微机原理与接口技术课件：09数模转换器da.ppt

09 DAC0832数模转换,主要内容 1 0832数模转换 2 0832外部引脚 3 0832内部结构 4 0832的应用,1 0832数模转换,1.1 数模转换（1）D/A转换器的作用是将数字信号转换成模拟的电信号。（2）D/A转换即数/模转换，是将数字量转换成与其成比例的模拟量。（3）D/A转换器的核心电路是解码网络，解码网络主要形式有两种：一种是权电阻解码网络，另一种是T型(梯型)电阻网络。,1 0832数模转换,1.2 微机控制系统（1）传感器：温度、速度、流量、压力等非电信号，称为物理量。要把这些物理量转换成电量，才能进行模拟量对数字量的转换，这种把物理量转换成电量的器件称为传感器。目前有温度、压力、位移、速度、流量等多种传感器。（2）A/D转换（3）D/A转换,1 0832数模转换,1.3 数模转换器基本构成（1）模拟开关（2）电阻网络（权电阻网络、R-2R梯形电阻网络）（3）运算放大器,Vref,Rf,模拟开关电阻网络,VO,数字量,1 0832数模转换,1.4 基本变换原理（1）若运放的放大倍数足够大时，输出电压VO与输入电压Vin的关系为：,Vin,Rf,VO,R,1 0832数模转换,1.4 基本变换原理（2）若输入端有n个支路,则输出电压VO与输入电压Vin的关系为：,Vin,Rf,VO,R1,Rn,1 0832数模转换,1.4 基本变换原理（3）若令每个支路的输入电阻为2iRf,并令Vin为一基准电压Vref，则有：,1 0832数模转换,1.4 基本变换原理（4）如果每个支路由一个开关Si控制，Si=1表示Si合上，Si=0表示Si断开，则上式变换为：,若Si=1,该项对VO有贡献若Si=0,该项对VO无贡献,1 0832数模转换,1.5 权电阻网络,2R4R8R16R32R64R128R256R,Vref,Rf,VO,S1S2S3S4S5S6S7S8,上式中n=8,1 0832数模转换,1.5 权电阻网络（1）如果用8位二进制代码来控制图中的S1S8（Di=1时Si闭合；Di=0时Si断开），则不同的二进制代码就对应不同输出电压VO；（2）当代码在0FFH之间变化时，VO相应地在0-(255/256)Vref之间变化；（3）为控制电阻网络各支路电阻值的精度，实际的D/A转换器采用R-2R梯形电阻网络，它只用两种阻值的电阻(R和2R)。,1 0832数模转换,1.6 D/A变换器的工作原理（1）在集成电路中，通常采用T型解码网络实现数字量往模拟量的转换，再利用运算放大器完成模拟电流变为模拟电压的转换。（2）D/A转换器的功能是把二进制数字量电信号转换为与其数值成正比的模拟量电信号。在D/A参数中一个最重要的参数就是分辨率，它是指输人数字量发生单位数码变化时，所对应输出模拟量(电压或电流)的变化量。（3）DAC0832采用先进的CMOS/SiCr工艺，为8位的D/A转换器。其内部具有双输入数据缓冲器和一个R-2RT型电阻网络，原理图如下：,1 0832数模转换,1.7 R-2R梯形电阻网络,Rf,Vi,Vo,V,ref,n-1,2,1,0,2R,2R,2R,2R,R,R,R,V,n-1,V,2,V,1,V,0,2R,+,-,.,倒向左边：支路中电阻接地，即该位为0；倒向右边：支路接入加法电路的相加点Vi，即该位为1。,依次计算支路电流I0至I7,1 0832数模转换,1.8 主要技术指标（1）分辨率 输入的二进制数每1个最低有效位(LSB)使输出变化的程度。可用输入数字量的位数来表示，如8位、10位等；也可用一个LSB使输出变化的程度来表示。例：一个满量程为5V的10位D/A变换器，1 LSB的变化将使输出变化 5/(210-1)=5/1023=0.04888V=48.88mV（LSB-Least Significant Bit）,1 0832数模转换,1.8 主要技术指标（2）转换精度 实际输出值与理论值之间的最大偏差 可用最小量化阶来度量：=1/2 LSB 也可用满量程的百分比来度量：如0.05%FSR（FSR-Full Scale Range）,1 0832数模转换,1.8 主要技术指标（3）建立时间 从开始转换到与满量程值相差1/2 LSB所对应的模拟量所需要的时间,t,V,1/2 LSB,tC,VFULL,2 0832外部引脚,2.1 0832主要特性 DAC0832是采用CMOS工艺制造的8位电流输出型D/A转换器。（1）分辨率8位（2）建立时间为1 s（3）功耗20mW（4）数字输入电平为TTL电平（5）差动输出,2 0832外部引脚,2.2 0832外部引脚,2 0832外部引脚,2.3 0832引脚信号（1）输入寄存器控制信号 D7D0：输入数据线 ILE：输入锁存允许 CS：片选信号 WR1：写输入锁存器（2）用于DAC寄存器的控制信号 WR2：写DAC寄存器 XFER：允许输入锁存器的数据传送到DAC寄存器,2 0832外部引脚,2.2 0832引脚信号（3）与外设相连信号 VREF：参考电压输入。-10V+10V，一般为+5V或+10V IOUT1：模拟电流输出，接运放反相端。IOUT2：模拟电流输出，D/A转换差动电流输出。用于连接运算放大器的输入 Rfb：内部反馈电阻引脚，接运放输出 VCC：数字电路供电电压 AGND、DGND：模拟地和数字地,3 0832内部结构,3.1 0832内部结构,3 0832内部结构,3.2 0832内部组成（1）8位输入寄存器（2）8位DAC寄存器（3）8位D/A转换器（4）控制电路,3 0832内部结构,3.3 0832工作时序,写输入寄存器,写DAC寄存器,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式（1）单缓冲模式：只用一级输入锁存，另一 级始终直通 1）使输入锁存器或DAC寄存器二者之一处于直通，即芯片只占用一个端口地址。2）CPU只需一次写入即开始转换。写入数据的程序为：MOV DX，PORT MOV AL，DATA OUT DX，AL,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式 单缓冲模式连接图示,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式（2）双缓冲模式（标准模式）：两级输入锁存 1）对输入寄存器和DAC寄存器均需控制；2）当输入寄存器控制信号有效时，数据写入输入寄存器中；再在DAC寄存器控制信号有效时，数据才写入DAC寄存器，并启动变换；3）此时芯片占用两个端口地址；优点：数据接收与D/A转换可异步进行，可实现多个DAC同步转换输出，分时写入、同步转换。,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式 双缓冲模式连接图示,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式 双缓冲模式同步转换实例图,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式（2）双缓冲模式（标准模式）：两级输入锁存 4）双缓冲模式的数据写入程序 MOV AL，data MOV DX，port1;0832-1的输入寄存器地址 OUT DX，AL MOV DX，port2;0832-2的输入寄存器地址 OUT DX，AL MOV DX，port3;DAC寄存器地址 OUT DX，AL HLT,3 0832内部结构,3.4 0832工作模式（3）无缓冲模式：没有输入锁存 1）使内部的两个寄存器都处于直通状态。模拟输出始终跟随输入变化。2）不能直接与数据总线连接，需外加并行接口（如74LS373、8255等）。,4 0832的应用-闭环控制,1.1 模拟量I/O接口作用（1）实际工业生产环境连续变化的模拟量 例如：电压、电流、压力、温度、位移、流量（2）计算机内部离散的数字量 二进制数、十进制数（3）工业生产过程的闭环控制,模拟量,D/A,传感器,执行元件,A/D,数字量,数字量,模拟量,模拟量输入(数据采集),模拟量输出(过程控制),计算机,1.2 闭环控制示意图,控制对象,传感器,执行部件,功放,A/D,D/A,微型计算机,运放,模拟量,模拟量,数字量,数字量,模拟接口电路的任务,模拟电路的任务,00101101,10101100,工业生产过程,传感器,放大滤波,多路转换&采样保持,A/D转换,放大驱动,D/A转换,输出接口,微型计算机,执行机构,输入接口,物理量变换,信号处理,信号变换,I/O接口,输入通道,输出通道,1.3 输入通道组成（1）传感器（Transducer）：非电量电压、电流（2）变送器（Transformer）：转换成标准的电信号（3）信号处理（Signal Processing）放大、整形、滤波（4）多路转换开关（Multiplexer）：多选一（5）采样保持电路（Sample Holder，S/H）保证变换时信号恒定不变（6）A/D变换器（A/D Converter）模拟量转换为数字量,1.4 输出通道组成（1）D/A变换器（D/A Converter）数字量转换为模拟量（2）低通滤波 平滑输出波形（3）放大驱动 提供足够的驱动电压，电流,4 0832的应用-编程,下面是以如下电路图所示DAC0832单缓冲方式为基础来说明几种典型应用。设DAC0832的片选接至译码处地址为208H20FH。,4 0832编程应用,4.1 锯齿波（1）控制程序如下：START:MOV AL,0;数字量初始值 MOV DX,208H;DAC0832地址 EE:OUT DX,AL CALL DELAY;若加延时，可改变锯齿波的斜率 INC AL;数字量加1 JMP EE;循环,2 0832编程应用,4.1 锯齿波（2）波形图如下：,2 0832编程应用,4.2 三角波（1）控制程序如下：START:MOV AL,0;数字量初始值 MOV DX,208H;DAC0832地址 EE:OUT DX，AL;转换,产生三角波 ADD AL，01H;数字量加1 CMP AL，0FFH;比较是否是FFH,JNE EE;不为FFH转BB FF:OUT DX，AL;为FFH转换 SUB AL，01H;数字量减1 CMP AL，00H;比较是否是00H,JNE FF;不为00H转FF JMP START;循环,2 0832编程应用,4.2 三角波（2）波形图如下：,2 0832编程应用,4.3 方波（1）控制程序如下：START:MOV AL,0;最小数字量 MOV DX,208H;DAC0832地址 OUT DX,AL CALL DELAY;调延时子程序，时间的长短根据需要确定 MOV AL,0FFH;最大数字量 MOV DX,208H;DAC0832地址 OUT DX,AL CALL DELAY;调延时子程序，时间的长短 JMP START;循环,2 0832编程应用,4.3 方波（2）波形图如下：,（a）方波波形图,（b）矩形波波形图,输出的延时时间的长短不同,输出的延时时间的长短相同,2 0832编程应用,4.4 梯形波（1）控制程序如下：START:MOV AL,0;最小数字量 MOV DX,208H;DAC0832地址 OUT DX,AL L0:CALL DELAY;调延时子程序，时间的长短根据需要确定 L1:INC AL OUT DX,AL CMP AL,0FFH JNZ L1 CALL DELAY L2:DEC AL OUT DX,AL CMP AL,00H JNZ L2 JMP L0,2 0832编程应用,4.4 梯形波（2）波形图如下：,