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第 10 章 数模（ D/A ）转换与 模数（ A/D ）转换接口

第 10 章 数模（ D/A ）转换与 模数（ A/D ）转换接口. 10.1 模拟量输入与输出通道 10.2 数模（ D/A ）转换器 10.3 D/A 转换器与微处理器的接口 10.4 模数（ A/D ）转换器 10.5 A/D 转换器与微处理器的接口. 退出. 10.1 模拟量输入与输出通道. 模拟量的输入、输出通道是微型计算机与控制对象之间的重要接口，也是实现工业过程控制的重要组成部分。. 10.1.1 模拟量输入通道的组成 典型的模拟量输入通道由以下几部分组成： 1 ．传感器 2 ．量程放大器 3 ．低通滤波器

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第 10 章 数模（ D/A ）转换与 模数（ A/D ）转换接口

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Presentation Transcript

  1. 第10章 数模（D/A）转换与模数（A/D）转换接口 • 10.1 模拟量输入与输出通道 • 10.2 数模（D/A）转换器 • 10.3 D/A转换器与微处理器的接口 • 10.4 模数（A/D）转换器 • 10.5 A/D转换器与微处理器的接口 退出

  2. 10.1 模拟量输入与输出通道 • 模拟量的输入、输出通道是微型计算机与控制对象之间的重要接口，也是实现工业过程控制的重要组成部分。

  3. 10.1.1 模拟量输入通道的组成 • 典型的模拟量输入通道由以下几部分组成： • 1．传感器 • 2．量程放大器 • 3．低通滤波器 • 4．多路开关 • 5．采样保持电路 • 6．A/D转换器

  4. 10.1.2 模拟量输出通道的组成 • 典型的模拟量输出通道由以下几部分组成： • 1．D/A转换器 • 2．锁存器 • 3．放大驱动电路

  5. 10.2 数模（D/A）转换器 • D/A转换器是计算机或其它数字系统与模拟量控制对象之间联系的桥梁，它的任务是将离散的数字信号转换为连续变化的模拟信号。在工业控制领域中，D/A转换器是不可缺少的重要组成部分。

  6. 10.2.1 D/A转换的基本原理 • 数字量是由一位一位的数位构成的，每个数位都代表一定的权。 • 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。 • D/A转换器的主要部件是电阻开关网络，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。

  7. 10.2.2 D/A转换器的主要技术指标 • 1．分辨率 • 这是D/A转换器对微小输入量变化敏感程度的描述，通常用数字量的位数来表示，如8位、12位等。 • 2．精度 • 精度反映D/A转换的精确程度，可分为绝对精度和相对精度。 • 3．建立时间 • 建立时间也称稳定时间，是指在D/A的数字输入端加上满量程的变化（如从全“0”变为全“1”）以后，其模拟输出稳定到最终值±1/2LSB时所需的时间。

  8. 4．输出电平 • 不同型号的D/A转换器的输出电平相差较大。 • 5．线性误差 • 相邻两个数字量之间的差应是1LSB，即理想的转换特性应是线性的。在满量程范围内，偏离理想的转换特性的最大值称为线性误差。 • 6．温度系数 • 在规定的范围内，相应于温度每变化1℃，增益、线性度、零点及偏移（对双极性D/A）等参数的变化量。

  9. 10.3 D/A转换器与微处理器的接口 • D/A转换器与微处理器间的信号连接包括三部分，即数据线、控制线和地址线。 • 微处理器的输出数据要传送给D/A转换器，首先要把数据总线上的输出信号连接到D/A转换芯片的数据输入端。若D/A芯片内带有锁存器，微处理器就把D/A芯片当作一个并行输出端口；若D/A芯片内无锁存器，微处理器就把D/A芯片当作一个并行输出的外设，二者之间还需增加并行输出的接口。这是因为微处理器要处理各种信息，其数据总线上的数据总是不断变化的，使得送给D/A转换器的数据在数据总线上停留时间很短，因而在一般情况下需要锁存器来保存微处理器送给D/A转换器的数据。

  10. 一 片内无三态输入缓冲器的8位D/A转换器接口设计 • 利用DAC0808构成直流数字电压表。

  11. 二 片内有三态输入缓冲器的8位D/A转换器接口设计 • 使用DAC0832产生产生任意波形，如三角波形。

  12. DAC0832的工作时序

  13. 产生任意波形的设计电路图

  14. 三 片内无三态输入缓冲器的12位D/A转换器接口设计 • 设计转换接口，要求转换的数据按“右对齐”格式传送。

  15. 三 片内有三态输入缓冲器的12位D/A转换器接口设计 • 应用DAC1210设计转换器接口，要求按“左对齐”的格式传送数据

  16. 10.4 模数（A/D）转换器 • A/D转换器是模拟信号源与计算机或其它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数字信号，以便计算机或数字系统进行处理、存储、控制和显示。在工业控制和数据采集及其它领域中，A/D转换器是不可缺少的重要组成部分。

  17. 10.4.1 A/D转换器的主要技术指标 • 1．分辨率 • 分辨率是指A/D转换器响应输入电压微小变化的能力。通常用数字输出的最低位（LSB）所对应的模拟输入的电平值表示。 • 2．精度 • 精度可分为绝对精度和相对精度。 • 3．转换时间 • 转换时间是指A/D转换器完成一次转换所需的时间，即从启动信号开始到转换结束并得到稳定的数字输出量所需的时间。

  18. 4．电源灵敏度 • 电源灵敏度是指A/D转换器的供电电源的电压发生变化时，产生的转换误差。 • 5．量程 • 量程是指所能转换的模拟输入电压范围。 • 6．输出逻辑电平 • 多数A/D转换器的输出逻辑电平与TTL电平兼容。 • 7．工作温度范围 • 由于温度会对比较器、运算放大器、电阻网络等产生影响，故只在一定的温度范围内才能保证额定精度指标。

  19. 10.4.2 A/D转换器与系统连接的问题 • 1．启动信号的供给 • A/D转换器要求的启动信号一般有两种形式：即电平启动信号和脉冲启动信号。

  20. 2．转换结束信号以及转换数据的读取 • A/D转换结束时，A/D转换芯片会输出转换结束信号，通知CPU读取转换数据。 • CPU一般可以采用4种方式和A/D转换器进行联络来实现对转换数据的读取。 • 第一种是 程序查询方式。 • 第二种是 中断方式。 • 第三种是 CPU等待方式。 • 第四种是 固定的延迟程序方式。

  21. 10.4.3 典型的A/D转换芯片 • 1．ADC0809 • （1）ADC0809的逻辑结构 • ADC0809是美国国家半导体公司生产的逐次逼近型8位A/D转换器芯片。 • 2．AD574A • （1）AD574A的逻辑结构 • AD574A是美国模拟器件公司生产的12位逐次逼近型的A/D转换芯片。

  22. 10.5 A/D转换器与微处理器的接口（以查询方式为例） • A/D转换芯片与微处理器接口时，除了要有数据信息的传送外，还应有控制信息和状态信息的联系。其工作过程是：CPU送出控制信号至A/D转换器的启动端，使A/D转换器开始转换；A/D转换需要一定的转换时间，当CPU查询到转换完成，CPU执行输入指令将A/D转换的结果读入。

  23. 一 片内有三态输出缓冲器的12位A/D转换器接口设计 • 进行12位模数转换，结果分两次输出，以“左对齐”方式存放在内存中。

  24. 二 片内无三态输出缓冲器的12位A/D转换器接口设计 • 某数据采集系统，采用ADC01210作12位转换，转换的结果按右对齐格式存放

  25. 问题与讨论

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