单片机数模转换部分.

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1、8-1 D/A8-1 D/A转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口 8-2 A/D8-2 A/D转换器及其与单片机接口转换器及其与单片机接口 第第8 8章章 D/A&A/DD/A&A/D转换器转换器 及其与单片机接口及其与单片机接口 1 8.1 D/A转换器及其与单片机接口 8.1.1 D/A转换转换 器的原理及主要技术术指标标 一、D/A转换转换 器的基本原理 型电电阻网络络D/A转换转换 器 ： 2 输出电压的大小与数字量具有对应的关系。 3 二、D/A转换转换 器的主要性能指标标 1、分辨率 分辨率是指输输入数字量的最低有效位（LSB）发发生变变化时时 ，所对应对应 的输输出模拟拟

2、量（常为电压为电压 ）的变变化量。它反映了 输输出模拟拟量的最小变变化值值。 分辨率与输输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 。FS表示满满量程输输入值值，n为为二进进制位数。对对于5V 的满满量程，采用位的DAC时时，分辨率为为5V/25619.5mV； 当采用12位的DAC时时，分辨率则为则为 5V/40961.22mV。显显然 ，位数越多分辨率就越高。 2、线线性度 线线性度（也称非线线性误误差）是实际转换实际转换 特性曲线线与理想 直线线特性之间间的最大偏差。常以相对对于满满量程的百分数 或最低位的分数表示。如是指实际输实际输 出值值与理论论 值值之差在满满刻度的以内。 4

3、 3、绝对精度和相对精度 v绝对精度（简称精度）是指在整个刻度范围内， 任一输入数码所对应的模拟量实际输出值与理论值 之间的最大误差。绝对精度是由DAC的增益误差（ 当输入数码为全1时，实际输出值与理想输出值之差 ）、零点误差（数码输入为全时，DAC的非零输 出值）、非线性误差和噪声等引起的。绝对精度（ 即最大误差）应小于1个LSB。 v相对精度与绝对精度表示同一含义，用最大误差相 对于满刻度的百分比表示。 5 4、建立时间 v建立时间是指输入的数字量发生满刻度变化时， 输出模拟信号达到满刻度值的1/2LSB所需的时间 。是描述D/A转换速率的一个动态指标。 电流输出型DAC的建立时间短。电压

4、输出型DAC的 建立时间主要决定于运算放大器的响应时间。根据 建立时间的长短，可以将DAC分成超高速（1S) 、高速（101S）、中速（10010S）、低速 （100S）几档。 应当注意，精度和分辨率具有一定的联系，但 概念不同。DAC的位数多时，分辨率会提高，对 应于影响精度的量化误差会减小。但其它误差（ 如温度漂移、线性不良等）的影响仍会使DAC的 精度变差。 6 8.1.2 DAC0832芯片及其与单单片机接口 DAC0832是使用非常普遍的位D/A转换转换 器，由于其片 内有输输入数据寄存器，故可以直接与单单片机相连连。 DAC0832以电电流形式输输出，当需要转换为电压输转换为电压输

5、 出时时， 可外接运算放大器。属于该该系列的芯片还还有DAC0830、 DAC0831，它们们可以相互代换换。DAC0832主要特性： v分辨率位； v电电流建立时间时间 S； v数据输输入可采用双缓缓冲、单缓单缓 冲或直通方式； v输输出电电流线线性度可在满满量程下调节调节 ； v逻辑电逻辑电 平输输入与TTL电电平兼容； v单单一电电源供电电（5V15V）； v低功耗，20m。 7 一、DAC0832内部结构及引脚 8 9 二、DAC0832与80C51单片机的接口 、单缓冲工作方式 此方式适用于只有一路模拟量输出，或有几路模拟量输出 但并不要求同步的系统。 10 2、双缓冲工作方式 多路

6、D/A转换输出，如果要求同步进行，就应该 采用双缓冲器同步方式 。 11 完成两路D/A同步输出的程序如下： MOV DPTR，#0DFFFH ；指向0832（）输入锁存器 MOV A，#data1 MOVX DPTR，A ；data1送入0832（）输入锁存器 MOV DPTR，#0BFFFH ；指向DAC0832（）输入锁存器 MOV A，#data2 MOVX DPTR，A ；data2送入0832（2）输入锁存器 MOV DPTR，#7FFFH ；同时启动0832 (1)、0832(2) ；完成D/A转换输出 12 3、直通工作方式 v当DAC0832芯片的片选信号、写信号、及传送控

7、制信号的引脚全部接地，允许输入锁存信号ILE引脚 接5V时，DAC0832芯片就处于直通工作方式，数 字量一旦输入，就直接进入DAC寄存器，进行D/A 转换。 13 8.2 /转换器及其与单片机接口 8.2.1 转换器的原理及主要技术指标 模数转换电路种类很多，如计数比较、逐次逼近、双积 分型等，逐次逼近A/D在精度、速度和价格上都适中，是最 常用的A/D转换器。 一、逐次逼近式ADC的转换原理 clk 14 以D/A转换器为基础，加上比较器、N位逐次逼近 寄存器，置数控制逻辑电路以及时钟等组成。在启动 信号控制下，置数控制逻辑电路置N位寄存器最高位 为1，其余位清零，N位寄存器的内容经D/A

8、转换后得 到整个量程一半的模拟电压VN，与输入电压VX比较 。若VX大于等于VN，则保留最高位；若VXVN则对 该位清零，然后，控制逻辑使寄存器下一位置1，与 上次的结果一起经D/A转换后与VX比较，重复上述过 程，直到判别出D0位是0还是1为止。EOC发出信号 表示转换结束。锁存器有效OE打开，输出数据。 15 三、A/D转换器的主要技术指标 1、分辨率 vADC的分辨率是指使输出数字量变化一个 相邻数码所需输入模拟电压的变化量。常用二 进制的位数表示。例如12位ADC的分辨率就 是12位，或者说分辨率为满刻度FS的1/212 。 一个10V满刻度的12位ADC能分辨输入电压变 化最小值是1

9、0V1/ 212 =2.4mV。 16 2、量化误差 vADC把模拟量变为数字量，用数字量近似表示模拟量，这个过程 称为量化。量化误差是ADC的有限位数对模拟量进行量化而引起的 误差。实际上，要准确表示模拟量，ADC的位数需很大甚至无穷大 。一个分辨率有限的ADC的阶梯状转换特性曲线与具有无限分辨率 的ADC转换特性曲线（直线）之间的最大偏差即是量化误差。是量 化结果和被量化模拟量的差值,显然量化级数越多,量化的相对误差 越小.量化级数指的是将最大值均等的级数,每一个均值的大小称为 一个量化单位,实际模拟值落入两个量化层次之间时,便会产生量化 误差。量化将指定最为接近的层次。 17 3、偏移误

10、差 v偏移误差是指输入信号为零时，输出信号不为零 的值，所以有时又称为零值误差。假定ADC没有非 线性误差，则其转换特性曲线各阶梯中点的连线必 定是直线，这条直线与横轴相交点所对应的输入电 压值就是偏移误差。 、满刻度误差 v满刻度误差又称为增益误差。ADC的满刻度 误差是指满刻度输出数码所对应的实际输入电 压与理想输入电压之差。 18 5、线性度 v线性度有时又称为非线性度，它是指转换器实际的 转换特性与理想直线的最大偏差。 6、绝对精度 v在一个转换器中，任何数码所对应的实际模拟量输 入与理论模拟输入之差的最大值，称为绝对精度。 7、转换速率 vADC的转换速率是能够重复进行数据转换的速度

11、， 即每秒转换的次数（单位Hz）。而完成一次A/D转换 所需的时间，则是转换速率的倒数。 19 主要性能为： v逐次逼近型位转换器； v精度：ADC0809为1LSB（ADC0808为 1/2LSB）； v单+5V供电，模拟输入电压范围为05V； v具有锁存控制的路输入模拟开关； v可锁存三态输出，输出与TTL电平兼容； v功耗为15mW； v不必进行零点和满度调整； v转换速度取决于芯片外接的时钟频率。时钟频 率范围：101280KHz。典型时钟频率值为 640KHz，转换时间约为100S。 8.2.2 ADC0809芯片及其与单单片机的接口 20 一、ADC0809的内部结构及引脚功能 2

12、1 1、IN0IN7，路模拟量输入端。 2、D7D0，位数字量输出端。 3、ALE， 地址锁存允许信号输入端。通常向此引脚输入一个正 脉冲时，可将三位地址选择信号A、B、C锁存于地址寄存器内并 进行译码，选通相应的模拟输入通道。 4、START，启动A/D转换控制信号输入端。一般向此引脚输入一 个正脉冲，上升沿复位内部逐次逼近寄存器，下降沿后开始A/D 转换。 5、CLK，时钟信号输入端。 6、EOC，转换结束信号输出端。A/D转换期间EOC为低电平，A/D 转换结束后EOC为高电平。可以用作A/D转换器的状态信号查询 ，也可以直接用作中断请求信号。 7、OE，输出允许控制端，控制输出锁存器的

13、三态门。当OE为高 电平时，转换结果数据出现在D7D0引脚。当OE为低电平时， D7D0引脚对外呈高阻状态。 8、C、B、A，路模拟开关的地址选通信号输入端，3个输入端 的信号为000111时，接通IN0IN7对应通道。 9、VR（）、VR（）：分别为基准电源的正、负输入端。 10、VCC，515V。 22 二、ADC0809的时序 23 三、ADC0809与单片机的接口 1、查询方式 例：对路模拟信号轮流采样一次，并依次把转换结果存储 到片内RAM以DATA为起始地址的连续单元中。 24 MAIN：MOV R1，#DATA ；置数据区首地址 MOV DPTR，#FFF8H ；指向通道 MOV

14、 R7，#08H ；置通道数 LOOP：MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 HER：JB P3.3，HER ；查询A/D转换结束 MOVX A，DPTR ；读取A/D转换结果 MOV R1，A ；存储数据 INC DPTR ；指向下一个通道 INC R1 ；修改数据区指针 DJNZ R7，LOOP ；个通道转换完否？ 25 2、中断方式 读取IN0通道的模拟量转换结果，并送至片内RAM以DATA 为首地址的连续单元中。 ORG 0013H ；中断服务程序入口 AJMP PINT1 ORG 2000H MAIN：MOV R1, #DATA ；置数据区首地址 SETB IT1 ；为边沿触发方式 SETB EA ；开中断 SETB EX1 ；允许中断 MOV DPTR，#FFF8H ；指向IN0通道 MOVX DPTR，A ；启动A/D转换 LOOP：NOP ；等待中断 AJMP LOOP 26 PINT1：PUSH PSW ；保护现场 PUSH ACC PUSH DPL PUSH DPH MOV DPTR, #7FF8H MOVX A，DPTR ；读取转换后数据 MOV R1，A ；存数据 INC R1 ；修改数据区指针 MOVX DPTR，A ；再次启动A/D转换 POP DPH ；恢复现场 POP DPL POP ACC POP PSW