微机原理与接口技术课件：09 数模转换器da
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微机原理第12章-DA与AD转换接口ppt课件
EOC
START
OE
IN7
模 拟 输 入
IN0
通道 选择 开关
定时和控制
No逐位逼近存放 器(SAR)
比较器
8位锁 D0
存和
D7 ADDA ALE
Image 通道
地址 锁存 及 译码
开关树型 D/A
REF(+) REF(-)
图12.6 ADC0809转换器的内部构造图
No 数/模〔D/A〕和模/数〔A/D〕转换技术主要
用于计算机实时控制和自动丈量系统中。在工业 控制和参数丈量时，经常会遇到如温度、压力、 流量等延续变化的物理量〔通称模拟量〕。用计
Image 算机处置这些模拟量必需先将其转换为电信号，
然后再经A/D转换器将其转换为数字量。对于大 多数的被控对象，计算机加工处置后输出的数字 方一式个控包含制A信/D号和还D/A应转经换D的/A计转算换机变闭环成自模动拟控量制。系才统 干 推如进以执下图行所机示构任务。
Image
图12.5 DAC0832输出的三角波形图
12.3 ADC0809模/数转换器
ADC0809是一种普遍运用且本钱较低的
No CMOS资料A/D转换器。它具有8个模拟量输
入通道，可将模拟量转换为8位二进制数字量。
Image 一、ADC0809的内部构造与引脚图 图12.6 给出了ADC0809的内部构造。 图12.7 给出了ADC0809的引脚图。
本章内容
· 有关D/A、A/D的根本概念 · DAC及其接口 · ADC及其接口 · A/D、D/A运用举例
学习目的
了解微机控制系统的普通组成 了解D/A、A/D的根本原理 了解DAC、ADC的主要性能目的 掌握DAC、ADC与CPU的接口及其
精品课件-微机原理与接口技术-第9章
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.2 D/A转换的基本原理
第9章 D/A、A/D转换接口
DAC的输出形式有电压、电流两大类型。电压输出型的DAC 相当于一个电压源，内阻较小，选用这种芯片时，与它匹配的 负载电阻应较大；电流输出型的DAC相当于电流源，内阻较大， 选用这种芯片时，负载电阻不可太大。
第9章 D/A、A/D转换接口
在实际应用中，有时仅要求输出是单方向的，即单极性输 出，其电压通常为0～+5 V或0～+10 V；有时则要求输出是双 方向的，即双极性输出，如电压为±5 V、±10 V。单极性和 双极性输出电路分别如图9.4(a)和(b)所示。在图9.4(b)中， 通过运算放大器A1将单极性输出转变为双极性输出，由UREF为A2 提供一个偏移电流，该电流方向应与A1输出电流方向相反。
第9章 D/A、A/D转换接口
能够将数字量转换成模拟量的器件称为数字/模拟转换器， 简称DAC或D/A转换器。
计算机通过ADC或DAC与外界使用模拟量的设备相连接的技 术就是模拟接口技术，它是计算机应用于自动控制领域的基础。 一个典型的计算机测控系统如图9.1所示。
第9章 D/A、A/D转换接口 图9.1 典型的计算机检测、控制系统框图
第9章 D/A、A/D转换接口
二—十进制的转换公式： B=bn-1bn-2… b1b0=bn-1×2n-1+bn-2×2n-2+…+ b1×21+b0×20
式中，B表示转换后的十进制数；bn-1为二进制数的最高位， b0为二进制数的最低位。
为了把一个数字量变为模拟量，必须把每一位的数码按照 权来转换为对应的模拟量，再把各模拟量相加。这样，得到的 总模拟量便对应于给定的数据。DAC的主要部件是电阻开关网 络，它通常是由输入的二进制数的各位控制一些开关，通过电 阻网络，在运算放大器的输入端产生与二进制数各位的权成比 例的电流，经过运算放大器相加和转换而成为与二进制数成比 例的模拟电压。最简单的DAC电路如图9.2(a)所示。
微机原理与接口技术课件全 (9)
（2）键的识别 通常有两种方法可识别被按之键：一种是“行扫描”法； 一种是“反转”法。 1）行扫描法 依次对每一行进行扫描，选使被扫描的行为低电平，其它 所有的行均为高电平，接着检测各列线的状态（称为“列”）。 若各列码均为高电平（即列码为全1），则被按之键不在这行。 继续扫描下一行；若列线不全为高电平（即列码为非全1），则 被按之在此行。根据行扫描码及列码就可知被按之键的坐标值 （即位置码）。再根据位置码通过查表可得到它的键值。查表 法的扫描子程序流程图如图7-6所示。
四、输入/输出寻址方式
当主机执行I/O操作时，应先对I/O接口中的端口进行寻址， 其寻址方式有如下两种： 此时，I/O端口单独编址。CPU指令系统中有专门用于I/O操 作的指令——I/O指令，CPU访问I/O端口时发出I/O读命令或写 命令，访问内存时发存储器读或写命令。因此，端口地址与存 储单元地址可重叠。此时，I/O端口不占用存储空间且与访问 I/O设备指令有别。 这种寻址方式中，将I/O端口与存储单元统一编址，即CPU 把I/O端口作为存储单元对待，I/O端口占用一定的存储空间。 采用这种寻址方式的CPU指令系统中没有专门的I/O指令，
微型机中常外设有LED显示器、CRT显示器、键盘、打印机、软 磁盘存储器等。单片机应用系统中常设置LED显示器、拔盘、键 盘、点阵式打印机等外设。
§8-2 键盘及其接口
返回
在微型机系统中，键盘是最常用的输入设备，键盘通常由 数字键和功能键组成，其规模取决于系统的要求。
键盘可分为编码键盘和非编码键盘两种，前者有检测键闭 合，去抖动及产生相应键编码的硬件电路，而后者则没有这些 硬件，上述功能在有少量的硬件支持下由软件来完成。由此可 见编码键盘产生键编码的速度快且基本上不占用CPU时间，但硬 件开销大，电路复杂，成本高；非编码键盘则硬件开销省，电 路简单，成本低，但占用CPU时间较长。
微机原理和接口第十章AD及DA转换接口精品PPT课件
i=i+10; ∥角度+10 }
while(!kbhit()) { ∥等待键盘 goto next ∥键盘无键按下，重复输出正弦波
} }
2.12位DAC连接
由于微机的I/O指令一次只能输出8位数据，因此对于数据宽度 大于8位DAC只能分两次输入数据，为此一般大于8位数据宽度的 DAC内部均设计有两级数据缓冲，如12位DAC1210内部就有两
求
2R
2R
2R
2R
和
元
件
S7
S6
S5
S6
图10-1 T型解码网络原理图
图中Vref为参考电压，S7、S6……SO为8个电子开关，受计算 机输出的二进制数据控制其导通/关断。解码网络相邻两节点 之间的电阻都为R，但节点7与运算放大器之间，节点0与地之 间的电阻为2R，各支路电阻为2R。不论电子开关导通/关断， 从任一节点向左、向右看（不包含支路电阻）的等效电阻都是 2R。 用叠加原理分析输入到运算放大器的总电流：依次假设S7～ S0中只有一个电子开关接通Vref，其他电子开关接地，可求出 总电流为：
V2 V1
0 t1
t2 t3 t4
T1 -V1
T2 T3
+V2
t1
t2 t3 t4
图10-9 双积分型A/D转换器输出波形
通过输出波形可求出：Vin=VR/Nm×NX,式中： VR参考 电压，Nm参考电压计数值， NX输入电压计数值。可见， 双积分型A/D转换器输出与时间常数RC无关，消除了斜 坡电压的各种误差，由于经过两次积分可消除干扰对转 换结果的影响。
（2）转换时间：
指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需的时间。一般 电流型D/A转换器在几秒到几百微秒之内；而电压型D/A
微型计算机原理及接口技术(第三版)(裘雪红)作者提供课件章 (9)
R
R
R
I/16
I/8
I/4
I/2
I
VREF
8
I
I
I
I
i 24 D0 23 D1 22 D2 21 D3Iຫໍສະໝຸດ D0 24D1 23
D2 22
D3 21
VREF R
D0 24
D1 23
D2 22
D3 21
VREF 24 R
3 i0
Di 2i
VOUT
i
Rfb
R fb R
DAC0832： 8位，两级锁存，倒T形电阻网络，变换时间1μs。 1）引线、功能
D0～D7 ILE、CS、WR1：一级锁存（输入寄存器） XFER、WR2：二级锁存（变换寄存器） VREF：－10V～＋10V IOUT1、IOUT2 Rfb AGND；VCC、DGND 2）时序
13
8.1.4 A/D与D/A变换器接口 一、数字到模拟(D/A)变换器
11111111 ……
127 ……
－127 1 0 0 0 0 0 0 1
1
－128 1 0 0 0 0 0 0 0
0
3. 典型DAC芯片
偏移2进制码
D7 6 5 4 3 2 1 0 VOUT 1 1 1 1 1 1 1 1 +5V
1 1 1 1 1 1 1 0 ……
……
……
1 0 0 0 0 0 0 1 ……
上拉电阻
1.066667 1.142857 1.230769 1.333333 1.454545
1.6 1.777778
2 2.285714 2.666667
3.2 4 5.333333 8 16 无穷大
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（3）与外设相连信号
VREF：参考电压输入。 -10V～+10V，一般为+5V或+10V
IOUT1 ：模拟电流输出，接运放反相端。 IOUT2：模拟电流输出， D/A转换差动电流输出。
用于连接运算放大器的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 VCC：数字电路供电电压 AGND、DGND：模拟地和数字地
17
2 0832外部引脚
2.3 0832引脚信号
（1）输入寄存器控制信号
D7～D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器
（2）用于DAC寄存器的控制信号
WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器
18
2 0832外部引脚
2.2 0832引脚信号
12
1 0832数模转换
1.8 主要技术指标
（1）分辨率
输入的二进制数每±1个最低有效位 (LSB)使输出变化的程度。 可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可用 一个LSB使输出变化的程度来表示。 例：一个满量程为5V的10位D/A变换器，±1 LSB的变化将使 输出变化 5/(210-1) = 5/1023 = 0.04888V = 48.88mV （LSB-Least Significant Bit）
11
1 0832数模转换
1.7 R-2R梯形电阻网络
Rf
n-1
210
Vi -
Vo
+
2R
Vref
R
Vn-1
2R 2R 2R
...
R R 2R
V2
V1 V0
倒向左边：支路中电阻接地，即该位为0； 倒向右边：支路接入加法电路的相加点Vi，即该位为1。
依次计算支路 电流I0至I7
Vo2RR fVre(f210D7211D7212D6..21.7D0)2RR fVreif702-iD7i
13
1 0832数模转换
1.8 主要技术指标
（2）转换精度
实际输出值与理论值之间的最大偏差 可用最小量化阶⊿来度量： ⊿=±1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量： 如0.05% FSR （FSR-Full Scale Range）
14
1 0832数模转换
1.8 主要技术指标
（3）建立时间
从开始转换到与满量程值相差±1/2 LSB所对应的模拟量所需 要的时间
V
VFULL
1/2 LSB
tC
t
15
2 0832外部引脚
2.1 0832主要特性
DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位电流输出型 D/A转换器。
（1） 分辨率8位 （2） 建立时间为1 μs （3）功耗20mW （4）数字输入电平为TTL电平 （5）差动输出
16
2 0832外部引脚
2.2 0832外部引脚
2
1 0832数模转换
1.2 微机控制系统 （1） 传感器：温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要 把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把 物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、位移、速 度、流量等多种传感器。 （2） A/D转换 （3） D/A转换
3
10
1 0832数模转换
1.6 D/A变换器的工作原理
（1）在集成电路中，通常采用T型解码网络实现数 字量往模拟量的转换，再利用运算放大器完成模拟 电流变为模拟电压的转换。 （2）D/A转换器的功能是把二进制数字量电信号转 换为与其数值成正比的模拟量电信号。在D/A参数 中一个最重要的参数就是分辨率，它是指输人数字 量或发电生流)单的位变数化码量变。化时，所对应输出模拟量(电压 （3）DAC0832采用先进的CMOS/Si—Cr工艺，为8位 的D/A转换器。其内部具有双输入数据缓冲器和一 个R-2RT型电阻网络，原理图如下：
1 0832数模转换
1.3 数模转换器基本构成
（1）模拟开关
（2）电阻网络（权电阻网络、R-2R梯形电阻网络）
（3）运算放大器
Rf
数字量
模拟开关
电阻网络
∑
VO Vref
4
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（1）若运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与 输入电压Vin的关系为：
Rf
VO
=
-
Rf R
Vin
Vin
R
∑
VO
5
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（2）若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电 压Vin的关系为：
Rf R1
V0
=
-Rf
n i=1
1 Ri
Vin
Vin
…∑
VO
Rn
6
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（基3准）电若压令V每ref，个则支有路：的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一
8
1 0832数模转换
1.5 权电阻网络
S1 S2 S3 S4 S5
Vref
S6 S7 S8
2R
Rf
4R
8R
16R
32R
64R
128R
256R
上式中n=8
VO
9
1 0832数模转换
1.5 权电阻网络
（（代1D码）i=就1如时对果S应i闭用不合8位同；二输D进i出=0制电时代压Si断码VO开来；）控，制则图不中同的的S1～二S进8 制 （-(225）5/当25代6)V码re在f之0间～变FF化H之；间变化时，VO相应地在0～ （3）为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际 的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种 阻值的电阻(R和2R)。
19
3 0832内部结构
3.1 0832内部结构
20
3 08ห้องสมุดไป่ตู้2内部结构
3.2 0832内部组成
（1）8位输入寄存器 （2）8位DAC寄存器 （3）8位D/A转换器 （4）控制电路
V0=-Rfi= n12i1 RfVref =-i= n12 1iVref
7
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（合4上），如S果i=0每表个示支Si断路开由，一则个上开式关变Si控换制为，：Si=1表示Si
V0
=
n
-
i=1
1 2i
SiVref
若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献
09 DAC0832数模转换
主要内容 1 0832数模转换 2 0832外部引脚 3 0832内部结构 4 0832的应用
1
1 0832数模转换
1.1 数模转换
（1） D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟 的电信号。 （2） D/A转换即数/模转换，是将数字量转换成与 其成比例的模拟量。 （3） D/A转换器的核心电路是解码网络，解码网 络主要形式有两种：一种是权电阻解码网络，另 一种是T型(梯型)电阻网络。
VREF：参考电压输入。 -10V～+10V，一般为+5V或+10V
IOUT1 ：模拟电流输出，接运放反相端。 IOUT2：模拟电流输出， D/A转换差动电流输出。
用于连接运算放大器的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 VCC：数字电路供电电压 AGND、DGND：模拟地和数字地
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2 0832外部引脚
2.3 0832引脚信号
（1）输入寄存器控制信号
D7～D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器
（2）用于DAC寄存器的控制信号
WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器
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2 0832外部引脚
2.2 0832引脚信号
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1 0832数模转换
1.8 主要技术指标
（1）分辨率
输入的二进制数每±1个最低有效位 (LSB)使输出变化的程度。 可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可用 一个LSB使输出变化的程度来表示。 例：一个满量程为5V的10位D/A变换器，±1 LSB的变化将使 输出变化 5/(210-1) = 5/1023 = 0.04888V = 48.88mV （LSB-Least Significant Bit）
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1 0832数模转换
1.7 R-2R梯形电阻网络
Rf
n-1
210
Vi -
Vo
+
2R
Vref
R
Vn-1
2R 2R 2R
...
R R 2R
V2
V1 V0
倒向左边：支路中电阻接地，即该位为0； 倒向右边：支路接入加法电路的相加点Vi，即该位为1。
依次计算支路 电流I0至I7
Vo2RR fVre(f210D7211D7212D6..21.7D0)2RR fVreif702-iD7i
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1 0832数模转换
1.8 主要技术指标
（2）转换精度
实际输出值与理论值之间的最大偏差 可用最小量化阶⊿来度量： ⊿=±1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量： 如0.05% FSR （FSR-Full Scale Range）
14
1 0832数模转换
1.8 主要技术指标
（3）建立时间
从开始转换到与满量程值相差±1/2 LSB所对应的模拟量所需 要的时间
V
VFULL
1/2 LSB
tC
t
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2 0832外部引脚
2.1 0832主要特性
DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位电流输出型 D/A转换器。
（1） 分辨率8位 （2） 建立时间为1 μs （3）功耗20mW （4）数字输入电平为TTL电平 （5）差动输出
16
2 0832外部引脚
2.2 0832外部引脚
2
1 0832数模转换
1.2 微机控制系统 （1） 传感器：温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要 把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把 物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、位移、速 度、流量等多种传感器。 （2） A/D转换 （3） D/A转换
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1 0832数模转换
1.6 D/A变换器的工作原理
（1）在集成电路中，通常采用T型解码网络实现数 字量往模拟量的转换，再利用运算放大器完成模拟 电流变为模拟电压的转换。 （2）D/A转换器的功能是把二进制数字量电信号转 换为与其数值成正比的模拟量电信号。在D/A参数 中一个最重要的参数就是分辨率，它是指输人数字 量或发电生流)单的位变数化码量变。化时，所对应输出模拟量(电压 （3）DAC0832采用先进的CMOS/Si—Cr工艺，为8位 的D/A转换器。其内部具有双输入数据缓冲器和一 个R-2RT型电阻网络，原理图如下：
1 0832数模转换
1.3 数模转换器基本构成
（1）模拟开关
（2）电阻网络（权电阻网络、R-2R梯形电阻网络）
（3）运算放大器
Rf
数字量
模拟开关
电阻网络
∑
VO Vref
4
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（1）若运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与 输入电压Vin的关系为：
Rf
VO
=
-
Rf R
Vin
Vin
R
∑
VO
5
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（2）若输入端有n个支路, 则输出电压VO与输入电 压Vin的关系为：
Rf R1
V0
=
-Rf
n i=1
1 Ri
Vin
Vin
…∑
VO
Rn
6
1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（基3准）电若压令V每ref，个则支有路：的输入电阻为2iRf , 并令Vin为一
8
1 0832数模转换
1.5 权电阻网络
S1 S2 S3 S4 S5
Vref
S6 S7 S8
2R
Rf
4R
8R
16R
32R
64R
128R
256R
上式中n=8
VO
9
1 0832数模转换
1.5 权电阻网络
（（代1D码）i=就1如时对果S应i闭用不合8位同；二输D进i出=0制电时代压Si断码VO开来；）控，制则图不中同的的S1～二S进8 制 （-(225）5/当25代6)V码re在f之0间～变FF化H之；间变化时，VO相应地在0～ （3）为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际 的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种 阻值的电阻(R和2R)。
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3 0832内部结构
3.1 0832内部结构
20
3 08ห้องสมุดไป่ตู้2内部结构
3.2 0832内部组成
（1）8位输入寄存器 （2）8位DAC寄存器 （3）8位D/A转换器 （4）控制电路
V0=-Rfi= n12i1 RfVref =-i= n12 1iVref
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1 0832数模转换
1.4 基本变换原理
（合4上），如S果i=0每表个示支Si断路开由，一则个上开式关变Si控换制为，：Si=1表示Si
V0
=
n
-
i=1
1 2i
SiVref
若Si=1,该项对VO有贡献 若Si=0,该项对VO无贡献
09 DAC0832数模转换
主要内容 1 0832数模转换 2 0832外部引脚 3 0832内部结构 4 0832的应用
1
1 0832数模转换
1.1 数模转换
（1） D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟 的电信号。 （2） D/A转换即数/模转换，是将数字量转换成与 其成比例的模拟量。 （3） D/A转换器的核心电路是解码网络，解码网 络主要形式有两种：一种是权电阻解码网络，另 一种是T型(梯型)电阻网络。