第 10章 数 /模、模 /数转换接口教学目标教学重点教学过程教学目标
了解 A/D和 D/A的概念和功能
掌握 A/D转换原理和 D/A转换原理
掌握 A/D和 D/A转换芯片及其接口电路教学重点
A/D和 D/A的概念
A/D和 D/A的功能
A/D转换原理和 D/A转换原理
A/D和 D/A转换芯片及其接口电路
10.1 概 述
A/D转换器和 D/A转换器就是连接模拟信号和数字设备、数字计算机或者其他数据系统之间的桥梁。模 /数转换器的功能是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便数字系统进行处理、存储和控制。数 /模转换器的功能是将数字信号转换成模拟信号，以便进行控制。
10.1.1 模拟输入 /输出系统传 感器 1
多路开关采样保持器
A / D
转换器微型计算机
D / A
转换器放大驱动模 拟信 号 1
传 感器 n
放 大 n
低 通滤 波 n
模 拟信 号 n
… … …
锁存器
I / O
接口工业生产过程放 大 1
低 通滤 波 1
…
10.1.2 A/D转换过程
一般的 A/D转换过程是通过采样保持、量化和编码 3个步骤完成的
1．采样
采样是将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上离散的模拟量，也就是说，是把一个时间上连续变化的模拟量转换为一串脉冲，这些脉冲通常是等宽的，其幅度取决于输入的模拟量。
10.1.2 A/D转换过程
2．量化
量化就是用基本的量化电平 q的个数来表示采样保持电路得到的模拟电压值。这一过程实际上是把时间上离散而数字上连续的模拟量以一定的准确度变为时间上、数字上都离散的、量级化的等效数字值。其中基本的量化电平 q称为量化单位。
10.1.2 A/D转换过程
3．编码
编码就是已经量化的模拟数值（它一定是量化单位的整数倍）用二进制代码表示。
10.1.3 多路模拟开关与采样保持电路
1．多路模拟开关
多路模拟开关又称多路开关，它由多个数字模拟开关组成。多个模拟信号源接至模拟开关的各个通道输入端,CPU送出地址和地址允许信号将地址码锁存在通道译码器中，译码器输出通道号接通该通道开关，相应通道的模拟输入信号便从输出端输出。
10.1.3 多路模拟开关与采样保持电路
2．采样保持电路
采样保持电路由保持电容、输入 /输出缓冲放大器、模拟开关及控制电路组成
采样保持器有两个工作状态：采样状态和保持状态。
10.2 数 /模（ D/A）转换
数 /模（ D/A）转换器的作用是将二进制的数字量转换成相应的模拟量，以便进行控制。
D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式为权电阻网络和 T形电阻网络。
10.2.1 D/A转换原理
D/A转换器主要由电阻网络、电子开关、基准电压及运算放大器组成电 子开 关电 阻网 络数 据 量 输 入基 准 电 压
R f
-
+
+
O O
10.2.2 D/A转换器主要性能参数
衡量一个 D/A转换器性能的主要技术参数有以下几种。
1．分辨率
2．转换时间
3．转换精度
4．线性度
5．温度系数
10.2.3 DAC0832及其接口电路
集成 DAC芯片种类很多，按转换方式有并行和串行两大类，串行速度慢，并行速度快；
按生产工艺分有双机型,MOS型等，他们的精度和速度各不相同；按内部结构分类，有不包含数据寄存器的，也有含数据寄存器的；
按位数分类，有 8位,12位,16位；按输出信号分类，有电流型和电压型。
1,DAC0832芯片
CS
1
W R 1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
V r e f
8
R f b
9
DGND
10
I O U T 2
11
I O U T 1
12
D7
13
D6
14
D5
15
D4
16
X F E R
17
W R 2
18
I L C
19
V C C
20
1,DAC0832芯片输 入寄 存器
A D C
寄 存器
A D
转 换 器
D 7 - D 0
&
&
&
I L E
C S
W R 1
W R 2
X F E R
L E 1
L E 2
V r e f
R f b
I O U T 1
I O U T 2
A G N D
D G N D
V C C
2,DAC0832的模拟输出方式
（ 1）单极性输出
（ 2）双极性输出
R E FFB
FB
R E F
FBOUTOUT V
DRD
R
VRIV
881 22
RE FRE FRE FRE FOUTOUT VDVVDVVV?
128
128
25622 12
3,8位 D/A转换器与微处理器的接口电路C P U
8 位
D / A
8 D 锁 存 器写 入 锁 存
D B 7 ~ D B 0
译码
A B 7 ~ A B 0
或
-
A
+
V O U T
R
D R I O W
W R
10.3 模 /数（ A/D）转换
模 /数（ A/D）转换器是模拟信号源与计算机或其他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离散的数字信号，以便计算机或者数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及许多其他领域中,A/D转换器是不可缺少的重要组成部分。
A/D转换器种类繁多，在选用 A/D转换器时，主要应根据使用场合的具体要求，按照转换速度、精度、价格、功能以及接口条件等因素而决定选择何种类型。
10.3.1 A/D转换原理
由于应用特点和要求不同，需要采用不同工作原理的 A/D转换器。 A/D转换器主要有以下几种类型：计数型、逐次逼近（逐位比较）
型、双积分型、并行比较型、电压 -频率型
（即 V/F型）等。
1．计数式 A/D转换
+
+
-
&
8 位 计 数 器
8 位 D / A 转 换 器
V o
V i
V c
输出启 动
C L K
比 较 器
2．逐次逼近式 A/D转换时 钟 控 制 逻 辑
C L K
启 动逐 次 逼 近寄 存 器 S A R
8 位
D / A 转 换 器输出
+
+
-
V c
V i
V o
3．双积分式 A/D转换时 钟 控 制 逻 辑 计 数 器
V i
V R E F
S
C
数 字 量 输 出
V o
积 分 器比 较 器启 动
+
+
-
+
+
-
O O
10.3.2 A/D转换器主要性能参数
1．分辨率
2．转换时间
3．精度
4.电源灵敏度
5．输出逻辑电平
6．工作温度范围
10.3.3 ADC0809及其接口电路
1,ADC0809芯片
ADC0809是 28引脚双列直插式芯片，采用
CMOS工艺制作的 8通道的 8位逐次逼近式
ADC，具有以下主要特性：分辨率为 8位；转换时间为 100微秒；采用单一 +5V电源供电，
模拟电压输入范围为 0~+5V；有 8路模拟输入通道；功耗为 15mW；输出具有三态锁存和缓冲能力，易于和微处理器相连，也可以独立使用。
2．接口电路
P A 7 - P A 0
P C 4
P B 4
P B 2
P B 1
P B 0
八 分 频 器
D 7 - D 0
E O C
S T A R T
A L E
A D D C
A D D B
A D D A
C L O C K
A D C 0 8 0 9
I N 7
I N 0
… …
8 2 5 5 A
总 线
C L K
P B 3
ADC0809转换流程图开 始结 束
8 2 5 5 A 初 始 化,
A 口 为 方 式 0,输 入
B 口 为 方 式 0,输 出
P C 4 为 输 入送 模 拟 通 道 号启 动 A / D 转 换读 E O C 状 态读 入 结 果
A / D 转 换 完 了？
Y E S
N O
A/D转换的程序如下：
ORG 1000H
START,MOV AL,98H ； 方式 0,A口输入,B口输出
MOV DX,0FFFFH ； 8255A
控制字端口地址
OUT DX,AL ；
送 8255A方式字
MOV AL,0BH ；选 IN3
输入端和地址锁存信号
MOV DL,0FDH ； 8255A
的 B口地址
OUT DX,AL ；
送 IN3通道地址
A/D转换的程序如下：
MOV AL,1BH ； PB4=1送 START
OUT DX,AL ；启动 A/D
转换
MOV AL,0BH
OUT DX,AL ； PB4=0送
START
MOV DL,0FEH ； 8255A的
C口地址
TEST,IN AL,DX ；读 C口状态
AND AL,10H ；检测 EOC状态
JZ TEST ；
如果未转换完，再测试；转换完，则继续
MOV DL,0FCH ； 8255A的
A口地址
IN AL,DX ；
读入 A/D转换结果
HLT
小 结
A/D转换器和 D/A转换器就是连接模拟信号和数字设备、数字计算机或者其他数据系统之间的桥梁。模 /数转换器的功能是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便数字系统进行处理、存储和控制。数 /模转换器的功能是将数字信号转换成模拟信号，以便进行控制。
模拟输入通道一般由传感器、信号处理环节、多路转换开关、采样保持 器,A/D转换器组成。 A/D转换器是模拟量输入的核心环节，一般有采样保持、量化和编码三个过程。常见的 A/D转换方法有计数式、逐次逼近式、双积分式及并行式。 A/D转换器的主要性能参数有分辨率、转换时间、绝对精度和相对精度等。典型的 ADC芯片为 ADC0809。
模拟量输出通道一般由 I/O接口、锁存器,D/A转换器、放大驱动电路组成。 D/A转换的主要由电阻网络、电子开关、基准电压及运算放大器组成。 D/A转换器的主要性能参数有分辨率、转换时间、转换精度和线性度等。典型的 DAC芯片为 DAC0832。
了解 A/D和 D/A的概念和功能
掌握 A/D转换原理和 D/A转换原理
掌握 A/D和 D/A转换芯片及其接口电路教学重点
A/D和 D/A的概念
A/D和 D/A的功能
A/D转换原理和 D/A转换原理
A/D和 D/A转换芯片及其接口电路
10.1 概 述
A/D转换器和 D/A转换器就是连接模拟信号和数字设备、数字计算机或者其他数据系统之间的桥梁。模 /数转换器的功能是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便数字系统进行处理、存储和控制。数 /模转换器的功能是将数字信号转换成模拟信号，以便进行控制。
10.1.1 模拟输入 /输出系统传 感器 1
多路开关采样保持器
A / D
转换器微型计算机
D / A
转换器放大驱动模 拟信 号 1
传 感器 n
放 大 n
低 通滤 波 n
模 拟信 号 n
… … …
锁存器
I / O
接口工业生产过程放 大 1
低 通滤 波 1
…
10.1.2 A/D转换过程
一般的 A/D转换过程是通过采样保持、量化和编码 3个步骤完成的
1．采样
采样是将一个时间上连续变化的模拟量转换为时间上离散的模拟量，也就是说，是把一个时间上连续变化的模拟量转换为一串脉冲，这些脉冲通常是等宽的，其幅度取决于输入的模拟量。
10.1.2 A/D转换过程
2．量化
量化就是用基本的量化电平 q的个数来表示采样保持电路得到的模拟电压值。这一过程实际上是把时间上离散而数字上连续的模拟量以一定的准确度变为时间上、数字上都离散的、量级化的等效数字值。其中基本的量化电平 q称为量化单位。
10.1.2 A/D转换过程
3．编码
编码就是已经量化的模拟数值（它一定是量化单位的整数倍）用二进制代码表示。
10.1.3 多路模拟开关与采样保持电路
1．多路模拟开关
多路模拟开关又称多路开关，它由多个数字模拟开关组成。多个模拟信号源接至模拟开关的各个通道输入端,CPU送出地址和地址允许信号将地址码锁存在通道译码器中，译码器输出通道号接通该通道开关，相应通道的模拟输入信号便从输出端输出。
10.1.3 多路模拟开关与采样保持电路
2．采样保持电路
采样保持电路由保持电容、输入 /输出缓冲放大器、模拟开关及控制电路组成
采样保持器有两个工作状态：采样状态和保持状态。
10.2 数 /模（ D/A）转换
数 /模（ D/A）转换器的作用是将二进制的数字量转换成相应的模拟量，以便进行控制。
D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，其主要网络形式为权电阻网络和 T形电阻网络。
10.2.1 D/A转换原理
D/A转换器主要由电阻网络、电子开关、基准电压及运算放大器组成电 子开 关电 阻网 络数 据 量 输 入基 准 电 压
R f
-
+
+
O O
10.2.2 D/A转换器主要性能参数
衡量一个 D/A转换器性能的主要技术参数有以下几种。
1．分辨率
2．转换时间
3．转换精度
4．线性度
5．温度系数
10.2.3 DAC0832及其接口电路
集成 DAC芯片种类很多，按转换方式有并行和串行两大类，串行速度慢，并行速度快；
按生产工艺分有双机型,MOS型等，他们的精度和速度各不相同；按内部结构分类，有不包含数据寄存器的，也有含数据寄存器的；
按位数分类，有 8位,12位,16位；按输出信号分类，有电流型和电压型。
1,DAC0832芯片
CS
1
W R 1
2
AGND
3
D3
4
D2
5
D1
6
D0
7
V r e f
8
R f b
9
DGND
10
I O U T 2
11
I O U T 1
12
D7
13
D6
14
D5
15
D4
16
X F E R
17
W R 2
18
I L C
19
V C C
20
1,DAC0832芯片输 入寄 存器
A D C
寄 存器
A D
转 换 器
D 7 - D 0
&
&
&
I L E
C S
W R 1
W R 2
X F E R
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L E 2
V r e f
R f b
I O U T 1
I O U T 2
A G N D
D G N D
V C C
2,DAC0832的模拟输出方式
（ 1）单极性输出
（ 2）双极性输出
R E FFB
FB
R E F
FBOUTOUT V
DRD
R
VRIV
881 22
RE FRE FRE FRE FOUTOUT VDVVDVVV?
128
128
25622 12
3,8位 D/A转换器与微处理器的接口电路C P U
8 位
D / A
8 D 锁 存 器写 入 锁 存
D B 7 ~ D B 0
译码
A B 7 ~ A B 0
或
-
A
+
V O U T
R
D R I O W
W R
10.3 模 /数（ A/D）转换
模 /数（ A/D）转换器是模拟信号源与计算机或其他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离散的数字信号，以便计算机或者数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及许多其他领域中,A/D转换器是不可缺少的重要组成部分。
A/D转换器种类繁多，在选用 A/D转换器时，主要应根据使用场合的具体要求，按照转换速度、精度、价格、功能以及接口条件等因素而决定选择何种类型。
10.3.1 A/D转换原理
由于应用特点和要求不同，需要采用不同工作原理的 A/D转换器。 A/D转换器主要有以下几种类型：计数型、逐次逼近（逐位比较）
型、双积分型、并行比较型、电压 -频率型
（即 V/F型）等。
1．计数式 A/D转换
+
+
-
&
8 位 计 数 器
8 位 D / A 转 换 器
V o
V i
V c
输出启 动
C L K
比 较 器
2．逐次逼近式 A/D转换时 钟 控 制 逻 辑
C L K
启 动逐 次 逼 近寄 存 器 S A R
8 位
D / A 转 换 器输出
+
+
-
V c
V i
V o
3．双积分式 A/D转换时 钟 控 制 逻 辑 计 数 器
V i
V R E F
S
C
数 字 量 输 出
V o
积 分 器比 较 器启 动
+
+
-
+
+
-
O O
10.3.2 A/D转换器主要性能参数
1．分辨率
2．转换时间
3．精度
4.电源灵敏度
5．输出逻辑电平
6．工作温度范围
10.3.3 ADC0809及其接口电路
1,ADC0809芯片
ADC0809是 28引脚双列直插式芯片，采用
CMOS工艺制作的 8通道的 8位逐次逼近式
ADC，具有以下主要特性：分辨率为 8位；转换时间为 100微秒；采用单一 +5V电源供电，
模拟电压输入范围为 0~+5V；有 8路模拟输入通道；功耗为 15mW；输出具有三态锁存和缓冲能力，易于和微处理器相连，也可以独立使用。
2．接口电路
P A 7 - P A 0
P C 4
P B 4
P B 2
P B 1
P B 0
八 分 频 器
D 7 - D 0
E O C
S T A R T
A L E
A D D C
A D D B
A D D A
C L O C K
A D C 0 8 0 9
I N 7
I N 0
… …
8 2 5 5 A
总 线
C L K
P B 3
ADC0809转换流程图开 始结 束
8 2 5 5 A 初 始 化,
A 口 为 方 式 0,输 入
B 口 为 方 式 0,输 出
P C 4 为 输 入送 模 拟 通 道 号启 动 A / D 转 换读 E O C 状 态读 入 结 果
A / D 转 换 完 了？
Y E S
N O
A/D转换的程序如下：
ORG 1000H
START,MOV AL,98H ； 方式 0,A口输入,B口输出
MOV DX,0FFFFH ； 8255A
控制字端口地址
OUT DX,AL ；
送 8255A方式字
MOV AL,0BH ；选 IN3
输入端和地址锁存信号
MOV DL,0FDH ； 8255A
的 B口地址
OUT DX,AL ；
送 IN3通道地址
A/D转换的程序如下：
MOV AL,1BH ； PB4=1送 START
OUT DX,AL ；启动 A/D
转换
MOV AL,0BH
OUT DX,AL ； PB4=0送
START
MOV DL,0FEH ； 8255A的
C口地址
TEST,IN AL,DX ；读 C口状态
AND AL,10H ；检测 EOC状态
JZ TEST ；
如果未转换完，再测试；转换完，则继续
MOV DL,0FCH ； 8255A的
A口地址
IN AL,DX ；
读入 A/D转换结果
HLT
小 结
A/D转换器和 D/A转换器就是连接模拟信号和数字设备、数字计算机或者其他数据系统之间的桥梁。模 /数转换器的功能是将连续变化的模拟信号转换为离散的数字信号，以便数字系统进行处理、存储和控制。数 /模转换器的功能是将数字信号转换成模拟信号，以便进行控制。
模拟输入通道一般由传感器、信号处理环节、多路转换开关、采样保持 器,A/D转换器组成。 A/D转换器是模拟量输入的核心环节，一般有采样保持、量化和编码三个过程。常见的 A/D转换方法有计数式、逐次逼近式、双积分式及并行式。 A/D转换器的主要性能参数有分辨率、转换时间、绝对精度和相对精度等。典型的 ADC芯片为 ADC0809。
模拟量输出通道一般由 I/O接口、锁存器,D/A转换器、放大驱动电路组成。 D/A转换的主要由电阻网络、电子开关、基准电压及运算放大器组成。 D/A转换器的主要性能参数有分辨率、转换时间、转换精度和线性度等。典型的 DAC芯片为 DAC0832。
