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1、 有关D/A、A/D的基本概念 DAC及其接口 ADC及其接口 A/D、D/A应用举例本章内容本章内容 了解微机控制系统的一般组成 了解D/A、A/D的基本原理 了解DAC、ADC的主要性能指标 掌握DAC、ADC与CPU的接口及 其应用学习目的学习目的13.1 D/A与A/D接口概述一、一个典型的计算机自动控制系统数数/ /模（模（D/AD/A）和模和模/ /数（数（A/DA/D）转换技术主要用于计转换技术主要用于计算机实时控制和自动测量系统中。在工业控制和参数测算机实时控制和自动测量系统中。在工业控制和参数测 量时，经常会遇到如温度、压力、流量等连续变化的物量时，经常会遇到如温度、压力、流
2、量等连续变化的物 理量（通称模拟量）。用计算机处理这些模拟量必须先理量（通称模拟量）。用计算机处理这些模拟量必须先 将其转换为电信号，然后再经将其转换为电信号，然后再经A/DA/D转换器将其转换为数字转换器将其转换为数字量。对于大多数的被控对象，计算机加工处理后输出的量。对于大多数的被控对象，计算机加工处理后输出的 数字形式控制信号还应经数字形式控制信号还应经D/AD/A转换变成模拟量。才能推动转换变成模拟量。才能推动执行机构工作。执行机构工作。一个包含一个包含A/DA/D和和D/AD/A转换的计算机闭环自动控制系统转换的计算机闭环自动控制系统 如下图所示如下图所示生生 产产 过过 程程传感器
3、传感器执行机构执行机构A/DA/D 转转 换换 器器I/OI/O 接口接口计计 算算 机机D/AD/A 转转 换换 器器I/OI/O 接口接口图图13.1 13.1 典型的计算机自动控制系统典型的计算机自动控制系统二、模/数转换器(ADC)的主要性能参数1. 1. 分辨率分辨率（ResolutionResolution ）它表明它表明A/DA/D对模拟信号的分辨能力，由它确定能被对模拟信号的分辨能力，由它确定能被 A/DA/D辨别的最小模拟量变化辨别的最小模拟量变化。2. 2. 量化误差（量化误差（QuantizingQuantizing error error ） 在在A/DA/D转换中由于
4、整量化产生的固有误差。量化误转换中由于整量化产生的固有误差。量化误 差在差在 1/21/2LSBLSB（最低有效位）之间。最低有效位）之间。一个8位的A/D转换器，它把输入电压信号分成28=256层， 若它的量程为05V，那么，量化单位q为： q = = 0.0195V=19.5mV 例如例如3. 3. 转换时间（转换时间（Conversion timeConversion time）转换时间是转换时间是A/DA/D完成一次转换所需要的时间。一般转换完成一次转换所需要的时间。一般转换 速度越快越好，常见有高速（转换时间速度越快越好，常见有高速（转换时间11usus）、）、中速（转中速（转 换时
5、间换时间11msms）和低速（转换时间和低速（转换时间11s s）等。等。4. 4. 绝对精度绝对精度 对于对于A/DA/D，指的是对应于一个给定量，指的是对应于一个给定量，A/DA/D转换器的误转换器的误 差，其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量差，其误差大小由实际模拟量输入值与理论值之差来度量 。5. 5. 相对精度相对精度 对于对于A/DA/D，指的是满度值校准以后，任一数字输出所对指的是满度值校准以后，任一数字输出所对 应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差应的实际模拟输入值（中间值）与理论值（中间值）之差 。例如，对于一个。例如，对于一个8 8位位0+50+5V
6、 V的的A/DA/D转换器，如果其相对误转换器，如果其相对误 差为差为1 1LSBLSB，则其绝对误差为则其绝对误差为19.519.5mVmV，相对误差为相对误差为0.39%0.39%。三、数/模转换器(DAC)的主要性能参数1. 1. 分辨率分辨率（ResolutionResolution ）分辨率表明分辨率表明DACDAC对模拟量的分辨能力，它是最低有对模拟量的分辨能力，它是最低有 效位（效位（LSBLSB）所对应的模拟量，它确定了能由所对应的模拟量，它确定了能由D/AD/A产生产生 的最小模拟量的变化。通常用二进制数的位数表示的最小模拟量的变化。通常用二进制数的位数表示DACDAC 的分
7、辨率，如分辨率为的分辨率，如分辨率为8 8位的位的D/AD/A能给出满量程电压的能给出满量程电压的 1/21/28 8的分辨能力，显然的分辨能力，显然DACDAC的位数越多，则分辨率越高的位数越多，则分辨率越高 。 2. 2. 线性误差（线性误差（Linearity errorLinearity error） D/AD/A的实际转换值偏离理想转换特性的最大偏差与的实际转换值偏离理想转换特性的最大偏差与 满量程之间的百分比称为线性误差。满量程之间的百分比称为线性误差。3. 3. 建立时间（建立时间（Setting timeSetting time） 这是这是D/AD/A的一个重要性能参数，定义为
8、：在数字输入端的一个重要性能参数，定义为：在数字输入端 发生满量程码的变化以后，发生满量程码的变化以后，D/AD/A的模拟输出稳定到最终值的模拟输出稳定到最终值 1/21/2LSBLSB时所需要的时间。时所需要的时间。4. 4. 温度灵敏度温度灵敏度 它是指数字它是指数字输输输输入不入不变变变变的情况下，模的情况下，模拟输拟输拟输拟输 出信号随温度出信号随温度 的变化。一般的变化。一般D/AD/A转换器的温度灵敏度为转换器的温度灵敏度为5050PPM/PPM/。 PPMPPM为百万分之一。为百万分之一。 5. 5. 输出电平输出电平 不同型号的不同型号的D/AD/A转换器的输出电平相差较大，一
9、般为转换器的输出电平相差较大，一般为 5 5V10VV10V，有的高压输出型的输出电平高达有的高压输出型的输出电平高达2424V30VV30V。13.2 DAC0832数/模转换器一、DAC0832的内部结构与引脚图图图13.2 13.2 给出了给出了DAC0832DAC0832的内部结构。的内部结构。图图13.3 13.3 给出了给出了DAC0832DAC0832的引脚图。的引脚图。DAC0832DAC0832是一种相当普遍且成本较低的数是一种相当普遍且成本较低的数/ / 模转换器。该器件是一个模转换器。该器件是一个8 8位转换器，它将一个位转换器，它将一个 8 8位的二进制数转换成模拟电压
10、。位的二进制数转换成模拟电压。ILECS WR1 XFER WR2D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 G D0 Q0 D1 Q1 D2 Q2 D3 Q3 D4 Q4 D5 Q5 D6 Q6 D7 Q7 G D/AD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7VREFIOUT2IOUT1RFB锁存器1锁存器2转换器图图13.2 13.2 DAC0832DAC0832的内部结构的内部结构 图图13.3 13.3 DAC0832DAC0832引脚图引脚图7 720203 3121211118 81 1CS VCS VREFREF WRWR1
11、 1RFBRFBD D0 0 D D1 1 D D2 2 D D3 3D D4 4 D D5 5D D6 6 D D7 7XFERXFER ILE VILE VCCCCD DGNDGND AAGNDGND2 218189 96 6 5 5 4 41616 1515 1414 13131919 10101717I IOUT2 OUT2 I IOUT1 OUT1 DAC0832DAC0832WRWR2 2各引脚的功能如下： D D0 0DD7 7： 8 8位数据输入端。位数据输入端。CSCS：片选信号输入端。片选信号输入端。WRWR1 1、WRWR2 2：两个写入命令输入端，低电平有效。两个写入命
12、令输入端，低电平有效。XFERXFER：传送控制信号，低电平有效。传送控制信号，低电平有效。I IOUT1OUT1和和I IOUT2OUT2：互补的电流输出端。互补的电流输出端。RFBRFB：反馈电阻，被制作在芯片内，与外接的运反馈电阻，被制作在芯片内，与外接的运算放大器配合构成电流算放大器配合构成电流/ /电压转换电路。电压转换电路。V VREFREF：转换器的基准电压。转换器的基准电压。V VCCCC：工作电源输入端。工作电源输入端。A AGNDGND：模拟地，模拟电路接地点。模拟地，模拟电路接地点。D DGNDGND：数字地，数字电路接地点。数字地，数字电路接地点。RFBRFB：反馈电阻
13、，被制作在芯片内，与外接的运反馈电阻，被制作在芯片内，与外接的运算放大器配合构成电流算放大器配合构成电流/ /电压转换电路。电压转换电路。V VREFREF：转换器的基准电压。转换器的基准电压。V VCCCC：工作电源输入端。工作电源输入端。A AGNDGND：模拟地，模拟电路接地点。模拟地，模拟电路接地点。D DGNDGND：数字地，数字电路接地点。数字地，数字电路接地点。(1) 直通方式二、DAC0832 的工作方式DAC0832DAC0832可工作在三种不同的工作模式可工作在三种不同的工作模式: :当ILE接高电平，CS，WR1、WR2和 XFER都接数字地时，DAC处于直通方式， 8位
14、数字量一旦到达D0D7输入端，就立即 加到D/A转换器，被转换成模拟量。(2)单缓冲方式单缓冲方式是将一个锁存器处于缓冲方式 ，另一个锁存器处于直通方式，输入数据经过一 级缓冲送入D/A转换器。(3) 双缓冲方式即数据通过两个寄存器锁存后再送入D/A转 换电路，执行两次写操作才能完成一次D/A转换 。三、DAC0832与CPU的连接由于DAC0832内部含有数据锁存器，在与CPU相连时,使其可直接挂在数据总线上。DAC0832DAC0832采用单缓冲方式采用单缓冲方式 与与CPUCPU的连接如图的连接如图13.413.4所示。所示。I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 I8 I9 I10O
15、1 O2 O3 O4 O5 O6 O7 O8GAL16V8WR A0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7 M/IO+5V10K20HCS WR1 WR2 DGNDD0D7D0D7ILEXFERVREFIOUT1 IOUT2AGND_ +RFBLM741+5VU0DAC0832图13.4 DAC0832与CPU的单缓冲方式连接电路 下面举例说明如何编写D/A转换程序。例例编写图编写图13.413.4中中DAC0832DAC0832输出三角波的输出三角波的 汇编程序，要求三角波的最低电压为汇编程序，要求三角波的最低电压为0 0V V ，最高电压为最高电压为2.52.5V V。分析：分析：三角波电压范围三角波电压范围02.502.5V V，对应的数字量对应的数字量00 00H7FHH7FH。三角波的下降部分，从三角波的下降部分，
