第十章D/A、A/D轉換接口（6學時）現代計算機接口技術退出第一節

D/A轉換（2學時）

知識概述

第二節A/D轉換（4學時）第一節D/A轉換

（2學時）

D／A轉換器：指將數字量轉換成模擬量的電路。數字量輸入的位數有8位、12位和16位，輸出的模擬量有電流和電壓。退出現代計算機接口技術10.1.1D/A轉換器的性能參數1.分辨率：指D／A轉換器所能分辨的最小電壓。有時也用最小輸出電壓與最大輸出電壓之比的百分數表示。2.轉換精度：指D／A轉換器實際輸出電壓與理論值之間的誤差。一般采用數字量的最低有效單位

LSB來衡量。退出現代計算機接口技術10.1.13.溫度靈敏度這個參數表明D／A轉換器受溫度變化影響的特性。它是指數字輸入不變的情況下，模擬出信號隨溫度的變化。一般D／A轉換器的溫度靈敏度為50PPM／°C，PPM百萬分之一。4.建立時間建立時間是指從數字輸入端發生變化開始，到輸出模擬值穩定在額定值的1／2LSB所需的時間，是D/A轉換速率快慢的—個重要參數。5.輸出電平不同型號的D／A轉換器件的輸出電平相差較大，一般為5V~10V。現代計算機接口技術退出

10.1.2D/A芯片介紹但是，不管DAC芯片種類有多少，從與CPU接口的角度看，無非有這樣幾類：片內有無輸入緩存器：有無輸入緩沖器的DAC，也有片內具有單級輸入緩沖器或雙級輸入緩沖器DAC。分辨率不同：有8位的DAC，也有高于8位的DAC，如10位、12位等。數據格式的不同：有并行輸入的DAC，串行輸入的DAC，也有串/并輸入。現代計算機接口技術退出10.1.2

一、8位D/A轉換芯片DAC0832是常用的8位數／模轉換芯片，數據輸入方法可以是雙緩沖、單緩沖或直接輸入。特別適用于要求幾個模擬量同時輸出的場合，與微處理機的接口方便。DAC0832具有以下主要特性：滿足TTL電平規范的邏輯輸入；分辨率為8位；建立時間為1μs；功耗20mw；電流輸出型D／A轉換器。現代計算機接口技術退出10.1.21.DAC0832的內部結構DAC0832的結構框圖和引腳如圖10.1所示。DAC0832具有雙緩沖功能，就是輸入數據可分別經過兩個寄存器保存。第一個寄存器稱為8位輸入寄存器，寄存從數據線輸入的數據，第二個寄存器稱為8位DAC寄存器，8位的D/A轉換器是把該DAC寄存器鎖存的數據轉換成相應的模擬電流。2.DAC0832的外部引腳（1）與CPU相連的引腳D0~D7：8位數據輸入端。ILE：鎖存允許信號，輸入、高電平有效。是第一級8位輸入寄存器的鎖存的控制信號之一。現代計算機接口技術退出10.1.2：片選信號，輸入、低電平有效。它與ILE信號結合起來用以控制是否起作用。：寫信號1，輸入、低電平有效。在ILE和CS有效時，用它將數據鎖存于輸入寄存器中。：寫信號2，輸入、低電平有效。在有效的條件下，用它將輸入寄存器中的數據傳送到8位DAC寄存器中。：傳送控制信號，輸入、低電平有效。它和一起控制8位DAC寄存器的鎖存。（2）與外設相連的引腳IOUT1：DAC電流輸出1。它是邏輯電平為l的各位輸出電流之和。IOUT2：DAC電流輸出2。它是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。

現代計算機接口技術退出10.1.2Rfb：反饋電阻。該電阻被制作在芯片內，用作運算放大器的反饋電阻。（3）其它VREF：基準電壓輸入端。一般在-10V~+10V范圍內，由外電路提供。VCC：邏輯電源。在+5V~+15V范圍，最佳+15V。AGND：模擬地。為芯片模擬電路接地點。DGND：數字地。為芯片片數字電路接地點。

現代計算機接口技術退出10.1.23.DAC0832的三種工作方式DAC0832的工作過程如下：首先在ILE、及三個控制信號都有效時，把數據線上的8位數據鎖入輸入寄存器中，同時數據送到8位DAC寄存器的輸入端。在、都有效的情況下，8位數據再次被鎖存到8位DAC寄存器，同時數據送到8位D／A轉換器的輸入端，這時開始把8位數據轉換為相對應的模擬電流從IOUT1和IOUT2輸出。針對兩個寄存器鎖存信號的控制方法形成DAC0832的三種工作方式。1）雙緩沖方式即數據通過兩個寄存器鎖存后再送入D／A轉換電路，執行兩次寫操作才能完成一次D／A轉換。2）單緩沖方式此時兩個寄存器之一處于直通狀態，輸入數據只經過一級緩沖送入D／A轉換電路。3）直通方式此時兩個寄存器都處于直通狀態。現代計算機接口技術退出10.1.24.DAC0832應用實例

例10-1利用圖10.2提供的接口，通過DAC0832輸出產生三角波，三角波最高電壓5V，最低電壓0V。二、12位D/A轉換芯片DACl210的主要特性如下：分辨率12位；具有雙寄存器結構，可對輸入數據進行雙重緩沖；輸出電流穩定時間1μs；外接10V的基準電壓，工作電源+5V~+15V；功耗低，約200mw；電流輸出型D／A轉換器。現代計算機接口技術退出10.1.21.DAC1210的內部結構及引腳DAC12l0的內部結構及引腳如圖10.3所示。DACl210的內部結構與DAC0832非常相似，也具有雙緩沖輸入寄存器，不同的是DACl210的雙緩沖和D／A轉換均為12位。DACl210的內部由一個8位鎖存器、一個4位鎖存器、一個12位DAC鎖存器及12位D／A轉換器組成。

2.DAC1210的引腳功能（1）與CPU相連的引腳DI0~DI11：12位數據輸入端。現代計算機接口技術退出10.1.2：片選信號，輸入、低電平有效。：寫信號1，輸入、低電平有效。在有效時，用它將數字鎖存于第一級鎖存器中。BYTE1/：12位／4位輸入選擇，輸入。高電平時，高8位和低4位輸入鎖存；低電平時，低4位輸入鎖存。：傳送控制信號，輸入、低電平有效。：寫信號2，輸入、低電平有效。在有效的條件下，第一級鎖存器中的數據傳送到第二級的12位DAC寄存器中。（2）與外設相連的引腳IOUT1：DAC電流輸出1。它是邏輯電平為l的各位輸出電流之和。IOUT2：DAC電流輸出2。它是邏輯電平為0的各位輸出電流之和。Rfb：反饋電阻。該電阻被制作在芯片內，用作運算放大器的反饋電阻。現代計算機接口技術退出10.1.2（3）其它VREF：基準電壓輸入端。VCC：邏輯電源。AGND：模擬地。DGND：數字地。3.DAC1210的應用實例由于DAC1210具有兩級緩沖，所以可與CPU的數據線直接相連，PC機總線與DAC1210連接如圖10.4所示。現代計算機接口技術退出10.1.2一個數據的轉換的過程是：當譯碼輸出=0，且=0時，使引腳BYTE1/為高電平，則向DAC1210寫入高8位數據；當=0，且=0時，使引腳BYTE1/為低電平，則向DAC1210寫入低4位；當=0，且=0時，則12位數據一起寫入DAC1210的第二級DAC寄存器，進行D/A轉換，避免12位數據不是一次送入DAC轉換器而使輸出產生瞬間毛刺。這個轉換過程可用下列程序段完成。 MOV DX,340H MOV AL,DataH OUT DX,AL INC DX MOV AL,DataL OUT DX,AL INC DX OUT DX,AL現代計算機接口技術退出第二節A/D轉換（4學時）

A／D轉換器是指通過一定的電路將模擬量轉變為數字量。A／D轉換后，輸出的數字信號有8位、l0位、12位和14位。現代計算機接口技術退出10.2.1A/D轉換器的主要性能參數1.分辨率分辨率是指A／D轉換器能分辨的最小模擬輸入量。通常用能轉換成的數字量的位數來表示，如8位、10位、12位、15位等。2.轉換時間轉換時間是A／D完成一次轉換所需的時間。3.量程量程是指所能轉換的輸入電壓范圍。4.精度A／D轉換精度分為絕對精度和相對精度兩種。現代計算機接口技術退出10.2.1（1）絕對精度：是指對應于—個給定量，A／D轉換器的誤差，其誤差大小由實際模擬量輸入值與理論值之差來度量。（2）相對精度：由相對誤差決定。相對誤差是指絕對誤差與滿刻度值之比，—般用百分數表示。例如，對于—個8位0~5V的A／D轉換器，如果其絕對誤差為：

5=19.5mV則其相對誤差為0.39%。現代計算機接口技術退出一、采樣保持電路1.采樣：說是把一個時間上連續變化的模擬量轉換為一個脈沖串，脈沖的幅度取決于輸入模擬量。2.保持：是將采樣得到的模擬量值保持下來，使之等于采樣控制脈沖存在的最后瞬間的采樣值。3.最基本的采樣保持電路如圖10.5所示。其采樣、保持的示意圖如圖10.6所示。4.采樣定理：理論和實踐都證明，只要滿足下列條件，采樣保持得到的輸出信號在經過信號處理后便可還原成原來的模擬輸入信號：現代計算機接口技術退出10.2.2A/D轉換的輔助電路

10.2.2其中，為采樣頻率，為輸入信號I的最高次諧波分量的頻率。這就是采樣定理。在實際中一般取為的4~5倍。二、多路轉換開關在實際應用時，要解決多個回路和A／D、D/A轉換器之間的切換問題。一般采用兩種方法：1.一種方法是用獨立的多路轉換模擬開關輪流切換各回路和A／D、D／A之間的通路，對于A／D轉換來說，要用到多路輸入一路輸出的模擬開關電路，對于D／A轉換來說，要用到一路輸入，多路輸出的模擬開關電路。2.另一種方法是選擇帶有轉換開關的A／D、D／A轉換器，比如A／D0809就是帶有8路模擬信號輸入端一路輸出切換開關的A／D轉換器。現代計算機接口技術退出10.2.2三、三態門A/D轉換器的數據輸出是否能直接與CPU數據總線相連，要看數據輸出端是否具有可控的三態輸出門。現代計算機接口技術退出10.2.3 A/D芯片介紹

一、8位A/D轉換芯片ADC0809是CMOS單片型逐次逼近式A／D轉換器，內部結構和引腳圖如圖10.7所示。

1.ADC0809的內部特性1)通道選擇開關2)通道地址鎖存和譯碼3)逐次逼近A／D轉換器4)8位鎖存器和三態門現代計算機接口技術退出10.2.32.ADC0809引腳功能1)與CPU相連的引腳2-1、2-2、…、2-8：8位數字量輸出端。START：A／D轉換啟動信號，輸入，高電平有效。ADDA、ADDB、ADDC：地址輸入線，用于選通8路模擬輸入中的一路。它們與模擬信號的關系如表10.1所示。ALE：地址鎖存允許信號，輸入、高電平有效。OE：輸出允許信號，輸出、高電平有效。EOC：A／D轉換結束信號，輸出、高電平有效。2)與外設相連的引腳IN0~IN7：8路模擬信號輸入端。現代計算機接口技術退出10.2.33)其它引腳CLK：時鐘脈沖輸入端。REF(+)、REF(-)：基準電壓。—般與微機接口時，REF(-)為0或-5V，REF(+)為+5V或0。ADC0809的工作過程如下：首先確定ADDA、ADDB、ADC三位地址選擇哪一路模擬信號，然后使ALE＝1，使該路模擬信號經選擇開關到達比較器的輸入端。啟動START，START的上升沿將逐次逼近寄存器復位，下降沿啟功A／D轉換。這時EOC輸出信號變低，指示轉換正在進行。A／D轉換結束，EOC變為高電平，指示A／D轉換結束。此時，數據已保存到8位鎖存器。EOC信號可作為中斷申請信號，通知CPU轉換結束，可以輸入數據。中斷服務程序所要做的事情是使OE信號變為高電平，打開三態輸出，由ADC0809輸出的數字量傳送到CPU。也可以采用查詢方式，CPU執行輸入指令，查詢EOC端是否變化高電平狀態。若為低電平，則等待；若為高電平，則給OE端輸入一個高電平信號，打開三態門讀入數據。現代計算機接口技術退出10.2.33.ADC0809應用實例ADC0809典型的連接電路如圖10.9所示。下面的程序是采用軟件延時方法（延時時間應大于128μs），分別對8路模擬信號輪流采樣一次，并依次將轉換結果轉存到數據存儲區的Data開始的內存中。上面程序實際上采用的是無條件的輸入/輸出方式，如果我們將EOC連接到8259的IRQ7端，設8259的端口地址為20H、21H，IRQ7的中斷類型號為0FH，則采用中斷方式的A/D轉換程序。現代計算機接口技術退出10.2.3四、12位A/D轉換芯片AD574A是12位的A/D轉換器，其主要特性：12位逐次逼近型快速A／D轉換器；轉換時間為25μs；輸入電壓可以是單極性0~+100V或0~20V，也可以是雙極性-5V~+5V，-10V~+10V；可由外部控制進行12位或8位轉換。12位數據輸出分為三段，A段為高4位，B段為中4位，C段為低4位。三態分別經三態門控制輸出；內部具有三態輸出緩沖器，可直接與8位或16位的CPU數據總線相連；功耗390mW。1.內部功能其內部結構與引腳如圖10.10所示。現代計算機接口技術退出10.2.3內部結構主要包括逐次逼近寄存器SAR、D／A轉換器、比較器、時鐘以及控制邏輯電路等。2.外部引腳（1）與CPU相連的引腳12/：輸出數據方式選擇控制信號，輸入。當接高電平時，輸出數據是12位字長；當接低電平時，將轉換輸出的數變成兩個8位字輸出。A0：轉換數據長度選擇控制信號，輸入。當A0為高電平時，啟動轉換，進行8位轉換；當A0為低電平時，啟動轉換，進行12位轉換。：片選信號，輸入、低電平有效。R/：讀出或轉換控制選擇信號，輸入。當為低電平時，啟動轉換；當為高電平時，可將轉換后的數據讀出。現代計算機接口技術退出10.2.3CE：芯片允許信號，輸入、高電平有效。該信號與CS信號一起有效時，AD574才可以進行轉換或從AD574輸出轉換后的數據。AD574A的邏輯真值表如表10.2所示。DB0~DB11：12位數字量輸出端、三態。STS：轉換狀態信號，輸出、低電平有效。在A/D轉換期間為高電平，轉換結束為低電平。從轉換被啟動并使STS變高電平一直到轉換周期完成這一段時間內，AD574A對再來的啟動信號不予理睬，轉換進行期間也不能從輸出數據緩沖器讀取數據。現代計算機接口技術退出10.2.3（2）與外設相連的引腳10VIN：單極性0~+10V范圍輸入端，雙極性5V范圍輸入端。20VIN：單極性0~+20V范圍輸入端，雙極性10V范圍輸入端。（3）其它：VCC：正電源，其范圍為0~+16.5V。REF入：參考電壓輸入。REF出：+10V參考電壓輸出AC：模擬地。DC：數字地。VEE：負電源，可選-11.4~-16.5V之間的電壓。BIPOFF：雙極性偏移，在使用中用于偏移值的調整。無須調整時，單極性輸入時接模擬地（AC），雙極性輸入時接REF出。現代計算機接口技術退出10.2.33.AD574A應用實例AD574A有單極性和雙極性兩種模擬輸入方式。1）單極性輸入的接線和校準單極性輸入的接線如圖10.11(a)所示。2）雙極性輸入的接線和校準雙極性輸入的接線如圖10.11(b)所示。作為一個實例，圖10.12給出了12位分辨率的AD574A與8位PC總線的查詢式接口電路。。圖中的狀態口地址為310H，高8位口地址為312H，低4位口地址為313H。以圖10.