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1、第十章 数模转换（D/A）和模数转换（A/D）,第一节 D/A接口芯片 第二节 A/D接口芯片 第三节 CPU与8位、12位接口芯片 第四节 数据采集系统实例,第一节 D/A接口芯片,D/A转换器的类型很多。从输入电路来说，一般的D/A转换器都带有输入寄存器，与微机能直接连接；有的具有两极锁存器，使工作方式更加灵活。输入数据一般为并行数据，也有串行数据。并行输入的数据有8位、10位、12位等。从输出信号来说，D/A转换器的直接输出是电流量，若片内有输出放大器，则能输出电压量，并能实现单极性或双极性电压输出。,一 DAC0832,D/A转换器的转换速度较快，一般其电流建立时间为1 s。 有些D/
2、A转换器具有其它功能，如能输出多路模拟量、输出工业控制用的标准电流信号。 典型的D/A转换器如8位通用型DAC0832、12位的DAC1208、 电压输出型的AD558和多路输出型AD7528。 DAC0832是8位分辨率的D/A转换集成芯片。它具有与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等特点，微机系统中得到广泛的应用。 (1) 结构和引脚。 DAC0832的结构框图如下图所示，它由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位DAC转换器及转换控制电路构成。封装为20脚双列直插式。 各引脚功能如下： ,DAC0832是美国国家半导体公司生产的8位D/A芯片，共有20个引脚,如图所示。其主要引脚定义分
3、别如下： D7D0：8位数字量输入信号，其中D0为最低位，D7为最高位。,ILE：输入寄存器的允许信号，高电平有效。ILE信号和CS、WRl共同控制选通输入寄存器。当CS、WRl均为低电平，而ILE为高电平时，输入数据立即被送至8位输入寄存器的输出端（见图DAC0832逻辑结构框图）。当上述三个控制信号中任一个无效时，输入寄存器将数据锁存，输出端呈保持状态。,D7D0： 8位数据输入端。 ILE： 输入寄存器允许信号， 输入，高电平有效。 CS：片选信号，输入，低电平有效。 WR1 ：输入寄存器写信号，输入，低电平有效。 由ILE、CS、WR1的逻辑组合产生输入寄存器控制信号LE1 。 当LE
4、1为低电平时，输入寄存器内容随数据线变化，LE1 的正跳变将输入数据锁存。 XFER ： 数据传送信号， 输入， 低电平有效。 WR2： DAC寄存器的写信号， 输入， 低电平有效。 由XFER、WR2 组成DAC寄存器的控制信号LE2。 LE2 的正跳变将输入数据锁存到DAC寄存器。,IOUTl：电流输出1。当DAC寄存器中全为“1”时，输出电流最大，当DAC寄存器中全为“0”时，输出电流最小。 IOUT2：电流输出2。它与lOUTl的关系是：IOUTI+IOUT2=常数 Rfb：内部反馈电阻引脚，该电阻在芯片内，Rfb端可以直接接到外部运算放大器的输出端。这样，相当于将一个反馈电阻接在运算
5、放大器的输入端和输出端。 VREF：参考电压输入端，可接正电压，也可接负电压，范围为-10V+10V。 Vcc：芯片电源。+5V+15V，典型值为+15V。 AGND：模拟地。芯片模拟信号接地点。 DGND：数字地。芯片数字信号接地点。,0832是电流型,若需要电压信号,可用运算放大器将电流信号转换成电压信号:,(2) 工作方式。 DAC0832内部有两个寄存器，能实现三种工作方式： 双缓冲、 缓冲和直通方式。 双缓冲工作方式是指两个寄存器分别受到控制。当ILE、 和 信号均有效时，8位数字量被写入输入寄存器， 此时并不进行D/A转换。当 和 信号均有效时，原来存在输入寄存器中的数据被写入DA
6、C寄存器，并进入D/A转换器后进行D/A转换。在一次转换完成后到下一次转换开始之前，由于寄存器的锁存作用，8位D/A转换器的输入数据保持恒定，因此D/A转换的输出也保持恒定。在双缓冲工作方式下， 利用输入寄存器暂存数据， 给使用带来方便，可以实现多路数字量的同步转换输出。,单缓冲工作方式是指只有一个寄存器受到控制。这时将另一个寄存器的有关控制信号预先设置成有效，使之开通； 或者将两个寄存器的控制信号连在一起，两个寄存器作为一个来使用。 直通工作方式是指两个寄存器的有关控制信号都预先置为有效，两个寄存器都开通。只要数字量送到数据输入端，就立即进入D/A转换器进行转换。这种方式应用较少。 (3)
7、电压输出电路的连接。 DAC0832以电流形式输出转换结果，得到电压形式需外加I/V转换的电路，常采用运算放大器。下图是DAC0832的电压输出电路。,图 DAC0832的电压输出电路 (a) 单极性输出； (b) 双极性输出,对于单极性输出电路， 输出电压的格式为 VOUT= - 式中D为输入数字量的十进制值。因为转换结果IOUT1接运算放大器的反相端，所以式中有一个负号。若VREF=+5V，D=0255（00HFFH）时，VOUT=-（04.98）V。 通过调整运算放大器的调零电位器，可以对D/A芯片进行零点补偿。通过调节外接于反馈回路的电位器RP1，可以调整满量程。 对于双极性输出电路，
8、 输出电压的表达式为：,V= 若VREF=+5 V，当D=0时，VOUT1=0，VOUT=-5 V；当D=128（80H）时，VOUT1=-2.5 V，VOUT=0；当D=255（FFH）时，VOUT1=-4.98 V， VOUT=4.96。这一转换关系由下表示出。,(4) 主要性能指标。 分辨率为8位。 输出电流稳定时间为1 s。 非线性误差为 0.20%FSR。 温度系数为210-6/。 工作方式为双缓冲、 单缓冲和直通方式。 逻辑输入与TTL电平兼容。 功耗为20 mW。 电源515 V。 ,二、 12位D/A转换器DAC1210及其接口,例1,编写一程序段，使DAC1210完成一次D/
9、A转换 设CS对应地址为220H，XFER对应地址为222H，则地址为220H时选择4位输入寄存器；为221H时选择8位输入寄存器；为222H时选择12位DAC寄存器。待转换的数据已经放在DATAH和DATAL2个存储单元中，则可用下面的程序完成一次转换： MOV DX ，220H ；低4位寄存器地址 MOV AL ，DATAL ；低4位数据 OUT DX ，AL ；输出低4位 INC DX ；高8位寄存器地址 MOV AL ，DATAH ；高8位数据 OUT DX ，AL ；输出高8位数据 MOV DX ，222H ；DAC寄存器 OUT DX ，AL ；启动12位数据转换,返 回,第二节
10、A/D接口芯片,A/D转换器的种类很多。按转换原理分类，有逐次逼近式、 双积分式、并行式等。双积分转换精度高，转换时间长，大约需要几百毫秒。,并行式转换速度最高，能达到2G次，即转换时间仅50 ns， 但价格昂贵，产品的分辨率不高。 逐次逼近式兼顾了转换速度和转换精度，是应用广泛的A/D转换器。逐次逼近式的种类很多，分辨率从8位到16位，转换时间从100s到几微秒，精度有不同等级，有的转换器内部还常有多路模拟开关。, 常用的几种A/D转换器： 8位通用型ADC0808/0809、12位的AD574A和双积分型5G14433。 ADC0808/0809是8通道、8位逐次逼近式A/D转换器，美国N
11、S公司产品。其性能指标一般，价格低廉，便于与微机连接， 因而应用十分广泛 。 1. 结构和转换原理。 下图所示为ADC0808/0809的结构框图。ADC0808/0809由三部分组成：8路模拟量选通开关、8位A/D转换器和三态输出数据锁存器。 ,图 ADC0808/0809的结构框图,ADC0808/0809允许8路模拟信号输入，由8路模拟开关选通其中一路信号， 模拟开关受通道地址锁存和译码电路的控制。当地址锁存信号ALE有效时，3位地址CBA进入地址锁存器，经译码后使8路模拟开关选通某一路信号。 8位A/D转换器为逐次逼近式，由256R电阻分压器、树状模拟开关（这两部分组成一个D/A变换器
12、）、电压比较器、逐次逼近寄存器、逻辑控制和定时电路组成。其基本工作原理是采用对分搜索方法逐次比较，找出最逼近于输入模拟量的数字量。电阻分压器需外接正负基准电源VREF（+）和VREF（-）。 CLOCK端外接时钟信号。A/D转换器的启动由START信号控制。转换结束时控制电路将数字量送入三态输出锁存器锁存，并产生转换结束信号EOC。 ,三态门输出锁存器用来保存A/D转换结果，当输出允许信号OE有效时，打开三态门，输出A/D转换结果。因输出有三态门， 便于与微机总线连接。 2. 引脚功能。 图 为ADC08080809的引脚图。 各引脚功能说明如下： IN0IN7： 8路模拟输入端。 ALE：地
13、址锁存器允许信号输入端。当它为高电平时， 地址信号进入地址锁存器中。 CLOCK：外部时钟输入端。时钟频率典型值为640 kHz，允许范围为101280 kHz。时钟频率降低时，AD转换速度也降低。 START：AD转换信号输入端。有效信号为一正脉冲。 在脉冲上升沿，AD转换器内部寄存器均被清零，在其下降沿开始AD转换。,图 ADC0808/0809的引脚图,EOC：AD转换结束信号。在START信号上升沿之后0到（2 s8个时钟周期）时间内，EOC变为低电平。当AD转换结束后，EOC立即输出一正阶跃信号，可用来作为AD 转换结束的查询信号或中断请求信号。 OE：输出允许信号。当OE输入高电平
14、信号时，三态输出锁存器将AD转换结果输出。 D0D7：数字量输出端。D0为最低有效位（LSB），D7为最高有效位（MSB）。 REF（+）、REF（-）：正负基准电压输入端。基准电压的中心值为 （应接近于 ），其偏差值不应超过0.1 V。 正负基准电压的典型值分别为+5 V和0 V。VCC、 GND：电源电压输入端。 ,图 ADC0808/0809的工作时序,3. 工作时序。 ADC0808/0809的工作时序如下图所示。从图中可以看出各信号的时序关系，进一步理解上面所讲的转换过程中的信号功能。完成一次转换所需要的时间为6673个时钟周期。,4. ADC0808/0809的主要性能指标。 分辨
15、率为8位。 总的非调整误差： 0808为 LSB，0809为1 LSB。 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。 单电源+5 V供电。基准电压由外部提供，典型值为+5 V。 此时允许模拟量输入范围为05 V。功耗为10 mW。 ADC0808/0809的数字量输出值D（换算到十进制）与模拟量输入值VIN之间的关系如下： ,通常VREF（-）=0 V，所以,当VREF（+）=5V，相应于VIN=04.98 V，D=0255（00HFFH）。这里由于数字量的满量程值是255，而不是256， 因此相应地输入电压的满量程值也比5 V少1 LSB。 ,AD574A的内部结构和控制逻辑,（1）内部结构 （2）引脚特性 （3）控制逻辑,AD574A的输入连接与校准,AD574A与CPU的接口,例11-4 写出在查询方式下AD574 A的转换程序，转换结果保留在BX寄存器中。 START： MOV DX， DR0 OUT DX,，AL
