第十章_A／D及D／A转换器

第十章 数/模、模/数转换接口一、问题的提出： 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。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。

二、模拟接口 ⑴定义：A/D D/A转换器可视作一外部设备 ⑵功能： 将微机系统的离散的数字信号和设备中连续变 化的模拟量两者建立适配关系，使CPU能进行 控 制与鉴测

10.1

数/模(D/A)转换

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。

A/D转换A/D转换器完成模拟量→数字量的 转换

DATA

D/A

CPU

Analogy I/ODATA

CPU

A/D

Alanogy I/O

一、D/A转换器的主要性能参数 (1)分辨率： 该参数是描述D/A转换对输入变量变化的敏感 程度。具体指D/A转换器能分辨的最小电压值。 分辨率的表示有两种： 最小输出电压与最大输出电压之比 用输入端待进行转换的二进制数的位数来表示， 位数越 多，分辨率越高。 分辨率的表示式为： 分辨率=Vref/2位数 或 分辨率=(V+ref+V-ref)/2位数 若Vref=5V,8位的D/A转换器分辨率为5/256=20mV。

(2)转换时间：指数字量输入到模拟量输出达到稳定所需 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。 (3)转换精度：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表示，当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。 线性误差—— 模拟量输出值与理想输出值之间偏离 的最大值。

二.DAC的输入输出特性：

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， DAC的输入输出特性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。

(2)输入码制：DAC输入有二进制和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。

三、D/A转换器与CPU的接口 1、接口的功能( CPU给DAC送数据无须条件查询) DAC芯片与CPU或系统总线连接时，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考 虑，所以接口的功能主要考虑以下两点： (1)进行数据缓冲与锁存 (2)需进行两次数字量输入时，可在受控条件下同时进行 转换 2、接口形式 (1)直通 (2)通过外加三态门，数据锁存器与CPU相连 (3)通过可编程的I/O接口芯片与CPU相连

四、D/A转换器接口的设计 1.DAC0832与CPU的接口 (1).DAC0832的性能参数 DAC0832是一片典型的8位DAC芯片 分辨率：8位 电流型：内部有2级缓冲器 转换时间：1mS 功耗：20mW

CS

1

20

VCC

(2)DAC0832引脚和内 部结构如图10-2所示。

WR1AGND DI3

23 4

1918 17

ILEWR2 XFER

DI2DI1 DI0

56 7

1615 14

DI4DI5 DI6

VREFRFB DGND

89 10

1312 11

DI7IOUT1 IOUT2

DI7~DI10

8位 输入 寄存器 LE1 LE1

8位 DAC 寄存器 LE2

8位 D/A 寄存器

VREF IOUT2 IOUT1 IO1 RFB AGND (((模拟地 ) (模拟地 )

ILE

CS WR1 WR2 XFER

DAC0832的内部结构： 输入R与DAC寄存器构成双缓冲 图10-2 DAC0832引脚及内部结构结

(3)工作过程： LE= 1 —— 数据传送 0 —— 数据琐存 第一级缓冲：ILE=1 : CS WR=0 LE1=1 DB 数据 输入R 随之 ；CS ., WR=1 LE1=0 数据被琐存于输入R中 第二级缓冲：WR2 XFER=0 LE2=1 输入R中数据 DAC寄存器中 D/A转换 ： WR 、XFER 的上 升 沿将DAC中的数据琐存，并 开始进行D/A转换

(4)可使用多片0832同时进行D/A转换，以便同时产生 多个摸拟信号送出 DI CS1 WR1 ILE WR2 XFER○ ○

DI0832 CS2 WR1○ ○

DICS3 WR1 ILE WR2 XEFR○ ○

○ ○

ILE WR2 XFIR

0832

0832

○ ○

○ ○

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。

( 5) DAC 的工作方式 DAC0832 有三种工作方式： 双缓冲方式 单缓冲方式 直通方式 采用单缓冲方式连接如图10-3所示。

D7~D0

DAC0832 DI0~7 VerfWR1 +5V ILE 200H CS

+5V R

系 统 总 线 A9~A0AEN

IOW

Rfb+ Vout

I01 I02 AGND

A

译 码 器

WR2 XFER DGND

图10-3 DAC0832单缓冲方式连接

(6)应用举例利用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： TRG:MOV DX,200H MOV AL,0H

TN1:OUT DX,ALINC AL

JNZ TN1 MOV AL,0FFH TN2:OUT DX,AL DEC AL JNZ TN2 JMP TN1

0AL全“1”输 出

产生