微机原理 AD和DA+程序

1、1第第1111章章 模模/ /数和数数和数/ /模转换模转换 11.1 11.1 概述概述11.2 11.2 数数/ /模模 ( (D/A) D/A) 转换器转换器11.3 11.3 模模/ /数数 ( (A/D) A/D) 转换器转换器211.1 11.1 概述概述 1 1应用场合：应用场合：用于用于计算机控制系统计算机控制系统和和测量仪器仪测量仪器仪表表中中 2 2在在实时控制系统实时控制系统中的作用：中的作用：34说明：说明： v1 1）现场信号一般为）现场信号一般为非电模拟非电模拟信号，信号，通过通过传感器传感器变为电信号，经变为电信号，经放大到放大到ADCADC的量程范围内，再经的量

2、程范围内，再经低通滤波低通滤波降降噪，最后由噪，最后由多路开关分时传送多路开关分时传送到到采样采样保持器保持器；v2 2）采样保持器）采样保持器采样连续模拟量采样连续模拟量为为离离散的散的电压或电流的电压或电流的模拟量模拟量送送A/DA/D转换转换器转换为器转换为数字信号数字信号送送CPUCPU； 5v3 3）CPUCPU发出的发出的控制信号控制信号经经D/AD/A转换器转换器变为变为模拟信号模拟信号，再由，再由功放功放将信号放大将信号放大后后驱动驱动受控对象。受控对象。v4 4）虚线）虚线上面的一条线路在控制系统上面的一条线路在控制系统中作为中作为测量的环节测量的环节，下面的一条线路，下面的

3、一条线路作为作为程序控制程序控制的环节，的环节，两者合起来两者合起来才才成为完整的成为完整的实时控制系统实时控制系统。611.2 11.2 数数/ /模模( (D/A)D/A)转换器转换器 11.2.1 11.2.1 数数/ /模转换的原理模转换的原理 11.2.2 11.2.2 数数/ /模转换器件和有关电模转换器件和有关电路路 711.2.1 11.2.1 数数/ /模转换的原理模转换的原理 D/AD/A转换过程：转换过程：数字量数字量电流电流电压电压电阻电阻网络网络运放运放83. 3. 运算放大器的工作特点和原理运算放大器的工作特点和原理 特点特点 ：开环放大倍数非常高（开环放大倍数非常

4、高（输入电压输入电压很小）很小）输入阻抗非常大输入阻抗非常大 （输入电流输入电流小）小）输出阻抗很小（输出阻抗很小（驱动能力驱动能力大）大） 91 1）虚地：如图）虚地：如图a a接法，输入电压和电流均近接法，输入电压和电流均近似为似为0 0的特殊情况称为的特殊情况称为虚地虚地（与短路区别）（与短路区别）2 2）带反馈电阻的运放的）带反馈电阻的运放的电压放大倍数电压放大倍数：RiRoViVoGIo104. 4. 权电阻网络权电阻网络D/AD/A转换器转换器 0 00 01 12 23 3RREFV81511说明：说明： v1 1）a a图中相邻电阻为图中相邻电阻为2 2倍倍关系，称为关系，称为

5、权权电阻电阻，用于产生，用于产生不同权位的电流不同权位的电流v2 2）v3 3）开关状态可由）开关状态可由0000000011111111顺序顺序变化，变化，若按序变化则产生如图若按序变化则产生如图b b所示的所示的锯齿波锯齿波形电压输出形电压输出（0 0 ）REFV815)8/4/2/(0123DDDDVVREFo125. 5. D/AD/A转换器主要性能指标转换器主要性能指标 （1 1）输入输入数字量数字量（2 2）输出输出模拟量：电流或电压模拟量：电流或电压（3 3）分辨率：）分辨率：输入输入数据发生数据发生1LSB1LSB变变化化时所对应时所对应输出输出模拟量的模拟量的变化变化n2FS

6、R13（4 4）精度：）精度：实际输出值实际输出值与与理论值理论值之之差，一般差，一般不大于不大于1/2LSB1/2LSB（5 5）建立时间建立时间：输入输入数字量到数字量到建立建立稳定输出电流稳定输出电流的时间的时间1411.2.2 11.2.2 数数/ /模转换器件和有关电路模转换器件和有关电路带有数据输入寄存器的带有数据输入寄存器的D/AD/A芯片，芯片，该该类芯片可类芯片可直接和直接和CPUCPU数据总线数据总线相相连连下面以下面以DAC0832DAC0832为例说明：为例说明：15（1 1）DAC0832DAC0832的工作原理：的工作原理： LE1LE212310011000110

7、116说明：说明： v1 1）包括一个）包括一个8 8位位T T型电阻网络型电阻网络（D/AD/A转换器），输出需要转换器），输出需要外接运外接运放放；v2 2）两级缓冲器两级缓冲器：8 8位位输入输入寄存器寄存器（LE1LE1控制锁存）和控制锁存）和8 8位位DACDAC寄存器寄存器（LE2LE2控制锁存）控制锁存）17v3 3）两级缓冲的优点：提高转换）两级缓冲的优点：提高转换速度（速度（转换同时可取数转换同时可取数）、用于）、用于多个转换器同时多个转换器同时输出。输出。v4 4）锁存锁存信号有效：信号有效：v（高电平高电平直通，直通，下降沿下降沿锁存）锁存）11LEILE CSWR22L

8、EXFER WR18（2 2）DAC0832DAC0832引脚信号：引脚信号： 19信号定义：信号定义： CS# CS# 片选信号片选信号 ILE ILE 允许锁存信号允许锁存信号 WRWR1 1# # 写信号写信号1 1 WRWR2 2# # 写信号写信号2 2 XFER# XFER# 传送控制信号传送控制信号 构成构成LE1LE1，一般一般WR1WR1上升沿上升沿锁存锁存 构成构成LE2LE2，一般一般WR2WR2上升沿上升沿锁存锁存20I IOUT1OUT1 模拟电流输出端模拟电流输出端I IOUT2 OUT2 模拟电流输出端模拟电流输出端RFB RFB 反馈电阻引出反馈电阻引出 VRE

9、F VREF 参考电压（参考电压（1010V V10V10V）VCCVCC 电源（电源（5 51515V V）AGNDAGND模拟地模拟地 DGNDDGND数字地数字地接接运放运放，自带，自带反馈电阻反馈电阻 21（3）DAC0832工作方式工作方式v单缓冲方式单缓冲方式：适用于：适用于单片单片DAC0832或或多多片片但但不同时输出不同时输出的场合的场合v双缓冲方式双缓冲方式：适用于要求：适用于要求多个多个DAC0832同时输出同时输出的场合的场合v直通方式：数据直通方式：数据直接直接进行进行DA转换而转换而不锁不锁存存，即，即WR1，WR2，XFER，CS均接地，均接地，ILE接高电平。该

10、方式适用于接高电平。该方式适用于连续反馈连续反馈控制控制系统中。系统中。22单缓冲方式构建方法：单缓冲方式构建方法： 1 1、输入寄存器、输入寄存器锁存：锁存：WR1#WR1#控制，控制，CS#CS#接片选，接片选，ILEILE、WR2#WR2#、XFER#XFER#均有效均有效 2 2、DACDAC寄存器寄存器锁存：锁存：WR2#WR2#控制，控制， XFER#XFER#接片选，接片选，ILEILE、WR1#WR1#、CS#CS#均有均有效效3 3、输入寄存器、输入寄存器和和DACDAC寄存器同时寄存器同时锁锁存：存：WR1#WR1#和和WR2#WR2#同时同时控制，控制，CS#CS#和和

11、XFER#XFER#同接片选，同接片选，ILEILE有效有效23单缓冲方式举例单缓冲方式举例输入寄存器锁存输入寄存器锁存XFERDAC0832D7D0D7D0WR1IOWY5G1G2BG2ACBA74LS138CSA10&A9A8A7A6A5A4A3IOUT1IOUT2WR2ILEVCC-+输出输出RFB24例例1 1 输出可变周期输出可变周期的的三角波三角波信号。信号。vstart0: mov bl,0vlop1:mov al,blvmov dx,668Hvout dx,alvcall delayvinc blvcmp bl,0vjnz lop125vmov bl,0ffhvlop2

12、:mov al,blvmov dx, 668Hvout dx,alvcall delayvdec blvcmp bl,0ffhvjnz lop2vjmp start0vdelay:push cxvmov cx,200vl1: loop l1vpop cxvret26双缓冲方式构建方法：双缓冲方式构建方法：v先先分别分别使多片使多片DAC0832的的输入寄存输入寄存器接收数据器接收数据v再控制这些再控制这些DAC0832同时传送数据同时传送数据到到DAC寄存器，寄存器，以此实现多个以此实现多个D/A转换同步进行，模拟信号同时输出转换同步进行，模拟信号同时输出2728例例2 2：分别从：分别从1#

13、1#DAC0832DAC0832和和2#2#DAC0832DAC0832同时同时输出输出两路三角波两路三角波信号，两路信信号，两路信号号互相反相互相反相。vstart0: mov bl,0vlop1:mov al,blvmov dx,678Hvout dx,alvcall delay29vmov al,blvnot alvmov dx,670Hvout dx,alvcall delayvmov dx,668Hvout dx,alvcall delayvinc blvcmp bl,0vjnz lop1v 3011.3 11.3 模模/ /数数 ( (A/D) A/D) 转换器转换器 11.3.1

14、 11.3.1 模模/ /数转换概述数转换概述 11.3.2 11.3.2 模模/ /数转换的方法和原理数转换的方法和原理 11.3.3 ADC080911.3.3 ADC0809芯片芯片311111.3.1 .3.1 模模/ /数转换数转换概述概述 l模拟量转换成数字量的过程：模拟量转换成数字量的过程：l模拟信号模拟信号采样保持采样保持量化量化编码编码数字数字信号信号32采样保持电路采样保持电路 v什么是采样？什么是采样？v对连续变化的模拟量要按一定的对连续变化的模拟量要按一定的规律和周期规律和周期取出其中的取出其中的某一瞬时某一瞬时值值，这个过程就是，这个过程就是将模拟量离散将模拟量离散化

15、化，称之为，称之为采样采样 33采样频率应根据什么选定？采样频率应根据什么选定？ v通常为了使通常为了使A/DA/D输出信号经过输出信号经过D/AD/A还还原后能更好地反映输入模拟信号的原后能更好地反映输入模拟信号的变化，采样频率一般要变化，采样频率一般要高于或至少高于或至少等于等于输入信号中输入信号中最高频率分量最高频率分量的的2 2倍倍。v在输入信号频率在输入信号频率不是太高的实际应不是太高的实际应用用中，一般取采样频率为最高频率中，一般取采样频率为最高频率分量的分量的4 48 8倍倍。 34什么是保持？什么是保持？v在在A/DA/D转换过程中，必须转换过程中，必须在转换期间在转换期间使使

16、输入电压保持不变输入电压保持不变，否则如果出，否则如果出现现电压波动电压波动，则输出，则输出数字量会产生数字量会产生较大误差较大误差，输出数字量，输出数字量无法表示无法表示输输入信号某点的电压值，因而入信号某点的电压值，因而要加上要加上采样保持电路采样保持电路。35采样保持电路采样保持电路36说明：说明：采样采样状态：控制开关状态：控制开关K K闭合闭合，电容，电容ChCh充电充电，输出跟随输入变化。，输出跟随输入变化。保持保持状态：控制开关状态：控制开关K K断开断开，由保持，由保持电容电容ChCh（A2A2输入阻抗高，漏电流小）输入阻抗高，漏电流小）维持该电路的输出不变。维持该电路的输出不

17、变。37量化和编码量化和编码v量化：任何一个数字量都是由量化：任何一个数字量都是由某个最某个最小数量单位的整数倍小数量单位的整数倍来表示的。因此，来表示的。因此，采样后的电压也必须化成采样后的电压也必须化成这个最小数这个最小数量单位的量单位的整数倍整数倍，这个转化过程叫，这个转化过程叫量量化化。v编码：把量化的数值用编码：把量化的数值用二进制码表示二进制码表示3811.3.2 11.3.2 模模/ /数转换的方法和原理数转换的方法和原理 v1. 1. 计数式计数式A/DA/D转换转换v2. 2. 双积分式双积分式A/DA/D转换转换v3. 3. 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换转换391.

18、 1. 计数式计数式A/DA/D转换转换0 01 1 0 0402. 2. 双积分式双积分式A/DA/D转换转换 AREFCNVVTT22AREFNVVD241说明：说明：v双积分式双积分式A/DA/D的工作模式是的工作模式是固定时间正固定时间正向积分向积分、固定斜率反向积分固定斜率反向积分。v正向积分与反向积分的正向积分与反向积分的切换切换是由正向是由正向积分开始时计数器积分开始时计数器从从0 0计数到计满后计数到计满后产产生的生的溢出信号溢出信号控制的。控制的。v较高的反极性的基准电压进入积分器较高的反极性的基准电压进入积分器反向积分，计数器反向积分，计数器再次从再次从0 0开始计数开始计

19、数，直至直至反向积分至反向积分至0 0时停止计数，此时的时停止计数，此时的计数值就是计数值就是对应的输入量的变换对应的输入量的变换数字数字量量。 423. 3. 逐次逼近式逐次逼近式A/DA/D转换转换 2.8V2.8V1 12.5V2.5V1 11 13.75V3.75V0 00 01 13.13V3.13V0 00 0 1 10 00 01 12.82V2.82V2.66V2.66V1 11 12.74V2.74V1 11 12.78V2.78V1 11 12.80V2.80V1 10 043各种转换方式优缺点：各种转换方式优缺点：v1 1、计数器式：原理及结构、计数器式：原理及结构简单简

20、单，但，但速度较慢速度较慢v2 2、双积分式：、双积分式：抗干扰抗干扰能力能力强强，精确精确度高，但度高，但速度很慢速度很慢v3 3、逐次逼近式：、逐次逼近式：应用最多应用最多，速度较速度较快快，但，但抗干扰抗干扰能力能力稍弱稍弱4411.3.3 ADC080911.3.3 ADC0809芯片芯片v具有具有A/DA/D转换的基本功能转换的基本功能v8 8位位逐次逼近逐次逼近式式ADCADCv转换时间为转换时间为100100 s sv包含扩展部件包含扩展部件多路开关多路开关三态锁存三态锁存缓冲器缓冲器458 8路路模拟模拟开关开关地址地址锁存锁存 与与译码译码三态三态锁存锁存缓冲缓冲 器器8 8

21、位位A/DA/D转换转换器器IN0IN0IN7IN7ADDAADDAADDBADDBADDCADDCALEALE GND GNDVREF(+)VREF(+) VREF(-)VREF(-)OEOESTARTSTART CLK CLKEOCEOCD0D0D7D7IN0IN0IN7IN7 VCCVCC ADC0809ADC0809结构图结构图1 12 23 3461. 1. ADC0809ADC0809的模拟输入的模拟输入v提供一个提供一个8 8通道的通道的多路开关多路开关和和寻址逻辑寻址逻辑IN0IN0IN7IN7：8 8个模拟电压输入端个模拟电压输入端ADDAADDA、ADDBADDB、ADDC

22、ADDC：3 3个地址输入线个地址输入线ALEALE：地址锁存允许信号地址锁存允许信号vALEALE的的上升沿上升沿用于锁存用于锁存3 3个地址输入的状态，个地址输入的状态，然后由译码器从然后由译码器从8 8个模拟输入中个模拟输入中选择一个选择一个模拟输入端模拟输入端进行进行A/DA/D转换转换472. A/D2. A/D转换转换vSTARTSTART：启动转换启动转换信号。当它为信号。当它为上升沿上升沿后，后，将内部寄存器清将内部寄存器清0 0。当它为。当它为下降沿下降沿后，后，开开始始A/DA/D转换。转换。vCLKCLK：时钟时钟信号信号，不高于，不高于640640KHzKHzvEOCE

23、OC：转换结束状态转换结束状态信号。信号。EOCEOC0 0，正在，正在进行进行转换。转换。EOCEOC1 1，转换，转换结束结束vV VREF(+)REF(+)、V VREF(-)REF(-)：参考电压，作为测量：参考电压，作为测量的基准。一般的基准。一般V VREF(REF(+ +) )5v5v,V,VREF(-)REF(-)0V0V。 483. 3. ADC0809ADC0809的数字输出的数字输出vADC0809ADC0809内部内部锁存锁存转换后的数字量转换后的数字量v具有三态数字量输出端具有三态数字量输出端D0D0D7D7v配合输出允许信号配合输出允许信号OEOEo 当输出允许信号当输出允许信号OEOE为高电平有效为高电平有效时，时，将三态锁存缓冲器的将三态锁存缓冲器的数字量数字量从从D0D0D7D7输出输出494.ADC08094.ADC0809的转换时序的转换时序D D0 0D D7 7OEOEEOCEOCSTART/ALESTART/ALEADDA/B/CADDA/B/CDATADATA100100 s s2 2 s+8Ts+8T( (最大最大) )200200nsns( (