中国地质大学远程教学

第 8 章　 A/D 与 D/A 转换器接口

主讲老师：张伟民

中国地质大学远程教学

本章概述

微型计算机在实时控制、在线动态测量和对物理过程进行监控，以及图像、语音处理领域的应用中，都要与一些连续变化的模拟量（温度、压力、流量、位移、速度、光亮度、声音等模拟量）打交道，但数字计算机本身只能识别和处理数字量，因此，必须经过转换器，把模拟量转换成数字量，或将数字量转换成模拟量，才能实现 CPU 与被控对象之间的信息交换。

中国地质大学远程教学

本章概述（续）

所以微机在面向自动控制，自动测量和自动监控系统与各种被控、被测对象发生关系时，就需设置模拟接口。显然，模拟接口电路的作用，在于把微处理器系统的离散的数字信号与模拟设备中连续变化的模拟信号电压、电流之间建立起适配关系，以便计算机执行控制与测量任务。从硬件角度来看，模拟接口就是处理器与 A ／ D 、 D ／ A 转换器之间的连接电路。本章将详细讨论这种接口原理、设计方法及如何进行驱动程序的设计。

中国地质大学远程教学

教学目标

通过本章的学习，使学生掌握模 / 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 ISA 总线的连接及应用编程。

了解常用模 / 数转换芯片和常用数 / 模转换芯片学习内容。

中国地质大学远程教学

学习内容

§7.1 D/A 转换器的接口方法

§7.1 D/A 转换器的接口电路设计

重点

1 、模 / 数转换接口技术2 、数 / 模转换接口技术

难点A/D 转换芯 AD574 与 ISA 总线连接的原理D/A 转换芯片 DAC0832 与 ISA 总线连接的原理

中国地质大学远程教学

学习方法

通过对一些典型 D/A 接口芯片的学习来掌握模拟量接口电路设计。

中国地质大学远程教学

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ADCDAC

数字 / 模拟转换器

中国地质大学远程教学

概述（续）

含有 A/D 与 D/A 转换的监控系统

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法

数 / 模转换通道的组成

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。

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 1 ）数 / 模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 ）

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续2 ）数 / 模转换器的主要技术指标

一、分辨率（ Resolution ）

分辨率是指转换器所能分辨的被测量的最小值。通常用输出二进制代码的位数来表示。例如称八位 A/D 转换器的分辨率称为 8 位，它把模拟电压的变化范围分成 28-1 级（ 255 级）。位数越多，分辨率越高。

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续3 ）二、精度（ precision ）

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 ） LS

B 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 ±0.0

5% 等。

注意：分辨率与精度是两个不同的概念。

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 4 ）

三、 A/D 转换器量程（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 0～ 10

V 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 10V 。

应当指出，实际上 A/D 、 D/A 转换器的最大输出值总是比满刻度值小1/2n ， n 为转换器的位数，这是因为模拟量的 0 值是 2n 个转换状态中的一个，在 0 值以上，则有 2n-1 个梯级。

中国地质大学远程教学

)(9976.94096

409510

2

11010

12V

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 5 ）三、 A/D 转换器量程（满刻度范围—— Full Scale Range ）

按通常习惯，转换器的模拟量范围总是用满刻度表示。例如 12

位的 A/D 转换器，其满刻度值为 10V ，而实际的最大输出值为：

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 6 ）

四、转换时间（ Conversion Time ）

D/A 转换器的转换时间也称建立时间，是指当输入的二进制代码从最小值突然跳变到最大值时，其模拟输出电压相应的满度跳跃并达到稳定值所需的时间。一般而言， D/A比 A/D 的转换时间要短得多。

五、线性度误差（ Linearity Error ）

理想的转换器特性应该是线性的，即模拟量输出与数字量输入成线性关系。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。

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 7 ）数 / 模转换接口技术

1 、常用数 / 模转换芯片

　　 DAC （ Digital-Analog Converter ）的功能是将数字量转换为与其成比例的模拟电压或电流信号，并对生产过程的控制对象进行各种控制。本节主要介绍 DAC 芯片的使用方法及其与并行总线的接口技术。

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 8 ）常用数 / 模转换芯片

各种类型的 DAC 芯片都具有数字量输入端和模拟量输出端及基准电压端。

数字输入端有以下几种类型：

①无数据锁存器

②带单数据锁存器

③带双数据锁存器

④只能接收并行数字输入

⑤只能接收串行数字输入　

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续9 ）与系统总线的接口

①无数据锁存器与系统总线接口时，要外加锁存器。

②带单数据锁存器和③带双数据锁存器可直接与系统总线接口。

④只能接收并行数字输入与并行总线相连接。

⑤只能接收串行数字输入与串行数据线相连接，接收数据较慢，但适用于远距离现场控制的场合。

中国地质大学远程教学

8.1 　 D/A 转换器的接口方法（续 10 ）与系统总线的接口

中国地质大学远程教学

8.2 　 8 位 D/A 转换芯片 0832

8.2.1 　 8 位 D/A 转换芯片 0832 的组成

DAC0832 为单片 8 位数 / 模转换器，可以直接与微机接口。

片内有 R-2R 结构的 T 型电阻网络，用以对参考电压提供的两条回路分别产生两个电流信号 IOUT1 和 IOUT2 。 DAC0832采用 8 位输入寄存器和 8 位 DAC寄存器二次缓冲方式，这样可以在 D/A 输出的同时，送入下一个待转换的二进制数据，以便提高转换速度。每个输入数据为 8 位，可以直接与 8 位微机数据总线相连接，其逻辑电平与 TTL 电平相兼容。

中国地质大学远程教学

8.2.1 　 8 位 D/A 转换芯片 0832 的组成（续 1 ）DAC0832 的内部结构与引脚图

中国地质大学远程教学

8.2.1 　 8 位 D/A 转换芯片 0832 的组成（续2 ）

（ 1 ） D7～ D0 ， 8条输入数据线（图中标记为 DI7～ DI0 ）。

（ 2 ） CS* ，选片信号，低电平有效。

（ 3 ） ILE ，输入寄存器选通信号，高电平有效。

（ 4 ） WR1* ，写输入寄存器信号，低电平有效。

（ 5 ） WR2* ，写 8 位 DAC寄存器信号，低电平有效。

（ 6 ） WFER* ，允许 8 位 DAC寄存器数据送到 8 位 D/A 转换器。

（ 7） IOUT1， DAC输出电流 1，当 8位 DAC寄存器为全 1时，此时输出电流最大，当为全 0时，输出电流最小。

DAC0832 的 20条引脚定义

中国地质大学远程教学

　（ 8 ） IOUT2 ， DAC 输出电流 2 ， IOUT2= 常数 -IOUT1 。

（ 9 ） Rfb ，反馈电阻引出端，即片内在 Rfb 与 IOUT1 之间制作了一个反

馈电阻。

（ 10 ） VREF ，参考电压输入端。该端连至片内 R-2R T 型电阻网络，

由外部提供一个准确的参考电压。该电压的精度直接影响 D/A 转换的精度。

（ 11 ） VCC ，电源电压，可接 +5V～ +15V 。

（ 12 ） AGND ，模拟地。

（ 13 ） DGND ，数字地。

8.2.1 　 8 位 D/A 转换芯片 0832 的组成（续3 ）DAC0832 的 20条引脚定义

中国地质大学远程教学

　 DAC0832 转换器输出为电流形式，通常需要通过运算放大器将输出电流转变成电压输出。按电压输出时还可分为单极性和双极性两种形式。

8.2.1 　 8 位 D/A 转换芯片 0832 的组成（续 4 ）DAC0832

中国地质大学远程教学

8.2.2 　单极性输出电路

　 单极性输出电路如图 10-13 所示。在图 10-13(a) 中， D/A 转换器输出接到运算放大器的反相输入端，所以输出电压为：

VOUT=-i （ Rf+Rw ）

在图 10-13 (b) 中， D/A 转换器输出接到运算放大器的同相输入端，所以输出电压为：

VOUT≈iR2[1+ （ Rf+Rw ） /R1]

中国地质大学远程教学

8.2.2 　单极性输出电路（续）

D/A单极性输出电路

中国地质大学远程教学

8.2.3 　双极性输出电路

双极性输出电路如图 10-14 所示，一般需要通过两级运算放大器才能实现。

i1≈V1/R1 ， i2≈VREF/R2 ，

i3= （ Vi1-VOUT ） /R3≈-VOUT/R3

因为 i3≈i1+i2

所以 V1/R1+VREF/R2≈-VOUT/R3

VOUT=- （ V1×R3/R1+VREF×R3/R2 ）

设： R2=R3=2R1 ， VREF=10V ， V1 输出 0～ 10V ，

则 VOUT 输出为 -10V～ +10V （双极性输出）

中国地质大学远程教学

8.2.3 　双极性输出电路（续1 ）D/A双极性输出电路

中国地质大学远程教学

8.2.3 　双极性输出电路（续 2 ）DAC0832 与 ISA前 62 芯插槽接口

　 DAC0832 与 PC 机 ISA 总线前 62 芯的连接如图 12-15 所示，由于 DAC0832 的数据输入线可以直接与 CPU 数据线连接，所以在图 12-15 中， DAC0832没经缓冲器而直接与数据总线中 D7～ D0

相连，图中 XFER* 和 WR2* 接地，即 DAC0832 内部第 2 级缓冲器接成直通式，只控制第 1 级缓冲器的数据输入，当 CS* 与 WR1*同时有效时， DI7～ DI0 的数据被送入其内部的 D/A 转换电路进行转换。

中国地质大学远程教学

8.2.3 　双极性输出电路（续 3 ）

DAC 0832 与 ISA前 62 芯插槽相连接的电路

中国地质大学远程教学

8.2.3 　双极性输出电路（续 4 ）

例　假设在图 12-15 中 DAC0832 片选的地址是 200H ，要求在 VOU

T 输出方波，编程如下：

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 DELA （忽略）

MOV AL ， 0FFH

OUT DX ， AL ；向 DAC0832 输出全 1

CALL DELAY

JMP ABCD