第十、十一章 AD和DA转换技术 处理器新技术

左旭坤（[e-mail]）1.模拟量输入/输出通道2.模数（DA）转换芯片与接口设计3.数模（AD）转换芯片与接口设计第十章DA和AD转换技术左旭坤（[e-mail]）模拟量输入/输出通道10.1控制对象计算机传感器放大滤波多路开关MUX采样保持器S/HA/D转换器I/O接口多路开关MUXD/A转换器I/O接口传感器放大滤波执行部件…实时控制系统的组成左旭坤（[e-mail]）模拟量输入/输出通道10.1模拟量（analog）输出通道模拟量输出通道的任务----把计算机处理后的数字量信号转换成模拟量电压或电流信号，去驱动相应的执行器，从而达到控制的目的。模拟量输出通道构成----简称称为D/A通道或AO通道，一般是由接口电路、数/模转换器(简称D/A或DAC)和其它辅助电路等组成;左旭坤（[e-mail]）模拟量输入/输出通道10.1模拟量输入通道模拟量输入通道的任务----通过传感器采集现场模拟量数据，经模数转换后变为数字量信号送入计算机经行分析处理。模拟量输入通道构成----简称称为A/D通道或AI通道，一般是由接口电路、数/模转换器(简称A/D或ADC)和其它辅助电路等组成。左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA转换原理+A-数字量输入TUOV基准电压关开换切位RR2R2R2R2R2RFERVbfR1SB2SB3SB0SB1DR--2R电阻网络图3-2D/A转换器原理框图R2D3D0D运算放大器3I1I0I2I10101010IOUTIRfb左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的性能指标分辨率DA所能分辨的最小电压增量。它反映了DA对微小输入量变化的敏感性。分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示，例如分辨率是8位、10位、12位等。有时，也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数来表示。对于一个n位DA，其分辨率为：1/(2n-1)。左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的性能指标•转换精度绝对精度：指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差。相对精度：输出的误差和满量程的百分比。•转换时间DA的输入数字量有满刻度值的变化时，其输出模拟信号电压稳定到满刻度值±1/2LSB（最低有效位）时所需要的时间。左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的性能指标线性度通常用非线性误差的大小表示DA的线性度。在D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。即在理想情况下，DAC的转换特性应是线性的，实际转换中会出现偏差，这种偏差成为非线性误差。输出电平不同型号的D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为5V～10V，有的高压输出型的输出电平则高达24V～30V。左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用8位D/A转换器－DAC0832芯片(MSB)7ID6ID5ID4ID3ID2ID1ID0ID(LSB)ILECS1RW2RWXFER当LE=1时,输出数据随输入变化(直通)。LE2FERV1TUOI2TUOIRfbAGNDDGNDCCVDQDQDQDQ输入寄存器DAC寄存器DAC转换器当LE=0时,输出数据被锁存。LE1左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用8位D/A转换器－DAC0832芯片D7—D0：数字量输入ILE：输入锁存允许（高）WR1：输入锁存器写选通（低）WR2：DAC寄存器写选通（低）XFER：数据传送控制（低）IOUT1：DAC电流输出1，当输入数字量为全1时，IOUT1为最大值。IOUT2：DAC电流输出2，当输入数字量为全1时，IOUT2为最小值，（IOUT1+IOUT2=常数，IOUT2常接地。）Rfb：反馈信号输入端VREF：参考电压输入端AGND：模拟地DGND：数字地CS：片选信号（低）左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用DAC0832的工作方式1.单缓冲方式D0~D7CSWR1WR2XFERILECPUD0~D7译码器CPUIOW+5VDAC0832CPUABY使WR2和XFER都是低电平，则DAC寄存器处于直通；ILE处于高电平，CS处于低电平，这样WR1上每出现一个负脉冲，就完成一次转换。左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用DAC0832的工作方式2.双缓冲方式ILE处于高电平，CS处于低电平，这样WR1由低变高时锁存数据在输入寄存器中；当WR2和XFER由高变低时，数据送入DAC寄存器锁存；最后经DAC转换器转换输出。D0~D7CSWR1WR2XFERILECPUD0~D7译码器CPUIOW+5VDAC0832CPUABA0左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用DAC0832的工作方式3.直通方式ILE处于高电平，CS、WR1、WR2、XFER都处于低电平，两个寄存器都直通，数据直接由8255送入DAC转化器转换。D0~D7CSWR1WR2XFERILE+5VDAC08328255PA0~PA7左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用DAC0832的输出方式1.单极性输出图3-8DAC单极性输出方式DAC0832Rfb1TUOI2TUOIAVFERVTUOFERVDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0D7D6D5D4D3D2D1D0256REFOUTVBV001166772222DDDDB显然，VOUT和B成正比关系，输入数字量B为00H时，VOUT也为0；输入数字量B为FFH即255时，VOUT为与VREF极性相反的最大值。左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用DAC0832的输出方式2.双极性输出解上述方程可得双极性输出表达式：0321III256REF1OUTVBVRVI2REF1RVI22OUT2RVIOUT13图中运放A2的作用是将运放A1的单向输出变为双向输出。当输入数字量小于80H即128时，输出模拟电压为负；当输入数字量大于80H即128时，输出模拟电压为正。其它n位D/A转换器的输出电路与DAC0832相同，计算表达式中只要把28-1改为2n-1即可。18REF18OUT22)2(VBV12B1-8REFOUT2VV或图3-9DAC双极性输出方式DAC0832RfbI1TUO2TUOI2RVR2RA2A1I2I3IFERVFERVTUODI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0D7D6D5D4D3D2D1D0V1TUOA1左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的使用DAC0832与PC的连接A5A9A8A7A6AENA4A1IOWDAC0832DDDDQQQQDI7DI6DI5DI4DI3DI2DI1DI0ILECSWR1XFERWR2VREFIOUT2IOUT1AGND8位DAC寄存器8位输入寄存器8位DAC转换器LE1LE2Rfb-5V图3-5DAC0832的单缓冲接口电路_+TUOVDGNDVCC+5V+5VD7D6D5D4D3D2D1D0A3A2A0PC总线Y3Y1Y2Y0Y4Y5Y6Y7AGBG1GACB74LS138D/A转换接口程序：MOVDX，220H；口地址如220H送入DXMOVAL，[DATA]；被转换的数据如DATA送入累加器ALOUTDX，AL；送入D/A转换器进行转换左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的应用锯齿波生成器00HFFH主程序段：MOVDX,PORTDAMOVAL,0LP:OUTDX,ALCALLDELAYINCALJMPLP延时子程序：DELAYPROCNEARMOVCX,DATADELP:NOPLOOPDELPRET左旭坤（[e-mail]）模数转换芯片与接口设计10.2DA的应用三角波生成器00HFFHMOVDX，PORTA；DA口地址MOVAL，00H；数字量初值=00HLOP1：OUTDX，AL；启动DA转换CALLDELAYINCAL；按数字量增加的方向进行DA转换CMPAL，0FFH；是否已输出最大值JELOP2JMPLOP1LOP2：OUTDX，ACALLDELAYDECAL；按数字量减小的方向进行DA转换CMPAL，00H；是否已输出最小值JELOP1JMPLOP2左旭坤（[e-mail]）数模转换芯片与接口设计10.28位A/D转换器ADC0809•－带8通道模拟开关的8位逐次逼近A/D转换器•－转换时间100us,误差±1/2LSB左旭坤（[e-mail]）数模转换芯片与接口设计10.28位A/D转换器ADC0809-----主要引脚•8通道选择：ABC•地址锁存信号：ALE（上升沿）•转换启动：START收到正脉冲•转换结束：EOC从低电平变为高电平•基准电压：VREF(+)=5V,VREF(-)=0V•输出使能信号：OE（高电平）CBA通道000VIN0001VIN1…………111VIN7左旭坤（[e-mail]）数模转换芯片与接口设计10.28位A/D转换器ADC0809•工作时序左旭坤（[e-mail]）数模转换芯片与接口设计10.28位A/D转换器ADC0809•接口设计：用延时法（无条件传输）对1路模拟量进行AD转换并显示ABCE1E2E3Y0Y1A3A4A5A6M/IORDWRD0~D7LEOEQ0~Q7WRAD0~AD7OUT0~OUT7AD0~AD7OESTARTALEEOCVCCADDAADDBADDCAD0AD1AD2IN0VCC74LS13874LS373ADC0809地址分配：373：0040H0809：0048H（1）将通道号写入0809，则WR=0，使得START=1，ALE=0；通道号写完后WR=1，使得ALE=1，START=0(ALE上升沿，START正脉冲)，锁存通道号并启动转换。（2）延时一段时间后，读0809，则RD=0，使得OE=1，允许0809输出。0809读写逻辑（Y1=0）：左旭坤（[e-mail]）DATASEGMENTLEDDB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,88H,83H,0C6H,0A1H,86H,8EHDATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATAOUT373EQU0040HAD0809EQU0048HSTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXNEXT:MOVDX,AD0809MOVAX,0OUTDX,ALMOVCX,500HDELY:LOOPDELYMOVDX,AD0809INAL,DXCALLCONVERTJMPNEXTCONVERTPROCNEARMOVBL,196MULBLMOVDX,0MOVCX,10000DIVCXLEASI,LEDADDSI,AXMOVAL,[SI]MOVDX,OUT373OUTDX,ALRETCONVERTENDPCODEENDSENDSTART0V~00H(0D)；5V~FFH(255D)将转换结果还原为十进制电压的公式：电压=转换结果*（5/255）=转换结果*0.0196则：转换结果*196/10000=电压的整数位左旭坤（[e-mail]）数模转换芯片与接口设计10.28位A/D转换器ADC0809•接口设计：ADC0809与8255A接口,用查询法对8路模拟量分时进行进行AD转换。－8255