第10章 A-D与D-A转换器接口.ppt

1、第10章 A/D与D/A转换器接口 伴随半导体技术、数字信号处理技术及通信技术的飞速发展，A/D、D/A转换器近年也呈现高速发展的趋势。人类数字化的浪潮推动了A/D、D/A转换器不断变革，现在，在通信产品、消费类产品、工业医疗仪器乃至军工产品中无一不显现A/D、D/A转换器的身影，可以说，A/D、D/A转换器已经成为人类实现数字化的先锋。,10.1 D/A转换器接口技术 D/A转换器工作时，只要CPU把数据送到它们的输入端，就开始转换，而不需要专门的控制信号触发转换开始。同时，D/A转换器也不提供转换结束之类的状态信号，所以CPU向DAC传送数据时，也不必查询DAC的状态是否准备好，只要两次传

2、送数据之间间隔不小于DAC的转换时间，都能得出正确的结果。,10.1.1 D/A转换器的主要性能指标 10.1.2 D/A转换器的基本工作原理 D/A转换器由数码寄存器、模拟电子开关电路、解码网络、求和电路及基准电压几部分组成。数字量以串行或并行方式输入并存储于数码寄存器中，寄存器输出的每位数码驱动对应数位上的电子开关将在电阻解码网络中获得的相应数位权值送入求和电路。求和电路将各位权值相加便得到与数字量对应的模拟量。以4位倒T形电阻网络/A转换器为例来说明其原理，其原理如图10-1所示，其中MSB表示最高有效位(Most Significant Bit)。,10.1.3 8位D/A转换器接口设

3、计 8位D/A转换器DAC0832 （1）内部结构及引脚功能,（2）DAC0832输出方式 DAC0832是电流型输出的，有电流输出1(IOUT1)和电流输出(IOUT2)，IOUT1+IOUT2=常数。由于大部分器件是电压型的，因此需将电流信号转换为电压信号，对于DAC0832而言，在其输出端接一运算放大器即可。根据不同的应用，DAC0832可以接成单极性输出，也可以接成双极性输出方式。单极性工作输出接线如图10-3所示。,双极性工作输出接线如图10-4所示。,2. DAC0832与CPU的连接 （1）单缓冲工作方式 按单缓冲工作方式，它与CPU的连接电路如图10-5所示。,（2）双缓冲工作

4、方式：,10.1.4 12位D/A转换器接口设计 1. 12位D/A转换器DAC1210,2. DAC1210与微机CPU的接口设计 由于数据宽度不一致，所以必须把12位的数据分两次送入DAC1210的第一级锁存器，然后送入第二级12位DAC寄存器。也就是必须采用双缓冲方式。,10.2 A/D转换器接口技术 A/D转换器是模拟信号源与计算机或其它数字系统之间联系的桥梁，它的任务是将连续变化的模拟信号转换为数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中，A/D转换器是不可缺少的重要组成部分。 随着集成电路的飞速发展，A/D转换器的新设计思想和制造技术层

5、出不穷。为满足各种不同的检测及控制需要而设计的结构不同、性能各异的A/D转换器应运而生。 根据A/D转换器的原理可将A/D转换器分成两大类。一类是直接型A/D转换器，将输入的电压信号直接转换成数字代码，不经过中间任何变量；另一类是间接型A/D转换器，将输入的电压转变成某种中间变量（时间、频率、脉冲宽度等），然后再将这个中间量变成数字代码输出。尽管A/D转换器的种类很多，但目前广泛应用的主要有三种类型：逐次逼近式A/D转换器、双积分式A/D转换器、V/F变换式A/D转换器。另外，近些年有一种新型的-型A/D转换器异军突起，在仪器中得到了广泛的应用。,10.2.1 A/D转换的工作过程 1.采样保

6、持 采样是将随时间连续变化的模拟量转换为时间离散的模拟量。采样过程如图10-9所示。,图10-10 采样保持电路,2. 量化与编码 将采样保持电路的输出电压，按某种近似方式归化到与之相应的离散电平上。这一转化过程称为数值量化，简称量化。量化过程常采用两种近似量化方式：只舍不入量化方式和四舍五入的量化方式。 10.2.2 并行比较型A/D转换器 三位并行比较型A/D转换器原理电路如图10-11所示。,10.2.3 双积分式A/D转换器 1.电路组成 图10-12是双积分式A/D转换器的原理电路，由积分器、过零比较器、时钟脉冲控制门和定时/计数器等几部分组成。,2.工作原理 双积分式A/D转换器的

7、基本原理是：先对输入模拟电压进行固定时间的积分，然后转为对标准电压的反相积分，直至积分输入返回初始值，这两个积分时间的长短正比于二者的大小，进而可以得出对应模拟电压的数字量。,3逐次逼近型A/D转换原理 逐次逼近型A/D转换原理如10-14所示。,10.2.4 A/D转换器接口的主要性能指标 分辨率（Resolution） 转换时间 3. 量化和量化误差 4. 精度 5. 满刻度误差（Full Scale Error） 6. 线性度（Linearity）,10.2.5 8位A/D转换器接口设计 8位A/D转换器ADC0809 （1）主要性能指标 ADC0809是CMOS数据采集器件，它不仅包括

8、一个8位的逐次逼近型的A/D部分，而且还提供一个8通道的模拟多路开关和联合寻址逻辑。 （2）内部结构及引脚功能 ADC0809的原理框图如图10-15所示。,2. ADC0809与8086CPU接口 （1）查询法 ADC0809与CPU采用查询法的接口电路，如图10-16所示。,（2）中断法 ADC0809与8086CPU采用中断响应的接口电路如图10-17所示。,10.2.6 12位A/D转换器接口设计 1. 12位A/D转换器AD1674 AD1674是美国AD公司的产品，是目前应用较广的12位快速逐次逼近式ADC芯片。 （1）主要技术指标 分辨率12位。 快速逐次逼近式，转换时间为10s

9、。 内部集成时钟、基准电压电路以及采样保持放大器。 有与8位/16位微处理器兼容的接口，三态输出锁存。 单级性和双级性输入，模拟输入电压范围010、020V、5V和10V。 （2）引脚功能 AD1674有28个引脚，采用双列直插式封装，其芯片引脚如图10-18所示。,（3）内部结构 AD1674内部结构图如图10-19所示，AD1674是采用Bimos工艺，主要由宽频带采样保持放大器SHA、10V基准电源、时钟电路、逐次逼近寄存器SAR、高分辨率比较器COMP、D/A转换器DAC、控制部件以及三态输出缓冲器等组成。,（6）模拟输入方式 AD1674有单极性和双极性两种模拟输入方式： 单极性输入的接线和校准：单极性输入的接线如图10-20(a)所示。AD1674在单极性方式下，有两种额定的模拟输入范围：0+10V的输入接在10VIN和AGND间，0+20V输入接在20VIN和AGND间。R1和R2 为调整电阻。 双极性输入的接线和校准：双极性输入的接线如图10-20(b)所示。和单极性输入时一样，双极性时也有两种额定的模拟输入范围：5V和1