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1、1,8.1 概述,A/D和D/A转换技术主要用于计算机控制和测量仪表中。,2,8.2 数/模（D/A）转换器,一、D/A转换原理,I0,I1,I2,I3,V0=-(I0+I1+I2+I3)R0,R0,3,0,4,D/A转换器的两个指标：,(1)分辨率：在D/A转换时，将最低位增1所引起的增 量和最大输入量的比称为分辨率，即 分辨率=1/（2n-1）(2)精度：即转换精度 绝对转换精度：就是指每个输出电压接近理 想值的程度。绝对精度与标准电源精度、权电阻 的精度有关。可用D/A变换器的输出变化量来表示，如几分之几伏。也有用D/A变换器最低有效位LSB的几分之几来表示，如 LSB。,5,相对转换精
2、度：是更加常用的描述输出电压接近理想值程度的物理量。一般用绝对转换精度相对于满量程输出的百分数来表示，有时也用最低有效位（LSB）的几分之几表示。例如：一个D/A转换器的相对精度为1/2LSB，则可能出现的最大相对误差为：,FS：为满量程输出电压,6,二、D/A转换器件和与系统的连接,1.分类 根据能否直接与系统相连这一点，目前市场上的D/A转换芯片可以分为两类：一类其芯片内部没有数据输入寄存器，如AD7520、AD7521、DAC0808等。这类芯片内部结构简单，价格低，但这些芯片不能直接和总线相连。另一类芯片内部有数据输入寄存器，例如DAC0832、DAC7524等，这些芯片使用时可以直接
3、和系统总线相连。,7,2.不带数据输入寄存器的D/A芯片与系统的连接,内部不带数据寄存器的D/A芯片，使用时不可以直接和数据总线相连，要求在D/A转换器的前面增加一个数据锁存器，再与数据总线相连。,图7.5 不带数据输入寄存器的D/A转换器的连接,8,9,MOV AL，DATALOUT PORTL，ALMOV AL，DATAHOUT PORTH，ALOUT PORT，AL,10,3.带有数据输入寄存器的D/A芯片与系统的连接,内部带有数据输入寄存器的D/A芯片，使用时可以将D/A芯片直接和数据总线相连。以DAC0832为例来具体介绍这类转换芯片的工作原理和使用方法。（1）DAC0832内部功能
4、结构 DAC0832的功能示意图见下图所示,11,工作方式：有三种，即双缓冲工作方式、仅有输入寄存器工作在锁存状态的单缓冲方式或仅有DAC寄存器工作在锁存状态的单缓冲方式。,12,(2)DAC0832芯片的引脚,13,DAC0832是一个8位电流输出型的DAC芯片。(2)要使DAC0832输出电压信号，一般在其输出端接运算放大器。,14,(3)DAC0832芯片的外部连接,15,(4)D/A转换编程,假设DAC0832与系统的连接图如前所示：设要转换的数据放在1000H单元，实现一次D/A转换，其程序如下：MOV BX，1000H MOV AL，BX MOV DX，PORTA;PORTA为D/
5、A转换器端口号 OUT DX,AL;往D/A转换器输出数据,16,（5）DAC0832应用,试用8255和DAC0832设计一个锯齿波发生器；要求：画出硬件连线示意图 编写程序（含8255初始化程序）解：硬件连接线路图示意图见后所示 此题没有要求接口地址，可假设8255的4个端口地址分别为：PORTA、PORTB、PORTC、PORTCT；程序段如下：,17,18,INIT55：MOV DX，PORTCT MOV AL，80H OUT DX，AL JCB：MOV DX，PORTA MOV AL，0FFH ROTATE：INC AL OUT DX，AL JMP ROTATE RET,若改变锯齿波
6、周期，加延时子程序。,19,一、A/D转换涉及的参数1.转换精度：反映了A/D转换器的实际输出接近理想输出的精确程度。A/D转换的精度通常是用数字量的最低有效位（LSB）来表示的。设数字量的最低有效位对应于模拟量,则称为数字量的最低有效位的当量。,8.3 模/数（A/D）转换器,20,2.转换率：,是用完成一次D/A转换所需要的时间的倒数来表示，所以转换率表明了D/A转换的速度。3.分辨率：表明了能够分辨最小的量化信号的能力。通常用位数来表示A/D转换器的分辨率。对于一个能实现N位转换的A/D转换器来说，它能分辨的最小量化信号的能力为2N位.,21,二、A/D转换的方法,1.计数式 2.双积分
7、式 3.逐次逼近式 4.用软件和D/A转换器来实现A/D转换,22,*三、A/D转换器与系统的连接,目前A/D转换芯片型号很多，既有通用而廉价AD570、AD7574、ADC0801(0802、0803、0804、0809)、也有高精度高速度的AD5774、AD578、ADC1130、ADC1131，还有高分辨率的ADC1210（12位）ADC1140（16位）等。不管是那种型号的A/D转换芯片，其对外引腿都是类似的。一般A/D转换芯片的引腿涉及这几类信号：模拟输入信号、数据输出信号、启动转换信号和转换结束信号。A/D与系统连接时，就要考虑这些信号的连接问题。,23,1.输入模拟电压的连接,A
8、/D转换芯片的输入模拟电压即可为单端的，也可为差动的。芯片上常用VIN(-)、VIN(+)标号注出输入端。若为电压信号直接与转换的模拟信号相连，否则要将其转换成电压信号。,24,2.数据输出线与系统总线的连接,分两种情况：第一种：若芯片输出端带有可控的三态输出门，如ADC0804，则这类芯片的输出端可直接与系统总线相连。,25,2.数据输出线与系统总线的连接,第二种：A/D内部有三态输出门。但这种三态门不是受外部控制的，而是由A/D转换电路在转换结束时自动接通的。如AD570；此外还有些A/D转换器不带三态输出门电路。对这类芯片，其数据输出线就不能直接和系统的数据总线相连，而是必须通过I/O接
9、口或附加的三态门电路实现A/D转换器和CPU之间的数据传输。,26,3.启动信号,启动信号一般有两种形式：电平启动信号，要求在整个转换过程中都必须保持启动信号有效，若中途撤除，那就回立即停止转换而得到错误的结果。一般用并行接口或 D触发器发启动信号，使其在A/D转换期间保持有效电平。如：AD570等。用脉冲信号来启动的，通常用CPU执行输出指令时发出的片选信号和写信号即可在片内产生启动脉冲，从而开始转换。如ADC0804、ADC0809、ADC1210等。,27,4.转换结束信号以及转换数据的读取,A/D转换结束时，A/D转换芯片会输出转换结束信号，通知CPU读取转换数据。CPU一般可采用4种
10、方式和A/D转换器进行联络来实现对转换数据的读取。程序查询方式：不断读取A/D转换结束信号。中断方式：用转换结束信号作为中断请求信号。CPU等待方式：是利用CPU的READY引脚的功能。固定的延时程序方式：,28,举例：,例1 带有可控三态门的A/D转换器进行A/D转换，且采用中断方式传输转换数据。以ADC0804为例。ADC0804是8位分辨率、逐次逼近型模/数转换器，转换精度为1LSB，转换时间为100s.ADC0804与系统总线的连接见下图所示：,29,主程序：OUT PORTAD，AL 中断程序：IN AL，PORTAD,WR和CS 同时有效启动（负脉冲）,30,例2 用不带可控三态门
11、的A/D转换器实现A/D转换，且分别采用程序查询方式及等待方式来读取转换结果。以AD570为具体对象介绍。AD570是8位逐次比较型单片集成模/数转换芯片。AD570将D/A转换电路、参考电压、时钟脉冲、比较器、逐次逼近寄存器及输出缓冲器集成在一块芯片上，所以一般情况，只需要接上+5V及-15V电源，加上模拟输入，发出启动转换信号，而不需要任何外部电路即可实现8位A/D转换。,31,由于AD570内部带有三态输出门，但不是外部可控的。因此AD570的数据输出线不能直接与系统的数据总线相连。解决的办法：通过并行接口芯片8255A等与系统相连。（1）CPU工作于查询方式来读取转换结果 AD570与
12、系统总线连接的电路图为：,32,INI55：MOV AL，92H W:IN AL,PORTB OUT PORTCT，AL RCR AL,01ADZH：MOV AL，01 JC W OUT PORTC,AL MOV AL,01 MOV AL,00 OUT PORTC,AL OUT PORTC,AL IN AL,PORTA,V+,V-,33,(2)CPU工作于等待方式读取转换结果,INI55：MOV AL，90H MOV AL，0 OUT PORTC,AL OUT PORTC,ALADZH：MOV AL,01 IN AL,PORTA OUT PORTC,AL,34,以ADC1210为例。ADC12
13、10是低功耗中速12位逐次比较型的A/D转换器，转换时间为100s，主要硬件特性如下：(1)芯片内有输出锁存器，但没有三态功能；(2)以脉冲作为启动信号，要求启动信号的宽度等于时钟信号，启动输入端为SC；(3)转换结束信号为CC，低电平有效，一直维持到下次启动转换为止；(4)转换结束以二进制反码输出。,例3 8位以上的A/D转换器和系统的连接,硬件连接图见教材,35,若某10位A/D变换器芯片的引脚简图及工作波形如图所示。试画出该A/D芯片与8088系统总线相连接的接口电路图，并编制采集子程序，要求将采集到的数据放在BX中。接口芯片和地址自定。,例4 8位以上的A/D转换器和系统的连接,STA
14、RT,BUSY,EN,D0,D9,10位A/D转换器及其时序图,36,分析：本题中没有规定接口芯片，就可以任意选。简单三态门、三态锁存器、可编程并行接口8255等都可以实现连接，利用8255会更加方便一些。利用8255作为A/D变换器接口的硬件连接图如下所示。,37,8088系统,38,INI55：MOV DX，0FF03H MOV AL，10011010B OUT DX，AL MOV DX，0FFO2H MOV AL，00H OUT DX，AL DATACQ：MOV DX，0FF02H MOV AL，01H OUT DX，AL MOV AL，00H OUT DX，AL,；使START=0，E
15、N=0,；产生启动正脉冲,39,WAIT：IN AL，DX AND AL，80H JZ WAIT MOV AL，02H OUT DX，AL MOV DX，0FF00H IN AL，DX MOV BL，AL INC DX IN AL，DX AND AL，03H,；等待变换结束,；使EN=1，有效,；读D0 D7,；读D8 D9,；屏蔽高6位,40,MOV BH，AL MOV DX，0FF02H MOV AL，00H OUT DX，AL RET,；再使START=0，EN=0，A/D转 换器停止转换,41,7.4 采样保持电路,采样保持电路芯片有通用型的，如AD583K、AD582K LF398等
16、；也有高速的，如THS-0025、THS-0060、THC-0300、THC-1500；还有高分辨率的，如SHA1144、ADC1130等。,42,7.5 多路转换模拟开关,可采用的方法有两种：第一种方法：是用独立的多路转换模拟开关来轮流切换各回路和A/D、D/A之间的通路。对于A/D转换来说，要用到多路输入、一路输出的模拟开关电路；对于D/A转换来说，要用到一路输入、多路输出的模拟开关电路。这两种电路都已经有集成电路芯片，如AD7501、AD7503和CD4501、CD4502、CC4067等。,43,第二种方法：是选择内部带有多路转换模拟开关电路的A/D、D/A转换器。比如ADC0808、
17、ADC0809就是内部带多路输入、一路输出切换开关的A/D转换器。介绍ADC0809芯片,44,*ADC0809芯片,ADC0809是单片、CMOS、逐次比较、8位模/数变换器。片内包含8位模/数变换器、8通道多路转换器与微控制器相兼容的控制逻辑。8通道多路转换器能直接连通8个单端模拟信号中的任何一个。由于ADC0809设计时考虑到若干种模/数变换技术的长处，所以该芯片非常适用于过程控制、智能仪器和机床控制等领域。,45,主要性能：,可锁存三态输出，输出与TTL兼容；具有锁存控制的8路模拟开关；分辨率：8位;无需外部进行零点和满度调整;转换时间(fCLK=500KHz):128s转换精度：0.
18、4%,46,IN0IN7：8路输入通道的模拟 量输入端口2-12-8：8位数字量输出端口START，ALE：启动信号输入端 口和地址锁存控制信号端口。这两个信号也可连接在一起，当通过软件输入一个正脉冲，便立即启动模/数转换。REF(+),REF(-)：为参考电压输入端。,引脚：,47,引脚：,EOC，OE：分别为转换结束信号脉冲输入端口和输出允许控制端口。这两个信号也可连接在一起表示模/数转换结束。OE端的电平由低变高，打开三态输出锁存器，将转换结果的数字量输出到数据总线上。VCC，GND：分别为主电源输入端和接地端。一般将REF(+)与VCC连在一起，REF(-)与GND连在一起,48,引脚
19、：,CLK：时钟输入端。ADDA，ADDB，ADDC：8路模拟开 关的三位地址选通输入端，以选择对应的输入通道。其 对应关系如下：,49,50,应用举例：,设有一系统，要求监控8路模拟输入信号，每一路转换精度要求8位，当这8路信号的前7路之和大于第8路时，则输出一报警信号（LED亮）。(1)画出硬件连线图；(2)写出对8路模拟信号进行A/D转换，并将结果送入BUF内存区的程序段。要求：用8255的A口输入A/D转换后的8位数字量,51,用8255的C口上半口输出通道选择信号和启动脉冲信号；C口的下半口PC7接收A/D转换器转换结束信号；用8255B口的PB7输出报警信号，点亮LED发光二极管。
20、（系统采用8088CPU）解：（1）根据题要求画出硬件连接图如下：8255的4个端口地址为：200H、201H、202H、203H,52,53,INIT55:MOV DX,203H MOV AL,98H OUT DX,AL MOV DX,202H MOV AL,00H OUT DX,ALSTART:MOV DX,SEG BUF MOV DS,DX MOV SI,OFFSET BUF MOV DI,SI MOV CX,08H MOV BL,00H,;使PC3为0,为转换做好准备,;8255初始化,;记录存放8路转换数据的内存首址,;存放路地址,54,ADZH:MOV DX,202H MOV AL
21、,BL OUT DX,AL MOV DX,203H MOV AL,07H OUT DX,AL MOV AL,06H OUT DX,AL MOV DX,202HWAIT:IN AL,DX AND AL,80H JZ WAIT,;送路地址信号,;产生启动转换正脉冲信号,;查询转换是否完成,55,MOV DX,200H IN AL,DX MOV SI,AL INC SI INC BL MOV DX,203H MOV AL,06H OUT DX,AL LOOP ADZH MOV AL,00H MOV CX,07H CLC,;读出转换好的数据,;将数据存入内存,;内存地址加1,;路地址加1,;使PC3=0,为下一路转换做好准备,56,ADDA:ADC AL,DI INC DI LOOP ADDA JC OUTB CMP AL,DI JNA LTOUTB:MOV DX,201H MOV AL,00H OUT DX,ALLT:RET,;使PB7为0,输出报警信号使LED亮,;前7路转换结果相加,;判断有无进位，有进位前7路大,;继续判断进位前7路是否大于第8路,
