模数和数模转换课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,学 习 目 的,通过对本章的学习，,您应该能够达到下列要求：,掌握,模/数和数/模转换通道的基本组成、模/数与数/模转换器的主要技术指标掌握,A/D转换芯AD0809及D/A转换芯片DAC0832分别与CPU的连接及应用编程,10.1 概述,模拟量连续变化的物理量,数字量时间和数值上都离散的量,模拟/数字转换器,ADC,DAC,数字/模拟转换器,含有,A/D,与,D/A,转换的监控系统,10.1 概述,10.2 数/模（D/A）转换器,必须要将计算机输出的数字量转换成模拟的电流或电压，这个任务主要由数/模转换器来完成,数/模转换芯片一般内部设有输入锁存器，能将计算机输入给它的数字量锁存下来,需要有一级功率放大电路，将D/A输出的电流或电压放大到足以驱动执行机构,10.2 数/模（D/A）转换器,特点,：,开环放大倍数非常高,输入阻抗非常大,输出阻抗很小,1.运算放大器的工作特点和原理,10.2.1,数,/,模转换原理,运算放大器的原理,(,a),运算放大器的输入和输出,(,b),带反馈电阻的运算放大器,(,c),输入端有,4,个支路的运算放大器由此可求得带有反馈电阻的运算放大器的放大倍数为,10.2.1 数/模转换原理,2.由并联电阻和运算放大器构成的D/A转换器,(,a),最简单的,D/A,转换器 (,b),阶梯波电压,10.2.1 数/模转换原理,10.2.1 数/模转换原理,采用,T,型电阻网络的,D/A,转换器,3.T,型权电阻网络,10.2.2 数/模转换器的指标,模,/,数转换器的主要技术指标,分辨率（Resolution）,精度（precision）,量程（满刻度范围Full Scale Range）,转换时间（Conversion Time）,线性度误差（Linearity Error）,1,）分辨率（,Resolution,）,分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最小值。

它反映了,DAC,对微小输入量变化的敏感性通常用输出二进制代码的位数来表示例如分辨率是8位、10位、12位等也可用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数来表示对于一个,n,位,DAC，,其分辨率为：,(1/2,n,),量程,位数越多，分辨率越高10.2.2 数/模转换器的指标,精度是指转换的结果相对于实际的偏差，精度有两种表示方法1）绝对精度：用最低位（LSB）的倍数来表示，如（1/2）LSB或1LSB等2）相对精度：用绝对精度除以满量程值的百分数来表示，例如0.05%等注意：分辨率与精度是两个不同的概念,2,）精度（,precision,）,10.2.2 数/模转换器的指标,3）量程（满刻度范围Full Scale Range）,量程是指允许输入模拟电压的变化范围例如，某转换器具有010V的单极性输入模拟电压的范围，或-5V+5V的双极性范围，那么，它们的量程都为10V10.2.2 数/模转换器的指标,从启动转换开始直至转换出稳定的二进代码所需的时间称为转换时间转换时间与转换器工作原理及其位数有关同种工作原理的转换器，通常位数越多，其转换时间则越长5）线性度误差（Linearity Error）,理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输入与数字量输出成线性关系。

线性度误差是转换器实际的模拟数字转换关系与理想直线不同而出现的误差，通常用多少LSB表示4,）转换时间（,Conversion Time,）,10.2.2 数/模转换器的指标,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,DAC0832是8位双缓冲D/A转换器，片内带有数据锁存器，可与微处理器直接接口DAC0832的特性参数,：,分辨率为8位；,可采用双缓冲、单缓冲或直通三种工作方式；,电流稳定时间为1s；,只需在满量程下调整其线性度；,所有引脚逻辑电平与TTL兼容；,5V,15V单一电源供电，功耗为200mwDAC0832,的功能示意图,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,1、DAC0832,的内部结构,1,2,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,2、DAC0832的引脚功能,3、DAC0832的工作方式,双缓冲方式,双缓冲工作方式对输入寄存器和,DAC,寄存器分别进行控制10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,1,0,0,1,1,0,0,0,1,1,0,3、DAC0832的工作方式,双缓冲方式,双缓冲工作方式对输入寄存器和,DAC,寄存器分别进行控制。

10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,单缓冲方式,在这种工作方式下，使两个寄存器中的任一个处于直通状态10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,直通方式,这种工作方式是将 、以及,引脚都直接接地，,ILE,接高电平，芯片就处于直通状态输入数据就直接送入,D/A,转换器进行电流转换10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,1,0,0,1,0,0,1,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,例1、DAC0832的外部链接线路如图所示要使0832实现一次D/A转换，试编程实现MOV BX,4000H,MOV AL,BX,MOV DX,PORTA,OUT DX,AL,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,例2、产生一个锯齿电压MOV DX，PORTA ；PORTA为D/A端口号,MOV AL，0FFH ；初值为0FFH,ROTATE：,INC AL,OUT DX，AL ；往D/A输出数据,JMP ROTATE,如何产生三角波？,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,MOV DX，200H ；端口地址,ABCD:MOV AL，00H,OUT DX，AL ；向DAC0832输出全0,CALL DELAY ；调用延时子程序DELAY,MOV AL，0FFH,OUT DX，AL ；向DAC0832输出全1,CALL DELAY,JMP ABCD,例3,、,假设,DAC0832,片选的地址是,200H,，要求在,VOUT,输出方波，编程如下：,10.2.3 DAC 0832的工作方式和应用,MOV AL,96H,OUT PORT,AL,CALL DELAY,MOV AL,0E1H,OUT PORT,AL,CALL DELAY,MOV AL,32H,OUT PORT,AL,CALL DELAY,例4,、0832,转换输出波形如图，设满量程为5,V。

试编程实现3,V,4.5,V,1,V,V,0,=(V,REF,/2,8,)D,D=1/0.02=32H,V=V,REF,/2,8,=5/256=0.02V,D=3/0.02=96H,D=4.5/0.02=0E1H,10.3 模/数（A/D）转换器,A/D转换器的主要性能指标：,分辨率,转换器对微小输入量变化的敏感程度,以8位,ADC,为例，当输入电压满刻度为5,V,时，对输入模拟电压的分辨能力为：5,V/25619.5mV,2.,转换时间,完成一次,A/D,转换所需要的时间如：25,us，,则转换率为1/25,us40KHZ,3.,转换精度,任一数值量所对应的模拟量输入实际值与理论值之间的差，通常用数字量的最低有效位（,LSB）,来表示，为 1/2,LSB由于模拟量是连续的，而数字量是离散的所以，在某个范围内的模拟量对应于某个数字量10.3 模/数（A/D）转换器,模/数转换通道的组成,一般模/数转换通道由,传感器,、,信号处理,、,多路转换开关,、,采样保持器,以及,A/D,转换器,组成,能够把,非电物理量转换成电量,（电流或电压）的器件，由电容、电阻、电感或敏感材料组成，在外加激励电流或电压的驱动下，不同类型的传感器会随不同非电物理量的变化，引起传感器的组成材料发生改变，使得输出连续变化的电流或电压与非电物理量的变化成正比。

一、传感器（,Transducer,）,10.3 模/数（A/D）转换器,由于传感器组成材料发生改变引起输出电流或电压的变化十分微弱，容易受外界干扰，因此，各种变送器,将传感器与放大电路制作在一起,，输出统一标准的电流或电压，以便传输或直接送,A/D,转换器进行,A/D,转换10.3 模/数（A/D）转换器,信号放大处理电路,，接在A/D转换器与传感器之间，用于解决以下存在问题：,A/D转换器与传感器二者电压不匹配如果是电流型输出传感器，要进行变换与放大处理，将电流信号对应变换成电压信号二、信号放大处理,10.3 模/数（A/D）转换器,一个数据采集系统（A/D转换）往往要采集多路模拟信号通常只用一片A/D转换芯片，轮流选择输入信号进行采集，既节省了硬件开销，又不影响对系统的监测与控制许多A/D转换芯片内部具备多路转换开关，一片A/D转换芯片可以轮流采集多路模拟输入信号，如果A/D转换芯片不具有多路转换功能，则在A/D转换之前外加模拟多路转换开关三、多路转换开关（,Multiplexer,）,10.3 模/数（A/D）转换器,CD4051B的基本结构,CD4051B采用了CMOS工艺，16脚DIP封装,八选一,模拟多路开关,常用的模拟多路开关介绍,10.3 模/数（A/D）转换器,在A/D转换器进行采样期间，保持被转换输入信号不变的电路称为采样保持电路。

四、采样保持器（,Sample Holder,）,在采样状态下，电路的输出跟踪输入模拟信号，,在保持状态下，电路的输出保持着前一次采样结束时刻的瞬时输入模拟信号，直到进入下一次采样状态为止经过对,V,i,的采样，,V,0,的小平台电压值保持到下一次的采样开始，该稳定的“小平台”电压供,A/D,转换器进行,A/D,转换采样/保持示意图,10.3 模/数（A/D）转换器,10.3 模/数（A/D）转换器,五、,A/D,转换器（,Analog to Digit,）,A/D转换器是模/数转换通道的核心环节，其功能是将模拟输入电信号转换成数字量（二进制数或BCD码等），以便由计算机读取、分析处理，并依据它发出对生产过程的控制信号10.3.2 模/数转换的方法和原理,方法：,计数法,双积分法,逐次逼近法,用软件和D/A转换器来实现A/D转换,10.3.2 模/数转换的方法和原理,逐次逼近式,A/D,转换,不同的芯片具有不同的连接方式，其中最主要的是,输入、输出以及控制信号,的连接方式从输入端来看，有单端输入的，也有差动输入的差动输入有利于克服共模干扰输入信号的极性有,单极性,和,双极性,输入，这由极性控制端的接法决定。

10.3.3 模/数转换器,输入模拟电压的连接,数据输出线和系统总线的连接,（,1,）在,ADC,芯片内部，数据输出寄存器具有,可控的输出三态门,，这类芯片输出线允许和计算机系统的数据总线直接相连，并在转换结束后可以利用输入输出,读信号,选通三态门，将转换成的数据送到计算机系统的数据总线上2,）在,ADC,芯片内部没有可控的输出三态门，输出寄存器直接与芯片数据输出引脚相连，这种芯片的数据输出引脚必须,通过外加的三态门,才能连到计算机系统的数据总线10.3.3 模/数转换器,10.3.3 模/数转换器,ADC芯片的启动转换信号有,电平,和,脉冲,两种形式设计时应分别对待，对要求用电平启动转换的芯片，如果在转换过程中撤去电平信号，则将停止转换而得到错误的结果启动信号的供给：,10.3.3 模/数转换器,在ADC,转换完成后，会发出转换结束信号，以,示主机可以从模/数转换器读取转换后的数据程序查询方式,中断方式,CPU,等待方式,固定的延迟程序方式,转换结束信号以及转换数据的读取：,10.3.4 模/数转换器0809,ADC0809芯片是CMOS型单片双列直插式模数转换器件，采用,逐次逼近式,转换方式，可对8路模拟电压分时进行转换。

输出具有TTL三态锁存缓冲器，可直接连。