模拟电路与数字电路的转换

《模拟电路与数字电路的转换》由会员分享，可在线阅读，更多相关《模拟电路与数字电路的转换（57页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第第 九章九章A/D与D/A转换接口课程名称：微机原理与接口技术 授课方式:讲课、实验、提问及作业 主讲人：金永贤第九章A/D与D/A转换器接口教学重点n D/A转换器接口电路设计n A/D转换器接口电路设计第九章A/D与D/A转换器接口微型计算机在实时控制、在线动态测量和对物理过程进行监控，以及 图像、语音处理领域的应用中，都要与一些连续变化的模拟量（温度、压 力、流量、位移、速度、光亮度、声音等模拟量）打交道，但数字计算机 本身只能识别和处理数字量，因此，必须经过转换器，把模拟量转换成数 字量，或将数字量转换成模拟量，才能实现CPU与被控对象之间的信息交 换。所以微机在面向自动控制，自动测

2、最和自动监控系统与各种被控、被 侧对象发生关系时，就需设置模拟接口模拟量与数字量n模拟量连续变化的物理量n数字量时间和数值上都离散的量模拟/数字转换器 ADCDAC 数字/模拟转换器模拟输入输出系统示意图数字信号模拟信号 现场信号1现场信号2现场信号 n微型 计算机放大器放大器放大器多 路 开 关低通滤波传感器低通滤波传感器低通滤波传感器A/D转换器采样保持器数字信号 受控对象控制信号模拟信号D/A转换器放大驱动电路 传感器 将各种现场的物理量测量出来 并转换成电信号（模拟电压或电流） 放大器 把传感器输出的信号放大到ADC所需 的量程范围 低通滤波器 用于降低噪声、滤去高频干扰， 以增加信噪

3、比 多路开关 把多个现场信号分时地接通到A/D转换器 采样保持器 周期性地采样连续信号， 并在A/D转换期间保持不变D/A转换器工作原理DAC 数字/模拟转换器模拟量数字量D/A转换的基本原理数字量 按权相加按权相加 模拟量1101B 12123 312122 202021 112120 0 13D/A转换器的原理图（1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF电阻网络基准电压电子开关D/A转换器的原理图（2）Iout2Iout1RfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d

4、2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗2R运算放大器虚地D/A转换器的原理图（3）VaVREF VbVREF/2 VcVREF/4 VdVREF/8 I0Vd/2RVREF/（82R） I1Vc/2RVREF/（42R） I2Vb/2RVREF/（22R） I3Va/2RVREF/（12R）D/A转换器的原理图（4）Iout1I0I1I2I3 VREF/2R（1/81/41/2 1） RfbR VoutIout1Rfb VREF（20212223） /24 Vout（D/2n）VREFDAC0832的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入 寄 存 器DGND

5、DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout2Iout1CS WR1 WR2 XFER1. DAC0832的数字接口n8位数字输入端nDI0DI7（DI0为最低位）n输入寄存器（第1级锁存）的控制端nILE、CS*、WR1*nDAC寄存器（第2级锁存）的控制端nXFER*、WR2*直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器nLE1，直通（输出等于输入）nLE0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式nLE1LE21n输入的数字数据直接进入D/A转换器LE2LE1

6、DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout1DAC0832的工作方式：单缓冲方式nLE11，或者LE21n两个寄存器之一始终处于直通状态n另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout1DAC0832的工作方式：双缓冲方式n两个寄存器都处于受控（缓冲）状态n能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另 一个数据LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout12. DAC0832的模拟输出nIout1、Iout2电流

7、输出端nRfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内）nVREF参考电压输入端n10V10VnAGND模拟信号地nVCC电源电压输入端n5V15VnDGND数字信号地单极性电压输出VoutIout1Rfb （D/28）VREF RfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF9.1 D/A转换器的接口方法一、D/A转换器及其连接特性1. D/A转换器主要参数1）分辨率D/A转换器能够的转换二进制位数，位数越多分辨率越高。2）转换时间数字量输入到完成转换，输出达到最终值并稳定为止。3）精度D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差，一般采用数字量的 最低有效位作为衡量单位，如+1/2LSB。4

8、）线性度理想的D/A转换器是线性的，实际有误差。数字量变化时，D/A转 换器输出的模拟量按比例关系变化程度。9.1 D/A转换器的接口方法2.D/A转换器输入/输出特性1）输入缓冲能力2）输入数据宽度：8位、10位、12位3）电流型、电压型4）输入码制：DAC能接收哪些码制的数字量输入。单极性输出接收 二进制或BCD码；双极性输出接收补码。5）单极性还是双极性输出 二、D/A转换器与微处理器接口设计方法1.接口任务解决数据缓冲及数据宽度匹配。2.接口形式直接与主机相连；通过三态门或寄存器与主机相连；利用可编程并 行接口；通过可编程逻辑器件PAL/GAL、CPLD、 EPLD。9.2 D/A转换

9、器的接口电路设计一、片内无三态缓冲器的8位D/A转换器接口设计 1. DAC0808构成直流数字电压表。端口地址分配为：数据锁存端 口为Y1（318H），比较器结果端口Y0（319H）。 2. 分析：DAC0808输入无三态锁存器，接口中要加三态锁存器或并 行接口。数字电压表的实质是将数字量转换成电压和被测电压比较， 而得到被测电压的数字量，为此接口电路中要设置一个比较器。 3.设计1）硬件连接。2）软件编程。直流数字电压表电路工作原理：二进制数经DAC0808转换为模拟 量，该模拟量与被测信号（直流电压）在比较器进行比较，由比较结 果去调整输入DAC0808的数字量。当某一数字量经DAC08

10、08转换 的模拟量大于被测信号时，认为不合适，就去掉它，即该位置0， 否则，该位置1，如此逐次比较，直到N次为止。此时被保留下来的 二进制数就是被测模拟量的数字量。9.2 D/A转换器的接口电路设计9.2 D/A转换器的接口电路设计MOV AX，020H OK：SHR CL，1MOV ES，AX JNC NEXTMOV BX，00H MOV AL，CHMOV CX，080H MOV ES：BX，AL NEXT： MOV AH，CH HLTMOV AL，AHADD AL，CLMOV CH，ALMOV DX，318HOUT DX，ALMOV DX，319HIN AL，DXAND AL，01HJZ

11、OKMOV CH，AH9.2 D/A转换器的接口电路设计二、片内有三态缓冲器的8位D/A转换器接口设计 1. 要求：采用DAC0832设计一个能产生任意波形（如正弦波、三角 波等）的函数波形发生器。 2. 分析：DAC0832是分辨率为8位、芯片内部带有两级缓冲器的D/A 转换器。输入无三态锁存器，接口中要加三态锁存器或并行接口。数 字电压表的实质是将数字量转换成电压和被测电压比较，而得到被测 电压的数字量，为此接口电路中要设置一个比较器。 3.设计1）硬件连接。采用8255A作为DAC与CPU之间的接口芯片，A端口 用来数据输出，B端口用来输出控制信号。2）软件编程。2） 片内有输入锁存器（

12、DAC0832与CPU接口）函数波形发生器: 1.硬件设计9.2 D/A转换器的接口电路设计8255初始化 DEC AL MOV DX，303H JNZ L2MOV AL，80H JMP L1 OUT DX，AL MOV DX，301H OUT AL，00010000B OUT DX，AL MOV DX，300H MOV AL，0H L1：OUT DX，ALINC ALJNZ L1MOV AL，0FFH L2：OUT DX，AL9.2 D/A转换器的接口电路设计三、片内无三态缓冲器的12位D/A转换器接口设 计 1. 要求：对片内无输入缓冲器的12位D/A转换器设计接口 ，要求转换的数据按“右

13、对齐“格式传送。 2. 分析：由于该D/A分辨率为12位（数据线有12条）， 而CPU的字长为8位，因此需传送两次。 3.设计9.2 D/A转换器的接口电路设计9.2 D/A转换器的接口电路设计程序如下：Mov dx,318h Mov al,datal Out dx.al Mov dx,319h Mov al,datah Out dx,al9.2 D/A转换器的接口电路设计四、片内有三态缓冲器的12位D/A转换器接口设计 1. 要求：对片内有输入缓冲器的12位D/A转换器设计接口，要求转换 的数据按“左对齐“格式传送。 2. 分析：由于该D/A分辨率为12位（数据线有12条），且片内有两级 锁

14、存器，所以不必外加锁存器，可与CPU直接相连，但CPU的字长为 位，因此需传送两次。 3.设计片内有输入锁存器（DAC1210与CPU接口）9.2 D/A转换器的接口电路设计9.2 D/A转换器的接口电路设计硬件连接：DAC1210高8位DI11DI4连到数据线D7D0，低4位DI3DI0连到 数据线的D7D4，实现左对齐。 高低字节锁存过程：高低字节控制端口地址分别为340H（Y0=0）、341H（Y1=0）， 第二级锁存地址为342H（Y2=0）。当Y0=0时， BYTE1/BYTE2= 1，此时若IOW有效（WR1=0）， 其上升沿锁存高8位数据。当Y1=0时， BYTE1/BYTE2=

15、 0，此时若IOW有效（WR1=0）， 其上升沿锁存低4位数据。当Y2=0时，此时若IOW有效（WR1=0），其上升沿将12位数据 锁存到12为DAC寄存器，开始D/A转换。MOV DX，340H MOV AL，DATALMOV AL，DATAH OUT DX，ALOUT DX，AL MOV DX，342HINC DX OUT DX，AL9.3 A/D转换器接口基本原理与方法一、A/D转换器及连接特性1.A/D转换器主要参数1）分辨率A/D转换器可转换的二进制位数。2）转换时间输入启动转换信号到转换结束，最后得到稳定的数字量输出所需的时间。2.A/D转换器外部特性(1)启动线：由系统控制器或通过接口发出的一种控制信号，此信号一到， A/D转换器立即开始。(2)转换结束线：转换完毕由A/D转换器发出的一种状态信号，