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1、9.1 D/A9.1 D/A转换器及转换器及A/DA/D转换器概述转换器概述9.2 D/A9.2 D/A转换器转换器DAC0832DAC0832及应用及应用9.3 A/D9.3 A/D转换器转换器ADC0809ADC0809及应用及应用第第9章章 模拟量接口技术模拟量接口技术9.1 D/A转换器及转换器及A/D转换器概述转换器概述A/D转换：转换：在计算机系统中，能够完成模拟信号转换在计算机系统中，能够完成模拟信号转换成数字信号的过程称作模成数字信号的过程称作模/数转换（简称数转换（简称A/D转换）。转换）。完成完成A/D转换的装置叫转换的装置叫A/D转换器（简称转换器（简称ADC）。）。D/
2、A转换：转换：在计算机系统中，在计算机系统中，能够完成数字信号转能够完成数字信号转换成模拟信号的过程称作数换成模拟信号的过程称作数/模转换（简称模转换（简称D/A转换）转换）。完成。完成D/A转换的装置叫转换的装置叫D/A转换器（简称转换器（简称DAC）。）。计算机控制系统的实现过程：计算机控制系统的实现过程：模拟式模拟式检测仪表检测仪表模拟式模拟式执行部件执行部件D/A转换器转换器模拟量电信号模拟量电信号微微型型计计算算机机数字量电信号数字量电信号生生产产或或实实验验过过程程模拟量电信号模拟量电信号数字量电信号数字量电信号物理量物理量物理量物理量图图9.1 9.1 计算机控制系统框图计算机控
3、制系统框图A/D转换器转换器9.2.1 D/A转换器工作原理转换器工作原理运运 算算放大器放大器模拟电压输出模拟电压输出多多路路模模拟拟开开关关电电阻阻网网络络图图9.2 D/A9.2 D/A转换器框图转换器框图N N位位二进制数二进制数12N12N9.2 D/A转换器转换器DAC0832及应用及应用1.加权电阻网络加权电阻网络D/A转换器的工作原理转换器的工作原理-+V0RFRR1R2R3RnVREFK1K2K3Kn图9.3 加权电阻网络D/A转换器原理图2.“T”形电阻网络形电阻网络D/A转换器的工作原理转换器的工作原理图9.4 “T”形电阻网络D/A转换器原理图9.2.2 D/A转换器性
4、能指标转换器性能指标1.分辨率分辨率2.转换精度转换精度3.建立时间建立时间4.温度系数温度系数5.非线性误差非线性误差图图9.5 DAC0832引脚及内部结构引脚及内部结构9.2.3 DAC0832芯片芯片1.DAC0832引脚及功能引脚及功能2DAC0832的几种典型输出连接方式的几种典型输出连接方式 单极性输出电路。单极性输出电路。图图9.6 单极性输出电路单极性输出电路图图(a)为反相输出电路，其输出电压为：为反相输出电路，其输出电压为：图图(b)是同相输出电路，其电压输出为：是同相输出电路，其电压输出为：双极性输出电路。双极性输出电路。图图.7 双极性输出电路双极性输出电路9.2.4
5、 DAC0832的应用的应用选择和使用选择和使用D/A 转换器时要注意以下几点：转换器时要注意以下几点：(1)合理选择合理选择DAC 芯片。首先要考虑芯片。首先要考虑D/A 转换器的分辨转换器的分辨率和工作温度范围是否满足系统要求。然后根据率和工作温度范围是否满足系统要求。然后根据DAC 芯片的结构和应用特性，选择外围电路简单、使用方芯片的结构和应用特性，选择外围电路简单、使用方便的便的D/A 转换器。转换器。(2)设计和连接接口时，具有三态输入数据寄存器的设计和连接接口时，具有三态输入数据寄存器的DAC 芯片可直接与计算机芯片可直接与计算机I/O 插槽上的数据总线相接，插槽上的数据总线相接，
6、同时，要为同时，要为D/A 转换器配置一个端口地址。转换器配置一个端口地址。(3)若若D/A 芯片无参考电源时，则外接的参考电压应该芯片无参考电源时，则外接的参考电压应该稳定、可靠地工作。稳定、可靠地工作。应用举例：应用举例：利用利用D/A 转换器来构造波形发生器，如图所转换器来构造波形发生器，如图所示。假设地址译码输出端口为示。假设地址译码输出端口为360H。图.8 采用DAC0832 构造的波形发生器(1)矩形波。矩形波。给给DAC0832 持续持续256 次送数据次送数据0，然后，然后256 次次送数据送数据FFH，依次重复处理。输出矩形波的程序段如下：，依次重复处理。输出矩形波的程序段
7、如下：MOV DX，360H；设定地址译码输出端口；设定地址译码输出端口DD0：MOV CX，0FFHMOV AL，00DDl：OUT DX，AL；向；向D/A 转换器送数据转换器送数据0LOOP DDl；循环；循环256 次，形成矩形波的低电平次，形成矩形波的低电平MOV CX，0FFHMOV AL，0FFHDD2：OUT DX，AL；向；向D/A 转换器送数据转换器送数据FFHLOOP DD2；循环；循环256 次，形成矩形波的高电平次，形成矩形波的高电平JMP DD0；重复上述的过程，形成多个矩形波；重复上述的过程，形成多个矩形波(2)梯形波。梯形波。给给DAC0832 持续持续256
8、次送数据次送数据0，然后逐次加，然后逐次加1 直到直到255，然后持续，然后持续256次，接着将次，接着将255 逐次减逐次减1，依次重，依次重复处理。复处理。MOV DX，360H；设定地址译码输出端口；设定地址译码输出端口MOV CX，0FFHMOV AL，00DDl：OUT DX，AL；向；向D/A 转换器送数据转换器送数据0LOOP DDl；循环；循环256 次，形成梯形波的下底次，形成梯形波的下底MOV CX，0FFHDD2：INC AL；循环加；循环加1，以形成上升沿，以形成上升沿OUT DX，ALLOOP DD2MOV CX，0FFHDD3：OUT DX，AL；输出上底；输出上底
9、LOOP DD3MOV CX，0FFHDD4：DEC ALOUT DX，AL；输出下降沿；输出下降沿LOOP DD4JMP DDl；重复上述过程，形成多个梯形波；重复上述过程，形成多个梯形波(3)三角波。三角波。给给DAC0832 持续持续256 次送数据次送数据0，然后逐次，然后逐次加加1 直到直到255，接着将，接着将255逐次逐次 减减1 到到0，依次重复。，依次重复。MOV DX，360H；设定地址译码输出端口；设定地址译码输出端口DD0：MOV CX，0FFHMOV AL，00DD1：OUT DX，AL；向；向D/A 转换器送数据转换器送数据0INC ALLOOP DD1；循环形成上
10、升斜坡；循环形成上升斜坡MOV CX，0FFHDD2：DEC ALOUT DX，ALLOOP DD2；循环形成下降斜坡；循环形成下降斜坡JMP DD0；重复上述过程，形成多个三角波；重复上述过程，形成多个三角波9.3 A/D转换器转换器ADC0809及应用及应用采样：采样：对连续变化的模拟量要按一定的规律和周期取出其对连续变化的模拟量要按一定的规律和周期取出其中的某一瞬时值。中的某一瞬时值。采样频率：一般要高于或至少等于输入信号最高频率的采样频率：一般要高于或至少等于输入信号最高频率的2倍，倍，实际应用中采样频率一般是信号频率的实际应用中采样频率一般是信号频率的48倍。倍。采样周期：采样周期：
11、相邻两次采样的间隔时间。一次相邻两次采样的间隔时间。一次A/D转换所需要转换所需要的时间必须小于采样周期。的时间必须小于采样周期。量化：量化：将模拟量表示为相应的数字量。量化得到的数值通将模拟量表示为相应的数字量。量化得到的数值通常用二进制表示。常用二进制表示。9.3.1 A/D转换器的工作原理转换器的工作原理A/D转转换换器器主主要要有有计计数数式式、并并行行式式、双双积积分分式式、逐逐次次逼逼近近式式等等。主要介绍逐次逼近式主要介绍逐次逼近式A/D转换器的工作原理。转换器的工作原理。EOC转换转换结束信号结束信号START启动信号启动信号电阻开关网络电阻开关网络时钟时钟图图9.9 9.9
12、逐次逼近式逐次逼近式A/D转换器逻辑转换器逻辑框图框图D3模拟量输入模拟量输入+比较器比较器数码寄存器数码寄存器数据发生器数据发生器数字量输出数字量输出VREF基准电压基准电压D2 D1D0VR反馈比较电压反馈比较电压VIN-1.分辨率：分辨率：2.转换精度：转换精度：3.转换时间转换时间4.温度系数温度系数5.量程量程9.3.2 A/D转换器的主要性能指标转换器的主要性能指标9.3.3 ADC0809芯片芯片 1.ADC0809引脚及功能图图9.11 ADC0809引脚图引脚图8路路模拟模拟选通选通开关开关8-bitA/D转换转换器器8-bit三态三态输出输出锁存锁存IN7IN0ADDCOE
13、STARTEOC图图9.10 ADC0809结构框图结构框图D7D0ADDBADDAALECLKVREF+VREF-GNDVCC地址地址锁存锁存器器IN2ADDCALEADDBADDAOECLKEOC12345678910192021222324111213141516171825262728ADC0809STARTIN1IN0IN3IN4IN5IN6IN7D0D1D2D3D7D5D4D6VREF-VREF+VCCGND2.ADC0809的工作时序的工作时序图9.12 ADC0809的工作时序9.3.4 ADC0809芯片的应用芯片的应用例题：例题：利用利用ADC0809进行数据采集的电路图如
14、下，编写采集进行数据采集的电路图如下，编写采集子程序。子程序。采集子程序的功能：每调用一次，顺序对采集子程序的功能：每调用一次，顺序对8路模拟输入路模拟输入IN0到到IN7进行一次转换，并将转换结果存放到内存中的指定位置，进行一次转换，并将转换结果存放到内存中的指定位置，该位置的段、偏移地址在该位置的段、偏移地址在ADAT的顺序的顺序8个单元中。个单元中。采集子程序如下：采集子程序如下：PRMD：PROC NEARPUSH BXPUSH DXPUSH DSPUSH AXPUSH SIMOV DX，SEG ADATMOV DS，DXMOV SI，OFFSET ADATMOV BL，00HMOV
15、BH，08HGOON：MOV DX，8001HMOV AL，BLOUT DX，AL；送通道地址；送通道地址MOV DX，8002HMOV AL，01HOUT DX，AL MOV AL，00HOUT DX，AL；送送ALE和和START脉冲脉冲NOPWAIT：IN AL，DXTEST AL，10HJZ WAIT ；等待转换结束；等待转换结束MOV AL，02HOUT DX，AL；使；使OE=1MOV DX，8000HIN AL，DX；读数据；读数据MOV SI，ALMOV DX，8002HMOV AL，00HOUT DX，ALINC SI；存放数据的内存地址加；存放数据的内存地址加1INC BL
16、；通道地址加；通道地址加1DEC BHJNZ GOONPOP AXPOP DSPOP DXPOP BXRETPRMDENDP知识扩展：多路模拟开关及采样保持电路知识扩展：多路模拟开关及采样保持电路1多路模拟开关多路模拟开关图图9.14 多回路分时共用转换器框图多回路分时共用转换器框图保持电路保持电路I/O多多路路模模拟拟量量输输入入I/O计计 算算 机机D/AA/D采样保采样保持电路持电路多路模多路模拟开关拟开关保持电路保持电路保持电路保持电路多多路路模模拟拟量量输输出出多路模多路模拟开关拟开关2采样保持电路采样保持电路AOUT图图9.15 采样保持电路的基本组成采样保持电路的基本组成-+SC
17、+-AIN模式控制模式控制A2A1练习题练习题1什么是什么是D/A转换器？什么是转换器？什么是A/D转换器？转换器？答：在计算机系统中，能够完成答：在计算机系统中，能够完成D/A转换的装置叫转换的装置叫D/A转换器；能够完成转换器；能够完成A/D转换的装置叫转换的装置叫A/D转转换器。换器。2描述描述D/A转换器的性能指标主要有哪些？转换器的性能指标主要有哪些？答：分辨率、转换精度、建立时间、温度系数、非答：分辨率、转换精度、建立时间、温度系数、非线性误差等。线性误差等。3简述简述A/D转换器的主要性能指标？转换器的主要性能指标？答：答：分辨率、分辨率、转换精度、转换精度、转换时间、转换时间、
18、温度系数、温度系数、量程等。量程等。在实际应用中，选择和使用在实际应用中，选择和使用D/A转换器应注意转换器应注意哪几点？哪几点？答：答：（1）首先要考虑）首先要考虑D/A转换器的分辨率和工作温度范转换器的分辨率和工作温度范围是否满足系统要求。然后根据围是否满足系统要求。然后根据DAC芯片的结构芯片的结构和应用特性，选择外围电路简单、使用方便的和应用特性，选择外围电路简单、使用方便的D/A转换器。转换器。（2）设计和连接接口时，具有三态输入数据寄存器）设计和连接接口时，具有三态输入数据寄存器的的DAC芯片可直接与计算机芯片可直接与计算机I/O插槽上的数据总线插槽上的数据总线相接，同时，要为相接
19、，同时，要为D/A转换器配置一个端口地址。转换器配置一个端口地址。（3）若）若D/A芯片无参考电源时，则外接的参考电压芯片无参考电源时，则外接的参考电压应该工作稳定、可靠。应该工作稳定、可靠。5.要求某电子秤的称重范围为要求某电子秤的称重范围为0500g，测量误差，测量误差小于小于0.05g，至少应该选用分辨率为多少位的，至少应该选用分辨率为多少位的A/D转换器？现有转换器？现有8位、位、10位、位、12位、位、14位和位和16位可位可供选择。供选择。答：答：5000.05=10000，至少应该选用分辨率为，至少应该选用分辨率为14位的位的A/D转换器。转换器。6.某某12位位D/A转换器，输
20、出电压为转换器，输出电压为02.5V。当。当输入的数字量为输入的数字量为400H时，对应的输出电压时，对应的输出电压是多少？是多少？答：答：2.5400HFFFH=0.625V。7.如果一个如果一个8位位D/A转换器的满量程转换器的满量程(对应于数字量对应于数字量255)为为10V，分别确定模拟量为，分别确定模拟量为2.0V和和8.0V所对所对应的数字量是多少应的数字量是多少?答：分别为答：分别为255210=51,255810=204。8.若满刻度输入模拟电压为若满刻度输入模拟电压为5V，8位位A/D转换器的量转换器的量化间隔和量化误差为（化间隔和量化误差为（）。）。A.1.25mV和和1.
21、22mV B.4.88mV和和0.5mVC.19.5mV和和9.45mV D.2.44mV和和2.47mVC9.DAC0832转换器有哪些特点？其内部结构由哪几转换器有哪些特点？其内部结构由哪几部分组成部分组成?答答:DAC0832是是8位分辨率的位分辨率的D/A转换集成芯片，功耗转换集成芯片，功耗为为20mW，单电源供电，电源范围为，单电源供电，电源范围为+5V+15V，建立时间为建立时间为1us，电流型输出。其明显特点是与微，电流型输出。其明显特点是与微机连接简单、转换控制方便、价格低廉等。机连接简单、转换控制方便、价格低廉等。DAC0832的内部结构由的内部结构由8位输入寄存器、位输入寄存器、8位位DAC寄存器、寄存器、8位位DAC转换器及转换控制电路构成，转换器及转换控制电路构成，DAC转换器采用转换器采用“T”型电阻网络。型电阻网络。