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1、第 6 章,第6章A/D及D/A转换器,6.1D/A转换器工作原理6.2D/A转换器的主要性能指标6.3DAC 0832 D/A转换器6.4A/D转换器主要性能指标6.5A/D转换器工作原理6.6ADC 0809 A/D转换器,A/D(模/数)及D/A(数/模)转换技术广泛应用于计算机控制系统及数字测量仪表中。将模拟量信号转换成数字量的器件称为模/数转换器(简称A/D转换器)，而将数字量信号转换成模拟量信号的器件称为数/模转换器(简称D/A转换器)。,6.1 D/A转换器原理,模拟量与数字量,模拟量连续变化的物理量,数字量时间和数值上都离散的量,6.1 模拟输入输出系统,传感器将各种现场的物理
2、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,模拟接口的基本概念,对一些连续变化的模拟量，如温度、压力、流量、位移、光亮、速度等。计算机本身不能识别，而要通过传感器、模拟接口把模拟量转换成数字量或把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。显然，模拟接口电路的作用在于把微处理器系统的离散数字信号与模拟设备中连续变化的模拟信号电压、电流之间建立起适配关系，以使计算机执行控
3、制和测试任务。从硬件角度看模拟接口就是处理器与A/D、D/A转换器之间的连接电路。A/D转换和D/A转换是微型机与外界联系的重要桥梁，是微型机测量、控制和各类智能仪器仪表中不可缺少的重要环节。,DA转换电路形式较多，在集成电路中，一般采用电阻解码网络。其框图如下:,D/A转换器原理,DA转换器用于将数字量转换成模拟量，它的输入量是数字量D，输出为模拟量VO。要求输出量与输入量成正比，即：Vo=D*Vn 其中Vn 为基准电压。（在每次转换过程中为常量 ）D=a12-1+a22-2 +a323+an2-n 其中a1，a2，an为输入的数字量代码，n为输入位数。 将式（13-2）代入式（13-1）得
4、： Vo Vo= ai2-i *Vn 将输入的每一位数字量转换为与其权相应的模拟量，各位对应的模拟量相加则得到DA转换器的输出，模拟输出与数字量输入成正比。一般的DA转换器都是根据这一原理设计的。,D/A转换器工作原理T型权电阻网络,T型权电阻网络,Dout=ffh(全1，开关闭合)I=Vref/R=(Vref/R)*(1/2+1/4+1/8+1/256) =255/256*(Vref/R)Vout=IR0= (Vref*R0/R) 255/256,10.2 D/A转换器的主要性能指标,分辨率：分辨率指DA转换器所能产生的最小模拟量增量 。分辨率用它的位数表示，8位二进制数，分辨率就是1/25
5、5。转换精度：精度用于衡量DA转换器在将数字量转换成模拟量时，所得模拟量的精确程度。它表明了模拟输出实际值与理想值之间的偏差。 绝对精度：绝对精度指在输入端加入给定数字量时，在输出端实测的模拟量与理论输出值之间的偏差 相对精度：相对精度指当满量程值校准后，任何数字输入的模拟输出值与理论值的误差，实际上即是DA转换的线性度。 线性度：线性度指DA转换器的实际转换特性（各数字输入值所对应的各模拟输出值之间的连线）与理想的转换特性（始终点连线）之间的误差。 转换时间(建立时间)：数字量输入DAC到输出稳定模拟量的时间。电压型较慢，主要取决于运放放大器速度。,某一测控系统要求计算机输出的模拟控制信号的
6、分辨率必须达到千分之一，则应选用的A/D转换器的分辨率至少应该为_位？ a)4 b)8 c)10 d)12,10.3 带缓冲器的D/A转换器DAC0832,主要性能指标：分辨率 8位输出模拟信号：电流信号电流建立时间 1us单电源 +5+15VREF输入端电压: 25V功耗 200mW最大电源电压 17V,1. 引脚和逻辑结构 20个引脚、双列直插式,V cc 芯片电源电压, +5V+15VVREF 参考电压, -10V+10V RFB 反馈电阻引出端, 此端可接运算放大器输出端AGND 模拟信号地DGND 数字信号地,DI7 DI0 数字量输入信号 其中: DI0为最低位，DI7为最高位,8
7、位DAC寄存器,8位D/A转换器,VREF,IOUT2,RFB,AGND,VCC,DGND,DI7DI0,LE,IOUT1,LE,CS,WR1,WR2,ILE,&,&,&,8位输入寄存器,RFB,00,1,1,XFER 转移控制信号，低电平有效WR2 写信号2，低电平有效,2. DAC0832与微机系统的连接,1)直通方式： 输入的数字数据直接进入D/A转换器2)单缓冲工作方式一个寄存器工作于直通状态，另一个工作于受控锁存器状态 3)双缓冲工作方式 两个寄存器均工作于受控锁存器状态，,2)单缓冲工作方式 : 一个寄存器工作于直通状态， 一个工作于受控锁存器状态,在不要求多相D/A同时输出时，可
8、以采用单缓冲方式，此时只需一次写操作，就开始转换，可以提高D/A的数据吞吐量。,单缓冲工作方式 : 输入寄存器工作于受控状态DAC寄存器工作于直通状态,转换一个数据的程序段：MOV AL, data ;取数字量MOV DX, portOUT DX, AL,D/A转换,IOUT2,DI7DI0,LE,IOUT1,LE,ILE,&,&,输入寄存,RFB,-,+,Vo,IOW,A9A0,D7D0,+5V,PC总线,port,地址译码,DAC寄存,单缓冲工作方式 : 输入寄存器工作于直通状态DAC寄存器工作于受控状态,PC 总线I/O写时序,A15A0,CLK,IOW,T4,T1,T2,T3,Tw,D
9、7D0,port,转换一个数据的程序段：MOV AL, data ;取数字量MOV DX, portOUT DX, AL,IOUT2,DI7DI0,LE,CS,WR1,ILE,&,输入寄存,Vo,D7D0,+5V,PC总线,port,WR2,IOW,A9A0,XFER,D/A转换,LE,IOUT1,RFB,-,+,DAC寄存,地址译码,&,3) 双缓冲工作方式: 两个寄存器均工作于受控锁存器状态,转换一个数据的程序段：MOV AL, data ;取数字量MOV DX，port1OUT DX, AL ;打开第一级锁存MOV DX, port2OUT DX, AL ;打开第二级锁存,当要求多个模拟
10、量同时输出时，可采用双重缓冲方式。,code SEGMENT ASSUME CS: code, DS:codedatav1 DB 6h, 12h, 13h, 14h, 15h, 16h, 17h, 18h, 19h, 1Ahdatav2 DB 21h, 22h, 23h, 24h, 25h, 26h, 27h, 28h, 29h, 2Ahstart: MOV AX, codeMOV DS, AX LEA SI, data_v1LEA BX, data_v2MOV CX, 10next:MOV AL, SI ;取V1的数据OUT port1, AL ;打开第一片0832第一级锁存MOV AL,
11、BX ;取V2的数据OUT port2, AL ;打开第二片0832第一级锁存OUT port3, AL ;打开两片0832的第二级锁存INC SIINC BXLOOP nextMOV AH, 4CHINT 21HcodeENDSENDstart,编程 ：利用上图，将datav1和datav2处的两组数据， 一一对应转换成模拟量同时输出。,3. 应用举例(调幅）,例1 连线如图，计算当数字量为0CDH时的输出Vo。,转换一个数据的程序段：MOV AL, 0CDHMOV DX，port1OUT DX, ALMOV DX, port2OUT DX, AL,调幅分析： 当数字量为0FFH=255时，
12、 IOUT1 = Vo = - IOUT1 RFB= -,注意： Vo的输出与参考电压VREF、 以及输出的连接方法（同相还是反相）有关。,例2 利用上例连线图，编程输出一锯齿波。,CDH,实际输出的波形图,思考题,8位D/A转换器DAC0832工作在单缓冲方式，设其口地址为PORT1，参考电压Vref=10V，下列程序用以产生规则波形，该波形的幅值为 ( )V,波形为( )。 xor al,al lop: out port1,al inc al cmp al,30h jne lop xor al,al jmp lop,第三节 模/数转换器一、A/D 转换器的基本原理二、A/D转换器的技术指标三、A/D转换器及其连接四、典型A/D转换器,A/D转换器工作原理,模拟信号的采样、量化和编码 模拟量转换成数字量，通常经历采样、保持、量化和编码四个步骤。,1采样 采样过程将时间连续的信号变成时间不连续的模拟信号。这个过程是通过模拟开关来实现的。模拟开关每隔一定的时间间隔一次，一个连续信号通过这个开关，就形成一系列的脉冲信号，称为采样信号。采样过程如图所示。一般包括采样和保持两个步骤。 模拟量经过采样后得到的信号是时间上离散、幅值上连续的信号。,香农定理 (采样定理 ) 又称为奈奎斯特准则,
