第十数模和模数转换

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1、 第十章第十章 数数/ /模和模模和模/ /数转换数转换10.1 概述10.2 数/模（D/A）转换10.3 模数（A/D）转换10.4 采样保持电路（略）10.1 概述一、问题的提出一、问题的提出 当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象当计算机用于数据采集和过程控制的时候，采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计往往是连续变化的物理量（如温度、压力、声波等），但计算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量算机处理的是离散的数字量，因此需要对连接变化的物理量（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量交给（模拟量）进行采样、保持，再把模拟量转换为数字量

2、交给计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为计算机处理、保存等。计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。模拟量去控制某些执行元件（如声卡播放音乐等）。A/DA/D转换转换器完成模拟量器完成模拟量数定量的转换，数定量的转换，D/AD/A转换器完成数字量转换器完成数字量模拟模拟量的转换。量的转换。 二、模拟接口二、模拟接口定义：定义：A/D D/A转换器可视作一外部设备转换器可视作一外部设备功能：功能： 将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变化的将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变化的模拟量两者建立适配关系，使模拟量两者建立适配关系，使CPU

3、能进行能进行 控制与监测。控制与监测。三、模拟输入输出系统数字信号数字信号模拟信号模拟信号现场信号现场信号1现场信号现场信号2现场信号现场信号n微型微型计算机计算机放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路开开关关低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器低通滤波低通滤波传感器传感器A/D转换器转换器采样保持器采样保持器数字信号数字信号受控对象受控对象控制信号控制信号模拟信号模拟信号D/A转换器转换器放大驱动电路放大驱动电路传感器传感器将各种现场的物理量测量出来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）并转换成电信号（模拟电压或电流） 放大器放大器把传感器输出的

4、信号放大到把传感器输出的信号放大到ADC所需所需的量程范围的量程范围低通滤波器低通滤波器用于降低噪声、滤去高频干扰，用于降低噪声、滤去高频干扰，以增加信噪比以增加信噪比多路开关多路开关把多个现场信号分时地接通到把多个现场信号分时地接通到A/D转换器转换器采样保持器采样保持器周期性地采样连续信号，周期性地采样连续信号，并在并在A/D转换期间保持不变转换期间保持不变一、一、D/AD/A变换器的基本构成变换器的基本构成 模拟开关模拟开关 电阻网络电阻网络 运算放大器运算放大器权电阻网络权电阻网络R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络VrefRf 模拟开关模拟开关电阻网络电阻网络VO数字量数字量 10.2

5、2 数数/ /模（模（D/AD/A）转换）转换二、基本变换原理运运放放的的放放大大倍倍数数足足够够大大时时，输输出出电电压压VO与与输输入电压入电压Vin的关系为：的关系为：VinRf VOR 若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电压Vi的关系为：VinRf VOR1Rn令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一基准电压Vref，则有如如果果每每个个支支路路由由一一个个开开关关Si控控制制，Si=1表表示示Si合上，合上，Si=0表示表示Si断开，则上式变换为断开，则上式变换为若若Si=1,该项对该项对VO有贡献；有贡献；若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献对应的电路对应的

6、电路权电阻网络2R4R8R16R32R64R128R256RVrefRf VOS1S2S3S4S5S6S7S8这里，上式中的这里，上式中的n=8如如果果用用8位位二二进进制制代代码码来来控控制制图图中中的的S1S8(Di=1时时Si闭闭合合；Di=0时时Si断断开开)，则则不不同同的的二二进进制制代代码码就就对对应应不同输出电压不同输出电压VO；当当代代码码在在0FFH之之间间变变化化时时，VO相相应应地地在在0-(255/256)Vref之间变化；之间变化；为为控控制制电电阻阻网网络络各各支支路路电电阻阻值值的的精精度度，实实际际的的D/A转转换换器器采采用用R-2R梯梯形形电电阻阻网网络络

7、，它它只只用用两两种种阻阻值值的的电电阻阻(R和和2R)。R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络13T T型型电电阻阻网网络络中中，节节点点D D的的右右边边为为两两个个2R2R的的电电阻阻并并联联，它它们们的的等等效效电电阻阻为为R R，几几点点C C右右边边也也是是两两个个2R2R的的电电阻阻并并联联，结结果果等等效效电电阻阻也也是是R R ，以以此此类类推推，最最后后，在在A A点点等等效效于于一一个个数数值值为为R R的的电电阻阻连连在在参参考考电电压压V VREFREF上。这样各点的电压分别为上。这样各点的电压分别为: :V Va a= V= VREFREF， V Vb b= V= VRE

8、FREF /2 /2， V Vc c= V= VREFREF /4 /4， V Vd d= V= VREFREF /8 /8当开关接通当开关接通Iout1Iout1时，各点的电流为：时，各点的电流为：I I0 0 = V = Vd d/2R /2R ，I I1 1 = V = Vc c/2R ,I/2R ,I2 2 = V = Vb b/2R, I/2R, I3 3 = V = Va a/2R/2R根据线性电路的叠加原理，输出电流根据线性电路的叠加原理，输出电流I Iout1out1就是：就是：I Iout1out1 = I = I0 0 + I + I1 1 + I + I2 2 + I +

9、 I3 3 = (V = (VREFREF /2R)*(1/8+1/4+1/2+1) /2R)*(1/8+1/4+1/2+1) 然然后后通通过过运运算算放放大大器器的的反反相相输输出出，得得到到电电压压输输出出V Voutout=- I=- Iout1out1 R Rfbfb。令。令R Rfbfb =R =R，则：，则：V Voutout = = V VREFREF * (2 * (20 0+2+21 1+2+22 2+2+23 3)/2)/24 4 将上述电路推广到将上述电路推广到n n位转换器，则有：位转换器，则有：V Voutout=(2=(20 0*D*D0 0+2+21 1*D*D1

10、 1+2+22 2*D*D2 2+ +2+2n-1n-1*D*Dn-1n-1)/2)/2n n* V* VREFREF其中其中D D0 0DDn-1n-1 表示相应的二进制位。表示相应的二进制位。14三、主要技术指标1、分辨率（、分辨率（Resolution） 输输入入的的二二进进制制数数每每1个个最最低低有有效效位位 (LSB)使使输输出出变变化化的的程程度。度。分辨率的表示有两种：分辨率的表示有两种： 最小输出电压与最大输出电压之比最小输出电压与最大输出电压之比 用用输输入入端端待待进进行行转转换换的的二二进进制制数数的的位位数数来来表表示示， 位位数数越多，分辨率越高。越多，分辨率越高。

11、 分辨率的表示式为：分辨率的表示式为： 分辨率分辨率=V=Vrefref/2/2位数位数或或 分辨率分辨率= =（V V+ref+ref+V+V-ref-ref)/2)/2位数位数 若若V Vrefref=5V=5V，8 8位的位的D/AD/A转换器分辨率为转换器分辨率为5/256=20mV5/256=20mV。2、转换精度（误差）、转换精度（误差）实际输出值与理论值之间的最大偏差实际输出值与理论值之间的最大偏差可用最小量化阶可用最小量化阶来度量：来度量： = =1/2 LSB1/2 LSB也可用满量程的百分比来度量：也可用满量程的百分比来度量： 如如0.05% FSR0.05% FSR(FS

12、R-Full Scale Range)(FSR-Full Scale Range)3、转换时间、转换时间从从开开始始转转换换到到与与满满量量程程值值相相差差1/2 1/2 LSBLSB所对应的模拟量所需要的时间所对应的模拟量所需要的时间tV1/2 LSBtCVFULL4 4、线性度、线性度 当数字量变化时，当数字量变化时，D/AD/A转换器输出的模转换器输出的模拟量按比例变化的程度。拟量按比例变化的程度。 线性误差线性误差 模拟量输出值与理想输模拟量输出值与理想输出值之间偏离的最大值。出值之间偏离的最大值。 DACDAC（数字模拟变换集成电路）是系统或设备中的一个功能数字模拟变换集成电路）是系

13、统或设备中的一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不器件，当将它接入系统时，不同的应用场合对其输入输出有不同的要求，同的要求， DACDAC的输入输出特性一般考虑以下几方面：的输入输出特性一般考虑以下几方面：（1 1）输入缓冲能力：）输入缓冲能力：DACDAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力（数据寄存器）的缓冲能力（数据寄存器）的DACDAC芯片可直接与芯片可直接与CPUCPU或系统总线相或系统总线相连，否则必须添加锁存器。连，否则必须添加锁存器。 二、二、DAC的输入输出特性：的输入输出特性：（2 2）输输入入码码制制：DACDA

14、C输输入入有有二二进进制制和和BCDBCD码码两两种种，对对于于单单极极性性DACDAC可接收二进制和可接收二进制和BCDBCD码；双极性码；双极性DACDAC接收偏移二进制或补码。接收偏移二进制或补码。（3 3）输输出出类类型型：DACDAC输输出出有有电电流流型型和和电电压压型型两两种种，用用户户可可根根据据需要选择，也可进行电流需要选择，也可进行电流电压转换。电压转换。（4 4）输输出出极极性性：DACDAC有有单单极极性性和和双双极极性性两两种种，如如果果要要求求输输出出有有正负变化，则必须使用双极性正负变化，则必须使用双极性DACDAC芯片。芯片。1、接口的功能（、接口的功能（ CP

15、U给给DAC送数据无须条件查询）送数据无须条件查询） DACDAC芯片与芯片与CPUCPU或系统总线连接时，可从数据总线宽度是或系统总线连接时，可从数据总线宽度是否与否与DACDAC位数据匹配、位数据匹配、DACDAC是否具有数据寄存器两个方面来考是否具有数据寄存器两个方面来考虑，所以接口的功能主要考虑以下两点：虑，所以接口的功能主要考虑以下两点： （1）进行数据缓冲与锁存）进行数据缓冲与锁存 （2）需进行两次数字量输入时，可在受控条件下同时进行）需进行两次数字量输入时，可在受控条件下同时进行转换转换2、接口形式、接口形式 （1）直通）直通 （2）通过外加三态门，数据锁存器与）通过外加三态门，

16、数据锁存器与CPU相连相连 （3）通过可编程的）通过可编程的I/O接口芯片与接口芯片与CPU相连相连三、三、D/AD/A转换器与转换器与CPUCPU的接口的接口 1.DAC0832与与CPU的接口的接口 （1）DAC0832的性能参数的性能参数 DAC0832DAC0832是一片典型的是一片典型的8 8位位DACDAC芯片芯片 分辨率：分辨率：8位位 电流型：内部有电流型：内部有2级缓冲器级缓冲器 转换时间：转换时间：1mS 功耗：功耗：20mW 四、四、D/AD/A转换器接口的设计转换器接口的设计 （2 2）DAC0832DAC0832引脚和内部结构如图所示。引脚和内部结构如图所示。 201

17、9181716151413121112345678910VCCILEWR2XFERDI4DI5DI6DI7IOUT1IOUT2CSWR1AGNDDI3DI2DI1DI0VREFRFBDGNDDAC0832的内部结构的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF输入输入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER2.DAC0832的数字接口8位数字输入端位数字输入端DI0DI7（DI0为最低位）为最低位）输入寄存器（第输入寄存器（第1级锁存）的控制端级锁存）的控制端ILE、CS*、WR1*DAC寄存器（第

18、寄存器（第2级锁存）的控制端级锁存）的控制端XFER*、WR2*直通锁存器的工作方式直通锁存器的工作方式两级缓冲寄存器都是直通锁存器两级缓冲寄存器都是直通锁存器LE1，直通（输出等于输入），直通（输出等于输入）LE0，锁存（输出保持不变），锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式的工作方式：直通方式LE1LE21输入的数字数据直接进入输入的数字数据直接进入D/A转换器转换器LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1D

19、AC0832的工作方式：单缓冲方式的工作方式：单缓冲方式LE11，或者，或者LE21两个寄存器之一始终处于直通状态两个寄存器之一始终处于直通状态另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：双缓冲方式的工作方式：双缓冲方式两个寄存器都处于受控（缓冲）状态两个寄存器都处于受控（缓冲）状态能够对一个数据进行能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个数据转换的同时；输入另一个数据优点：数据接收与优点：数据接收与D/A转换可异步进行；转换可异步

20、进行； 可实现多个可实现多个DAC同步转换输出同步转换输出分时写入分时写入、同步转换同步转换LE2LE1DAC0832输入输入寄寄存存器器DI0DI7D/A转转换换器器DAC寄寄存存器器Iout13. DAC0832的模拟输出的模拟输出Iout1、Iout2电流输出端电流输出端Rfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内）反馈电阻引出端（电阻在芯片内）VREF参考电压输入端参考电压输入端10V10VAGND模拟信号地模拟信号地VCC电源电压输入端电源电压输入端5V15VDGND数字信号地数字信号地单极性电压输出单极性电压输出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+

21、_AGNDADIVREF4. 输出精度的调整输出精度的调整RfbIout2Iout1Vout+_AGND调零调零电位器电位器调满刻度调满刻度电位器电位器电源电源 5VADI10K1M1KVREF5. 地线的连接地线的连接DGNDAGND模拟电路模拟电路数字电路数字电路ADCDAC模拟电路模拟电路数字电路数字电路模拟地模拟地模拟地模拟地数字地数字地数字地数字地公共接地点公共接地点公共接地点公共接地点6.6.应用举例应用举例 利用利用DACDAC可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如可实现任意波形（如锯齿波、三角波、正弦波等）的输出，如输出锯齿波、三角波的输出锯齿波、三角波的程序段

22、如下：程序段如下： JNZ TN1 JNZ TN1 MOV AL MOV AL，0FFH0FFHTN2TN2：OUT DXOUT DX，ALAL DEC AL DEC AL TRGTRG：MOV DXMOV DX，200H200H MOV AL MOV AL，0H0HTN1TN1：OUT DXOUT DX，ALAL INC AL INC ALJNZ TN2JNZ TN2JMP TN1JMP TN1产生产生0 0ALAL全全“1 1”输输出出输出锯齿波程序段如下：TRG： MOV DX，200H MOV AL，0HTN： OUT DX，AL INC AL JMP TN 7. 127. 12位位D

23、ACDAC连接连接 由由于于微微机机的的I/OI/O指指令令一一次次只只能能输输出出8 8位位数数据据，因因此此对对于于数数据据宽宽度度大大于于8 8位位DACDAC只只能能分分两两次次输输入入数数据据，为为此此一一般般大大于于8 8位位数数据据宽宽度度的的DACDAC内内部部均均设设计计有有两两级级数数据据缓缓冲冲，如如1212位位DAC1210DAC1210内内部部就就有有两两级级数数据缓冲，内部结构如图所示。据缓冲，内部结构如图所示。8位位输入输入锁存器锁存器4位输入位输入锁存器锁存器12位位DAC存储器存储器12位相乘型位相乘型D/A转换器转换器LELELELSBMSBDI11 15D

24、I10 16DI9 17DI8 18DI7 19DI6 20DI5 4DI4 5DI3 6DI2 7DI1 8DI0 9BYTE1 23/BYTE2CS 1 WR1 2WR1 21WR2 2210 Vref14 Iout213 Iout111 Rfb24 Vcc3 AGND24 DGND DAC1210内部结构在数据采集和过程控制中，被采集对象往往是连续变化的在数据采集和过程控制中，被采集对象往往是连续变化的物理量（如温度、压力。声波等），由于计算机只能处理离散物理量（如温度、压力。声波等），由于计算机只能处理离散的数字量，需要对连续变化的物理转换为数字量的数字量，需要对连续变化的物理转换为数

25、字量, ,这一操作过这一操作过程就是程就是A/DA/D转换。转换。AlanogyDATAA/DCPUI/O10.3 模数（模数（A/D）转换）转换二、A/D转换的基本原理存存在在多多种种A/D转转换换技技术术，各各有有特特点点，分别应用于不同的场合分别应用于不同的场合4种常用的转换技术种常用的转换技术计数器式计数器式逐次逼近式逐次逼近式双积分式双积分式并行式并行式45各种各种ADC的优缺点的优缺点n计数式计数式ADC：最简单，但转换速度最慢。：最简单，但转换速度最慢。 n并行转换式并行转换式ADC：速度最快，但成本最高。：速度最快，但成本最高。 n逐次逼近式逐次逼近式ADC：转换速度和精度都比

26、较高，：转换速度和精度都比较高，且比较简单，价格低，所以在微型机应用系且比较简单，价格低，所以在微型机应用系统中最常用。统中最常用。 n双积分式双积分式ADC：转换精度高，抗干扰能力强，：转换精度高，抗干扰能力强，但转换速度慢，一般应用在精度高而速度不但转换速度慢，一般应用在精度高而速度不高的场合，如测量仪表。高的场合，如测量仪表。 46工作原理及技术指标工作原理及技术指标n逐次逼近型逐次逼近型A/D转换器转换器 结构：由D/A转换器、比较器和逐次逼近寄存器SAR组成。见图。Vi-+逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器D/A转换器转换器Vc比较器比较器数字量输出数字量输出控制电路控制电路模拟量输入模拟

27、量输入4747工作原理工作原理 类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被称物体。近被称物体。 例如：例如： 用用8 8个砝码个砝码2 20 0g g，2 21 1g g，2 27 7g g，可以称出，可以称出1 1255g255g之之 间的物体。间的物体。现有一物体，用砝码称出其重量（假定重量为现有一物体，用砝码称出其重量（假定重量为176g176g）。）。1 1）ADCADC从高到低逐次给从高到低逐次给SARSAR的每一位的每一位“置置1”1”（即加上不同权（即加上不同权重的砝码），重的砝码），SARSAR相当于放法码的称盘；相

28、当于放法码的称盘； 2 2）每次）每次SARSAR中的数据经中的数据经D/AD/A转换为电压转换为电压V VC C ； 3 3）V VC C与输入电压与输入电压V Vi i比较，若比较，若V VC CV Vi i，保持当前位的，保持当前位的11，否，否则当前位则当前位置置00； 4 4）从高到低逐次比较下去，直到）从高到低逐次比较下去，直到SARSAR的每一位都尝试完；的每一位都尝试完； 5 5）SARSAR内的数据就是与内的数据就是与V Vi i相对应的相对应的2 2进制数。进制数。48主要技术指标主要技术指标n精度精度 量化间隔量化间隔(分辨率分辨率) = Vmax/电平数电平数(即满量程

29、值即满量程值) 例：某例：某8位位ADC的满量程电压为的满量程电压为5V，则其分辨率为，则其分辨率为 5V/255=19.6mV 量化误差量化误差: 用数字（离散）量表示连续量时，由于数字用数字（离散）量表示连续量时，由于数字量量字长有限字长有限而无法精确地表示连续量所造成的误差。而无法精确地表示连续量所造成的误差。(字长越长，精度越高字长越长，精度越高) 绝对量化误差绝对量化误差 = 量化间隔量化间隔/2 = (满量程电压满量程电压/(2n-1)/2 相对量化误差相对量化误差 = 1/2 * 1/量化电平数目量化电平数目 * 100% 例：满量程电压例：满量程电压=10V，A/D变换器位数变

30、换器位数=10位，则位，则 绝对量化误差绝对量化误差 10/211 = 4.88mV 相对量化误差相对量化误差 1/211 *100% = 0.049%三、三、A/DA/D转换器特性转换器特性 A/DA/D转换器的功能是把模拟量转换为数字量，其主要参数有：转换器的功能是把模拟量转换为数字量，其主要参数有：（1 1）分辨率：）分辨率：指指A/DA/D转换器可转换成数字量的最小电压转换器可转换成数字量的最小电压 ，是反是反映映A/D转换器对最小模拟输入值的敏感度转换器对最小模拟输入值的敏感度 所以分辨率一般表示式为：所以分辨率一般表示式为： 分辨率分辨率=Vref/2=Vref/2位数位数（单极性

31、）（单极性） 或或 分辨率分辨率= =（V+ref-V-ref)/2V+ref-V-ref)/2位数位数（双极性）（双极性） 分辨率通常是用分辨率通常是用A/D的位数来表示，比如的位数来表示，比如 8位、位、10位、位、12位等位等 所以，所以， A/D转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。转换器的输出数字量越多。其分辨率越高。 如如：8 8为为ADCADC满量程为满量程为5V,5V,则分辨率为则分辨率为5000mV/256=20mV5000mV/256=20mV， 也就是说也就是说当模拟电当模拟电 压小于压小于20mV20mV，ADCADC就不能转换了，就不能转换了，（2 2）转转换换时时间

32、间：指指从从输输入入启启动动转转换换信信号号到到转转换换结结束束，得得到到稳稳定定的的数数字字量量输输出出的的时时间间。一一般般转转换换速速度度越越快快越越好好（特特别别是是动动态态信号采集）。常见有：信号采集）。常见有： 超高速（转换时间超高速（转换时间1ns1ns）、）、高速（转换时间高速（转换时间11s s）、）、 中中 速（转换时间速（转换时间1ms1ms） 低速（转换时间低速（转换时间1s)1s)等。等。 如如果果采采集集对对象象是是动动态态连连续续信信号号，要要求求f f采采2 2 f f信信，也也就就是是说说必必须须在在信信号号的的一一个个周周期期内内采采集集2 2个个以以上上的

33、的数数据据，才才能能保保证证信信号号形形态态被被还还原原（避避免免出出现现“假假频频”），这这就就是是“最最小小采采样样”原原理理。若若f f信信=20kHz=20kHz，则则f f采采 40kHz40kHz，其其转转换换时时间间要要求求2525s.s.（4 4）线性度：线性度：当模拟量变化时，当模拟量变化时，A/DA/D转换器输出的数转换器输出的数 字量按比例变化的程度字量按比例变化的程度 （5）量程：）量程： 指能够转换的电压的范围：指能够转换的电压的范围：05V，0 10V等等 （3）精度：）精度：有绝对精度和相对精度有绝对精度和相对精度 绝对精度绝对精度 指定应于一个给定的数字量的实际

34、指定应于一个给定的数字量的实际 模拟量输入与理论模拟量输入之差。模拟量输入与理论模拟量输入之差。 相对精度相对精度 指在整个转换范围内任一数字量所指在整个转换范围内任一数字量所 对应的模拟量实际值与理论值之差对应的模拟量实际值与理论值之差 通常也用最小有效位的分数表示。通常也用最小有效位的分数表示。 2转换时间转换时间 指指从从启启动动转转换换信信号号被被输输入入开开始始到到结结束束获获得得稳稳定的数字量输出量为止所需的时间。定的数字量输出量为止所需的时间。 3转换启动信号（电位启动和脉冲启动）转换启动信号（电位启动和脉冲启动） 在在转转换换过过程程中中必必须须保保持持高高/低低电电平平信信号

35、号一一直直有有效，否则将导致转换出错。效，否则将导致转换出错。四、四、 ADC的输入输出特性的输入输出特性 1.输出数据位数输出数据位数 8位，位，10位，位，12位，位，16位等位等4 片上带有三态门输出琐存器片上带有三态门输出琐存器 可直接与可直接与CPU的的DB相连相连 片上未带三态门输出琐存器片上未带三态门输出琐存器 与与CPU相连需外加琐存器相连需外加琐存器5 转出数字量有二进制和转出数字量有二进制和BCD码码 ADC的数字量输出线位数越多，说明其分辨率越高。的数字量输出线位数越多，说明其分辨率越高。6 模拟信号输入及通道模拟信号输入及通道 模拟信号输入来自于外部信号输入对象，有单、

36、多通道模拟信号输入来自于外部信号输入对象，有单、多通道 之分。之分。五、五、A/D转换器与微处理器的接口转换器与微处理器的接口 1、 接口应具备的功能；接口应具备的功能； A/D转换器的转换是由外部控制，需发送转换启动信号转换器的转换是由外部控制，需发送转换启动信号 启动启动A/D进行进行A/D转换。转换。 读取读取“转换结束转换结束”状态信号，用以查询转换是否结束若状态信号，用以查询转换是否结束若 该状态信号有效，可用于产生中断请求或该状态信号有效，可用于产生中断请求或DMA请求。请求。 对多个模拟量输入通道进行通道寻址对多个模拟量输入通道进行通道寻址 方法：方法：CPU通过通过DB送出对应

37、模拟通道的编号，而不是送出对应模拟通道的编号，而不是 通过地址总线送出。通过地址总线送出。 发送采样发送采样/保持信号保持信号S/H，以控制采样以控制采样/保持器进行保持器进行 采样与保持操作（需要时）采样与保持操作（需要时） 。 2. A/D2. A/D转换器与转换器与CPUCPU接口方式接口方式（1 1）与与CPUCPU直直接接相相连连：当当ADCADC芯芯片片内内部部带带有有数数据据输输出出锁锁存存器器和和三三态态门门时时（如如AD574AD574、ADC0809ADC0809等等），它它们们的的数数据据输输出出可可直直接接与与CPUCPU或数据总线相连。或数据总线相连。（2 2）用用三

38、三态态门门与与CPUCPU相相连连：对对于于内内部部不不带带数数据据输输出出锁锁存存器器的的ADCADC芯芯片片（如如ADC1210ADC1210、AD570AD570等等），需需外外接接三三态态锁锁存存器器后后才才能能与与CPUCPU或系统总线相连。或系统总线相连。（3 3）通通过过I/OI/O接接口口芯芯片片与与CPUCPU相相连连：无无论论ADCADC内内部部有有无无数数据据锁锁存存器器，都都可可使使用用与与CPUCPU配配套套的的并并行行I/OI/O芯芯片片与与ADCADC相相连连，这这样样可可简简化化接接口口电电路路， 而而且且可可使使A/DA/D的的时时序序关关系系及及电电平平与与

39、CPUCPU保保持持一一致致，工作更可靠。工作更可靠。 如先读低8位，后读高4位，则称为“右对齐右对齐” 3. A/D转换器接口电路的设计实例 注意点： 各各ADC的的转转换换启启动动、转转换换结结束束命命令令各各不不相相同同， 需需具具体体使使用用时注意。时注意。 进进行行12位位A/D转转换换时时，需需分分两两次次将将12位位数数据据送送CPU的的DB7 0。 如如先先读读高高4位位，后后读读低低8位位，则则称称为为“左对齐”， 读读取取高高4位时是屏蔽字节中的高位时是屏蔽字节中的高4位。位。后读先读ADC低8位高4位屏蔽六、典型的六、典型的D/A转换器芯片转换器芯片ADC0809：8通道

40、（通道（8路）输入路）输入8位字长位字长 逐位逼近型逐位逼近型转换时间转换时间100s 内置三态输出缓冲器内置三态输出缓冲器主要引脚功能主要引脚功能D7D0：输出数据线（三态）：输出数据线（三态）IN0IN7：8通道（路）模拟输入通道（路）模拟输入ADDA、ADDB、ADDC：通道地址：通道地址ALE：通道地址锁存：通道地址锁存START：启动转换：启动转换EOC：转换结束状态输出：转换结束状态输出OE：输出允许（打开输出三态门）：输出允许（打开输出三态门）CLK：时钟输入（：时钟输入（10KHz1.2MHz）内部结构内部结构START EOC CLK OED7D0VREF(+) VREF(-

41、)ADDCADDBADDAALEIN0IN7比较器比较器8路模路模拟开拟开关关逐位逼近寄存器逐位逼近寄存器SAR树状开关树状开关电阻网络电阻网络三态三态输出输出锁存锁存器器时序与控制时序与控制地址地址锁存锁存及及译码译码D/A8个个模模拟拟输输入入通通道道8选选1工作时序工作时序ADC0809的工作过程的工作过程由时序图知由时序图知ADC0809的工作过程如下：的工作过程如下：送通道地址，以选择要转换的模拟输入；送通道地址，以选择要转换的模拟输入；锁存通道地址到内部地址锁存器；锁存通道地址到内部地址锁存器；启动启动A/D变换；变换；判断转换是否结束；判断转换是否结束；读转换结果读转换结果ADC

42、0809的应用的应用芯片与系统的连接芯片与系统的连接编写相应的数据采集程序编写相应的数据采集程序芯片与系统的连接芯片与系统的连接模拟输入端模拟输入端Ini ：单路输入单路输入多路输入多路输入单路输入时单路输入时ADDCADDBADDAIN4ADC0809输入输入多路输入时多路输入时ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输入输入0输入输入1输入输入2输入输入3输入输入4CPU指定指定通道号通道号+5V通道地址线ADDA-ADDC的连接多多路路输输入入时时，地地址址线线不不能能接接死死，要要通通过过一一个个接接口口芯芯片与数据总线连接。片与数据总线连接。接口芯片可以选

43、用：接口芯片可以选用：简单接口芯片简单接口芯片74LS273，74LS373等（占用一个等（占用一个I/O地址）地址）可编程并行接口可编程并行接口8255（占用四个（占用四个I/O地址）地址）ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809输输入入DB74LS273Q2Q1Q0CP来自来自I/O译码译码D0-D7ADDCADDBADDAIN0IN1IN2IN3IN4ADC0809DB8255PB2PB1PB0CS#来自来自I/O译码译码D0-D7A1A0A1A0数据输出线数据输出线D0-D7的连接的连接可可直直接接连连到到DB上上，或或通通过过另另外外一一个个输输入入接接口

44、口与与DB相连；相连；两种方法均需占用一个两种方法均需占用一个I/O地址地址D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译码译码D0-D7ADC0809DBOE来自来自I/O译码译码直接连直接连DB通过输入接口连通过输入接口连DB74LS244+5VDIDOE1#E2#ALE和和START端的连接端的连接独独立立连连接接：用用两两个个信信号号分分别别进进行行控控制制需需占占用用两两个个I/OI/O端口或两个端口或两个I/OI/O线；线；统统一一连连接接：用用一一个个脉脉冲冲信信号号的的上上升升沿沿进进行行地地址址锁锁存存，下下降降沿实现启动转换沿实现启动转换只需占用一个只需占用一个I/OI/

45、O端口或一个端口或一个I/OI/O线。线。ADC0809ALESTART独立连接独立连接来自来自I/O译码译码1来自来自I/O译码译码2ADC0809ALESTART统一连接统一连接来自来自I/O译码译码判断转换结束的方法判断转换结束的方法软软件件延延时时等等待待（比比如如延延时时1ms），此此时时不不用用EOC信信号号-CPU效率最低效率最低软件查询软件查询EOC状态状态把把EOC作为中断申请信号，接到作为中断申请信号，接到8259的的IR端端在中断服务程序中读入转换结果，效率高在中断服务程序中读入转换结果，效率高EOC通过一个三态门连到数据总通过一个三态门连到数据总线的某个线的某个D端端三

46、态门占用一个三态门占用一个I/O端口地址端口地址CPU效率低效率低68D0IN0A15-A0 IOR# IOW#D7-D0D7-D0 n n EOC n OE n START n ALE ADDC ADDB ADDA n n 译译 n 码码 n 器器 ADC0809 n一个连接实例（用查询方式）一个连接实例（用查询方式）模拟信号输入模拟信号输入判断转换结束的程序判断转换结束的程序 用延时等待的方法用延时等待的方法 MOV DX, start_portOUT DX, AL ;启动转换启动转换CALL DELAY_1MS ;延时延时1msMOV DX, oe_portIN AL, DX ;读入结果

47、读入结果 判断转换结束的程序判断转换结束的程序用查询用查询EOC状态的方法状态的方法 MOV DX, start_port OUT DX, AL ;启动转换启动转换LL: MOV DX, eoc_port IN AL, DX AND AL, 01H ;测试测试EOC状态状态 JZLL MOVDX, oe_port IN AL, DX ;读入结果读入结果 71进一步应考虑的问题进一步应考虑的问题n多个模拟通道时，程序怎样编写？多个模拟通道时，程序怎样编写？ nADC位数大于位数大于8位应怎样处理？位应怎样处理？ n用用8255时程序应怎样编写？时程序应怎样编写？ n n以上三个问题留作思考题以上三个问题留作思考题 微机原理及应用本课程到此全部结束，谢谢大家的合作与支持！