微機原理Comp10.1(1)

1、第第1010章章 A/D及D/A轉換器轉換器教學重點n DAC 0832工作原理工作原理n ADC 0809工作原理工作原理模擬量與數字量n模擬量模擬量連續(xù)變化的物理量連續(xù)變化的物理量n數字量數字量時間和數值上都離散的量時間和數值上都離散的量模擬模擬/數字轉換器數字轉換器ADCDAC數字數字/模擬轉換器模擬轉換器10.1 模擬輸入輸出系統數字信號數字信號模擬信號模擬信號現場信號現場信號1現場信號現場信號2現場信號現場信號n微型微型計算機計算機放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路開開關關低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器A/D轉換器轉換器

2、采樣保持器采樣保持器數字信號數字信號受控對象受控對象控制信號控制信號模擬信號模擬信號D/A轉換器轉換器放大驅動電路放大驅動電路傳感器傳感器將各種現場的物理量測量出來將各種現場的物理量測量出來并轉換成電信號（模擬電壓或電流）并轉換成電信號（模擬電壓或電流） 放大器放大器把傳感器輸出的信號放大到把傳感器輸出的信號放大到ADC所需所需的量程范圍的量程范圍低通濾波器低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，用于降低噪聲、濾去高頻干擾，以增加信噪比以增加信噪比多路開關多路開關把多個現場信號分時地接通到把多個現場信號分時地接通到A/D轉換器轉換器采樣保持器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號，周期性地采樣連續(xù)信號，

3、并在并在A/D轉換期間保持不變轉換期間保持不變10.2 D/A轉換器DAC數字數字/模擬轉換器模擬轉換器模擬量模擬量數字量數字量10.2.1 D/A轉換的基本原理數字量數字量 模擬量模擬量1101B 13D/A轉換器的原理圖（1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF電阻網絡電阻網絡基準電壓基準電壓電子開關電子開關D/A轉換器的原理圖（2）Iout2Iout1RfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗阻抗2R運算放大器運算放大器虛

4、地虛地D/A轉換器的原理圖（3）VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vc/2RVREF/（42R）I2Vb/2RVREF/（22R）I3Va/2RVREF/（12R）D/A轉換器的原理圖（4）Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREF10.2.2 DAC0832芯片nDAC0832是典型是典型的的8位電流輸出型位電流輸出型通用通用DAC芯片芯片LE2LE1 RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器 D

5、GNDDI0DI7D/A轉換器DAC寄存器Iout2Iout1DAC0832的內部結構LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF8位位輸入輸入寄寄存存器器DGNDDI0DI78位位D/A轉轉換換器器DAC8位位寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1. DAC0832的數字接口n8位數字輸入端位數字輸入端nDI0DI7（DI0為最低位）為最低位）n輸入寄存器（第輸入寄存器（第1級鎖存）的控制端級鎖存）的控制端nILE、CS*、WR1*nDAC寄存器（第寄存器（第2級鎖存）的控制端級鎖存）的控制端nXFER*、WR2*直通鎖存器的工作方式兩級緩沖寄存器都是直通

6、鎖存器兩級緩沖寄存器都是直通鎖存器nLE1，直通（輸出等于輸入），直通（輸出等于輸入）nLE0，鎖存（輸出保持不變），鎖存（輸出保持不變）LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式nLE1LE21n輸入的數字數據直接進入輸入的數字數據直接進入D/A轉換器轉換器LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：單緩沖方式nLE11，或者，或者LE21n兩個寄存器之一始終處于直通狀態(tài)兩個寄存器之一始終處于直通狀態(tài)n另一個寄存

7、器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）另一個寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：雙緩沖方式n兩個寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)兩個寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)n能夠對一個數據進行能夠對一個數據進行D/A轉換的同時；輸入轉換的同時；輸入另一個數據另一個數據LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout12. DAC0832的模擬輸出nIout1、Iout2電流輸出端電流輸出端nRfb反饋電阻引出端（電阻在芯片內）反饋電阻引出端（電阻

8、在芯片內）nVREF參考電壓輸入端參考電壓輸入端n10V10VnAGND模擬信號地模擬信號地nVCC電源電壓輸入端電源電壓輸入端n5V15VnDGND數字信號地數字信號地單極性電壓輸出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF單極性電壓輸出：例子設設 VREF5VnDFFH255時，最大輸出電壓：時，最大輸出電壓：Vmax（255/256）5V4.98VnD00H時，最小輸出電壓：時，最小輸出電壓：Vmin（0/256）5V0VnD01H時，一個最低有效位（時，一個最低有效位（LSB）電壓：）電壓：VLSB（1/256）5V0.02

9、VVout（D/2n）VREF雙極性電壓輸出：電路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20雙極性電壓輸出：公式取取 R2R32R1得得 Vout2（2Vout1VREF）因因 Vout1（D/28）VREF故故 Vout2（D27）/27）VREF雙極性電壓輸出：例子設設 VREF5VnDFFH255時，最大輸出電壓：時，最大輸出電壓：Vmax（255128）/1285V4.96VnD00H時，最小輸出電壓：時，最小輸出電壓：Vmin（0128）/1285V5VnD81H129時，一個最低有效位電壓：

10、時，一個最低有效位電壓：VLSB（129128/1285V0.04VVout（D27）/27）VREF3. 輸出精度的調整RfbIout2Iout1Vout+_AGND調零調零電位器電位器調滿刻度調滿刻度電位器電位器電源電源 5VADI10K1M1KVREF4. 地線的連接DGNDAGND模擬電路模擬電路數字電路數字電路ADCDAC模擬電路模擬電路數字電路數字電路10.2.3 DAC芯片的應用mov dx,portdmov al,0repeat: out dx,alinc aljmp repeat10.3 A/D轉換器模擬量模擬量數字量數字量模擬模擬/數字轉換器數字轉換器ADC10.3.1 A

11、/D轉換的基本原理n存在多種存在多種A/D轉換技術，各有特點，轉換技術，各有特點，分別應用于不同的場合分別應用于不同的場合采樣是將一個時間上連續(xù)變化的是將一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉換為時間上斷續(xù)變模擬量轉換為時間上斷續(xù)變化的化的(離散的離散的)模擬量?；蛘吣M量。或者說，采樣是把一個時間上連說，采樣是把一個時間上連續(xù)變化的模擬量轉換為一個續(xù)變化的模擬量轉換為一個串脈沖，脈沖的幅度取決于串脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量，時間上通常采輸入模擬量，時間上通常采用等時間間隔采樣。采樣過用等時間間隔采樣。采樣過程的示意圖如圖所示。程的示意圖如圖所示。采樣保持將采樣得到的模擬量值保持下來量化 編碼量化

12、 和編碼 10.3.2 四種常用的轉換技術計數器式計數器式逐次逼近式逐次逼近式雙積分式雙積分式并行式并行式VFC(電壓頻率轉換器電壓頻率轉換器)構成模構成模/數轉換器時，由計數器、控制門數轉換器時，由計數器、控制門及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成。當電壓及一個具有恒定時間的時鐘門控制信號組成。當電壓Vi加至加至VFC的輸入端后，便產生頻率的輸入端后，便產生頻率f與與Vi成正比的脈沖。該脈沖通過成正比的脈沖。該脈沖通過由時鐘控制的門，在單位時間由時鐘控制的門，在單位時間T內由計數器計數。計數器在每次內由計數器計數。計數器在每次計數開始時，原來的計數值被清零。這樣，計數開始時，原來的計數值被

13、清零。這樣，每個單位時間內，每個單位時間內，計數器的計數值就正比于輸入電壓計數器的計數值就正比于輸入電壓Vi，從而完成，從而完成A/D變換變換。1. 計數器式計數器式2. 逐次逼近式從最高位開始從最高位開始的逐位試探法的逐位試探法時鐘時鐘復位復位數字輸出數字輸出轉換結束轉換結束比較器比較器模擬輸入模擬輸入寄存器寄存器D/A轉換器轉換器逐次逼近法逐次逼近法A/D轉換是一個具有反饋回路的閉路系統。轉換是一個具有反饋回路的閉路系統。A/D轉換器可劃分成轉換器可劃分成3大部分：大部分：比較環(huán)節(jié)、比較環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、控制環(huán)節(jié)、比較標準比較標準(D/A轉換器轉換器)。其主要原理為：將一個待轉換的模擬輸入信

14、號其主要原理為：將一個待轉換的模擬輸入信號VIN與與一個一個“推測推測”信號信號V1相比較，根據推測信號是大于還相比較，根據推測信號是大于還是小于輸入信號來決定減小還是增大該推測信號，以是小于輸入信號來決定減小還是增大該推測信號，以便向模擬輸入信號逼近。推測信號由便向模擬輸入信號逼近。推測信號由D/A變換器的輸變換器的輸出獲得，當推測信號與模擬輸入信號出獲得，當推測信號與模擬輸入信號“相等相等”時，向時，向D/A轉換器輸入的數字即為對應的模擬輸入的數字轉換器輸入的數字即為對應的模擬輸入的數字3. 雙積分式兩個積分階段兩個積分階段實質是電壓實質是電壓/時間變換時間變換IREFIinVinVREF

15、積分器積分器比較器比較器V/IV/I時鐘時鐘啟動計數啟動計數計數器計數器數字輸出數字輸出T2T1Vc固定斜率固定斜率時間可變時間可變固定時間固定時間斜率可變斜率可變轉換結束轉換結束雙積分法雙積分法A/D轉換器由電子開關、積分器、轉換器由電子開關、積分器、比較器和控制邏輯等部件組成。雙積分法比較器和控制邏輯等部件組成。雙積分法A/D轉換器是將未知電壓轉換器是將未知電壓VX轉換成時間值來轉換成時間值來間接測量的，所以雙積分法間接測量的，所以雙積分法A/D轉換器也叫轉換器也叫做做T-V型型A/D轉換器。轉換器。4. 并行式速度快成本高速度快成本高直接比較法直接比較法編編碼碼電電路路VinVREF數字

16、輸出數字輸出比較器比較器RRRRRRR/2R/210.3.3 ADC0809芯片n具有具有A/D轉換的基本功能轉換的基本功能vCMOS工藝制作工藝制作v8位逐次逼近式位逐次逼近式ADCv轉換時間為轉換時間為100 sn包含擴展部件包含擴展部件多路開關多路開關三態(tài)鎖存緩沖器三態(tài)鎖存緩沖器ADC0809的內部結構圖ADC0809地址鎖存地址鎖存和譯碼和譯碼OE通道通道選擇選擇開關開關ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三態(tài)三態(tài)鎖存鎖存緩沖器緩沖器DACVcc比較器比較器CLOCKSTARTGND VREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近逐次逼近寄存器寄存

17、器SAR定時和控制定時和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC1. ADC0809的模擬輸入n提供一個提供一個8通道的多路開關和尋址邏輯通道的多路開關和尋址邏輯IN0IN7：8個模擬電壓輸入端個模擬電壓輸入端ADDA、ADDB、ADDC：3個地址輸入線個地址輸入線ALE：地址鎖存允許信號地址鎖存允許信號nALE的上升沿用于鎖存的上升沿用于鎖存3個地址輸入的狀個地址輸入的狀態(tài)，然后由譯碼器從態(tài)，然后由譯碼器從8個模擬輸入中選擇個模擬輸入中選擇一個模擬輸入端進行一個模擬輸入端進行A/D轉換轉換2. ADC0809的轉換時序D0D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100 s2

18、 s+8T(最大最大)200ns(最小最小)轉換啟動信號轉換啟動信號轉換結束信號轉換結束信號3. ADC0809的數字輸出nADC0809內部鎖存轉換后的數字量內部鎖存轉換后的數字量n具有三態(tài)數字量輸出端具有三態(tài)數字量輸出端D0D7n配合輸出允許信號配合輸出允許信號OEo 當輸出允許信號當輸出允許信號OE為高電平有效時，將為高電平有效時，將三態(tài)鎖存緩沖器的數字量從三態(tài)鎖存緩沖器的數字量從D0D7輸輸出出4. ADC0809的轉換公式輸入模擬電壓輸入模擬電壓輸出數字量輸出數字量基準電壓基準電壓正正極極基準電壓基準電壓負負極極單極性轉換示例n基準電壓基準電壓VREF(+)5V，VREF()0Vn輸

19、入模擬電壓輸入模擬電壓Vin1.5VN （1.50）（50）25676.8774DH雙極性轉換示例n基準電壓基準電壓VREF(+)5V，VREF()5Vn輸入模擬電壓輸入模擬電壓Vin1.5VN （1.55）（55）25689.6905AH10.3.4 ADC芯片與主機的連接nADC芯片相當于芯片相當于“輸入設備輸入設備”，需要接，需要接口電路提供數據緩沖器口電路提供數據緩沖器n主機需要控制轉換的啟動主機需要控制轉換的啟動n主機還需要及時獲知轉換是否結束，并主機還需要及時獲知轉換是否結束，并進行數據輸入等處理進行數據輸入等處理1. 數據輸出線的連接n與主機的連接可分成兩種方式與主機的連接可分成

20、兩種方式q直接相連直接相連：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的ADC芯片芯片q通過三態(tài)鎖存器相連通過三態(tài)鎖存器相連：適用于不帶三態(tài)鎖：適用于不帶三態(tài)鎖存器的存器的ADC芯片，也適用帶有三態(tài)鎖存緩芯片，也適用帶有三態(tài)鎖存緩沖器的芯片沖器的芯片nADC芯片的數字輸出位數大于系統數據芯片的數字輸出位數大于系統數據總線位數，需把數據分多次讀取總線位數，需把數據分多次讀取2. A/D轉換的啟動（1）n啟動信號一般有兩種形式啟動信號一般有兩種形式q脈沖信號啟動轉換脈沖信號啟動轉換q電平信號啟動轉換電平信號啟動轉換轉換啟動轉換啟動轉換結束轉換結束2. A/D轉換的啟動（2）n主機產生啟動信號

21、有兩種方法主機產生啟動信號有兩種方法q編程啟動編程啟動軟件上，執(zhí)行一個輸出指令軟件上，執(zhí)行一個輸出指令硬件上，利用輸出指令產生硬件上，利用輸出指令產生ADC啟動脈啟動脈沖，或產生一個啟動有效電平沖，或產生一個啟動有效電平q定時啟動定時啟動啟動信號來自定時器輸出啟動信號來自定時器輸出3. 轉換結束信號的處理v不同的處理方式對應程序設計方法不同不同的處理方式對應程序設計方法不同 查詢方式查詢方式把結束信號作為狀態(tài)信號把結束信號作為狀態(tài)信號 中斷方式中斷方式把結束信號作為中斷請求信號把結束信號作為中斷請求信號 延時方式延時方式不使用轉換結束信號不使用轉換結束信號 DMA方式方式把結束信號作為把結束信

22、號作為DMA請求信號請求信號10.3.5 ADC芯片的應用n例例1 編程啟動、轉換結束中斷處理編程啟動、轉換結束中斷處理n例例2 編程啟動、轉換結束查詢處理編程啟動、轉換結束查詢處理中斷方式D0D7220hIRQ2A0A9譯碼譯碼VccD0D7EOCADDAADDBADDCALE模擬輸入模擬輸入（05V）500KHzCLOCKVREF(+)+5VIN0OESTARTGNDVREF(-) IOR IOW主程序;數據段數據段adtemp db 0;給定一個臨時變量給定一個臨時變量;代碼段代碼段;設置中斷向量等工作設置中斷向量等工作sti;開中斷開中斷mov dx,220hout dx,al;啟動啟動A/D轉換轉換;其他工作其他工作中斷服務程序adint procsti;開中斷開中斷