《微型计算机原理与接口技术(第三 教学课件 ppt 作者 杨立 邓振杰 荆淑霞等 第14章 DA及AD转换器》由会员分享，可在线阅读，更多相关《微型计算机原理与接口技术(第三 教学课件 ppt 作者 杨立 邓振杰 荆淑霞等 第14章 DA及AD转换器（30页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第14章 D/A及A/D转换器,教学重点 D/A、A/D转换器的基本概念及编程技术 D/A、A/D转换器的原理及特点 D/A、A/D转换器的选用方法。,14.1 概 述,计算机已广泛应用于自动控制和测量领域中。 计算机只能处理数字量，须将模拟量通过A/D（模/数转换）转换成数字量送入计算机进行处理。 经计算机处理后信息通过D/A（数/模转换）将数字量转换成模拟量实现对外设控制。 A/D转换器位于微机控制系统的前向通道。 D/A转换器位于微机控制系统的后向通道。,14.2 典型D/A转换器及其应用 14.2.1 D/A转换器工作原理 D/A转换器是将数字量转换成模拟量的集成电路，它的模拟量输出（
2、电流或电压）与参考量（电流或电压）及二进制数成比例。 模拟量输出、参考量和二进制数的关系： X=KVREFB。 式中，X为模拟量输出；K为比例常数；VREF为参考量（电压或电流）；B为待转换的二进制数，通常为8位、12位等。,1二进制加权电阻网络型D/A转换器 由四部分组成： （1）电子开关S1Sn。 （2）产生二进制权电流（或电压）的电阻网络。 （3）加法放大器。 （4）参考电压。,总输出电流为：,式中，VREF为参考电压，Di 2i为第i位二进制数。,2梯形电阻网络 该电阻网络中，仅有R和2R两种电阻，电子开关工作原理与二进制加权电阻网络D/A转换工作原理相同。,D/A转换的输出总电流为：
3、,式中，B=bn-12n-1+bn-22n-2+b020，b0bn-1为N位二进制数。 以电压形式输出（设Rf=3R）则,14.2.2 D/A转换器的主要性能指标 （1）精度：指D/A转换器实际输出与理论满刻度输出之间的差异。 （2）分辨率：输入数字量发生单位数据变化时所对应的输出模拟量变化量。 （3）建立时间：指D/A转换器的输入数据发生变化后，输出模拟量达到稳定数值所需要的时间。 （4）温度系数：环境温度的变化会对D/A转换精度产生影响，分别用失调温度系数、增益温度系数和微分非线性温度系数来表示。 （5）非线性误差：实际转换特性曲线与理想转换特性曲线之间的最大偏差。,14.2.3 8位D/
4、A转换器DAC0832及其应用 DAC0832工作方式有双缓冲、单缓冲和直通方式，逻辑输入与TTL电平兼容，功耗20mW，单电源供电。 特点是与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉。 D/A转换器输出一般要接运算放大器，微小信号经放大后才能驱动执行机构部件。,1.DAC0832的内部结构如图所示。,2.DAC0832的外部引脚如图所示。,3DAC0832工作方式 （1）输出直通方式 （2）缓冲寄存器工作方式 （3）双缓冲寄存器工作方式,4.DAC0832输出 根据输出电压的极性不同，DAC0832可分为单极性输出和双极性输出两种方式。 （1）单极性输出 （2）双极性输出,若输入数字为0255，
5、则输出为：,式中，B为输入的二进制数，范围0255。,其输出为：,5DAC0832与微机接口电路的设计 选择D/A转换器时，首先考虑D/A转换器的分辨率和工作温度范围是否满足系统要求，其次根据D/A转换芯片结构和应用特性选择D/A转换器。 接口设计：具有三态输入数据寄存器D/A芯片可直接与计算机I/O槽上数据总线相接。但要为D/A转换器分配一个端口地址。 参考电源的配置：若D/A芯片无参考电压源则需外接。参考电压必须稳定，温度漂移小。,14.3 典型A/D转换器及其应用 14.3.1 A/D转换器工作原理 A/D转换将连续变化的模拟信号转换为数值上等效的数字信号。 A/D转换器是模拟信号源与数
6、字设备、计算机或其他数据系统之间联系的桥梁。 在工业控制和数据采集等领域中，A/D转换器是不可缺少的重要部件。 实现A/D转换的方法很多，但其基本转换原理可归纳为比较和计算两个过程。 按转换方法可分为直接比较型和间接比较型两大类。,14.3.2 A/D转换器的主要性能指标 （1）分辨率：能够分辨的最小量化信号的能力，常用位数来表示。 （2）精度：用绝对精度和相对精度表示。绝对精度指满量程数字量输出时模拟输入量的实际值与理论值之差的最大值。相对精度指零点满量程较准后任意数字输出所对应模拟输入量的实际值与理论值之差。 （3）转换时间：完成一次转换所需时间。 （4）温度系数：采用环境温度变化1 所产
7、生的相对转换误差来表示。 （5）量程：能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。 （6）逻辑电平及方式：多数A/D转换器输出的数字信号与TTL电平兼容，以并行方式输出。 （7）工作温度范围：A/D转换器工作温度为0 70 。,14.3.3 8位A/D转换器ADC0809及其应用 ADC0809是逐次逼近式A/D转换器，片内有8路模拟开关，可同时连接8路模拟量，单极性，量程0 V5 V，片内有三态输出缓冲器，可直接与微机总线连接。 1ADC0809工作原理 采用单一+5 V电源供电，外接工作时钟。 ADC0809需外接逻辑门电路对ADC0809进行读/写信号的控制并与端口地址组合起来实
8、现编址。,2ADC0809的主要技术指标,ADC0809分辨率为8位；非调整误差为1 LSB；工作温度范围为-40 +85 ；低功耗电量20 mW；单电源+5 V供电；转换速度约1 s，转换时间为100 s（时钟频率为640 Hz）；具有锁存控制功能的8路模拟开关，能对8路模拟电压信号进行转换；输出电平与TTL电平兼容。,3ADC0809的结构及引脚说明 ADC0809是8位模数转换芯片，其内部结构主要包括8位逐次比较A/D转换器，8路模拟开关及地址锁存与译码。 ADC0809的引脚如图所示。,4ADC0809工作时序,5ADC0809与微机的接口 ADC0809数据输出端为8位三态输出，数据
9、线可直接与微机数据线相接。 （1）ADC0809与CPU直接连接,转换源程序： MOV AL,07H OUT 1FH,AL CALL DELAY100 IN AL,1FH HLT,（2）系统通过并口与ADC0809的连接 可对8路模拟量分时数据采集，转换结果采用查询方式传送，除一个传送转换结果的输入端口外，还需传送8个模拟量的选择信号和A/D转换的状态信息。 采用8255A作为ADC0809和CPU的连接接口，将A口设为方式0的输入方式，B口的PB5PB7输出选择8路模拟量的地址选通信号，PC1输出ADC0809的控制信号，PB0作为启动信号。,由于ADC0809需脉冲启动，所以通过软件编程让
10、PB0输出一个正脉冲； EOC信号直接接PC1； 8位数据通过读8255A芯片A口； 假设8255A的A口、B口、C口及控制口地址分别为1CH、1DH、1EH和1FH，A/D转换结果的存储区首地址设为40H，采样顺序从IN0到IN7； 译码器输出Y0选通8255A； Y1输出选通ADC0809； ADC0809的输出为3FH。,源程序： MOV DX,1FH ;8255A初始化 MOV AL,99H OUT DX,AL MOV SI,40H ;数据存储地址 MOV CX,08H MOV BH,00H LOOP1： MOV BH,08H MOV AL,01H MOV DX,1DH ;启动0809
11、,送脉冲 OUT DX,AL MOV AL,00H OUT DX,AL LOOP2： IN AL,DX TEST AL,1EH ;查寻EOC信号 JZ LOOP2 MOV DX,1CH ;取数据 MOV AL,DX MOV SI,AL INC SI ;存储单元加1 INC BH ;循环寄存器加1 LOOP LOOP1 ;8路转换结束,没有结束循环 HLT,（3）编制程序，按中断方式采样A/D转换数据，结果送内存6000H单元，采样点为300个。将A/D转换结果在屏幕上动态显示，设置显示方式为640200图形方式。0809片选端口地址为220H227H。,14.3.4 A/D转换器的选择原则,A
12、/D转换器的选择原则如下： （1）根据检测通道的总误差和分辨率要求，选取A/D转换精度和分辨率。一些大型测控系统中不太计较成本，应选A/D的精度和分辨率比系统要求的精度和分辨率高一个数量级，这样系统的误差指标可全部分配给传感器和其他环节，以降低系统的设计或研制难度。在小型智能仪器中，则对系统各环节进行合理地精度分配，根据分配给A/D部分的指标进行选取，原则上满足系统要求即可。,（2）根据被测对象的变化率及转换精度要求确定A/D转换器的转换速率。为保证实时性和采样信号不失真的要求，A/D转换时间必须满足由采样定理所确定的时间。采样定理指出：当采样器的采样频率高于或至少等于输入信号频谱中的最高频率
13、的两倍时，信号才不会失真。因此，需估算出输入信号的最高频率，选A/D转换速率大于两倍的信号的最高频率。,（3）根据环境条件选择A/D芯片的环境参数。如工作温度、功耗等。 （4）根据接口设计是否简便及价格等选取A/D芯片。现在A/D芯片种类繁多，有些内部含基准电源，有些则需外配；有些是TTL电平锁存或三态输出。在价格差别不大的情况下，应选取既能保证性能，接口设计又最简单的芯片。,14.4 A/D和D/A转换的应用实例,A/D转换接口是数据采集系统前向通道中的一个环节，D/A转换接口是数据采集系统后向通道中的一个环节。 实例分析：用ADC0809及DAC0832构建一个通用8位A/D采集，一个D/A输出的采集卡。,本章小结 DAC0832是8位D/A转换器，能实现单极性或双极性电压输出。 ADC0809是逐次逼近型8位A/D转换芯片，片内有8路模拟开关，可同时连接8路模拟量。 应正确理解转换器性能与价格的关系。 构建测控系统时要正确选用D/A、A/D转换器。,本章内容到此结束 谢谢各位 !,
