西安交通大学：《微机原理与接口技术》课程教学资源（PPT课件讲稿）第7章 模拟量输入输出接口

第7章模拟量输入输出接口 西安交通大学计算机系 桂小林 微型计算机如 接口技术 2021年2月7日

1 第7章 模拟量输入输出接口 西安交通大学计算机系 桂小林 2021年2月7日

目录 概述 Z1D/A转换器的工作原理 72典型D/A转换器芯片及其应用 73AD转换器的工作原理 74典型A/D变换器芯片及其应用 微型计算机如 接口技术 桂小林,微机原理与接口

桂小林，微机原理与接口 2 ◼ 概述 ◼ 7.1 D/A转换器的工作原理 ◼ 7.2 典型D/A转换器芯片及其应用 ◼ 7.3 A/D转换器的工作原理 ◼ 7.4 典型A/D变换器芯片及其应用 目录

示步通大李 概述 ■自然界中存在的大都是连续变化的模拟量,如温度、湿度、 速度、流量、压力等等。要用计算机来处理这些模拟量,必 须先把这些模拟量转换成计算机能够识别的数字量, ■能将模拟量转换成数字量的电路称为模数转换器(简称A/D 转换器或ADC),与此相反,能将数字量转换为模拟量的电 路称为数模转换器(简称D/A转换器或DAC MD和D4转换器是数字控制系统中不可缺少的组成部分, 是用计算机实现工业过程控制的重要接口电路。 随着单片机技术的发展,AD转换器和DA转换器已经集成 到高性能的单片机的芯片内部,如AVR系列单片机和PIC系 列单片机。(但80c51系列内部不含ADC和DAc) 桂小林,微机原理与接口 3

桂小林，微机原理与接口 3 概述 ◼ 自然界中存在的大都是连续变化的模拟量，如温度、湿度、 速度、流量、压力等等。要用计算机来处理这些模拟量，必 须先把这些模拟量转换成计算机能够识别的数字量， ◼ 能将模拟量转换成数字量的电路称为模数转换器（简称A/D 转换器或ADC），与此相反，能将数字量转换为模拟量的电 路称为数模转换器（简称D/A转换器或DAC）。 ◼ A/D和D/A转换器是数字控制系统中不可缺少的组成部分， 是用计算机实现工业过程控制的重要接口电路。 ◼ 随着单片机技术的发展，A/D转换器和D/A转换器已经集成 到高性能的单片机的芯片内部，如AVR系列单片机和PIC系 列单片机。（但80C51系列内部不含ADC和DAC）

物理世界与信息世界 物理世界 大化一行 电机 执行机构」开关 传感器采样设备 模拟量 模拟量 00 00垂。0 微处理器 DA变换器数字量或单片机『数字量AD变换器 信息世界 e0。0。。。。。。。。。。0。0。。。00。。00。。0。0。00。。0。。。非。。 桂小林,微机原理与接口

桂小林，微机原理与接口 4

示步通大李 iPHONE感知 环境感知 Ambient light 智能地球 Proximity 物联网络 Dual cameras A飞 GPS Accelerometer Dual microphones Compass Gyroscop 桂小林,微机原理与接口 5

桂小林，微机原理与接口 5 iPHONE感知 ◼ 环境感知 ◼ 智能地球 ◼ 物联网络

物联网的核心体系 智能卡智能标签cP利用RFID,传感器,二维 全面感知 码等随时随地获取物体的 信息 二维码条形码 传感器 近距离通信,RFD蓝牙WN|通过各种电信网络与互联 可靠传递 通信网关 网的融合,将物体的信息 实时准确地传递出去 2G、3G、4G、 WIFI Internet 利用云计算,模糊识别等 数据库,虚机,物理机、云有储各种智能计算技术,对海 量的数据和信息进行分析 智能处理 云8海计算 和处理,对物体实施智能 数据检索、处理、控制、管理化的控制 小林

桂小林，微机原理与接口 6

示步通大李 7.1D/A转换器的工作原理 ■D/A转换器的作用就是把数字量转换成模拟量。数 字量是用代码按数位组合起来表示的,必须将每 位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量,然 后再将这些模拟量相加,即可得到与数字量成正比 的总模拟量,从而实现数模转换。分类如下: T型 按解码网络结构倒7型 权电阻 D/A转换器 权电流 CMOS型 按模拟电子开关 双极型∫电流开关型 ECL电流开关型 桂小林,微机原理与接口

桂小林，微机原理与接口 7 7.1 D/A转换器的工作原理 ◼ D/A转换器的作用就是把数字量转换成模拟量。数 字量是用代码按数位组合起来表示的，必须将每一 位的代码按其位权的大小转换成相应的模拟量，然 后再将这些模拟量相加，即可得到与数字量成正比 的总模拟量，从而实现数模转换。分类如下：                           电流开关型 电流开关型 双极型 型 按模拟电子开关 权电流 权电阻 倒 型 型 按解码网络结构 转换器 ECL CMOS T T D / A

7.1.1权电阻型DA转专换器 R 总电流为:12=12+12++4 eR 22R23R R 2R 2R2P+8 R m(202+22+2+2 R 基准电压 N 图72权电阻型D/A转换器电路原理图 2R 上式表明,集成运放反向端的总电流 V=R REF Nr (即d3d2d1d)的大小成正比关系。 23R 电路简单,但电阻的阻值太多,难以批量生产,这是它的最大不足之处。 桂小林,微机原理与接口 8

桂小林，微机原理与接口 8 7.1.1 权电阻型D/A转换器 图7.2 权电阻型D/A转换器电路原理图 Vo ∞ A1 － ＋ ＋ R Σ VREF 基准电压 IΣ S1 d1 I1 2 2R S3 d3 I3 R S2 d2 I2 2R S0 d0 I0 2 3R Rf f REF O f NR R V V I R 3 2 = −  = − 电路简单，但电阻的阻值太多，难以批量生产，这是它的最大不足之处。  I N 上式表明，集成运放反向端的总电流 与输入数字量 （即d3d2d1d0）的大小成正比关系

7.1.2T型R-2R网络型D/A转换器 R Va基准电压 2R 2R R R +A+ d o 图73R2R电阻型DA转换器电路原理图 从模拟开关S向左看,等效电阻为R,再从模拟开关S1向左看, 等效电阻也是R,因此,流入电阻网络的总电流为:I=RF R 各支路上的电流分别为102’h11,h1,13105 4 在输入数字量的作用下,流入集成运放反向输入端的电流为: 1=-d+d1+-ad2+d3 8 16 桂小林,微机原理与接口 9

桂小林，微机原理与接口 9 7.1.2 T型R-2R网络型D/A转换器 图7.3 R—2R电阻型D/A转换器电路原理图 Vo ∞ A1 － ＋ ＋ I VREF基准电压 IΣ S1 d2 I1 2R d0 I3 2R S3 S2 d1 I2 2R S0 d3 I0 2R Rf R R R 2R

Va基准电压 PR RRR R do d1 d2 图73R2R电阻型DA转换器电路原理图 当RR时,可以求出集成运算放大器的输出电压为: 0=-l2R=(Ad+Md1+-d2+,Aa3)R 2R 4R 8R 16R (do+,d1+=d2+,d3) 2 4 8 16 设VREF=10V,d3d2d1do=0101时,代入上式可求得: 10(×1+×0+=×1+×0)=-10(0.5+0.125)=-625

图7.3 R—2R电阻型D/A转换器电路原理图 Vo ∞ A1 － ＋ ＋ I VREF基准电压 IΣ S1 d2 I1 2R d0 I3 2R S3 S2 d1 I2 2R S0 d3 I0 2R Rf R R R 2R