐次逼近式ADCADC芯片芯片（1 1）主要性能指标和特性）主要性能指标和特性v模拟输入电压：模拟输入电压：单极性单极性0 05 5V V；双极性双极性5 5V V，10V10Vv单一电源：单一电源：+5+5V

38、Vv转换时间转换时间:100100ssv转换精度转换精度:1 1LSBLSBv数字输出方式：数字输出方式：具有可控三态输出缓冲器具有可控三态输出缓冲器v启动转换方式：启动转换方式：脉冲式脉冲式v芯片工作时钟：芯片工作时钟：可由可由CPUCPU提供，也可通过外接电阻、提供，也可通过外接电阻、电容在芯片内部自行产生。电容在芯片内部自行产生。10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a（2 2）引脚功能）引脚功能 模拟输入引脚模拟输入引脚vV Vi i(+),V(+),Vi i(-):(-):模拟信号输入端，既可单端输入也模拟信号输入端，既可单端输入也 可差动输入。可差动输

39、入。vV VR R/2:/2:参考电压输入端。通常：参考电压输入端。通常：V VR R/2/2 1/21/2 V VI I(+)-V(+)-VI I(-)(-)CSCSRDRDWRWRCLKINCLKININTRINTRV Vi i(+)(+)V Vi i(-)(-)AGNDAGNDV VR R/2 2DGNDDGND1 12 23 34 45 56 67 78 89 910102020191918181717161615151414131312121111ADCADC08040804VCCVCCCLKRCLKRDBDB0 0(LSB)(LSB)DBDB1 1DBDB2 2DBDB3 3DBD

40、B4 4DBDB5 5DBDB6 6DBDB7 710.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a 数字接口引脚数字接口引脚vDB0DB0DB7:DB7:8 8位数据输出线位数据输出线vCLKINCLKIN和和CLKR:CLKR:时钟信号引时钟信号引 脚，用于芯片本身产脚，用于芯片本身产 生时钟时外接电阻和生时钟时外接电阻和 电容。电容。vCSCS、RDRD、WRWR和和INTR:INTR:控控 制与状态信号线制与状态信号线芯片本身产生时芯片本身产生时 钟的接法钟的接法f fCLKCLK1/1.1RC1/1.1RCR RCLKRCLKRADCADC08040804CLKI

41、NCLKIN19194 4C C10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a控制与状态信号间的定时关系控制与状态信号间的定时关系:10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a（3 3）使用方法）使用方法 转换器的零点不需调整，转换器的零点不需调整，但满量程电压值需进行调整。但满量程电压值需进行调整。满量程调整方法：满量程调整方法：v 先把输入电压先把输入电压V VI I调整为比所希望的满量程电压调整为比所希望的满量程电压 小小1.51.5LSB,LSB,即：即：()1.5()256VMAXVMINVIVMAX VMAX,VMINVMAX,VM

42、IN分别为输入电压的最大值、最小值。分别为输入电压的最大值、最小值。v 再调再调V VR R/2/2端电压，使输出数字量为端电压，使输出数字量为 11111110 11111110 到到 11111111 11111111的过渡点。的过渡点。10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a V VR R/2/2端的具体接法与端的具体接法与V Vi i范围有关：范围有关：v V Vi i=0=05V5V时，无需外接基准电压，内部会自动时，无需外接基准电压，内部会自动 使该端置为使该端置为2.52.5V V；v V Vi i=其它范围时，其它范围时，V VR R/2/2端应外

43、接一大小等于端应外接一大小等于 1/2 1/2（VMAX-VMIN)VMAX-VMIN)值的基准电压。值的基准电压。V Vi i（+）、）、V Vi i（-）端的接法：端的接法：v 单端输入时，单端输入时，V Vi i(-)(-)端接端接AGNDAGND，V Vi i(+)(+)端接端接ViVi；v 差动输入时，差动输入时，V Vi i(+)(+)端接端接V Vi i正极，正极，V Vi i(-)(-)端接端接V Vi i 负极；负极；10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片av 对双极性对双极性V Vi i应通过附加电路输入：应通过附加电路输入：总之，无论哪种输入

44、形式，都应确保加到总之，无论哪种输入形式，都应确保加到V Vi i（+）和和V Vi i（-）间的电压在间的电压在0 0+5+5V V范围之内，当超范围之内，当超出时应先进行衰减。出时应先进行衰减。ADC0804ADC0804双极性输入连接法双极性输入连接法10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片V VCCCCV Vi i(+)(+)ADC0804ADC0804V Vi i(-)(-)V Vi i 5 5V VR RR R6 67 720205 5V VC C（a a）V VCCCCV Vi i(+)(+)ADC0804ADC0804V Vi i(-)(-)V Vi

45、 i 5 5V V2R2RR R2R2R6 67 720205 5V VC C（b b）a2.2.ADC 0808/0809ADC 0808/0809 不仅包括一个不仅包括一个8 8位逐次逼近型位逐次逼近型ADCADC部分部分,还还提供了一个提供了一个8 8通道模拟多路开关和通道寻址逻辑通道模拟多路开关和通道寻址逻辑,可可作为简单的数据采集系统。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转换时间转

46、换时间:取决于芯片时钟频率取决于芯片时钟频率(一般一般CLK=500KHz,TCONV=128S)CLK=500KHz,TCONV=128S)v单一电源单一电源:+5+5V Vv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(需外加电路需外加电路)v数字输出方式：数字输出方式：具有可控三态输出缓存器具有可控三态输出缓存器v启动转换方式：启动转换方式：脉冲式脉冲式(正脉冲正脉冲),),上升沿使内部寄存器清零上升沿使内部寄存器清零,下降下降 沿使沿使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

47、10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a(2)(2)内部结构和外部引脚内部结构和外部引脚10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片CLOCKCLOCKSTARTSTARTININ0 0ININ1 1 ININ7 7通道选通道选择开关择开关ADDADDA AADDADDB BADDADDC CALEALE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/DA/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/AD/AV VR R(+)(+)V VR R(-)(-)8 8位锁位锁存和三存和三态门态门EO

48、CEOCOEOE（MSBMSB）D D7 7D D6 6 D D0 0（LSBLSB）模拟输入模拟输入数字输出数字输出a(3)(3)工作时序工作时序10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a(4)(4)使用说明使用说明v通道选择与启动转换既可用两条写指令分开控制通道选择与启动转换既可用两条写指令分开控制,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ADCADC与与CPUCPU间的数据传输

49、控制间的数据传输控制 方式方式,应注意应注意EOCEOC的下降沿相对于启动信号有一段的下降沿相对于启动信号有一段 延时延时,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,最好利最好利 用用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。10.2.4 10.2.4 典型的集成典型的集成ADCADC芯片芯片a3.3.AD574AAD574A 12 12位逐次逼近式位逐次逼近式ADCADC芯片。分芯片。分AJAJ、AKAK、ALAL、ASAS、ATAT、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

50、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:3535SSv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内含基准电压源：内含基准电压源：可外加可外加V VR R,也可通过也可通过V VO O(R)(R)与与