《汇编与接口DA》PPT课件.ppt

第八章 数/模转换与模/数转换,本章要求： 1.了解A/D、D/A转换基本原理，了解模入模出通道的基本组成。 2. 了解ADC、DAC的性能指标，会根据实际需求和性能指标选择芯片。 3. 掌握ADC和DAC与微机的接口方法及应用编程。,模入模出通道的基本组成： 模入通道：以A/D为核心，经传感器、前置放大、滤波、（多路开关）、S/H、A/D、I/O接口； 模出通道：以D/A为核心，经输出锁存器、低通滤波圆滑、功放驱动。 8.1 A/D转换和D/A转换过程 图8.3 A/D转换和D/A应用实例,无论是A/D还是D/A，其理想的输入输出关系都为正比例关系。在转换器应用中，通常采用归一化的表示方法，即将数码表示为满刻度模拟量值的一个分数值。例如数字111经DAC转换为7/8 FSR（满刻度值）。数字的最低有效位所对应的模拟值常用LSB表示，其值为n LSB。 图8.2 3位单级性二进制与转换器的转换关系,82 D/A转换器的输出及性能参数,821 数/模转换基本原理 D/A转换器是接收数字信号，输出一个与输入数字值成比例的电流或电压信号。 1T型电阻解码网络D/A转换原理 图8.8 T型电阻解码网络转换电路,D/A转换器输出电压VOUT为 ：,2D/A转换器基本输出电路 单极性输出：由放大器的接法可控制反相或同相输出。,2D/A转换器基本输出电路 双极性输出：单极性D/A转换器可以转换为双极性的转换器。常用的表示双极性的编码有原码、补码、BCD码和偏移二进制码等几种，但最方便的是偏移二进制码。 图8.10 D/A转换器偏移二进制码双极性电压输出 (P426表8.2数字量与模拟量之间的关系),822 D/A的性能参数和术语 1分辨率(Resolution) 分辨率是指最小输出电压V0与最大输出电压V0(2n-1)之比1/（2n-1）。这个参数表明DAC对模拟值的分辨能力，通常用二进制数的位数表示，如分辨率为8位的D/A能给出满量程电压的8(1/256)的分辨能力。二进制数的位数越多，分辨率就越高。 2精度(Accuracy) 精确是指D/A转换器实际输出电压与理论值之间的误差，分为绝对精度和相对精度。,3线性误差 (Linearity Error) 或称非线性度。指实际转换特性与理想的转换特性之间的偏差， 通常以LSB的分数值的形式给出。好的D/A的线性误差不应大于LSB。 4建立时间(Settling Time) 在数字输入端发生满量程码的变化以后，D/A的模拟输出稳定到最终值LSB时，所需要的时间。,目前广泛应用的D/A转换器是集成化的单一芯片，简称DAC。 是在基本电阻网络的基础上，在芯片内部加入其它功能单元，如：数据输入锁存器、参考电流源等。但求和单元（输出运算放大器）大都在DAC芯片之外，由用户连接。 图8.12 D/A芯片简化结构图 不同厂家设计生产出多种类型、多功能的D/A芯片 。,83 数模转换芯片及接口技术,831 DAC0832 DAC0832是采用CMOS工艺、R2R倒T型电阻解码网络和电流输出型8位数/模转换芯片。数字输入端具有双重缓冲功能，可以双缓冲、单缓冲或直接输入，特别适用于要求几个模拟量同时输出的场合，与微处理器接口很方便， 1主要技术指标 分辨率为8位 建立时间为1s 满刻度误差为 LSB 增益温度系数为20106/C 输入TTL电平兼容 功耗为20mW 电流输出型,2DAC0832引脚 3DAC0832内部结构 （ILE：输入锁存信号，XFER：传送控制信号。）,（1）DAC0832的数字接口及工作方式 内部有两个数据缓冲寄存器，可工作在单缓冲或双缓冲方式。 当CS、WR1为低电平，ILE为高电平时，输入寄存器的输出Q跟随输入D变化直通，当这三个控制信号任一个无效，输入数据立刻被锁存。 当XFER和WR2都为低时，8位DAC寄存器的输出Q跟随输入D变化直通，若任一变高，输入数据被锁存。,DAC0832的两种工作方式： 双缓冲方式：MPU要对DAC进行两步写操作： 第一步，把数据写入输入寄存器； 第二步，把输入寄存器的内容写入DAC寄存器。 一般接法： ILE固定为高电平， WR1、WR2接MPU的IOW； CS、XFER分别接两个端口的地址译码器。,双缓冲方式的优点：DAC0832的数据接收和启动转换可异步进行（D/A转换的同时，进行下一数据的接收，以提高模出通道的转换速率）。更重要的是，多个模出提到可同时进行D/A转换。 图8.14 3个模拟量同时输出连接图,单缓冲方式：使两个寄存器中的任一个处于直通状态，另一个受控于寄存器锁存命令LE。 一般是使DAC寄存器处于直通状态，WR2和XFER都接数字地。数据一写入DAC芯片，就立即进行D/A转换，可减少一条输出指令，在不要求多个模出通道同时刷新模拟输出时普遍采用。,（2）DAC0832的模拟输出 DAC0832的模拟输出为电流形式IOUT1 和IOUT2。因此需使用运算放大器将电流输出转换为电压输出。根据输入数字量的不同，电压输出又分为单极性输出和双极性输出 单极性输出： 图8.15 单极性输出接线图 VREF可以是稳定的直流电压，也可以是从10V到10V之间的可变电压。VOUT的极性与VREF相反，其数值由输入的数字和VREF决定。 R1用于零校准，R2用于满度增益校准。,双极性输出。当输入为双极性数字(偏移二进制码)时，如图8.16 所示的电路接法可得到双极性输出。 图8.16 双极性输出接线图,4MPU与DAC0832接口 DAC0832本身具有的数据锁存器使之与MPU的接口很简单，只需外加地址译码给出片选信号即可。图8.17所示是单缓冲工作方式的一种接法。CS和XFER接在地址译码的同一个输出端上，把WR1和WR2接同一个控制信号IOW，ILE接5V。 微处理器只要执行输出指令 OUT 81H，AL 即可把累加器AL中的数据 送入DAC0832进行转换输入。 图8.17 CPU与DAC0832接口,8.3.2 DAC1210/1209/1208系列D/A转换器及接口 1主要技术指标 DAC1210/1209/1208都是12位D/A转换器，主要区别是线性误差不同，主要指标为： 分辨率12位。 电流建立时间1s。 线性误差DAC1210为0.05%VFS，DAC1209为0.024% VFS，DAC1208为0.012% VFS。 输入逻辑电平与TTI电平兼容。 具有双缓冲数据锁存器，可接成双缓冲或直接数字输入。 单电源515V，低功耗20mW，参考电压VREF为一1010V。 电流输出型。,2引脚 3内部结构 图8.18 DAC1210/1209/1208引脚及结构图,4工作方式(两种：单缓冲与双缓冲方式) （1）单缓冲方式： CS与XFER连接（接译码输出），WR1与 WR2联接（接IOW），BYTE1/ BYTE2接5，同时选通输入锁存器和DAC寄存器，数据可直接送入DAC寄存器。 适用于与12位以上的数据线DB相接的情况（占用一个端口地址）。 图8.20 单缓冲时序图 图8.19 单缓冲连线图,（ 2）双缓冲工作方式 双缓冲工作方式是将输入数据经两级锁存器传送给D/A转换器。也就是将输入锁存器和DAC寄存器看作两个端口分别予以控制。 主要用于与8位数据总线相连，12位数据分两步送入高8位锁存器和低4位锁存器，然后由XFER控制，一起送DAC寄存器。 （占用三个端口地址） 图8.21 8位数据总线连接方式 图8.22 双缓冲工作时序图,6与MPU接口电路设计 可直接与MPU系统总线连接，如图8.25 所示。图中采用16位数据总线接口单缓冲工作方式。第一级运算放大器将DAC输出电流转换为单极性电压输出，输出幅度为100V。第二级运算放大器产生双极性电压输出，输出幅度为1010V。 图8.25 DACl210接口电路,向DAC1210连续不断地输出数据，即可得到相应的输出电压信号。 例8.1：设端口地址为PORT，产生连续三角波的程序如下： MOV DX，PORT ；DACI210输入锁存器地址 MOV AL，0 ；（要求偶地址） LP1： OUT DX，AL ；输出电压递增 INC AL CMP AL，0FFH JNZ LP1 LP2： OUT DX，AL ；输出电压递减 DEC AL CMP AL，0 JNZ LP2 JMP LP1 0,例8.2：内部不包含数据缓存器的D/A转换器微处理器接口时，必须加一级数据缓存器，本例采用两片8255A作缓存器与16位微处理器连接。此接口允许微处理器传送字类型数据。两片8255A具有相同的口地址，且使用BHE控制信号允许高8位数据传送。一个8255A的PA7PA0提供12位DAC的低8位数据，另一个8255A的PA7PA0提供12位DAC的高4位数据。 图8.26 12位DAC转换器接口连接,下面程序为D/A转换器产生连续方波的程序。 MOV AX，8080H ；8255方式控制字 OUT 0EH，AX LP： MOV AX，0FFFFH ；输出高电平 OUT 08H，AX CALL DELAY1 ； 延时 MOV AX，0 ；输出低电平 OUT 08H，AX CALL DELAY ； 延时 JMP LP,DAC和微处理器的接口需要注意的问题 D/A可以看做是微处理器的一个输出设备，