单片机应用幻灯片六

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1、第十一章 ADC与DAC的应用,广东机电职业技术学院-单片机应用,智能电子教研室,张永亮,一. AD转换,A/D转换器用以实现模拟量向数字量的转换。 按转换原理可分为 4 种:并行式、计数式、逐次逼近式、双积分式A/D转换器。逐次逼近式A/D转换器是一种速度较快, 精度较高的转换器, 其转换时间大约在几微秒到几百微秒之间。,1. A/D转换器接口,(1)并行式模拟数字转换,转换速度快。 所需要的电路较复杂，以n个位的并行式模拟-数字转换为例，则需要2n个精密电阻器、2n-1个比较器，以及一个n位的优先编码器。,(2)逐步逼近式模拟-数字转换,n位的逐步逼近式模拟-数字转换，其转换时间为n个时钟

2、脉波，其转换速度仅次于并行式模拟-数字转换。 电路较并行式模拟-数字转换的电路简单。,(3)连续计数式模拟-数字转换,转换速度依输入模拟电压而不同，模拟电压越高所需转换时间越长。 电路较并行式模拟-数字转换的电路简单。,(4)双斜率式模拟-数字转换,转换速度最慢。 精密度高，稳定性佳。 噪声免疫力良好。,2. A/D转换器基本知识,A/D转换器的主要技术指标 分辨率 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1/212*Uref，一个10V满刻度的12位ADC能分辨,输入电压变化最小是: 10V1/212=2.4mV 量化误差

3、ADC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。,2. A/D转换器基本知识,A/D转换器的主要技术指标 偏移误差 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。 满刻度误差 满刻度误差又称为增益误差。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。 线性度 线性度有时又称为非线性度，指转换器实际的转换特性与理想直线的最大偏差。,2. A/D转换器基本知识,A/D转换器的主要技术指标 绝对精度 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。对于ADC而言

4、，可以在每一个阶梯的水平中点进行测量，它包括了所有的误差。 转换速率 指ADC能够重复进行数据转换的速度，即每秒转换的次数。而完成一次A/D转换所需的时间（包括稳定时间），则是转换速率的倒数。,3. ADC0804芯片介绍,CMOS的逐步逼近式AD转换器。 具有8位分辨力，转换时间为100微秒，而最大误差为1个LSB值(最小电压刻度)。 采用差动式模拟电压输入，三态式数字输出。 模拟输入电压范围为0到5V(千万不要输入过高电压，一下子就烧毁)。,引脚图,ADC0804时钟脉冲电路,3. ADC0804芯片介绍,ADC0804的连续转换电路,3. ADC0804芯片介绍,ADC0804 的交互式

5、控制电路,3. ADC0804芯片介绍,ADC0804的启动转换时序图,3. ADC0804芯片介绍,ADC0804的转换时序图,3. ADC0804芯片介绍,交互信号,3. ADC0804芯片介绍,ADC0804与8051连接,3. ADC0804芯片介绍,电压测量实验,4. ADC0804芯片使用-电压测量,电压测量电路,4. ADC0804芯片使用-电压测量,流程图,4. ADC0804芯片使用-电压测量,温度测量实验,4. ADC0804芯片使用-温度测量,AD590 的外观、底部引脚图与符号,4. ADC0804芯片使用-温度测量,AD590的特性,输出电流与开氏温度成正比，开氏温度

6、0度时输出0A，开氏温度每上升1度电流增加1微安，而开氏温度与摄氏温度的关系为开氏温度等于摄氏温度加上273。换言之，摄氏温度每上升1度AD590电流增加1微安。 有效温度感测范围为-55到150。 可采用的电源范围为4V到30V。,4. ADC0804芯片使用-温度测量,AD590接口,输出电压减去 2.732V电路图,4. ADC0804芯片使用-温度测量,AD590与ADC0804的接口电路,4. ADC0804芯片使用-温度测量,加权电阻网络,1. D/A转换器基本知识,二. DA转换,电路结构简单，但不容易制作，因为其中所使用的电阻值，种类太多，差异过大。在IC的内部电路里，很难做出

7、这样的电路。 由于最大与最小的电阻差异太大，非常容易造成误差，以8位的转换电路为例，其中最大电阻为最小电阻的256倍，若电阻的误差为1%，则最大电阻的误差值就比最小电阻或次小电阻还大了！所以，很难达到较高的精确度。,1. D/A转换器基本知识,型电阻网络D/A转换器的基本原理,1. D/A转换器基本知识,D/A转换器的主要技术指标 分辨率 指输入数字量的最低有效位（LSB）发生变化时，所对应的输出模拟量（常为电压）的变化量。它反映了输出模拟量的最小变化值。分辨率与输入数字量的位数有确定的关系，可以表示成FS / 2n。FS表示满量程输入值，n为二进制位数。 例：对于5V的满量程，采用位的DAC

8、时，分辨率为5V/25619.5mV；当采用12位的DAC时，分辨率则为5V/40961.22mV。 （位数越多分辨率就越高） 线性度（非线性误差） 线性度是实际转换特性曲线与理想直线特性之间的最大偏差。常以相对于满量程的百分数表示。如是指实际输出值与理论值之差在满刻度的以内。,1. D/A转换器基本知识,D/A转换器的主要技术指标 绝对精度和相对精度 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。 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百分比表示。 建立时间 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

9、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）等几类。,具有两级输入数据寄存器的8位单片D/A转换器，它能直接与单片机89C52相连接，采用二次缓冲方式，可以在输出的同时，采集下一个数据，从而提高转换速度，能够在多个转换器同时工作时，实现多通道D/A的同步转换输出。,2. DAC0832结构原理,(1) DAC0832的特性,分辨率为8位。 只需在满量程下调整其线性度。 可与所有

10、的单片机或微处理器直接接口。 电流稳定时间为1s。 可双缓冲、单缓冲或直通数据输入。 功耗低，约为200mW。 逻辑电平输入与TTL兼容。 单电源供电（+5V+15V）。,DAC0832的逻辑结构如下图所示，由8位锁存器、8位DAC 寄存器和8位D/A转换器构成。,2. DAC0832结构原理,（2）DAC0832的引脚及逻辑结构,D0D7：数字量数据输入线。 ILE：数据锁存允许信号，高电平有效。 CS：输入寄存器选择信号，低电平有效。 WR1：输入寄存器的“写”选通信号，低电平有效。 WR2：DAC寄存器的“写”选通信号，低电平有效。 XFER：数据传送信号，低电平有效。 VREF：基准电

11、压输入线。 RFB：反馈信号输入线，片内已有反馈电阻。 IOUT1和IOUT2：电流输出线。IOUT1与IOUT2的和为常数，DAC寄存器的内容线性变化。一般在单极性输出时，IOUT2接地。 VCC：工作电源。 DGND：数字地。 AGND：模拟信号地。,2. DAC0832结构原理,(3) DAC0832各引脚的功能,3. DAC0832与单片机的接口,将ILE接+5V，寄存器选择信号及数据传送信号都与地址选择线相连（图中为P2.7），两级寄存器的写信号都由89C52的WR端控制。当地址线选通DAC0832后，只要输出控制信号，DAC0832就能一步完成数字量的输入锁存和D/A转换输出。,阶

12、梯波是在一定的时间内每隔一段时间输出的幅值递增一个恒定值。如图所示，每隔1ms输出增长一个定值，经10 ms后循环。用DAC0832的单缓冲方式就可以实现这样的波形。,4. DAC0832应用阶梯波的产生,AD转换-温度测量,工学结合任务八：,广东机电职业技术学院-单片机应用,目的和意义,1掌握AD转换器的基本工作原理。 2. 掌握单片机与AD0804的接口方式，电路 连接设置。 2掌握C51编写AD转换程序。 4掌握PROTEUS仿真，烧写器的使用，硬件电路设计、 焊接、装配，培养学生利用单片机技术解决生活 中的实际问题的能力。,一、任务描述,1、设计一个单片机温度测量仪器，采用AD0804

13、进行AD转换。 2、具体要求：实时测量,并采用LCD显示。 3、利用Keil C 软件编写主函数、AD转换，显示，定时器中断 等C程序代码。,二、任务分析,1 、任务所需硬件知识 单片机最小系统（晶振，复位电路），数码管显示，串行接口 电路 2、任务所需软件知识 单片机C语言数据类型，结构，串口通信、显示等程序设计 3 、任务所需环境 安装操作系统的微机1台、单片机集成开发环境keil C2.0、软 硬件开发平台proteus 6.9、单片机下载软件STC_ISP_V3.3 、 单片机实验板、下载线。,项目实施过程理实一体化模式,系统设计规划,二、任务分析,要求会使用Keil C开发环境 要求

14、文件夹命名规范 要求工程项目命名规范 要求文件名命名规范 要求程序是否功能齐全 要求仿真软件达到设计要求 要求硬件电路满足设计要求 要求产品设计文档充分,二、任务分析,程序设计要求,1、进行功能分析，工作框架搭建，工作分工。 2、使用软硬件开发平台proteus 7.4进行电路仿真。设计要点：新建电路图设计文件，查找元器件，放置元器件，布局布线，修改元器件属性，进行仿真单片机程序。 3、使用单片机集成开发环境keil C2.0。要点：C程序构成， 关键词，运算符与表达式，数据结构，结构化语句。 4、使用单片机下载软件STC_ISP_V3.3，通过串口或USB将单片机程序下载到单片机芯片中进行调

15、试。 5、完善单片机产品硬件电路，进行合适的电容、电阻、芯片、传感器、显示器件等进行焊接，通电运行后观察硬件电路是否满足要求。 6、完成实验文档编写，包括：题目、作者、摘要、关键词，绪论，硬件电路，软件流程、代码，数据分析。,任务实施步骤,四、任务设计,1）驱动硬件分析,. 此电路核心件是MCS-51单片机（AT89C51）。 2. 包括时钟电路、复位电路。 3.AD转换及数码管或液晶驱动电路。,四、任务设计,1、单片机温度测量,硬件电路参考原理图,2）仿真电路图,检查的标准要求,五、检查反馈,1、交流展示 指导学生对产品进行展示，互相交流。 2、检测反馈 指导学生对他人产品检测，提出反馈意见

16、。 3、学生评价 学生对他人产品进行评价，提出产品的优点和缺点，以及 分数。 4、教师评价 根据教师点评进行分组讨论，并对自己的项目进行修改、 完善。,五、检查反馈,多波形信号发生器,工学结合任务九：,广东机电职业技术学院-单片机应用,目的和意义,1掌握DA转换器的基本工作原理。 2. 掌握单片机与DAC0832的接口方式，电路连接设置。 2掌握C51编写DA转换程序。 4掌握PROTEUS仿真，烧写器的使用，硬件电路设计、 焊接、装配，培养学生利用单片机技术解决生活 中的实际问题的能力。,一、任务描述,1、设计一个多波形信号发生器，采用DAC0832进行输出。 2、具体要求：可产生正弦波,方波,三角波。 3、利用Keil C 软件编写主函数、DA转换，定时器中断 等C程序代码。,二、任务分析,1 、任务所需硬件知识 单片机最小系统（晶振，复位电路），数码管显示，串行接口 电路 2、任务所需软件知识 单片机C语言数据类型，结构，串口通信、显示等程序设计 3