1,第九章 A/D与D/A转换,2,工业控制中，常须将采集的模拟量转换为数字量送入计算机进行处理；而计算机输出的数字量常被转换为模拟量，从而进行工业生产控制。,3,A/D：模拟量数字量 (Analog Digital)。实现A/D转换的电路称为A/D转换器，简称ADC。 D/A：数字量模拟量 (Digital Analog)。实现D/A转换的电路称为D/A转换器，简称DAC。,4,9.1 D/A转换,D/A转换工作原理,D/A转换器接口电路,DAC0832及其应用,DAC1210及其应用,D/A转换,5,(1) D/A转换工作原理,数字量,模拟量,T型 电阻 网络,参考电压,求和放大器,R-2R T型电阻网络D/A转换电路,6,电路特征 运算放大器虚地：输入电流近似为0（虚断路），输入电压近似为0（虚短路）。 T型网络只有R和2R两种电阻，整个网络的等效电阻为R。,7,结论 共有n条分支，各支路的电流为：,8,输入的数字量 Di 控制模拟开关 Si ： Di = 0时，开关 Si 接地，支电流 Ii 流向地； Di = 1时，开关 Si 接运放，支电流 Ii 流向运放。 输入运放的电流 Ii 为各支路电流之和。,I = D n-1 I n-1 + D n-2 I n-2 + + D1 I 1 + D 0 I0 = (Dn-1 2n-1 + + D1 21 + D0 20) = D,9,D/A的原理 输出电压 V0 = -IRf = -D Rf，故模拟电压输出V0与数字量输入D之间成正比关系。 常将 - 设为，它表示最低位数字量变化时对应的模拟输出增量（分辨力）。 通过调整 Rf 和VREF，可调整D/A的输出范围和满刻度。,10,【例9-1】基准电压VREF = -10V，Rf = R，数字量输入为8位，试分析D/A转换原理。分析： 输出电压 V0 = -IRf = -D Rf = D。 = - = - = 0.039V。 当数字量输入为 0000 0000B时， V0 = 0V 当数字量输入为 0000 0001B时， V0 = 1 = 0.039V 当数字量输入为1000 0000B 时， V0 = 128 = 5V 当数字量输入为1111 1111B 时， V0 = 255 = 9.96V,为什么不是满刻度10V？,11,D/A转换的技术参数 分辨率 表示最低位数字量变化时对应的模拟输出增量。它代表分辨力。 分辨率：常用相对百分值表示，指与最大满量程输出电压的比值。即：分辨率 = /满量程 = / (2n-1) = 1/(2n-1) 分辨率越高，转换时对输入量的微小变化反应越灵敏。它与数字量位数n有关，n越大分辨率越高。 分辨率常用数字量位数表示，有8位、12位等。,12,转换精度 指实际输出值与理论计算值之差。用于衡量D/A转换的精确程度。 转换精度取决于D/A转换器各部件制作的误差。,13,建立时间 指从数字信号输入转换器起，到输出电压或电流达到稳定值所需的时间。它决定了转换速度。 目前1012位单片集成D/A转换器的建立时间多在1s之内。按其建立时间可分为： 低速：100 s 中速：1100 s 高速：50ns 100 s 超高速：100s 、1100s、50ns100s、50 ns)。 按内部是否有数据输入寄存器分：带数据输入寄存器、不带数据输入寄存器。 按与微机系统的连接关系分：位数等于微机系统数据总线、位数大于微机系统数据总线。,(2) D/A转换器接口电路,17,D/A转换器与CPU的数据缓冲 D/A转换器与CPU相连时，可看做是CPU的一个输出外设，需连接地址、数据和控制总线。 数据锁存问题：CPU向D/A转换器输出的数据在数据总线上停留的时间很短，而D/A转换器要求在转换期间数据输入保持稳定。因此，需要数据锁存器来保持CPU输出给D/A转换器的数据，直至转换结束。 对于内部自带数据锁存器的D/A转换器，CPU可直接与其相连；对无数据锁存器的D/A转换器，须在D/A转换器外部另加数据锁存器。,18,D/A转换器与CPU连接的四种情况 8位DAC，片内无输入数据锁存器：必须外置数据锁存器，数据可一次传送给D/A转换器。 8位DAC，片内有输入数据锁存器：无须外置，可直接与CPU相连，数据可一次传送给D/A转换器。 DAC多于8位，片内无输入数据锁存器：对于8位PC机，需要外置两级数据锁存器，以便数据总线与DAC相匹配。D/A转换时，数据需分2次传送给锁存器，同时要保证全部数据同时到达DAC进行转换。 DAC多于8位，片内有输入数据锁存器：对于8位PC机， D/A转换时，数据需分2次传送给数据锁存器，同时要保证全部数据同时到达DAC进行转换。,19,内容概要,D/A转换工作原理,D/A转换器接口电路,DAC0832及其应用,DAC1210及其应用,D/A转换,D/A转换器的数据锁存问题 D/A转换器与CPU连接的4种情况,20,总体特性 8位，属DAC0800系列，可与DAC0830、DAC 0831相互替换。 采用CMOS工艺，片内有R-2R T型电阻网络，是电流输出型D/A转换器。要想得到电压形式输出，需外接运算放大器。 内部自带两级8位输入锁存器，可与数据总线直接相连，无需外接锁存器。,(3) DAC0832及其应用,21,内部结构,数据输入,输入锁存允许信号,数据传送控制信号,22,外部引脚,23,DI0 DI7：8位数字输入端。 ILE：输入锁存允许信号，高有效。 WR1：写信号1，输入寄存器写选通信号，低有效。 输入寄存器的锁存信号 LE1 = CS & WR1 & ILE。 当三者同时有效时，LE1也有效，输入寄存器的输出随输入变化。 当WR1无效时，LE1也无效，输入的数据被锁存在输入寄存器中。,24,XFER：数据传送控制信号，低有效。 WR2：写信号2，DAC寄存器写选通信号，低有效。 DAC寄存器的锁存信号LE2 = XFER & WR2 。 当两者同时有效时，LE2也有效，DAC寄存器的输出随其输入而变化。 当WR2无效时，LE2也无效，输入寄存器的数据被锁存在DAC寄存器中。,25,IOUT1：DAC电流输出端1，是数字输入端逻辑电平为1的各位输出电流之和。DAC寄存器的内容为全1时，IOUT1最大；全为0时，IOUT1最小。 IOUT2：DAC电流输出端2。IOUT1+ IOUT2 = 常数。此常数对应于一固定基准电压的满量程电流。 RFB：反馈电阻。制作在芯片内部，用作DAC提供输出电压的运算放大器的反馈电阻。 VREF：基准电源输入端。一般在-1010V范围内。 Vcc：逻辑电源输入端，取值范围为+5 +15V。 AGND：模拟地，为芯片模拟电路接地点。 DGND：数字地，为芯片数字电路接地点。,26,DAC0832的工作方式 (3种) 直通工作方式2个寄存器均直通放行 CS、WR1、WR2、XFER均接地，ILE接电源，故LE1 和 LE2均有效，这样，输入寄存器和DAC寄存器均处于直通放行状态，数据直接送入D/A转换器进行D/A转换。 这种方式不使用缓冲寄存器，不能直接与CPU系统总线相连，可外接8255等接口芯片作为缓冲。,27,28,单缓冲方式1个直通，1个受控 将WR2 和 XFER均接地，使DAC寄存器处于直通状态；使ILE接高电平，WR1接CPU的IOW，CS接地址译码输出，输入寄存器处于受控状态。,29,输入数据只需一级缓冲即可送入D/A转换电路，故仅需执行一次写操作，即可完成D/A转换。该方式多应用于多个模拟量不同时输出的场合。,MOV AL，Data ；取数字量 OUT PORT，AL ；启动D/A转换,30,两级缓冲方式2个寄存器均受控,31,两级缓冲方式下，需执行两条指令才能实现D/A转换。设2个寄存器的端口地址分别为port1和port2，则：该方式可用于同时需要输出多个模拟量的场合。,MOV DX，port1 OUT DX，AL ；打开输入寄存器 MOV DX，port2 ；AL内容可任意 OUT DX，AL ；打开DAC寄存器,32,【例9-2】用2片DAC0832组成一个模拟输出系统，将内存DATA1和DATA2两个单元的字节数据同时转换成模拟量，产生2个模拟电压输出。,33,解题分析： 两个DAC0832芯片的输入寄存器各占一个端口地址，便于分别写入各自的数据。 两片芯片的DAC寄存器共用一个地址，以确保可同时打开，让数据同时送入两个D/A转换器，以便同时开始转换，使两个模拟量同步输出。,34,MOV AL，DATA1 ；第1个数据 MOV DX，port1 ；第1片0832输入寄存器地址 OUT DX，AL ；将DATA1输出到第1片0832输入寄存器 MOV AL，DATA2 ；第2个数据 MOV DX，port2 ；第2片0832输入寄存器地址 OUT DX，AL ；将DATA2输出到第2片0832输入寄存器 MOV DX，port3 ；两片0832的DAC寄存器地址 OUT DX，AL ；同时打开两片0832的DAC寄存器；同时开始进行转换,35,DAC0832应用举例 D/A转换器输出的模拟量与输入的数字量成正比关系。利用该特性，CPU通过程序向D/A转换器输出不同变化规律的数字量，可得到相应变化的模拟量。 利用D/A转换器可很容易产生各种波形，如方波、三角波和锯齿波等。,36,【例9-3】用DAC0832作为函数波形发生器，使其能产生方波、锯齿波和三角波。设8255的端口地址范围是20020FH。,工作方式？,37,锯齿波程序：,MOV DX，203H ；8255A控制口地址MOV AL，82H ；8255A控制字OUT DX，AL ；设置8255A 的A口为方式0输出MOV DX，200H ；8255A的A口地址MOV AL，00H ；输出数据初值 J： OUT DX，AL ；锯齿波输出INC ALJMP J,负向锯齿波如何实现？,38,三角波程序：利用正、负向锯齿波组合，产生三角波。,MOV DX，203H ；8255A控制口地址, 控制字MOV AL，82H OUT DX，AL ；设置8255A 的A口为方式0输出 S：MOV DX，200H ；8255A的A口地址MOV AL，00H ；正向锯齿波 Z：OUT DX，ALINC ALJNZ Z MOV AL，0FFH ；负向锯齿波 F：OUT DX，ALDEC ALJNZ F JMP S,39,方波程序,MOV DX，203H ；8255A控制口地址MOV AL，82H ；8255A控制字OUT DX，AL ；8255A的A口方式0输出MOV DX，200H ；8255A的A口地址 AGAIN：MOV AL，00HOUT DX，AL ；输出方波“0”CALL DELAY ；方波“0”宽度MOV AL，0FFHOUT DX，AL ；输出方波“1”CALL DELAY ；方波“1”宽度JMP AGAIN,