第11章ADC,DAC

1、復習n8237A內部寄存器的作用和編程內部寄存器的作用和編程n8237A在在IBM PC系列機上的應系列機上的應用用第第11 11章章 模數(shù)接口模數(shù)接口第第11 11章章 模數(shù)接口模數(shù)接口教學重點n DAC 0832及其與主機的連接及其與主機的連接n ADC 0809及其與主機的連接及其與主機的連接模擬量與數(shù)字量n模擬量模擬量連續(xù)變化的物理量連續(xù)變化的物理量n數(shù)字量數(shù)字量時間和數(shù)值上都離散的量時間和數(shù)值上都離散的量模擬模擬/數(shù)字轉換器數(shù)字轉換器ADCDAC數(shù)字數(shù)字/模擬轉換器模擬轉換器11.1 模擬輸入輸出系統(tǒng)數(shù)字信號數(shù)字信號模擬信號模擬信號現(xiàn)場信號現(xiàn)場信號1現(xiàn)場信號現(xiàn)場信號2現(xiàn)場信號現(xiàn)場信號

2、n微型微型計算機計算機放大器放大器放大器放大器放大器放大器多多路路開開關關低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器低通濾波低通濾波傳感器傳感器A/D轉換器轉換器采樣保持器采樣保持器數(shù)字信號數(shù)字信號受控對象受控對象控制信號控制信號模擬信號模擬信號D/A轉換器轉換器放大驅動電路放大驅動電路傳感器傳感器將各種現(xiàn)場的物理量測量出來將各種現(xiàn)場的物理量測量出來并轉換成電信號（模擬電壓或電流）并轉換成電信號（模擬電壓或電流） 放大器放大器把傳感器輸出的信號放大到把傳感器輸出的信號放大到ADC所需所需的量程范圍的量程范圍低通濾波器低通濾波器用于降低噪聲、濾去高頻干擾，用于降低噪聲、濾去高頻干擾

3、，以增加信噪比以增加信噪比多路開關多路開關把多個現(xiàn)場信號分時地接通到把多個現(xiàn)場信號分時地接通到A/D轉換器轉換器采樣保持器采樣保持器周期性地采樣連續(xù)信號，周期性地采樣連續(xù)信號，并在并在A/D轉換期間保持不變轉換期間保持不變11.2 D/A轉換器DAC數(shù)字數(shù)字/模擬轉換器模擬轉換器模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量11.2.1 D/A轉換的基本原理數(shù)字量數(shù)字量 模擬量模擬量1101B 13D/A轉換器的原理圖（1）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF電阻網絡電阻網絡基準電壓基準電壓電子開關電子開關D/A轉換器

4、的原理圖（2）Iout2Iout1RfbRfbVout+_I1S1D1c2RRI2S2D2b2RRI0S0D0d2R2RRI3S3D3a2RVREF阻抗阻抗2R運算放大器運算放大器虛地虛地D/A轉換器的原理圖（3）VaVREFVbVREF/2VcVREF/4VdVREF/8I0Vd/2RVREF/（82R）I1Vc/2RVREF/（42R）I2Vb/2RVREF/（22R）I3Va/2RVREF/（12R）D/A轉換器的原理圖（4）Iout1I0I1I2I3VREF/2R（1/81/41/21）RfbRVoutIout1RfbVREF（20212223）/24Vout（D/2n）VREF11.

5、2.2 DAC0832芯片nDAC0832是典型是典型的的8位電流輸出型位電流輸出型通用通用DAC芯片芯片LE2LE1 RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入寄存器 DGNDDI0DI7D/A轉換器DAC寄存器Iout2Iout1DAC0832的內部結構LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILEVREF輸入輸入寄寄存存器器DGNDDI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout2Iout1CSWR1WR2XFER1. DAC0832的數(shù)字接口n8位數(shù)字輸入端位數(shù)字輸入端nDI0DI7（DI0為最低位）為最低位）n輸入寄存器（第輸入寄存器（第1級鎖存）的控制端級鎖

6、存）的控制端nILE、CS*、WR1*nDAC寄存器（第寄存器（第2級鎖存）的控制端級鎖存）的控制端nXFER*、WR2*直通鎖存器的工作方式兩級緩沖寄存器都是直通鎖存器兩級緩沖寄存器都是直通鎖存器nLE1，直通（輸出等于輸入），直通（輸出等于輸入）nLE0，鎖存（輸出保持不變），鎖存（輸出保持不變）LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式nLE1LE21n輸入的數(shù)字數(shù)據直接進入輸入的數(shù)字數(shù)據直接進入D/A轉換器轉換器LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DA

7、C寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：單緩沖方式nLE11，或者，或者LE21n兩個寄存器之一始終處于直通狀態(tài)兩個寄存器之一始終處于直通狀態(tài)n另一個寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）另一個寄存器處于受控狀態(tài)（緩沖狀態(tài)）LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換器器DAC寄寄存存器器Iout1DAC0832的工作方式：雙緩沖方式n兩個寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)兩個寄存器都處于受控（緩沖）狀態(tài)n能夠對一個數(shù)據進行能夠對一個數(shù)據進行D/A轉換的同時；輸入轉換的同時；輸入另一個數(shù)據另一個數(shù)據LE2LE1DAC0832輸入輸入寄寄存存器器DI0DI7D/A轉轉換換

8、器器DAC寄寄存存器器Iout12. DAC0832的模擬輸出nIout1、Iout2電流輸出端電流輸出端nRfb反饋電阻引出端（電阻在芯片內）反饋電阻引出端（電阻在芯片內）nVREF參考電壓輸入端參考電壓輸入端n10V10VnAGND模擬信號地模擬信號地nVCC電源電壓輸入端電源電壓輸入端n5V15VnDGND數(shù)字信號地數(shù)字信號地單極性電壓輸出VoutIout1Rfb（D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF單極性電壓輸出：例子設設 VREF5VnDFFH255時，最大輸出電壓：時，最大輸出電壓：Vmax（255/256）5V4.98VnD00H時，最小

9、輸出電壓：時，最小輸出電壓：Vmin（0/256）5V0VnD01H時，一個最低有效位（時，一個最低有效位（LSB）電壓：）電壓：VLSB（1/256）5V0.02VVout（D/2n）VREF雙極性電壓輸出：電路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20雙極性電壓輸出：公式取取 R2R32R1得得 Vout2（2Vout1VREF）因因 Vout1（D/28）VREF故故 Vout2（D27）/27）VREF雙極性電壓輸出：例子設設 VREF5VnDFFH255時，最大輸出電壓：時，最大輸出電壓：Vm

10、ax（255128）/1285V4.96VnD00H時，最小輸出電壓：時，最小輸出電壓：Vmin（0128）/1285V5VnD81H129時，一個最低有效位電壓：時，一個最低有效位電壓：VLSB（129128/1285V0.04VVout（D27）/27）VREF3. 輸出精度的調整RfbIout2Iout1Vout+_AGND調零調零電位器電位器調滿刻度調滿刻度電位器電位器電源電源 5VADI10K1M1KVREF4. 地線的連接DGNDAGND模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路ADCDAC模擬電路模擬電路數(shù)字電路數(shù)字電路11.2.3 DAC芯片與主機的連接nDAC芯片相當于一個芯片相當于一

11、個“輸出設備輸出設備”，至，至少需要一級鎖存器作為接口電路少需要一級鎖存器作為接口電路n考慮到有些考慮到有些DAC芯片的數(shù)據位數(shù)大于主芯片的數(shù)據位數(shù)大于主機數(shù)據總線寬度，所以分成兩種情況：機數(shù)據總線寬度，所以分成兩種情況：1. 主機位數(shù)等于或大于主機位數(shù)等于或大于DAC芯片位數(shù)芯片位數(shù)2. 主機位數(shù)小于主機位數(shù)小于DAC芯片位數(shù)芯片位數(shù)1. 主機位數(shù)大于或等于DAC芯片的連接mov al,bufmov dx,portdout dx,al譯碼譯碼ABD0D7CLKDACVout+_ALS273 IOWDAC0832單緩沖方式 WR1 CS IOW 5V+5VRfbIout2Iout1 WR2XF

12、ERDGND AGNDD0D7DI0D17VccILEVREFVout+_A譯碼譯碼AB2. 主機位數(shù)小于DAC芯片的連接n數(shù)字數(shù)據需要多次輸出數(shù)字數(shù)據需要多次輸出n接口電路也需要多個（級）鎖存器保存接口電路也需要多個（級）鎖存器保存多次輸出的數(shù)據多次輸出的數(shù)據n并需要同時將完整的數(shù)字量提供給并需要同時將完整的數(shù)字量提供給DAC轉換器轉換器8位位12位位兩級鎖存電路模擬輸出模擬輸出12位位DAC第第2級級12位鎖存控制位鎖存控制第第1級低級低8位鎖存控制位鎖存控制第第1級高級高4位鎖存控制位鎖存控制D0D74位位鎖存器鎖存器4位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器由同一個信號控制

13、由同一個信號控制關鍵的一級鎖存關鍵的一級鎖存無需輸出數(shù)據無需輸出數(shù)據簡化的兩級鎖存電路模擬輸出模擬輸出12位位DAC第第2級級12位鎖存控制位鎖存控制第第1級低級低8位鎖存控制位鎖存控制D0D74位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器8位位鎖存器鎖存器由同一個信號控制由同一個信號控制關鍵的一級鎖存關鍵的一級鎖存需要輸出高需要輸出高4位數(shù)據位數(shù)據mov dx,port1mov al,blout dx,almov dx,port2mov al,bhout dx,al11.2.4 DAC芯片的應用mov dx,portdmov al,0repeat: out dx,alinc aljmp repeat輸

14、出正向鋸齒波2次數(shù)據輸出的時間間隔次數(shù)據輸出的時間間隔02LSB1LSB255LSB254LSB鋸齒波周期鋸齒波周期復習nDAC 0832及其與主機的連接及其與主機的連接11.3 A/D轉換器模擬量模擬量數(shù)字量數(shù)字量模擬模擬/數(shù)字轉換器數(shù)字轉換器ADC11.3.1 A/D轉換的基本原理n存在多種存在多種A/D轉換技術，各有特點，轉換技術，各有特點，分別應用于不同的場合分別應用于不同的場合n4種常用的轉換技術種常用的轉換技術計數(shù)器式計數(shù)器式逐次逼近式逐次逼近式雙積分式雙積分式并行式并行式1. 計數(shù)器式以最低位為增減量以最低位為增減量單位的逐步計數(shù)法單位的逐步計數(shù)法時鐘時鐘復位復位數(shù)字輸出數(shù)字輸出

15、比較器比較器模擬輸入模擬輸入計數(shù)器計數(shù)器D/A轉換器轉換器轉換結束轉換結束2. 逐次逼近式從最高位開始從最高位開始的逐位試探法的逐位試探法時鐘時鐘復位復位數(shù)字輸出數(shù)字輸出轉換結束轉換結束比較器比較器模擬輸入模擬輸入寄存器寄存器D/A轉換器轉換器3. 雙積分式兩個積分階段兩個積分階段實質是電壓實質是電壓/時間變換時間變換IREFIinVinVREF積分器積分器比較器比較器V/IV/I時鐘時鐘啟動計數(shù)啟動計數(shù)計數(shù)器計數(shù)器數(shù)字輸出數(shù)字輸出T2T1Vc固定斜率固定斜率時間可變時間可變固定時間固定時間斜率可變斜率可變轉換結束轉換結束4. 并行式速度快成本高速度快成本高直接比較法直接比較法編編碼碼電電路路

16、VinVREF數(shù)字輸出數(shù)字輸出比較器比較器RRRRRRR/2R/211.3.2 ADC0809芯片n具有具有A/D轉換的基本功能轉換的基本功能vCMOS工藝制作工藝制作v8位逐次逼近式位逐次逼近式ADCv轉換時間為轉換時間為100 sn包含擴展部件包含擴展部件多路開關多路開關三態(tài)鎖存緩沖器三態(tài)鎖存緩沖器ADC0809的內部結構圖ADC0809地址鎖存地址鎖存和譯碼和譯碼OE通道通道選擇選擇開關開關ADDAADDBADDC1N0IN1IN2IN3IN4IN5IN6IN78位位三態(tài)三態(tài)鎖存鎖存緩沖器緩沖器DACVcc比較器比較器CLOCKSTARTGND VREF(+)VREF(-)ALE逐次逼近

17、逐次逼近寄存器寄存器SAR定時和控制定時和控制D0D1D2D3D4D5D6D7EOC1. ADC0809的模擬輸入n提供一個提供一個8通道的多路開關和尋址邏輯通道的多路開關和尋址邏輯IN0IN7：8個模擬電壓輸入端個模擬電壓輸入端ADDA、ADDB、ADDC：3個地址輸入線個地址輸入線ALE：地址鎖存允許信號地址鎖存允許信號nALE的上升沿用于鎖存的上升沿用于鎖存3個地址輸入的狀個地址輸入的狀態(tài)，然后由譯碼器從態(tài)，然后由譯碼器從8個模擬輸入中選擇個模擬輸入中選擇一個模擬輸入端進行一個模擬輸入端進行A/D轉換轉換2. ADC0809的轉換時序轉換啟動信號轉換啟動信號轉換結束信號轉換結束信號3.

18、ADC0809的數(shù)字輸出nADC0809內部鎖存轉換后的數(shù)字量內部鎖存轉換后的數(shù)字量n具有三態(tài)數(shù)字量輸出端具有三態(tài)數(shù)字量輸出端D0D7n配合輸出允許信號配合輸出允許信號OEo 當輸出允許信號當輸出允許信號OE為高電平有效時，將為高電平有效時，將三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從三態(tài)鎖存緩沖器的數(shù)字量從D0D7輸輸出出4. ADC0809的轉換公式輸入模擬電壓輸入模擬電壓輸出數(shù)字量輸出數(shù)字量基準電壓基準電壓正正極極基準電壓基準電壓負負極極單極性轉換示例n基準電壓基準電壓VREF(+)5V，VREF()0Vn輸入模擬電壓輸入模擬電壓Vin1.5VN （1.50）（50）25676.8774DH雙極性轉換示例

19、n基準電壓基準電壓VREF(+)5V，VREF()5Vn輸入模擬電壓輸入模擬電壓Vin1.5VN （1.55）（55）25689.6905AH11.3.3 ADC芯片與主機的連接nADC芯片相當于芯片相當于“輸入設備輸入設備”，需要接，需要接口電路提供數(shù)據緩沖器口電路提供數(shù)據緩沖器n主機需要控制轉換的啟動主機需要控制轉換的啟動n主機還需要及時獲知轉換是否結束，并主機還需要及時獲知轉換是否結束，并進行數(shù)據輸出等處理進行數(shù)據輸出等處理1. 數(shù)據輸出線的連接n與主機的連接可分成兩種方式與主機的連接可分成兩種方式q直接相連直接相連：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的：用于輸出帶有三態(tài)鎖存器的ADC芯片芯片q通過

20、三態(tài)鎖存器相連通過三態(tài)鎖存器相連：適用于不帶三態(tài)鎖：適用于不帶三態(tài)鎖存器的存器的ADC芯片，也適用帶有三態(tài)鎖存緩芯片，也適用帶有三態(tài)鎖存緩沖器的芯片沖器的芯片nADC芯片的數(shù)字輸出位數(shù)大于系統(tǒng)數(shù)據芯片的數(shù)字輸出位數(shù)大于系統(tǒng)數(shù)據總線位數(shù)，需把數(shù)據分多次讀取總線位數(shù)，需把數(shù)據分多次讀取2. A/D轉換的啟動（1）n啟動信號一般有兩種形式啟動信號一般有兩種形式q脈沖信號啟動轉換脈沖信號啟動轉換q電平信號啟動轉換電平信號啟動轉換轉換啟動轉換啟動轉換結束轉換結束2. A/D轉換的啟動（2）n主機產生啟動信號有兩種方法主機產生啟動信號有兩種方法q編程啟動編程啟動軟件上，執(zhí)行一個輸出指令軟件上，執(zhí)行一個輸出

21、指令硬件上，利用輸出指令產生硬件上，利用輸出指令產生ADC啟動脈啟動脈沖，或產生一個啟動有效電平沖，或產生一個啟動有效電平q定時啟動定時啟動啟動信號來自定時器輸出啟動信號來自定時器輸出3. 轉換結束信號的處理v不同的處理方式對應程序設計方法不同不同的處理方式對應程序設計方法不同 查詢方式查詢方式把結束信號作為狀態(tài)信號把結束信號作為狀態(tài)信號 中斷方式中斷方式把結束信號作為中斷請求信號把結束信號作為中斷請求信號 延時方式延時方式不使用轉換結束信號不使用轉換結束信號 DMA方式方式把結束信號作為把結束信號作為DMA請求信號請求信號11.3.4 ADC芯片的應用n例例 編程啟動、轉換編程啟動、轉換結束

22、中斷處理結束中斷處理n例例 編程啟動、轉換編程啟動、轉換結束查詢處理結束查詢處理中斷方式D0D7220hIRQ2A0A9譯碼譯碼VccD0D7EOCADDAADDBADDCALE模擬輸入模擬輸入（05V）500KHzCLOCKVREF(+)+5VIN0OESTARTGNDVREF(-) IOR IOW主程序;數(shù)據段數(shù)據段adtemp db 0;給定一個臨時變量給定一個臨時變量;代碼段代碼段;設置中斷向量等工作設置中斷向量等工作sti;開中斷開中斷mov dx,220hout dx,al;啟動啟動A/D轉換轉換;其他工作其他工作中斷服務程序adint procsti;開中斷開中斷push ax;保護寄存器保護寄存器push dxpush dsmov ax,data ;設置數(shù)據段設置數(shù)據段DSmov ds,axmov dx,220hin al,dx;讀讀A/D轉換的數(shù)字量轉換的數(shù)字量mov adtemp,al ;送入緩沖區(qū)送入緩