第8章常用的接口技术-4

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n-1
R
¡ °Ð é µ Ø ¡ ±
an-1
MSB
an-2
a1
nÎ º D/A× ª º Æ ÷
a0
LSB
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D/A转换原理（2）
对于一个n位的二进制数an-1 an-2 … a1 a0 ，其值为： N= an-12n-1 + an-2 2n-2 + … + a1 21+a0 20 I1= an-1 Vref / R + an-2 Vref / 2R + … + a1 Vref / 2 n-2 R + a0 Vref / 2 n-1 R = Vref (an-12n-1 + an-2 2n-2 + … + a1 21+a0 20) / 2 n-1 R = Vref N/ 2 n-1 R 可以看出，输出电流与数字输入值成正比
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单极性电压输出连接方式
Vout＝－Iout1×Rfb
DI
VREF Rfb
Iout1 Iout2 AGND
_ +
A Vout
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工作方式
双缓冲方式 单缓冲方式 直通方式
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双缓冲方式（1）
DAC0832
D0-D7 CPU
1 计数器式A/D转换
Ä Ä £ â ä È Ê ë È ¼ ± Ï Æ ÷ D/A
º ± ù ½ Ò º Ö Á ±£ Ê ¬ Ê ä ³ ö Æ Ê » ý Í £ Ö ¸ Å ¹ Ð Å
ý × Ê Ö Ê ä ³ ö ±Ö Ê Ó ´ Î · º
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Æ Ê » ý Æ ÷
Æ Ê » ý Í £ Ö ¸
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D/A转换原理（6）
因为， I1 ≈ I2 = - Vout/RF 所以，Vout
= - RF N VRef / 2n R
目前国内外生产的D/A集成芯片的核心部分 大都是由该电阻网络加上MOS或TTL型电流开 关构成。
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D/A转换器的主要参数（1）
分辨率 描述对模拟量的分辨能力。常用二进制数字量的位数 来表示。位数越多分辨率越高。 最小位当量（LSB） 在一定的量程上，一个二进制数的最低有效位所表示 的模拟量大小。例：一个8位的DAC，满量程为5V 最小位当量为5000mv / 28 -1≈ 19.6 mv 精度 指DAC实际输出电压与理想输出之间的误差。可以用 转换器最大输出电压或满刻度的百分比表示。一般情 况下，精度不大于最小数字量的1/2LSB
ª º ¼ × á Ê ø
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A/D转换原理（5）
采用从最高位开始逐位试探的方法
从最高位开始： 将该位置“1”，若比较结果“低于”，则该位保留 若比较结果“高于”，则该位清0 直到最低位。
两种转换方式比较
对于n位的A/D转换器，只需用n次比较
而对于计数器式A/D转换器，最多要用2n次比较
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时序图
START/ALE
ADDA/B/C
EOC OE D0～D7 200ns (最小) 2s+8T (最大)
DATA
100s
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转换公式
Vin - VREF( -) 8 N= 2 VREF( +) - VREF( -)
基准电压VREF(+)＝5V，VREF(－)＝0V 输入模拟电压Vin＝2V N ＝（2－0）÷（5－0）×256
ILE CS WR1 WR2 XFER
LE=1时，输出随输入变化 LE=0时，输出被锁存
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外部引脚定义
外部引脚 DI0 ∼ DI7：数字量输入 Iout0，Iout1：模拟电流输出端。它们的和为一常量 CS：片选 ILE：允许输入锁存 WR1，WR2：写信号1，2 XFER：传送控制信号。使能WR2 Rfb：反馈电阻输出端 VRef：参考电压 AGND；模拟地 DGND：数字地
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D/A转换器的主要参数（2）
线性误差 D/A转换器输出与理想输出直线之间的偏差。
建立时间 数字量输入到输出模拟量达到稳定所需的时间。 超高速：< 100ns 高 速：100 ns ~ 10us 中 速：10us ~ 100us 低 速：> 100us
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单缓冲方式（1）
让DAC寄存器处于直通状态
DAC0832
D0-D7 IOW
"1" ë Ò ë Á ÷ Æ D0-7 WR1 ILE CS WR2 XFER
A0-A9 AEN CPU
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单缓冲方式（2）
例：周期输出三角波。 mov dx, 300h lp0: mov al, 0 lp1: out dx, al inc al jnz lp1 加入一定 mov al, 0feh（ 0feh） 的时延 lp2: out dx, al dec al 如何控制斜率 jnz lp2 jmp lp0
输入 寄 存 器 LE1 DAC 寄 存 器 D/A 转 换 器
DI0～DI7
Iout1
LE2 DAC0832
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8.4.3 A/D转换器接口
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4种常用的转换技术
计数器式 逐次逼近式 并行式 双斜率积分式
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A/D转换原理（1）
MSB
I2
RF
Vout
an-2
a0
LSB nÎ º D/A× ª º Æ ÷
°Ð ¡ é µ Ø ¡ ±
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D/A转换原理（5）
I = VRef / R I11 = I / 2 = VRef / 2R I12 = I / 22 = VRef / 22 R ... I1n = I / 2n = VRef / 2n R I1 = a n-1I 11 + a n-2I 12 + … + a 0I 1n = (a n-1 / 2 + a n-2 / 22 + … + a 0 / 2n) VRef / R = (an-12n-1 + an-2 2n-2 + … + a1 21+a0 20 ) VRef / 2nR = N VRef / 2nR
将计算机输出的数字信号转换为模拟量以驱动生
产现场的执行机构。称之为过程控制
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数据采集与过程控制
输入通道
工 业 传 感 器 放大 滤波 多路转换 & 采样保持 A/D 转换 输入 接口 10101100 微 型 计 物理量 变换 信号 处理 信号 变换 I/O 接口 算 机 00101101
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斜线的实际形态
255LSB 254LSB
2LSB 1LSB 0
2次数据输出的时间间隔
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直通方式
ILE置为“1” CS、WR1、WR2、XFER均置为“0” 因无锁存功能，不能与数据总线直联（其原因是一送 数就立即进行D/A转换），使用时需外接锁存器。
＝102.4≈102＝66H
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生
产 过 程 执行 机构 放大 驱动
输出通道
D/A 转换 输出 接口
模拟电路
A/D和D/A接口电路
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8.4.1 D/A转换器基本概念
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重温：运算放大器
理想运放：放大倍数∞，内阻∞，
输出电压VO与输入电压Vin的关系为：
Rf Vin
R
V-
VO
Rf VO = Vin R
CLOCK
1N0 IN1 IN2 IN3 IN4 IN5 IN6 IN7
START EOC 8位 三态 锁存 缓冲器
D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7
定时和控制
通道 选择 开关
逐次逼近 寄存器SAR
比较器
ADDA ADDB ADDC ALE
地址锁存 和译码
DAC
OE ADC0809 GND VREF(+)
DAC0832
D0-D7
"1" D0-7 ILE WR1 WR2 CS XFER
1
301H
DAC0832
D0-D7 IOW 303H
"1" D0-7 ILE WR1 WR2 CS XFER
2
302H
可对多个D/A通道进行同时 转换 mov al, 18h mov dx, 301h out dx, al;锁存到片1输入R mov al, 56h inc dx out dx, al;锁存到片2输入R inc dx out dx, al ;同时打入到DAC寄存器,并 ;开始转换。XFER=
"1" D0-7 ILE WR1 WR2 CS XFER
IOW A0-A9 AEN
Ò ë Á ë Æ ÷
PORT1 PORT2
mov al, 18h out port1, al ;锁存到输入寄存器 out port2, al ;锁存到DAC寄存器,并开始转换