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1、School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程第十一章第十一章模拟量输入模拟量输入/输出输出 School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 在计算机应用系统中，常需要在计算机应用系统中，常需要模拟量输出模拟量输出，去控制系统中的执行机构去控制系统中的执行机构,构成控制系统。将计构成控制系统。将计算机中的算机中的数字信号数字信号转换为转换为模拟信号模拟信号，称为，称为D/A 转换转换；许多
2、工业生产过程中，参与测量和控制；许多工业生产过程中，参与测量和控制的物理量，往往是连续变化的模拟量通常计算的物理量，往往是连续变化的模拟量通常计算机也需要对一些模拟信号（如电流、电流、温机也需要对一些模拟信号（如电流、电流、温度、压力等）进行检测，将度、压力等）进行检测，将模拟信号模拟信号转换为转换为数数字信号字信号，称为，称为A/D转换。转换。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程11.1 模拟量的输入模拟量的输入/输出通道输出通道School of Engineering&Aut
3、omation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程1.模拟量输入通道的组成模拟量输入通道的组成 能够把生产过程的非电物理量转换成电量（电能够把生产过程的非电物理量转换成电量（电流或电压）的器件，被称为流或电压）的器件，被称为传感器传感器。变送器变送器 电流模电流模1).传感器传感器2).信号处理环节信号处理环节电压水平电压水平 抗干扰抗干扰 调理电路调理电路3).多路转换开关多路转换开关 多个模拟信号共用一个多个模拟信号共用一个A/D转换器进行采样和转转换器进行采样和转换换,CD4054 CD4067等等School of Engineerin
4、g&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程4).采样保持器采样保持器 在在A/D进行转换期间，保持输入信号不变的电路进行转换期间，保持输入信号不变的电路称采样称采样保持电路保持电路。5).A/D转换器转换器 核心环节核心环节,将模拟输入量转换成数字量，以便由微将模拟输入量转换成数字量，以便由微机读取，进行分析处理。机读取，进行分析处理。2.模拟量输出通道的组成模拟量输出通道的组成 微机输出的信号是数字信号，而有的执行元件要求微机输出的信号是数字信号，而有的执行元件要求提供模拟的电流或电压，故必须将模拟信号转化为数字提供模拟的电
5、流或电压，故必须将模拟信号转化为数字信号。这个任务主要是由数信号。这个任务主要是由数/模（模（D/A）转换器来完成。）转换器来完成。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程11.2 D/A转换器转换器1.D/A转换器的工作原理转换器的工作原理D/A转换器有两种方式转换器有两种方式T型电阻网络型电阻网络权电阻网络权电阻网络位位R-2RT型电阻网络型电阻网络D/A转换器转换器 1).权电阻网络权电阻网络D/A转换器转换器需要精密电阻，不易集成，实际应用少。需要精密电阻，不易集成，实际应用少
6、。2).T型电阻网络型电阻网络School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 从每个从每个节节点点G向右看，向右看，对对地的等效地的等效电电阻均阻均为为R，则则每个每个节节点点对对地地电压电压均均为为Vi=1/2Vi+1 流入流入该该支路的支路的电电流流为为I i=School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程School of Engineering&Automation Tianjin
7、 Polytechnic University微机原理课程微机原理课程School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 电压输出型的电压输出型的D/A转换器相当于一个电压源，内电阻转换器相当于一个电压源，内电阻较小，选用这种芯片时，与它匹配的负载电阻应较大，较小，选用这种芯片时，与它匹配的负载电阻应较大，输出一般为输出一般为05V和和010V。电流输出的。电流输出的D/A转换器，转换器，相当于电流源，内阻较大，选用这种芯片时，负载电相当于电流源，内阻较大，选用这种芯片时，负载电阻不可太大。在实
8、际应用中，常选用电流输出型的芯阻不可太大。在实际应用中，常选用电流输出型的芯片来实现电压输出。此时，在电压输出端应加上片来实现电压输出。此时，在电压输出端应加上V/I转换电路。转换电路。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程2.D/A转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 分辨率描述分辨率描述D/A转换器对微小输入量变化的敏感转换器对微小输入量变化的敏感程度，通常用数字量的位数来表示，如程度，通常用数字量的位数来表示，如8位、位、10位等。位等。对一个分辨率为对一个分辨率为n位的转
9、换器，能够分辨满刻度的位的转换器，能够分辨满刻度的2-n输入信号。例如：满量程为输入信号。例如：满量程为10V 的的8位位D/A转换器分辨转换器分辨率为率为10V2-8=39mV。1).分辨率分辨率 稳定时间指稳定时间指D/A转换器加上满刻度的变化（如全转换器加上满刻度的变化（如全“0”变为全变为全“1”）时，其输出达到稳定所需的时间。一般为）时，其输出达到稳定所需的时间。一般为几十微秒到几微秒。几十微秒到几微秒。2).稳定时间稳定时间School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 不同型号
10、的不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大。一转换器的输出电平相差较大。一般电压型的般电压型的D/A转换器输出为转换器输出为0+5V或或0+10V。电流。电流型的型的D/A转换器，输出电流为几毫安至几安。转换器，输出电流为几毫安至几安。3).输出电平输出电平 对应对应于于给给定的定的满满刻度数字量，刻度数字量，D/A实际输实际输出与理出与理论论值值之之间间的的误误差，也称差，也称为绝对为绝对精度。精度。该误该误差是由于差是由于D/A的的增益增益误误差、零点差、零点误误差和噪声等引起的。例如：差和噪声等引起的。例如：满满量程量程时时理理论输论输出出值为值为10V,实际输实际输出出值值是在是在9.
11、99V-10.01V之之间间，其其转换转换精度精度为为10mV。4).转换精度转换精度 D/A转换器的转换精度为分辨率之半，即为转换器的转换精度为分辨率之半，即为LSB/2。LSB是分辨率，是指最低一位数字量变化引起的变是分辨率，是指最低一位数字量变化引起的变化量。化量。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程5).相对精度相对精度6).线性误差线性误差7).温度系数温度系数 3.典型的典型的D/A转换器芯片转换器芯片 集成集成D/A芯片类型很多，按其转换方式有芯片类型很多，按其转换方
12、式有并行和串行并行和串行两大类，串行慢，并行快。按生产工艺分有双极型、两大类，串行慢，并行快。按生产工艺分有双极型、MOS型等，它们的精度和速度各不相同。按字长分有型等，它们的精度和速度各不相同。按字长分有8位、位、10位、位、12位等位等，按输出形式分，有，按输出形式分，有电压型和电流电压型和电流型型两类。两类。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程1).DAC 0832School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic Uni
13、versity微机原理课程微机原理课程（1）DAC0832的引脚的引脚 DI7DI0：D/A转换器的数字量输入信号。其中转换器的数字量输入信号。其中DI0为最低位，为最低位，DI7为最高位。为最高位。：片：片选输选输入信号，低入信号，低电电平有效。平有效。：D/A转换转换器的数据写入信号，低器的数据写入信号，低电电平有效。平有效。ILE：输入寄存器的允许信号，高电平有效。：输入寄存器的允许信号，高电平有效。ILE信号和信号和 、共同控制选通输入寄存器。共同控制选通输入寄存器。、均为低电平，且均为低电平，且ILE为高电平时，为高电平时，=1，输，输入被转换的数据立即被送至入被转换的数据立即被送至
14、8位输入寄存器输出端；位输入寄存器输出端；School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程当上述三个控制信号任一个无效时，当上述三个控制信号任一个无效时，=“0”，输入，输入寄存器将寄存器将D端数据锁存，输出端呈保持状态；端数据锁存，输出端呈保持状态；ILE=“0”时，时，也为也为“0”，输出端便不随，输出端便不随D端而变化。端而变化。：从输入寄存器向：从输入寄存器向DAC寄存器传送寄存器传送D/A转换数据转换数据的控制信号，低电平有效。的控制信号，低电平有效。：DAC寄存器的选通信号，低电平
15、有效。寄存器的选通信号，低电平有效。当当 和和 同时有效时，同时有效时，=“1”，输入寄存，输入寄存器的数据被装入器的数据被装入DAC寄存器，并同时启动一次寄存器，并同时启动一次D/A转换。转换。VCC：芯片电源，其值可在：芯片电源，其值可在+5+15V，典型值为，典型值为+15V。AGND：模拟信号地。：模拟信号地。DGND：数字信号地。：数字信号地。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 Rfb：内部反馈电阻引脚，用来外接：内部反馈电阻引脚，用来外接D/A转换器输转换器输出增益调
16、整电位器。出增益调整电位器。IOUT1：D/A转换器输出电流转换器输出电流1。当输入数字为全当输入数字为全“1”时，其值最大值约为：时，其值最大值约为：当输入数字为全当输入数字为全“0”时，其值最小，即为时，其值最小，即为0。IOUT2：D/A转换器输出电流转换器输出电流2。与与IOUT1的关系：的关系：IOUT1+IOUT2=常数常数School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程电流稳定时间：电流稳定时间：1s。分辨率：分辨率：8位位线性误差：线性误差：0.2%FSR，即该芯片的线性误差为
17、满量，即该芯片的线性误差为满量 程的程的0.2%。非线性误差：非线性误差：0.4%FSR。三种输入方式：双缓冲、单缓冲和直接输入三种方式。三种输入方式：双缓冲、单缓冲和直接输入三种方式。数字输入与数字输入与TTL兼容。兼容。增益温度系数：增益温度系数：0.002%FSR/。低功耗：低功耗：20mW。单电源：单电源：+5+15V。参考电压：参考电压：10V+10V。（2）DAC0832的主要技术性能的主要技术性能School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程（3）DAC 0832的工作方式的工
18、作方式 DAC 0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。和双缓冲方式。直通方式直通方式 DAC0832内部有两个起数据缓冲器作用的寄存器，内部有两个起数据缓冲器作用的寄存器，分别受分别受IE1和和IE2控制。如果它们皆为高电平，那么控制。如果它们皆为高电平，那么DI0DI7上信号便可直通地到达上信号便可直通地到达“8位位DAC寄存器寄存器”，进，进行行D/A转换。因此，转换。因此，ILE接接+5V以及使以及使CS、XFER、WR1和和WR2接地，接地，DAC0832就可在直通方就可在直通方式下工作。直通方式下工作的式下工作。直通方式下工作的
19、DAC0832常用于不带微常用于不带微机的控制系统。机的控制系统。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 单缓冲单极性电压输出方式单缓冲单极性电压输出方式 单缓冲方式是指单缓冲方式是指DAC0832内部的两个数据缓冲器内部的两个数据缓冲器有一个处于直通方式，另一个受有一个处于直通方式，另一个受CPU的控制。的控制。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 单极性电压输出方式中
20、，当单极性电压输出方式中，当VREF端接端接+5V（或（或-5V）时，输出电压范围是时，输出电压范围是0-5V(或或0+5V)。如果。如果VREF端端接接+10V（或（或-10V）时，输出电压范围是）时，输出电压范围是0-10V（0+10V）。）。双缓冲方式双缓冲方式 双缓冲方式是指双缓冲方式是指DAC0832内部的两个数据缓冲器均内部的两个数据缓冲器均受受CPU的控制。该方式的优点：的控制。该方式的优点：DAC0832的数据接收的数据接收和启动转换可异步进行；在和启动转换可异步进行；在D/A转换的同时，进行下一转换的同时，进行下一数据的接收，提高模拟输出通道的转换速率，可实现数据的接收，提高
21、模拟输出通道的转换速率，可实现多个模拟输出通道同时进行多个模拟输出通道同时进行D/A转换。转换。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程2).DAC 1210 DAC 1210是是NS公司生产的公司生产的12位位D/A转换器芯片，是转换器芯片，是智能化仪表中常用的一种高性能的智能化仪表中常用的一种高性能的D/A转换器转换器。School
22、of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程4.D/A转换器与微处理器连接应用举例转换器与微处理器连接应用举例 D/A转换器与微处理器间的信号连接包括三部分，即转换器与微处理器间的信号连接包括三部分，即数据线、控制线和地址线数据线、控制线和地址线 1).8位位D/A转换器与转换器与CPU的接口的接口School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 例例1 DAC0832用作波形发生器。根据图接线，编写用
23、作波形发生器。根据图接线，编写程序，使其产生锯齿波、三角波和方波。程序，使其产生锯齿波、三角波和方波。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程1）锯齿波程序）锯齿波程序.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAddDA0832 DB FEH.CODESAWPRGPROC FARPUSH DSMOV AX,0PUSH AXMOV AX,DATAMOV DS,AXSawWve:OUT AddDA0832,AL INC AL JMP SawWve SAWPRG ENDP END
24、School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程2）三角波程序）三角波程序.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAddDA0832 DB FEH.CODETRIPRG PROC FARPUSH DSMOVAX,0PUSHAXMOV AX,DATAMOV DS,AX XOR AL,ALTriDwn:OUT AddDA0832,AL INC AL CMP AL,0H JNZ TriDwn TriUp:OUT AddDA0832,AL CMP AL,0H JNZ TriUp JMP
25、TriDwnTRIPRGENDPENDSchool of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程3）方波程序）方波程序.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAddDA0832 DB FEH.CODESQUPRG PROCFARPUSH DSMOVAX,0PUSH AXMOVAX,DATAMOVDS,AXSquStrt:MOV AL,33H OUT AddDA0832,AL CALL DELAY MOV AL,0FFH OUT AddDA0832,AL CALL DELAY JMP Squ
26、Strt SQUPRG ENDP School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 DELAY PROC MOV BX,40 DLA:DECBX JNE DLADELAY ENDPEND2).12位位D/A转换器与转换器与CPU的接口的接口 当当D/A转换器分辨率大于转换器分辨率大于8位时，与位时，与8位数据接口需要位数据接口需要采取适当措施。例如，对一个采取适当措施。例如，对一个12位的位的D/A转换器，可以转换器，可以分成低分成低8位和高位和高4位。首先把低位。首先把低8位数送低位数送低8
27、位锁存器，然位锁存器，然后再把高后再把高4位送另一锁存器。位送另一锁存器。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程端。例例2 DAC 1210的的12位数据位数据线线与与8位数据位数据总线总线相相连时连时，可，可将将DAC 1210输输入数据入数据线线的高的高8位位DI11DI4与与8086CPU的的数据数据总线总线DB7DB0相相连连；而其低位；而其低位DI3DI0也接至也接至8086CPU数据数据总线总线的的DB7DB4上，上，12位的数据位的数据输输入入应应由两次由两次写入操作完
28、成。写入操作完成。设设DAC 1210占用了占用了0250H0252H三个端三个端口地址，口地址，为为使两次数据使两次数据输输入端口地址是先偶（入端口地址是先偶（0250H）后）后奇（奇（0251H），与其它），与其它编编程程习惯习惯一致，将一致，将AB0地址地址线经线经反反相相驱动驱动器接至器接至B1/端。端。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课
29、程微机原理课程MOV DS,AX MOVDX,Add0DA1210MOVCL,04SHLBX,CLMOVAL,BHOUTDX,ALINCDXMOVAL,BLOUTDX,ALINCDXOUTDX,ALDAC1210 PRGENDP END.MODEL SMALL.STACK 100.DATAAdd0DA1210 DW 250HAdd1DA1210 DW 251HAdd2DA1210 DW 252H.CODEDAC1210 PRG PROC FARPUSH DSMOVAX,0PUSH AXMOVAX,DATASchool of Engineering&Automation Tianjin Poly
30、technic University微机原理课程微机原理课程11.3 A/D转换器转换器 A/D转换器是模拟信号源与计算机或其他数字系转换器是模拟信号源与计算机或其他数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及许多其他领域中，及许多其他领域中，A/D转换器是不可缺少的重要组转换器是不可缺少的重要组成部分。由于应用特点和要求的不同，需要采用不成部分。由于应用特点和要求的不
31、同，需要采用不同工作原理的同工作原理的A/D转换器。转换器。A/D转换器主要有以下各转换器主要有以下各种类型：种类型：逐位比较（逐次逼近）型、积分型以及计逐位比较（逐次逼近）型、积分型以及计数型、并行比较型、电压数型、并行比较型、电压-频率型（即频率型（即V/F型）等型）等。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程1.信号变换中的采样、量化和编码信号变换中的采样、量化和编码 模拟信号的大小随着时间不断地变化。为了通过转换模拟信号的大小随着时间不断地变化。为了通过转换得到确定的值，对连续
32、变化的模拟量按一定的规律和周得到确定的值，对连续变化的模拟量按一定的规律和周期取出其中的某一瞬时值进行转换，这个值称为期取出其中的某一瞬时值进行转换，这个值称为采样值采样值。1).采样采样 香农定理表明：采样频率一般高于或至少等于输入信香农定理表明：采样频率一般高于或至少等于输入信号最高频率的号最高频率的2倍，实际应用中，采样频率可以达到信号倍，实际应用中，采样频率可以达到信号最高频率的最高频率的4倍倍8倍。对于变化较快的输入模拟信号，倍。对于变化较快的输入模拟信号，A/D转换前可采用采样保持器）转换前可采用采样保持器）,使得在转换期间保持固使得在转换期间保持固定的模拟信号值。定的模拟信号值。
33、School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 量化是把采样值取整为最小单位的整数倍，这个量化是把采样值取整为最小单位的整数倍，这个最小单位称为量化单位最小单位称为量化单位。它等于输入信号的最大范。它等于输入信号的最大范围围/数字量的最大范围，对应于数字量数字量的最大范围，对应于数字量1。例如，把。例如，把04V的模拟电压转换成的模拟电压转换成3位二进制数表示的数字信号，位二进制数表示的数字信号，那么量化单位那么量化单位=4V/23=0.5V。模拟电压在。模拟电压在00.5V之间，之间，取二
34、进制数取二进制数000；在；在0.5V1V之间取之间取001；在；在1V1.5V之间之间取取010；。2).量化量化School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 量化得到的数值通常用二进制表示，对有正负极量化得到的数值通常用二进制表示，对有正负极性（双极性）的模拟量一般采用偏移码表示，数值为性（双极性）的模拟量一般采用偏移码表示，数值为负时符号位为负时符号位为0，为正时符号位为，为正时符号位为1。例如，。例如，8位二进位二进制偏移码制偏移码10000000代表数值代表数值0，0000000
35、0代表负电压代表负电压满量程，满量程，11111111代表正电压满量程。代表正电压满量程。3).编码编码School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程2.A/D转换器的工作原理转换器的工作原理 1).逐次逼近型的逐次逼近型的A/D转换器转换器控制逻辑电路先设定控制逻辑电路先设定SAR寄存寄存器的最高位为器的最高位为“1”，其余位为，其余位为“0”，该值经，该值经D/A转换成电压转换成电压Vc，然后将，然后将Vc与模拟输入电压与模拟输入电压Vx比较。如果比较。如果VxVc，说明，说明SAR最高
36、位的最高位的“1”应予保留；应予保留；如果如果VxVc，说明，说明SAR该位应该位应予清零。然后再对予清零。然后再对SAR寄存器寄存器的次高位置的次高位置“1”，依上述方法，依上述方法进行进行D/A转换和比较。转换和比较。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 逐次逼近式的逐次逼近式的A/D转换器的主要特点是：转换器的主要特点是：（1）转换速度快，在）转换速度快，在1100s以内，分辨率可以达以内，分辨率可以达18位，特别适用于工业控制系统。位，特别适用于工业控制系统。（2）转换时间
37、固定，不随输入信号的变化而变化。）转换时间固定，不随输入信号的变化而变化。（3）抗干扰能力相对积分型的差。）抗干扰能力相对积分型的差。2).-型型A/D转换器转换器School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 模拟信号的量化过程：输入信号模拟信号的量化过程：输入信号X与反馈信号与反馈信号W反相反相求和，得到量化的误差信号求和，得到量化的误差信号B，经积分器积分，输出的，经积分器积分，输出的信号信号C输入至量化器进行量化，得到由输入至量化器进行量化，得到由0和和1组成的数字组成的数字序列序列
38、D，数字序列，数字序列D又经过一位的又经过一位的DAC转换器反馈至求和转换器反馈至求和节点，形成闭合的反馈环路。节点，形成闭合的反馈环路。反馈环路将强迫输出数字反馈环路将强迫输出数字系列系列D对应的模拟平均值等于输入信号的采样对应的模拟平均值等于输入信号的采样X的平均值。的平均值。量化过程可能带来量化噪声，量化过程可能带来量化噪声，量化噪声量化噪声的引入制约了转的引入制约了转换精度。换精度。-型型A/D转换器对量化噪声的处理是由转换器对量化噪声的处理是由数字低数字低通滤波器通滤波器完成的，其作用是实现低通滤波和减取样的功完成的，其作用是实现低通滤波和减取样的功能。能。-型型A/D转换器属于过采
39、样转换器，是目前精度转换器属于过采样转换器，是目前精度最高的一种转换器，具有高分辨率、高性价比和低功耗最高的一种转换器，具有高分辨率、高性价比和低功耗等优点。等优点。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程3).双积分型双积分型A/D转换器转换器 双积分型双积分型A/D转换器由积分器、检零比较器、计数转换器由积分器、检零比较器、计数器、控制逻辑和时钟信号等组成。双积分型的器、控制逻辑和时钟信号等组成。双积分型的A/D转转换器有两个输入电压：换器有两个输入电压：一个是被测模拟量输入电压，
40、一个是被测模拟量输入电压，一个是标准电压。一个是标准电压。A/D转换器首先对未知的输入电压转换器首先对未知的输入电压Vi进行固定时间进行固定时间Ti的积分，然后转换为的积分，然后转换为标准电压进行反向积分，直至积分输标准电压进行反向积分，直至积分输出返回到初始值。对标准电压进行积出返回到初始值。对标准电压进行积分的时间分的时间Ti正比于输入模拟电压，输正比于输入模拟电压，输入电压越大，则反向积分时间越长。入电压越大，则反向积分时间越长。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程用高频率标
41、准时钟脉冲来测量这个时间，反向积分过程用高频率标准时钟脉冲来测量这个时间，反向积分过程中对脉冲的计数值就是对应于输入模拟电压的数字量。中对脉冲的计数值就是对应于输入模拟电压的数字量。双积分型的双积分型的A/D转换器电路简单，抗干扰能力强，精度高，转换器电路简单，抗干扰能力强，精度高，这是突出的优点。但转换速度比较慢，常用的这是突出的优点。但转换速度比较慢，常用的A/D转换芯转换芯片的转换时间为毫秒级。因此适用于模拟信号变化缓慢，片的转换时间为毫秒级。因此适用于模拟信号变化缓慢，采样速率要求较低，而对精度较高，或现场干扰较严重采样速率要求较低，而对精度较高，或现场干扰较严重的场合。如数字电压表。
42、的场合。如数字电压表。4).V/F转换器转换器 V/F转换器用作模转换器用作模/数转换具有良好的精度、线性数转换具有良好的精度、线性和积分输入特性，能提供其他类型转换器无法达到的和积分输入特性，能提供其他类型转换器无法达到的性能。性能。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 传感器一般输出模拟量小信号电流或电压，经过信号调传感器一般输出模拟量小信号电流或电压，经过信号调节器调节成满足节器调节成满足V/F转换器输入要求的电压信号。转换器输入要求的电压信号。V/F转转换器把这些模拟电压转
43、换成相应的换器把这些模拟电压转换成相应的TTL频率信号，经光电频率信号，经光电耦合后送入计算机，也可以送入耦合后送入计算机，也可以送入I/O口、计数器输入端或口、计数器输入端或中断源输入端上。中断源输入端上。采用采用 V/F转换器与计算机接口有接口简单，占用计算转换器与计算机接口有接口简单，占用计算机接口少、频率信号输入灵活、抗干扰性能好、便于远机接口少、频率信号输入灵活、抗干扰性能好、便于远距离传输等优点。因此在一些非快速过程的前向通道中，距离传输等优点。因此在一些非快速过程的前向通道中，愈来愈趋向使用愈来愈趋向使用V/F转换来代替通常的转换来代替通常的A/D转换。转换。School of
44、Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程3.A/D转换器的主要技术指标转换器的主要技术指标 分辨率反映分辨率反映A/D转换器对输入微小变化响应的能力，转换器对输入微小变化响应的能力，通常用数字输出最低位（通常用数字输出最低位（LSB）所对应的模拟输入的电）所对应的模拟输入的电平值表示。例如，平值表示。例如，8位位A/D转换器能对模拟输入信号满量转换器能对模拟输入信号满量程的程的1/28=1/256的增量作出反应。的增量作出反应。n位位A/D能反应能反应1/2n满满量程的模拟输入信号电平。分辨率与转换器的位
45、数有关，量程的模拟输入信号电平。分辨率与转换器的位数有关，因此，可用数字量的位数来表示分辨率，即因此，可用数字量的位数来表示分辨率，即n位二进制数，位二进制数，最低位所具有的权值，就是它的分辨率。最低位所具有的权值，就是它的分辨率。1).分辨率分辨率2).精度精度精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。精度有绝对精度和相对精度两种表示方法。School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 绝对精度是指对应于一个给定的数字量的实际绝对精度是指对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
46、差。通常以数字量的模拟量输入与理论模拟量输入之差。通常以数字量的最小有效位（最小有效位（LSB）的分数值表示绝对精度，如：）的分数值表示绝对精度，如：1LSB、LSB/2、LSB/4等。等。（1）绝对精度）绝对精度 相对精度即绝对误差与满量程之比，一般用百分相对精度即绝对误差与满量程之比，一般用百分比来表示。例如，满量程为比来表示。例如，满量程为5V，8位位A/D芯片，若其绝芯片，若其绝对精度为对精度为LSB/2，则其最小有效位的量化单位，则其最小有效位的量化单位=19.53mV，其绝对精度为，其绝对精度为/2=9.77mV，其相对精度为，其相对精度为9.77mV/5V=0.195%。（2）相
47、对精度）相对精度School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 转换时间是指完成一次转换时间是指完成一次A/D转换所需的时间，即转换所需的时间，即由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的由发出启动转换命令信号到转换结束信号开始有效的时间间隔。转换时间的倒数称为转换速率。例如时间间隔。转换时间的倒数称为转换速率。例如AD0809的转换时间为的转换时间为100s，其转换速率为，其转换速率为10kHz。3).转换时间转换时间 电源灵敏度是指电源灵敏度是指A/D转换芯片的供电电源的电压发转换芯
48、片的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化生变化时，产生的转换误差。一般用电源电压变化1%时相当的模拟量变化的百分数来表示。时相当的模拟量变化的百分数来表示。4).电源灵敏度电源灵敏度 量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极量程是指所能转换的模拟输入电压范围，分单极性、双极性两种类型。性、双极性两种类型。5).量程量程School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程 例如，单极性：量程为例如，单极性：量程为0+5V，0+10V，0+20V；双极性：量程为双极性：量程为
49、5+5V，10+10V。多数多数A/D转换器的输出逻辑电平与转换器的输出逻辑电平与TTL电平兼容。电平兼容。在考虑数字量输出与微处理器的数据总线接口时，应在考虑数字量输出与微处理器的数据总线接口时，应注意是否要三态逻辑输出、是否要对数据进行锁存等。注意是否要三态逻辑输出、是否要对数据进行锁存等。6).输出逻辑电平输出逻辑电平 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。一般标。一般A/D转换器的工作温度范围为（转换器的工作温度范围为（070），军），军
50、用品的工作温度范围为（用品的工作温度范围为（55+125）。）。7).工作温度范围工作温度范围School of Engineering&Automation Tianjin Polytechnic University微机原理课程微机原理课程4.典型的典型的A/D转换器芯片转换器芯片 1).ADC0809 ADC 0809是逐次逼近型是逐次逼近型8位单片位单片A/D转换芯片。转换芯片。片内有片内有8路模拟开关，可输入八个模拟量。单极性，路模拟开关，可输入八个模拟量。单极性，量程为量程为05V。典型的转换速度为。典型的转换速度为100s。片内带有。片内带有三态输出缓冲器，可直接与三态输出缓冲器