第十章 数模与模数转换器接口

微机原理与接口技术

第十章

数/模、模/数转换接口

当计算机用于数据采集和过程控制的时候， 采集对象往往是连续变化的物理量(如温度、 压力、声波等),但计算机处理的是离散的 数字量，因此需要对连接变化的物理量(模 拟量)进行采样、保持，再把模拟量转换为 数字量交给计算机处理、保存等。

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计算机输出的数字量有时需要转换为模拟量

去控制某些执行元件(如声卡播放音乐等)。A/D转换器完成模拟量→数定量的转换，

D/A转换器完成数字量→模拟量的转换。

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10.1

数/模(D/A)转换的接口方法

D/A转换器完成数字量→ 模拟量的转换， 这在计算机和虚拟信号发生器中应用非常 普遍。 一、D/A转换器特性及连接 D/A转换器一般是根据自己的需要选择相应 数据位宽度和速度的D/A转换芯片，在选择 D/A转换器芯片时一般考虑如下指标：

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(1)分辨率：指D/A转换器能转换的二进制的位数。位数多

分辨率就高。(2)转换时间：

指数字量输入到完成转换、输出达到最终值并稳定为止所需的时间。

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转换器转换较慢，取决于运算放大器的响应 时间。

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(3)精度：

指D/A转换器实际输出与理论值之间的误差，一般采用数字量的最低有效位作为衡量单位

(如 1/2LSB)。如D/A分辨率为20mV,则精度为 ±10mV. (4)线性度： 当数字量变化时，D/A转换器输出的模拟量按 比例变 化的程度。 2 、D/A转换器的连接特性

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DAC(数字模拟变换集成电路)是系统或设备中的 一个功能器件，当将它接入系统时，不同的应用场 合对其输入输出有不同的要求，一般考虑以下几方 面：

(1)输入缓冲能力：DAC的输入缓冲能力是非常重要的，具有缓冲能力 (数据寄存器)的DAC芯片可直接与CPU或系统总线 相连，否则必须添加锁存器。

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(2)输入码制：DAC输入有二进制BCD码两种，对于单极性 DAC可接收二进制和BCD码；双极性DAC接收偏 移二进制或补码。 (3)输出模拟量的类型：

DAC输出有电流型和电压型两种，用户可根据需要选择，也可进行电流→电压转换。 (4)输出模拟量的极性： DAC有单极性和双极性两种，如果要求输出有 正负变化，则必须使用双极性DAC芯片。

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二、D/A转换器与微处理器的接口方法 1、接口任务 D/A转换器工作时，只要CPU把数据送入它的输

入端，就开始转换，是一种无条件传送。DAC芯片与CPU或系统总路线连接时，可从数据

总线宽度是否与DAC位数据匹配、DAC是否具有数据寄存器两个方面来虑，一般有下面几种情况：

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(1)当DAC位数与数据总线宽度相同， 具有数据缓冲能力时，可直接与CPU连接。 (2)

当DAC位数与数据总线宽度相同，DAC 没有数据寄存器时，必须外加锁存器或I/O 接口芯片(如8255A等)才能与CPU连接。 当DAC位数大于数据总线宽度，DAC无论有 无数据寄存器时，都必须外加锁存器或I/O 接口芯片才能与CPU相连接。

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2、接口电路结构形式

1、中小规模逻辑芯片构成接口电路与CPU连接2、通用并行IO接口芯片与CPU连接 3、GAL器件 10.2 D/A转换器接口电路设计1.片内无三态输入缓冲器的8位DA转换接口设计 P260

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2.片内有三态输 入缓冲器的8位 DA转换接口设 计 DAC0832是 一片典型的8位 DAC芯片，其引 脚和内部结构如 图10-2所示。

CS WR1

1 2

20 19

VCC ILE

AGNDDI3 DI2

34 5

1817 16

WR2XFER DI4

DI1DI0 VREF

67 8

1514 13

DI5DI6 DI7

RFBDGND

910

1211

IOUT1IOUT2

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DI7~DI10

8位 输入 寄存器 LE1

8位 DAC 寄存器 LE2

8位 D/A 寄存器

VREF IOUT2 IOUT1 RFB AGND (模拟地 )

ILE

CS WR1 WR2 XFER 图10-2 DAC0832引脚及内部结构

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D7~D0 IOW 系 统 总 线 A9~A0 AEN

DAC0832 DI0~7 Verf WR1 +5V ILE

+5V R

RfbI01 Vout

译 码 器

200HCS WR2 XFER DGND

A

I02AGND

+

图10-3 DAC0832单缓冲方式连接

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DAC0832有三种工作方式： (1)双缓冲方式 (2)单缓冲方式 (3)直通方式 注：在DAC实际连接中，要注意区分“模拟地” 和“数字地”的连接，为了避免信号串扰，数字 量部分只能连接到数字地，而模所量部分只能连 接到模拟地。 采用单缓冲方式连接如图10-3所示。 利用DAC可实现任意波形(如锯齿波、三角波、正 弦波等)的输出，如输出锯齿波、三角波的程序 段如下：

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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内部就有两级数据缓冲， 内部结构如图10-4所示。

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DI11 15 DI10 16 DI9 17 DI8 18 DI7 19 DI6 20 DI5 4 DI4 5 DI3 6 DI2 7 DI1 8 DI0 9 BYTE1 23 /BYTE2CS 1 WR1 2 WR1 21 WR2 22

MSB8位输入 锁存器 12位DAC 存储器 4位输入 锁存器 12位相乘型 D/A转换器

10 Vref 14 Iout2 13 Iout1

11 Rfb 24 Vcc 3 AGND 24 DGND

LE

LSB

LE

LE

图10-4 DAC1210内部结构