第九章 数 /模和模 /数转换主要内容
A/D转换的工作原理
D/A转换的工作原理
D/A转换器 DAC0832及其接口设计
A/D转换器 ADC0809及其接口设计数模转换器
DAC
DAC的性能指标
分辨率
DAC所能分辨的最小电压增量。它反映了
DAC对微小输入量变化的敏感性。分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示，例如分辨率是 8位,10位,12位等。
有时，也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数来表示。对于一个 n位
DAC,其分辨率为,1/2n-1。
转换精度用最大的静态转换误差的形式表示，这个转换误差应包括非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差，它反映了实际输出电压与理论输出电压之间的接近程度。
转换时间
DAC的输入数字量有满刻度值的变化时，
其输出模拟信号电压达到满刻度值
1/2LSB（ 最低有效位）时所需要的时间
。
数模转换器
DAC
线性度通常用非线性误差的大小表示 DAC的线性度。在 D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。即在理想情况下,DAC的转换特性应是线性的，实际转换中，把理想的输入／输出特性的偏差与满刻度输入之比的百分数，称为非线性误差。
输出电平不同型号的 D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为 5V～ 10V,有的高压输出型的输出电平则高达 24V～ 30V。
数模转换器
DAC
D/A转换原理
D/A转换器的作用是把二进制数字量转换成相应的模拟量。
数模转换器
DAC
8位 D/A转换器－ DAC0832芯片
1,DAC0832的内部结构
DAC0832是一个 8位的数 /模转换芯片，内部由 8
位输入寄存器,8位 DAC寄存器,8位 D/A转换电路及转换控制电路构成。 D/A转换器为 T型转换网络，其内部结构图如图所示 。
数模转换器
DAC
2,DAC0832的引脚功能数模转换器
DAC
3,DAC0832的特性参数
分辨率为 8位；
可采用双缓冲,单缓冲或直通三种工作方式；
电流稳定时间为 1μs ；
只需在满量程下调整其线性度；
所有引脚逻辑电平与 TTL兼容；
＋ 5V～ ＋ 15V单一电源供电,功耗为
200mw。
数模转换器
DAC
4,DAC0832的工作方式
双缓冲方式双缓冲工作方式对输入寄存器和 DAC寄存器分别进行控制 。
数模转换器
DAC
4,DAC0832的工作方式
单缓冲方式在这种工作方式下,使两个寄存器中的任一个处于直通状态 。
数模转换器
DAC
4,DAC0832的工作方式
直通方式这种工作方式是将,,以及引脚都直接接地,ILE接高电平,芯片就处于直通状态 。 输入数据就直接送入 D/A
转换器进行电流转换 。
数模转换器
DAC
XFER
CS 2WR 1WR XFER
5,DAC0832的输出方式
单极性输出
DAC0832的电流输出端 Iout1接至运算放大器的反相输入端,所以输出电压 Vout与参考电压 VREF反相 。
数模转换器
DAC
5,DAC0832的输出方式
双极性输出双极性输出是在单极性输出的基础上,加一级电压放大器来实现单极性到双极性的变换,其原理电路如图所示 。
数模转换器
DAC
6,DAC0832与 PC总线的连接将 和 接地,使 8位输入寄存器处于直通状态,控制使 DAC0832工作在单缓冲工作方式 。
当执行 OUT指令时,使 和 有效,CPU输出的数据通过输入寄存器装入 DAC寄存器锁存,
并进行 D/A转换 。
数模转换器
DAC
CS
CS
1WR
XFER
ADC的主要性能指标
分辨率
ADC的分辨率是输出数字量变化一个相邻数码所需模拟电压的变化量，定义为满刻度电压与 2n之比值，其中 n为 ADC的位数。
精度
ADC的精度分为绝对精度和相对精度两种。
转换速率和转换时间
电源灵敏度用模拟输入值的百分数来表示。
模数转换器
ADC
ADC的工作原理常用方法有：计数法；逐次逼近法；双积分法
计数法模数转换器
ADC
ADC的工作原理
逐次逼近法逐次逼近的方法 ADC的内部主要由逐次逼近寄存器 SAR,D／ A转换器、电压比较器和一些时序控制逻辑电路等组成。
模数转换器
ADC
其工作原理非常类似于用天平称重。在转换开始前，先将 SAR寄存器各位清零，然后设其最高位为 1（对 8位来讲，即为
10000000B） ― 就像天平称重时先放上一个最重的砝码一样,SAR中的数字量经
D/A转换器转换为相应的模拟电压 VC,并与模拟输入电压 VX进行比较，若 VX≥V C，
则 SAR寄存器中最高位的 1保留，否则就将最高位清零一若砝码比物体轻就要保留此砝码，否则去掉此砝码。然后再使次高位置 1，进行相同的过程直到 SAR的所有位都被确定。转换过程结束后,SAR
寄存器中的二进制码就是 ADC的输出。
模数转换器
ADC
ADC0809的内部结构
ADC0809芯片是 CMOS型单片双列直插式模／数转换器件，采用逐次逼近式转换方式，可对 8路模拟电压分时进行转换。
ADC
0809
芯片
ADC0809的内部结构片内集成有具有锁存功能的 8路模拟开关，可对 8路 0～ 5V的输入模拟电压信号分时进行转换片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器 256R电阻 T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器 SAR,控制与时序电路等。
输出具有 TTL三态锁存缓冲器，可直接连到微处理器的数据总线上。
ADC
0809
芯片
ADC0809的性能指标
1） 分辨率为 8位 。
2） 最大不可调误差上 ± 1LSB。
3） 单电源＋ 5V。
4） 可锁存三态输出,输出与 TTL电平兼容 。
5） 当用＋ 5V电源供电时,模拟输入电压范围为
0～ 5V。
6） 温度范围－ 40～ ＋ 85℃ 。
7） 功耗为 15mw。
8） 转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为 10kHz～ 1280KHZ,若 CLK＝ 500kHZ，
转换速度为 128μs 。
ADC
0809
芯片
ADC0809芯片的 A/D转换过程和时序
ADC
0809
芯片
ADC0809与 PC总线的接口需要考虑如下几方面
①模拟信号输入
②数据线的连接
③启动转换信号的连接
④状态信号 EOC端的连接
ADC
0809
芯片
ADC0809与 PC总线的连接举例
ADC
0809
芯片
A/D转换的工作原理
D/A转换的工作原理
D/A转换器 DAC0832及其接口设计
A/D转换器 ADC0809及其接口设计数模转换器
DAC
DAC的性能指标
分辨率
DAC所能分辨的最小电压增量。它反映了
DAC对微小输入量变化的敏感性。分辨率的高低通常用二进制输入量的位数来表示，例如分辨率是 8位,10位,12位等。
有时，也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数来表示。对于一个 n位
DAC,其分辨率为,1/2n-1。
转换精度用最大的静态转换误差的形式表示，这个转换误差应包括非线性误差、比例系数误差以及漂移误差等综合误差，它反映了实际输出电压与理论输出电压之间的接近程度。
转换时间
DAC的输入数字量有满刻度值的变化时，
其输出模拟信号电压达到满刻度值
1/2LSB（ 最低有效位）时所需要的时间
。
数模转换器
DAC
线性度通常用非线性误差的大小表示 DAC的线性度。在 D/A转换时，若数据连续转换，则输出的模拟量应该是线性的。即在理想情况下,DAC的转换特性应是线性的，实际转换中，把理想的输入／输出特性的偏差与满刻度输入之比的百分数，称为非线性误差。
输出电平不同型号的 D/A转换器件的输出电平相差较大。一般为 5V～ 10V,有的高压输出型的输出电平则高达 24V～ 30V。
数模转换器
DAC
D/A转换原理
D/A转换器的作用是把二进制数字量转换成相应的模拟量。
数模转换器
DAC
8位 D/A转换器－ DAC0832芯片
1,DAC0832的内部结构
DAC0832是一个 8位的数 /模转换芯片，内部由 8
位输入寄存器,8位 DAC寄存器,8位 D/A转换电路及转换控制电路构成。 D/A转换器为 T型转换网络，其内部结构图如图所示 。
数模转换器
DAC
2,DAC0832的引脚功能数模转换器
DAC
3,DAC0832的特性参数
分辨率为 8位；
可采用双缓冲,单缓冲或直通三种工作方式；
电流稳定时间为 1μs ；
只需在满量程下调整其线性度；
所有引脚逻辑电平与 TTL兼容；
＋ 5V～ ＋ 15V单一电源供电,功耗为
200mw。
数模转换器
DAC
4,DAC0832的工作方式
双缓冲方式双缓冲工作方式对输入寄存器和 DAC寄存器分别进行控制 。
数模转换器
DAC
4,DAC0832的工作方式
单缓冲方式在这种工作方式下,使两个寄存器中的任一个处于直通状态 。
数模转换器
DAC
4,DAC0832的工作方式
直通方式这种工作方式是将,,以及引脚都直接接地,ILE接高电平,芯片就处于直通状态 。 输入数据就直接送入 D/A
转换器进行电流转换 。
数模转换器
DAC
XFER
CS 2WR 1WR XFER
5,DAC0832的输出方式
单极性输出
DAC0832的电流输出端 Iout1接至运算放大器的反相输入端,所以输出电压 Vout与参考电压 VREF反相 。
数模转换器
DAC
5,DAC0832的输出方式
双极性输出双极性输出是在单极性输出的基础上,加一级电压放大器来实现单极性到双极性的变换,其原理电路如图所示 。
数模转换器
DAC
6,DAC0832与 PC总线的连接将 和 接地,使 8位输入寄存器处于直通状态,控制使 DAC0832工作在单缓冲工作方式 。
当执行 OUT指令时,使 和 有效,CPU输出的数据通过输入寄存器装入 DAC寄存器锁存,
并进行 D/A转换 。
数模转换器
DAC
CS
CS
1WR
XFER
ADC的主要性能指标
分辨率
ADC的分辨率是输出数字量变化一个相邻数码所需模拟电压的变化量，定义为满刻度电压与 2n之比值，其中 n为 ADC的位数。
精度
ADC的精度分为绝对精度和相对精度两种。
转换速率和转换时间
电源灵敏度用模拟输入值的百分数来表示。
模数转换器
ADC
ADC的工作原理常用方法有：计数法；逐次逼近法；双积分法
计数法模数转换器
ADC
ADC的工作原理
逐次逼近法逐次逼近的方法 ADC的内部主要由逐次逼近寄存器 SAR,D／ A转换器、电压比较器和一些时序控制逻辑电路等组成。
模数转换器
ADC
其工作原理非常类似于用天平称重。在转换开始前，先将 SAR寄存器各位清零，然后设其最高位为 1（对 8位来讲，即为
10000000B） ― 就像天平称重时先放上一个最重的砝码一样,SAR中的数字量经
D/A转换器转换为相应的模拟电压 VC,并与模拟输入电压 VX进行比较，若 VX≥V C，
则 SAR寄存器中最高位的 1保留，否则就将最高位清零一若砝码比物体轻就要保留此砝码，否则去掉此砝码。然后再使次高位置 1，进行相同的过程直到 SAR的所有位都被确定。转换过程结束后,SAR
寄存器中的二进制码就是 ADC的输出。
模数转换器
ADC
ADC0809的内部结构
ADC0809芯片是 CMOS型单片双列直插式模／数转换器件，采用逐次逼近式转换方式，可对 8路模拟电压分时进行转换。
ADC
0809
芯片
ADC0809的内部结构片内集成有具有锁存功能的 8路模拟开关，可对 8路 0～ 5V的输入模拟电压信号分时进行转换片内具有多路开关的地址译码和锁存电路、比较器 256R电阻 T型网络、树状电子开关、逐次逼近寄存器 SAR,控制与时序电路等。
输出具有 TTL三态锁存缓冲器，可直接连到微处理器的数据总线上。
ADC
0809
芯片
ADC0809的性能指标
1） 分辨率为 8位 。
2） 最大不可调误差上 ± 1LSB。
3） 单电源＋ 5V。
4） 可锁存三态输出,输出与 TTL电平兼容 。
5） 当用＋ 5V电源供电时,模拟输入电压范围为
0～ 5V。
6） 温度范围－ 40～ ＋ 85℃ 。
7） 功耗为 15mw。
8） 转换速度取决于芯片的时钟频率，其时钟频率范围为 10kHz～ 1280KHZ,若 CLK＝ 500kHZ，
转换速度为 128μs 。
ADC
0809
芯片
ADC0809芯片的 A/D转换过程和时序
ADC
0809
芯片
ADC0809与 PC总线的接口需要考虑如下几方面
①模拟信号输入
②数据线的连接
③启动转换信号的连接
④状态信号 EOC端的连接
ADC
0809
芯片
ADC0809与 PC总线的连接举例
ADC
0809
芯片
