第10章模/數和數/模轉換本章重點D/A轉換的原理，D/A轉換的分辨率和精度的含義計數式A/D轉換、雙積分式A/D轉換和逐次逼近式A/D的原理利用軟件實現A/D轉換的方法10.1概述模/數和數/模用途：控制和測量儀表

10.2數/模(D/A)轉換器數/模轉換的原理數字量－>模擬量

把數字量的每一位的代碼按照權轉換成對應的模擬量，再把各模擬量相加，這樣得到總的模擬量對應要轉換的數據。

例如：二進制到十進制的轉換：（1011）2＝（11）10D/A轉換也利用這個原理。轉換過程通過T型網絡實現數字量到模擬電流的轉換，再通過運算放大器完成模擬電流到模擬電壓的轉換。10.2.1數/模轉換的原理運算放大器的工作特點和原理T型電阻網絡和運算放大器構成的D/A轉換器分辨率和精度T型權電阻網絡

1.運算放大器的工作特點和原理特點：開環放大倍數非常高，幾千甚至十萬，所以正常情況下輸入電壓都很小。輸入阻抗非常大，輸入電流幾乎為0。輸出阻抗很小，驅動能力很大。1.運算放大器的工作特點和原理運算放大器有兩個輸入端：同相端（+）、反相端（-）和一個輸出端如圖a.同相端接地，輸入電壓Vi非常小，電位接近0，同時，由于輸入阻抗很大，輸入電流也幾乎為0，一般把這種電壓近似位0，輸入電流也近似為0的情況稱為虛地。1.運算放大器的工作特點和原理2.由T型電阻網絡和運算放大器構成的D/A轉換器權電阻D/A轉換的含義若用4位二進制轉換0～150mv的模擬信號，即:Vomax=150mv將0~150mv按2n-1均分，再重新組合。數字量－模擬量0000－0mv0001－10mv0010－20mv0011－30mv……－……1111－150mv3.T型權電阻網絡采用T型電阻網絡的D/A轉換器

在D/A轉換中，如果采用獨立的權電阻，那么對于一個8位的D/A轉換器，需要R、2R、4R、8R……128R不同型號的電阻，工藝上很難保證這么準確的電阻，影響轉換的絕對精度。實際中，使用T型電阻網絡如圖：3.T型權電阻網絡無論K打向哪邊，都是接地，所以C點電壓不變，但是輸入電流發生變化類似二進制到十進制的轉換10.2.2D/A轉換器的指標1.分辨率

分辨率反應D/Ａ轉換的靈敏度，是指D/A轉換器能辨別的最小電壓增量，通常用最低有效位對于的模擬量表示，如滿量程為VFS,則n位D/A的分辨率

例如：8位DA滿量程10V，那么10V/(28-1)=39.2mv,則分辨率39.2mv10.2.2D/A轉換器的指標2.轉換精度(絕對和相對)：

（1）絕對轉換精度：每個輸出電壓接近理想值的程度，主要與標準電源精度、權電阻的精度有關。（2）相對轉換精度：

絕對精度相對于滿量程輸出的百分比，又用最低位(LSB)的幾分之幾表示，如一個D/A的相對轉換精度是(LSB)/2，那就意味著可能出現的最大誤差是10.2.2D/A轉換器的指標3.轉換速率:大信號工作時，模擬輸出電壓最大變化速度。4.建立時間:大信號工作時，D/A輸出模擬電壓某個標準范圍（終值±(LSB)/2）所要的時間。5.線性誤差：在D/A轉換過程中，兩個相鄰的數之間的差是1，如果數字量連續變化，在輸出模擬電壓就線性變化，但實際輸出不是理想的線性，所以把偏離理想的最大值成為線性誤差。10.2.3DAC0832的工作方式和應用1.DAC0832的功能結構

DAC0832的功能示意圖D7~D0IOWA9~A0AEN系統總線DI0~7WR1ILECSDAC0832譯碼器WR2XFERDGNDVerfRfbI01I02AGND+-AR+5VVout圖10-3DAC0832一級鎖存方式連接+5V200H這四個信號共同決定著DAC0832的工作方式。此時表示一級鎖存；當四個信號線都接地表示無鎖存；當四個線號線都不接地表示二級鎖存計科（高職）08-1張明霞制作DAC0832有三種工作方式：（1）兩級鎖存方式（2）一級鎖存方式（3）無鎖存方式注：在DAC實際連接中，要注意區分“模擬地”和“數字地”的連接，為了避免信號串擾，數字量部分只能連接到數字地，而模所量部分只能連接到模擬地。采用單緩沖方式連接如圖10-3所示。利用DAC可實現任意波形（如鋸齒波、三角波、正弦波等）的輸出，如輸出鋸齒波、三角波的程序段如下：

TRG：MOVDX，200HMOVAL，0HTN1：OUTDX，ALINCAL計科（高職）08-1張明霞制作

JNZTN1MOVAL，0FFHTN2：OUTDX，ALDECALJNZTN1

…………輸出鋸齒波程序段如下：TRG：MOVDX，200HMOVAL，0HTN：OUTDX，ALINCALJMPTN

…………計科（高職）08-1張明霞制作3.DAC0832的信號下圖是DAC0832的引腳圖DAC0832信號定義：CS# 片選信號ILE允許鎖存信號WR1# 寫信號1WR2# 寫信號2XFER# 傳送控制信號

DI7～DI08位的數據輸入端IOUT1

模擬電流輸出端IOUT2

模擬電流輸出(差分方式)RFB 反饋電阻引出VREF 參考電壓VCC

電源AGND 模擬地DGND 數字地DAC0832的外部連接

4.DAC0832的外部接線圖編程實現D/A轉換例1：實現一次D/A轉換。 MOV BX，1000H ；假設數據放在1000H中 MOV AL，〔BX〕 ；數據送AL中 MOV DX，PORTA ；PORTA為D/A端口號 OUT DX,AL

鋸齒電壓例2：產生一個鋸齒電壓。 MOV DX，PORTA ；PORTA為D/A端口號 MOV AL，0FFH ；初值為0FFHROTATE： INC AL OUT DX，AL ；往D/A輸出數據 JMP ROTATE鋸齒電壓例3：鋸齒周期用延時調整。 MOVDX，PORTA ；PORTA為D/A端口號 MOVAL，0FFH ；初值為0FFHROTATE： INCAL OUTDX，AL ；往D/A輸出數據 MOVCX,DATA;延時常數CALLDELAYJMPROTATEDELAY:LOOPDELAY;延時子程序RET10.3模/數(A/D)轉換器模/數轉換涉及的參數模/數轉換的方法和原理模/數轉換器和系統連接時要考慮的問題10.3.1模/數轉換涉及的參數1.分辨率：能夠分辯最小的量化信號能力，常用位數表示，如N為A/D的分辨率2N位2.轉換精度轉換精度反應了A/D轉換的輸出接近理想輸出的精確程度，通常用數字量的最低有效位表示，如果數字量的最低有效位對應模擬量的△,那么稱△為最低有效位當量。誤差范圍轉換精度±△/2±0LSB±△3/4±1/4LSB3.轉換率:完成一次A/D轉換所用時間的倒數。例如:t=200ns,則轉換率=5MHz例如：4位A/D來轉換150mv,那么，LSB＝10mv，理論上10mv對應數子量0001,實際上5～15mv都可以看成0001,誤差5mv

f(t)

fs(t)

s(t)

t

s(t)

t

tA/D轉換器工作原理1）采樣A/D轉換器工作原理采用保持電路兩種狀態：采樣狀態保持狀態下圖為采樣保持電路的原理圖開關閉合：采樣。輸出隨輸入的變化而變化開關打開：保持。電容是充電的最終電壓值，輸出保持不變。A/D轉換器工作原理

量化裝置X(t)y(t)X(t)y(t)

0

a

2a

3a

4a

5a

a

2a

3a

4a

5a2）量化——以一定的量化單位，把數值上連續的模擬量通過量化裝置轉變為數值上離散的階越量的過程。10.3.2模/數轉換的方法和原理A/D轉換方法：計數式雙積分式逐次逼近式用軟件和D/A轉換器實現A/D轉換1.計數式A/D轉換2.雙積分式A/D轉換(a)電路工作原理 (b)雙積分原理

3.逐次逼近式A/D轉換第1次用10000000試探如果小于，第2次用11000000試探如果大于，第2次用01000000試探4.用軟件和D/A轉換器來實現A/D轉換4.用軟件和D/A轉換器來實現A/D轉換逐次逼近過程的例子4.用軟件和D/A轉換器來實現A/D轉換程序如下：START： XOR AX，AX ；累加器清零 MOV BL，80H ；初值為80H（10000000） MOV CX，08H ；計數初值為8AGAIN： ADD AL，BL ；計算試探值

MOV BH，AL ；保留試探值OUT PORTA，AL ；PORTA是鎖存器地址IN AL，PORTS ；PORTS是輸入端口的地址AND AL，01；取狀態位D0是標志

4.用軟件和D/A轉換器來實現A/D轉換JZ END1 ；如狀態位為0，則說明試探值太小，存此位

MOV AL，BLNOT AL ；求反 AND AL，BH ；使試探位為0 MOV BH，AL ；保存試探值END1： ROR BL，1 ；右移，得下一個試探值(01000000) MOV AL，BH；上次試探值備份 LOOP AGAIN ；繼續進行試探和測試

… ；后續程序段10.3.3模/數轉換器和系統連接時要考慮的問題1.模擬電壓輸入2.數據輸出線和系統總線的連接3.啟動信號的供給4.轉換結束數據的讀取5.模擬電路和數字電路的接地10.3.4

ADC0809

1.ADC0809功能結構10.3.4

ADC0809

2.ADC0809和系統的連接10.3.5

AD5701.查詢方式讀取A/D結果10.3.5

AD5701.查詢方式讀取A/D結果MOVAL，92H；端口A

B為輸入方式；端口C為輸出方式OUTPORTCT，AL；PORTCT為控制口MOVAL，01OUTPORTC，AL；使PC0為1，PORTC為C端口MOVAL，00OUTPORTC，AL ；使PC0為0，啟動A/D轉換IN AL，PORTB；讀取端口B中的狀態RCRAL，01 ；如PB0為1，則再查詢JC WMO