微机原理与接口技术第11章_模数和数模转换

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微机原理与接口技术第11章_模数和数模转换

VREF IOUT2
12
R1b 9 LE
11 I OUT1 RFB
3 A GND 20
Vcc
WR2 18 17 XFER
10 D GND DAC0832的内部结构与引脚图
双缓冲方式（单DAC）
输出电路数单极性输出字
量输入
0832
i
R
+
VOUT
VOUT = - iR
数字量输入
i
0832
②单缓冲方式：
• ILE接高电平；CS、 WR1、WR2、 XFER接控制输出端（连接方式有多种形式）； • 当对DAC0832进行写操作时（执行 OUT指令），数字量直接被转换成模拟量。
地址总线
地址译码
Vcc WR2 WR1 CS IOUT1 XFER IOUT2
＋5V
WR IO/M D7-D0
典型的DA转换器
AD7524 DAC0832 DAC1210
AD7524
数据总线
地址总线
利用AD7524产生锯齿波、三角波、方波和正弦波
编程实现输出从0到4.98V线形增长的周期性锯齿波编程实现输出0.5V到2.5V的三角波如何输出方波？如何输出正弦波？
DAC0832
主要参数引脚图工作方式
DA转换的基本原理 DA转换器的性能指标典型的DA转换器
DA转换的基本原理
利用权电阻网络和运算放大器实现
输出电流Io的计算
I o d1 I1 d 2 I 2 d 3 I 3 d 4 I 4 VR VR VR VR d1 d2 d3 d4 R 2R 4R 8R 2VR 1 2 3 4 (d1 2 d 2 2 d 3 2 d 4 2 ) R

数模和模数转换器PPT课件

行A/D转换，适用于分辨率较高而转换速度适中的场合。
知识点精讲
【知识点1】DAC的分析与计算
【例1】有一个5位T型电阻DAC，已知 =10V， f =3R，输入的数字信号 4 3 2 1 0 =11010，
试求输出电压0 和最大输出电压。
【分析】T型电阻DAC只用R和2R两种电阻，电路有两个特点:
≈ 0.001 × 50 = 0.05
知识点精讲
【例5】（2014年对口招生考试题）一个8位D/A转换器的最小电压增量为0.01V，当输入代码
为10011010时，输出电压是
A.1.28V
B.1.54V
（
C.1.45V
）
D.1.56V
【分析】最小输出电压增量是指对应于输入最小数字量的输出模拟电压值，也就是指数字量每增加一个
0 = −
=−
4
(2 4 + 23 3 + 21 1 + 20 0 )
5
2
10
(16
32
+ 8 + 0 + 2 + 0)
= −8.125
显然，当5 、4 、3 、2 、1 、0 全为1时输出电压0 最大，为
= −
10
(16 + 8 + 4 + 2 + 1)
转换器或DAC。
1.DAC的类型
（1）T型电阻DAC
电路如图10-1所示:
特点:只用R和2R两种电阻，精度容易保证，各模拟开关的电流大小相同，但在开关状态切换时
容易出现尖峰脉冲。
知识清单
（2）倒T型电阻DAC
电路如图10-2所示:
特点:各模拟开关的电流与开关状态无关，可进一步提高转换速度。

《数字电子技术基础》第11章_数模与模数转换讲解

如果Di=0，TN1截止，TN2导通，固定端A与P(与运放的同相端)相连。
由于MOS管的导通电阻不相等，导致电阻网络不是准确的 R-2R网络，出现误差。
2．单片集成DAC
单片集成倒T形电阻网络DAC芯片有AD7520(10位DAC) 、 DAC1210H(12位DAC) 和AK7546(16位DAC)等。
根据变换网络的结构，DAC分为倒T形电阻网络DAC、权
电流型DAC、T形电阻网络DAC、权电阻网络DAC、权电容网
络DAC和开关树型DAC。本节介绍倒T形电阻网络DAC和权电流型DAC。
11.2数模转换器(DAC)
11.2.1 倒T形电阻网络DAC 11.2.2 权电流型DAC *11.2.3 DAC的双极性输出 11.2.4 DAC的主要技术指标
第11章数模与模数转换器
将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器（DAC—Digital to Analog Converter），而将模拟信号转换为数字信号的电路则称为模数转换器(ADC-Analog to Digital Converter)。
DAC和ADC是数字电路和模拟电路之间的接口电路。
生产过程中的物理量
数字执行机构工业控制计算（IPC）、单片机、数字信号处理器和可编逻辑控制器，甚至可以扩展到计算机网络。执行机构
各种物理量的测量和显示、手动控制和报警等功能
数模转换器、模数转换器是模拟系统与数字系统的桥梁，称为接口电路。它们是用数字系统处理模拟信号所必须的电子电路。
11.2 数模转换器(DAC)
推广到一般情况，n位权电流型DAC的输出电压为
21 D1 20 D0 )
I 24
41
2i Di
i0

数-模与模-数转换

4）转换时间。完成一次A/D所需的时间称为转换时间。各类A/D转换器的转换时间有很大差别，取决于A/D转换的类型和转换位数。速度最快的达到ns级，慢的约几百ms。
直接A/D型快，间接A/D型慢。并联比较型A/D最快，约几十ns；逐次渐近式A/D其次，约几十μs；双积分型A/D最慢，约几十ms～几百ms 。
模拟电子开关的导通压降、导通电阻和电阻网络中电阻的误差等因素有关。
2021/8/13
5
3）温度系数。在输入不变的情况下，输出模拟电压随温度变化而变化的量，称压变化的值。
4）建立时间。完成一次D/A转换所需时间。一般小于1μs 。
功能。当采样脉冲us到来后，采样管VT导通，输入的模拟信号uA经过VT管向电容C充电。在采样脉冲结束后，采样管VT截止，若电容和场效应管的漏电都很小，运算放大器
的输入阻抗又很高，那么两次采样之间的时间内，电容没
有泄漏电荷，其电压基本保持不变。
2021/8/13
10
3）量化与编码。所谓量化就是将采样/保持后得到的样本值在幅值上以一定的级数离散化，用最小量化单位的倍数来表示采样保持阶梯波离散电平的过程。
例如，对于一个8位D/A转换器，其分辨率为：1/(281)=1/255≈0.00392=0.392%
2）转换精度。转换精度是指输出模拟电压实际值与理论值之差，即最大静态误差。
转换精度与D/A转换器的分辨率、非线性转换误差、比例系数误差和温
度系数等参数有关。这些参数与基准电压UREF的稳定、运放的零漂、
电子技术基础与技能
数/模与模/数转换
2021/8/13
1. 数模转换和模数转换基本概念数字电路和计算机只能处理数字信号，不能处理模拟信号。若

数电第十一章数模和模数转换详解演示文稿

数电第十一章数模和模数转换详解演示文稿
第1页，共128页。
（优选）数电第十一章数模和模数转换
第2页，共128页。
1.用途：
11.1 概述
一个计算机控制系统的框图如图11.1.1所示。
控制对象
非电量
传感器
模拟量
模/数转换器
数字量
计算机
数字量
数/模转换器
执行机构
模拟量
图11.1.1 计算机控制系统框图
第10页，共128页。
1.组成：
图11.2.2是4位权电阻网络D/A转换器的原理图，它是由权电阻网络、4个电子模拟开关和1个求和放大器组成。
权电阻网络
模拟开关
求和放大器
图11.2.2
第11页，共128页。
（1）S3~S0:为电子开关，其状态受输入数码d3~d0 的取值控制。当di＝1时开关接到参考电压
值，可以将VREF取负值。
2. 此电路的优点是电路结构简单，所用的电阻元件少。缺点是各个电阻的阻值相差较大，输入数字量的位数越多，差别就越大，故很难保证电阻的精确度。
第16页，共128页。
为了克服这个缺点，在输入数字量较多时可采用图 11.2.3所示的电路。
Rs=8R
23 R 22 R 21 R 20 R
第5页，共128页。
2.A/D转换器：
将模拟信号转换成数字信号的过程称为模/数转换（Analog to Digital），实现的电路称为A/D转换器，简写为ADC（Analog－Digital Converter）。
A/D转换器的类型可分成直接A/D转换器和间接A/D转换器。在直接A/D转换器中，输入的模拟电压信号直接被转换成相应的数字信号；而在间接A/D转换器中，输入的模拟信号首先被转换成某种中间变量（如时间、频率等），然后再将这个中间量转换成输出的数字量。

数模和模数转换PPT课件

第29页/共64页
2、量化和编码由于输入电压的幅值是连续变化的，它的幅值不一定是其量化单位的整倍
数，所以量化过程会引入误差，这种误差叫量化误差。
量化后的信号只是一个幅值离散的信号，为了对量化后的信号进行处理，还应该把量化的结果用二进制代码或其它形式表示出来，这个过程就叫做编码。
量化的方法一般有两种：只舍不入法和有舍有入法。
把模拟量转化为数字量的过程称为模-数转换，把相应的转换器件称为模-数转换器（Analog-Digital Converter，简称A/D转换器或ADC ）。
把数字量转化为模拟量的过程称为数-模转换，把相应的转换器件称为数-模转换器（Digital-Analog Converter，简称D/A转换器或DAC ）
克，秤量步骤：
顺序 1 2 3 4
砝码重 8g 8g+4 g 8g+4g+2g 8g+4g+1g
比较判断 8g < 13g
保留
12g < 13g
保留
14g > 13g 撤去
13g ＝13g
保留
第38页/共64页
逐次渐近型A/D转换器的基本工作原理是： a. 控制电路首先把寄存器的最高位置1，其它各位置0。
第25页/共64页
(2) 转换误差偏移误差：数字输入代码全为0时， D/A转换器的输出电压与理想输出电压0V之差。
增益误差：为数字输入代码由全0变全1时，输出电压变化量与理想输出电压变化量之差。
第26页/共64页
非线性误差：为D/A转换器实际输出电压值与理想输出电压值之间偏差的最大值。
第30页/共64页
0~0.7V的模拟信号转化为3位二进制数码的量化过程

第11章模数和数模转换接口技术

换。
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术
13 14 15 16 4 5 6 7 19 & LE=1 时，输出数据跟随输入 CS WR1 WR2 XFER 1 2 18 17 & & LE=0 时，数据被所存 20 10 VCC DGND LE1 LE2 3 AGND 8位输入寄存器 8位 DAC 寄存器 8位 D/A 转换器 Rfb 9 Rfb
分辨率也可以表示为。若n位D/A转换器转换后的电压满
量程为5V，则它能分辨的最小电压为 V。例如，8位D/A 转换器的最小分辨电压为19.53mV，而10位D/A转换器的最
小分辨电压为4.88mV。
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术 ② 转换误差（error）指D/A转换器实际输出的模拟量与理论输出模拟量之间的差值。转换误差的来源很多，如转换器中各元件参数值的误差、基准电源的不稳定、运算放大器的零漂等都是误差的来源。D/A转换器的绝对误差（或绝对精度）是指加入最大数字量（全1）时D/A转换器的理论值与实际值之差，该误差值应小于LSB/2。
DAC8032
VOUT2
图11-3 典型的单极性输出方式
图11-4 DAC0832双极性输出电路
MCS-51单片机原理、接口及应用
第11章 A/D与D/A转换器及接口技术
11.1.3 DAC0832与单片机的接口及编程
根据对 DAC0832 的输入寄存器和 DAC 寄存器的不同控制方法， DAC0832 有 3 种工作方式：直通型、单缓冲型和双缓冲型。直通型：当DAC0832芯片的CS、WR1、WR2和XFER全部接地，而ILE接+5V时，DAC0832芯片处于直通型工作方式。数字

微机原理与接口技术习题答案

第3章8086/8088指令系统与寻址方式习题3．3 8086系统中，设DS=1000H，ES=2000H，SS=1200H，BX=0300H，SI=0200H，BP=0100H，VAR的偏移量为0600H，请指出下列指令的目标操作数的寻址方式，若目标操作数为存储器操作数，计算它们的物理地址。

（1）MOV BX，12 ；目标操作数为寄存器寻址（2）MOV [BX]，12 ；目标操作数为寄存器间址PA=10300H（3）MOV ES：[SI]，AX ；目标操作数为寄存器间址PA=20200H（4）MOV VAR，8 ；目标操作数为存储器直接寻址PA=10600H（5）MOV [BX][SI]，AX ；目标操作数为基址加变址寻址PA=10500H（6）MOV 6[BP][SI]，AL ；目标操作数为相对的基址加变址寻址PA=12306H （7）MOV [1000H]，DX ；目标操作数为存储器直接寻址PA=11000H（8）MOV 6[BX]，CX ；目标操作数为寄存器相对寻址PA=10306H（9）MOV VAR+5，AX ；目标操作数为存储器直接寻址PA=10605H3．4 下面这些指令中哪些是正确的那些是错误的如果是错误的，请说明原因。

（1）XCHG CS，AX ；错，CS不能参与交换（2）MOV [BX]，[1000] ；错，存储器之不能交换（3）XCHG BX，IP ；错，IP不能参与交换（4）PUSH CS（5）POP CS ；错，不能将数据弹到CS中（6）IN BX，DX ；输入/输出只能通过AL/AX（7）MOV BYTE[BX]，1000 ；1000大于255，不能装入字节单元（8）MOV CS，[1000] ；CS不能作为目标寄存器（9）MOV BX，OFFSET VAR[SI] ；OFFSET只能取变量的偏移地址（10）MOV AX，[SI][DI] ；SI、DI不能成为基址加变址（11）MOV COUNT[BX][SI]，ES：AX ；AX是寄存器，不能加段前缀3．7 设当前SS=2010H，SP=FE00H，BX=3457H，计算当前栈顶的地址为多少当执行PUSH BX 指令后，栈顶地址和栈顶2个字节的内容分别是什么当前栈顶的地址=2FF00H当执行PUSH BX 指令后，栈顶地址=2FEFEH（2FEFEH）=57H（2FEFFH）=34H3．8 设DX=78C5H，CL=5，CF=1，确定下列各条指令执行后，DX和CF中的值。

数模与模数转换器PPT课件

I
＜
10
16VREF
190//1166VVRREEFF
vI
vO
D0
3．逻辑电路
D/A 转换器
D1
D2
01 vC
0
R Q0
C1 S
FF0
01
10
0
01
Q1
R 1D
10
C1
S
FF1
10
R
Q 2 1D 10
C1 S
FF2
0
Q3
R 1D
10
C1
S
FF3
VREF D3
D3（ MSB）
1
D2
D1
D0 （ LSB）
（2）转换速率（SR）——在大信号工作状态下模拟电压的变化率。 3. 温度系数——在输入一定时，输出模拟电压随温度变化产生的变化量。一般
用满刻度输出条件下温度每升高1℃，输出电压变化的百分数来表示。
9.2 A/D转换器
一．A/D转换的一般步骤和取样定理
由于输入的模拟信号在时间上是连续量，所以一般的A/D转换过程为：取样、保持、量化和编码。
R-2R倒T形电阻网络
基准电流: I=VREF/R，
分析计算：基准电流: I=VREF/R，
流过各开关支路（从右到左）的电流分别为 I/2、I/4、I/8、I/16。
总电流：
i
VREF R
(
D0 24
D1 23
D2 22
D3 21
)
VREF 24 R
3 i0
( Di
2i )
输出电压：
vO
D/A 转换器
D1
D2
1 vC
01

数模和模数转换电路精品PPT课件

时打入其DAC寄存器，并随之进行数模转换，同时输出相应的
模拟量。若三个DAC0832芯片的DAC寄存器处于直通状态，就
无法控制三路模拟信号的同步输出。
14.3 DAC0832与单片机的接口及应用
• 图中为采用单缓冲工作方式的一路D／A输出与8051单片机的连接图。图中采用将芯片两级寄存器的控制信号并接的方式，即将 DAC0832的/WR1和/WR2并接后与805l的/WR信号线相连，/CS 和/XFER并接后与P2.7相连，并将ILE接高电平。在这种工作方式下，输入数据在控制信号的作用下，送入DAC寄存器，再经D／A 转换输出一个与输入数据对应的模拟量。
D／A转换器的基准电压VREF由稳压管上的电压分压后提供。图中运算放大器的作用将D／A转换器输出电流转换成电压输出。
图中的接法是采用线选法把DAC0832当作8031扩展的一个并行I／ O口，当P2.7=0时，则信号/CS和/XFER有效，若设其它无关的地址位为“1”，则DAC0832的口地址为7FFFH。将一个8位数据送入DAC0832完成转换的指令如下： MOV DPTR，#7FFFH ；指向0832的口地址 MOV A，#data ；待转换的数据送A MOVX @DPTR，A ；写入0832，即实现一次转换并输出
D/A转换程序设计
（1）锯齿波
（1）产生锯齿波利用D／MAO转V换，DP可T方R，便#编7F程F输FH出各；种指不向同08的32程的控口电地压址波形。以下几个程序M实O例V 可A在，图#0中0H的运放输出；端将产最生小不数同字的量电0压0H输送出A波形：
LOOP：MOVX @DPTR，A ；A中数据送0832转换，输出对应
• DAC0832是一典型的8位并行D/A转换器。为20引脚的双列直插式封装

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1.5625
3.125
1.8750
3.750
2.1875
4.375
2.5000
5.000
2.8125
5.625
3.1250
6.250
3.4375
6.875
3.7500
7.500
4.0625
8.125
4.3750
8.750
4.6875
9.375
双极性二进制编码(n=4)
输入模拟量
+7/8FSR +6/8 FSR +5/8 FSR +4/8 FSR +3/8 FSR +2/8 FSR +1/8 FSR
采样就是按相等的时间间隔t从电压信号上截取一个个离散的电压瞬时值。
采样定理：为了能从采样后的信号能够无失真的恢复原信号，必须满足两个条件：①被采样的模拟信号必须是频带受限的，即它有频率上限值fm； ② 采样频率fs≥ 2fm。在实际应用中常取 fs=(3~4)fm
保持：将采样得到的电压瞬时值保持到下一次采样时刻
建立时间ts 输入数字量到建立稳定的输出电流或电压的时间超高速ts<100ns; 较高速ts=1μs~100ns;高速ts=10 μs ~ 1 μs ; 低速ts>100 μs
典型的DA转换器
AD7524 DAC0832 DAC1210
AD7524
数据总线地址总线
利用AD7524产生锯齿波、三角波、方波和正弦波
AGND DGND
ILE RFB VCC VREF CS WR1 WR2 XFER
数据输入线互补电流输出端
模拟地数字地
输入锁存使能片内反馈电阻工作电压参考电压片选写输入命令传输控制信号
DAC0832工作方式
工作方式 ILE
CS
WR1 WR2 XFER
直通方式高电平接地接地接地接地
0000 0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 1001 1010 1011 1100 1101 1110 1111
对应电压
FSR=+5V
FSR=+10V
0.0000
0.000
0.3125
0.625
0.6250
1.250
0.9375
1.875
1.2500
2.500
单缓冲方式
高电平
CS
W R1 AGND
DI3 DI2 D I1 DI0 VREF R fb
DGND
1
20
2
19
3
18
4 5 6
DAC 0832
17 16 15
7
14
8
13
9
12
10
11
VCC
ILE
WR2
XFER DI4 DI5 DI6 DI7 IOUT 2 IOUT1
引脚名称信号名称
DI7~DI0 IOUT1 IOUT2
量化
对0～5V（或0～10V ）电压进行2n等分（n＝8、 10、12、16），形成n个区间
采样后的模拟电压落在哪个区间，就以该区间的下限值表示该电压值
量化的实例
编码
自然二进制编码：0电压用数字量全0表示；满量程电压用数字量全1表示（实际上全1并不等于满量程电压）。
双极性二进制编码：负满量程电压用全0表示，正满量程电压用全1表示（实际上全1也不等于正满量程电压）。
多路模拟开关
多路模拟开关用来切换模拟信号。对于AD通道，需要多路输入、一路输出的模拟开关
，保证每次只转换一个通道的模拟信号对于DA通道，需要一路输入、多路输出的模拟开关
，使输出的模拟信号轮流分配到各模拟通道
多路模拟开关的例子
用于选择通道号
模拟量转换为数字量的过程：采样、保持、量化、编码
采样
0 -1/8 FSR -2/8 FSR -3/8 FSR -4/8 FSR -5/8 FSR -6/8 FSR -7/8 FSR -8/8 FSR
输出数码
1111 1110 1101 1100 1011 1010 1001 1000 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
对应电压FSR=± 5V
+4.375 +3.750 +3.125 +2.500 +1.875 +1.250 +0.625 0.000 -0.625 -1.250 -1.875 -2.500 -3.125 -3.750 -4.375 -5.000
DA转换器
DA转换的基本原理 DA转换器的性能指标典型的DA转换器
第十一章模数和数模转换
计算机控制系统 DA转换原理典型DA转换器件 AD转换原理典型AD转换器件
计算机控制系统
控
传感器
放大滤波
多路
采样 A/ I/O
计
开
保D
接
制对
传感器
放大滤波
关 M U X
持器 S/ H
转换器
口
算
象
多
执
路
行
开
部
关
件
M
D/
A
I/O
转接
换口
器
U X
机
一个计算机探伤系统
DA转换的基本原理
利用权电阻网络和运算放大器实现
输出电流Io的计算
Io d1I1 d2I2 d3I3 d4I4
d1
VR R
d2
VR 2R
d3
VR 4R
d4
VR 8R
2VR R
(
d222
d323
d424)
D/A转换器的主要性能指标 •输入数字量自然二进制编码双极性二进制编码 BCD码 •输出模拟量多数为电流输出型。手册中一般给出在特定VR下，输入满量程时的输出电流。
IO1
VR 15k
入字量 256
输入数字量 VOIO1Rf VR 256
分辨率 Δ=FSR/2n 用百分比表示。例：n=8， Δ= FSR/256=0.39% FSR 用D/A位数表示。如8位、12位、16位等
精度一般要求≤LSB/2 常用误差与满量程输出电压或电流的百分比表示
线性误差一般要求≤LSB/2 常用最大偏差与满量程输出电压或电流的百分比表示
自然二进制编码(n=4)
输入模拟量
输出数码
0 1/16 FSR 2/16 FSR 3/16 FSR 4/16 FSR 5/16 FSR 6/16 FSR 7/16 FSR 8/16 FSR 9/16 FSR 10/16 FSR 11/16 FSR 12/16 FSR 13/16 FSR 14/16 FSR 15/16 FSR
编程实现输出从0到4.98V线形增长的周期性锯齿波编程实现输出0.5V到2.5V的三角波如何输出方波？如何输出正弦波？
DAC0832
主要参数引脚图工作方式
DAC0832主要参数
分辨率：8位转换时间：1us 满量程误差：± 1LSB 参考电压：± 10V 单电源：+5V~+15V
DAC0832引脚图

微机原理与接口技术第11章_模数和数模转换

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