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1、第19讲 模/数转换n19.1 数/模转换器概述n19.2 数/模转换器与单片机的接口n19.3 数/模转换器的应用19.1 数/模转换器概述数/模转换器，D/A转换器： 能够把数字信号转换成模拟信号的器件称为数/模转换器（DAC，Digital to Analog Converter）。DAC（数/模转换器）是将数字量转换成相应的模拟量，每一个数字量都是二进制代码的按位组合，每一位数字代码都有一定的“权”，“权”对应着一定大小的模拟量。为了将数字量转换成模拟量，应将其每一位转换成相应的模拟量，然后求和即得到与数字量成正比的模拟量。D/A转换器是单片机应用系统与外部模拟对象的一种重要控制接口：
2、单片机输出的数字信号必须经过D/A转换器，变换成模拟信号后，才能对控制对象进行控制。这就涉及到D/A转换的接口问题。在设计D/A转换器与单片机接口之前，一定要根据D/A转换器的技术指标选择D/A转换器芯片。返回本节19.1 数/模转换器概述D/A转换器的主要技术指标： 分辨率和建立时间分辨率： 建立时间：是描述D/A转换速率快慢的一个重要参数 超高速100us 返回本节19.1 数/模转换器概述D/A转换器芯片的种类：按输入数字量的位数分: 8位(DAC08xx)、 10位(DAC10xx)、 12位(DAC12xx)、 16(DAC708/709)位等按输入的数码形式分： 二进制码、BCD码
3、等按传送数字量的方式分： 并行式和串行式按输出形式分： 电流输出和电压输出（单极性电压输出和双极性电压输出）从与单片机接口分： 带输入锁存器和不带输入锁存器两类。返回本节19.2 数/模转换器与单片机的接口D/A转换器与单片机接口主要涉及到： 1、 数据线的连接2、 地址线的连接3、 控制线的连接返回本节19.2 数/模转换器与单片机的接口1、 数据线的连接（1）位数：当高于8位的D/A转换器与8位数据总线的MCS51单片机接口时，单片机必须分时输出，必须考虑数据分时传送的格式和输出电压的“毛刺”问题；（2）D/A转换器的内部结构： D/A转换器内部没有锁存器时，必须在单片机和D/A转换器之间
4、增设锁存器和I/O接口；（3）最简单、最常用的连接是8位带锁存器的D/A转换器与8位单片机接口，一一对应即可。返回本节19.2 数/模转换器与单片机的接口2、 地址线的连接（1）一般的D/A转换器只有片选信号，没有地址线。这时，单片机的地址线采用全译码或部分译码，经译码器的输出控制片选信号。也可由某一位I/O线来控制片选信号。（2）也有少数的D/A转换器有少量的地址线用于选中片内独立的寄存器或选择输出通道，单片机的地址线与D/A转换器的地址线对应连接。返回本节19.2 数/模转换器与单片机的接口3、 控制线的连接就控制线来说， D/A转换器主要有片选信号、写信号及启动转换信号等，一般由单片机的
5、有关引脚或译码器提供。一般来说，写信号多由单片机的 控制；启动信号常为片选信号和写信号的合成。返回本节19.3 数/模转换器的应用串行输入方式的DAC占用单片机I/O口的资源较少，如果系统中对DAC的时间要求不是很高，一般可以采用串行输入的DAC。 TLC5615是一种兼容SPI和MicroWire串行总线接口的CMOS型的10位DAC，它带有缓冲基准输入（高阻抗）的电压输出数字/模拟转换器（DAC）。返回本节19.3 数/模转换器的应用1.TLC5615外形及功能引脚功能 TLC5615的外形封装如图所示，引脚功能如下。 (1)DIN:串行数据输入端。 (2)SCLK：串行时钟输入端。 (3
6、) :片选端，低电平有效。 (4)DOUT:用于菊花链的串行数据输出。 (5)AGND：模拟地。 (6)REFin:基准输入端。 (7)OUT:DAC模拟电压输出端。 (8)Vcc：正电源端。返回本节TLC5615的外形封装12348765TLC5615DINSCLKDOUTVccOUTREF inAGND19.3 数/模转换器的应用2. TLC5615的内部结构及工作原理TLC5651它由16位转换寄存器、控制逻辑、10位DAC寄存器、上电复位、DAC、外部基准放大器、基准电压倍增器等部分组成。 TLC5651通过固定增益为2的运放缓冲电阻串接网络，把10位数字数据转换成模拟电压。上电时，内
7、部电路把10位DAC寄存器复位至0，其输出具有与基准相同的极性。返回本节19.3 数/模转换器的应用（1）数据输入 由于DAC是12位寄存器，所以在写入10位数据后，最低2位写入2个“0”。（2）输出缓存器 输出缓存器具有满电源电压输出，它带有短路保护并能驱动有100pF负载电容的2k负载。（3）外部基准 外部基准电压输入经过缓冲，使得DAC输入电阻与代码无关。因此，REFin的输入电阻为10M，输入电容典型值为5pF,它们与输入代码无关。基准电压决定DAC的满度输出。（4）逻辑接口 逻辑输入端可使用TTL或CMOS逻辑电平。使用满电源电压幅度时，CMOS逻辑可得到最小的功耗。使用TTL逻辑电
8、平时，功耗需求增加约2倍。（5）串行时钟和更新速率 TLC5615的最大串行时钟频率近似为14MHz。通常，数字更新速率受片选周期的限制。对于满度输入阶跃跳变，10位DAC的建立时间为12.5s，这把更新频率限制在80kHz返回本节19.3 数/模转换器的应用（6）菊花链接器件 如果时序关系合适，可以在一个链路中把一个器件的DOUT端连接到下一个器件的DIN端以实现DAC的菊花链接。DIN端得数据延迟16个时钟周期加1个时钟宽度后出现在DOUT端。DOUT是低功率的图腾柱输出。当 为低电平时，DOUT在SCLK下降沿变化；当 为高电平时，DOUT保持在最近数据位的值并不进入高阻抗状态。返回本节
9、19.3 数/模转换器的应用3.TLC5615的使用方法当片选信号 为低电平时，输入数据读入16bit移位寄存器（由时钟同步，最高有效位在前）。SCLK输入的上升沿把数据移入寄存器，接着， 的上升沿把数据传送至DAC寄存器。当 为高电平时，输入的数据不能由时钟同步送入寄存器。所有 的跳变应发生在SCLK输入为低电平时。返回本节19.3 数/模转换器的应用TLC5651的使用方法有两种：使用菊花链（级联）功能和不使用菊花链（级联）功能。 不使用菊花链功能时，DIN只需输入12位数据。DIN输入的12位数据中，前10位为TLC5651输入的D/A转换数据，并且输入时，高位在前，低位在后，后2位必须
10、写入为0的2位数值，因为TLC5615的DAC输入锁存器为12位宽度。12位的输入数据序列如下：返回本节D9D8D7D6D5D4D3D2D1D00019.3 数/模转换器的应用使用菊花链功能时，可以传送4个高虚拟位在前的16位输入数据序列：来自DOUT的数据需要输入时钟16个下降沿，因此，需要额外的时钟宽度。当菊花链接多个TLC5615器件时，因为数据传送需要16个输入时钟周期加上1个额外的输入时钟下降沿数据在DOUT端输出端，所以数据需要4个高虚拟位。为了提供与12位数据转换器传送的硬件与软件兼容性，两个额外位总是需要的。返回本节4 Upper Dummy10 Date bits0019.3
11、 数/模转换器的应用方波信号发生器的设计设计要求使用TLC5615设计一个方波信号发生器。返回本节19.3 数/模转换器的应用方波信号发生器的设计返回本节19.3 数/模转换器的应用n#include reg52.hn#include absacc.hn#define uchar unsigned charn#define uint unsigned intnuchar bpq=0;nuchar bdata bpqh;/高地址nsbit m7=bpqh7;/高地址位nuchar bdata bpql;/低地址nsbit l7=bpql7;/低地址位nsbit SDA=P14;/数据nsbit
12、SCL=P15;/时序脉冲nsbit CS=P16;/选通nvoid TLC5615()nn uchar i;n SCL=0;/置零SCL，为写做准备。n CS=0;/选通n 返回本节19.3 数/模转换器的应用n for(i=0;i2;i+)/循环2次，发送高两位n n if(m7)/高位先发n n SDA=1;/将数据送出n SCL=1;/提升时钟，写操作在时钟上升沿触发n SCL=0;/结束该位传送，为下次写做准备n n elsen n SDA=0;n SCL=1;n SCL=0;n n bpqh=1;n n 返回本节19.3 数/模转换器的应用nfor(i=0;i8;i+) /循环8次
13、，发送低8位n if(17)n SDA=1; /将数据送出n SCL=1;n SCL=0;n elsen n SDA=0;n SCL=1;n SCL=0;n nbpqh=1;n返回本节19.3 数/模转换器的应用nfor(i=0;i2;i+) /循环2次，发送2个虚拟位n SDA=0;n SCL=1;n SCL=0;nnCS=1;nSCL=0; void delay(void) uint i;nfor(i=0;i4105;i+); 返回本节19.3 数/模转换器的应用nvoid main(void)n n uint i;n while(1) i=0;n bpqh=i/bpq;n bpql=i%bpq;n bpqh=6;n TLC5615();n delay(); delay(); delay(); delay(); i=1023;n bpqh=i/bpq;n bpql=i%bpq;n bpqh=6;n TLC5615();n delay(); delay(); delay(); delay();n n返回本节19.3 数/模转换器的应用方波信号发生器的设计返回本节
