单片机原理及其接口技术胡汉口第3版第8章-AD和DA

《单片机原理及其接口技术胡汉口第3版第8章-AD和DA》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机原理及其接口技术胡汉口第3版第8章-AD和DA（97页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、第8章：A/D和D/A接口本章基本要求： 基本概念 D/A转换器及其与51接口* A/D转换器及其与51接口*概 述在微机过程控制和数据采集等系统中，经常要对 过程参数进行测量和控制 。连续变化的物理量如：温度、压力、流量速度、位移 等等 物理过程微 机传感器A/DD/A执行机构物理过程v / iDataData过程控制示意图模拟量模拟量与数字量 模拟量连续变化的物理量n数字量时间和数值上都离散的量模拟/数字转换器 ADCDAC 数字/模拟转换器模拟输入输出系统数字信号模拟信号 现场信号1现场信号2现场信号 n微型 计算机放大器放大器放大器多 路 开 关低通滤波传感器低通滤波传感器低通滤波传感

2、器A/D转换器采样保持器数字信号 受控对象控制信号模拟信号D/A转换器放大驱动电路 传感器 将各种现场的物理量测量出来 并转换成电信号（模拟电压或电流） 放大器 把传感器输出的信号放大到ADC所需 的量程范围 低通滤波器 用于降低噪声、滤去高频干扰， 以增加信噪比 多路开关 把多个现场信号分时地接通到A/D转换器 采样保持器 周期性地采样连续信号， 并在A/D转换期间保持不变第8章：A/D和D/A接口 D/A转换器：可将数字量转换成为模拟量的电 子器件。 A/D转换器：可将模拟量转换成为数字量的电 子器件。 D/A、A/D转换器在系统中的位置及作用：8.1 D/A转换器DAC 数字/模拟转换器

3、模拟量数字量8.1.1 D/A转换器的原理数字量 按权相加按权相加 模拟量1101B 12123 312122 202021 112120 0 138.1D/A转换器8.1.1 D/A转换器的原理 D/A转换器的输入量为数字信号，输出量为模 拟信号。如下图所示。图中输入的数字量是二进 制编码信号。8.1D/A转换器实现这种转换的电路主要有两种解码网络：二 进制权电阻网络、T型电阻网络。1、二进制权电阻网络因为数字量是用二进代码按位组合起来的，每 一位代码都有一定的“权”。因此，D/A转换就是 要将每一位代码按其“权”的数值转换成为模拟 量，然后相加，所得的总和就是与数字量成正比 的模拟量。如下

4、图，简化的4位权电阻译码网络 D/A转换器电路。8.1D/A转换器说明：图中的开关S0S3受输入的数据控制。 当某位为1时，该位开关接至Vref。否则接地。 电路特点：精度高、参考电压稳定；但是网络 电阻规格差距大，制造难。工作原理:IO1IO+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRd0d1d2d3di为1 Si与运放的反相输入端连接 uo = -IO1 RFdi为0 Si与地连接+ +-AuoRF2、D/A转换原理（T形解码网络）倒梯形电阻网络RI2I3I1RR2R2R2R2R2RI0+URIR0011 22 33 RRRRIR = UR /RI3 = IR 21

5、=21UR RI2 = IR 41=22UR RI1 = IR 81=23UR RI0 = IR 161=24UR RIO1IO1=d3I3+ d2I2+ d1I1+ d0I0+ +-AuoRFIOIO1+URRS2S3S1001RR2R2R2R2R2RS000111IRd0d1d2d3IO1=d3I3+ d2I2+ d1I1+ d0I0I1I2I3I0= （d323+ d2 22 + d1 21 + d0 20）24UR RUO1=-IO1RF= （d323+ d2 22 + d1 21 + d0 20）24-UR RF RUO1=-IO1RF= （d323+ d2 22 + d1 21 +

6、 d0 20）24-UR RF R若为n位二进制数，则UO1= （dn-12n-1+ dn-2 2n-2 + + d0 20）2n-UR RF R 若RF=R，则UO1= （dn-12n-1+ dn-2 2n-2 + + d0 20）2n-UR即输出电压的大小正比于输入二进制数的大小， 实现了数字量和模拟量的转换二、 DA转换器的性能参数（概念8-1）是D/A转换器对输入量变化敏感程度的描述, 与输入数字量的位数有关。如果数字量的位数为n, 则D/A转换 器的分辨率为 2-n。有时也用输入数字量的有效位数来表示分辨 率。（1）分辨率如十位DAC分辨率： 2101=10241（2）偏移误差它是指

7、输入数字量为0时，输出模拟量对0的偏移值 （3）线性度指D/A转换器的实际转移特性与理想直线之间的最大误 差或最大偏移 （4）精度输出模拟电压的实际值与理想值之差。即最大静态转 换误差。参考电压波动是影响因素之一。（5）转换速度即每秒钟可以转换的次数，其倒数为转换时间。 8.1.3 DAC0832芯片 DAC0832是典型的8位电流输出型通用DAC芯片0832的技术指标 分辨率8位； 电流稳定时间1s； 可双缓冲，单缓冲或直接数字输入； 只需在满量程下调整其线性度； 单一电源供电(+5V+15V)； 低功耗，20mW；DAC0832的内部结构LE2LE1RfbAGNDDAC0832VccILE

8、VREF输入 寄 存 器DGNDDI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout2Iout1CS WR1 WR2 XFER1. DAC0832的数字接口 8位数字输入端 uDI0DI7（DI0为最低位） 输入寄存器（第1级锁存）的控制端 uILE、CS*、WR1* DAC寄存器（第2级锁存）的控制端 uXFER*、WR2*DAC0832工作方式-直通锁存器两级缓冲寄存器都是直通锁存器 uLE1，直通（输出等于输入） uLE0，锁存（输出保持不变）LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout1DAC0832的工作方式：直通方式 LE1

9、LE21 输入的数字数据直接进入D/A转换器LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout1DAC0832的工作方式：单缓冲方式 LE11，或者LE21 两个寄存器之一始终处于直通状态 另一个寄存器处于受控状态（缓冲状态）LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout1DAC0832的工作方式：双缓冲方式 两个寄存器都处于受控（缓冲）状态 能够对一个数据进行D/A转换的同时；输入另一个 数据LE2LE1DAC0832输入 寄 存 器DI0DI7D/A 转 换 器DAC 寄 存 器Iout12

10、. DAC0832的模拟输出 Iout1、Iout2电流输出端 Rfb反馈电阻引出端（电阻在芯片内） VREF参考电压输入端 u10V10V AGND模拟信号地 VCC电源电压输入端 u5V15V DGND数字信号地单极性电压输出VoutIout1Rfb （D/28）VREFRfbIout2Iout1Vout+_AGNDADIVREF单极性电压输出：例子例1:设 VREF5VDFFH255时，最大输出电压：Vmax（255/256）5V4.98VD00H时，最小输出电压：Vmin（0/256）5V0VD01H时，一个最低有效位（LSB）电压：VLSB（1/256）5V0.02VVout（D/2

11、n）VREF双极性电压输出：电路R1（R）R3（2R）R2（2R）RfbIout2Iout1AGNDDIVREFVout1+_A1Vout2+_A2I1I2I1I20双极性电压输出：公式取 R2R32R1得 Vout2（2Vout1VREF）因 Vout1（D/28）VREF故 Vout2（D27）/27）VREF双极性电压输出：例子例2:设 VREF5VDFFH255时，最大输出电压：Vmax（255128）/1285V4.96VD00H时，最小输出电压：Vmin（0128）/1285V5VD81H129时，一个最低有效位电压：VLSB（129128/1285V0.04VVout（D27）/

12、27）VREF3. 输出精度的调整RfbIout2Iout1 Vout+_AGND调零 电位器调满刻度 电位器电源5VADI10K1M1KVREF4. 地线的连接DGNDAGND模拟电路数字电路ADCDAC模拟电路数字电路模拟地模拟地数字地数字地公共接地点公共接地点8位D/A转换器 接口方法1、单缓冲型接口方法 (a)接口电路图(a)的 是把DAC寄存器接 成常通状态；即 ILE接高电平， 和 接地， 与P2.7口连接， 与单片机的 端 连接。 (b)接口电路图(b)是 把输入寄存器接 成常通状态；即 ILE接高电平，、 地， 与P2.7口连 接， 与单片机 的 端连接。 主要应用在多路D/A

13、转换器同步系统中。 2、双缓冲型接口方法 D/A转换器的输出方式 1、单极性输出输出于数字量DATA相对应 模拟量： MOVDPTR，#7FFFH MOVA，#DATA MOVXDPTR,A输入数字量模拟量输出 （V） MSB LSB1 1 1 1 1 1 1 1VREF (255/256)1 0 0 0 0 0 1 0VREF (130/256)1 0 0 0 0 0 0 0VREF (128/256)0 1 1 1 1 1 1 1VREF (127/256)0 0 0 0 0 0 0 0VREF (0/256)单极性输出D/A关系数字量与模拟量的转换关系2、双极性输出VO2= (R2/R3

14、)VO1+(R2/R1) VREF) 代入R1、R2、R3的值，可得： VO2= (2VO1VREF) 设VREF =5V 当 VO1=0V时，VO2= 5V；当 VO1= 2.5V时，VO2=0V；当 VO1= 5V时， VO2=5V。在图8-8中，运算放大器U3的作用是把运算放大器U2的单向 输出电压转变成双向输出。其原理是将U3的输入端2通过电阻R1 与参考电压VREF相连，因此运算放大器U3的输出电压：双极性输出D/A关系 输入数字量模 拟 量 输 出VO2MSB LSB+ VREFVREF1 1 1 1 1 1 1 1VREF1LSB| VREF |+1LSB1 1 0 0 0 0

15、0 0VREF /2| VREF |/21 0 0 0 0 0 0 0000 1 1 1 1 1 1 11LSB+1LSB0 0 1 1 1 1 1 1| VREF |/21LSB| VREF |/2+1LSB0 0 0 0 0 0 0 0| VREF |+| VREF |数字量与模拟量的转换关系一、单极性输出接口系统设计8.2.3 D/A转换器接口技术举例 例1：若在外部RAM区6000H607FH单元中存放着一个控 制模型（128个8位二进制数），要求实现如下功能： 按顺序从6000H开始的存储区域中取出一个字节的二进 制数据送往D/A转换器转换成电压输出，经过t延时 后，再取下一个字节数据，转换成电压输出。直到128 个字节都转换完毕。再从头重复执行上述过程。上页下页回目录6264地址范围：