第十一章 数模（ D/A ）转换与模数（ A/D ）转换

1. 第十一章 数模（D/A）转换与模数（A/D）转换 习题：11－4，11－8 第一节 概 述 一、实时控制系统的结构及组成 第二节 D/A转换 一、数/模转换器的原理(组成） 二、八位D/A转换器DAC0832 三、12位D/A转换器DAC1210 第三节 A/D转换 一、逐次逼近式模/数（A/D）转换器原理 二、逐次逼近式A/D转换器基本组成 三、典型模/数转换器ADC0809

2. 控 制 对 象 计 算 机 多 路 开 关 MUX 采 样 保 持 器 S/H A/D 转 换 器 I/O 接 口 传感器 放大滤波 传感器 放大滤波 执 行 部 件 多 路 开 关 MUX D/A 转 换 器 I/O 接 口 包括A/D和D/A的实时控制系统 第一节 概 述 一、实时控制系统的结构及组成

3. ２. 放大器：把传感器输出的信号(一般为mV或 V)放大到 A/D转换所需的量程范围。 １. 传感器：把控制对象的各种参数的物理量用传感器测量 　　　　　　出来，并转换成电信号。 ３. 低通滤波器：抑制干扰，提高信躁比。 ４. 多路开关：对传感器输出的多路信号进行切换，用一路装 　　　　 置进行测量和控制。 5. 采样保持电路：对模拟信号进行采样并保持以保证A/D转 换的正确性。

4. d1 d2 。 d3 d4 VR =5V I2 I3 I4 I1 R 2R 4R 8R Rf = R/2 If S1 S2 S3 S4 － Vo Io Σ + 第二节 D/A转换 一、数/模转换器的原理(组成） 若d1d2d3d4=1000

5. R D3 D2 D1 D0 I _              V0 + I3 I2 I1 I0 2R 2R 2R 2R VR  R R R 2R VR = (23D3+22D2+21D1+20D0) 24R I=I3D3+I2D2+I1D1+I0D0 T型电阻解码网络：

6. 8 13 VREF DI7 8 位 输 入 寄 存 器 14 DI6 主要技术指标： 分辨率： 8位 转换时间： 1 S 满量程误差：±1LSB 参考电压： ±10V 单电源： +5V~+15V 12 15 8位 DAC 寄存器 DI5 8位 D/A 转换器 IOUT2 16 DI4 4 11 DI3 IOUT1 5 DI2 R1b 6 DI1 Rfb 7 9 DI0 19 ILE IE IE CS 3 AGND 1 2 20 Vcc WR1 18 10 17 DGND XFER WR2 DAC0832的内部结构图 二、8位D/A转换器DAC0832 1. 芯片介绍

7. i i R 0832 数 字 量 输 入 0832 数 字 量 输 入 VOUT - - R + + VOUT R1 R2 VOUT = - iR VOUT = iR(1+R2 / R1) VREF R1 0832 数 字 量 输 入 IOUT1 R4 R3 - R2 - IOUT2 + + VOUT 2. 芯片的输出电路 双极性输出

8. ①直通方式：ILE接高电平； CS、WR1、WR2、XFER直接接地。D/A转换器的输出随着总线数据的变化而变化。 ②单缓冲方式： ILE接高电平； CS、WR1、WR2、XFER接控制输出端（连接方式有多种形式）； 当对DAC0832进行写操作时（执行OUT指令选中端口），数字量被转换成模拟量。 D A C 0 8 3 2 Vcc ＋5V 地址 译码 WR2 WR1 CS XFER 地址 总线 WR IO/M IOUT1 － Vo A IOUT2 + AGND D7-D0 ＋5V ILE VREF DGND DAC0832与8位数据总线微机的连接图 3. DAC0832的三种工作方式

9. 单缓冲方式的应用 例2 要求DAC输出一三角波，波形下限电压为0.5V，上限电压为2.5V。 例1 设DAC的口地址为80H，要求输出0~4.98V的周期性锯齿波 下限电压对应的数字量为： 0.5*256/5=26=1AH 上限电压对应的数字量为： 2.5*256/5=128=80H BEGIN： MOV AL，1AH UP ： OUT 80H，AL INC AL CMP AL，81H JNZ UP DEC AL DOWN： OUT 80H，AL DEC AL CMP AL，19H JNZ DOWN JMP BEGIN START： MOV AL，0FFH AGAIN： INC AL OUT 80H，AL CALL DELAY JMP AGAIN 阶梯的宽度由延时时间决定

10. 地址 总线 ＋5V Vcc 地址 译码 320H 321H IOUT1 － Vo A + IOUT2 AGND D7-D0 DAC0832 ＋5V ILE DGND VREF DAC0832与8位数据总线微机的连接图 WR1 WR2 CS XFER IOWR MOV DX，320H MOV AL，DATA OUT DX，AL INC DX OUT DX，AL ③双缓冲方式： 第一种应用情况：在前一个数据转换的同时，CPU将下一个数据先输入至输入寄存器，然后再在某个时刻启动D/A转换。

11. - DAC1 ILE WR1 VO1 + CS XFER WR2 CS1 译码器 CS2 AB CS3 - DAC2 XFER ILE WR1 + V O2 XFER WR2 - DAC3 ILE WR1 + V O3 CS XFER WR2 IO/M WR 第二种应用情况：在多路DAC系统中，需要同步D/A转换时，采用双缓冲方式。 在不同的时刻把要转换的数据分别打入各DAC的输入寄存器，然后由一个转换命令同时启动多个DAC转换。

12. 10 15 VREF D11 8 位 输 入 寄 存 器 16 D10 14 主要技术指标： 分辨率： 12位 转换时间：1 S 满量程误差：±1LSB 参考电压范围： ±25V 单电源范围： +5V~+15V 17 12位 DAC 寄存器 D9 12位 D/A 转换器 IOUT2 18 D8 13 19 D7 IOUT1 20 D6 Rfb 4 D5 Rfb 5 11 D4 6 D3 4位 输入 寄存 器 7 3 AGND D2 CS 控制引脚CS、 B1/B2、WR1作为输入寄存器的输入控制； WR2 、XFER作为DAC寄存器的输入控制 8 D1 9 24 Vcc D0 23 B1/B2 LE LE 12 WR1 DGND 1 2 21 XFER 22 WR2 LE DAC1210的内部结构图 三、12位D/A转换器DAC1210 1. 芯片介绍

13. D7 D0 D11 D0 DAC 1210 控制DAC1210的转换共要用到3个I/O端口，CS引脚的口地址为220H-221H，其中220H选通8位输入寄存器，221H选通4位输入寄存器；XFER引脚的口地址为222H-223H，任一个地址都可启动D/A转换。若待转换的数字量在BX寄存器的低12位，则完成一次D/A转换的程序如下 i R RFB - IOUT1 IOW + WR1 WR2 IOUT2 VOUT A0 B1/B2 地址译码 AB CS XFER 2. DAC1210与8位CPU接口方式 START： MOV DX，220H MOV CL，4 SHL BX，CL MOV AL，BH OUT DX，AL INC DX MOV AL，BL OUT DX，AL INC DX OUT DX，AL

14. 第三节 A/D 转换 一、逐次逼近式模/数（A/D）转换器原理 实现A/D转换的方法有多种，而逐次逼近式A/D转换具有速度快，分辨率高等优点获得了广泛的应用。这种A/D转换器的比较过程与天平的称重的过程相似。若一台天平具有32克、16克、 8克、 4克、 2克和1克等6种砝码，需要称量的物体重量为27.4克。称量从最重的砝码试起，过程如下表所示。 M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27（克）

15. Vi CLK + - 控制逻辑 SAR 输 出 数 据 缓冲器 DAC VR 逐次逼近式A/D转换器原理框图 二、逐次逼近式A/D转换器基本组成 控制逻辑(SAR)：移位寄存器、数据寄存器、时序电路及去留码逻辑电路； DAC:产生电子砝码； 比较器：对输入电压与电子砝码进行比较，并由控制逻辑决定该砝码的去留。 设转换器的位数n=4，相应的电子砝码分别为2.5V、1.25V、0.625V、0.3125V。Vi=3V,则转换过程及结果如表所示。

16. START CLK EOC 控制与时序 8路 模拟 开关 IN7 三态 输出 锁存 缓冲 器 D7 SAR IN0 树状开关 D0 ADDA ADDB ADDC ALE 地址 锁存 与 译码 电阻网络 Vcc GND VREF+ VREF- OE ADC0809功能方框图 三、典型A/D转换器ADC0809 1. 芯片简介 主要技术指标 分辨率：8位 转换误差： ±1/2LSB~±1LSB 转换时间：100 µS 时钟频率： 640KHZ 测量路数：8路 输出：三态缓冲 单一5V供电，对应输入模拟电压范围0~5V

17. START ALE 通道地址 64CLK EOC OE DATA 2. ADC0809工作时序 ①选择当前转换的通道，即将通道编码送地址锁存器； ②通过执行OUT指令在START，ALE上产生一个正脉冲，锁存通道编码并启动A/D； ③A/D转换开始后，EOC变低，经过64个时钟周期后，转换结束，EOC变高； ④转换结束后，通过执行IN指令设法在OE脚上产生一个正脉冲，打开输出缓冲器的三态门读入转换数据。

18. OE Vcc +5V ADC0809具有三态输出缓冲器，可以与CPU直接连接。 若地址译码器的输出Y1的地址为84H~87H，则采用无条件传送方式从输入通道IN7读入一个模拟量的程序为： VREF+ ALE START 译码 VREF- GND ADDC ADDB ADDA D7~D0 EOC CLOCK A7~A0 D7~D0 IN7 IN0 ADC 0809 Nc 8分频 CLK IOR ADC0809直接与微处理器的连接 Y1 IOW 3. ADC0809与微处理器的连接 ⑴ 直接连接 MOV AL，07H OUT 84H，AL CALL DELAY120 IN AL，84H 若采用中断方式，可用ADC0809的EOC输出端作为CPU的中断申请信号，在中断服务程序中读入转换后的数据。

19. 8分频 CLOCK +5V CLK D7~D0 Vcc VREF+ IOWR IORD D7 ~ D0 A0 A1 A7 ~ A2 8 2 5 5 A WR RD DB A0 A1 ALE START PB4 PB2 PB1 PB0 PA PC7 VREF- GND ADDC ADDB ADDA EOC OE 8088 总线 IN7 IN0 Y0 Y1 ADC 0809 译码 CS Y0地址为80H~83H Y1 地址为84H~87H ⑵ 通过并行接口芯片同CPU连接 问题：用一片8255A并行接口芯片控制ADC0809的转换过程； 分析：8255A有三个8位的并行口，可用PB口输出0809的通道选择编码和控制ADC的启动，PC口输入ADC的状态。 PA口作为他用， 实现：首先完成CPU与8255的连接，然后根据分析完成ADC与8255的连接 ADC 0809通过8255A的接口原理图

20. 例：对ADC0809的IN0至IN7巡回进行采样一次，并将采样的数据存放在以DATA开始的内存单元中。例：对ADC0809的IN0至IN7巡回进行采样一次，并将采样的数据存放在以DATA开始的内存单元中。 MOV AL，98H ；8255方式0，PA口输入， OUT 83H，AL ；PB口输出，PC口高四位输入 MOV SI，OFFSET DATA ；置内存首址 MOV AX，0H ；开关初始编码 MOV CX，8 AGA：MOV AL，AH ；输出开关编码 OUT 81H，AL ADD AL，10H ；启动ADC OUT 81H，AL SUB AL，10H OUT 81H，AL 第一步：程序初始化 第二步：输出通道号 启动ADC LOP： IN AL，82H ；检查EOC TEST AL，80H JZ LOP ；EOC=0，继续查询 IN AL，84H ；EOC=1，读入数据 MOV [SI]，AL ；存入内存 第三步：判ADC转换 结束否？结束则读入数据，存入内存。否则再判 INC SI ；修改指针 INC AH ；修改开关编码 LOOP AGA ；未完继续 第四步：修改循环变量 判测量完否？未完继续