第10章 數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

第10章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換10.1數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換10.2模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換10.1.1D/A轉(zhuǎn)換器的工作原理通常采用電阻網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)數(shù)字量到模擬電流的轉(zhuǎn)換,再利用運(yùn)算放大器完成模擬電流到模擬電壓的轉(zhuǎn)換。10.1數(shù)/模（D/A）轉(zhuǎn)換0伏1.T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理2.D/A轉(zhuǎn)換器的基本輸出電路⑴分辨率(△)

DAC所能分辨的最小電壓，即最小輸出電壓與最大輸出電壓

之比。⑵轉(zhuǎn)換精度

實(shí)際輸出值與理想輸出值之間的誤差；

一般D/A轉(zhuǎn)換器的誤差應(yīng)不大于1/2LSB。⑶溫度靈敏度_數(shù)字輸入不變的情況下，模擬輸出信號(hào)隨溫度的變化。表明

D/A轉(zhuǎn)換器受溫度變化影響的特性。⑷建立時(shí)間

也稱穩(wěn)定時(shí)間（Ts)，描述D/A轉(zhuǎn)換快慢的一個(gè)重要參數(shù)，指從

數(shù)字量輸入到建立穩(wěn)定的輸出電流的時(shí)間。⑸輸出電平_不同型號(hào)的D/A轉(zhuǎn)換器件的輸出電平相差較大。10.1.2D/A轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)10.1.38位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832及其接口技術(shù)DAC0832主要特點(diǎn)如下：▲與TTL電平兼容；

▲分辨率為8位；▲

建立時(shí)間為1uS；▲

滿刻度誤差為±1/2LSB；▲功耗為20mW；

▲電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。1.DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)

10.1.3.18位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832的結(jié)構(gòu)原理及引腳2.DAC0832的外部引腳▲VREF參考電壓輸入端，轉(zhuǎn)換基準(zhǔn)，要求數(shù)值正確，穩(wěn)定性好；▲VCC工作電壓輸入；▲AGND模擬地；DGND數(shù)字地；▲DI7-DI0數(shù)據(jù)輸入端；▲IOUT1、IOUT2互補(bǔ)電流輸出；為了輸出電壓，須加I/V轉(zhuǎn)換電路；

▲RFB片內(nèi)反饋電阻引腳；與運(yùn)放配合構(gòu)成I/V轉(zhuǎn)換器；（15K）▲ILE輸入鎖存使能輸入；▲CS片選▲WR1、WR2

寫命令輸入；▲XFER傳輸控制信號(hào)輸入；1.DAC0832的三種工作方式直通方式：

ILE為高，CS、WR1、WR2、XFER都接數(shù)字地，特點(diǎn)為8位數(shù)字量可直接加到8位D/A轉(zhuǎn)換器上；

單緩沖方式：

只要把兩個(gè)寄存器的任何一個(gè)接為直通方式，另一個(gè)鎖存數(shù)據(jù)；雙緩沖方式：情況1：需要在程序控制下,把要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)先打入輸入寄存器，然后在某個(gè)時(shí)刻啟動(dòng)D/A轉(zhuǎn)換；情況2：需要同步進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換的多路DAC系統(tǒng)中。工作方式

直通方式、單緩沖方式、雙緩沖方式；10.1.3.2DAC0832的工作方式及輸出方式2.DAC0832的輸出方式⑴單極性輸出輸出電壓為：⑵雙極性輸出輸出電壓為：10.1.3.3DAC0832的應(yīng)用舉例1.單緩沖方式應(yīng)用D/A變換器的輸出驅(qū)動(dòng)程序例產(chǎn)生鋸齒波

……A1：MOV

DX，278H；端口地址送DXMOVAL，00H；準(zhǔn)備起始輸出數(shù)據(jù)L1：OUTDX，AL；DECALCALLDELAY；延遲

JMPL1；循環(huán)形成周期鋸齒波

……

例輸出三角波要求上限為2.5V，下限為－2V。設(shè)置初值設(shè)置0832地址轉(zhuǎn)換比較最大值N

Y

反向輸出

MOVDX，278H；0832芯片地址

MOVAL，4DH；下限

AAl：OUTDX，ALINCAL；修改輸出數(shù)據(jù)

CMPAL，0C0HJNZAA1AA2：OUTDX，AL；輸出0C0HDECALCMPAL，4DHJNZAA2JMPAA1；循環(huán)產(chǎn)生三角波－２V２.5V2.雙緩沖方式應(yīng)用例使用DAC0832產(chǎn)生兩路不同極性的方波信號(hào)，相位關(guān)系如圖10-10所示，試進(jìn)行軟硬件設(shè)計(jì)。硬件電路圖如圖10-11所示程序如下：例利用8255和0832輸出產(chǎn)生鋸齒波，波形范圍0～5V，0832工作在直通方式下，8255芯片地址是04A0H、04A2H、04A4H、04A6H。電路圖如下：3.直通方式應(yīng)用產(chǎn)生0-5V鋸齒波電壓程序：MOVDX，04A6H；8255控制口

MOVAL，80H；設(shè)A口輸出方式

OUTDX，ALMOVDX，04A0H；8255A口地址(0832)

MOVAL，00H；輸出數(shù)據(jù)初值A(chǔ)A1：OUTDX，ALINCALCMPAL，F(xiàn)FHJNZAA1MOVAL，00H；輸出數(shù)據(jù)初值

JMPAA1設(shè)置8255控制口設(shè)置8255工作方式輸出8255控制字比較最大值N

Y設(shè)置0832地址設(shè)置輸出初值輸出設(shè)定值初值整加1設(shè)置輸出初值10.1.412位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210芯片及其接口技術(shù)DAC1210主要特點(diǎn)如下：▲分辨率12位；

▲具有雙寄存器結(jié)構(gòu)，可對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行雙重緩沖；▲

輸出電流穩(wěn)定時(shí)間為1uS;▲

工作電流+5V～+15V，參考電壓為VREF為-10V～+10V；▲功耗低，約20mW；

▲電流輸出型D/A轉(zhuǎn)換器。1.DAC1210內(nèi)部結(jié)構(gòu)

10.1.4.112位D/A轉(zhuǎn)換器DAC1210的結(jié)構(gòu)原理及引腳2.DAC1210的外部引腳10.1.4.2DAC1210的工作方式及輸出方式DAC1210有兩種工作方式，一種是單緩沖方式，另一種是雙緩沖方式。10.1.4.3DAC1210的應(yīng)用舉例例DAC1210單緩沖工作與16位CPU的接口電路如圖10-16所示，要求通過DAC1210產(chǎn)生1V～4V范圍的三角波信號(hào)輸出。

DAC1210的端口地址為210H10.2模/數(shù)（A/D）轉(zhuǎn)換A/D轉(zhuǎn)換的基本過程模擬量是時(shí)間上和幅值上都連續(xù)的一種信號(hào)，模擬量經(jīng)過采樣后得到的信號(hào)是時(shí)間上離散的，幅值上連續(xù)的信號(hào)，即離散信號(hào)，這一過程就是采樣。計(jì)算機(jī)對(duì)這種離散信號(hào)不能處理，計(jì)算機(jī)只能處理數(shù)字量，所以必須把離散信號(hào)在幅值上也進(jìn)一步離散化，這一過程就是量化過程。10.2.1A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理1.逐次逼近法2.雙積分法⑴分辨率(△)

ADC所能分辨的最小模擬信號(hào)的能力；即輸入數(shù)據(jù)發(fā)生1LSB

的變化時(shí)所對(duì)應(yīng)的輸出模擬量的變化。⑵轉(zhuǎn)換時(shí)間

A/D轉(zhuǎn)換器完成一次轉(zhuǎn)換所需要的時(shí)間；轉(zhuǎn)換時(shí)間的倒數(shù)稱為轉(zhuǎn)換速率。⑶量程_所能轉(zhuǎn)換的輸入模擬電壓的最大范圍。⑷絕對(duì)精度

也稱絕對(duì)誤差，指與數(shù)字輸出量所對(duì)應(yīng)的模擬輸入量的實(shí)際值

與理論值之間的差值。⑸相對(duì)精度_滿刻度值校準(zhǔn)后，任一數(shù)字輸出所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬輸入值與理

論值（中間值）之差?！?FSR(滿程量）N210.2.2A/D轉(zhuǎn)換器的性能參數(shù)10.2.38位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809芯片及其接口技術(shù)ADC0809主要特性如下：▲分辨率8位；

▲

轉(zhuǎn)換時(shí)間為100uS;▲

工作溫度范圍：-40℃～+85℃；▲功耗為15mW；▲8路模擬輸入通道，通道地址鎖存并譯碼；▲單一5V電源供電，模擬輸入電壓范圍為0V～+5V，

不需零點(diǎn)和滿刻度校準(zhǔn)；▲與TTL兼容三態(tài)數(shù)據(jù)輸出，易與微處理器相連；▲時(shí)鐘頻率為10KHz～1280KHz。10.2.3.18位A/D轉(zhuǎn)換器ADC0809的結(jié)構(gòu)原理及引腳1.ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)2.ADC0809的外部引腳IN0-IN7

8通道模擬量輸入端；A、B、C通道輸入選擇端；ALE

地址鎖存控制信號(hào);D7-D0

結(jié)果數(shù)據(jù)輸出端；START啟動(dòng)轉(zhuǎn)換命令輸入端,

正脈沖;EOC轉(zhuǎn)換結(jié)束指示，轉(zhuǎn)換時(shí)為低；OE

輸出使能端，加高電平時(shí)打開輸出緩沖器三態(tài)門，讀出數(shù)據(jù)；CLOCK時(shí)鐘輸入信號(hào)，頻率范圍

10KHz～1.2MHz；REF(+)REF(-)參考電壓輸入端，通常REF(-)接地，參考電壓從REF(+)引入；當(dāng)REF(+)=5V時(shí)，輸入范圍0-5V。3.ADC0809的工作時(shí)序啟動(dòng)轉(zhuǎn)換START地址鎖存ALE通道地址輸出使能OE輸出數(shù)據(jù)D7-D0數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換結(jié)束EOC64CLK轉(zhuǎn)換開始轉(zhuǎn)換中轉(zhuǎn)換結(jié)束1-8個(gè)時(shí)鐘周期編程需判斷兩次—ADC0809與系統(tǒng)總線的連接，主要是正確處理數(shù)據(jù)輸出線、啟動(dòng)信號(hào)START和轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC與系統(tǒng)總線連接的問題4.ADC0809與PC總線的接口

1)數(shù)據(jù)輸出線的連接

0809芯片具有三態(tài)輸出鎖存器，它的數(shù)據(jù)輸出線可以直接和CPU的數(shù)據(jù)總線相連，當(dāng)CPU不讀取數(shù)據(jù)時(shí)，呈高阻態(tài)。

2)啟動(dòng)轉(zhuǎn)換信號(hào)START的連接

0809的啟動(dòng)信號(hào)START要求一個(gè)正脈沖信號(hào)，通常由CPU控制發(fā)出。

3)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號(hào)EOC的處理

A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，0809發(fā)出轉(zhuǎn)換信號(hào)EOC，以通知CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。但在A／D轉(zhuǎn)換過程中，從開始轉(zhuǎn)換到轉(zhuǎn)換結(jié)束需要一段時(shí)間。為了正確無誤地讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，常采用以下三種方式：

延時(shí)方式：CPU在輸出啟動(dòng)信號(hào)START后延時(shí)一段時(shí)間（〉64CLK），

直接讀取A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果；

中斷方式：可以利用EOC向CPU申請(qǐng)中斷,中斷響應(yīng)后，在中斷服務(wù)程序中讀取A／D轉(zhuǎn)換結(jié)果；

查詢方式：可將EOC信號(hào)經(jīng)三態(tài)緩沖器送到CPU的數(shù)據(jù)總線某一位或并行I／Q接口芯片的某一位。當(dāng)CPU啟動(dòng)A／D轉(zhuǎn)換后,靠不斷查詢這一信號(hào)的狀態(tài)，來確定轉(zhuǎn)換是否已經(jīng)結(jié)束。10.2.3.2ADC0809的應(yīng)用舉例例ADC0809與PC總線的連接電路如圖10-23所示，編程實(shí)現(xiàn)：⑴采用查詢方式，依次對(duì)8路模擬信號(hào)輪流采樣一次，并將轉(zhuǎn)換

結(jié)果存放到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)的Data開始的內(nèi)存中；⑵采用延時(shí)方式對(duì)IN5通道連續(xù)采集8次數(shù)據(jù)，求平均值（取整）

后將其存入變量AVR單元中。MOVAX,SEGDataMOVDS,AXLEADI,DataMOVCX,08HMOVAH,00HMOVDX,2F1HLOP1:MOVAL,AHOUTDX,ALMOVDX,2F0HLOP2:INAL,DXTESTAL,80HJZLOP2MOVDX,2F1HINAL,DXMOV[DI],ALINCAHINCDILOOPLOP1HLT解：⑴程序設(shè)計(jì)如下：MOVAX,SEGDataMOVDS,AXMOVCX,08HMOVBX,00HMOVAH,05HMOVDX,2F1HLOP1:MOVAL,AHOUTDX,ALCALLDelayINAL,DXADDBL,ALADDCBH,00HMOVDX,2F1HLOOPLOP1MOVCL,3SHRBX,CLMOVAVR,BL⑵程序設(shè)計(jì)如下：ADC0809芯片通過8255A與PC總線連接例、設(shè)有8路模擬量（0-5V）輸入信號(hào)，要求每一次都從0通道開始順序?qū)?條通道輸入的模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，并將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)存入附加段中DATA_BUF開始的單元中（方法：查詢）8255A的端口地址為320H～323H查詢方式：8255的A口輸入,C口的低4位用作輸出，C口高4位用作輸入AD_SUBPROCMOVCX，8；CX作數(shù)據(jù)計(jì)數(shù)器

CLD；清方向標(biāo)志

MOVBL，00H；模擬通道號(hào)存在BL中

LEADI，DATA_BUF；緩沖區(qū)偏移地址NEXT_IN:MOVDX，322H；C口地址

MOVAL，BLOUTDX，AL；輸出通道號(hào)

MOVDX，323H；指向控制口

MOVAL，00000111B；PC3置1OUTDX，AL；送出開始啟動(dòng)信號(hào)

NOP；延時(shí)

NOPMOVAL，00000110B；PC3復(fù)位

OUTDX，AL