微机原理与接口技术第12章ADA

2、编码 、 编码就是考虑用一种代码将量化得到的数字量表示出来。 编码就是考虑用一种代码将量化得到的数字量表示出来。 编码形式：二进制码、 码等。 编码形式：二进制码、BCD码、ASCII码等。 码 码等 例：自然二进制码 设满量程为1，输入模拟量与满量程相比总小于1， 设满量程为 ，输入模拟量与满量程相比总小于 ，故用 二进制小数形式表示数字量。 二进制小数形式表示数字量。 小数: 小数 N=d12-1+ d22-2 +…+dn2-n MSB,权最大 权最大 教材： 教材： LSB,量化单位 量化单位
AL，0FFH ， AL 80H，AL ，
CALL DELAY JMP AGAIN 阶梯的宽度由延时时间决定
MOV DX，320H ， MOV AL，DATA ， OUT INC DX，AL ， DX
地址 总线
地址 译码 IOWR
320H 321H
CS XFER WR1 WR2
Vcc
＋5V
OUT DX，AL ， ③双缓冲方式： 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 转换的同时，CPU将 下一个数据先输入 至输入寄存器， 至输入寄存器，然 后再在某个时刻启 D/A转换 转换。 动D/A转换。
二、采样、量化和编码 采样、 处理后得到的几伏量级的模拟信号必须经过采样、 处理后得到的几伏量级的模拟信号必须经过采样、量化和 编码的过程才能成为数字量。 编码的过程才能成为数字量。 1、采样和量化 、 采样：按相等的时间间隔 从电压信号上截取一个个离散的电压 采样：按相等的时间间隔t从电压信号上截取一个个离散的电压 瞬时值，即时间上的离散化。 瞬时值，即时间上的离散化。 量化：将采样的实际值按幅度大小分层的过程。量化单位越小， 量化：将采样的实际值按幅度大小分层的过程。量化单位越小， 一定范围内的电压值被分的层就越多，精度就越高。 一定范围内的电压值被分的层就越多，精度就越高。 转换器， 电压量程： 例：8位A/D转换器，分层数 8=256，设：电压量程：0~5V 位 转换器 分层数=2 ， 量化单位: 电压量程范围 电压量程范围/ 量化单位 q=电压量程范围 2n=5v/256≈0.019v=19mv ≈ LSB=1时对应的电压值 时对应的电压值 n可表示 可表示A/D转换分辨率 可表示 转换分辨率
P407
表12-1 12-
12.2
D/A转换器 D/A转换器
一、数/模转换器的原理(组成） 模转换器的原理(组成）
权电阻网络DAC 权电阻网络
I O = d1I1+ d 2 I 2 + d 3I3 + d 4 I 4
d4 I4 4R 8R
。
VR =5V
d1 I2 R
d2 I3 2R
d3
I1
VR VR VR VR = d1 + d2 + d3 + d4 R 2R 4R 8R 2V = R d12−1 + d2 2−2 + d3 2−3 + d4 2−4 R
次序 试探码 1 2 3 4 1000 1100 1010 1001 D/A 输出 2.5V<Vi 3.75V>Vi 3.125V>Vi 2.8125V<Vi 留 去 去 留 1000 1000 1000 1001
8 8位 D/A 转换器 12
VREF IOUT2
µ
S
R1b 9 IE
11 I OUT1 R1b
满量程误差： 满量程误差：±1LSB 参考电压： 参考电压： ±10V 单电源： 单电源： +5V~+15V
3 20
AGND Vcc
CS WR1 WR2 18 17 XFER DAC0832的内部结构图 DAC0832的内部结构图
1 2 3 4 5 6 32 克 16 克 8克 4克 2克 1克 超重 欠重 欠重 超重 欠重 平衡 去码 留码 留码 去码 留码 留码 D5=0 D4=1 D3=1 D2=0 D1=1 D0=1
M=D5*32+D4*16+D3*8+D2*4+D1*2+D0*1=27（克） （
二、逐次逼近式A/D转换器基本组成 逐次逼近式A/D转换器基本组成 A/D 控制逻辑(SAR)：移 Vi 控制逻辑 ： CLK + 控制逻辑 位寄存器、 位寄存器、数据寄存 SAR 器、时序电路及去留 缓冲器 码逻辑电路； 码逻辑电路； DAC:产生电子砝码； 产生电子砝码； 产生电子砝码 比较器： 比较器：对输入电压与 DAC VR 电子砝码进行比较， 电子砝码进行比较，并 由控制逻辑决定该砝码 逐次逼近式A/D转换器原理框图 逐次逼近式 转换器原理框图 的去留。 的去留。 设转换器的位数 n=4，相应的电子砝 ， 码分别为2.5V、 码分别为 、 1.25V、0.625V、 、 、 0.3125V。Vi=3V,则 。 则 转换过程及结果如 表所示。 表所示。
要求DAC输出一三角波， 输出一三角波， 例2 要求 输出一三角波 波形下限电压为0.5V，上限电压 波形下限电压为 ， 为2.5V。 。 下限电压对应的数字量为： 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： 上限电压对应的数字量为： 2.5*256/5=128=80H
二、八位D/A转换器DAC0832 八位D/A转换器DAC0832 D/A转换器
1. 芯片介绍 主要技术指标： 主要技术指标： TTL电平输入 TTL电平输入 分辨率： 分辨率： 8位 转换时间： 转换时间： 1 DI7 DI6 DI5 DI4 DI3 DI2 DI1 DI0 ILE 13 14 15 16 4 5 6 7 19 1 2 8 位 输 入 寄 存 器 IE 8位 DAC 寄存器
DAC3 ILE WR1 CS XFER WR2 IO/M
+ V O3
WR
模拟/数字（A/D） 12.3 模拟/数字（A/D）转换 逐次逼近式模 A/D） 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 转换的方法有多种， 实现 转换的方法有多种 而逐次逼近式A/D转换具 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 有速度快，分辨率高等优点获得了广泛的应用。这种 转 换器的比较过程与天平的称重的过程相似。 换器的比较过程与天平的称重的过程相似。若一台天平具 克和1克等 种砝码， 有32克、16克、 8克、 4克、 2克和 克等 种砝码，需要称 克 克 克 克 克和 克等6种砝码 量的物体重量为27.4克。称量从最重的砝码试起，过程如下 量的物体重量为 克 称量从最重的砝码试起， 表所示。 表所示。 次序 加砝码 天平指示 操作 记录
IOUT1 IOUT2 AGND
－A +
Vo
D7-D0
DAC0832
＋5V
ILE VREF
DGND
DAC0832与8位数据总线微机的连接图 与 位数据总线微机的连接图
第二种应用情况： 第二种应用情况：在多路 DAC系统中，需要同步 系统中， 系统中 需要同步D/A 转换时，采用双缓冲方式。 转换时，采用双缓冲方式。
地址 总线 WR M/IO 地址 译码 WR2 D WR1 A CS CIOUT1 XFER IOUT2 0 8 AGND 3 ILE 2 VREF DGND Vcc ＋5V
－A + Vo
D7-D0 ＋5V
DAC0832与8位数据总线微机的连接图 与 位数据总线微机的连接图
单缓冲方式的应用 的口地址为80H， 例1 设DAC的口地址为 的口地址为 ， 要求输出0~5V的锯齿波 的锯齿波 要求输出
(D/A)转换 第12章 模数（A/D）和数模(D/A)转换 12章 模数（A/D）和数模(D/A)
12.1 概述 D/A转换器 12.2 D/A转换器 A/D转换器 12.3 A/D转换器
12.1
概
述
一、实时过程控制控制系统的结构及组成
多 路 开 关 MUX 采 样 保 持 器 S/H 多 路 开 关 MUX
控
传感器 传感器
放大滤波 放大滤波
制
A/D 转 换 器
I/O 接 口
计
算 对 执 行 部 件 D/A 转 换 器 I/O 接 口
机
象
包括A/D和D/A的实时控制系统 包括A/D和D/A的实时控制系统 A/D
传感器： 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。 出来，并转换成电信号。 µ 放大到 放大器：把传感器输出的信号(一般为 一般为mV或 V)放大到 ２. 放大器：把传感器输出的信号 一般为 或 A/D转换所需的量程范围。 转换所需的量程范围。 转换所需的量程范围 低通滤波器：抑制干扰，提高信噪比。 ３. 低通滤波器：抑制干扰，提高信噪比。 多路开关：对传感器输出的多路信号进行切换， 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。 置进行测量和控制。 双向多路开关CD4051，教材：P404 例： 8选1双向多路开关 选 双向多路开关 ，教材： ADC0809芯片带有多路转换开关。 芯片带有多路转换开关。 芯片带有多路转换开关 5. 采样保持电路：对模拟信号进行采样并保持以保证 采样保持电路：对模拟信号进行采样并保持以保证A/D转 转 换的正确性。 换的正确性。 教材： 教材： P409，快变输入信号需要使用采样保持器。 ，快变输入信号需要使用采样保持器。
(
)
Rf = R/2 If
S1 S2 S3 S4
虚地点 若d1d2d3d4=1000，Rf=R/2 ， Vo = −Io× R f Io
Σ
－ +
Vo
2V 1 1 1 1 R R =− 1× + 0 × + 0 × + 0 × × = −2.5V R 2 4 8 16 2