數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換

第7章數(shù)/模和模/數(shù)轉(zhuǎn)換1、概述2、D/A轉(zhuǎn)換原理3、A/D轉(zhuǎn)換原理4、常用D/A芯片5、常用A/D芯片概述在自動控制和測量系統(tǒng)中，被控制或被測量的對象，如溫度、壓力、流量、速度、電壓等都是隨時(shí)間連續(xù)變化且數(shù)值也連續(xù)可變的物理量。這種連續(xù)變化的物理量通常稱為模擬量。常以模擬電壓或電流的形式輸出，執(zhí)行部件所要求的控制信號一般也都是模擬電壓或電流。當(dāng)計(jì)算機(jī)參與控制時(shí)，計(jì)算機(jī)要求的輸入信號為“數(shù)字量”。把模擬量變換成數(shù)字量這一轉(zhuǎn)換過程稱為A/D轉(zhuǎn)換。能將模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量的器件稱為模/數(shù)轉(zhuǎn)換器（AnalogDigitalConverter），簡稱ADC。概述經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后的結(jié)果是數(shù)字量，不能用它去直接控制執(zhí)行部件，需要先把它轉(zhuǎn)換為模擬量，這個(gè)過程稱為D/A轉(zhuǎn)換。將數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的器件稱為數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DigitalAnalogConverter），簡稱DAC。D/A轉(zhuǎn)換是A/D轉(zhuǎn)換的逆過程。這兩個(gè)互逆的轉(zhuǎn)換過程通常會出現(xiàn)在一個(gè)控制系統(tǒng)中。概述模擬接口電路的任務(wù)模擬電路的任務(wù)0010110110101100工業(yè)生產(chǎn)過程傳感器放大濾波多路轉(zhuǎn)換&采樣保持A/D轉(zhuǎn)換放大驅(qū)動D/A轉(zhuǎn)換輸出接口微型計(jì)算機(jī)執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸入接口物理量變換信號處理信號變換I/O接口輸入通道輸出通道D/A轉(zhuǎn)換器原理D/A轉(zhuǎn)換器是一種把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量的線性電子器件，它將輸入的二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量，以電壓或電流的形式輸出，用于驅(qū)動外部執(zhí)行機(jī)構(gòu)。D/A轉(zhuǎn)換常用的方法是加權(quán)電阻網(wǎng)和T型電阻網(wǎng)法。1、加權(quán)電阻網(wǎng)D/A轉(zhuǎn)換：加權(quán)電阻網(wǎng)D/A轉(zhuǎn)換就是用一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字的每一位代碼產(chǎn)生一個(gè)與其相應(yīng)權(quán)成正比的電壓（或電流），然后就將這些電壓（或電流）疊加起來，就可得到該二進(jìn)制數(shù)所對應(yīng)的模擬量電壓（或電流）信號。D/A轉(zhuǎn)換器原理2、T型電阻網(wǎng)D/A轉(zhuǎn)換T型電阻網(wǎng)D/A轉(zhuǎn)換的組成是（1）輸入數(shù)據(jù)控制的開關(guān)組（2）R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)（3）由運(yùn)算放大器構(gòu)成的電流－電壓轉(zhuǎn)換電路這種轉(zhuǎn)換方法與上述加權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)法的主要區(qū)別在于電阻求和網(wǎng)絡(luò)的形式不同，它采用分流原理來實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)數(shù)字位的轉(zhuǎn)換。加權(quán)電阻網(wǎng)D/A轉(zhuǎn)換將輸入的每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)值大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，然后將代表各位的模擬量相加，則所得的總模擬量就與數(shù)字量成正比，這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量的轉(zhuǎn)換。即：D/A轉(zhuǎn)換器的輸出電壓uO，等于代碼為1的各位所對應(yīng)的各分模擬電壓之和。?=----=×+×++×+×=1-n0iii00112n2n1n1nn2d2d2d2d2dDL加權(quán)電阻網(wǎng)D/A轉(zhuǎn)換要把數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)槟M量，必須先把每一位的代碼按其權(quán)的大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬分量，然后將各模擬分量相加，所得到的總的模擬量便對應(yīng)于給出的數(shù)字量。如：D/A轉(zhuǎn)換器的基本原理運(yùn)算放大器的特點(diǎn)：1、它的開環(huán)放大倍數(shù)很高，正常情況下所需的輸入電壓非常??；2、它的輸入阻抗很高，輸入端相當(dāng)于將一個(gè)很小的電壓加在一個(gè)很大的阻抗上，因此輸入電流i極??；3、它的輸出阻抗很小，所以驅(qū)動能力強(qiáng)；如下圖所示，同相接地，反相端為輸入端時(shí)，由于Vi很小，則輸入點(diǎn)的電位近似于地電位，且輸入電流也非常小，可以假定其為0，把這種特殊的情況稱為虛地。ViVOD/A轉(zhuǎn)換器的基本原理G點(diǎn)為運(yùn)算放大器的虛地，輸入電流：輸出電壓VO與輸入電壓Vi的關(guān)系為：式中：Ro為反饋電阻

Ri

為輸入電阻ViRo

VOGRiIiViIi=RiViVo=-RO×RiD/A轉(zhuǎn)換器的基本原理

若輸入端有n個(gè)支路,則輸出電壓VO與輸入電壓Vin的關(guān)系為：Vin式中：Ri

為第i支路的輸入電阻Rf

VO∑R1Rn…權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器OA為運(yùn)算放大器；+為同向輸入端，-端為反向輸入端，兩端間阻抗即輸入阻抗很高，可認(rèn)為是等電位即A點(diǎn)為虛地點(diǎn)-+OAVoutb3b2b1b0R8R4R2R四位DAC寄存器01010101S3S2S1S0AIout1Iout2VrefI0I1I2I3IRfRf權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器設(shè)Vref=-10V四位DAC寄存器即b3~b0為1101I0=Vref/(8R);I2=Vref/(2R);I3=Vref/R即：Iout1=I0+I2+I3

=Vref×(1/8+1/2+1)/R =1.625Vref/R根據(jù)基爾霍夫定律，Irf=-Iout1若取Rf=R、則Vout=Irf*R =-1.625Vref =16.25(伏)要把一個(gè)數(shù)字量變?yōu)槟M量，實(shí)際上要經(jīng)過兩個(gè)環(huán)節(jié)：一是以電阻解碼網(wǎng)絡(luò)為核心的部分，它把數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬電流；二是以運(yùn)算放大器為核心，再把模擬電流變?yōu)槟M電壓。權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器在權(quán)電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中，如采用獨(dú)立的權(quán)電阻，那么對于一個(gè)8位的D/A轉(zhuǎn)換器，需要8個(gè)阻值相差很大的電阻（R，2R，4R，…，128R）。由于電路對這些電阻的誤差要求較高，因此使制造工藝的難度也相應(yīng)增加。在實(shí)際使用中，使用更多的是T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)。T形電阻解碼網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器根據(jù)基爾霍夫定律Irf=-Iout1-+OARRRRVrefVoutb3b2b1b02R2R2R2R四位DAC寄存器01010101S3S2S1S0IRfRfAIout1Iout2I0I1I2I3R圖中：Vref＝－10V設(shè)b3~b0=1101Iout1=I3+I2+I0

若取Rf=R；則VoutD/A轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率（Resolution）分辨率是指最小輸出電壓（對應(yīng)的輸入數(shù)字量只有最低有效位為1）與最大輸出電壓（對應(yīng)的輸入數(shù)字量所有有效位全為1）之比。該參數(shù)是DAC對微小輸入量變化的敏感程度的描述。對于一個(gè)N位的D/A轉(zhuǎn)換器，它的分辨率為1/(2N-1)。如8位的D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為1/255。分辨率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)對輸入量的微小變化的反應(yīng)越靈敏。而分辨率與輸入數(shù)字量的位數(shù)有關(guān)，n越大，分辨率越高。建立時(shí)間是指當(dāng)輸入數(shù)字量從0變化到最大時(shí)，其模擬輸出達(dá)到滿刻度值±1/2LSB（最低有效位）精度時(shí)所需要的時(shí)間。tV1/2LSBtCVFULL轉(zhuǎn)換精度某一數(shù)字量的理論輸出值和經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換的實(shí)際輸出值之差。一般用最小量化階⊿來度量，如±1/2LSB，也可用滿量程的百分比來度量，如0.05%FSR(LSB-LeastSignificantBit,FSR-FullScaleRange)精度是指轉(zhuǎn)換后所得的實(shí)際值對于理想值的接近程度，而分辨率是指能夠?qū)D(zhuǎn)換結(jié)果發(fā)生影響的最小輸入量。線性度指當(dāng)數(shù)字量發(fā)生變化時(shí)，D/A轉(zhuǎn)換器的輸出量按比例關(guān)系變化的程度。理想的D/A轉(zhuǎn)換器是線性的，但實(shí)際有誤差。溫度系數(shù)在輸入不變的情況下，輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生的變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃，輸出電壓變化的百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。用于說明轉(zhuǎn)換器受溫度變化影響的特性。A/D轉(zhuǎn)換原理采樣保持器采樣保持器是A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)中的一個(gè)重要的部分，它能輔助A/D轉(zhuǎn)換器更好地完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換的工作，特別是對工作頻率較高的模擬信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，更是必須在A/D轉(zhuǎn)換前加入采樣保持器，使在A/D轉(zhuǎn)換期間輸入的模擬信號保持不變，以保證轉(zhuǎn)換的精度。采樣保持器電路工作狀態(tài)1、采樣狀態(tài)：（S閉合）輸出隨輸入信號的變化而變化。2、保持狀態(tài)：（S打開）輸出保持為采樣到的某個(gè)模擬量值，以提供給后面的量化編碼部件。采樣保持電路由輸入緩沖放大器、輸出緩沖放大器、保持電容和控制開關(guān)組成。在采樣周期，控制開關(guān)S閉合，輸入放大器的輸出端給保持電容C快速充電到輸入電壓值。然后控制開關(guān)S斷開，進(jìn)入保持狀態(tài)，此時(shí)，由于運(yùn)算放大器的輸入阻抗很高，保持電容對它泄放的漏電流極小，因此在保持期間，輸出放大器的輸出電壓值可以維持不變，而A/D轉(zhuǎn)換器則對采樣保持器的輸出進(jìn)行量化和編碼。采樣保持器的主要參數(shù)①捕捉時(shí)間：當(dāng)置于采樣方式時(shí)，保持器跟蹤模擬輸入信號到滿量程并穩(wěn)定在誤差范圍內(nèi)所花費(fèi)的時(shí)間。②孔徑時(shí)間：指控制開關(guān)從閉合到斷開所花費(fèi)的時(shí)間。③電壓衰減率：在進(jìn)入保持階段后，由于控制開關(guān)及保持電容等各種泄漏通道造成的輸出電壓的下跌。A/D轉(zhuǎn)換原理A/D轉(zhuǎn)換是將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，轉(zhuǎn)換過程通過采樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成。采樣保持量化編碼VIDO模擬量輸入數(shù)字量輸出A/D轉(zhuǎn)換原理模擬信號（A）轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號（D）需要時(shí)間，所以轉(zhuǎn)換時(shí)間上是離散的；另一方面，模擬信號輻值連續(xù)，數(shù)字信號輻值離散。所以AD轉(zhuǎn)換需要做的是對模擬信號進(jìn)行輻值離散和時(shí)間離散。時(shí)間離散→采樣定理輻值離散→量化編碼采樣采樣是將時(shí)間上連續(xù)變化的信號，轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散的信號，即將時(shí)間上連續(xù)變化的模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔的脈沖，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。①在采樣時(shí)間內(nèi)，信號維持不變，以提供足夠的轉(zhuǎn)換時(shí)間。②采樣后保持原信號特征。采樣定理：采樣頻率大于2倍輸入信號頻率的最大值。保持模擬信號經(jīng)采樣后，得到一系列樣值脈沖。采樣脈沖寬度τ一般是很短暫的，在下一個(gè)采樣脈沖到來之前，應(yīng)暫時(shí)保持所取得的樣值脈沖幅度，以便進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此，在取樣電路之后須加保持電路。取樣保持電路及輸出波形①在采樣脈沖S(t)到來的時(shí)間τ內(nèi)，VT導(dǎo)通，UI(t)向電容C充電，假定充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于τ，則有：UO(t)＝US(t)＝UI(t)。－－采樣②采樣結(jié)束，VT截止，而電容C上電壓保持充電電壓UI(t)不變，直到下一個(gè)采樣脈沖到來為止。－－保持量化和編碼為了產(chǎn)生量化編碼，在設(shè)計(jì)（或選擇）AD器件時(shí)，首先應(yīng)確定最小量化單位，即單位數(shù)字量所代表的模擬量。如量化單位用△表示，量化過程為：把要轉(zhuǎn)換的模擬量除△，得：①整數(shù)部分，用二進(jìn)制表示，即得轉(zhuǎn)換數(shù)字量。②余數(shù)部分，即量化誤差。誤差處理：四舍五入——誤差小。只舍不入——誤差大。量化單位越小→轉(zhuǎn)換位數(shù)越多→量化誤差越小。例子例：被采樣的電壓值范圍-5V~+5V，用8位二進(jìn)制數(shù)表示則： -5V~+5V的電壓范圍將等分為256個(gè)等級 在此范圍內(nèi)的任一電壓值都將被量化為一個(gè)8位二進(jìn)制數(shù) 可把-5V~+5V比作0V~10V，并量化為256個(gè)等級即：00000000–11111111，10/256=0.039V為一個(gè)等級電壓模擬量二進(jìn)制量化值電壓模擬量二進(jìn)制量化值0V000000005V100000000.039V000000015.039V100000010.078V000000105.078V10000010……………………4.92V011111109.92V111111004.96V011111119.96V11111111A/D轉(zhuǎn)換器及其基本原理A/D轉(zhuǎn)換器有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法兩大類。直接法是通過一套基準(zhǔn)電壓與采樣保持電壓進(jìn)行比較，從而直接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度高，轉(zhuǎn)換精度容易保證，調(diào)準(zhǔn)也比較方便。直接A/D轉(zhuǎn)換器有計(jì)數(shù)型、逐次比較型、并行比較型等。間接法是將采樣后的模擬信號先轉(zhuǎn)換成中間變量時(shí)間t或頻率f,然后再將t或f轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)是工作速度較低，但轉(zhuǎn)換精度可以做得較高，且抗干擾性強(qiáng)。間接A/D轉(zhuǎn)換器有單次積分型、雙積分型等。常見的A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換的方法較多，有計(jì)數(shù)式、逐次逼近式、雙積分式以及并行式轉(zhuǎn)換等。計(jì)數(shù)式最簡單，但轉(zhuǎn)換速度很低；并行轉(zhuǎn)換速率最快，但需要的器件多，價(jià)格高；逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的速度較高，比較簡單，而且價(jià)格適中；雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器精度高，抗干擾能力強(qiáng)，但速度低，一般用在要求精度高，但速度不高的場合。計(jì)數(shù)器式線性逼近原理:(n:DAC位數(shù))1.

計(jì)數(shù)器清0。2.

計(jì)數(shù)增1,Vo與Vi比較。3.

若

Vo<Vi，則轉(zhuǎn)2。4.轉(zhuǎn)換結(jié)束，從計(jì)數(shù)器讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。特點(diǎn)：平均轉(zhuǎn)換時(shí)間較長;Vi信號越高,轉(zhuǎn)換時(shí)間越長。ViVo時(shí)間電壓逼近波形圖時(shí)鐘復(fù)位數(shù)字輸出比較器模擬輸入計(jì)數(shù)器D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換結(jié)束逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器電路內(nèi)部由4個(gè)部分組成：逐次逼近寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、電壓比較器和控制邏輯電路。其主要原理為：從高位到低位逐位設(shè)定逐次逼近寄存器的值，再經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生相應(yīng)的電壓，然后送到比較器與輸入電壓進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果調(diào)整并確定逐次逼近寄存器的數(shù)值。輸出緩沖寄存器控制邏輯電路逐次逼近寄存器8位

D/A轉(zhuǎn)換器電壓比較器CLK啟動信號轉(zhuǎn)換結(jié)束ViVoD7D6D5D4D3D2D1D0工作原理在進(jìn)行逐次逼近轉(zhuǎn)換前，先將逐次逼近寄存器的各位清0。轉(zhuǎn)換時(shí)，寄存器先由最高位開始置1，這就相當(dāng)于取最大允許電壓的1/2與輸入模擬電壓比較，如果“低于”輸入模擬電壓，該位的“1”被保留；如果高于輸入模擬電壓，該位的1被清除。然后，次高位再置1，相當(dāng)于在1/2的范圍中再作對半的搜索，再比較，以決定該位的1是清除還是保留，直到最低位D0的值確定。逐次逼近法也常稱為二分搜索法或?qū)Π胨阉鞣?。逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)1、轉(zhuǎn)換時(shí)間固定，即n位的轉(zhuǎn)換結(jié)果就需要做n次的轉(zhuǎn)換測試。2、轉(zhuǎn)換時(shí)間的長短取決于轉(zhuǎn)換結(jié)果的數(shù)字量位數(shù)和時(shí)鐘周期。3、轉(zhuǎn)換精度主要取決于內(nèi)置的D/A轉(zhuǎn)換器和比較器的精度。一個(gè)實(shí)際逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理①轉(zhuǎn)換開始前先將逐次逼近寄存器清“0”；②開始轉(zhuǎn)換以后，第一個(gè)時(shí)鐘脈沖首先將寄存器最高位置成1，使輸出數(shù)字為100…0。這個(gè)數(shù)碼被D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓uo，經(jīng)偏移Δ/2后得到uO′＝uO－Δ/2，并送到比較器中與uI′進(jìn)行比較。若uI′＜uo′，說明數(shù)字過大，故將最高位的1清除置零；若uI′≥uo′，說明數(shù)字還不夠大，應(yīng)將這一位保留。③然后，按同樣的方法將次高位置成1，并且經(jīng)過比較以后確定這個(gè)1是保留還是清除。這樣逐位比較下去，一直到最低位為止。比較完畢后，SAR中的狀態(tài)就是所要求的數(shù)字量輸出。逐次逼近型轉(zhuǎn)換例子例：若UREF＝-4V，n＝4。當(dāng)采樣保持電路輸出電壓uI′=2.49V時(shí)，試列表說明逐次逼近型ADC電路的A/D轉(zhuǎn)換過程。解：量化單位為偏移電壓為Δ/2＝0.125V轉(zhuǎn)換的結(jié)果為：d3d2d1d0＝1010。雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器電路由積分器、比較器、計(jì)數(shù)器和標(biāo)準(zhǔn)電源等部件組成。其基本原理為：電路先對未知的輸入模擬電壓Vi進(jìn)行積分，其積分時(shí)間T是固定的，然后轉(zhuǎn)為對基準(zhǔn)電壓進(jìn)行反向積分，直至積分輸出返回起始值。對基準(zhǔn)電壓積分的時(shí)間正比于模擬輸入電壓Vi，輸入模擬電壓越大，反向積分所需要的時(shí)間越長。用高頻率標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘脈沖來測量反向積分所需的時(shí)間，即可得到輸入模擬電壓所對應(yīng)的數(shù)字量。IREFIiViVREF積分器比較器－

＋

V/I時(shí)鐘啟動計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束Vc雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理轉(zhuǎn)換過程分為采樣和計(jì)數(shù)兩個(gè)階段。在采樣階段，控制邏輯使開關(guān)S接向模擬輸入電流Ii端，Ii是電壓/電流變換器的輸出電流，它正比于Vi。此電流在固定時(shí)間T1內(nèi)向積分電容C充電，積分電路的輸出電壓Vc逐漸升高，充電時(shí)間一到，則進(jìn)入計(jì)數(shù)階段，這時(shí)，控制邏輯把開關(guān)S接向基準(zhǔn)電流IREF的輸出端，計(jì)數(shù)器也開始對時(shí)鐘脈沖計(jì)數(shù)。IREF是VREF經(jīng)電壓/電流變換后的輸出，它的大小是固定的。由于設(shè)置VREF的極性與Vi的極性相反，故IREF是反向充電電流，即是積分電容的放電電流。當(dāng)檢零比較器檢測出放電結(jié)束時(shí)，通知控制邏輯停止計(jì)數(shù)并發(fā)出“轉(zhuǎn)換結(jié)束”信號。IREFIiViVREF積分器比較器－

＋

V/I時(shí)鐘啟動計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)器數(shù)字輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束Vc雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的工作原理在采樣階段，因?yàn)槌潆姇r(shí)間固定，所以模擬輸入電壓越高，充電電流越大，電容電壓Vc也越高。在計(jì)數(shù)階段，由于基準(zhǔn)電源的放電電流是恒定的，所以Vc越高（電容上所積累的電荷越多），放電時(shí)間也越長，轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值反映了放電時(shí)間的長短，也反映了輸入模擬電壓的大小，它與模擬輸入電壓的幅值成正比。T2(隨Vi高變化)(在T2期間插值計(jì)數(shù)n,n為轉(zhuǎn)換的數(shù)字量)T1(固定)Vc固定斜率時(shí)間可變固定時(shí)間斜率可變tVi高時(shí)，積分線Vi低時(shí)，積分線VREF積分線雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器的實(shí)質(zhì)是電壓—時(shí)間變換，是測量輸入電壓在一定時(shí)間內(nèi)的平均值，所以對常態(tài)干擾有很強(qiáng)的抑制作用，尤其對正負(fù)波形對稱的干擾信號抑制效果更好。但是，二次積分過程使它的轉(zhuǎn)換時(shí)間變長，故僅適用于信號變化較慢，轉(zhuǎn)換精度要求較高的場合。并行式A/D轉(zhuǎn)換器電路由比較器、分壓電阻和優(yōu)先編碼器組成。采用直接比較法，把參考電壓VREF經(jīng)電阻分壓器直接給出2N－1個(gè)量化電平。轉(zhuǎn)換器需要2N－1個(gè)比較器，每個(gè)比較器的一端接某一級量化電平，被轉(zhuǎn)換的輸入電壓同時(shí)送到各個(gè)比較器的另一端。2N－1個(gè)比較器同時(shí)比較，比較結(jié)果由編碼器編成位數(shù)字碼。編碼電路VinVREF數(shù)字輸出比較器RRRRRR3R/2R/2并行式A/D轉(zhuǎn)換器圖中8個(gè)電阻將參考電壓VREF分成8個(gè)等級，其中7個(gè)等級的電壓分別作為7個(gè)比較器的參考電壓，其數(shù)值分別為VREF/16、3VREF/16、…、13VREF/16。輸入模擬電壓Vi同時(shí)加到每個(gè)比較器上，與各比較電平相比較，它的大小決定了各比較器的輸出狀態(tài)，再經(jīng)優(yōu)先編碼器編碼，得到數(shù)字量輸出。編碼電路VinVREF數(shù)字輸出比較器RRRRRR3R/2R/2三位并行式A/D轉(zhuǎn)換器真值表1模擬輸入電壓數(shù)字輸出比較器輸出CCCCCCC1234567ddd210vI16,[)16)[16,16)[16,16)[16,16)[16,16)[16,16)[16,16)[,1033557799111113131VREFVREFVREFVREFVREFVREFVREFVREF00000011111111111110111001100110110111000100100000000100000001010011100101110111例如：uI＝4.2V，UREF＝6V。3.6V～4.4V則數(shù)字量輸出d2d1d0＝101。并行式A/D轉(zhuǎn)換器的特點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)換速度很快，故又稱高速A/D轉(zhuǎn)換器。含有寄存器的A/D轉(zhuǎn)換器兼有取樣保持功能，所以它可以不用附加取樣保持電路。②缺點(diǎn)：電路復(fù)雜，對于一個(gè)n位二進(jìn)制輸出的并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器，需２n-1個(gè)電壓比較器和2n-1個(gè)電阻，編碼電路也隨n的增大變得相當(dāng)復(fù)雜。且轉(zhuǎn)換精度還受分壓網(wǎng)絡(luò)和電壓比較器靈敏度的限制。因此，這種轉(zhuǎn)換器適用于高速，精度較低的場合。A/D通道的結(jié)構(gòu)形式A/D通道結(jié)構(gòu)形式與實(shí)際中輸入模擬量的通道數(shù)、信號的變化速率、要求的采集速度等有關(guān)，通常有單通道和多通道兩種結(jié)構(gòu)形式。1、單通道結(jié)構(gòu)當(dāng)模擬信號為低頻或直流信號時(shí)，可采用不帶采樣保持器的單通道結(jié)構(gòu)；當(dāng)模擬信號變化速率較高時(shí)，采用帶采樣保持器的單通道結(jié)構(gòu)。2、多通道結(jié)構(gòu)多通道結(jié)構(gòu)又分為三種：1）每個(gè)通道都帶有采樣保持器的A/D轉(zhuǎn)換器的并行多通道結(jié)構(gòu)，各通道可同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換速率較快；2）各通道單獨(dú)帶采樣保持器，但共享A/D轉(zhuǎn)換器；3）共享采樣保持器和A/D轉(zhuǎn)換器的多通道形式；A/D轉(zhuǎn)換器的主要技術(shù)指標(biāo)分辨率分辨率指A/D轉(zhuǎn)換器對輸入模擬信號的分辨能力。從理論上講，一個(gè)n位二進(jìn)制數(shù)輸出的A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)能區(qū)分輸入模擬電壓的2n個(gè)不同量級，能區(qū)分輸入模擬電壓的最小差異為（滿量程輸入的1/2n）。例如，A/D轉(zhuǎn)換器的輸出為12位二進(jìn)制數(shù)，最大輸入模擬信號為10V，則其分辨率為

分辨率=轉(zhuǎn)換精度是指某一數(shù)字量的理論輸出值和經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后的實(shí)際輸出值之差。A/D轉(zhuǎn)換器的精度通常是用數(shù)字量的最低有效位（LSB）所代表的模擬輸入值VLSB來表示的。轉(zhuǎn)換時(shí)間轉(zhuǎn)換時(shí)間是指A/D轉(zhuǎn)換器從接到轉(zhuǎn)換啟動信號開始，到輸出端獲得穩(wěn)定的數(shù)字信號所經(jīng)過的時(shí)間。

A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度主要取決于轉(zhuǎn)換電路的類型，不同類型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度相差很大。①雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最慢，需幾百毫秒左右；②逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度較快，需幾十微秒；③并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度最快，僅需幾十納秒時(shí)間。轉(zhuǎn)換誤差

它表示A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上輸出的數(shù)字量之間的差別。常用最低有效位的倍數(shù)表示。例如，轉(zhuǎn)換誤差≤。就表明實(shí)際輸出的數(shù)字量和理論上應(yīng)得到的輸出數(shù)字量之間的誤差小于最低位的半個(gè)字。例：某信號采集系統(tǒng)要求用一片A/D轉(zhuǎn)換集成芯片在1s內(nèi)對16個(gè)熱電偶的輸出電壓分?jǐn)?shù)進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。已知熱電偶輸出電壓范圍為0～25mV（對應(yīng)于0～450℃溫度范圍），需分辨的溫度為0.1℃，試問應(yīng)選擇幾位的A/D轉(zhuǎn)換器？其轉(zhuǎn)換時(shí)間為多少？解：分辨率=12位ADC的分辨率=故需選用13位A/D轉(zhuǎn)換器。轉(zhuǎn)換時(shí)間=常用D/A芯片舉例D/A轉(zhuǎn)換芯片是由集成在單一芯片上的解碼網(wǎng)絡(luò)和根據(jù)需要而附加上的一些功能電路構(gòu)成的。D/A轉(zhuǎn)換器有多種類型。按DAC的性能分，有通用、高速和高精度等轉(zhuǎn)換器；按內(nèi)部結(jié)構(gòu)分，有不包含數(shù)據(jù)寄存器的，也有包含8位D/A轉(zhuǎn)換芯片0832的組成DAC0832為單片8位數(shù)/模轉(zhuǎn)換器，可以直接與微機(jī)接口。片內(nèi)有R-2R結(jié)構(gòu)的T型電阻網(wǎng)絡(luò)，用以對參考電壓提供的兩條回路分別產(chǎn)生兩個(gè)電流信號IOUT1和IOUT2。DAC0832采用8位輸入寄存器和8位DAC寄存器二次緩沖方式，這樣可以在D/A輸出的同時(shí)，送入下一個(gè)待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，以便提高轉(zhuǎn)換速度。每個(gè)輸入數(shù)據(jù)為8位，可以直接與8位微機(jī)數(shù)據(jù)總線相連接，其邏輯電平與TTL電平相兼容。D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832DAC0832的引腳圖1234567891020191817161514131211VCCILEWR2XFERD4D5D6D7Iout2Iout1CSWR1AGNDD3D2D1D0VrefRfbDGNDDAC0832數(shù)字量輸入線（8條）D0~D7：與CPU的數(shù)據(jù)總線相連輸出線（3條）RFB

反饋電阻引出端，反饋電阻被制作在芯片內(nèi)，用作外接運(yùn)算放大器的反饋電阻，為D/A轉(zhuǎn)換器提供電壓輸出。該電阻與內(nèi)部的R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)相匹配。Iout1、Iout2模擬電流輸出。轉(zhuǎn)換結(jié)果以一組差動電流（Iout1、Iout2）輸出。Iout1+Iout2為一常數(shù)，Iout1、Iout2隨DAC寄存器的內(nèi)容線性變化?？刂凭€（5條）

CS片選，低電平有效ILE：輸入數(shù)據(jù)鎖存允許信號，高電平有效，用來控制8位輸入寄存器的數(shù)據(jù)是否能被鎖存的控制信號之一。

XFER傳送控制信號，低電平有效。從輸入寄存器向DAC寄存器傳送D/A轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的控制信號。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832WR1、WR2寫命令輸入

WR1：控制數(shù)字量輸入到8位輸入寄存器

當(dāng)ILE=1、CS=0、WR1=0時(shí)，用它將輸入的數(shù)字量鎖存于輸入寄存器中。

WR2：寫8位DAC寄存器信號，低電平有效。

當(dāng)WR2=0且XFER=0時(shí)，8位輸入寄存器的數(shù)字被鎖存進(jìn)8位DAC寄存器，同時(shí)進(jìn)入D/A轉(zhuǎn)換器開始轉(zhuǎn)換。數(shù)/模轉(zhuǎn)換器DAC0832電源線與接地線（4條）Vcc

電源輸入端。它可接+5V~+15VVref

參考電壓輸入端。電壓范圍為-10V~+10VDGND數(shù)字地,芯片數(shù)字電路接地點(diǎn)。AGND模擬地,芯片模擬電路接地點(diǎn)。DAC0832的引腳圖1234567891020191817161514131211VCCILEWR2XFERD4D5D6D7Iout2Iout1CSWR1AGNDD3D2D1D0VrefRfbDGNDDAC0832DAC0832的工作方式DI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1WR2XFERM3M1LE2LE18位輸入鎖存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器VrefIout2Iout1RfbAGNDDGNDVcc1314151645671918171120101282139DAC0832內(nèi)部結(jié)構(gòu)M2DAC0832的工作方式DAC0832有兩個(gè)內(nèi)部寄存器，要轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)先送入輸入鎖存器，但不進(jìn)行轉(zhuǎn)換，只有在數(shù)據(jù)送到DAC寄存器時(shí)才能開始轉(zhuǎn)換，因而稱為雙緩沖。ILE

、CS、WR1三個(gè)信號組合控制第一級緩沖器的鎖存。當(dāng)ILE=1、CS=0、WR1＝0，并且CPU執(zhí)行OUT指令時(shí)，使得輸入鎖存器的使能端LE1為高電平，此時(shí)輸入鎖存器的輸出隨輸入變化；當(dāng)CPU寫操作完畢時(shí)，CS=1、WR1＝1，使得LE1為低電平，此時(shí)數(shù)據(jù)鎖存在輸入鎖存器中，實(shí)現(xiàn)第一級緩沖。同理，當(dāng)WR2=0且XFER=0時(shí)，LE2為高電平，第一級緩沖器的數(shù)據(jù)送到DAC寄存器；當(dāng)WR2

和XFER中任意一個(gè)變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這個(gè)數(shù)據(jù)被鎖存在DAC寄存器中，實(shí)現(xiàn)第二級緩沖，并輸入到DAC中開始轉(zhuǎn)換。DAC0832的工作方式雙緩沖方式：即數(shù)據(jù)通過兩個(gè)寄存器鎖存后再送入D/A轉(zhuǎn)換電路，執(zhí)行兩次寫操作才能完成一次D/A轉(zhuǎn)換。這種方式特別適用于要求同時(shí)輸出多個(gè)模擬量的場合。單緩沖方式：兩個(gè)寄存器之一處于直通狀態(tài)，輸入數(shù)據(jù)只經(jīng)過一級緩沖送入D/A轉(zhuǎn)換電路。這種方式下，只需執(zhí)行一次寫操作，即可完成D/A轉(zhuǎn)換，可以提高DAC的數(shù)據(jù)吞吐量。直通方式：此時(shí)兩個(gè)寄存器都處于開通狀態(tài)，即ILE

、CS、WR1、

WR2

和XFER滿足有效電平狀態(tài)，數(shù)據(jù)直接送入D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。這種方式可用于一些不采用微機(jī)的控制系統(tǒng)中。雙緩沖方式所謂雙緩沖，就是把DAC0832的輸入鎖存器和DAC寄存器都接成受控鎖存方式，只有LE1/LE2為高時(shí)，數(shù)據(jù)才進(jìn)入相應(yīng)的寄存器。這種方式適用于多路DA同時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)換的系統(tǒng)。因?yàn)楦餍酒钠x信號不同，由每片的片選信號CS與WR1分時(shí)地將數(shù)據(jù)輸入到每片的輸入鎖存器中，每片的ILE固定接＋5V，XFER與WR2連在一起，作為公共控制信號。數(shù)據(jù)寫入時(shí)，首先將待轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號寫到8位輸入鎖存器，當(dāng)XFER與WR2同時(shí)為低電平時(shí)，數(shù)據(jù)將在同一時(shí)刻由各個(gè)輸入鎖存器將數(shù)據(jù)傳送到對應(yīng)的DAC寄存器并鎖存在各自的DAC寄存器中，使多個(gè)DAC0832芯片同時(shí)開始轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)控制。雙緩沖方式CPU要對DAC芯片進(jìn)行兩步寫操作；將數(shù)據(jù)寫入輸入寄存器；將輸入寄存器的內(nèi)容寫入DAC寄存器。其連接方式是：把ILE固定為高電平，WR1、WR2均接到CPU的IOW，而CS和XFER分別接到兩個(gè)端口的地址譯碼信號引腳。單緩沖方式如果應(yīng)用系統(tǒng)中只有一路轉(zhuǎn)換，或雖然是多路轉(zhuǎn)換但不要求同步輸出時(shí)，可采用單緩沖方式。所謂單緩沖方式，就是使DAC0832的輸入鎖存器和DAC寄存器有一個(gè)是處于直通方式，另一個(gè)處于受控的鎖存方式。一般將WR2和XFER接地，使DAC寄存器處于直通狀態(tài)，ILE接＋5V，WR1接CPU的IOW，CS接I/O地址譯碼器輸出，以便為輸入鎖存器確定地址。在這種方式下，數(shù)據(jù)只要一寫入DAC芯片，就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換，省去了一條輸出指令。單緩沖方式例如，執(zhí)行下面幾條指令就能完成一次D/A轉(zhuǎn)換。

MOVDX，210H；設(shè)DAC0832的地址為210HOUTDX，AL；AL中數(shù)據(jù)送DAC寄存器直通方式當(dāng)ILE

接＋5V，CS、WR1、WR2

和XFER都接地時(shí)，DAC0832處于直通方式，輸入端D0～D7一旦有數(shù)據(jù)輸入就立即進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。這種方式不使用緩沖寄存器，不能直接與系統(tǒng)總線相連，可通過8255A與之相連接。雙緩沖方式假設(shè)兩片D/A的輸入鎖存器地址為210H、211H，DAC寄存器的地址為212H，則完成一次D/A轉(zhuǎn)換的參考程序段為：雙緩沖方式MOVDX，210H；片1的輸入鎖存器地址

OUTDX，AL；AL中的數(shù)據(jù)送輸入鎖存器1INCDX；片2的輸入鎖存器地址

MOVAL，AH；片2的數(shù)據(jù)

OUTDX，AL；AL中的數(shù)據(jù)送輸入鎖存器2INCDX；DAC寄存器地址

OUTDX，AL；數(shù)據(jù)寫入DAC寄存器并轉(zhuǎn)換最后一條指令，表面上是把AL中的數(shù)據(jù)送DAC寄存器，實(shí)際并不真正進(jìn)行，只起到同時(shí)打開兩片D/A的DAC寄存器使輸入鎖存器中的數(shù)據(jù)通過的作用。DAC0832的輸出DAC0832的模擬輸出為電流形式，因此需要使用運(yùn)算放大器將電流輸出轉(zhuǎn)換為電壓輸出。根據(jù)輸入轉(zhuǎn)換的數(shù)字量不同，電壓輸出又分為：1、單極性模擬電壓輸出2、雙極性模擬電壓輸出單極性模擬電壓輸出在實(shí)際應(yīng)用中，為了增強(qiáng)驅(qū)動能力，還需經(jīng)運(yùn)算放大器放大并變換為電壓輸出。對電流輸出型DAC外加運(yùn)算放大器就可實(shí)現(xiàn)電壓輸出。單極性模擬電壓輸出因?yàn)閮?nèi)部反饋電阻RFB等于T形電阻網(wǎng)絡(luò)的R值，則電壓輸出為：

Vo＝–Iout1×RFB＝其中，D為用十進(jìn)制表示的數(shù)字輸入量。設(shè)VREF＝–5V，當(dāng)D＝FFH＝255時(shí)

Vo＝–（255／256）×（–5V）＝4.98V這就是最大輸出電壓Vmax。若D=01H=1，則Vo＝–（1／256）×（–5V）＝0.02V這就是最低位LSB對應(yīng)的輸出電壓。VREF＝–5V時(shí)，模擬輸出電壓的范圍為0～5V。有些DAC芯片中已集成有運(yùn)算放大器，它們屬于電壓輸出型DAC。通常D／A轉(zhuǎn)換器輸出電壓范圍有0～十5V、0～十10V、0～±2.5V、0～±5V、0～±10V等幾種。雙極性模擬電壓輸出有時(shí)輸入待轉(zhuǎn)換的數(shù)字量有正有負(fù)，因而希望D/A轉(zhuǎn)換輸出也是雙極性的，如–5V～+5V或–10V～+10V電壓范圍。有些控制系統(tǒng)中，要求控制電壓應(yīng)有極性變化，如對馬達(dá)的控制，正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)對應(yīng)正電壓和負(fù)電壓。要實(shí)現(xiàn)雙極性輸出，只要在此基礎(chǔ)上再增加一級運(yùn)放。雙極性模擬電壓輸出如圖所示，由VREF為第二級運(yùn)放提供一個(gè)偏移電壓。雙極性模擬電壓輸出根據(jù)理想運(yùn)算放大器的情況，運(yùn)放A2的反相輸入端虛地點(diǎn)有：I1＋I(xiàn)2＝0，即I1=－I2

。而如果選擇R2＝R3＝2R1，則可以得到Vout2＝–（2Vout1+VREF）雙極性模擬電壓輸出對Vout2＝–（2Vout1+VREF）當(dāng)VREF＝5V時(shí)，數(shù)據(jù)00H時(shí),Vout1＝0，對應(yīng)Vout2＝－5V，數(shù)據(jù)80H時(shí),Vout1＝－2.5V，對應(yīng)Vout2＝0V，數(shù)據(jù)0FFH時(shí),Vout1＝－5V，對應(yīng)Vout2＝5V。所以Vout2將Vout1輸出電壓范圍0～－5V轉(zhuǎn)換成雙極性電壓范圍－5V～＋5V。雙極性模擬電壓輸出對DAC0832設(shè)VREF＝5V，當(dāng)D＝0FFH＝255時(shí)是最大輸出電壓。若D＝0，則Vout2＝－5V。數(shù)字量D從00H～FFH變化時(shí)，對應(yīng)的模擬輸出電壓Vout2的輸出范圍是－5V～＋5V。DAC0832單緩沖方式電路連接DAC0832雙緩沖方式電路連接DAC0832與8088系統(tǒng)總線連接DAC0832應(yīng)用舉例輸出鋸齒波MOVDX,210H；送DAC0832端口地址MOVAL,00H；賦初值NEXT:OUTDX,AL；輸出到端口INCAL；增量CALLDELAY;或NOP用來延時(shí)JMPNEXT；循環(huán)輸出輸出鋸齒波通過AL加1，可得到正向的鋸齒波；如要得到負(fù)向的鋸齒波，則只要將程序中的INCAL改為DECAL即可。可以通過延時(shí)的辦法來改變鋸齒波的周期，若延時(shí)時(shí)間較短，可用NOP指令實(shí)現(xiàn)；若延時(shí)時(shí)間較長，則可用一個(gè)延時(shí)子程序。延時(shí)時(shí)間不同，波形周期不同，鋸齒波的斜率就不同。DAC0832應(yīng)用將從2000H開始的50個(gè)字節(jié)單元數(shù)據(jù)依次送到DAC0832輸出，每個(gè)數(shù)據(jù)輸出間隔時(shí)間為1MS，可調(diào)用DLMS延時(shí)1MS子程序。START:MOVSI,2000HMOVCX,50X1:MOVAL,[SI]INCSIOUT80H,ALCALLDLMSLOOPX1HLT思考題1、采用單緩沖方式，通過DAC0832輸出產(chǎn)生三角波，三角波最高電壓5V，最低電壓0V。假設(shè)地址為04A0H分析1、硬件設(shè)計(jì)所要考慮的問題按題意采用單緩沖方式，即經(jīng)一級輸入寄存器鎖存，假設(shè)第一級有鎖存功能，第二級直通，那么第二級的控制端WR2

和XFER處于有效電平狀態(tài)，使二級鎖存寄存器一直處于打開狀態(tài)，第二級寄存器具有鎖存功能的條件是ILE

、CS、WR1都要滿足有效電平時(shí)，第二級寄存器才開放，為減少控制線條數(shù)，使ILE一直處于高電平狀態(tài)，控制WR1和CS端。分析2、軟件設(shè)計(jì)要考慮的問題單緩沖方式下，輸出數(shù)據(jù)的指令僅需一條輸出指令即可。端經(jīng)與譯碼電路的輸出端相連，其地址數(shù)既是選中該0832芯片的片選信號，也是第一級寄存器打開的控制信號。另外由于CPU的控制信號與0832的寫信號相連，當(dāng)執(zhí)行OUT指令時(shí)，CPU的寫信號有效，與信號一起打開第一級寄存器，輸入數(shù)據(jù)被鎖存。輸出0V電壓的程序?yàn)椋篗OVAL,00HMOVDX,04A0HOUTDX,AL分析按題意產(chǎn)生三角波電壓范圍0~5V，那么所對應(yīng)輸出數(shù)據(jù)00H～FFH。所以三角波上升部分從00H加1，直到FFH。三角波下降部分從FFH減1，直到數(shù)據(jù)將為00H。MOVAL,00HMOVDX,04A0HAA1:OUTDX,ALINCALCMPAL,0FFHJNZAA1AA2:OUTDX,ALDECALCMPAL,00HJNZAA2JMPAA1思考題2、采用直通方式，利用0832產(chǎn)生鋸齒波，波形范圍0～5V。分析由于采用直通方式，即0832的8位輸入寄存器、8位DAC寄存器一直處于開通狀態(tài)，要求控制端ILE

接高電平，CS、WR1、WR2

和XFER接地。直通方式DAC0832不可以直接與系統(tǒng)總線相連，可以把DAC0832數(shù)據(jù)輸入端連接到8255A的A口。電路圖分析波形范圍0～5V，單極性輸出。鋸齒波上升部分，采用數(shù)據(jù)值加1的方法，使輸出數(shù)據(jù)由00H變化到FFH。在下降時(shí)由FFH突變到00H。設(shè)8255A芯片地址04A0H,04A2H,04A4H,04A6HMOVDX,04A6HMOVAL,80HOUTDX,ALMOVDX,04A0HMOVAL,00HAA1:OUTDX,ALINCALJMPAA112位的DAC1208系列D/A轉(zhuǎn)換器包括有DAC1208、DAC1209、DAC1210三種類型，它們都是可與微處理器直接兼容的12位D／A轉(zhuǎn)換器。其基本結(jié)構(gòu)與DAC0830系列相似，也是由兩級緩沖寄存器組成，因此可不添加任何接口邏輯而直接與CPU相連。它們的主要區(qū)別是線性誤差不同，DAC1208具有12位的分辨率；滿量程10位、11位或12位的線性度（在全溫度范圍內(nèi)保證）；低功耗設(shè)計(jì)，只需要20mw；1μs的電流穩(wěn)定時(shí)間；參考電壓為–10～＋10V，十5～十15V單電源。DAC1208DACl208系列芯片為標(biāo)準(zhǔn)24腳雙列直插式封裝，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖所示。DAC1208為了便于和應(yīng)用廣泛的8位CPU相連，12位數(shù)據(jù)輸入鎖存器分成了一個(gè)8位輸入鎖存器和一個(gè)4位輸入鎖存器，以便利用8位數(shù)據(jù)總線分兩次將12位數(shù)據(jù)寫入DAC芯片。這樣DACl208系列芯片的內(nèi)部就有三個(gè)寄存器，需要三個(gè)端口地址。為此，芯片內(nèi)部提供了三個(gè)LE信號的控制邏輯。DAC1208和DAC0830一樣，CS和WR1用來控制輸入鎖存器，XFER和WR2用來控制DAC寄存器。但是，為了區(qū)分8位輸入鎖存器和4位輸入鎖存器，增加了一條高/低字節(jié)控制線（字節(jié)1/字節(jié)2）。當(dāng)其為1時(shí)，兩輸入鎖存器均鎖存數(shù)據(jù)；當(dāng)其為0時(shí)，僅4位輸入鎖存器鎖存數(shù)據(jù)。與8位數(shù)據(jù)總線相連時(shí)，DAC1208系列芯片的輸入數(shù)據(jù)線高8位D4～D11連到數(shù)據(jù)總線的D0～D7，低4位D0～D3連到數(shù)據(jù)總線的D4～D7（左對齊）。DAC1208輸入12位數(shù)據(jù)需要經(jīng)兩次寫入操作來完成，假設(shè)高/低字節(jié)控制信號字節(jié)1/字節(jié)2的口地址（即DAC1208的高8位輸入鎖存器和低4位輸入鎖存器的地址）分別為210H（Y0＝0）和211H（Y1＝0），12位DAC寄存器的口地址（即選通信號XFER）為212H（Y2＝0），由地址譯碼電路提供。由于4位輸入鎖存器的LE端只受CS和WR1控制，因此當(dāng)譯碼輸出Y0＝0，使高/低字節(jié)控制線信號為1時(shí)，若IOW為有效信號，則兩個(gè)輸入鎖存器都被選中；而當(dāng)譯碼輸出Y1＝0使高/低字節(jié)控制線為0時(shí)，若IOW為有效信號，則只選中4位輸入鎖存器。故兩次寫入操作都使4位輸入鎖存器的內(nèi)容更新。DAC1208如果采用單緩沖方式或直通方式，則在12位數(shù)據(jù)不是一次輸入的情況下，邊傳送、邊轉(zhuǎn)換會使輸出產(chǎn)生瞬間的錯(cuò)誤。因此DAC1208的D/A轉(zhuǎn)換器必須工作在雙緩沖方式下，在送數(shù)時(shí)要先送入12位數(shù)據(jù)中的高8位數(shù)據(jù)D4～D11，并在WR1上升沿將數(shù)據(jù)鎖存，實(shí)現(xiàn)高字節(jié)緩沖，然后再送入低4位數(shù)據(jù)D0～D3，并在WR1上升沿將數(shù)據(jù)鎖存，實(shí)現(xiàn)低字節(jié)緩沖。當(dāng)Y2＝0且IOW＝0時(shí)，12位數(shù)據(jù)一起寫入DAC寄存器，并在WR2上升沿將數(shù)據(jù)鎖存，并開始D/A轉(zhuǎn)換。DAC1208數(shù)據(jù)整理:由一般的右對齊,邊為左對齊。DAC1208系列芯片與PC總線的連接常用A/D芯片從性能上分：有通用而廉價(jià)的、高精度高速度的、高分辨率的、低功耗的。按分辨率分：4位、8位、10位、12位…從功能上分：有的不僅具有A/D轉(zhuǎn)換的基本功能，還包含內(nèi)部放大器和三態(tài)輸出鎖存器；有的還包括多路開關(guān)、采樣保持器等，使用時(shí)可按需要選擇合適的型號。8位的A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809ADC0809是CMOS工藝制作的8位逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換器。包含有一個(gè)8通道的多路模擬開關(guān)和尋址邏輯，可以接入8個(gè)模擬輸入電壓并對其進(jìn)行分時(shí)轉(zhuǎn)換；其數(shù)字輸出部分，分辨率為8位。具有三態(tài)鎖存和緩沖能力，可直接與微處理器的總線相連；ADC0809片內(nèi)不包含采樣保持器，故不適合用于模擬信號變化較快的場合。ADC0809內(nèi)部結(jié)構(gòu)逐次逼近寄存器樹狀開關(guān)IN0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN7ADDAADDBADDCALESTARTCLOCK610111312VccGNDVref(+)Vref(-)OEEOC(MSB)VinVst159726272812345三態(tài)輸出鎖存器2120191881514172-12-22-32-42-52-62-72-825242322八路模擬開關(guān)控制電路比較器地址鎖存與譯碼器256電阻階梯ADC0809的外部引腳典型轉(zhuǎn)換時(shí)間為100μs，工作溫度范圍為–40℃～+85℃，功耗為15mw，輸入模擬電壓范圍為0～5V，采用5V電源供電。ADC0809的外部引腳如圖所示。UR(-)ADDBADDCD4D0D2D7D6D512345678910191817161514131211202524232221262728IN2IN1IN0

GNDD1ALEEOCSTARTCLOCKD3IN3IN4IN5IN6IN7EOUTADDAUR(+)UDDADC0809的引腳信號IN0~IN7（8條）八路模擬電壓輸入線地址輸入和控制線（4條）ADDA、ADDB、ADDC：八路模擬電壓輸入的選擇，譯碼后選其一ALE：地址鎖存允許信號，用來控制通道選擇開關(guān)的打開與閉合。ALE=1時(shí)接通某一路的模擬信號，ALE=0時(shí)，鎖存該路的模擬信號。數(shù)字量輸出及控制線（11條）START：轉(zhuǎn)換啟動脈沖 寬度大于100ns，上升沿清逐次逼近寄存器SAR，下降沿啟動ADC轉(zhuǎn)換EOC：轉(zhuǎn)換結(jié)束信號輸出 當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束，數(shù)字量鎖存進(jìn)三態(tài)輸出鎖存器后，該引腳將輸出高電平OE：CPU允許輸出，打開輸出三態(tài)緩沖器的門，把轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上。D0~D7：八位數(shù)字量輸出ADC0809的引腳信號電源線及其它（5條）CLOCK：時(shí)鐘，ADC0809需要640KHz脈沖Vcc： +5V，電源輸入GND： 地線Vref(+)： 參考電壓，T形電阻網(wǎng)絡(luò)用，通常接VccVref(-)： 參考電壓，T形電阻網(wǎng)絡(luò)用，通常接地3位電子開關(guān)地址對通道的選擇ADDCADDBADDA選中的模擬通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7ADC0809的工作過程首先確定ADDA、ADDB、ADDC三位地址決定選擇哪一路模擬信號，然后使ALE=1,使該路模擬信號經(jīng)選擇開關(guān)達(dá)到比較器的輸入端。啟動START，START的上升沿將逐次逼近寄存器復(fù)位，下降沿啟動A/D轉(zhuǎn)換。這時(shí)EOC輸出信號變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行。A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC變?yōu)楦唠娖?，指示A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束。此時(shí)數(shù)據(jù)已經(jīng)保存到8位鎖存器。EOC信號可作為中斷申請信號，通知CPU轉(zhuǎn)換結(jié)束，可以輸入數(shù)據(jù)。中斷服務(wù)程序要做的是使OE信號變?yōu)楦唠娖?，打開三態(tài)輸出，由ADC0809輸出的數(shù)字量傳送到CPU。也可以采用查詢方式，CPU執(zhí)行輸入指令，查詢EOC端是否變?yōu)楦唠娖綘顟B(tài)。若為低電平，則等待，若為高電平，從OE端輸入一個(gè)高電平信號，打開三態(tài)門輸入數(shù)據(jù)。ADC0809的轉(zhuǎn)換時(shí)序轉(zhuǎn)換由START為高電平時(shí)啟動，其上升沿復(fù)位內(nèi)部寄存器，下降沿才真正開始轉(zhuǎn)換。高電平寬度應(yīng)不小于200NS。START上升沿后約2US加8時(shí)鐘周期內(nèi)，EOC從高變低，指示轉(zhuǎn)換正在進(jìn)行，EOC保持低電平直到轉(zhuǎn)換完成后再變?yōu)楦唠娖?。?dāng)OE被置為高電平時(shí)，三態(tài)鎖存緩沖器的三態(tài)門被打開，鎖存器的內(nèi)容輸出到數(shù)據(jù)總線上。D0～D7OEEOCSTART/ALEADDA/B/CDATA100s2s+8T(最大)200ns(最小)CPU與ADC接口問題1、要給START線送一個(gè)100US寬的啟動正脈沖；2、獲取EOC引腳上的狀態(tài)信息，它是A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)束標(biāo)志；3、給“三態(tài)輸出鎖存器”分配一個(gè)端口地址，即給OE線上送地址譯碼器輸出信號。ADC0809與8088系統(tǒng)的連接ADC0809與8088系統(tǒng)的連接ADC0809的轉(zhuǎn)換公式輸入模擬電壓輸出數(shù)字量基準(zhǔn)電壓正極基準(zhǔn)電壓負(fù)極單極性轉(zhuǎn)換示例基準(zhǔn)電壓VREF(+)＝5V，VREF(－)＝0V輸入模擬電壓Vin＝1.5V N＝（1.5－0）÷（5－0）×256

＝76.8≈77＝4DH12位的A/D轉(zhuǎn)換芯片AD574AAD574A是美國AD公司的產(chǎn)品，為12位逐次逼近型ADC芯片。芯片內(nèi)部包含有12位的D/A轉(zhuǎn)換器、比較器、逐次逼近寄存器、時(shí)鐘電路、邏輯控制電路以及數(shù)據(jù)輸出緩沖器?？蛇M(jìn)行8位或12位轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的12位二進(jìn)制輸出可一次讀出（與16位的數(shù)據(jù)總線相連），也可以分兩次讀出，即先讀出高8位，后讀出低4位。AD574A的引腳功能模擬量輸入線（3條）

10Vin:單極性時(shí)：0~+10V，雙極性時(shí)：-5V~+10V 20Vin:單極性時(shí)：0~+20V，雙極性時(shí)：-10V~+20V AC:模擬電壓公共接地，常與DC相連數(shù)字量輸出線（13條）

DB11~DB0:數(shù)字量輸出線，DB11為最高位

DC:數(shù)字量公共接地，常與AC相連1234567891011121314STSDB11DB10DB9DB8DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0DCVlogic12/8CSA0R/CCEVccREFOUTACREFINVeeBIPOFF10Vin20VinAD574A2827262524232221201918171615AD574A的引腳功能控制線（6條）CS:片選信號，低電平有效CE:片選允許信號，高電平有效R/C 為0：啟動；為1：讀取數(shù)字量A0 與12/8引腳配合，控制12位或8位操作12/8 與A0引腳配合，控制12位或8位操作STS 轉(zhuǎn)換結(jié)束，高電平有效

禁止XXX1X禁止XXXX0允許低4位加上尾隨4個(gè)0數(shù)字量輸出10101允許高8位數(shù)字量輸出00101允許12位數(shù)字量并行輸出X1101啟動8位A/D轉(zhuǎn)換（奇地址）1X001啟動12位A/D轉(zhuǎn)換（偶地址）0X001功能A012/8R/CCSCEAD574A的引腳功能測試/調(diào)零線（3條）REF IN 內(nèi)部解碼網(wǎng)絡(luò)的參考電壓輸入線REF OUT 內(nèi)部解碼網(wǎng)絡(luò)的參考電壓輸出線BIP OFF 補(bǔ)償調(diào)整線，當(dāng)模擬輸入為零時(shí)，調(diào)整輸出為零電壓線（3條）VL +5V 電源線VCC +12~+15V 電源線VEE -12~-15V 電源線單極性和雙極性兩種輸入方式（a）單極性輸入（b）雙極性輸入A/D轉(zhuǎn)換芯片與微處理器的連接接口的形式根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字輸出端是否帶有三態(tài)鎖存緩沖器，ADC與CPU的連接可分為兩種：1、直接相連方式，主要用于輸出帶有三態(tài)鎖存緩沖器的ADC芯片，它們的數(shù)據(jù)輸出端可直接與系統(tǒng)總線相連，如ADC0809、AD574等，當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束后，CPU通過執(zhí)行讀指令產(chǎn)生控制信號，打開三態(tài)鎖存緩沖器，將數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上。2、通過I/O接口芯片或三態(tài)鎖存器與系統(tǒng)總線相連。適用于轉(zhuǎn)換器內(nèi)部不帶三態(tài)鎖存緩沖器或雖有三態(tài)鎖存器但不受外部控制的ADC芯片，如AD570、ADC1210等。這類芯片的數(shù)據(jù)輸出端與系統(tǒng)總線之間要外接三態(tài)鎖存器，如74LS373/374或通用可編程并行接口芯片如Intel8255A等，但很多情況下，為了增加I/O的接口功能，即使帶有三態(tài)鎖存緩沖器的芯片也常采用第二種方式。此外，由于轉(zhuǎn)換位數(shù)的不同，考慮到與系統(tǒng)總線的匹配問題，ADC芯片與PC總線的連接方式也不同。當(dāng)系統(tǒng)總線的位數(shù)大于A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量的位數(shù)，則可用一條輸入指令一次讀出結(jié)果。若系統(tǒng)總線的位數(shù)小于A/D轉(zhuǎn)換器輸出的數(shù)字量的位數(shù)，則必須增加讀/寫控制邏輯電路，把輸出的數(shù)據(jù)分兩次或多次讀取。例如，12位的A/D轉(zhuǎn)換器要與8位的CPU連接，輸出的數(shù)據(jù)必須按字節(jié)分兩次讀出，對于內(nèi)部不含讀/寫控制邏輯電路的A/D轉(zhuǎn)換器，應(yīng)外接鎖存器將轉(zhuǎn)換后的輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存，由CPU按字節(jié)分時(shí)讀出。A/D轉(zhuǎn)換的啟動信號A/D轉(zhuǎn)換器要進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，必須由外部加入一個(gè)啟動信號。不同型號的芯片，要求的啟動信號也不同。一般分為脈沖啟動信號和電平控制信號。該信號可由CPU提供。如ADC0809、ADC1210等芯片是用脈沖信號啟動轉(zhuǎn)換的，通常可由CPU對ADC端口執(zhí)行一條假讀或假寫指令，產(chǎn)生一符合要求的脈沖信號作為啟動信號。AD570、AD574等芯片是要求用電平信號啟動轉(zhuǎn)換的，即在啟動引腳上加一個(gè)所要求的電平，當(dāng)電平加上之后，轉(zhuǎn)換立即開始，而在整個(gè)轉(zhuǎn)換過程中都必須保持這一電平，否則，將停止轉(zhuǎn)換，并且會產(chǎn)生一個(gè)錯(cuò)誤的結(jié)果。因此，在這種啟動方式中，CPU提供的啟動控制信號必須通過接口寄存器保持或用D觸發(fā)器鎖存。轉(zhuǎn)換結(jié)束后的數(shù)據(jù)處理當(dāng)A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，A/D轉(zhuǎn)換器會輸出一個(gè)轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，通知CPU讀取數(shù)據(jù)。而CPU可以采用以下四種方法來與A/D轉(zhuǎn)換器聯(lián)絡(luò)讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。⑴查詢方式這種方式下，通常把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號作為狀態(tài)信號經(jīng)三態(tài)緩沖器送到系統(tǒng)數(shù)據(jù)總線的某一位上。CPU在啟動A/D轉(zhuǎn)換后，開始查詢轉(zhuǎn)換是否結(jié)束，一旦查到轉(zhuǎn)換結(jié)束信號有效（如ADC0809的EOC，AD574的STS），便讀取ADC中的數(shù)據(jù)。這種方式程序設(shè)計(jì)比較簡單，實(shí)時(shí)性也較強(qiáng)，是比較常用的一種方法。中斷方式這種方式下，把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號作為中斷請求信號接到主機(jī)的中斷請求線上。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)中斷后，在中斷服務(wù)程序中讀取數(shù)據(jù)。在這種方式中，ADC與CPU同時(shí)工作，效率較高，接口簡單。適用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng)或參數(shù)較多的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。延時(shí)等待方式這種方式下，不使用轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，但要預(yù)先計(jì)算好A/D轉(zhuǎn)換的時(shí)間。當(dāng)CPU啟動A/D轉(zhuǎn)換后，執(zhí)行一段略大于A/D轉(zhuǎn)換時(shí)間的延遲程序后，即可讀取數(shù)據(jù)。采用軟件延時(shí)方式，無需硬件連線，但要占用CPU大量的時(shí)間，故多用于CPU處理任務(wù)較少的系統(tǒng)中。DMA方式這種方式下，把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號作為DMA請求信號。轉(zhuǎn)換結(jié)束，即啟動DMA傳送，通過DMA控制器直接將轉(zhuǎn)換結(jié)果送入內(nèi)存緩沖區(qū)。這種方式特別適合要求高速采集大量數(shù)據(jù)的情況。A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例查詢方式A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例設(shè)對應(yīng)8個(gè)模擬通道的I/O地址分別為200H～207H。由于ADC0809無片選信號，因此需要由地址譯碼器的輸出與IOW經(jīng)過或非門來控制ADC0809的啟動信號START和地址鎖存信號ALE，而用IOR經(jīng)或非門來控制輸出允許信號OE。另外把轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC作為狀態(tài)信號，經(jīng)三態(tài)門接入數(shù)據(jù)總線的D7位。這樣，啟動轉(zhuǎn)換之后，只要不斷檢測D7位是否為1，就可以知道轉(zhuǎn)換是否結(jié)束。狀態(tài)端口的I/O地址假設(shè)為208H。實(shí)現(xiàn)上述數(shù)據(jù)采集功能的參考程序段如下：A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例MOVBX，OFFSETBUF；數(shù)據(jù)緩沖區(qū)地址送BXMOVCX，08H；檢測通道數(shù)送CXMOVDX，200H；從IN0開始轉(zhuǎn)換START1：OUTDX，AL；啟動A／D轉(zhuǎn)換

PUSHDXMOVDX，208H；循環(huán)查詢是否轉(zhuǎn)換結(jié)束START2：INAL，DX；讀入狀態(tài)信息

TESTAL，80H；檢查轉(zhuǎn)換結(jié)束否?JZSTART2；沒有結(jié)束，則繼續(xù)檢查

POPDX；轉(zhuǎn)換結(jié)束，恢復(fù)通道號

INAL，DX；讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)

MOV[BX]，AL；存入緩沖區(qū)

INCDX；指向下一個(gè)模擬通道

INCBX；指向下一個(gè)緩沖單元

LOOPSTART1；循環(huán)轉(zhuǎn)換8路模擬輸入量┋；轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)處理A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例如果將上述程序中的循環(huán)查詢程序段改為軟件延時(shí)程序段（延時(shí)應(yīng)大于100μs），則該程序就成了采用軟件延時(shí)方式工作。此時(shí)，轉(zhuǎn)換結(jié)束信號EOC沒有起作用，可以不連接。（2）中斷方式可將ADC0809的EOC引腳接至中斷控制器8259的IRQX，當(dāng)A／D轉(zhuǎn)換結(jié)束，EOC為高電平時(shí)，向CPU發(fā)出中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，便轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，而中斷服務(wù)程序的主要任務(wù)就是讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，并送入緩沖區(qū)。A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例A/D轉(zhuǎn)換器應(yīng)用舉例主程序：DATASEGMENTTEMPDB0…DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS：CODE，DS：DATASTART：…；設(shè)置中斷向量等工作

STI；開中斷

MOVDX，200HOUTDX，AL；啟動A/D轉(zhuǎn)換

…；其它工作中斷服務(wù)程序ADINTPROCPUSHAX；保護(hù)現(xiàn)場

PUSHDXPUSHDSSTI；開中斷

MOVAX，DATA；設(shè)置數(shù)據(jù)段

MOVDS，AXMOVDX，200HINAL，DX；讀取數(shù)據(jù)

MOVTEMP，AL；送入緩沖區(qū)

…；其它工作

CLI ；關(guān)中斷

MOVAL，20H；發(fā)EOI命令

OUT20H，ALPOPDS；恢復(fù)現(xiàn)場

POPDXPOPAXSTI ；開中斷

IRET；中斷返回ADINTENDPAD574的應(yīng)用ADC574比ADC0809有更高的轉(zhuǎn)換精度與速度，圖所示的電路是用AD574完成12位轉(zhuǎn)換并與16位數(shù)據(jù)總線連接的接口電路。AD574的應(yīng)用在圖中，用12/8引腳接＋5V，使轉(zhuǎn)換的12位數(shù)據(jù)可一次讀出。由于R/C＝1時(shí)AD574處于輸出狀態(tài)，因此把DB0～DB11分別通過兩個(gè)8位輸入三態(tài)緩沖器74LS244與CPU的數(shù)據(jù)總線D0～D11相連，AD574的輸出數(shù)據(jù)就不會因與數(shù)據(jù)總線接通而影響數(shù)據(jù)總線。轉(zhuǎn)換結(jié)束信號STS經(jīng)三態(tài)門接入數(shù)據(jù)總線的