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1、D/A和A/D转换器接口 A/D及D/A转换器的性能指标分辨率（Resolution）分辨率是指A/D转换器能分辨的最小输出模拟增量，取决 于输入数字量的二进制位数。 转换精度（Conversion Accuracy）转换精度指满量程时ADC的实际模拟输出值和理论值的接 近程度。 量程(满刻度范围FULL Scale Range)量程是指输入模拟电压的变化范围。例如某转换器具有 10V的单极性范围或-5+5V的双极性范围。则它们的量 程都为10V。满刻度只是个名义值，实际的A/D，D/A转换 器的最大输出值总是比满刻度值小1/2n，n为转换器的位 数。例如12位的A/D转换器，其满刻度值为10
2、V，而实际 的最大输出值为:A/D转换器的主要技术指标线性度（Linearity）线性度是指ADC的实际转换特性曲线和理 想直线之间的最大偏移差。 转换时间（Conversion Time）从发出启动转换开始直至获得稳定的二进代 码所需的时间称为转换时间，转换时间与转 换器工作原理及其位数有关，同种工作原理 的转换器，通常位数越多，其转换时间越长 。D/A转换器的主要技术指标D/A转换器的主要技术指标与A/D转换器基本相 同，只是转换时间的概念略有不同，D/A转换器的 转换时间又叫建立时间，它是指当输入的二进制 代码从最小值突然跳变至最大值时，其模拟输出 电压相应的满度跳跃并达到稳定所需的时间
3、。一 般而言，D/A的转换时间比A/D要短得多。DAC芯片类型及接口方法各种类型的DAC芯片都具有数字量输入端和模拟量 输出端及基准电压端。数字输入端有以下几种类 型：无数据锁存器，带单数据锁存器，带 双数据锁存器，可接收串行数字输入。第1种在 与单片机接口时，要外加锁存器，第2种和第3种 可直接与单片机接口，第4种与单片机接口十分简 单，接收数据较慢，适用于远距离现场控制的场 合。模拟量输出有两种方式：电压输出及电流输 出。电压输出的DAC芯片相当于一个电压源，其内 阻很小，选用这种芯片时，与它匹配的负载电阻 应较大。电流输出的芯片相当于电流源，其内阻 较大，选用这种芯片时，负载电阻不可太大
4、。 在实际应用中，常选用电流输出的DAC芯片实 现电压输出，如图所示： 无内部数据锁存器的DAC芯片，尤其是分辩率高于8位的DAC芯 片，在设计与8位单片机接口时，要外加数据锁存器作为缓 冲器。下图是一种单缓冲器接口。在10位DAC芯片与8位单片机之间接入两个锁存器，锁存器A锁存10位数 据 中的低8位，锁存器B锁存高2位。单片机分两次输出数据，先输出低8位 数 据到锁存器A，后输出高2位数据到锁存器B。设锁存器A和锁存器B的地 址 分别为002CH和002DH，则执行下列指令后完成一次D/A转换：MOV DPTR，#002CH MOV A，#DATA8 MOVX DPTR，A ；输出低8位
5、INC DPTR MOV A，#DATA2 MOVX DPTR，A ；输出高2位这种接口存在一个问题，就是在输出低8位数据和高2位数据之间，会产 生 “毛剌”现象，如图3.3(b)所示。假设两个锁存器原来的数据为 0001111000，现在要求转换的数据为0100001011，新数据分两次输出 ， 第一次输出低8位，这时DAC将把新的8位数据的与原来数据的高2位一起 组成0000001011转换成输出电压，而该电压是不需要的，即所谓“毛刺” 。避免产生毛刺的方法之一是采用双组缓冲器 结 构，如下图所示。 单片机先把低8位数据选通输入锁存器1中，然后将高2位数据 选 通输入锁存器3中，并同时选通
6、锁存器2，使锁存器2与锁存器 3 组成10位锁存器向DAC同时送入10位数据由DAC转换成输出电 压。当地址如图中所示时，执行以下程序完成一次D/A转换：MOV DPTR，#6000H MOV A，#DATA8 MOVX DPTR，A ；输出低8位数据 INC DPTR MOV A，#DATA2 MOVX DPTR，A ；输出高2位,并同时输出10位数据D/A转换器芯片DAC0832DAC0832是一个8位D/A转换器芯片，单电 源供电，从+5V+15V均可正常工作，基准 电压的范围为10V，电流建立时间为1s， CMOS工艺，低功耗20mm。其内部结构由1个8 位输入寄存器、1个8位DAC寄
7、存器和1个8位 D/A转换器组成。DAC0832的内部结构DAC0832是典型的带内部双数据缓冲器的8位D/A芯片。图中LE是寄存 命令，当LE =1时，寄存器输出随输入变化，当LE =0时，数据锁存 在寄存器中。当ILE端为高电平，CS与WR1同时为低电平时，使得LE1 =1；当WR1变为高电平时，输入寄存器便将输入数据锁存。当XFER与 WR2同时为低电平时，使得LE2 =1，DAC寄存器的输出随寄存器的输 入变化，WR2上升沿将输入寄存器的信息锁存在该寄存器中。DAC0832的工作方式 DAC0832利用WR1 、 WR2 、ILE、XFER 控制信号 可以构成三种不同的工作方式。1)
8、直通方式 WR1= WR2 =0时，数据可以从输入 端经两个寄存器直接进入D/A转换器。2)单缓冲方式两个寄存器之一始终处于直通， 即WR1=0或WR2=0，另一个寄存器处于受控状态。3)双缓冲方式 两个寄存器均处于受控状态。 这种工作方式适合于多模拟信号同时输出的应 用场合。 单缓冲方式的接口与应用1单缓冲方式连接所谓单缓冲方式就是使DAC0832的两个输入寄存器 中有一个处于直通方式，而另一个处于受控锁存方式。为使DAC寄存器处于直通方式，应使WR2 =0和 XFER=0。为此可把这两个信号固定接地，或如电路中把 WR2与WR1相连，把XFER与CS相连。 为使输入寄存器处于受控锁存方式，
9、应把WR1接 8051的WR，ILE接高电平。此外还应把CS接高位地址线 或地址译码输出，以便于对输入寄存器进行选择。 DAC0832单缓冲方式接口 2单缓冲方式应用举例-波形发生器在一些控制应用中，需要有一个线性增长的电压（ 锯齿波）来控制检测过程、移动记录笔或移动电子 束等。对此可通过在DAC0832的输出端接运算放大器 ，由运算放大器产生锯齿波来实现，其电路连接如 图所示。图中的DAC0832工作于单缓冲方式，其中输入寄存器受控 ，而DAC寄存器直通。假定输入寄存器地址为7FFFH，产 生锯齿波的程序清单如下：MOV A， #00H ；取下限值 MOV DPTR，#7FFFH；指向083
10、2口地址MM： MOVX DPTR，A ；输出INC A；延时NOPNOPNOPSJMP MM；反复执行上述程序就可得到如下图所示的锯齿波。 几点说明： (1)程序每循环一次，A加1，因此实际上锯齿波的上升边是由 256个小阶梯构成的，但由于阶梯很小，所以宏观上看就如图 中所画的先行增长锯齿波。 （2）可通过循环程序段的机器周期数，计算出锯齿波的周期。并可根据需要，通过延时的方法来改变波形周期。若要改变锯齿波的频率，可在AJMP MM指令前加入延迟程序即可。延时较短时可用NOP指令实现（本程序就是如此），需要延时较长时，可以使用一个延长子程序。延迟时间不同，波形周期不同，锯齿波的斜率就不同。（
11、3）通过A加1，可得到正向的锯齿波，反之A减1可得到负向的锯齿波。（4） 程序中A的变化范围是0255，因此得到的锯齿波是满幅度的。如要求得到非满幅锯齿波，可通过计算求的数字量的处置和终值，然后在程序中通过置初值和终值的方法实现。 产生矩形波电压的参考程序：ORG 1100HSTART: MOV DPTR , #7FFFH ；送DAC0832口地址LOOP: MOV A , #dataH ；送高电平数据MOVX DPTR , ALCALL DELAYH ；调用延时子程序MOV A , #dataL ；送低电平数据MOVX DPTR , ALCALL DELAYL ；调用延时子程序SJMP LC
12、ALL 执行上述程序就可得到如下图所示的矩形波几点说明：（1）以上程序产生的是矩形波，其低点平的宽度由延时子程序DELAYL所延时的时间来决定，高电平的宽度则由DELAYH所延时的时间决定。（2） 改变延时子程序DELAYL和的DELAYH延时时间，就可改变矩形波上下沿的宽度。若DELAYL=DELAYH（两者延时一样），则输出的是方波。（3） 改变上限值或下限值便可改变矩形波的幅值；单极性输出时为0-5V或0+5V；双极性输出时为-5V +5V。 双缓冲方式的接口与应用在多路D/A转换的情况下，若要求同步转换输出，必 须采用双缓冲方式。DAC0832采用双缓冲方式时，数字量 的输入锁存和D/
13、A转换输出是分两步进行的。第一， CPU分时向各路D/A转换器输入要转换的数字 量并锁存在各自的输入寄存器中。第二，CPU对所有的D/A转换器发出控制信号，使各路 输入寄存器中的数据进入DAC寄存器，实现同步转换输出 。下图为两片DAC0832与8031接实现的双缓冲方式连接电 路，能实现两路同步输出。 8051与DAC0832的双缓冲方式接口 实现两路同步输出的程序如下：MOV DPTR，#0DFFFH；送0832（1）输入锁存器地址MOV A，#data1 ；data1送0832（1）输入锁存器MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#0BFFFH；送0832（2）输入锁存器地址MOV
14、A，#data2 ；data2送0832（2）输入锁存器MOVX DPTR，A；MOV DPTR，#7FFFH ；送两路DAC寄存器地址MOVX DPTR，A ；两路数据同步转换输出 8051与12位DAC的接口DAC1208的内部结构和原理与DAC0832相似，DAC1208也是双缓冲器 结构，输入控制线与DAC0832也很相似， 和用来控制输入寄存器，和用来控制DAC 寄存器，但增加了一条控制线BYTE1/ BYTE2 ，用来区分输入8位寄存器和4位寄 存器，当BYTE1/BYTE2= 1时，两个寄存器 都被选中，BYTE1/BYTE2=0时，只选中4 位输入寄存器。 DAC1208内部结
15、构框图 8051和DAC1208的连接MOV 40H,#0FFH ;模拟电压高8位数据 MOV 41H,#0FH ;模拟电压低4位数据MOV DPTR,#07FFFH ;选通1208高8位输入寄存器地址 MOV R1,#40H MOV A,R1 MOVX DPTR,A ;输出高8位数据 MOV DPTR,#07EFFH ;选通1208低4位输入寄存器地址 MOV R1,#41H MOV A,R1 MOVX DPTR,A ;输出低4位地址数据 MOV DPTR,#0FFFFH ;选通1208DAC寄存器地址 MOVX DPTR,A ;完成12位D/A转换 SJMP $DAC1208的DAC寄存器地址为FFFFH。DAC1208采用双缓冲 器工作方式，送数时应先送高8位数据DI11DI4，再送低4位数 据DI3DI0，送完12位数据后再打开DAC寄存器，设12位数据 存放在内部RAM区的40H和41H单元中，高8位存于40H，低4 位存于41H，转换程序如下：串行DAC与8051单片机的接口串行接口的DAC芯片MAX517与8051单片机的接口 简单，与标准I2C总线
