1、第110章 A/D和D/A轉換 本章主要內容 10.1 模數（A/D）轉換器 10.2 數模（D/A）轉換器10.1 模數（A/D）轉換器10.1.1 工作原理 A/D轉換實現將模擬量轉換為對應的數字量，常用的轉換方法有計數法、逐次逼近法、雙積分法。計數式A/D轉換速度慢、價格低，適用于慢速系統；雙積分式A/D轉換分辨率高、抗干擾性好，但轉換速度較慢，適用于中速系統；逐次逼近式A/D轉換精度高、轉換速度快、易受干擾。微機系統中大多數采用逐次逼近式A/D轉換方法。 在開始轉換前，先將逐次變換寄存器各位清零，然后設其最高位為1（對8位來講，即為10000000B），就像天平稱重時先放上一個最重的砝

2、碼一樣，逐次變換寄存器中的數字量，經D/A轉換器轉換為相應的模擬電壓VC，并與模擬輸入電壓VX進行比較，若VXVC，則寄存器中最高位的1保留，否則就將最高位清零。就像砝碼比物體輕就要保留此砝碼，否則去掉此砝碼。然后再將次高位置1，進行相同的過程直到寄存器的所有位都被確定。轉換過程結束后，寄存器中的二進制碼就是ADC的輸出。 10.1.2 主要性能指標 1分辨率 分辨率是指A/D轉換器所能分辨的最小模擬輸入量，或指轉換器滿量程模擬輸入量被分離的級數。 2量化誤差 量化誤差是指在A/D轉換中由于整量化所產生的固有誤差，這個誤差是量化過程中不可避免的。 3轉換精度 轉換精度是指在輸出端產生給定的數字

3、量，實際輸入的模擬值與理論輸入的模擬值之間的偏差。 4轉換時間和轉換率 轉換時間指完成一次A/D轉換所需的時間，即從啟動信號開始到轉換結束、得到穩定數字量的時間。轉換率是指轉換時間的倒數。10.1.3 典型芯片ADC0809 ADC0809是一種8路模擬輸入8路數字輸出的逐次比較型A/D轉換器。目前在8位單片機系統中有著廣泛的使用。 芯片內主要包括：8路模擬開關、3位地址鎖存和譯碼、D/A變換器與逐次變換寄存器、三態輸出鎖存緩沖器。 2引腳功能 各引腳功能如下。 IN7IN0：模擬量輸入通道。 ADD-A、ADD-B、ADD-C：地址線。 ALE：地址鎖存允許信號。 START：轉換啟動信號。

4、 D0D7：數據輸出線。 OE：輸出允許信號。 EOC：轉換結束狀態信號。 CLOCK：時鐘信號。 VREF（REF）：參考電源。 3工作過程 CPU送地址ADDCADDA，ALE，外設送模擬IN0IN7，會選通INi接到Vin，接著 START、CLK啟動轉換，轉換結束后，送出EOC信號，CPU中斷/查詢獲取EOC后，送出OE打開三態門，CPU從三態門輸出口上讀取D0D7，重復下一通道。 對輸入Vin，理想轉換碼為inREFREFREFVVN256VV（ ）（ ）（ ） 4特性參數 （1）分辨率為8位。 （2）最大不可調誤差是1LSB。 （3）單電源5V。 （4）可鎖存三態輸出，輸出與TTL

5、電平兼容。 （5）當用5V電源供電時，模擬輸入電壓范圍為05V。 （6）溫度范圍4085。 （7）功耗為15mW。 （8）轉換速度取決于芯片的時鐘頻率，其時鐘頻率范圍為10kHz1280kHz，若CLK500kHz，轉換速度為128s。 5ADC0809與微處理器的連接 1）直接連接 由于ADC0809具有三態輸出緩沖器，所以它能同微處理器直接連接，如圖10.5所示，ADDC、ADDB、ADDA同數據總線的D2、D1、D0相連，地址為84H87H，圖中EOC信號未用，采用軟件延時來等待轉換結束。 2）通過并口相連 DAC0832通過8255與CPU連接。8255地址8083H（），ADC080

6、9地址8487H（），要求將IN0的模擬量輸入轉換成數字量。 6ADC0809轉換結束信號的處理 不同的處理方式對應的程序設計方法不同，有以下四種處理方法。 （1）查詢方式：把結束信號作為狀態信號。 （2）中斷方式：把結束信號作為中斷請求信號。 （3）延時方式：不使用轉換結束信號。 （4）DMA方式：把結束信號作為DMA請求信號。 10.1.4 典型芯片AD5741內部結構AD574是一種逐次逼近式12位A/D轉換器，轉換精度高、速度快，是目前應用最為廣泛的A/D轉換器。它是由模擬芯片和數字芯片二者混合組成的，功能如下。（1）模擬芯片：高性能的AD656型，集成快速的12位D/A轉換器和基準電

7、源。（2）數字芯片：低功耗的逐次比較寄存器、轉換控制電路、時鐘、比較器和總線接口等。 2引腳功能 各引腳功能如下。 REFOUT：內部基準電壓輸出端（10V）。 REFIN：基準電壓輸入端，該信號輸入端與REFOUT配合，用于滿刻度校準。 BIP：偏置電壓輸入，用于調零。 DB11DB0：12位二進制數的輸出端。 STS：“忙”信號輸出端，高電平有效。當其有效時，表示正在進行A/D轉換。 3特性參數 （1）分辨率：12位A/D轉換芯片，也可以用作8位A/D轉換。 （2）轉換時間：25s，若轉換成12位二進制數，可以一次讀出，也可分成兩次讀出，即先讀出高8位后讀出低4位。 （3）工作溫度：070

8、。 （4）功耗：390mW。 （5）輸入電壓：可為單極性（0V10V，0V20V）或雙極性（5V5V，10V10V）。 4.工作過程依據模擬電壓的范圍和輸入極性，選擇合適的連接方式，然后啟動8位或12位A/D轉換，進行轉換時，STS為高電平。在ADC轉換完成后，會發出轉換結束信號，STS從高電平轉為低電平，以示主機可以從模/數轉換器讀取轉換后的數據。該結束信號可以用來向CPU發出中斷申請，CPU響應中斷后，在中斷服務子程序中讀取8位或12位數據；也可用查詢轉換是否結束的方法來讀取數據；在采集速度要求并不高的情況下，也可以通過延時等待的方法來讀取數據，當啟動ADC轉換后，延時等待時間大于ADC的

9、轉換時間后便可以讀取轉換數據。 5AD574的模擬輸入電路 它有兩個模擬輸入電壓引腳10VIN和20VIN，即分別有10V和20V的動態范圍，而且可以是單極性電壓或雙極性電壓，通過改變AD574其他引腳的接法來實現。 10.2 數模（D/A）轉換器10.2.1 工作原理 D/A轉換器的作用是把二進制數字量轉換成相應的模擬量。UR為參考電壓，Vo為對應數字量an an-1a2a1的模擬電壓，IUR/R，對于n位數字量，有 nnROfifiii 1i 10UURIa2Ra 2a1Rii10.2.2 主要技術指標 1分辨率 分辨率指DAC所能分辨的最小電壓增量。 2轉換精度 轉換精度是用最大的靜態轉

10、換誤差的形式表示，這個轉換誤差應包括非線性誤差、比例系數誤差以及漂移誤差等綜合誤差。 3轉換時間 轉換時間是指在數字輸入端輸入滿量程代碼的變化以后，DAC的模擬輸出穩定到最終值1/2LSB時所需要的時間。 4線性度 通常用非線性誤差的大小表示DAC的線性度。 5轉換速度 轉換速度是指每秒鐘可以轉換的次數，其倒數為轉換時間。 6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510V，有的高壓輸出型D/A轉換器件的輸出電平則高達2430V。 7偏移誤差 偏移誤差是指輸入數字量為0時，輸出模擬量對0的偏移值。 8溫度靈敏度 指輸入不變的情況下，輸出模擬信號隨溫度的變化。 10.2.3

11、典型芯片DAC0832 1內部結構 DAC0832是一個8位的數/模轉換芯片，內部由8位數據鎖存器、8位DAC寄存器、8位D/A轉換電路及轉換控制電路構成。 2引腳功能 AGND：模擬量地線 VREF：參考電壓 D10D17：數字量輸入信號線 ILE：輸入鎖存允許信號。 CS：片選輸入，低電平有效。 WR1：寫信號1，低電平有效。 XFER：傳送控制信號，低電平有效。 WR2：寫信號2，低電平有效。 Iout1：DAC電流輸出1，當DAC寄存器中為全1時，輸出電流最大，當DAC寄存器中為全0時，輸出電流為0。 Iout2：DAC電流輸出2，Iout2與Iout1之差為一常數，即Iout1Iou

12、t2常數。 Rfb：運算放大器的反饋電阻。 DAC0832的輸出是與數字量成比例的電流。 3工作過程 D/A轉換可分為以下兩個階段。 （1）CPU送D0D7，ILE1， 0，ILE1，使輸入數據D0D7鎖存到輸入寄存器。 （2）CPU送 0，數據鎖存到DAC寄存器，供DAC轉換器轉換，轉換結束后，輸出模擬量Iout1、Iout2。 CS1WRXFER2WR 4特性參數 （1）分辨率為8位。 （2）可采用雙緩沖、單緩沖或直通三種工作方式。 （3）電流穩定時間為1s。 （4）只需在滿量程下調整其線性度。 （5）所有引腳邏輯電平與TTL兼容。 （6）515V單一電源供電，功耗為200mW。 5工作方式 DAC0832轉換器可以有三種工作方法，即直通方式、單緩沖方式和雙緩沖方式。 1）直通方式 兩個8位數據寄存器都處于數據接收狀態，即LE1和IE2都為1。輸入數據直接送到內部D/A轉換器去轉換。 2）單緩沖方式 這時兩個8位數據寄存器中有一個處于直通方式（數據接收狀態），而另一個則受微機送來的控制信號控制。 3）雙緩沖方式 這時兩個8位數據寄存器都不處于直通方式，微機必須送兩次寫信號才能完成一次D/A轉換。當要求多個模擬量同時輸出時，可采用雙重緩沖方式。 6輸出方式 1）單極性輸出（電流輸出轉換為電壓輸出） 如果參考電壓為5V，則當數字量N從00H至FFH變化時，對應的模擬電壓Vou