微机原理与接口技术课件：09 数模转换器da.ppt

微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 09 DAC0832数模转换 主要内容 1 0832数模转换 2 0832外部引脚 3 0832内部结构 4 0832的应用 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.1 数模转换 （1） D/A转换器的作用是将数字信号转换成模 拟的电信号。 （2） D/A转换即数/模转换，是将数字量转换 成与其成比例的模拟量。 （3） D/A转换器的核心电路是解码网络，解码 网络主要形式有两种：一种是权电阻解码网络 ，另一种是T型(梯型)电阻网络。 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.2 微机控制系统 （1） 传感器：温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量 。要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换， 这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、 位移、速度、流量等多种传感器。 （2） A/D转换 （3） D/A转换 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.3 数模转换器基本构成 （1）模拟开关 （2）电阻网络（权电阻网络、R-2R梯形电阻网络） （3）运算放大器 Vref Rf 模拟开关 电阻网络 VO 数字量 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.4 基本变换原理 （1）若运放的放大倍数足够大时，输出电压VO 与输入电压Vin的关系为： Vin Rf VO R 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.4 基本变换原理 （2）若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入 电压Vin的关系为： Vin Rf VO R1 Rn 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.4 基本变换原理 （3）若令每个支路的输入电阻为2iRf , 并令Vin为 一基准电压Vref，则有： 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.4 基本变换原理 （4）如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示 Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为： 若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.5 权电阻网络 2R 4R 8R 16R 32R 64R 128R 256R Vref Rf VO S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 上式中n=8 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.5 权电阻网络 （1）如果用8位二进制代码来控制图中的S1S8 （Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开），则不同的 二进制代码就对应不同输出电压VO； （2）当代码在0FFH之间变化时，VO相应地在 0-(255/256)Vref之间变化； （3）为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际 的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用 两种阻值的电阻(R和2R)。 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.6 D/A变换器的工作原理 （1）在集成电路中，通常采用T型解码网络实现 数字量往模拟量的转换，再利用运算放大器完成 模拟电流变为模拟电压的转换。 （2）D/A转换器的功能是把二进制数字量电信号 转换为与其数值成正比的模拟量电信号。在D/A 参数中一个最重要的参数就是分辨率，它是指输 人数字量发生单位数码变化时，所对应输出模拟 量(电压或电流)的变化量。 （3）DAC0832采用先进的CMOS/SiCr工艺， 为8位的D/A转换器。其内部具有双输入数据缓 冲器和一个R-2RT型电阻网络，原理图如下： 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.7 R-2R梯形电阻网络Rf Vi Vo Vref n-1210 2R2R2R2R RRR Vn-1 V2V1V0 2R + - . 倒向左边：支路中电阻接地，即该位为0； 倒向右边：支路接入加法电路的相加点Vi，即该位为1。 依次计算支路 电流I0至I7 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.8 主要技术指标 （1）分辨率 输入的二进制数每1个最低有效位 (LSB)使输出变化的 程度。 可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可 用一个LSB使输出变化的程度来表示。 例：一个满量程为5V的10位D/A变换器，1 LSB的变 化将使输出变化 5/(210-1) = 5/1023 = 0.04888V = 48.88mV （LSB-Least Significant Bit） 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.8 主要技术指标 （2）转换精度 实际输出值与理论值之间的最大偏差 可用最小量化阶来度量： =1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量： 如0.05% FSR （FSR-Full Scale Range） 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1 0832数模转换 1.8 主要技术指标 （3）建立时间 从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量 所需要的时间 t V 1/2 LSB tC VFULL 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832外部引脚 2.1 0832主要特性 DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位电流输 出型D/A转换器。 （1） 分辨率8位 （2） 建立时间为1 s （3）功耗20mW （4）数字输入电平为TTL电平 （5）差动输出 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832外部引脚 2.2 0832外部引脚 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832外部引脚 2.3 0832引脚信号 （1）输入寄存器控制信号 D7D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器 （2）用于DAC寄存器的控制信号 WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832外部引脚 2.2 0832引脚信号 （3）与外设相连信号 VREF：参考电压输入。 -10V+10V，一般为+5V或+10V IOUT1 ：模拟电流输出，接运放反相端。 IOUT2：模拟电流输出， D/A转换差动电流输出。 用于连接运算放大器的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 VCC：数字电路供电电压 AGND、DGND：模拟地和数字地 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.1 0832内部结构 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.2 0832内部组成 （1）8位输入寄存器 （2）8位DAC寄存器 （3）8位D/A转换器 （4）控制电路 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.3 0832工作时序 写输入 寄存器 写DAC 寄存器 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 （1）单缓冲模式：只用一级输入锁存，另一 级始终直通 1）使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即 芯片只占用一个端口地址。 2）CPU只需一次写入即开始转换。 写入数据的程序为： MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 单缓冲模式连接图示 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 （2）双缓冲模式（标准模式）：两级输入锁存 1）对输入寄存器和DAC寄存器均需控制； 2）当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入寄存 器中；再在DAC寄存器控制信号有效时，数据才写入 DAC寄存器，并启动变换； 3）此时芯片占用两个端口地址； 优点：数据接收与D/A转换可异步进行，可实现多个 DAC同步转换输出，分时写入、同步转换。 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 双缓冲模式连接图示 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 双缓冲模式同步转换实例图 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 （2）双缓冲模式（标准模式）：两级输入锁存 4）双缓冲模式的数据写入程序 MOV AL，data MOV DX，port1 ;0832-1的输入寄存器地址 OUT DX，AL MOV DX，port2 ;0832-2的输入寄存器地址 OUT DX，AL MOV DX，port3 ;DAC寄存器地址 OUT DX，AL HLT 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 3 0832内部结构 3.4 0832工作模式 （3）无缓冲模式：没有输入锁存 1）使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始 终跟随输入变化。 2）不能直接与数据总线连接，需外加并行接口（如 74LS373、8255等）。 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 4 0832的应用-闭环控制 1.1 模拟量I/O接口作用 （1）实际工业生产环境连续变化的模拟量 例如：电 压、电流、压力、温度、位移、流量 （2）计算机内部离散的数字量 二进制数、十进制数 （3）工业生产过程的闭环控制 模拟量 D/A传感器执行元件A/D 数字量数字量模拟量 模拟量输入 (数据采集) 模拟量输出 (过程控制) 计算机 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 1.2 闭环控制示意图 控控 制制 对对 象象 传感器传感器 执行执行 部件部件 功放功放 A/DA/D D/AD/A 微微 型型 计计 算算 机机 运放运放 模拟量模拟量 模拟量模拟量 数字量数字量 数字量数字量 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 模拟接口电路的任务模拟电路的任务 00101101 10101100 工 业 生 产 过 程 传 感 器 放大 滤波 多路转换 数字量初始值 MOV DX,208H ;DAC0832地址 EE: OUT DX,AL CALL DELAY ;若加延时，可改变锯齿波的斜率 INC AL ;数字量加1 JMP EE ;循环 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832编程应用 4.1 锯齿波 （2）波形图如下： 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832编程应用 4.2 三角波 （1）控制程序如下： START: MOV AL,0 ;数字量初始值 MOV DX,208H ;DAC0832地址 EE: OUT DX，AL ;转换,产生三角波 ADD AL，01H ;数字量加1 CMP AL，0FFH ;比较是否是FFH, JNE EE ;不为FFH转BB FF:OUT DX，AL ;为FFH转换 SUB AL，01H ;数字量减1 CMP AL，00H ;比较是否是00H, JNE FF ;不为00H转FF JMP START ;循环 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832编程应用 4.2 三角波 （2）波形图如下： 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832编程应用 4.3 方波 （1）控制程序如下： START: MOV AL,0 ;最小数字量 MOV DX,208H ;DAC0832地址 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时子程序，时间的长短根据需要确定 MOV AL,0FFH ;最大数字量 MOV DX,208H ;DAC0832地址 OUT DX,AL CALL DELAY ;调延时子程序，时间的长短 JMP START ;循环 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2 0832编程应用 4.3 方波 （2）波形图如下： （a）方波波形图 （b）矩形波波形图输出的延时时间的长短不同 输出的延时时间的长短相同 微机原理与接口技术勤读力耕 立己达人 * 2