第11章 模数数模转换

1、第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.1 D/A与A/D接口概述 11.2 数模（D/A）转换接口 11.3 模数（A/D）转换接口 第11章 模拟接口 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.111.1 D/AD/A与与A/DA/D接口概述接口概述 1 1、模拟接口的作、模拟接口的作 实际工业生产环境实际工业生产环境连续变化的模拟量连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量 计算机内部计算机内部离散的数字量离散的数字量 例如：二进制数、十进制数例如：二进制数、

2、十进制数 工业生产过程的闭环控制工业生产过程的闭环控制 模拟量模拟量 D/A传感器传感器执行元件执行元件A/D 数字量数字量数字量数字量模拟量模拟量 模拟量输入模拟量输入 (数据采集数据采集) 模拟量输出模拟量输出 (过程控制过程控制) 计算机计算机 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 模拟量模拟量连续变化的物理量连续变化的物理量 n数字量数字量时间和数值上都离散的量时间和数值上都离散的量 模拟模拟/ /数字转换器数字转换器 ADCADC DACDAC 数字数字/ /模拟转换器模拟转换器 模拟量与数字量模拟量与数字量 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机

3、原理与接口技术-中南大学出版社 2 2、模拟量、模拟量I/OI/O通道的组成通道的组成 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.211.2 数数/ /模（模（D/AD/A）转换接口）转换接口 11.2.1 D/A转换原理 数字数字D D由一位一位的二进制数位构成，每个由一位一位的二进制数位构成，每个 二进制位代表一定的二进制位代表一定的“权权”用用D Di i来表示。来表示。 其中其中D Di i 位代表的权为 位代表的权为2 2 i i。 把各二进制位代把各二进制位代 表的权转换为相应的模拟量，将各模拟量相加，表的权转换为相应的模拟量，将各模拟量相加，

4、得到的总模拟量便对应于给定的数字量得到的总模拟量便对应于给定的数字量D D。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 数字量数字量 按权相加按权相加 模拟量模拟量 1101B 13 11.2.1 D/A转换原理（续） 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 组成：模拟开关、组成：模拟开关、电阻网络电阻网络、运算放大器、运算放大器 两种电阻网络：权电阻网络、两种电阻网络：权电阻网络、R-2RR-2R梯形电阻梯形电阻 网络网络 基本结构如图：基本结构如图： Vref Rf 模拟开关模拟开关 电阻网络电阻网络 VO 数字量数字量 第第1

5、111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 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： f Oin R V= -V R 式中：Rf 为反馈电阻 R 为输入电阻 Vin Rf VO R 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电 压Vi的关系为： n 0fin i=1 i 1 V =-RV R Vin Rf VO R1 式中：Ri 为第i支路的输 入电阻 Rn 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 令每个支路的输入电阻为令每个支路的输入电阻为2

6、2i iR Rf f , , 并令并令V Vin in为一 为一 基准电压基准电压V Vref ref，则有 ，则有 如果每个支路由一个开关如果每个支路由一个开关S Si i控制，控制，S Si i=1=1表示表示S Si i 合上，合上，S Si i=0=0表示表示S Si i断开，则上式变换为断开，则上式变换为 nn 0frefref ii i=1i=1 f 11 V= -RV= -V 2 R2 n 0iref i i=1 1 V= -S V 2 若若Si=1,该项对该项对VO有贡献有贡献 若若Si=0,该项对该项对VO无贡献无贡献 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-

7、中南大学出版社 2R 4R 8R 16R 32R 64R 128R 256R Vref Rf VO S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 与上式相对应的电路如下与上式相对应的电路如下( (图中图中n=8)n=8)： 图中的电阻网络就称为权电阻网络。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 如果用如果用8 8位二进制代码来控制图中的位二进制代码来控制图中的S S1 1 S S8 8(D(Di i=1=1时时S Si i闭合；闭合；D Di i=0=0时时S Si i断开断开) )，那么根据二进，那么根据二进 制代码的不同，输出电压制代码的不同，输出电压V

8、 VO O也不同，这就构成了也不同，这就构成了8 8 位的位的D/AD/A转换器。转换器。 可以看出，当代码在可以看出，当代码在0 0FFHFFH之间变化时，之间变化时，V VO O相相 应地在应地在0 0-(255/256)V-(255/256)Vref ref之间变化。 之间变化。 为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的 D/AD/A转换器采用转换器采用R-2RR-2R梯形电阻网络梯形电阻网络( (见下页见下页) )，它只，它只 用两种阻值的电阻用两种阻值的电阻(R(R和和2R)2R)。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南

9、大学出版社 Iout2 Iout1 Rfb Rfb Vout+ _ I1 S1 D1 c 2R R I2 S2 D2 b 2R R I0 S0 D0 d 2R2R R I3 S3 D3 a 2R VREF 电阻网络电阻网络 基准电压基准电压 电子开关电子开关 R-2R梯形电阻网络(1) 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 Iout2 Iout1 Rfb Rfb Vout+ _ I1 S1 D1 c 2R R I2 S2 D2 b 2R R I0 S0 D0 d 2R2R R I3 S3 D3 a 2R VREF 阻抗阻抗R 运算放大器运算放大器 虚地虚地 R

10、-2R梯形电阻网络(2) 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 VaVREF VbVREF/2 VcVREF/4 VdVREF/8 I I0 0Vd/2RVd/2RV VREF REF/ /（ （8 82R2R） I I1 1Vc/2RVc/2RV VREF REF/ /（ （4 42R2R） I I2 2Vb/2RVb/2RV VREF REF/ /（ （2 22R2R） I I3 3Va/2RVa/2RV VREF REF/ /（ （1 12R2R） R-2R梯形电阻网络(3) 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 Iou

11、t1I0I1I2I3 VREF/2R（1/81/41/21） RfbR VoutIout1Rfb VREF（20212223）/24 VoutVout（D/2D/2n n）V VREF REF R-2R梯形电阻网络梯形电阻网络(4) 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.2.2 D/A11.2.2 D/A转换的主要技术指标转换的主要技术指标 1.1.分辨率分辨率 由于数字量由于数字量D D是不连续的，当数字增加时，模拟量为阶梯波电是不连续的，当数字增加时，模拟量为阶梯波电 压，如图所示：压，如图所示： 阶梯波每一级增量对应于输入数字的最低数位阶梯波每一级

12、增量对应于输入数字的最低数位1 1。把阶梯波每。把阶梯波每 一级增量与最大模拟量的比值称为分辨率。一级增量与最大模拟量的比值称为分辨率。 分辨率分辨率=1/(2=1/(2n n-1) -1) 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 例，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 通常，在工程中，直接以DAC能转换的二进制 位数表示分辨率。如8、10、12、14、16位DAC。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 2.2

13、.转换精度转换精度 实际输出值与理论值之间的最大差。一实际输出值与理论值之间的最大差。一 般用最小量化阶般用最小量化阶来度量，如来度量，如1/2 LSB1/2 LSB。也。也 可用满量程的百分比来度量，如可用满量程的百分比来度量，如0.05% FSR0.05% FSR (LSB-Least Significant Bit, FSR-Full (LSB-Least Significant Bit, FSR-Full Scale Range).Scale Range).有时也用二进制位数的形式有时也用二进制位数的形式 给出给出 精度为精度为0.1%指最大误差为指最大误差为FSR的的0.1%。 n位

14、位DAC的精度为的精度为 LSB指最大误差为指最大误差为: 1 2 精度为精度为n位指最大误差为位指最大误差为 FSR。 1 2n 1 2n+1 FSR= FSR。 1 2n 1 2 精度和分辨率的区别：精度和分辨率的区别：精度取决于构成转精度取决于构成转 换器的各个部件的误差和稳定性，而分辨换器的各个部件的误差和稳定性，而分辨 率则取决于转换器的位数。率则取决于转换器的位数。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 3. 3.输出范围输出范围 0 0+5V+5V， 满量程满量程FS=5V FS=5V （Full ScaleFull Scale） -5V-5V+

15、5V+5V， FS=10V FS=10V 0 0+10V, FS=10V +10V, FS=10V -10V -10V+10V FS=20V+10V FS=20V 4. 4.温度灵敏度温度灵敏度 这个参数表明这个参数表明D/AD/A转换器受温度变化影响的特性。它是指数字输入不变的情况转换器受温度变化影响的特性。它是指数字输入不变的情况 下，模拟输出信号随温度的变化。一般下，模拟输出信号随温度的变化。一般D/AD/A转换器温度灵敏度为转换器温度灵敏度为50PPM/50PPM/。1PPM1PPM 为百万分之一。为百万分之一。 5. 5.建立时间（转换时间）建立时间（转换时间） 指指“大信号大信号”

16、工作时，从开始转换到模拟量输出到达最终值所需的时间，一般工作时，从开始转换到模拟量输出到达最终值所需的时间，一般 几纳秒几百微秒。几纳秒几百微秒。 “ “大信号大信号”工作：工作：0 0最大，或负最大正最大。最大，或负最大正最大。 6. 6.其他参数其他参数 线性误差、温度漂移（线性误差、温度漂移（ppm/ppm/）、绝缘电压、功耗等。）、绝缘电压、功耗等。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.2.3 811.2.3 8位位D/AD/A转换器转换器DAC0832DAC0832的结构与工作方式的结构与工作方式 1、DAC集成芯片概述 从与CPU接口的角度

17、看，DAC芯片有以下几类： 有单级输入缓存器的有单级输入缓存器的DAC,DAC,如如AD7524AD7524等等 无输入缓存器的无输入缓存器的DAC, DAC, 如如AD1408AD1408等等 按片内有无缓存能力按片内有无缓存能力 有双级输入缓存器的有双级输入缓存器的DAC,DAC,如如DAC0832DAC0832等等 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 8 8位位DACDAC，如，如DAC0832DAC0832、AD1408AD1408等等 按位数按位数 串行输入串行输入DACDAC，如，如AD7543AD7543等等 串串/ /并输入并输入DACDAC

18、，如，如AD7522AD7522等等 并行输入并行输入DACDAC 按数字输入方式按数字输入方式 分辨率高于分辨率高于8 8位的位的DACDAC，如，如DAC1210/1209(12DAC1210/1209(12位位) )等等 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 DAC0832DAC0832 DAC0832DAC0832的内部结构与引脚功能的内部结构与引脚功能 DAC0832DAC0832工作过程工作过程 DAC0832DAC0832工作方式工作方式 2 2、D/AD/A芯片及其与芯片及

19、其与CPUCPU接口接口 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 （1）DAC0832引脚图 主要特性如下：主要特性如下： 分辨率分辨率8位；位； 建立时间建立时间1微秒微秒 增益温度系数增益温度系数2010 6/ 0C 输入输入TTL电平电平 功耗功耗20mW 当当LE1有效时，数据进入第一级（数据输入寄存器）有效时，数据进入第一级（数据输入寄存器） 当当LE2有效时，数据输入寄存器的值进入第二级（有效时，数据输入寄存器的值进入第二级（DAC 寄存器）。寄存器）。 DAC0832的输出为两

20、个电流信号的输出为两个电流信号IOUT1和和IOUT2。 IOUT1+IOUT2=常数常数 （MSBMSB） DI7 DI6 DI0 13 14 15 16 4 5 6 7 DQ 8 8位输入位输入 寄存器寄存器 LE1 DQ 19 ILE 18 17 1 2 CS WR1 WR2 XFER 1 8 12 11 9 3 20 10 VR I0ut2 I0ut1 Rfb AGND VCC DGND D D Q QLE2 8 8位位DACDAC 寄存器寄存器 8 8位位D/AD/A 转换器转换器 Rfb 15k （LSBLSB） 2 3 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南

21、大学出版社 8 8位数字输入端位数字输入端 DI0DI0DI7DI7（DI0DI0为最低位）为最低位） 输入寄存器（第输入寄存器（第1 1级锁存）的控制端级锁存）的控制端 ILEILE、CSCS* *、WR1WR1* * DACDAC寄存器（第寄存器（第2 2级锁存）的控制端级锁存）的控制端 XFERXFER* *、WR2WR2* * （2） DAC0832的数字接口 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 CPU执行输出指令，输出8位数据给DAC0832； 在CPU执行输出指令的同时，使ILE、三个控 制信号端都有效，8位数据锁存在8位输入寄存器中； 当XFE

22、R*、WR2*二个控制信号端都有效时，8位 数据再次被锁存到8位DAC寄存器，这时8位D/A转换 器开始工作，8位数据转换为相对应的模拟电流， 从IOUT1和IOUT2输出。 （3） DAC0832 工作过程 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 双缓冲方式双缓冲方式 数据通过二个寄存器锁存后送入数据通过二个寄存器锁存后送入D/AD/A转换电路，转换电路， 执行两次写操作才能完成一次执行两次写操作才能完成一次D/AD/A转换。转换。 LE2LE1DAC0832 输入输入 寄寄 存存 器器 DI0DI7 D/A 转转 换换 器器 DAC 寄寄 存存 器器 Iou

23、t1 （4 4）DAC0832 DAC0832 工作方式工作方式 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 对输入寄存器和DAC寄存器均需控制。 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。 此时芯片占用两个端口地址，译码后分别接到CS和XFER端。 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 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 LE1LE11 1，或者，或者LE2LE21 1 两个寄存器之一始终处于直

24、通状态两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态） LE2LE1DAC0832 输入输入 寄寄 存存 器器 DI0DI7 D/A 转转 换换 器器 DAC 寄寄 存存 器器 Iout1 单缓冲方式 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 这时应使一级缓存器直通。通常使第二级这时应使一级缓存器直通。通常使第二级DACDAC 寄存器直通寄存器直通, ,即把即把WRWR2 2和和XFERXFER固定接地。固定接地。 单缓冲方式下，数据只要一写入单缓冲方式下，数据只要一写入DACDAC芯片就立芯片就立 即进行数

25、即进行数/ /模转换模转换, ,省去一条输出指令。省去一条输出指令。 写入数据的程序为：写入数据的程序为： MOV DXMOV DX，PORTPORT MOV AL MOV AL，DATADATA OUT DX OUT DX，ALAL 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 两级缓冲寄存器都是直通锁存器 LE1，直通（输出等于输入） LE0，锁存（输出保持不变） LE2LE1DAC0832 输入输入 寄寄 存存 器器 DI0DI7 D/A 转转 换换 器器 DAC 寄寄 存存 器器 Iout1 直通锁存器的工作方式 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与

26、接口技术-中南大学出版社 LE1LE21 输入的数字数据直接进入D/A转换器 LE2LE1DAC0832 输入输入 寄寄 存存 器器 DI0DI7 D/A 转转 换换 器器 DAC 寄寄 存存 器器 Iout1 直通方式 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.2.4 1211.2.4 12位位D/AD/A转换器转换器DAC1232DAC1232结构及引脚结构及引脚 DAC1232的内部 结构与DAC0832非常 相似，也具有双缓 冲输入寄存器，不 同的是DAC1232的双 缓冲寄存器和D/A转 换均为12位。12位 输入寄存器由一个8 位寄存器和一个4位

27、 寄存器组成。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 36 11.2.5 D/A11.2.5 D/A转换器应用举例转换器应用举例 例例11.111.1如图如图11-911-9所示，采用单缓冲方式，通过所示，采用单缓冲方式，通过 DAC0832DAC0832输出产生三角波，三角波最高电压输出产生三角波，三角波最高电压5 5，最低，最低 电压电压0 0。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 参考程序：参考程序： CODE SEGMENTCODE SEGMENT ASSUME CS:CODEASSUME CS:CODE START

28、: MOV CL,0START: MOV CL,0; ;设置输出电压值设置输出电压值 MOV DX,4A0HMOV DX,4A0H ;DAC0832;DAC0832芯片地址送芯片地址送DXDX LLL: MOV AL,CLLLL: MOV AL,CL OUT DX,AL OUT DX,AL INC CL ;cl INC CL ;cl加加1 1 PUSH DX PUSH DX MOV AH,06H ;MOV AH,06H ;判断是否有键按下判断是否有键按下 MOV DL ,0FFHMOV DL ,0FFH INT 21HINT 21H POP DX POP DX JZ LLL ;JZ LLL ;

29、若无则转若无则转LLLLLL MOV AH,4CH ;MOV AH,4CH ;返回返回DOSDOS INT 21HINT 21H CODE ENDSCODE ENDS END START END START 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 例例11.211.2 2 2路模拟量同步输出路模拟量同步输出 DAC0832可工作于双缓冲方式，使输入寄存器的锁存信 号和DAC寄存器的锁存信号分开控制。这种方式更适用于几 个模拟量需同时输出的系统，每一路模拟量输出需一个 DAC0832，多个DAC0832同步输出多路模拟量。图11-7为二路 模拟量同步输出的0832

30、系统。在图11-11中，1#DAC0832的输 入寄存器地址为DFFFH，2#DAC0832的输入寄存器地址为 BFFFH，1#和2#DAC0832的DAC寄存器共用一个地址为7FFFH， DAC0832的输出分别接图形显示器（示波器）的X、Y偏转放 大器输入端。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 39 电路图电路图 程序 MOV DX , 0DFFFH MOV AL , X OUT DX , AL MOV DX , 0BFFFH MOV AL , Y OUT DX , AL MOV DX , 07FFFH OUT DX , AL 第第1111章章 模拟接

31、口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 例例11.311.3采用直通方式，利用采用直通方式，利用DAC0832DAC0832产生三产生三 角波，波形范围为角波，波形范围为0V50V5。 采用直通方式时，采用直通方式时，DAC0832DAC0832的的8 8位输入寄存器、位输入寄存器、 8 8位位DACDAC寄存器一直处于直通状态，因此要求控制端寄存器一直处于直通状态，因此要求控制端 ILEILE接高电平，接高电平，CSCS* *、WR1WR1* *、WR2WR2* *、XFERXFER* *接地。接地。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 41 电路

32、图电路图 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 42 设设8255A8255A芯片各口地址分别为芯片各口地址分别为04A0H04A0H，04A2H04A2H，04A4H04A4H，04A6H04A6H。 MOV DX , 04A6H MOV DX , 04A6H MOV AL , 00H MOV AL , 00H MOV DX , 04A0H MOV DX , 04A0H AA1OUT DX , ALAA1OUT DX , AL INC AL INC AL CMP AL , 0FFH CMP AL , 0FFH JNZ AA1 JNZ AA1 AA2OUT D

33、X , ALAA2OUT DX , AL DEC AL DEC AL CMP AL , 00H CMP AL , 00H JNZ AA2 JNZ AA2 JMP AA1 JMP AA1 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.3 11.3 模数（模数（A/DA/D）转换接口）转换接口 11.3.1 11.3.1 模数转换的工作原理模数转换的工作原理 A/D A/D转换器是把模拟量转换器是把模拟量( (通常是模拟电压通常是模拟电压) )信号信号 转换为转换为n n位二进制数字量信号的电路。这种转换通位二进制数字量信号的电路。这种转换通 常分常分4 4步进行：

34、采样步进行：采样保持保持量化量化编码编码 A/D A/D转换器按转换原则可分为直接转换器按转换原则可分为直接A/DA/D转换器和转换器和 间接间接A/DA/D转换器转换器 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 u直接直接A/DA/D转换转换 把模拟信号直接转换为数字信号，如逐次逼近型，把模拟信号直接转换为数字信号，如逐次逼近型， 并联比较型、计数式等。在集成并联比较型、计数式等。在集成ADCADC电路中以逐次逼近电路中以逐次逼近 式式ADCADC应用最广。应用最广。 u 间接间接A/DA/D转换转换 把模拟量转换成中间量，然后再转换为数字量，把模拟量转换成中间

35、量，然后再转换为数字量， 如电压时间转换型，电压频率（如电压时间转换型，电压频率（V/F)V/F)转换型，电转换型，电 压脉宽转换型等。压脉宽转换型等。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 逐次逼近型逐次逼近型A/DA/D转换原理转换原理 结构：由结构：由D/AD/A转换器、比较器和逐次逼近寄存器转换器、比较器和逐次逼近寄存器SARSAR组成组成 0 t V I(模拟输入模拟输入) AV + - VF VR D/A转换器转换器 逐次逼近寄存逐次逼近寄存 器器 输出缓冲锁存器输出缓冲锁存器 控制逻辑控制逻辑 启动转换启动转换 转换结束转换结束 时钟时钟 Dn-

36、1D0 OE 逐次逼近式逐次逼近式ADC原理原理 Dn-1D0 数字输出数字输出 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 类似天平称重量时的尝试法，逐步用砝码的累积重量去逼近被 称物体。 例如：用8个砝码20g，21g，27g，可以称出1255g之 间的 物体。现有一物体，用砝码称出其重量（假定重量为176g）。 1）ADC从高到低逐次给SAR的每一位“置1”（即加上不同权重 的砝码），SAR相当于放法码的称盘； 2）每次SAR中的数据经D/A转换为电压VC ； 3）VC与输入电压Vi比较，若VCVi，保持当前位的1，否则 当前位置0； 4）从高到低逐次比较下去

37、，直到SAR的每一位都尝试完； 5）SAR内的数据就是与Vi相对应的2进制数。 一般说来，n位ADC转换一个数需要n+1个时钟脉冲。若把将转 换结果送入输出缓冲锁存器这个节拍也算在内，则需要n+2个时钟 脉冲。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 1.1.模拟量输入范围和分辨率模拟量输入范围和分辨率 ADCADC把模拟量转换为数字，模拟量输入范围可以是：把模拟量转换为数字，模拟量输入范围可以是： 例：例：8 8位位ADCADC，单极性输入，单极性输入0 05V5V，数字量为，数字量为0 0255255，它能分辨的，它能分辨的 最小输入信号是最小输入信号是(5

38、V/256)=20mV(5V/256)=20mV，分辨率，分辨率=2=28 8 =256位 12 12位位ADCADC，双极性输入，双极性输入-5V-5V+5V+5V，数字量为，数字量为-2048-2048+2047+2047，它能，它能 分辨的最小输入信号是分辨的最小输入信号是(10V/4096)=2mV(10V/4096)=2mV，分辨率，分辨率= 2= 212 12=4096 =4096位位 0 05V5V 0-10V0-10V 单极性输入单极性输入 -5V-5V+5V+5V： 双极性入双极性入 转换后的数字量一般有转换后的数字量一般有8 8、1010、1212、1414、1616位。位

39、。 ADC的分辨率是指它能够分辨的最小输入信号，一般用位数来表示的分辨率是指它能够分辨的最小输入信号，一般用位数来表示 11.3.2 模数转换的主要技术指标 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 2.2.转换时间和转换率转换时间和转换率 转换时间：转换时间：ADCADC完成一次转换所需的时间。完成一次转换所需的时间。 转换率：转换率：1 1秒时间内能完成转换的次数，秒时间内能完成转换的次数，kHZkHZ，MHZMHZ。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 3.3.转换精度转换精度 ADC ADC输出的实际数字量与理想数字量之

40、间有一定误差，这输出的实际数字量与理想数字量之间有一定误差，这 种误差由两部分构成：种误差由两部分构成： 量化误差量化误差 量化误差是把连续的模拟量转换为离散的数字量（这一过程称量化误差是把连续的模拟量转换为离散的数字量（这一过程称 为量化）时产生的误差，它必然存在的，是不可避免的。为量化）时产生的误差，它必然存在的，是不可避免的。 器件误差器件误差 器件误差是由于器件制造精度、温度漂移等造成的，可以通过器件误差是由于器件制造精度、温度漂移等造成的，可以通过 提高产品质量来降低。提高产品质量来降低。 如，如，8 8位位ADCADC，单极性输入，单极性输入0 05V5V，数字量为，数字量为0 0

41、255255，它能分辨，它能分辨 的最小输入信号是的最小输入信号是=(5V/256)=20mV=(5V/256)=20mV，如，如， 4.984.985.00V5.00V输入对应输入对应 的数字均为的数字均为5555，这是不可避免的。，这是不可避免的。 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 绝对精度：绝对精度： 指对于一个给定的数字量输出，其实际上输入的模拟电压指对于一个给定的数字量输出，其实际上输入的模拟电压 值与理论上应输入的模拟电压值之差。用数字量的最低有效位值与理论上应输入的模拟电压值之差。用数字量的最低有效位 （LSBLSB）来表示。如：）来表示。如

42、： 1/2LSB 1/2LSB 相对精度：相对精度： 指在整个转换范围内，任一个数指在整个转换范围内，任一个数( (不是指一个数不是指一个数) )所对应的所对应的 实际模拟输入电压与理论输入电压的差。一般用模拟电压满量实际模拟输入电压与理论输入电压的差。一般用模拟电压满量 程的百分比表示。相对精度实质上反映的是程的百分比表示。相对精度实质上反映的是ADCADC的线性度好坏。的线性度好坏。 如满量程为如满量程为5V5V，8 8位位A/DA/D转换芯片，若其绝对误差为转换芯片，若其绝对误差为 1/2LSB1/2LSB，则其最小有效位所对应的模拟值范围（称为当量），则其最小有效位所对应的模拟值范围（

43、称为当量） 为为20mV20mV，其绝对精度为，其绝对精度为1/21/2=10mV=10mV，相对精度为，相对精度为10mV/5V=2%10mV/5V=2% 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.3.3 811.3.3 8位位A/DA/D转换器转换器ADC0809ADC0809的结构及引脚的结构及引脚 1、ADC0809内部结构和引脚 START EOC CLK OE D7 D0 VREF(+) VREF(-) ADDC ADDB ADDA ALE IN0 IN7 比较器比较器 8路路 模拟模拟 开关开关 逐位逼近寄存逐位逼近寄存 器器SAR 树状开关树

44、状开关 电阻网络电阻网络 三态三态 输出输出 锁存锁存 器器 时序与控制时序与控制 地址地址 锁存锁存 及及 译码译码 D/A 8 个个 模模 拟拟 输输 入入 通通 道道 8选选1 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 2、引脚功能 D7D0：输出数据线（三态） IN0IN7：8通道（路）模拟输入 ADDA、ADDB、ADDC：通道地址（通道选择） ALE：通道地址锁存 START：启动转换 EOC：转换结束，可用于查询或作为中断申请 OE：输出允许（打开输出三态门） CLK：时钟输入（10KHz1.2MHz） VREF(+)、VREF(-)：基准参考电压 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 11.3.4 1211.3.4 12位位A/DA/D转换器转换器AD574AD574的结构及引脚的结构及引脚 第第1111章章 模拟接口模拟接口 微机原理与接口技术-中南大学出版社 例例11.511.5 设计设计ADC0809ADC0809与与PCPC机总线的接口图。编写一段机总线的接口图。编写一段 轮流从轮流从IN0-IN7IN0-IN7采集采集8 8路模拟信号，并把采集到的数字量存入路模拟信号，并把采集到的数字量存入 01000100开始的开始的8 8个单元内的程序。个单元内的程序。 11.3.5 A