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1、第10章,模拟接口,第10章 模拟接口,学习目标： 熟练掌握D/A转换器接口设计技术； 熟练掌握A/D转换器接口设计技术和数据采集系统的设计方法； 理解D/A转换器和A/D转换器的工作原理。,第10章 模拟接口,本章目录： 10.1 D/A转换器接口 10.2 A/D转换器接口 10.3 多路模拟开关及采样保持电路 10.4 数据采集系统设计 习题与思考题,10.1 D/A转换器接口,10.1.1 D/A转换器工作原理 10.1.2 D/A转换器主要性能指标 10.1.3 D/A转换芯片 10.1.4 D/A转换器的接口实例,返回上一级,10.1.1 D/A转换器工作原理,D/A转换器 是指将
2、数字量转换为模拟量的电路。 D/A转换器的工作原理有多种，但功能相同，输出的模拟量与输入的数字量一般成线性正比关系。,返回上一级,T型电阻解码网络D/A转换器,返回上一级,4位T型电阻解码网络D/A转换器的组成原理： R和2R两种阻值的电阻构成T型网络，VREF为基准电压，S0、S1、S2、S3是模拟开关，分别受输入代码D3、D2、D1、D0的控制，Di=1,开关向左闭合；Di=0,开关向右闭合。电流各自流入A0、A1、A2、A3 4个节点。 图中S0开关接通而其余开关断开，即数字输入为Di = 0001B。由于任一节点的三个分支的等效电阻都是2R，由电路知识知，任一分支流进节点的电流值都为I
3、 = VREF /（3R）。此电流经A0、A1、A2、A3共4个节点被4次均分后得到I/16并注入运算放大器电路，进而将电流信号转换为电压信号。,返回上一级,假定反馈电阻Rfb = 3R，则运算放大器的输出电压为 VOUT= -（I/16）3R = -（1/16）（ VREF /3R）3R = - VREF /16 根据叠加原理，得出D为任意4位数时D/A转换器的输出电压为 VOUT= -VREF /16（23 D3+ 22D2 + 21D1 + 20D0） = -（VREF /16）D 输出电压大小与D3、D2、D1、D0成正比，而极性与VREF相反。,返回上一级,10.1.2 D/A转换器
4、主要性能指标,DAC分类： 按输入数据字长： 8位、10位、12位及16位等。 按输出形式： 电压型和电流型等。 按结构： 有数据锁存器和无数据锁存器两类。,返回上一级,1. 分辨率,分辨率与D/A转换器能够转换的二进制数据的位数n有关，表示为输出满量程电压与2n的比值，它反映了输出模拟电压的最小变化量。 例如，具有12位分辨率的DAC，如果转换后的满量程电压为5V，则它能分辨的最小电压为 U = 5/212 = 5/4096 = 1.22mV,返回上一级,2. 转换精度,转换精度是指D/A转换器在整个工作区间实际的输出电压与理想输出电压之间的偏差，可用绝对精度或相对精度来表示。一般采用数字量
5、的最低有效位1/2LSB作为衡量单位。 对于n=8位的DAC而言，若精度为1/2LSB，满量程电压为U=5V，则其最大绝对误差为 VE = 1/2U/2n= 1/25/28= 0.01V 相对误差为以上最大偏差与满量程电压之比的百分数： V =1/2（V/ 2n ）/V= 1/29= 0.20%,返回上一级,3. 转换时间,转换时间是指从数字量输入到完成转换，输出达到最终误差1/2LSB并稳定为止所需要的时间，也称为稳定时间。 不同类型的D/A转换器转换速度差别较大，一般电流型D/A转换器较之电压型D/A转换器速度快一些。,返回上一级,4. 线性误差,实际的模拟输出与理想直线的最大偏移就是线性
6、误差。 一般该误差应小于1/2LSB。 D/A转换器的其它性能指标还有输出电压范围、输出极性、数字输入特性、工作环境条件等。,返回上一级,10.1.3 D/A转换芯片,通常我们除关心转换器的速度外，主要关心转换器的分辨率。 目前较常见的D/A转换器转换的位数有8位、12位及10位、16位等。,返回上一级,1. DAC0832,DAC0832是利用CMOS/Si-Cr工艺制造的电流输出型8位D/A转换器，具有两个输入数据寄存器，它可以与各种CPU相连接。,返回上一级,（1）DAC0832的特性,分辨率为8位； 电流稳定时间1s； 可单、双缓冲数据输入或直接数据输入； 只需在满量程下进行线性调整；
7、 单一电源供电（+5 +15V）； 低功耗（20mW）。,返回上一级,（2）DAC0832的引脚与结构,DI0DI7：数据输入。 CS：片选信号，低电平有效。 ILE：数据寄存器允许，高电平有效。 WR1：输入寄存器写选通信号，低电平有效。 与CS同时有效时将输入数据装入输入寄存器。,WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。 与XFER同时有效时将输入寄存器的数据装入DAC寄存器。,返回上一级,XFER：数据传送信号，低电平有效。 IOUT1：输出电流1，与数字量的大小成正比。 IOUT2：输出电流2，与数字量的反码成正比。 Rfb：反馈电阻输入引脚，反馈电阻在芯片内部，可与运算放大器的输
8、出直接相连。 VREF：基准电源输入引脚。 VCC：电源输入引脚，电压范围为+5V +15V。 AGND：模拟地。 DGND：数字地。,返回上一级,DAC0832的结构框图,DAC0832由8位输入锁存器、8位DAC寄存器和8位D/A变换器构成。由于有两个寄存器，可以进行两次缓冲操作。转换输出模拟电流信号。,返回上一级,（3）DAC0832的工作方式,直通方式：将ILE接高电平，CS、 WR1、WR2、XFER全部接低电平，则CPU送来的数据不进行缓冲，而是直接送到DAC转换器进行变换。 单缓冲方式：只将WR2、XFER接低电平，ILE接高电平，CS、 WR1有效之后，DAC寄存器为直通，而输
9、入寄存器为选通。也就是只进行一级缓冲。 双缓冲方式：ILE接高电平， CS、 WR1控制输入寄存器， WR2、XFER控制DAC寄存器，则进行两级缓冲。,返回上一级,2. DAC1208系列D/A转换器,DAC1208系列D/A转换器主要包括DAC1208、DAC1209和DAC1210，它们都是12位的D/A转换器，主要区别在于线性误差不同。,返回上一级,（1）DAC1208系列DAC的主要特性,分辨率为12位； 电流稳定时间1s； 具有双缓冲数据锁存器； 单一电源供电（+5 +15V）； 参考电压VREF = -10V +10V； 低功耗（20mW）。,返回上一级,（2）DAC1208系列
10、DAC的引脚与结构,返回上一级,DAC1208系列转换器内部包括两个分别为8位和4位的输入锁存器、12位DAC寄存器和12位D/A转换器。 其中8位和4位输入寄存器构成第一级数据锁存器，12位DAC寄存器为第二级数据锁存器。,返回上一级,DI0DI11：数据输入。 CS：片选信号，低电平有效。 BYTE1/ BYTE2：12位/4位输入选择，高电平时12位输入锁存，低电平时低4位输入锁存。 WR1：输入寄存器写选通信号，低电平有效。与CS同时有效时将输入数据装入输入寄存器。 WR2：DAC寄存器写选通信号，低电平有效。与XFER同时有效时将输入寄存器的数据装入DAC寄存器。,返回上一级,XFE
11、R：数据传送信号，低电平有效。 IOUT1：输出电流1，与数字量的大小成正比。 IOUT2：输出电流2，与IOUT1 配合使用。 Rfb：反馈电阻输入。 VREF：基准电源输入引脚。电压范围为-10V +10V。 VCC：电源输入引脚，电压范围为+5V +15V。 AGND：模拟地。 DGND：数字地。,返回上一级,（3）DAC1208系列DAC的工作方式,（1）单缓冲方式： BYTE1/BYTE2接高电平， CS与XFER相连接，WR1与WR2相连接，则输入锁存器和DAC寄存器同时被选通，数据可以直接送至DAC寄存器，形成一级缓冲后送到D/A转换器。 （2）双缓冲方式： 输入锁存器和DAC寄
12、存器被分别控制，输入数据经两级缓冲后送到D/A转换器。,返回上一级,返回上一级,10.1.4 D/A转换器的接口实例,在D/A转换器接口设计中，首先要解决数据缓冲问题，因为CPU输出的数据在数据总线上停留的时间只有几个时钟周期，非常短暂。 如果DAC内部含有输入锁存器，则可以与CPU直接相联，否则，在CPU与DAC之间需外加锁存器来保存CPU送来的数据。 另外需要注意的是CPU的数据总线宽度小于DAC的数据输入线宽度时的协调问题，可以分两次传送。,返回上一级,1DAC0832与计算机的接口,DAC0832是电流输出型D/A转换器，需要用运算放大器将输出电流转换为输出电压。 电压的输出可分单极性
13、输出和双极性输出两种。,返回上一级,（1）单极性输出：DAC0832工作在单缓冲方式，输出为正电压，电压范围为0V5V。 如图VREF = -5V，设输入数据为DATA=128，则输出电压为： VOUT = -DATA（ VREF /28） = -128（-5/ 256 ） = 2.5V 设DAC0832的端口地址为PORT，则输出2.5V模拟电压的指令为： MOV DX，PROT MOV AL，80H OUT DX，AL,返回上一级,DAC0832单极性输出接口图,返回上一级,（2）双极性输出：输出电压范围为-5V +5V。 图中， VREF =5V， VOUT1= -DATA（V/2）为单
14、极性输出，其中DATA为输入数字量，则输出电压为 VOUT1 = - VREF （2R/R）+（- VREF ）（2R/2R） = VREF （DATA-128）/128 =（DATA-128）5/128 可见，当DATA=00H时， VOUT1 = -5V； 当DATA=80H时， VOUT1 =0V； 当DATA=0FFH时， VOUT1 = +5V。,返回上一级,DAC0832双极性输出接口,返回上一级,2DAC1208系列D/A转换器的接口,DAC1208系列D/A转换器的输出也有单极性和双极性两种方式，其输出连接方式与DAC0832相似。,返回上一级,DAC1208与16位数据总线相
15、连接，工作在单缓冲方式,返回上一级,设DAC1208的端口地址为PORT，则产生100个方波的指令如下： MOV DX，PORT MOV CX，64H LP： MOV AX，0000H OUT DX，AX CALL DELAY ；延时 MOV AX，0FFFFH OUT DX，AX CALL DELAY LOOP LP ,3. D/A转换器应用举例,采用DAC0832作音乐发声器，运算放大器LF351的输出接至有源音箱，当按动键盘上的数字键17时音箱能发出音阶17。要求根据接口电路编程（设端口地址为228H）。,返回上一级,采用DAC0832作音乐发声器,返回上一级,DATA SEGMENT
16、MIU_F DW 570,510,460,440,390,345,300 ；1、2、3、4、5、6、7 DATA ENDS ；七个音阶的延时时间 CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE,DS:DAT START：MOV AX,DATA MOV DS,AX LL： MOV DI,OFFSET MIU_F MOV AH，00H INT 16H ； 读入按键 CMP AL，1 ；是1吗？ JNZ SSS AA： ADD DI，0 JMP MUSI SSS： CMP AL，2 ；是2吗？ CMP AL，7 ；是7吗？ JNZ CONTI,DAC0832作音乐发声器程序,MM： ADD DI,12 MUSI：CALL MUSIC CONTI：CMP AL，1BH ；按ESC键退出 JZ EXIT JMP LL EXIT：MOV AH,
