微機原理09教材

1第十章A/D及D/A轉(zhuǎn)換器10.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標10.2DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器10.3A/D轉(zhuǎn)換器工作原理和主要性能指標10.4ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器10.5AD570A/D轉(zhuǎn)換器210.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將二進制的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為相應的模擬量。D/A轉(zhuǎn)換器的主要部件是電阻開關網(wǎng)絡，其主要網(wǎng)絡形式有權電阻網(wǎng)絡和R–2R梯形電阻網(wǎng)絡，其工作原理這里不作介紹。集成D/A芯片類型很多，按生產(chǎn)工藝分有雙極型、MOS型等；按字長分有8位、10位、12位等；按輸出形式分有電壓型和電流型。另外，不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品，其型號各不相同。例如，美國國家半導體公司的D/A芯片為DAC系列，如DAC0832等；美國模擬器件公司的D/A芯片為AD系列，如AD558等。使用時可參閱各公司提供的使用手冊。一、D/A轉(zhuǎn)換接口310.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標二、D/A轉(zhuǎn)換器工作原理D/A轉(zhuǎn)換器從工作原理上可分為并行D/A轉(zhuǎn)換器及串行D/A轉(zhuǎn)換器兩種。并行D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度快，但電路復雜。隨著微電子技術的發(fā)展，并行D/A轉(zhuǎn)換器集成電路目前已大量生產(chǎn)，廣為采用。并行D/A轉(zhuǎn)換器的位數(shù)與輸入數(shù)碼的位數(shù)相同，對應輸入數(shù)碼的每一位都設有信號輸入端，用以控制相應的模擬切換開關，把基準電壓Un接到電阻網(wǎng)絡上。410.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標三、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標D/A轉(zhuǎn)換器的主要特性指標包括以下幾方面：分辨率：指最小輸出電壓(對應的輸入數(shù)字量只有最低有效位為“1”)與最大輸出電壓(對應的輸入數(shù)字量所有有效位全為“1”)之比。如N位D/A轉(zhuǎn)換器，其分辨率為1/(2N-1)。在實際使用中，表示分辨率大小的方法也用輸入數(shù)字量的位數(shù)來表示。線性度：用非線性誤差的大小表示D/A轉(zhuǎn)換的線性度。并且把理想的輸入輸出特性的偏差與滿刻度輸出之比的百分數(shù)定義為非線性誤差。510.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標三、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標（續(xù)）(3)轉(zhuǎn)換精度：D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換精度與D/A轉(zhuǎn)換器的集成芯片的結(jié)構(gòu)和接口電路配置有關。(4)建立時間：建立時間是D/A轉(zhuǎn)換速率快慢的一個重要參數(shù)，也是D/A轉(zhuǎn)換器中的輸入代碼有滿度值的變化時，其輸出模擬信號電壓(或模擬信號電流)達到滿刻度值±１/2LSB(或與滿刻度值差百分之多少)時所需要的時間。(5)溫度系數(shù)：在滿刻度輸出的條件下，溫度每升高1℃，輸出變化的百分數(shù)定義為溫度系數(shù)。610.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標三、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標（續(xù)）(6)電源抑制比：對于高質(zhì)量的D/A轉(zhuǎn)換器，要求開關電路及運算放大器所用的電源電壓發(fā)生變化時，對輸出電壓影響極小。通常把滿量程電壓變化的百分數(shù)與電源電壓變化的百分數(shù)之比稱為電源抑制比。(7)工作溫度范圍：一般情況下，影響D/A轉(zhuǎn)換精度的主要環(huán)境和工作條件因素是溫度和電源電壓變化。(8)失調(diào)誤差(或稱零點誤差)：失調(diào)誤差定義為數(shù)字輸入全為0碼時，其模擬輸出值與理想輸出值之偏差值。7(9)增益誤差(或稱標度誤差)：D/A轉(zhuǎn)換器的輸入與輸出傳遞特性曲線的斜率稱為D/A轉(zhuǎn)換增益或標度系數(shù)，實際轉(zhuǎn)換的增益與理想增益之間的偏差稱為增益誤差。(10)非線性誤差：D/A轉(zhuǎn)換器的非線性誤差定義為實際轉(zhuǎn)換特性曲線與理想特性曲線之間的最大偏差，并以該偏差相對于滿量程的百分數(shù)度量。在轉(zhuǎn)換器電路設計中，一般要求非線性誤差不大于±1/2LSB。三、D/A轉(zhuǎn)換器的主要性能指標（續(xù)）10.1D/A轉(zhuǎn)換器工作原理和性能指標810.2DAC0832D/A轉(zhuǎn)換器一、DAC0832的結(jié)構(gòu)與引腳DAC0832是美國國家半導體公司采用CMOS工藝生產(chǎn)的8位D/A轉(zhuǎn)換集成電路芯片。它具有與微機連接簡單、轉(zhuǎn)換控制方便、價格低廉等特點，因而得到了廣泛的應用。其主要技術指標如下：電流建立時間1μs單電源+5～+15VVREF輸入端電壓±25V分辨率8位功率耗能200mW最大電源電壓VDD17V9DAC0832的邏輯結(jié)構(gòu)圖10引腳信號圖11二、DAC0832的電路組成8位輸入鎖存器，8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換電路組成。當ILE為高電平，CS為低電平，WR1為負脈沖時，在LE1產(chǎn)生正脈沖；LE1為高電平時，輸入寄存器的狀態(tài)隨數(shù)據(jù)輸入線狀態(tài)變化，LE1的負跳變將輸入數(shù)據(jù)線上的信息存入輸入寄存器。當XFER為低電平，WR2輸入負脈沖時，則在LE2產(chǎn)生正脈沖；LE2為高電平時，DAC寄存器的輸入與輸出寄存器的狀態(tài)一致，LE2的負跳變，輸入寄存器內(nèi)容存入DAC寄存器。12三、DAC0832工作方式根據(jù)對DAC0832的輸入鎖存器和DAC寄存器的不同的控制方法，DAC0832有如下3種工作方式：(1)單緩沖方式：此方式適用于只有一路模擬量輸出或幾路模擬量非同步輸出的情形。方法是控制輸入寄存器和DAC寄存器同時接收數(shù)據(jù)，或者只用輸入寄存器而把DAC寄存器接成直通方式。(2)雙緩沖方式：此方式適用于多個DAC0832同時輸出的情形。方法是先分別使這些DAC0832的輸入寄存器接收數(shù)據(jù)，再控制這些DAC0832同時傳送數(shù)據(jù)到DAC寄存器以實現(xiàn)多個D/A轉(zhuǎn)換同步輸出。13三、DAC0832工作方式（續(xù)）(3)直通方式：此方式適用于連續(xù)反饋控制線路中。方法是：數(shù)據(jù)不通過緩沖存儲器，即WR1，WR2，XFER，CS均接地，ILE接高電平。此時必須通過I/O接口與CPU連接，以匹配CPU與D/A的轉(zhuǎn)換。14四、DAC0832應用實例題目：利用D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個鋸齒電壓？可采用以下程序：ROTATE：MOVDX，PORTA；PORTA為D/A轉(zhuǎn)換器端口號MOVAL，0FFH；初值為0FFHINCALOUTDX，AL；往D/A轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)據(jù)JMPROTATE注：程序在執(zhí)行時得到的輸出電壓會有256個小臺階，不過，宏觀看，仍為連續(xù)上升的鋸齒波?？梢酝ㄟ^增加延時來解決。15四、DAC0832應用實例VREFILEVCCWR1WR2XFERCSDI0DI7…&&…RFBIOUT1IOUT2-+-+OUTWRD0D7A1CS0DAC0832題目：如圖所示，DAC0832工作于雙緩沖方式下，試編寫一個程序，輸出一序列鋸齒波。16程序清單：assumecs:codecodeSegmentpublic org100hstart: movdx,04a0hup1: movbx,0up2: movax,bx outdx,ax movdx,04a2h outdx,ax movdx,04a0h

incbx cmpbx.0ffh jneup2 jmpup1codeends endstart1710.3A/D轉(zhuǎn)換器工作原理和主要性能指標一、A/D轉(zhuǎn)換器主要性能指標1.分辨率分辨率表示轉(zhuǎn)換器對微小輸入量變化的敏感程度，通常用轉(zhuǎn)換器輸出數(shù)字量的位數(shù)來表示。2.精度A/D轉(zhuǎn)換器的精度是指與數(shù)字輸出量所對應的模擬輸入量的實際值與理論值之間的差值。3.轉(zhuǎn)換時間完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間，稱為A/D轉(zhuǎn)換電路的轉(zhuǎn)換時間。1810.3A/D轉(zhuǎn)換器工作原理和主要性能指標一、A/D轉(zhuǎn)換器主要性能指標4.溫度系數(shù)和增益系數(shù)這兩項指標都是表示A/D轉(zhuǎn)換器受環(huán)境溫度影響的程度。一般用每攝氏度溫度變化所產(chǎn)生的相對誤差作為指標，以ppm/℃為單位表示。5.對電源電壓變化的抑制比A/D轉(zhuǎn)換器對電源電壓變化的抑制比(PSRR)用改變電源電壓使數(shù)據(jù)發(fā)生±1LSB變化時所對應的電源電壓變化范圍來表示。19二、A/D轉(zhuǎn)換器工作原理ADC是把模擬量(通常是模擬電壓)信號轉(zhuǎn)換為n位二進制數(shù)字量信號的電路。這種轉(zhuǎn)換通常分4步進行：采樣→保持→量化→編碼前兩步在采樣保持電路中完成，后兩步在A/D轉(zhuǎn)換過程中同時實現(xiàn)。20三、A/D轉(zhuǎn)換的方法（1）計數(shù)式A/D轉(zhuǎn)換

簡單便宜,速度慢（2）逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換常用,速度較高（3）雙積分式A/D轉(zhuǎn)換 精度高,速度慢（4）并行轉(zhuǎn)換A/D 高速,成本高211、利用D/A轉(zhuǎn)換器來實現(xiàn)（計數(shù)式）輸入端口鎖存器D/A比較器??≥1??27HIOWR15HIORDD7D0D6D5……VXVC22程序清單：

ORG2000HSTART: MOVCL,0DALOOP: MOVAL,CL OUT27H,AL INAL,15H ANDAL,20H JNZDONE INCCL JMPDALOOPDONE: MOVAL,CL OUT02H,AL HLT;將AL內(nèi)容D/A轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生VC，;與輸入VX比較;輸入比較器的狀態(tài)，;檢測其輸出（D5）;若輸出D5=1，即VC≥VX轉(zhuǎn)換結(jié)束;否則，VC>VX順序執(zhí)行;加1后重新轉(zhuǎn)換比較;從02H端口輸出轉(zhuǎn)換好的數(shù)字量232、逐次逼近式A/D轉(zhuǎn)換逐次逼近寄存器SARD/A轉(zhuǎn)換器時鐘脈沖數(shù)字輸出模擬輸入ViVf比較器若D/A轉(zhuǎn)換器：Vf=

VREF（D3/21+D2/22+D1/23＋D0/24）設Vi=（9/16）VREF，則SAR00001000

Vf=(8/16)VREF,小于Vi，D3保留11100

Vf=(12/16)VREF,大于Vi，D2不保留11010

Vf=(10/16)VREF,大于Vi，D1不保留11001

Vf=(9/16)VREF,等于Vi，D0保留1故模擬輸入為：(9/16)VREF，數(shù)字輸出為：10012410.4ADC0809A/D轉(zhuǎn)換器一、ADC0809主要性能指標1）分辨率為8位

ADC的分辨率是輸出數(shù)字量變化一個相鄰數(shù)碼所需模擬電壓的變化量，定義為滿刻度電壓與2n之比值，其中n為ADC的位數(shù)。也常用二進制位數(shù)表示。2）轉(zhuǎn)換速度（轉(zhuǎn)換時間）為100μs(CLK＝640kHZ)

轉(zhuǎn)換速度取決于芯片的時鐘頻率，其時鐘頻率范圍為10kHz～1280KHZ。3）單一電源＋5V，模擬輸入電壓范圍為0～5V。4）溫度范圍－40～＋85℃。5）功耗為15mw。25二、ADC0809功能框圖和引腳圖數(shù)字26三、ADC0809引腳功能IN0IN7ADDCADDBADDAVREF（+）VREF（）VCC8路模入輸入選擇D7～D0OESTARTALECLKEOC輸出使能啟動轉(zhuǎn)換命令地址鎖存允許外部時鐘信號轉(zhuǎn)換完成信號+5V5V接地...27四、ADC0809的工作時序28ADC0809與CPU的連接的一般形式IN0IN7ADDCADDBADDAVREF（+）OESTARTALECLKEOC+5V

...ADC0809VREF（-）IN3...OOCSIORIOWA2A1A0640KHZ接CPU的數(shù)據(jù)輸入或中斷申請輸入選擇D7～D01129從時序圖可知:(1) 當模擬量送至某一輸入通道后,由三位地址信號譯碼選擇,地址信號由ALE的下降沿加以鎖存。(2) START的下降沿開始轉(zhuǎn)換,ADC0809的啟動信號START是脈沖信號,即此芯片是靠脈沖啟動的,這可通過或非門由一條OUT指令來產(chǎn)生。(3) 接著EOC變低,A/D轉(zhuǎn)換需要一段時間（如100μs）A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束,EOC變成高電平,CPU以查詢或檢測INTR線的方式感知；(5)然后CPU通過IN指令,送出OE(高電平有效),打開三態(tài)輸出鎖存器的門,把轉(zhuǎn)換結(jié)果送到數(shù)據(jù)總線上。30五、ADC0809與CPU的接口及編程1、ADC0809與CPU的接口需要考慮的問題（1）模擬信號輸入（2）啟動轉(zhuǎn)換信號的連接（3）狀態(tài)信號EOC端的連接（4）地址線的連接（5）數(shù)據(jù)線的連接312、例題：每個通道連續(xù)采集24個數(shù)據(jù)后接著進行下一個通道，直到8個通道全部采集完畢（采用查詢方式）&&≥1≥1≥1≥1A0A1A2M/IOA3A4A5A6WRA7RDD7-D08086D7-D0WRRDA0A1D7-D0EOCOEADDAADDBADDCSTARTALEIN7IN0……PB0PACSACBG2AG2BG1Y0Y1Y2Y3Y0Y1Y2Y3A8???????????????8255LS138ADC0809?+5V88……32電路分析：8255： PA口－－01C0H 輸入0809的數(shù)字輸出 PB口－－01C1H 只用PB0輸入0809結(jié)束信號 PC口－－01C2H 未用

控制字端口－－01C3H 正常使用ADC0809：

IN0通道－－01C8H

IN1通道－－01C9H

IN7通道－－01CFH……8個通道地址分配接口電路應用

從IN0開始，連續(xù)采集24個數(shù)據(jù)，然后采樣IN1，連續(xù)采樣24個數(shù)據(jù)后繼續(xù)，直到IN7338255方式字設置設置接收數(shù)據(jù)緩沖區(qū)置大循環(huán)次數(shù)BL8DXIN0地址置采樣次數(shù)CX18H采樣通道數(shù)據(jù)并啟動轉(zhuǎn)換保護該通道地址從8255PB口讀取數(shù)據(jù)PB0=0?存入數(shù)據(jù)緩沖區(qū)恢復該通道地址CX-1=0?大循環(huán)次數(shù)BL減1BL-1=0?Y從8255PB口讀取數(shù)據(jù)N置下一通道地址YNN結(jié)束Y3410.5AD570A/D轉(zhuǎn)換器AD570是AD公司生產(chǎn)的8位逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換芯片，它將D/A轉(zhuǎn)換電路、基準電壓、時鐘、比較器、逐次逼近寄存器以及輸出緩沖存儲器等集成在一塊芯片上，并具有三態(tài)輸出。AD570的主要特性指標如下：分辨率8位轉(zhuǎn)換時間25μs轉(zhuǎn)換精度±2LSB輸入信號單級性或雙極性電源+5V及-15V內(nèi)含基準電源35一、AD570引腳排列如圖：36二、AD570工作方式A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束時，A/D轉(zhuǎn)換芯片會輸出轉(zhuǎn)換結(jié)束信號，通過CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。CPU一般可以采用4種方式和A/D轉(zhuǎn)換器進行聯(lián)絡來實現(xiàn)對轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)的讀取。第1種是程序查詢方式。第2種是中斷方式。第3種是CPU等待方式。這種方式利用CPU的READY引腳的功能，設法在A/D轉(zhuǎn)換期間使READY處于低電平，以使CPU停止工作，轉(zhuǎn)換結(jié)束時，則使READY成為高電平，CPU讀取轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。第4種是固定的延遲程序方式。用這種方式時，要預先精確地知道完成一次A/D轉(zhuǎn)換所需要的時間。37三、AD570與系統(tǒng)總線的連接如圖在AD570和系統(tǒng)總線之間連接了并行接口8255A。8255A的端口A連接A/D轉(zhuǎn)換器的數(shù)據(jù)端，