第10章 数模转换

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：DI0～DI7：8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+RRR2R2R2R2R2RI6I1I0010101D7D6D1D0...IOUT1RfbIfVO(27)(26)(21)(20)I7VREF10…T型解码网络的结构图+RRR2R2R2R2R2RI6I1I0010101D7D6D1D0...IOUT1RfbIfVO(27)(26)(21)(20)I7VREF10…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...D020

RW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=（B－128）*（VREF/128）Vout=（B－128）*（VREF/128）由上式，在选用+VREF时，（1）若输入数字量D7＝1，则Vout为正；（2）若输入数字量D7＝0，则Vout为负。

6． DAC0832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D7～D0的变化而变化；当LE1=0时（即ILE=0,或=1，或=1），输入寄存器锁存D7～D0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+5V8086总线DO~D7(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208H～20FH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。0H0H0FFH0H0H0H0FFH0FFH0FFH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A0~A19DB数据总线CB控制总线D0D7~WR1CSDA0832208H~20FHABCG2BG2AG1Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y720根A0~A19A7A5M/IOA6A4A374LS138译码器D0~D15≥1A9A8A10A11A12A13A14A158086CPU的三种总线与0832详细的连线图WR2WRXFERILEVccVref5vGND

10,0000,1XXX0832端口地址208H000000A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0A15~A10A9A8A7A6A5A4A3A2A1A0接口片内地址接入138译码器地址A15~A10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CSWRD0~D7CSXFERWR1WR20832DGNDILEVCC+5V8D0~D7VREFRfbIOUT1IOUT2-++5VOUTLM3584．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1μsNOP;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CSWRD0~D7CSXFERWR1WR20832DGNDILEVCC+5V8D0~D7VREFRfbIOUT1IOUT2-+-+10K10K+5VOUT-12V+12VTL084CNTL084CN三种总线与实验室DA单元接口电路D0~D7CSXFERWR1WR20832DGNDILEVCC+5V8VREFRfbIOUT1IOUT2-+-+10K10K+5VOUT-12V+12VTL084CNTL084CNAB地址总线A0~A19DB数据总线CB控制总线D0~D15WRD0~D7译码器IOY0IOY1IOY2IOY3IOY0=9800H

XXXX,XXXX端口地址9800H

A7A6A5A4A3A2A1A0用户可用地址线A15~A80832接口芯片端口地址10011000IOY0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,1DALLYPROCNEAR;软件延时子程序

PUSHCX PUSHAXMOVCX,0050HD1:MOVAX,5000HD2: DECAX JNZD2 LOOPD1 POPAX POPCX RETDALLYENDPCODEENDSENDSTRATINT16HJZAA1MOVAH,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CSRDWRA0A18255D0D7D0~D7D0~D7ILEVCCVREFRfbIOUT1IOUT2DGNDCSXFERWR1WR2-+TL084CN-+TL084CN5V5V+12V-12V10K10KCSWR实验室DA单元接口电路图DBCBAB译码器IOY0IOY1IOY2IOY3D0~D7D0~D7A2A3WRRDWRABCDEFGDPSN74074个共阴极数码管Y1X15V012345674.7K*4（2片）89ABCDEFSN7407Y2Y3Y4X2X3X45V8255芯片与4个数码管接线图4.7K*8PA0PA38255PC0PC301230231PB0PB7

XXXX,00XXPA端口地址9C00HPB端口地址9C04H控制字端口地址9C0CH10011100

A7A6A5A4A3A2A1A0接口片内地址A15~A88255接口芯片各端口地址100111001001110010011100

XXXX,01XX

XXXX,10XX

XXXX,11XXPC端口地址9C08HIOY1由系统板确定

XXXX,XXXX端口地址9800H

A7A6A5A4A3A2A1A0用户可用地址线A15~A80832接口芯片端口地址10011000IOY0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(?)STACK1ENDSDATA SEGMENTDIGITALDB102DISVALUEDBDH,AH,16,16DTABLEDB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07HDB7FH,6FH,77H,7CH,39H,5EH,79H,71H,00HDATA ENDS;

0～F对应的7段数码管的共阴极段位值表CODE SEGMENT ASSUMECS:CODE,DS:DATASTART:MOVAX,DATA MOVDS,AX

MOVDX,MY8255_MODE;初始化8255工作方式

MOVAL,80H;方式0，A口、B口输出

OUTDX,ALCC1:CALLDIS

CALLDACONMOV[DISVALUE+2]，ALMOV[DISVALUE+3]，ALAND[DISVALUE+2]，F0HMOVCL,4SHR[DISVALUE+2]，CLAND[DISVALUE+3]，0FHMOVAH,1INT16HJZCC1

MOVAH,4CINT21HDISPROCNEAR;显示子程序

PUSHAX

MOVSI,OFFSETDISVALUE MOVDL,0FEH MOVAL,DLAGAIN:PUSHDXMOVDX,MY8255_AOUTDX,AL;设置X1～X4，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,[BX]

MOVDX,MY8255_BOUTDX,AL;写入数码管A～DpCALLDALLYINCSI;取下一个值

POPDX

MOVAL,DL TESTAL,01H;判断是否显示完？

JZOUT1;显示完，返回

RORAL,1 MOVDL,AL JMPAGAIN;未显示完，跳回继续OUT1:POPAX RETDISENDPDACONPROCNEAR;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:DECAX JNZD2 LOOPD1 POPCX RETDALLYENDPCODEENDSENDSTART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