生物医学信号-高兴亚-第四章-数字处理.ppt

生物医学信号采集与分析生物医学信号采集与分析南京医科大学南京医科大学 高兴亚高兴亚主要内容主要内容l1.生物医学信号的特点及提取方法生物医学信号的特点及提取方法l2.生物医学传感器生物医学传感器l3.生物医学信号的预处理电路生物医学信号的预处理电路l4.信号的数字化与数字处理信号的数字化与数字处理l5.供电接地及抗干扰技术供电接地及抗干扰技术l6.生物医学信号采集分析系统生物医学信号采集分析系统l7.植入（背负）式芯片系统设计与应用植入（背负）式芯片系统设计与应用第四章第四章信号的数字化与数字处理信号的数字化与数字处理数字处理的目的数字处理的目的输入输出接口输入输出接口AD转换器转换器DA转换器转换器采样程序编程采样程序编程医学信号数字处理的目的医学信号数字处理的目的 （1 1）去除不需要的信号成份，因为它们）去除不需要的信号成份，因为它们 污染了感兴趣的信号；污染了感兴趣的信号；（2 2）用更明显或更有用的形式表达提取）用更明显或更有用的形式表达提取 的信息；的信息；（3 3）为了预期信号源的行为，预测信号）为了预期信号源的行为，预测信号 的未来值。的未来值。lECG信号受工频干扰，经滤波后的实例：数字信号处理的发展数字信号处理的发展l多数科学和工程中遇到的是多数科学和工程中遇到的是模拟信号模拟信号。l以前都是研究模拟信号处理的理论和实现。以前都是研究模拟信号处理的理论和实现。l模拟信号处理缺点模拟信号处理缺点：难以做到高精度，受环境：难以做到高精度，受环境影响较大，可靠性差，且不灵活等。影响较大，可靠性差，且不灵活等。l随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从展，加之从60年代末以来数字信号处理理论和年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。l随着信息科学的发展，数字信号处理已成为一随着信息科学的发展，数字信号处理已成为一门极其重要的学科和技术领域。门极其重要的学科和技术领域。信号处理的内容信号处理的内容l滤波滤波（消除飘移、杂波、50Hz陷波）l变换变换（差分、积分、心率）l检测检测（如R波检测）l谱分析谱分析（EEG频谱分析）l估计估计（预测）l压缩压缩（数据压缩）l识别识别（语音识别）数字信号处理实现方法数字信号处理实现方法l1.采用大、中小型计算机和采用大、中小型计算机和微机微机。l2.用用单片机单片机。l3.利用利用通用通用DSP芯片芯片l4.利用利用特殊用途的特殊用途的DSP芯片芯片数据信号处理的特点数据信号处理的特点与模拟系统与模拟系统(ASP)相比，数字系统具有如下特点：相比，数字系统具有如下特点：l精度高精度高l可靠性强可靠性强l灵活性大灵活性大l易于大规模集成易于大规模集成l时分复用（多路处理、分时共享）时分复用（多路处理、分时共享）l可获得高性能指标可获得高性能指标l二维与多维处理二维与多维处理数字信号处理系统的基本组成数字信号处理系统的基本组成前置预滤波器A/D变换器数字信号处理器D/A变换器模拟滤波器模拟模拟Xa(t)PrFADCDSPDACPoF模拟模拟Ya(t)显示、分析储存、打印txa(t)0数字信号处理：滤波数字信号处理：滤波(1)前置滤波器前置滤波器l将输入信号将输入信号xa(t)中高于某一频率的分中高于某一频率的分量加以滤除。量加以滤除。txa(t)0(2)A/D变换器变换器l由模拟信号产生数字信号（一个二进制流）。其有两个由模拟信号产生数字信号（一个二进制流）。其有两个过程：过程：抽样和保持抽样和保持。l抽样：每隔抽样：每隔T秒秒(抽样周期抽样周期)取出一次取出一次xa(t)的幅度，此信号的幅度，此信号称为离散信号。它只表示时间点称为离散信号。它只表示时间点0，T,2T,nT,上的值上的值xa(0),xa(T),xa(2T),xa(nT).。l保持：在保持电路中将抽样信号变换成数字信号，因为保持：在保持电路中将抽样信号变换成数字信号，因为一般采用有限位二进制码，所以它所表示的信号幅度就一般采用有限位二进制码，所以它所表示的信号幅度就是有一定限制的。是有一定限制的。l经过经过A/D变换器后，不但时间离散化了，幅度也量化了，变换器后，不但时间离散化了，幅度也量化了，这种信号称为数字信号。用这种信号称为数字信号。用x(n)表示。表示。例子例子l如如4位码，只能表示位码，只能表示24=16种不同的信号种不同的信号幅度，这些幅度称为量化电平。幅度，这些幅度称为量化电平。l当离散时间信号幅度与量化电平不相同当离散时间信号幅度与量化电平不相同时，就要以最接近的一个量化电平来近时，就要以最接近的一个量化电平来近似它。似它。l所以经过所以经过A/D变换器后，不但时间离散化变换器后，不但时间离散化了，而且幅度也量化了，产生一个二进了，而且幅度也量化了，产生一个二进制流。制流。t0 xa(t)x(n)的二进制数序列的二进制数序列0010011000110110011100011100010110010001抽样抽样量化量化x(n)n0000 xa(t)ny(n)输出l按照预定要求，在处理器中将信号序列按照预定要求，在处理器中将信号序列x(n)进行加工处理得到输出信号进行加工处理得到输出信号y(n).数字信号处理器数字信号处理器(DSP)ny(n)输出输入x(n)n0Y(n)=X(n-1)+X(n-1)+X(n+1)840Y(2)=X(1)+X(2)+X(3)=1+4+1=6Y(3)=X(2)+X(3)+X(4)=2+2+2=6(4)D/A变换器变换器l经过经过D/A变换器，将数字信号序列反过来变换器，将数字信号序列反过来变换成模拟信号，这些信号在时间点变换成模拟信号，这些信号在时间点0,T,2TnT,上的幅度应等于序列上的幅度应等于序列y(n)中相应数码所代表的数值大小。中相应数码所代表的数值大小。l即由一个进制流产生一个阶梯波形，是即由一个进制流产生一个阶梯波形，是形成模拟信号的第一步。形成模拟信号的第一步。(5)后置滤波器后置滤波器l把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。把阶梯波形平滑成预期的模拟信号。l以滤除掉不需要的高频分量，生成所需以滤除掉不需要的高频分量，生成所需的模拟信号的模拟信号ya(t).tya(t)ny(n)数字信号处理相关学科数字信号处理相关学科（1）离散时间线性时不变系统分析）离散时间线性时不变系统分析（2）离散时间信号时域及频域分析、离散付里叶）离散时间信号时域及频域分析、离散付里叶变换（变换（DFT）理论。理论。（3）信号的采集，包括）信号的采集，包括A/D,D/A技术，抽样，多率技术，抽样，多率抽样，量化噪声理论等。抽样，量化噪声理论等。（4）数字滤波技术）数字滤波技术（5）谱分析与快速付里叶变换（）谱分析与快速付里叶变换（FFT），快速卷积），快速卷积与相关算法。与相关算法。（6）自适应信号处理）自适应信号处理（7）估计理论，包括功率谱估计及相关函数估计等。）估计理论，包括功率谱估计及相关函数估计等。（8）信号的压缩，包括语音信号与图象信号的压缩）信号的压缩，包括语音信号与图象信号的压缩（9）信号的建模，包括）信号的建模，包括AR，MA，ARMA等各种模型。等各种模型。（10）其他特殊算法（同态处理、抽取与内插、信号）其他特殊算法（同态处理、抽取与内插、信号重建等）重建等）（11）数字信号处理的实现。）数字信号处理的实现。（12）数字信号处理的应用。）数字信号处理的应用。（1）消除信息在传输过消除信息在传输过程中由于信道不理程中由于信道不理想所引起的失真想所引起的失真（2）滤除背景噪声）滤除背景噪声（3）去除干扰）去除干扰（4）频带分割）频带分割。数字滤波是在形形色色的信号中提数字滤波是在形形色色的信号中提取所需要的信号取所需要的信号,抑制不需要的信号或干抑制不需要的信号或干扰信号，具体应用包括：扰信号，具体应用包括：数字滤波数字滤波图像处理图像处理l数字信号处理技术应用于图像处理有：数字信号处理技术应用于图像处理有：l（1）数据压缩）数据压缩:采用压缩编码，可在保证一定图像采用压缩编码，可在保证一定图像（或声音）质量的条件下，以最小的数据率来表达（或声音）质量的条件下，以最小的数据率来表达和传送图像（或声音）信息。和传送图像（或声音）信息。l（2）图像复原）图像复原l（3）清晰化与增强）清晰化与增强 由于单个数字图像以由于单个数字图像以1兆个采样值的量级表示，所兆个采样值的量级表示，所以要求高性能的处理机、高密度的数据存储器。即以要求高性能的处理机、高密度的数据存储器。即要求高速度硬件。要求高速度硬件。锐化锐化增强增强原图原图数字压缩数字压缩l数据压缩在一定条件下把原始信号所含数据压缩在一定条件下把原始信号所含信息数据进行压缩信息数据进行压缩,如语音、声音、图如语音、声音、图像信号中含有许多冗余信息像信号中含有许多冗余信息,通过数字通过数字信号压缩算法最大限度地去除这些信号信号压缩算法最大限度地去除这些信号中的冗余度中的冗余度,使压缩后信号带宽减小使压缩后信号带宽减小,提提高传输效率。作数据存储时可降低所需高传输效率。作数据存储时可降低所需存储介质的容量。存储介质的容量。A/D转换器转换器 AD转换器是指通过一定的电路将模拟转换器是指通过一定的电路将模拟量转变为数字量。量转变为数字量。AD转换后，输出的数字转换后，输出的数字信号有信号有8位、位、l0位、位、12位和位和14位。位。Analog/digital AD conversion一、A/D转换器的主要性能参数1.1.分辨率分辨率 分辨率是指分辨率是指AD转换器能分辨的最小模拟输入转换器能分辨的最小模拟输入量。通常用能转换成的数字量的位数来表示，如量。通常用能转换成的数字量的位数来表示，如8位、位、10位、位、12位、位、15位等。位等。2.2.转换时间转换时间 转换时间是转换时间是AD完成一次转换所需的时间。完成一次转换所需的时间。3.3.量程量程 量程是指所能转换的输入电压范围。量程是指所能转换的输入电压范围。4.4.精度精度 AD转换精度分为绝对精度和相对精度两种。转换精度分为绝对精度和相对精度两种。(一一)采样保持电路采样保持电路 1.1.采样采样：说是把一个时间上连续变化的模拟量转换：说是把一个时间上连续变化的模拟量转换为一个脉冲串，脉冲的幅度取决于输入模拟量。为一个脉冲串，脉冲的幅度取决于输入模拟量。2.2.保持保持：是将采样得到的模拟量值保持下来，使之：是将采样得到的模拟量值保持下来，使之等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。等于采样控制脉冲存在的最后瞬间的采样值。3.最基本的采样保持电路最基本的采样保持电路如如图图10.5所示。所示。其采样、保持的示意图其采样、保持的示意图如如图图10.6所示。所示。4.4.采样定理采样定理：理论和实践都证明，只要满足下列条：理论和实践都证明，只要满足下列条件，采样保持得到的输出信号在经过信号处理后便可还件，采样保持得到的输出信号在经过信号处理后便可还原成原来的模拟输入信号：原成原来的模拟输入信号：二、A/D转换的原理 (二二)逐次逼近式逐次逼近式AD转换器原理转换器原理比较器比较器D/A转换器转换器逐次逼近寄存器逐次逼近寄存器逻辑控制逻辑控制数字输出数字输出模拟输入模拟输入011001小大大小小小大大小小大于置大于置0，小于等于置，小于等于置1.16842110110(031 g)三、A/D芯片介绍（一）（一）8位位A/D转换芯片转换芯片 ADC 0809是是CMOS单片型逐次逼近式单片型逐次逼近式AD转换器，转换器，内部结构和引脚图内部结构和引脚图如如图图10.7所示。所示。1.1.ADC 0809ADC 0809的内部特性的内部特性 1)通道选择开关通道选择开关 2)通道地址锁存和译码通道地址锁存和译码 3)逐次逼近逐次逼近AD转换器转换器 4)8位锁存器和三态门位锁存器和三态门 2.2.ADC 0809ADC 0809引脚功能引脚功能 1)与与CPU相连的引脚相连的引脚 2-1、2-2、2-8：8位数字量输出端。位数字量输出端。START：AD转换启动信号，输入，高电平有效。转换启动信号，输入，高电平有效。ADDA、ADDB、ADDC：地址输入线，用于选通地址输入线，用于选通8路路模拟输入中的一路。它们与模拟信号的关系如模拟输入中的一路。它们与模拟信号的关系如表表10.1所示。所示。ALE：地址锁存允许信号，输入、高电平有效。地址锁存允许信号，输入、高电平有效。OE：输出允许信号，输出、高电平有效。输出允许信号，输出、高电平有效。EOC：AD转换结束信号，输出、高电平有效。转换结束信号，输出、高电平有效。2)与外设相连的引脚与外设相连的引脚 IN0 IN7：8路模拟信号输入端。路模拟信号输入端。3)3)其它引脚其它引脚 CLK：时钟脉冲输入端。时钟脉冲输入端。REF(+)、REF(-)：基准电压。一般与微机接口时，基准电压。一般与微机接口时，REF(-)为为0或或-5V，REF(+)为为+5V或或0。ADC 0809的工作过程如下：首先确定的工作过程如下：首先确定ADDA、ADDB、ADC三位地址选择哪一路模拟信号，然后使三位地址选择哪一路模拟信号，然后使ALE1，使该路模拟信号经选择开关到达比较器的输入端。使该路模拟信号经选择开关到达比较器的输入端。启动启动START，START的上升沿将逐次逼近寄存器复位，的上升沿将逐次逼近寄存器复位，下降沿启功下降沿启功AD转换。这时转换。这时EOC输出信号变低，指示转输出信号变低，指示转换正在进行。换正在进行。AD转换结束，转换结束，EOC变为高电平，指示变为高电平，指示AD转换结转换结束。此时，数据已保存到束。此时，数据已保存到8位锁存器。位锁存器。EOC信号可作为中信号可作为中断申请信号，通知断申请信号，通知CPU转换结束，可以输入数据。转换结束，可以输入数据。中断服务程序所要做的事情是使中断服务程序所要做的事情是使OE信号变为高电平，打开三态输出，由信号变为高电平，打开三态输出，由ADC 0809输出的数字量传送到输出的数字量传送到CPU。3.ADC 0809ADC 0809应用实例应用实例 ADC 0809典型的连接电路典型的连接电路如如图图10.9所示。所示。下面的程序是采用软件延时方法（延时时间应大于下面的程序是采用软件延时方法（延时时间应大于128s），），分别对分别对8路模拟信号轮流采样一次，并依次将路模拟信号轮流采样一次，并依次将转换结果转存到数据存储区的转换结果转存到数据存储区的Data开始的内存中。开始的内存中。上面程序实际上采用的是无条件的输入上面程序实际上采用的是无条件的输入/输出方式，输出方式，如果我们将如果我们将EOC连接到连接到8259的的IRQ7端，设端，设8259的端口地的端口地址为址为20H、21H，IRQ7的中断类型号为的中断类型号为0FH，则采用中断则采用中断方式的方式的A/D转换程序。转换程序。(四四)12位位A/D转换芯片转换芯片 AD574A是是12位的位的A/D转换器，其主要特性：转换器，其主要特性：12位逐次逼近型快速位逐次逼近型快速AD转换器；转换器；转换时间为转换时间为25s；输入电压可以是单极性输入电压可以是单极性0+100V或或020V，也可以是也可以是双极性双极性-5V+5V，-10V+10V；可由外部控制进行可由外部控制进行12位或位或8位转换。位转换。12位数据输出分为三段，位数据输出分为三段，A段为高段为高4位，位，B段为中段为中4位，位，C段为低段为低4位。三态分别经三态门控制输出；位。三态分别经三态门控制输出；内部具有三态输出缓冲器，可直接与内部具有三态输出缓冲器，可直接与8位或位或16位的位的CPU数据总线相连；数据总线相连；1.内部功能内部功能 其内部结构与引脚其内部结构与引脚如如图图10.10所示。所示。内部结构主要包括逐次逼近寄存器内部结构主要包括逐次逼近寄存器SAR、DA转换转换器、比较器、时钟以及控制逻辑电路等。器、比较器、时钟以及控制逻辑电路等。2.外部引脚外部引脚 （1）与）与CPU相连的引脚相连的引脚 12/：输出数据方式选择控制信号，输入。当接高输出数据方式选择控制信号，输入。当接高电平时，输出数据是电平时，输出数据是12位字长；当接低电平时，将转换输位字长；当接低电平时，将转换输出的数变成两个出的数变成两个8位字输出。位字输出。A0：转换数据长度选择控制信号，输入。当转换数据长度选择控制信号，输入。当A0为高为高电平时，启动转换，进行电平时，启动转换，进行8位转换；当位转换；当A0为低电平时，启为低电平时，启动转换，进行动转换，进行12位转换。位转换。：片选信号，输入、低电平有效。：片选信号，输入、低电平有效。R/：读出或转换控制选择信号，输入。当为低电平读出或转换控制选择信号，输入。当为低电平时，启动转换；当为高电平时，可将转换后的数据读出。时，启动转换；当为高电平时，可将转换后的数据读出。CE：芯片允许信号，输入、高电平有效。该信号与芯片允许信号，输入、高电平有效。该信号与CS信号一起有效时，信号一起有效时，AD574才可以进行转换或从才可以进行转换或从AD574输出转换后的数据。输出转换后的数据。AD574A的逻辑真值表的逻辑真值表如如表表10.2所示。所示。DB0DB11：12位数字量输出端、三态。位数字量输出端、三态。STS：转换状态信号，输出、低电平有效。在转换状态信号，输出、低电平有效。在A/D转转换期间为高电平，转换结束为低电平。换期间为高电平，转换结束为低电平。从转换被启动并使从转换被启动并使STS变高电平一直到转换周期完成变高电平一直到转换周期完成这一段时间内，这一段时间内，AD574A对再来的启动信号不予理睬，转对再来的启动信号不予理睬，转换进行期间也不能从输出数据缓冲器读取数据。换进行期间也不能从输出数据缓冲器读取数据。（2）与外设相连的引脚）与外设相连的引脚 10VIN：单极性单极性0+10V范围输入端，双极性范围输入端，双极性 5V范围范围输入端。输入端。（3）其它：）其它：VCC：正电源，其范围为正电源，其范围为0+16.5V。REF入：参考电压输入。入：参考电压输入。REF出：出：+10V参考电压输出参考电压输出 AC：模拟地。模拟地。DC：数字地。数字地。VEE：负电源，可选负电源，可选-11.4-16.5V之间的电压。之间的电压。BIP OFF：双极性偏移，在使用中用于偏移值的调整。双极性偏移，在使用中用于偏移值的调整。无须调整时，单极性输入时接模拟地（无须调整时，单极性输入时接模拟地（AC），），双极性输双极性输入时接入时接REF出。出。3.AD 574A应用实例应用实例 AD 574A有单极性和双极性两种模拟输入方式。有单极性和双极性两种模拟输入方式。1）单极性输入的接线和校准）单极性输入的接线和校准 单极性输入的接线单极性输入的接线如如图图10.11(a)所示。所示。2）双极性输入的接线和校准）双极性输入的接线和校准 双极性输入的接线双极性输入的接线如如图图10.11(b)所示。所示。作为一个实例作为一个实例，图图10.12给出了给出了12位分辨率的位分辨率的AD 574A与与8位位 PC总线的查询式接口电路。图中的状态口总线的查询式接口电路。图中的状态口地址为地址为310H，高高8位口地址为位口地址为312H，低低4位口地址为位口地址为313H。以图以图10.12的硬件接口电路为基础，我们可以编制采的硬件接口电路为基础，我们可以编制采集集100个数据的软件驱动程序。个数据的软件驱动程序。D/A转换转换 器器 DA转换器：指将数字量转换成转换器：指将数字量转换成模拟量的电路。数字量输入的位数有模拟量的电路。数字量输入的位数有8位、位、12位和位和16位，输出的模拟量有电流和电位，输出的模拟量有电流和电压。压。一、D/A转换器的性能参数 1.分辨率：指分辨率：指DA转换器所能分辨的最小电压。转换器所能分辨的最小电压。有时也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分有时也用最小输出电压与最大输出电压之比的百分数表示。数表示。2.转换精度：指转换精度：指DA转换器实际输出电压与理转换器实际输出电压与理论值之间的误差。一般采用数字量的最低有效单位论值之间的误差。一般采用数字量的最低有效单位 LSB来衡量。来衡量。10.1.1 3.温度灵敏度温度灵敏度 这个参数表明这个参数表明DA转换器受温度变化影响的特性。转换器受温度变化影响的特性。它是指数字输入不变的情况下，模拟出信号随温度的变化。它是指数字输入不变的情况下，模拟出信号随温度的变化。一般一般DA转换器的温度灵敏度为转换器的温度灵敏度为 50PPMC，PPM百百万分之一。万分之一。4.建立时间建立时间 建立时间是指从数字输入端发生变化开始，到输出模建立时间是指从数字输入端发生变化开始，到输出模拟值稳定在额定值的拟值稳定在额定值的 12LSB所需的时间，是所需的时间，是D/A转换转换速率快慢的速率快慢的个重要参数。个重要参数。5.输出电平输出电平 不同型号的不同型号的DA转换器件的输出电平相差较大，一转换器件的输出电平相差较大，一般为般为5V10V。二、D/A芯片介绍 但是，不管但是，不管DAC芯片种类有多少，从与芯片种类有多少，从与CPU接口接口的角度看，无非有这样几类：的角度看，无非有这样几类：片内有无输入缓存器：有无输入缓冲器的片内有无输入缓存器：有无输入缓冲器的DAC，也有片内具有单级输入缓冲器或双级输入缓冲器也有片内具有单级输入缓冲器或双级输入缓冲器DAC。分辨率不同：有分辨率不同：有8位的位的DAC，也有高于也有高于8位的位的DAC，如如10位、位、12位等。位等。数据格式的不同：有并行输入的数据格式的不同：有并行输入的DAC，串行输串行输 入的入的DAC，也有串也有串/并输入。并输入。10.1.2 （一）（一）8位位D/A转换芯片转换芯片 DAC 0832是常用的是常用的8位数模转换芯片，数位数模转换芯片，数据输入方法可以是双缓冲、单缓冲或直接输入。据输入方法可以是双缓冲、单缓冲或直接输入。特别适用于要求几个模拟量同时输出的场合，与特别适用于要求几个模拟量同时输出的场合，与微处理机的接口方便。微处理机的接口方便。DAC 0832具有以下主要特具有以下主要特性：性：满足满足TTL电平规范的逻辑输入；电平规范的逻辑输入；分辨率为分辨率为8位；位；建立时间为建立时间为1s；功耗功耗20mw；电流输出型电流输出型DA转换器。转换器。10.1.2 1.DAC 0832的内部结构的内部结构 DAC 0832的结构框图和引脚的结构框图和引脚如如图图10.1所示。所示。DAC 0832具有双缓冲功能，就是输入数据可分别经过两个寄存具有双缓冲功能，就是输入数据可分别经过两个寄存器保存。第一个寄存器称为器保存。第一个寄存器称为8位输入寄存器，寄存从数据位输入寄存器，寄存从数据线输入的数据，第二个寄存器称为线输入的数据，第二个寄存器称为8位位DAC寄存器，寄存器，8位位的的D/A转换器是把该转换器是把该DAC寄存器锁存的数据转换成相应的寄存器锁存的数据转换成相应的模拟电流。模拟电流。2.DAC 0832的外部引脚的外部引脚 （1）与）与CPU相连的引脚相连的引脚 D0D7：8位数据输入端。位数据输入端。ILE：锁存允许信号，输入、高电平有效。是第一级锁存允许信号，输入、高电平有效。是第一级8位输入寄存器的锁存的控制信号之一。位输入寄存器的锁存的控制信号之一。10.1.2 ：片选信号，输入、低电平有效。它与：片选信号，输入、低电平有效。它与ILE信号结信号结合起来用以控制是否起作用。合起来用以控制是否起作用。：写信号：写信号1，输入、低电平有效。在，输入、低电平有效。在ILE和和CS有效有效时，用它将数据锁存于输入寄存器中。时，用它将数据锁存于输入寄存器中。：写信号：写信号2，输入、低电平有效。在有效的条件下，输入、低电平有效。在有效的条件下，用它将输入寄存器中的数据传送到用它将输入寄存器中的数据传送到8位位DAC寄存器中。寄存器中。：传送控制信号，输入、低电平有效。它和一：传送控制信号，输入、低电平有效。它和一起控制起控制8位位DAC寄存器的锁存。寄存器的锁存。（2）与外设相连的引脚）与外设相连的引脚 IOUT1：DAC电流输出电流输出1。它是逻辑电平为。它是逻辑电平为l的各位输出的各位输出电流之和。电流之和。IOUT2：DAC电流输出电流输出2。它是逻辑电平为。它是逻辑电平为0的各位输的各位输出电流之和。出电流之和。10.1.2 Rfb：反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈电阻。放大器的反馈电阻。（3）其它）其它 VREF：基准电压输入端。一般在基准电压输入端。一般在-10V+10V范围内，范围内，由外电路提供。由外电路提供。VCC：逻辑电源。在逻辑电源。在+5V+15V范围，最佳范围，最佳+15V。AGND：模拟地。为芯片模拟电路接地点。模拟地。为芯片模拟电路接地点。DGND：数字地。为芯片片数字电路接地点。数字地。为芯片片数字电路接地点。3.DAC 0832的三种工作方式的三种工作方式 DAC 0832的工作过程如下：首先在的工作过程如下：首先在ILE、及及 三个控制信号都有效时，把数据线上的三个控制信号都有效时，把数据线上的8位数据锁入输入寄存器中，同时数据送到位数据锁入输入寄存器中，同时数据送到8位位DAC寄存器的输入端。在寄存器的输入端。在 、都都有效的情况下，有效的情况下，8位数据再次被锁存到位数据再次被锁存到8位位DAC寄寄存器，同时数据送到存器，同时数据送到8位位DA转换器的输入端，这转换器的输入端，这时开始把时开始把8位数据转换为相对应的模拟电流从位数据转换为相对应的模拟电流从IOUT1和和IOUT2输出。针对两个寄存器锁存信号的输出。针对两个寄存器锁存信号的控制方法形成控制方法形成DAC 0832的三种工作方式。的三种工作方式。1）直通方式：两个寄存器都处于直通状态。）直通方式：两个寄存器都处于直通状态。2）单缓冲方式：两个寄存器）单缓冲方式：两个寄存器之一之一处于直通状态，处于直通状态，输入数据只经过一级缓冲送入输入数据只经过一级缓冲送入DA转换电路。转换电路。3）双缓冲方式：两个寄存器缓冲，写好数据后再）双缓冲方式：两个寄存器缓冲，写好数据后再改变输出电压。改变输出电压。4.DAC 0832应用实例应用实例 利利用用图图10.2提供的接口，通过提供的接口，通过DAC 0832输出输出产生三角波，三角波最高电压产生三角波，三角波最高电压5V，最低电压最低电压0V。（二）（二）12位位D/A转换芯片转换芯片DAC l210的主要特性如下：的主要特性如下：分辨率分辨率12位；位；具有双寄存器结构，可对输入数据进行双重缓冲；输具有双寄存器结构，可对输入数据进行双重缓冲；输出电流稳定时间出电流稳定时间1s；外接外接 10V的基准电压，工作电源的基准电压，工作电源+5V+15V；功耗低，约功耗低，约200mw；电流输出型电流输出型DA转换器。转换器。10.1.2 1.DAC 1210的内部结构及引脚的内部结构及引脚 DAC 1210的内部结构及引脚的内部结构及引脚如如图图10.3所示。所示。DAC l210的内部结构与的内部结构与DAC 0832非常相似，也非常相似，也具有双缓冲输入寄存器，不同的是具有双缓冲输入寄存器，不同的是DAC l210的双缓的双缓冲和冲和DA转换均为转换均为12位。位。DAC l210的内部由一个的内部由一个8位锁存器、一个位锁存器、一个4位锁存器、一个位锁存器、一个12位位DAC锁存器及锁存器及12位位DA转换器组成。转换器组成。2.DAC 1210的引脚功能的引脚功能 （1）与）与CPU相连的引脚相连的引脚 DI0DI11：12位数据输入端。位数据输入端。10.1.2 ：片选信号，输入、低电平有效。：片选信号，输入、低电平有效。：写信号：写信号1，输入、低电平有效。在，输入、低电平有效。在 有效时，用它将有效时，用它将数字锁存于第一级锁存器中。数字锁存于第一级锁存器中。BYTE1/：12位位4位输入选择，输入。高电平时，高位输入选择，输入。高电平时，高8位位和低和低4位输入锁存；低电平时，低位输入锁存；低电平时，低4位输入锁存。位输入锁存。：传送控制信号，输入、低电平有效。：传送控制信号，输入、低电平有效。：写信号：写信号2，输入、低电平有效。在，输入、低电平有效。在 有效的条件有效的条件下，第一级锁存器中的数据传送到第二级的下，第一级锁存器中的数据传送到第二级的12位位DAC寄存器中。寄存器中。（2）与外设相连的引脚）与外设相连的引脚 IOUT1：DAC电流输出电流输出1。它是逻辑电平为。它是逻辑电平为l的各位输出电流之和。的各位输出电流之和。IOUT2：DAC电流输出电流输出2。它是逻辑电平为。它是逻辑电平为0的各位输出电流之和。的各位输出电流之和。Rfb：反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈反馈电阻。该电阻被制作在芯片内，用作运算放大器的反馈电阻。电阻。10.1.2 （3）其它）其它 VREF：基准电压输入端。基准电压输入端。VCC：逻辑电源。逻辑电源。AGND：模拟地。模拟地。DGND：数字地。数字地。3.DAC 1210的应用实例的应用实例 由于由于DAC1210具有两级缓冲，所以可与具有两级缓冲，所以可与CPU的数据线直接的数据线直接相连，相连，PC机总线与机总线与DAC 1210连接连接如如图图10.4所示。所示。10.1.2 一个数据的转换的过程是：当译码输出一个数据的转换的过程是：当译码输出 =0，且，且 =0时，时，使引脚使引脚BYTE1/为高电平，则向为高电平，则向DAC 1210写入高写入高8位数据；当位数据；当 =0，且，且 =0时，使引脚时，使引脚BYTE1/为低电平，则向为低电平，则向DAC 1210写入低写入低4位；当位；当 =0，且，且 =0时，则时，则12位数据一起写入位数据一起写入DAC 1210的第二级的第二级DAC寄存器，进行寄存器，进行D/A转换，避免转换，避免12位数据不是一位数据不是一次送入次送入DAC转换器而使输出产生瞬间毛刺。转换过程可用下列程序段转换器而使输出产生瞬间毛刺。转换过程可用下列程序段完成。完成。MOVDX,340HMOVAL,DataHOUTDX,ALINCDXMOVAL,DataLOUTDX,ALINCDXOUTDX,AL采样程序编程采样程序编程延时模式开A/D延时取A/D结果，放入缓冲器循环中断模式定时器中断 取上次A/D结果，放入缓冲器开A/D返回谢谢！图图10.1DAC0832的结构图及引脚图的结构图及引脚图返回图10.2 PC机总线与DAC0832的连接返回图图10.3 DAC1210的内部结构及引脚图的内部结构及引脚图返回图10.4 PC总线与12位DAC的连接返回图图10.5 采样保持电路原理图采样保持电路原理图返回图10.6 采样，保持示意图 返回图10.7 ADC0809的内部结构及引脚返回表10.1 地址输入线与模拟输入端的关系ADDCADDBADDA模拟信号通道000IN0001IN1010IN2011IN3100IN4101IN5110IN6111IN7返回图图10.9 ADC0809与与PC总线的连接总线的连接返回图10.10 AD574的内部结构及引线图返回表10.2 AD574A的逻辑真值表 表表10.2 AD574A的逻辑真值表的逻辑真值表R/12/功能CEA0启启动动12位位转换转换100 0启启动动8位位转换转换100 112位并行位并行输输出有效出有效101+5V高高8位并行位并行输输出有效出有效101DGND0低低4位并行位并行输输出有效（尾随出有效（尾随4个个0）101DGND1禁止禁止0 禁止禁止 1 返回图10.11 AD574输入连线图 返回图10.12 AD574与8位PC总线的接口返回