第10章 数模转换.ppt

第10章D/A数模转换,目的与要求：1、了解D/A转换的原理2、掌握D/A的主要技术指标。3、掌握项目1，实验四（D/A转换部分）,10.1.2知识讲解,图10-4微机控制系统示意图,1、概述,D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。常用的微机控制系统示意图如图10-4所示，各部分的作用如下所示。（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转换器把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器，即A/D转换器。（3）D/A转换器把数字信号转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为数模转换器，即D/A转换器。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。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型电阻网络。,D/A接口芯片种类很多，有通用型、高速型、高精度型等，转换位数有8位、12位、16位等，输出模拟信号有电流输出型（如DAC0832、AD7522等）和电压输出型（如AD558、AD7224等），在应用中可根据实际需要进行选择。,DAC0832芯片介绍,(1)DAC0832的特性,美国国家半导体公司产品，具有两个输入数据寄存器的8位DAC,能直接与MCS-51单片机相连。主要特性如下：,*分辨率为8位；,*电流输出，稳定时间为1s；,*可双缓冲输入、单缓冲输入或直接数字输入；,*单一电源供电（+5+15V）；,3.DAC0832芯片引脚,*功耗为20mW，数字输入电平为TTL电平。,（2）DAC0832的引脚及逻辑结构,引脚：,DAC0832的逻辑结构如下：,引脚功能：,DI0DI7：8位数字信号输入端,CS*：片选端。,ILE：数据锁存允许控制端，高电平有效。,WR1*：输入寄存器写选通控制端。当CS*=0、ILE=1、WR1*=0时，数据信号被锁存在输入寄存器中。,XFER*：数据传送控制。,WR2*：DAC寄存器写选通控制端。当XFER*=0，WR2*=0时，输入寄存器状态传入DAC寄存器中。,IOUT1：电流输出1端，输入数字量全“1”时，IOUT1最大，输入数字量全为“0”时，IOUT1最小。,IOUT2：D/A转换器电流输出2端，IOUT2+IOUT1=常数。,Rfb：外部反馈信号输入端，内部已有反馈电阻Rfb，根据需要也可外接反馈电阻。,Vcc：电源输入端，可在+5V+15V范围内。,DGND：数字信号地。,AGND：模拟信号地。,“8位输入寄存器”用于存放CPU送来的数字量，使输入数字量得到缓冲和锁存，由LE1*控制；,“8位DAC寄存器”存放待转换的数字量，由LE2*控制；,“8位D/A转换电路”由T型电阻网络和电子开关组成，T型电阻网络输出和数字量成正比的模拟电流。,T型解码网络的结构图,+,R,R,R,2R,2R,2R,2R,2R,I6,I1,I0,01,01,01,D7,D6,D1,D0,.,IOUT1,Rfb,If,VO,(27),(26),(21),(20),I7,VREF,1,0,T型解码网络的结构图,+,R,R,R,2R,2R,2R,2R,2R,I6,I1,I0,01,01,01,D7,D6,D1,D0,.,IOUT1,Rfb,If,VO,(27),(26),(21),(20),I7,VREF,1,0,T型电阻解码网络,模拟电子开关,求和放大器,I7=VREF/2R=27(VREF/28R)=27(VREF/256R)I6=VREF/2/2R=1/2*I7=26(VREF/256R)I0=1/2*I1=20(VREF/256R)用一个8位二进制数D7,D6,D0来控制并表示这些开关的状态,这些数位都代表一定的权,例最高位D7的权是27=128,若此位开关接1,表代码D7=1,表示数值为1128。最低位D0的权是20=1,此位开关接1,表代码D0=1,表示数值为1。,.,.,运算放大器输入端的电流为：IOUT1=I7+I6+I0=(D727D626.D020)(VREF/256R)输出电压为:VO=-IOUT1Rfb=-VREF(D727D626.D020)Rfb/256R=-B*(VREF/256)*(Rfb/R)其中B=D727D626.D020对DAC0832,有Rfb=R,则上式为:VO=-B*(VREF/256)从而实现了数模转换的基本要求：输出模拟量与输入数字量成正比。,5.D/A转换器的输出,(1)单极性电压输出,输出电压为:VO=-B*(VREF/256)*(Rfb+RW)/R)其中B=D727D626.D020RW调零VO=-B*(VREF/256),B为0时，Vout也为0，输入数字量为255时，Vout为最大值，输出电压为单极性。,（2）双极性电压输出,图10-8双极性电压输出,Vout=（B128）*（VREF/128）,Vout=（B128）*（VREF/128）,由上式，在选用+VREF时，（1）若输入数字量D71，则Vout为正；（2）若输入数字量D70，则Vout为负。,6DAC0832的工作方式DAC0832内部有两级输入缓冲寄存器。当LE1=1（高电平）时（即ILE=1,=0，=0），输入寄存器的输出端信号随D7D0的变化而变化；当LE1=0时（即ILE=0,或=1，或=1），输入寄存器锁存D7D0的当前值。当LE2=1时（即=0,=0），DAC寄存器的输出信号跟随输入寄存器的输出端信号变化；当LE2=0时（即=1或=1），DAC寄存器锁存当前输入寄存器输出的值，送D/A转换器进行转换。因此DAC0832有3种工作方式。,（1）双缓冲方式：数据通过二个寄存器锁存后送入D/A转换电路，执行两次写操作才能完成一次D/A转换。这种方式特别适用于要求同时输出多个模拟量的场合。这种方式通常采用的接线是：ILE固定接+5V，CPU的/IOW信号复连接到/WR1和/WR2，用/CS和/XFER作为输入寄存器的片选信号，分别接到两个I/O口地址译码输出，接线如图10-9所示。,图10-9DAC0832双缓冲方式,译码器,+5V,8086总线,DOD7,(2)单缓冲方式：两个寄存器中的一个处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入D/A转换器电路，例如，把/XFER接数字信号地，使DAC寄存器处于直通状态，ILE接+5V,/WR1接CPU的/IOW，/CS接I/O口地址译码。在这种方式下，只需执行一次写操作，即可完成D/A转换，可以提高DAC的数据吞吐量。这种方式接线如图10-10所示。,图10-10DAC0832单缓冲方式,(3)直通方式：两个寄存器都处于直通状态，即ILE=1、/CS、/WR1、/WR2和/XFER都接数字信号地，数据直接送入D/A转换器电路进行D/A转换。这种方式可用于一些不采用微机的控制系统中。,10.1.1项目1：DAC0832输出连续的锯齿波1项目要求与目的（1）项目要求：编写程序，使DAC0832输出连续的锯齿波，用示波器观看。（2）项目目的：了解DAC0832芯片的引脚和内部结构。了解DAC0832芯片的性能及编程方法。掌握8086CPU与DAC0832连接硬件电路。2项目电路连接与说明（1）项目电路连接：DAC0832的片选孔用导线接至译码处208H20FH插孔,用示波器的输入探头接DAC0832的输出插孔。（2）项目说明：本项目是DAC0832输出连续的锯齿波模拟电压，输出结果可用示波器观察，波形如图10-1所示。D/A转换是把数字量转化成模拟量的过程，D/A转换取值范围为一个周期，采样点越多，精度越高些，本项目采用的采样点为256点/周期。,图10-1生成的锯齿波波形图,3项目电路原理框图,项目电路原理框图如图10-2所示。电路由8086CPU、DAC0832芯片、LM358运算放大器等组成。,图10-2DAC0832输出锯齿波电路图,AB地址总线A0A19,DB数据总线,CB控制总线,D0,D7,DA0832,208H20FH,A,B,C,G2B,G2A,G1,20根,A0A19,A7,A5,M/IO,A6,A4,A3,74LS138译码器,D0D15,A9,A8,8086CPU的三种总线与0832详细的连线图,XFER,ILE,Vcc,Vref,5v,GND,10,0000,1XXX,0832端口地址208H,000000,A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0,A15A10,A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0,接口片内地址,接入138译码器地址,A15A10,接入逻辑门电路地址,CS片选信号范围,0832接口芯片端口地址,实验室DA单元接口电路,CS,WR,D0D7,CS,XFER,WR1,WR2,0832,DGND,ILE,VCC,+5V,8,D0D7,VREF,Rfb,IOUT1,IOUT2,-,+,+5V,OUT,LM358,4项目程序设计（1）程序流程图DAC0832输出连续的锯齿波程序流程图如图10-3所示。,图10-3DAC0832输出连续的锯齿波程序流程图,（2）程序清单DAC0832输出连续锯齿波程序清单如下所示。CODESEGMENTASSUMECS：CODESTART:PUSHCSPOPDSMOVAL，00H;锯齿波的起始值MOVDX,208H;DAC0832地址BG:OUTDX，AL;输出，进行转换，转换时间1sNOP;延时NOP;延时NOP;延时INCAL;数字量加1JMPBG;循环CODEENDSENDSTART,应用实例,实验四：例：利用三种总线、DAC单元，8255单元完成D/A转换实验。1、将数据段DIGITAL单元中的数字值，利用0832芯片输出对应的模拟量电压（DIGITAL单元中的数字值由程序中给出，模拟量利用万用表测量）,实验室DA单元接口电路,CS,WR,D0D7,CS,XFER,WR1,WR2,0832,DGND,ILE,VCC,+5V,8,D0D7,VREF,Rfb,IOUT1,IOUT2,-,+,-,+,10K,10K,+5V,OUT,-12V,+12V,TL084CN,TL084CN,三种总线与实验室DA单元接口电路,D0D7,CS,XFER,WR1,WR2,0832,DGND,ILE,VCC,+5V,8,VREF,Rfb,IOUT1,IOUT2,-,+,-,+,10K,10K,+5V,OUT,-12V,+12V,TL084CN,TL084CN,AB地址总线A0A19,DB数据总线,CB控制总线,D0D15,D0D7,译码器,IOY0,IOY0=9800H,XXXX,XXXX,端口地址9800H,A7A6A5A4A3A2A1A0,用户可用地址线,A15A8,0832接口芯片端口地址,10011000,IOY0由系统板确定,IOY0EQU9800HSTACK1SEGMENTSTACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTDIGITALDB102DATAENDSCODESEGMENTASSUMECS:CODE，DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXAA1:MOVAL,DIGITALMOVDX,IOY0OUTDX,AL;输出，转换时间1usCALLDALLYMOVAH,1,DALLYPROCNEAR;软件延时子程序PUSHCXPUSHAXMOVCX,0050HD1:MOVAX,5000HD2:DECAXJNZD2LOOPD1POPAXPOPCXRETDALLYENDPCODEENDSENDSTRAT,INT16HJZAA1MOVAH,4CHINT21H,数字量模拟量00H0V256（FFH)5V511V1022V1533V,应用实例,实验四：例：,利用三种总线、DAC单元，8255单元完成D/A转换实验。2、将数据段DIGITAL单元中的数字值，利用0832芯片输出一个模拟量电压，同时在数码管中动态显示要送出的数字值（指要转换成模拟量的数字量）。,图2：三种总线与82C55、DAC单元的连线图,OUT模出,CS,RD,WR,A0,A1,8255,D0,D7,D0D7,D0D7,ILE,VCC,VREF,Rfb,IOUT1,IOUT2,DGND,CS,XFER,WR1,WR2,5V,5V,+12V,-12V,10K,10K,CS,WR,实验室DA单元接口电路图,DB,CB,AB,译码器,IOY0,D0D7,D0D7,A2,A3,WR,RD,WR,A,B,C,D,E,F,G,DP,SN7407,4个共阴极数码管,Y1,X1,5V,0,1,2,3,4,5,6,7,4.7K*4,（2片）,8,9,A,B,C,D,E,F,SN7407,Y2,Y3,Y4,X2,X3,X4,5V,8255芯片与4个数码管接线图,4.7K*8,PA0,PA3,8255,PC0,PC3,0,1,2,3,0,2,3,1,PB0,PB7,XXXX,00XX,PA端口地址9C00H,PB端口地址9C04H,控制字端口地址9C0CH,10011100,A7A6A5A4A3A2A1A0,接口片内地址,A15A8,8255接口芯片各端口地址,10011100,10011100,10011100,XXXX,01XX,XXXX,10XX,XXXX,11XX,PC端口地址9C08H,IOY1由系统板确定,XXXX,XXXX,端口地址9800H,A7A6A5A4A3A2A1A0,用户可用地址线,A15A8,0832接口芯片端口地址,10011000,IOY0由系统板确定,IOY0EQU9800H;片选IOY0对应的端口始地址IOY1EQU9C00H;片选IOY1对应的端口始地址MY8255_AEQUIOY1+00H*4;8255的A口地址MY8255_BEQUIOY1+01H*4;8255的B口地址MY8255_CEQUIOY1+02H*4;8255的C口地址MY8255_MODEEQUIOY1+03H*4;8255的控制寄存器地址STACK1SEGMENTSTACKDW256DUP(?)STACK1ENDSDATASEGMENTDIGITALDB102DISVALUEDBDH,AH,16,16DTABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,00HDATAENDS;0F对应的7段数码管的共阴极段位值表CODESEGMENTASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATAMOVDS,AXMOVDX,MY8255_MODE;初始化8255工作方式MOVAL,80H;方式0，A口、B口输出OUTDX,ALCC1:CALLDIS,CALLDACONMOVDISVALUE+2，ALMOVDISVALUE+3，ALANDDISVALUE+2，F0HMOVCL,4SHRDISVALUE+2，CLANDDISVALUE+3，0FHMOVAH,1INT16HJZCC1MOVAH,4CINT21HDISPROCNEAR;显示子程序PUSHAXMOVSI,OFFSETDISVALUEMOVDL,0FEHMOVAL,DLAGAIN:PUSHDXMOVDX,MY8255_AOUTDX,AL;设置X1X4，选通一个数码管MOVAL,SI;取出缓冲区中存放数值ANDAX,00FFHMOVBX,OFFSETDTABLE,；等待有无任意键按下,；返回DOS结束,ADDBX,AXMOVAL,BXMOVDX,MY8255_BOUTDX,AL;写入数码管ADpCALLDALLYINCSI;取下一个值POPDXMOVAL,DLTESTAL,01H;判断是否显示完？JZOUT1;显示完，返回RORAL,1MOVDL,ALJMPAGAIN;未显示完，跳回继续OUT1:POPAXRETDISENDPDACONPROCNEAR;DA转换子程序MOVAL,DIGITALMOVDX,IOY0OUTDX,AL;输出，转换时间1usPUSHAXCALLDALLYPOPAXRETDACONENDP,DALLYPROCNEAR;软件延时子程序PUSHCXMOVCX,00FFHD1:MOVAX,00FFHD2:DECAXJNZD2LOOPD1POPCXRETDALLYENDPCODEENDSENDSTART,补充作业实验四：利用三种总线、DAC单元，8255单元完成D/A转换实验。1、将数据段DA单元中的数字值，利用0832芯片输出对应的模拟量电压（DA单元中的数字值由程序中给出，模拟量利用万用表测量）2、将数据段DA单元中的数字值，利用0832芯片输出一个模拟量电压，同时在数码管中动态显示要送出的数字值（指要转换成模拟量的数字量）。,10.1.2知识讲解,1.概述D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。常用的微机控制系统示意图如图10-4所示，各部分的作用如下所示。（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转换器把连续变化的电信号转换为数字信号的器件称为模数转换器，即A/D转换器。（3）D/A转换器把数字信号转换成模拟信号，去控制执行机构的器件，称为数模转换器，即D/A转换器。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。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型电阻网络。,2.D/A转换器的主要技术指标,（1）分辨率分辨率是指D/A转换器可输出的模拟量的最小变化量，也就是最小输出电压(输入的数字量只有D0=1)与最大输出电压(输入的数字量所有位都等于1)之比。也通常定义刻度值与2n之比（n为二进制位数）。二进