第8章2AD與DA變換器接口

微機原理及接口技術第8章基于總線的I/O接口設計8.1基于ISA總線的I/O接口設計8.1.4A/D與D/A變換器接口P3491.D/A:

數(shù)字到模擬變換器28.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器DAC：DigitaltoAnalogConverter1）.原理及技術指標000000010010001101000.000v0.155v0.313v0.468v0.626v假設VOH＝3.6v3Q3,Q2,Q1,Q0上拉電阻下拉電阻分壓計算上拉電阻下拉電阻輸出電壓VOH=3.6V00002k//4k//8k//16k2k1.06666720.652VOH2.347V00012k//4k//8k16k//2k1.1428571.7777780.609VOH2.192V00102k//4k//16k8k//2k1.2307691.60.565VOH2.034V00112k//4k8k//16k//2k1.3333331.4545450.522VOH1.879V01002k//8k//16k4k//2k1.4545451.3333330.478VOH1.721V01012k//8k4k//16k//2k1.61.2307690.435VOH1.566V01102k//16k4k//8k//2k1.7777781.1428570.391VOH1.408V01112k4k//8k//16k//2k21.0666670.348VOH1.253V10004k//8k//16k2k//2k2.28571410.304VOH1.094V10014k//8k2k//16k//2k2.6666670.94117650.261VOH0.940V10104k//16k2k//8k//2k3.20.88888890.217VOH0.781V10114k2k//8k//16k//2k40.84210530.174VOH0.626V11008k//16k2k//4k//2k5.3333330.80.130VOH0.468V11018k2k//4k//16k//2k80.76190480.087VOH0.313V111016k2k//4k//8k//2k160.72727270.043VOH0.155V1111無窮大2k//4k//8k//16k//2k無窮大0.69565220.000VOH0.000V8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標4（1）權(quán)電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標電阻網(wǎng)數(shù)控

模擬開關基準源可不要5（1）權(quán)電阻網(wǎng)絡D/A轉(zhuǎn)換器缺點：阻值種類多，n位就是n種；阻值差距大，20·R～2n·R；各位電阻均要精確→致命缺點8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標6（2）梯形R-2R解碼網(wǎng)（倒T形電阻網(wǎng)絡） 以4位D/A轉(zhuǎn)換器為例8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標7（2）梯形R-2R解碼網(wǎng)（倒T形電阻網(wǎng)絡） 以4位D/A轉(zhuǎn)換器為例8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標8（2）梯形R-2R解碼網(wǎng)（倒T形電阻網(wǎng)絡） 以4位D/A轉(zhuǎn)換器為例8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標910常數(shù)Kn位2進制數(shù)NB結(jié)論：對任一輸入NB，均能在其輸出端得到與之成正比的模擬電壓VOUT

。11分辨率：單位數(shù)字量所對應的模擬量的增量。

與位數(shù)及輸出電壓范圍有關。精度：用分辨率和轉(zhuǎn)換誤差來描述。非線性、溫度、電源波動、輸出電路（運放）誤差的表示方法：絕對、相對均方誤差、標準差分辨率對誤差的影響變換時間：DAC＋運放動態(tài)范圍：最大、最小電壓輸出范圍。如：0～5V8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器1）.原理及技術指標12DAC0832：

8位，兩級鎖存，倒T形電阻網(wǎng)絡，變換時間1μs。1）引線、功能8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片13DAC0832：

8位，兩級鎖存，倒T形電阻網(wǎng)絡，變換時間1μs。1）引線、功能D0～D7ILE、CS、WR1：一級鎖存（輸入寄存器）XFER、WR2：二級鎖存（變換寄存器） VREF：－10V～＋10V IOUT1、IOUT2 Rfb AGND；VCC、DGND8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片142）時序8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片153）輸出方式（電流→電壓）單極性反向輸出8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片163）輸出方式（電流→電壓）單極性同向輸出8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片173）輸出方式（電流→電壓）雙極性輸出8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片加法電路（輸出反相）－VOUT＝2V1＋VREF

VOUT＝2(－V1)－VREF0～10V＋5V－5V～＋5V184）與CPU接口及編程只有一路DAC：P355，圖8.268.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片19圖8.26DAC0832與PC/XT總線的連接圖輸出端口278H輸入寄存器變換寄存器平滑、濾波雙極性輸出20;用D/A產(chǎn)生鋸齒波的程序DAOUT:MOV DX,278H ;端口地址送DX MOV AL,00H ;準備起始輸出數(shù)據(jù)LOOP1:OUT DX,AL DEC AL JMP LOOP1 ;循環(huán)形成周期鋸齒波START:MOV DX,0278HNEXT1:INC AL OUT DX,AL CMP AL,0FFH JNE NEXT1NEXT2:DEC AL OUT DX,AL CMP AL,00H JNE NEXT2 JMP NEXT1214）與CPU接口及編程多路DAC，輸出同步8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片D7～D0CSxIOWXFER22234）與CPU接口及編程多路DAC，輸出同步MOV AL,data1OUT Port1,AL ;data1→第一片0832的R1鎖存MOV AL,data2OUT Port2,AL ;data2→第二片0832的R1鎖存…………OUT PortX,AL ;不實際輸出數(shù)據(jù)，只是同開

;多片第二級緩沖的控制端。8.1.4A/D與D/A變換器接口

1、數(shù)字到模擬(D/A)變換器2）.典型DAC芯片CS1CS2XFER微機原理及接口技術第8章基于總線的I/O接口設計8.1基于ISA總線的I/O接口設計8.1.4A/D與D/A變換器接口

2.A/D:

模擬到數(shù)字變換器258.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器時間連續(xù)、幅值連續(xù)的模擬量時間離散、幅值離散的數(shù)字量取樣、保持、量化、編碼溫度、壓力、速度、……電流、電壓268.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器1）工作原理、結(jié)構(gòu)A/D變換器按工作原理/結(jié)構(gòu)分類： 并行比較型A/D轉(zhuǎn)換器

n位需2n－1個比較器 逐次比較型A/D轉(zhuǎn)換器

雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器

Vin、VREF→積分→VT→計數(shù)T速度快、結(jié)構(gòu)復雜抗干擾能力好、速度慢折衷方案278.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器1）工作原理、結(jié)構(gòu)逐次比較型（逐次反饋型）A/D變換器原理：類似于天平稱物體重量，設待測物4.42g；滿度測量量程為RNFS＝5.12g。砝碼有四種：測量方法：先大砝碼、后小砝碼，依次比較（累計比較），要的記“1”，不要的記“0”。28逐次比較型（逐次反饋型）A/D變換器原理：實測重物G為：誤差：Δ＝|4.16g(測)－4.42g(實際)|＝0.26g＜0.32g誤差＜最小砝碼2.56g＜4.42g“1”留2.56＋1.28＝3.84＜4.42“1”留3.84＋0.64＝4.48＞4.42“0”去3.84＋0.32＝4.16＜4.42“1”留①

4位，4次比較②

誤差＜最小砝碼值298.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器1）工作原理、結(jié)構(gòu)逐次比較型（逐次反饋型）A/D變換器結(jié)構(gòu)框圖308.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器1）工作原理、結(jié)構(gòu)例：8位ADC，VI＝6.84V，VREF＝10V，開始①

10000000→DAC，V0’＝5V＜VI，D7存1

CP1②

11000000→DAC，V0’＝7.5V＞VI，D6存0

CP2③

10100000→DAC，V0’＝6.25V＜VI，D5存1

CP3

…………10101111， V0’＝6.8359375V VI

＝6.84V相對誤差0.06％量化單位Δ（1LSB）量化過程中，取樣電壓不一定能被Δ整除→原理性誤差，無法消除n↑→↓量化過程采用兩種近似量化方式：只舍不入： →量化單位1LSB四舍五入： →量化單位LSB318.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器2）技術指標精度量化誤差328.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器2）技術指標精度量化誤差

量化過程采用兩種近似量化方式：只舍不入： →量化單位1LSB四舍五入： →量化單位LSB00000010100111000123400010010001101000101011001111000000338.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器2）技術指標精度非線性誤差非線性偏移（零點漂移）輸入輸出010V255AnalogInputDigitalOutput348.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器2）技術指標精度電源、溫度、零點漂移、參考電壓ADC中的運放ADC358.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器2）技術指標變換時間

AD574KD：35μs

ms級～ns級

選ADC時，其變換時間應小于采樣周期。輸入動態(tài)范圍

單極性 雙極型輸入

0～10V－5V～＋5V

0～20V－10V～＋10V368.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用AD574：12位ADC，8/16位微處理器接口，

最大轉(zhuǎn)換時間：35μs①引線AD574ADC080937忙模擬量輸入數(shù)字量輸出AGNDDGND388.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用①引線輸入 0～10V、－5V～＋5V（10VIN）

0～20V、－10V～＋10V（20VIN）輸出：DB0～DB11電源 模擬: ±12V/±15V(Pin7,Pin11)、AGND、 RefIn、RefOut(＋10V)、BIP(偏置電壓輸入)

數(shù)字: ＋5V、DGND(Pin1,Pin15)AD574CS：ChipSelectCE：ChipEnableSTS：Status（忙）12/8： 8位讀時接低電平（地）A0： ByteAddress/ShortCycleR/C： Read/Convert398.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用①引線表8.6AD574控制功能狀態(tài)表AD574CECSR/C12/8A0功能說明100x012位轉(zhuǎn)換100x18位轉(zhuǎn)換101＋5Vx12位輸出101地0高8位數(shù)據(jù)輸出DB4～DB11101地1低4位數(shù)據(jù)輸出DB0～DB3408.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用②工作時序AD574圖8.30AD574的工作時序CSCER/CA0忙

STSDB0～DB11啟動讀8位12位讀低4位讀高8位12/8=012/8=1，

一次輸出，與A0無關忙數(shù)據(jù)418.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用③應用：i)

模擬量輸入電路a.模擬輸入：單極性、雙極性AD574圖8.31AD574的模擬電壓輸入(a)單極性輸入；(b)雙極性輸入428.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用AD574圖8.31AD574的模擬電壓輸入(a)單極性輸入；(b)雙極性輸入(a)(b)438.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用③應用：i)

模擬量輸入電路b.輸入路數(shù)擴展

模擬開關 H1508：8路

74HC4051、MAX4051：8路

74HC4052、MAX4052：雙4路AD574導通電阻100Ω448.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用③應用：i)

模擬量輸入電路c.采樣保持電路AD574458.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用③應用：i)

模擬量輸入電路d.輸入濾波電容：平滑、減小干擾 電容大?。?模擬信號源內(nèi)阻R、濾波電容C 位置：模擬開關前（輸入端）AD574468.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用③應用：ii)

與CPU連接：12位ADC，與 16位CPU連接

8位CPU連接AD57447圖8.34AD574經(jīng)8255與8088系統(tǒng)總線相連接000000000110000060～0063H雙極性輸入12位轉(zhuǎn)換12位讀方式0488.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用③應用：ii)

與CPU連接

程序：AD574;對8255初始化，此段程序放在應用程序開始的位置上INTI55: MOV DX,0063H ;控制字 MOV AL,10011010B OUT DX,AL ;控制字寫入8255的CR MOV AL,00000001B OUT DX,AL ;位控方式，使PC0=1

控制字：1

00

1

1

0

1

0

位操作：0000000

1AB方式選擇方式0輸入輸入(C口高4位)方式0輸入輸出(C口低4位)PC0置1圖8.34;以下是對輸入信號進行一次變換的程序ACQUQ:MOV DX,0062H ;C口 MOV AL,00H OUT DX,AL ;使PC0＝0 MOV AL,01H ;使PC0＝1 OUT DX,AL ;由PC0輸出負R/C脈沖啟動變換開始

NOP NOPWAITS:IN AL,DX ;取STS狀態(tài)（PC7）

AND AL,80H ;判斷變換結(jié)束否? JNZ WAITS

;未結(jié)束等待

MOV DX,0060H IN AL,DX ;讀A口，取得A/D變換低8位 MOV BL,AL MOV DX,0061H IN AL,DX AND AL,0FH

;讀B口，取得高4位

MOV BH,AL RET圖8.34518.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用ADC0809：8位ADC，8通道模擬信號輸入，通道地址選擇；

需外接參考電壓、外接時鐘（10KHz～1.2MHz）。

時鐘為640KHz時，轉(zhuǎn)換時間：100μsADC0809528.1.4A/D與D/A變換器接口

2、模擬到數(shù)字(A/D)變換器3）芯片及應用①引線ADC0809VREF(+)VREF(-)VCC：＋5VGND：地參考電壓輸入538.1.4A/D與D/A變換器接口

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