微機(jī)原理數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)器

微機(jī)原理數(shù)模轉(zhuǎn)換和模數(shù)轉(zhuǎn)器傳感器(溫度、壓力、流量等模擬量)A/D計(jì)算機(jī)(數(shù)字量)顯示器D/A執(zhí)行部件(模擬量控制)打印機(jī)能夠?qū)⒛M量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量得器件稱為模數(shù)轉(zhuǎn)換器,簡稱A/D轉(zhuǎn)換器或ADC。能夠?qū)?shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量得器件稱為數(shù)模轉(zhuǎn)換器,簡稱D/A轉(zhuǎn)換器或DAC。ADC和DAC就是溝通模擬電路和數(shù)字電路得橋梁,也可稱之為兩者之間得接口、D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)譯碼器(解碼器)。一般常用得線性D/A轉(zhuǎn)換器,其輸出模擬電壓uO和輸入數(shù)字量Dn之間成正比關(guān)系。UREF為參考電壓。一、D/A轉(zhuǎn)換器得基本工作原理10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器就是將輸入得二進(jìn)制數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量,以電壓或電流得形式輸出。uO＝DnUREF將輸入得每一位二進(jìn)制代碼按其權(quán)值大小轉(zhuǎn)換成相應(yīng)得模擬量,然后將代表各位得模擬量相加,則所得得總模擬量就與數(shù)字量成正比,這樣便實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量得轉(zhuǎn)換。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器即:D/A轉(zhuǎn)換器得輸出電壓uO,等于代碼為1得各位所對(duì)應(yīng)得各分模擬電壓之和。D/A轉(zhuǎn)換器一般由數(shù)碼緩沖寄存器、模擬電子開關(guān)、參考電壓、解碼網(wǎng)絡(luò)和求和電路等組成。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器數(shù)碼緩沖寄存器n位數(shù)控模擬開關(guān)解碼網(wǎng)絡(luò)n位數(shù)字量輸入模擬量輸出求和電路參考電壓n位D/A轉(zhuǎn)換器方框圖數(shù)字量以串行或并行方式輸入,并存儲(chǔ)在數(shù)碼緩沖寄存器中;寄存器輸出得每位數(shù)碼驅(qū)動(dòng)對(duì)應(yīng)數(shù)位上得電子開關(guān),將在解碼網(wǎng)絡(luò)中獲得得相應(yīng)數(shù)位權(quán)值送入求和電路;求和電路將各位權(quán)值相加,便得到與數(shù)字量對(duì)應(yīng)得模擬量。1、權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC原理圖10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器二、D/A轉(zhuǎn)換器得主要電路形式權(quán)電阻雙向模擬開關(guān)數(shù)字量輸入模擬量輸出權(quán)電阻得排列順序和權(quán)值得排列順序相反。運(yùn)算放大器集成運(yùn)算放大器,作為求和權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)得緩沖,并將電流轉(zhuǎn)換為電壓輸出。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)DAC得原理分析開關(guān)Si得位置受數(shù)據(jù)鎖存器輸出得數(shù)碼di控制:當(dāng)di=1時(shí),Si將對(duì)應(yīng)得權(quán)電阻接到參考電壓UREF上;當(dāng)di=0時(shí),Si將對(duì)應(yīng)得權(quán)電阻接地。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器運(yùn)算放大器總得輸入電流為即:輸出得模擬電壓uO正比于輸入得數(shù)字量Dn,從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量得轉(zhuǎn)換。因而uO的變化范圍是10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器權(quán)電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器得特點(diǎn)①優(yōu)點(diǎn):結(jié)構(gòu)簡單,電阻元件數(shù)較少;②缺點(diǎn):阻值相差較大,制造工藝復(fù)雜。10大家應(yīng)該也有點(diǎn)累了，稍作休息大家有疑問的，可以詢問和交流10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器2、倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器數(shù)字量輸入模擬量輸出電阻解碼網(wǎng)絡(luò)中,電阻只有R和2R兩種,并構(gòu)成倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)di=1時(shí),相應(yīng)得開關(guān)Si接到求和點(diǎn);當(dāng)di=0時(shí),相應(yīng)得開關(guān)Si接地。但由于虛短,求和點(diǎn)和地相連,所以不論開關(guān)如何轉(zhuǎn)向,電阻2R總就是與地相連。這樣,倒T型網(wǎng)絡(luò)得各節(jié)點(diǎn)向上看和向右看得等效電阻都就是2R,整個(gè)網(wǎng)絡(luò)得等效輸入電阻為R。求和點(diǎn)倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器原理圖10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器參考電壓UREF供出得總電流為:運(yùn)算放大器得輸出電壓為:即:輸出得模擬電壓uO正比于輸入得數(shù)字量Dn,從而實(shí)現(xiàn)了從數(shù)字量到模擬量得轉(zhuǎn)換。倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)D/A轉(zhuǎn)換器得特點(diǎn):①優(yōu)點(diǎn):電阻種類少,只有R和2R,提高了制造精度;而且支路電流流入求和點(diǎn)不存在時(shí)間差,提高了轉(zhuǎn)換速度。②應(yīng)用:她就是目前集成D/A轉(zhuǎn)換器中轉(zhuǎn)換速度較高且使用較多得一種,如8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832,就就是采用倒T型電阻網(wǎng)絡(luò)。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器分辨率用于表示D/A轉(zhuǎn)換器對(duì)輸入微小量變化得敏感程度。分辨率分辨率越高,轉(zhuǎn)換時(shí)對(duì)輸入量得微小變化得反應(yīng)越靈敏。而分辨率與輸入數(shù)字量得位數(shù)有關(guān),n越大,分辨率越高。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器1、分辨率三、D/A轉(zhuǎn)換器得主要技術(shù)指標(biāo)①D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出電壓可能被分離得等級(jí)數(shù)－－可用輸入數(shù)字量得位數(shù)n表示D/A轉(zhuǎn)換器得分辨率;②可用D/A轉(zhuǎn)換器得最小輸出電壓與最大輸出電壓之比來表示分辨率。05/75001010011100101110111vo/VD00010、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器2、轉(zhuǎn)換精度D/A轉(zhuǎn)換器得轉(zhuǎn)換精度就是指輸出模擬電壓得實(shí)際值與理想值之差,即最大靜態(tài)轉(zhuǎn)換誤差。3、轉(zhuǎn)換速度從輸入得數(shù)字量發(fā)生突變開始,到輸出電壓進(jìn)入與穩(wěn)定值相差±0、5LSB范圍內(nèi)所需要得時(shí)間,稱為建立時(shí)間tset。目前單片集成D/A轉(zhuǎn)換器(不包括運(yùn)算放大器)得建立時(shí)間最短達(dá)到0、1微秒以內(nèi)。4、溫度系數(shù)在輸入不變得情況下,輸出模擬電壓隨溫度變化產(chǎn)生得變化量。一般用滿刻度輸出條件下溫度每升高1℃,輸出電壓變化得百分?jǐn)?shù)作為溫度系數(shù)。10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器1、DAC0832結(jié)構(gòu)框圖四、8位集成DAC08328位輸入寄存器8位DAC寄存器8位D/A轉(zhuǎn)換器UREFIOUT2RfbAGNDVCCDGNDDI7~DI0CSWR1WR2XFERILELELEIOUT1&&&RFB她由一個(gè)8位輸入寄存器、一個(gè)8位DAC寄存器和一個(gè)8位D/A轉(zhuǎn)換器三大部分組成,D/A轉(zhuǎn)換器采用了倒T型R-2R電阻網(wǎng)絡(luò)。LE＝1，跟隨＝0，鎖存10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器2、DAC0832引腳功能DI7～DI0:8位輸入數(shù)據(jù)信號(hào)。IOUT1：DAC輸出電流1。當(dāng)DAC鎖存器中為全1時(shí)，IOUT1最大（滿量程輸出）；為全0時(shí)，IOUT1為0。IOUT2：DAC輸出電流2。它作為運(yùn)算放大器的另一個(gè)差分輸入信號(hào)（一般接地）。滿足IOUT1+IOUT2＝滿量程輸出電流。Rfb:反饋電阻(內(nèi)已含一個(gè)反饋電阻)接線端。DAC0832中無運(yùn)放,且為電流輸出,使用時(shí)須外接運(yùn)放。芯片中已設(shè)置了Rfb,只要將此引腳接到運(yùn)放得輸出端即可。若運(yùn)放增益不夠,還須外加反饋電阻。ILE：輸入鎖存允許信號(hào)，高電平有效。CS：片選信號(hào)，低電平有效。WR1：輸入數(shù)據(jù)選通信號(hào)，低電平有效。（上升沿鎖存）XFER：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平有效。WR2：數(shù)據(jù)傳送選通信號(hào)，低電平有效。（上升沿鎖存）10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器任何導(dǎo)線都可以被理解成電阻,因此,盡管連在一起得“地”,其各個(gè)位置上得電壓也并非一致得,對(duì)于數(shù)字電路,由于噪聲容限較高,通常就是不需要考慮“地”得形式得,但對(duì)于模擬電路而言,這個(gè)不同地方得“地”對(duì)測(cè)量得精度就是構(gòu)成影響得,因此,通常就是把數(shù)字電路部分得地和模擬部分得地分開布線,只在板中得一點(diǎn)把她們連接起來。DGND：數(shù)字地，是控制電路中各種數(shù)字電路的零電位。AGND：模擬地，是放大器、A/D和D/A轉(zhuǎn)換器中模擬電路的零電位。UREF：參考電壓輸入。一般此端外接一個(gè)精確、穩(wěn)定的電壓基準(zhǔn)源。UREF可在-10V至+10V范圍內(nèi)選擇。UCC：電源輸入端（一般取+5V～+15V）。3、DAC0832特性參數(shù)10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器分辨率:8位建立時(shí)間:1μs增益溫度系數(shù):20ppm/℃(ppm----百萬分之一,10-6)輸入電平:TTL功耗:20mW4、DAC0832工作方式當(dāng)ILE、CS和WR1同時(shí)有效時(shí),輸入數(shù)據(jù)DI7～DI0進(jìn)入輸入寄存器;并在WR1得上升沿實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。當(dāng)WR2和XFER同時(shí)有效時(shí),輸入寄存器得數(shù)據(jù)進(jìn)入DAC寄存器;并在WR2得上升沿實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)鎖存。八位D/A轉(zhuǎn)換電路隨時(shí)將DAC寄存器得數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)(IOUT1+IOUT2)輸出。DAC0832得使用有雙緩沖器型、單緩沖器型和直通型三種工作方式。DAC0832得三種工作方式10、2數(shù)模轉(zhuǎn)換器(b)單緩沖方式:適合在不要求多片D/A同時(shí)輸出時(shí)。此時(shí)只需一次寫操作,就開始轉(zhuǎn)換,提高了D/A得數(shù)據(jù)吞吐量。(a)雙緩沖方式:采用二次緩沖方式,可在輸出得同時(shí),采集下一個(gè)數(shù)據(jù),提高了轉(zhuǎn)換速度;也可在多個(gè)轉(zhuǎn)換器同時(shí)工作時(shí),實(shí)現(xiàn)多通道D/A得同步轉(zhuǎn)換輸出。(c)直通方式:輸出隨輸入得變化隨時(shí)轉(zhuǎn)換。DAC0832與CPU插槽接口DAC0832與PC機(jī)得連接如圖所示,由于DAC0832得數(shù)據(jù)輸入線可以直接與CPU數(shù)據(jù)線連接,所以在圖中,DAC0832沒經(jīng)緩沖器而直接與數(shù)據(jù)總線中D7～D0相連,圖中XFER*和WR2*接地,即DAC0832內(nèi)部第2級(jí)緩沖器接成直通式,只控制第1級(jí)緩沖器得數(shù)據(jù)輸入,當(dāng)CS*與WR1*同時(shí)有效時(shí),DI7～DI0得數(shù)據(jù)被送入其內(nèi)部得D/A轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換

DAC0832與CPU插槽相連接得電路

MOVDX,200H;端口地址ABCD:MOVAL,00HOUTDX,AL;向DAC0832輸出全0CALLDELAY;調(diào)用延時(shí)子程序DELAYMOVAL,0FFHOUTDX,AL;向DAC0832輸出全1CALLDELAYJMPABCDDALLY:MOVCX,0500HA1:LOOPA1

RET例【10-1】假設(shè)在圖中DAC0832片選得地址就是200H,要求在VOUT輸出方波、例【10-2】

8位D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832得輸出電壓范圍為0~5V,端口地址為4321H,試編程實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生0~5V鋸齒波得程序MOVDX,4321H;端口地址送DXA1:MOVAL,00H;準(zhǔn)備起始輸出數(shù)據(jù)

LOOP:OUTDX,ALCALLDALLYINCALCMPAL,FFHJNCA1JMPLOOP

A/D轉(zhuǎn)換就是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào),轉(zhuǎn)換過程通過取樣、保持、量化和編碼四個(gè)步驟完成。10、3模數(shù)轉(zhuǎn)換器一、A/D轉(zhuǎn)換器得基本工作原理采樣保持量化編碼VIDO模擬量輸入數(shù)字量輸出取樣(也稱采樣)就是將時(shí)間上連續(xù)變化得信號(hào),轉(zhuǎn)換為時(shí)間上離散得信號(hào),即將時(shí)間上連續(xù)變化得模擬量轉(zhuǎn)換為一系列等間隔得脈沖,脈沖得幅度取決于輸入模擬量。1、取樣和保持10、3模數(shù)轉(zhuǎn)換器取樣過程采樣脈沖輸入模擬信號(hào)采樣輸出信號(hào)模擬信號(hào)經(jīng)采樣后,得到一系列樣值脈沖。采樣脈沖寬度τ一般就是很短暫得,在下一個(gè)采樣脈沖到來之前,應(yīng)暫時(shí)保持所取得得樣值脈沖幅度,以便進(jìn)行轉(zhuǎn)換。因此,在取樣電路之后須加保持電路。10、3模數(shù)轉(zhuǎn)換器①在采樣脈沖S(t)到來得時(shí)間τ內(nèi),VT導(dǎo)通,UI(t)向電容C充電,假定充電時(shí)間常數(shù)遠(yuǎn)小于τ,則有:UO(t)＝US(t)＝UI(t)。－－采樣②采樣結(jié)束,VT截止,而電容C上電壓保持充電電壓UI(t)不變,直到下一個(gè)采樣脈沖到來為止。－－保持場(chǎng)效應(yīng)管VT為采樣門,電容C為保持電容,運(yùn)算放大器為跟隨器,起緩沖隔離作用。取樣保持電路及輸出波形輸入得模擬電壓經(jīng)過取樣保持后,得到得就是階梯波。而該階梯波仍就是一個(gè)可以連續(xù)取值得模擬量,但n位數(shù)字量只能表示2n個(gè)數(shù)值。因此,用數(shù)字量來表示連續(xù)變化得模擬量時(shí)就有一個(gè)類似于四舍五入得近似問題。10、3模數(shù)轉(zhuǎn)換器2、量化和編碼量化得方法一般有兩種:只舍不入法和有舍有入法。A/D轉(zhuǎn)換器有直接轉(zhuǎn)換法和間接轉(zhuǎn)換法兩大類。直接法就是通過一套基準(zhǔn)電壓與取樣保持電壓進(jìn)行比較,從而直接將模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。其特點(diǎn)就是工作速度高,轉(zhuǎn)換精度容易保證,調(diào)準(zhǔn)也比較方便。直接A/D轉(zhuǎn)換器有計(jì)數(shù)型、逐次比較型、并行比較型等。間接法就是將取樣后得模擬信號(hào)先轉(zhuǎn)換成中間變量時(shí)間t或頻率f,然后再將t或